实例分析：9.3轴结构设计优化

【实例1】 指出图9-3所示轴系结构的错误，并改正。

解：如图9-4a所示：

1）轴的台肩应比轮毂稍短，这样才能使套筒有效地顶住齿轮；

2）套筒太厚，超过了轴承内环的高度，不便于拆卸轴承；

3）键太长，应在轮毂内，以免套筒无法组装到位；

4）滚动轴承的内外圈剖面线方向应一致。

图9-3 实例1示意图

正确的结构如图9-4b所示。

图9-4 实例1题解

【实例2】 有一个齿轮轴系如图9-5所示，轴承为两端单向固定的结构，齿轮为油润滑，轴承为脂润滑（轴承为深沟球轴承），试画出此轴系结构图。

图9-5 实例2示意图

解：

（1）设置轴上的零件 由于题目给出轴承为脂润滑，因此应安放挡油板。挡油板是非标准件，有多种结构，本题选用套筒兼作挡油板的结构，见图9-6中件4及7。考虑齿轮定位，设置套筒，见图9-6中件6。考虑轴承的润滑剂不流出以及灰尘颗粒不进入轴承，在右轴承透盖设置羊毛毡密封件，见图9-6中件11。考虑轴承间隙的调整，在左轴承盖与箱体之间放调整垫，见图9-6中件13。为使轴承盖固定在箱体上，设置轴承盖螺钉，见图9-6中件14。

图9-6 实例2题解

1—轴承盖 2—箱体 3—左轴承 4—左挡油板 5—齿轮 6—套筒 7—右挡油板 8—右轴承 9—轴承透盖 10—伸出轴的键 11—密封毡 12—键 13—调整垫片 14—轴承盖螺钉

（2）考虑轴上零件的轴向固定

1）轴承的固定。根据题目给出：轴承为两端单向固定结构，因此按图9-6左端轴承的外圈用轴承盖固定，内圈用挡油板固定。同理右端轴承也用同样方式固定，区别在于右端轴承盖为透盖，因为有伸出轴。

2）齿轮的轴向固定。如图9-6所示，齿轮左面用轴台（环）顶住、右面用套筒顶住，考虑到套筒能有效地顶住齿轮，因此装齿轮的轴段长度应比齿轮的宽度稍短。

3）其他零件的轴向固定。轴上其他零件如左挡油板4、右挡油板7、套筒6等靠轴上零件轴向相互挤压而轴向固定。

整个轴上零件在轴向形成了一个力的传递链，从左向右即：左轴承盖——左轴承外圈——左轴承内圈——挡油板——轴肩——轴环——齿轮——套筒——挡油板——右轴承内圈——右轴承外圈——右轴承盖——螺钉——箱体。

（3）考虑轴上零件的周向固定 齿轮与轴用键连接，如图9-6中件12所示。轴伸的外零件（联轴器、带轮或链轮等）与轴用键连接，如图9-6中件10所示。轴承与轴通过过盈连接实现轴向固定；套筒和挡油板依靠轴向零件的相互顶紧，与齿轮、轴承内圈同步运动，因此也就实现了周向固定。

（4）考虑轴上零件的装拆及定位 为了便于轴上零件的装与拆，设计成阶梯轴（当然阶梯轴的重要作用是轴上零件的轴向固定），例如从右端起第一个阶梯是考虑轴伸的外零件（联轴器、带轮或链轮等）轴向定位；第二个阶梯是考虑装右轴承方便；第三个阶梯是考虑装齿轮方便；第四个阶梯是考虑齿轮的轴向定位。从左边起第一个阶梯是考虑左挡油板4的轴向定位。

（5）考虑运动件与静止件不能相碰 图9-6中轴承盖9是静止件，而轴是运动件，因此轴承盖9与轴有一点间隙。挡油板4及7是运动件，箱体2是静止件，因此它们之间留了空隙，如图所示。

根据以上分析，绘制轴系图，如图9-6所示（有多种方案，此处仅给出一种方案供参考）。

【实例3】 指出图9-7轴系结构的错误，并在轴心线下侧画出其正确结构图。

图9-7 实例3示意图

解：本答案可有多种，这里仅为一例。错误如图9-8轴心线上半部分所示：

①固定轴肩端面与轴承盖的轴向间距太小。

②轴承盖与轴之间应有间隙。

③轴承内圈和套筒装不上，也拆不下来。

④轴承安装方向不对。

⑤轴承外环圈端面与壳体内壁间应有5～8mm的间隙。(www.xing528.com)

⑥与轮毂相配的轴段长度应小于轮毂长。

⑦轴肩高度超过轴承内圈高度的2/3，轴承拆不下来。

⑧端盖与箱体间应有调整垫片，以便调整轴承间隙。

⑨端盖外端面螺栓连接环面应略微凸出，以减小加工面尺寸。

⑩两键应在同一条母线上。

改正后的图如图9-8轴心线下半部分所示。

图9-8 实例3题解

【实例4】 指出图9-9所示的轴系结构设计中的错误，依次标出序号，简要说明错误的原因。

解：

如图9-10所示：

①轴端面应缩进带轮端面内1～2mm，再加轴端挡圈，以使带轮轴向固定。

②带轮没有轴向定位，应加套筒或在轴上设置台肩来对带轮轴进行定位。

③带轮基准直径D与孔径d之比较大，带轮应采用腹板式，以节省材料、减轻质量。

图9-9 实例4示意图

④带轮轮缘太宽，浪费材料，应减窄，且应倒角。

⑤透盖与转轴（或套筒）之间应有间隙，且应有密封垫圈。

⑥轴承端盖与箱体之间应有调整垫片，以调整轴承松紧（2处）。

⑦箱体上轴承端盖接触面之外部分非加工面应凹进去一些（2处）。

⑧轴环将使轴承、套筒装不进去，应取消，改为套筒（或圆螺母）对轴承内圈固定，轴承内径应加大，且与其配合的轴应缩进轴承右端面内1～2mm。

⑨右轴承放反了，喇叭口应朝左。

⑩与齿轮配合的轴颈长应比齿轮宽度小1～2mm，以保证套筒压住齿轮端面。

(11)轴肩过高，轴承拆卸不便，应将轴肩降至轴承内齿圈2/3左右。

(12)两个轴承端盖外圆外侧应倒角。

(13)两个轴承端盖外侧中间应内凹，以减少加工面；左轴承孔及右轴承孔箱体内壁少线。

(14)轴承内外圈的剖面线方向应一致。

(15)轴承的简化画法不对，不应画叉线，应画十字线，如图9-10所示。

图9-10 实例4题解

【实例5】 图9-11是减速器高速轴的结构图，如有错误请改正，并画出正确的结构图。

图9-11 实例5示意图

解：改正后的图如图9-12所示。

图9-12 实例5题解