轴的结构设计最佳实践

轴的结构设计是在初步估算轴径的基础上进行的。为满足轴上零件的装拆、定位、固定要求和便于轴的加工，通常将轴设计成阶梯轴。轴的结构设计的任务是合理确定阶梯轴的形状和全部结构尺寸。

1.轴各段直径的确定

（1）轴上装有齿轮、带轮和联轴器处的直径，如图4-4中的d和d3应取标准值（参照表12-9）。而装有密封元件和滚动轴承处的直径，如d1、d2、d5，则应与密封元件和轴承的内孔径尺寸一致。轴上两个支点的轴承，应尽量采用相同的型号，便于轴承座孔的加工。

图4-4　轴的结构设计

（2）相邻轴段的直径不同即形成轴肩。当轴肩用于轴上零件定位和承受轴向力时，应具有一定的高度，如图4-4中d—d1、d3—d4—d5所形成的轴肩。一般的定位轴肩，轴肩高度可取（0.07～0.1）d。用作滚动轴承内圈定位时，轴肩的直径应按轴承的安装尺寸要求取值（见表15-1至表15-6）。

如果两相邻轴段直径的变化仅是为了轴上零件装拆方便或区分加工表面时，轴肩高度取1～2mm即可（如图4-4中d1—d2、d2—d3的变化），也可以采用相同公称直径而取不同的公差值。

（3）为了降低应力集中，轴肩处的过渡圆角不宜过小。用作零件定位的轴肩，零件毂孔的倒角（或圆角半径）应大于轴肩处过渡圆角半径，以保证定位的可靠（见图4-5）。一般配合表面处轴肩和零件孔的圆角、倒角尺寸见表12-11。装滚动轴承处轴肩的过渡圆角半径应按轴承的安装尺寸要求取值（见表15-1至表15-6）。

（4）为了便于切削加工，一根轴上的过渡圆角应尽可能取相同的半径，退刀槽取相同的宽度，倒角尺寸相同；一根轴上各键槽应开在轴的同一母线上，若开有键槽的轴段直径相差不大时，尽可能采用相同宽度的键槽，以减少换刀的次数；需要磨削的轴段，应留有砂轮越程槽（越程槽尺寸见表12-12），以便磨削时砂轮可以磨到轴肩的端部，需切削螺纹的轴段，应留有退刀槽，以保证螺纹牙均能达到预期的高度。

2.轴各段长度的确定

轴各段的长度主要取决于轴上零件（传动零件、轴承）的宽度以及相关零件（箱体轴承座、轴承端盖）的轴向位置和结构尺寸。

图4-5　轴肩和零件孔的圆角、倒角

（1）对于安装齿轮、带轮、联轴器的轴段，当这些零件靠其他零件（套筒、轴端挡圈等）顶住来实现轴向固定时，该轴段的长度应略短于相配轮毂的宽度，以保证固定可靠，如图4-4中安装齿轮和带轮的轴段。

（2）安装滚动轴承处轴段的轴向尺寸由轴承的位置和宽度来确定。

根据以上对轴的各段直径尺寸设计和已选的轴承类型，可初选轴承型号，查出轴承宽度和轴承外径等尺寸（见表15-1至表15-6）。轴承内侧端面的位置（轴承端面至箱体内壁的距离Δ3）可按表4-2确定。

应注意，轴承在轴承座中的位置与轴承润滑方式有关。轴承采用脂润滑时，常需在轴承旁设封油盘，轴承距离箱体内壁较远，见图4-10。当采用油润滑时，轴承应尽量靠近箱体内壁，可只留少许距离（Δ3值较小），见图4-11。

确定了轴承位置和已知轴承的尺寸后，即可在轴承座孔内画出轴承的图形。

（3）轴的外伸段长度取决于外伸轴段上安装的传动零件尺寸和轴承端盖的结构。如采用凸缘式轴承端盖，应考虑装拆轴承端盖螺栓所需的距离（见图4-4）。当外伸轴装有弹性套柱销联轴器时，应留有装拆弹性套柱销的必要距离（见图4-6）。

图4-5　轴肩和零件孔的圆角、倒角(www.xing528.com)

（1）对于安装齿轮、带轮、联轴器的轴段，当这些零件靠其他零件（套筒、轴端挡圈等）顶住来实现轴向固定时，该轴段的长度应略短于相配轮毂的宽度，以保证固定可靠，如图4-4中安装齿轮和带轮的轴段。

（2）安装滚动轴承处轴段的轴向尺寸由轴承的位置和宽度来确定。

根据以上对轴的各段直径尺寸设计和已选的轴承类型，可初选轴承型号，查出轴承宽度和轴承外径等尺寸（见表15-1至表15-6）。轴承内侧端面的位置（轴承端面至箱体内壁的距离Δ3）可按表4-2确定。

应注意，轴承在轴承座中的位置与轴承润滑方式有关。轴承采用脂润滑时，常需在轴承旁设封油盘，轴承距离箱体内壁较远，见图4-10。当采用油润滑时，轴承应尽量靠近箱体内壁，可只留少许距离（Δ3值较小），见图4-11。

确定了轴承位置和已知轴承的尺寸后，即可在轴承座孔内画出轴承的图形。

（3）轴的外伸段长度取决于外伸轴段上安装的传动零件尺寸和轴承端盖的结构。如采用凸缘式轴承端盖，应考虑装拆轴承端盖螺栓所需的距离（见图4-4）。当外伸轴装有弹性套柱销联轴器时，应留有装拆弹性套柱销的必要距离（见图4-6）。

图4-6　轴的外伸段长度的确定

3.轴上键槽的尺寸和位置

平键的剖面尺寸根据相应轴段的直径确定（见表14-35），键的长度应比轴段长度短。键槽不要太靠近轴肩处，以避免由于键槽加重轴肩过渡圆角处的应力集中。键槽应靠近轮毂装入侧轴段端部，以利装配时轮毂的键槽容易对准轴上的键。

按照以上所述方法，可设计轴的结构，并在图4-2或图4-3的基础上，完善减速器装配工作草图。图4-7所示为完成轴系设计后单级圆柱齿轮减速器的装配工作草图内容。

图4-6　轴的外伸段长度的确定

3.轴上键槽的尺寸和位置

平键的剖面尺寸根据相应轴段的直径确定（见表14-35），键的长度应比轴段长度短。键槽不要太靠近轴肩处，以避免由于键槽加重轴肩过渡圆角处的应力集中。键槽应靠近轮毂装入侧轴段端部，以利装配时轮毂的键槽容易对准轴上的键。

按照以上所述方法，可设计轴的结构，并在图4-2或图4-3的基础上，完善减速器装配工作草图。图4-7所示为完成轴系设计后单级圆柱齿轮减速器的装配工作草图内容。

图4-7　完成轴系设计后单级圆柱齿轮减速器装配工作草图

图4-7　完成轴系设计后单级圆柱齿轮减速器装配工作草图