【机械设计】轴及轴上零件的结构设计

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一、轴的结构设计

轴结构设计包括确定钢的结构形状和尺寸。轴的结构是由多方面的因素决定的，其中主要考虑轴的强度、刚度、轴上零件的安装、定位、轴的支承结构以及轴的工艺性等，其设计方法和结构要素的确定，可参照教科书有关章节进行。

单级圆柱齿轮减速器的轴一般均为阶梯轴，确定阶梯轴各段的直径和长度是阶梯轴设计的主要内容。下面通过图1-2-17和表1-2-2、表1-2-3来说明。

1、阶梯轴各段直径的确定

图1-2-17中阶梯轴各段的直径可由表1-2-2确定。

2、阶梯轴各段长度的确定

图1-2-17中各阶梯长度可由表1-2-3确定。

表1-2-3轴各段长度的确定

注：表中l₂、l₃、l₄、⊿₂参见表1-2-4。

由表中计算式可知，各段长度的确定与箱外的旋转零件至固定零件的距离l₄；轴承端盖及联接螺栓头高度的总尺寸l₃；轴承端面至箱体内壁的距离l₂；转动零件端面至箱体内壁的距离⊿₂以及档油环的结构尺寸有关，这些尺寸又取决于轴承盖的类型、密封型式以及各零件在装配图中的相关位置。因此，阶梯轴各段的长度应通过装配草图设计过程中边绘制边计算确定。尤其值得注意的是：当各零件相对位置确定以后，支承点的跨距即可确定，这时就可以计算支承反力，对轴的危险截面进行复合强度核核以及轴承寿命计算等，如果轴的强度不合格或者轴承寿命不符合要求，这时就要重新选择轴承和调整结构。当然，轴的各阶梯段直径和长度也相应发生变化。由上述可知，轴的结构设计应该在装配草图设计过程中，以边绘图、边计算、边修改的方式逐步完成。

表1-2-4为单级圆柱齿轮减速器的位置尺寸关系。

二、齿轮的结构设计

中小型减速器的齿轮一般用锻钢制造。当齿轮的齿顶圆直径d_a≤200mm时，可以做成圆盘式结构。当齿轮的齿根圆与键槽底部的距离小于!&（ &为模数）时，则齿轮与轴应做成一体的齿轮轴。当d_a=200~500时，可以做成腹板式结构。

齿轮结构设计可参照教科书有关章节进行。

三、支承部件的结构

单级圆柱齿轮减速器轴的支承一般采用滚动轴承，如图1-2-18所示。

滚动轴承类型与尺寸选择以及轴承组合设计可参照教材有关章节进行。

轴承组合中，除滚动轴承外，还有轴承盖、调整垫片、内外密封装置的结构设计。

1、轴承盖

轴承盖的作用是固定轴承的位置并承受轴向力和密封轴承座孔。

轴承盖的材料一般为铸铁（HT150）。

轴承盖结构型式分为凸缘式（用螺钉将盖固定在箱体上）和嵌入式（用盖的圆周凸缘嵌入轴承座孔的槽内固定）。每种结构又可分为闷盖（中间无孔）和透盖（中间有孔，用于轴外伸端的轴承座上）两种型式，如图1-2-19所示。

表1-2-4单级圆柱齿轮减速器的位置尺寸

表1-2-5和表1-2-6分别列出凸缘式轴承盖和嵌入式轴承盖的结构尺寸。

轴承盖设计应注意下列几点：

(1)当轴承盖的宽度较长时，应在端部车出一段较小直径（比孔径小2~4mm ），但必须保留够的配合长度e₁。

(2)轴承采用飞溅润滑时，轴承盖端部必须开缺口并车出一段小直径，以便润滑油流入轴承。

(3)嵌入式轴承盖结我紧凑，重量轻，但承载能力较差，且不便于调整轴承间隙，不宜用于要求准确调整间隙的场合。

2、调整垫片组

调整垫片的作用是调整轴承的轴向游隙和轴承内部间隙以及轴的轴向位置。

调整垫片组由多片厚度不同的垫片组成。调整时，根据需要组合成不同的厚度。调整垫片组的组别，片数及厚度可由表1-2-7查得。

滚动轴承的内外密封装置的设计可参见本章第五节“减速器的润滑与密封”。

第四节减速器附件的结构设计

一、观察孔及盖板

观察孔应开在箱盖顶部，便于检查，观察轮齿啮合情况的部位。箱体内润滑油也由观察孔注入，因此，孔口尺寸应足够大。观察孔平时用盖板封住。盖板常用钢板或铸铁制成，为了防止渗油，盖板应垫有纸质封油垫片。

中小型减速器的观察孔及盖板的结构尺寸见表1-2-8。

表1-2-8观察孔和盖板尺寸

二、透气塞

透气塞一般安装在箱盖的顶部。简单的透气塞可装在观察孔的盖板上并兼作把手用。图1-2-20为与观察孔盖铸在一起的透气塞。

图1-2-21为钢制小型透气塞焊在观察孔盖上并兼作把手

图1-2-21

图1-2-22为用螺纹联接在盖板或箱盖上的透气塞。其结构尺寸见表1-2-9。

图1-2-22

表1-2-9 透气塞结构尺寸（图1-2-22）mm

三、油标

油标的作用是观测箱体内润滑油的油面高度。

常用油标有油标尺（图1-2-23）、长形油标（图1-2-24）、圆形油标（图1-2-25）以及管状油标（图1-2-26）。油标尺结构简单，但在工作时不能直接观察到油面高度，由于制作方便，一般减速器使用较多。圆形、长形和管状油标均为窗式结构，可直接观察到油面，其尺寸规格已标准化，用于较为重要的或大型减速器。