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轴系部件的选择与设计说明

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轴系部件的选择与设计 ........................................................... 1
1. 轴系设计的基本要求 .......................................................... 1
（1）旋转精度 、刚度 、抗振性 、热变形 ....................................... 1
（2）机床主轴传动齿轮空间布置比较 ............................................ 1
2. 轴系(主轴)用轴承的类型与选择 ................................................ 2
（1）标准滚动轴承； .......................................................... 2
（2）深沟球轴承 ； ........................................................... 2
（3）双列向心短圆柱滚子轴承； ................................................ 2
（4）圆锥滚子轴承 ； ......................................................... 2
（5）推力轴承 。 ............................................................. 2
3. 提高轴系性能的措施 .......................................................... 5
（1） 提高轴系的旋转精度 ..................................................... 5
（2） 提高轴系组件的抗振性 ................................................... 5
轴系部件的选择与设计
1. 轴系设计的基本要求
轴系由轴及安装在轴上的齿轮、带轮等传动部件组成，有主轴轴系和中间传动轴轴系。
轴系的主要作用是传递转矩及精确的回转运动，它直接承受外力(力矩)。
对于中间传动轴系一般要求不高。而对于完成主要作用的主轴轴系的旋转精度、刚度、
热变形及抗振性等的要求较高。
（1）旋转精度 、刚度 、抗振性 、热变形
旋转精度是指在装配之后，在无负载、低速旋转的条件下轴前端的径向跳动和轴向窜动
量。
轴系的刚度反映了轴系组件抵抗静、动载荷变形的能力。
轴系的振动表现为受迫振动和自激振动两种形式。其振动原因有轴系组件质量不匀引起
的动不平衡、轴的刚度及单向受力等；它们直接影响旋转精度和轴承寿命。
轴系的受热会使轴伸长或使轴系零件间隙发生变化，影响整个传动系统的传动精度、旋
转精度及位置精度。又由于温度的上升会使润滑油的粘度发生变化，使滑动或滚动轴承的承
载能力降低。
（2）机床主轴传动齿轮空间布置比较

机床主轴传动齿轮空间布置比较
2. 轴系(主轴)用轴承的类型与选择
（1）标准滚动轴承；
（2）深沟球轴承 ；
（3）双列向心短圆柱滚子轴承；
（4）圆锥滚子轴承 ；
（5）推力轴承 。
双列向心短圆柱滚子轴承、
圆锥滚子轴承、双列推力球轴承图

1）配套应用例

上图为其配套应用实例，双列向心短圆柱滚子轴承的径向间隙调整，是先将螺母6松开、
转动螺母1,拉主轴7向左推动轴承圈，利用圈胀大以消除间隙或预紧。这种轴承只能承受
径向载荷。轴向载荷由双列推力球轴承2承受，用螺母1调整间隙。轴向力的传递见图中箭
头所示，轴向刚度较高。这种推力轴承的制造精度已达B级，适用于各种精度的主轴轴系。
其预紧力和间隙大小调整用隔套3来实现。外围开有油槽和油孔4，以利于润滑油进入轴承。

2）微型滚动轴承
3）精密分度头主轴系统
上图为一精密分度头主轴系统。它采用的是密珠轴承，主轴由止推密珠轴承2、4和径
向密珠轴承1、3组成。这种轴承所用滚珠数量多且接近于多头螺旋排列。由于密集的钢珠
有误差平均效应，减小了局部误差对主轴轴心位置的影响，故主轴回转精度有所提高；每个
钢珠公转时沿着自己的滚道滚动而不相重复，减小了滚道的磨损，主轴回转精度可长期保持。
实践证明，提高钢珠的密集度有利于主轴回转精度的提高，但过多地增加钢珠会增大摩擦力
矩。因此，应在保证主轴运转灵活的前提下，尽量增多钢珠数量。图b为推力密珠轴承保持
架孔分布情况，图c为径向密珠轴承保持架孔的分布情况。
4）液体静压轴承工作原理

液体静压轴承工作原理
1、2、3、4-油腔；5-金属薄膜；6-圆盒；7-回油槽；8-轴套
5）磁悬浮轴承工作原理i
磁悬浮轴承是利用磁场力将轴无机械摩擦、无润滑地悬浮在空间的一种新型轴承。其工
作原理如下图所示。径向磁悬浮轴承由转子(转动部件)6和定子(固定部件)5两部分组成。
定子部分装上电磁体，保持转子悬浮在磁场中。转子转动时，由位移传感器4检测转子的偏
心，并通过反馈与基准信号l(转子的理想位置)进行比较，调节器2根据偏差信号进行调节，
并把调节信号送到功率放大器3以改变电磁体(定子)的电流，从而改变磁悬浮力的大小，使
转子恢复到理想位置。
径向磁悬浮轴承的转轴(如主轴）一般要配备辅助轴承，工作时辅助轴承不与转轴接触，
当断电或磁悬浮失控时能托住高速旋转的转轴，起到完全保护作用。辅助轴承与转子之间的
间隙一般等于转子与电磁体气隙的一半。轴向悬浮轴承的工作原理与径向磁悬浮轴承相同 。
磁悬浮轴承工作原理
1—信号输入；2—调节器；3—功率放大器；4—位移传感器；5—定子；6—转子

3. 提高轴系性能的措施
（1）提高轴系的旋转精度
轴承(如主轴)的旋转精度中的径向跳动主要由
1）被测表面的几何形状误差；
2）被测表面对旋转轴线的偏心；
3）旋转轴线在旋转过程中的径向漂移。
等因素引起。
轴系轴端的轴向窜动主要由
1）被测端面的几何形状误差；
2）被测端面对轴心线的不垂直度；
3）旋转轴线的轴向窜动。
等三项误差引起。
提高其旋转精度的主要措施有：
1）提高轴颈与架体(或箱体)支承的加工精度；
2）用选配法提高轴承装配与预紧精度；
3）轴系组件装配后对输出端轴的外径、端面及孔通过互为基准进行精加工。
（2）提高轴系组件的抗振性
轴系组件有受迫振动和自激振动，前者是由轴系组件的不平衡、齿轮及带轮质量分布不
均匀以及负载变化引起的，后者是由传动系统本身的失稳引起的。
提高其抗振性的主要措施有：
1）提高轴系组件的固有振动频率、刚度和阻尼，通过计算或试验来预测其固有振动频
率，当阻尼很小时，应使其固有振动频率远离受迫振动频率，以防止共振。一般讲，刚度越
高、阻尼越大，则激起的振幅越小。
2）消除或减少受迫振动振源的干扰作用。构成轴系的主要零部件均应进行静态和动态
平衡，选用传动平稳的传动件、对轴承进行合理预紧等。
3）采用吸振、隔振和消振装置。


i
注：摘自张建民《机电一体化系统设计》第四版

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轴系结构设计实验报告

轴系结构设计实验报告

轴系结构设计实验报告
专业:机械班级：12 姓名：沙古体学号：021241222 成绩_____
一、实验目的
1、熟悉并掌握轴系结构设计中有关轴的结构设计，滚动轴承组合设计的基本方法；
2、熟悉并掌握轴、轴上零件的结构形状及功用、工艺要求和装配关系；
3、熟悉并掌握轴及轴上零件的定位与固定方法；
4、了解轴承的类型、布置、安装及调整方法以及润滑和密封方式。

二、实验内容
三、实验设备
1、组合式轴系结构设计分析试验箱。

试验箱提供圆柱齿轮轴系，小圆锥齿轮轴系及蜗杆轴系结构设计实验的全套零件。

2、测量及绘图工具
300mm钢板尺、游标卡尺、内外卡钳、铅笔、三角板等。

四、实验步骤
五、实验结果。

轴系结构的设计实例 福州大学精品文档

轴系结构的设计实例 福州大学精品文档


在轴的伸出端根据所安装零件设计轴段的直径、长度及轴毂连接。
根据轴端零件的定需要设置轴向定位结构，本实例选用轴端挡圈。 完成结构设计后应根据结构尺寸分析轴及轴承的工作能力，如工作 能力不满足要求，应修改结构尺寸。
传动零件通过内孔与轴的配合关系确定与轴的径向位置关系
齿轮通过轮毂端面与轴肩的接触，确定与轴的轴向位置关系，轴 肩的位置决定齿轮的安装方法，通常将轴肩安排在远离箱体壁的 一侧，这样设计可以方便装配。
相邻轴段直径应稍小，这样设计既有利于加工，又有利于装配。
与传动零件配合的轴段长度应略小于传动件轮毂宽度，这样可以使 定为零件（图中套筒）可靠地与齿轮端面接触；否则可能由于制造 误差，使得套筒与轴上的台阶端面接触，使齿轮实际并未定位。
根据载荷及转速情况选择滚动轴 承的类型、组合及尺寸。
本实例选择角接触球轴承，正安装，为使轴承与轴承孔接触良好， 轴承的安装位置应深入轴承孔一定距离。滚动轴承与轴之间通过轴 肩定位，轴肩高度应保证轴承的定位需要，同时保证轴承可拆卸。
左端轴承通过套筒定轴向位置，既要保证齿轮定位的需要，同时又 要保证轴承的定位需要，可以将套筒设计为台阶形状。
在端盖与箱体之间设置螺栓连接，以固定端盖位置。
右侧端盖有通孔。
为防止润滑油泄漏，在端盖孔与轴之间设置油封。
为保证油封可拆卸，在端盖上设置工艺孔。
这里安剖分式箱体设计，安排上、下箱体连接螺栓。
为保证轴承润滑需要，在箱体上安排油沟，引导从箱体壁上流下的 润滑油流向轴承。
为保证润滑油流入轴承外侧，在轴承端盖内侧开设油槽。
根据需要确定滚动轴承的润滑方式，如果采用油润滑应保证轴承可 以得到足够的润滑油流量，如果采用脂润滑应保证润滑脂不被流动 的润滑油带走，本实例选择油润滑。
轴系结构

轴系结构

实验四轴系结构创意组合一、概述任何回转机械都具有轴系结构，因而轴系结构设计是机器设计中最丰富、最需具有创新意识的内容之一，轴系性能的优劣直接决定了机器的性能与使用寿命。

由于轴承的类型很多，轴上零件的定位与固定方式多样，具体轴系的种类很多。

概括起来主要有：(1)两端单向固定结构；(2)一端双向固定、一端游动结构；(3)两端游动结构(一般用于人字齿轮传动中的一根轴系结构设计)。

如何根据轴的回转转速、轴上零件的受力情况，决定轴承的类型；再根据机器的工作环境决定轴系的总体结构；轴上零件的轴向定位与固定、周向的固定来设计机器的轴系，是机器设计的重要环节。

为了设计出适合于机器的轴系，有必要熟悉常见的轴系结构，在此基础上才能设计出正确的轴系结构，为机器的正确设计提供核心的技术支持。

二、实验目的1．熟悉和掌握轴的结构与其设计，弄懂轴及轴上零件的结构形状及功能、工艺要求和装配关系。

2．熟悉并掌握轴及轴上零件的定位与固定方法。

3．熟悉和掌握轴系结构设计的要求与常用轴系结构。

4．了解轴承的类型、布置、安装及调整方法，以及润滑和密封方式。

三、实验设备和工具1．模块化轴段，用其可组装成不同结构形状的阶梯轴。

2．轴上零件：齿轮、蜗杆、带轮、联轴器、轴承、轴承座、端盖、套杯、套筒、圆螺母、轴端挡圈、止动垫圈、轴用弹性挡圈、孔用弹性挡圈、螺钉、螺母等。

3．工具：扳手、游标卡尺、内外卡钳、300mm钢板尺、铅笔、三角板等。

四、实验内容与要求1．从轴系结构设计实验方案表中选择设计实验方案号。

2．进行轴的结构设计与滚动轴承组合设计。

每组学生根据实验方案规定的设计条件和要求，确定需要哪些轴上零件，进行轴系结构设计。

解决轴承类型选择，轴上零件的固定、装拆、轴承游隙的调整、轴承的润滑、密封、轴的结构工艺性等问题。

3．绘出轴系结构设计装配草图，并应使设计结构满足轴承组合设计的基本要求，即采用何种轴系基本结构。

4．考虑滚动轴承与轴、滚动轴承与轴承座的配合选择问题。

轴系

轴系


• 轴线及轴段长度的确定
轴线是一根线段， 它的长度与位置决定于两个 轴线是一根线段 ， 端点。前端点为主机（或推进机组） 端点。前端点为主机（或推进机组）的输出法兰 中心，后端点为螺旋桨的桨毂中心。 中心，后端点为螺旋桨的桨毂中心。 在轴线总长度确定之后， 在轴线总长度确定之后，统筹考虑船体尾部线型 和结构、隔舱壁位置、各轴承负荷情况、 和结构、隔舱壁位置、各轴承负荷情况、工厂的 加工能力以及轴系在机舱内的装拆要求等因素， 加工能力以及轴系在机舱内的装拆要求等因素， 决定螺旋桨轴、 决定螺旋桨轴、中间轴等传动轴的配置及各轴段 长度。 长度。
• 二、轴线最好布置成与船体基线平行 当推进机组位置较高， 而船舶吃水较浅时， 当推进机组位置较高 ， 而船舶吃水较浅时 ， 为 了保证螺旋桨的浸没深度， 了保证螺旋桨的浸没深度，不得不使轴线向尾部 倾斜一定角度。 倾斜一定角度。轴线与基线的夹角称为倾角。有 些双轴系和多轴系的船舶， 些双轴系和多轴系的船舶，为了保证螺旋桨叶的 边缘离船壳外板有一定的间隙， 边缘离船壳外板有一定的间隙，或出于机桨布置 的需要， 的需要，允许轴线在水平投影面上不与纵舯剖面 平行，向外或向内倾斜，形成夹角，称为偏角。 平行，向外或向内倾斜，形成夹角，称为偏角。 当轴线出现倾角和偏角时， 当轴线出现倾角和偏角时 ， 将使螺旋桨的推力 受到损失，因此必须对倾角和偏角加以控制。 受到损失，因此必须对倾角和偏角加以控制。 一般将倾角控制在0 之内， 一般将倾角控制在 0° ～ 5° 之内 ， 高速快艇轴 线的倾角可放大到12 12° 16° 线的倾角可放大到 12° ～ 16° ； 偏角则控制在 0°～3°之内。 之内。
• 三、主机应尽量靠近机舱后舱壁布置，以缩短轴 线长度。 • 四、应考虑主机左、右、前、底与上部空间是否 满足船舶规范，另外还需要考虑拆装与维修要求 以及吊缸的高度是否足够等因素。比如高度方向， 一般应使主机的油底壳不碰到船的双层底或肋骨， 并使它们之间留有向隙，还应留出油底壳放油所 需的操作高度。