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摘要 本文阐述了机械设计中轴系结构设计的重要性，对轴系结构设计的具体过程以及设计时需要注意和改进的地方进行讨论。
关键词 机械设计；轴系结构；方案设计与研究
A 文章编号 1674-6708（2013）89-0094-02
0 引言
轴系结构的设计在机械设计中占据重要地位，轴系结构设计中最主要的是轴的结构设计。轴的主要作用有：对回转零件进行支撑；把运动和动力进行传递。所以整个机器运行的好坏，跟轴系结构设计的优劣存在一定的关系。轴系一旦失效，造成的后果可能会很严重，所以要重视轴系的设计。类似于其他零件的设计，轴的设计主要也包括结构设计和校核计算。而轴的结构设计又是轴设计中的重要内容。
要追求简单化。下面阐述一下轴的结构设计中需要解决的几个问题。
1）零件的轴向定位
轴向定位零件主要有：轴肩、圆螺母、套筒、轴端挡圈和轴承端盖。零件采取何种轴向定位方法，主要取决于以下几个方面：一是所受轴向力的大小；二是零件装拆的难易程度；三是零件对轴的强度产生的影响。
2）零件的径向定位
轴向定位零件有键、紧定螺钉、销以及过盈配合等，这些零件可以很好地限制轴上零件与轴之间的相对转动。
有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径；为了装拆方便，在配合轴段前应采用较小的直径；在相配合轴段的压入端应制出合适的锥度，方便零件的装配与拆卸；应尽可能使结构紧凑，同时还要保证零件所需的装配或调整空间。
1）合理布置轴上零件
轴上零件进行布置时，要充分考虑到零件对轴产生的伤害，选择伤害最小的一种方式。比如传动件在布置的时候，如果采用悬臂的方式，轴所受到的伤害非常大，不利于整个轴系结构，正确的做法是应尽量靠近轴承，减小轴的负担。
2）改进轴上零件的结构
不合理的轴上零件的结构会增加轴的负担，需要对其改进以优化轴系结构。如图2中所示起重卷筒的两种安装方式。图a中，因为把卷筒和大齿轮连接在一块了，转矩的传递可以不经过轴而直接经大齿轮传给卷筒，使得卷筒轴只受弯矩而不受扭矩，减轻了卷筒轴的负担；图b中是大齿轮将转矩通过轴传到卷筒，因而卷筒轴既受弯矩又受扭矩。在同
样的载荷F下，图2（a）中轴的直径显然可以比图2（b）中的小。
3）改进轴的结构以减小应力集中
容易产生应力集中的常见地方有：轴肩处；轴与轮毂为过盈配合的边缘处；用键槽铣刀加工的键槽的过渡处。相应的改进措施有：把过渡圆角的半径适当放大以减小轴肩处的应力集中；增加配合直径或者在轮毂和轴上开减载槽；用盘铣刀代替键槽铣刀来加工键槽。
4）改进轴的表面质量
当轴的表面粗糙度比较大时，会降低轴的疲劳强度。应合理减小轴的表面粗糙度，以及选取适当的表面强化处理方法。可以采取的强化方法有：表面渗碳、氰化等化学热处理；表面高频淬火等热处理；碾压、喷丸等强化处理。
2 结论
轴系结构设计的好坏决定着整个设备的运行是否成功可靠。所以我们要重视轴系结构的设计，在掌握一般设计方案的同时，要不断的探索新的、顺应时代的更高效的设计方法，从而优化轴系的结构。
参考文献
杨彩凤.轴系零件结构参数化设计与开发.四川大学，2004.
龚桂乙
[3]吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册[M].北京：高等教育出版社，2005.
[4]何泽军.机械设计中轴系结构方案的设计与研究[J].长春理工大学学报，2010（9）：97-98.
关键词 机械设计；轴系结构；方案设计与研究
A 文章编号 1674-6708（2013）89-0094-02
0 引言
轴系结构的设计在机械设计中占据重要地位，轴系结构设计中最主要的是轴的结构设计。轴的主要作用有：对回转零件进行支撑；把运动和动力进行传递。所以整个机器运行的好坏，跟轴系结构设计的优劣存在一定的关系。轴系一旦失效，造成的后果可能会很严重，所以要重视轴系的设计。类似于其他零件的设计，轴的设计主要也包括结构设计和校核计算。而轴的结构设计又是轴设计中的重要内容。
1 轴系的结构设计
在轴系的结构设计时，主要考虑以下几个方面：一是怎样在轴上布置和固定零件；二是载荷的大小、方向以及在轴上的分布情况；三是轴系采取什么样的加工和装配方法。只有综合考虑好以上问题，才能设计好轴系结构。轴结构是否设计得好，主要参考以下几个方面：一是可以很容易的从轴上进行装拆和调整零件；二是轴系之间要准确牢靠；三是轴的制造工艺性要好。所以轴的结构设计没有标准答案，只有更好的答案，所以我们要做的就是找出最合适的方案。轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部尺寸，轴的结构设计需要满足强度、刚度和装配等要求，但也要追求简单化。下面阐述一下轴的结构设计中需要解决的几个问题。
1.1 零件的装配方案
装配方案，就是要初步确定好按照什么样的顺序和方式来装配轴上各零件，这是轴的结构设计的前提，它决定着轴的基本形式。如图1中的装配方案示例：轴的左边需要装上左端轴承和端盖，在这两个中需要先装上轴承，再装上端盖，不然的话，装上端盖后轴承就装不进去了；同理右边先安装的应该是齿轮、套筒，再安装右端轴承、轴承端盖以及联轴器。拟定好初步的装配方案后，就可以对轴上各轴段粗细进行初步的取值。一般设计时，应该多设计几个方案，将它们进行分析对比后再选择其中最优的一个。1.2 零件的定位
把零件初步装配在轴上时，零件有可能还会左右上下移动，所以为了限制零件的移动，把其准确的固定在工作位置上，需要对零件进行定位，主要包括轴向定位和径向定位。1）零件的轴向定位
轴向定位零件主要有：轴肩、圆螺母、套筒、轴端挡圈和轴承端盖。零件采取何种轴向定位方法，主要取决于以下几个方面：一是所受轴向力的大小；二是零件装拆的难易程度；三是零件对轴的强度产生的影响。
2）零件的径向定位
轴向定位零件有键、紧定螺钉、销以及过盈配合等，这些零件可以很好地限制轴上零件与轴之间的相对转动。
1.3 各个轴段直径和长度的确定
当确定好零件的装配方案后，便可以逐步确定各轴段的直径和长度。以轴主要受扭矩的情况为例：第一步，按照轴的受力情况算出轴所受扭矩大小，根据公式（1）算出初步的轴径。第二步，选取第一步得到的直径作为轴段的最小直径。第三步，按轴上各零件的装配方案以及定位所需要满足的要求，将各段轴的直径逐步确定。有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径；为了装拆方便，在配合轴段前应采用较小的直径；在相配合轴段的压入端应制出合适的锥度，方便零件的装配与拆卸；应尽可能使结构紧凑，同时还要保证零件所需的装配或调整空间。
1.4 提高轴的强度的措施
轴的强度会受到轴上零件的结构及安装布置的影响，需要采取一定的措施来减小这种负面影响，以便提高轴的承载能力和使用寿命以及优化轴的设计。1）合理布置轴上零件
轴上零件进行布置时，要充分考虑到零件对轴产生的伤害，选择伤害最小的一种方式。比如传动件在布置的时候，如果采用悬臂的方式，轴所受到的伤害非常大，不利于整个轴系结构，正确的做法是应尽量靠近轴承，减小轴的负担。
2）改进轴上零件的结构
不合理的轴上零件的结构会增加轴的负担，需要对其改进以优化轴系结构。如图2中所示起重卷筒的两种安装方式。图a中，因为把卷筒和大齿轮连接在一块了，转矩的传递可以不经过轴而直接经大齿轮传给卷筒，使得卷筒轴只受弯矩而不受扭矩，减轻了卷筒轴的负担；图b中是大齿轮将转矩通过轴传到卷筒，因而卷筒轴既受弯矩又受扭矩。在同
样的载荷F下，图2（a）中轴的直径显然可以比图2（b）中的小。
3）改进轴的结构以减小应力集中
容易产生应力集中的常见地方有：轴肩处；轴与轮毂为过盈配合的边缘处；用键槽铣刀加工的键槽的过渡处。相应的改进措施有：把过渡圆角的半径适当放大以减小轴肩处的应力集中；增加配合直径或者在轮毂和轴上开减载槽；用盘铣刀代替键槽铣刀来加工键槽。
4）改进轴的表面质量
当轴的表面粗糙度比较大时，会降低轴的疲劳强度。应合理减小轴的表面粗糙度，以及选取适当的表面强化处理方法。可以采取的强化方法有：表面渗碳、氰化等化学热处理；表面高频淬火等热处理；碾压、喷丸等强化处理。
2 结论
轴系结构设计的好坏决定着整个设备的运行是否成功可靠。所以我们要重视轴系结构的设计，在掌握一般设计方案的同时，要不断的探索新的、顺应时代的更高效的设计方法，从而优化轴系的结构。
参考文献
杨彩凤.轴系零件结构参数化设计与开发.四川大学，2004.
龚桂乙
摘自：毕业论文范例www.udooo.com
，潘沛霖，等.机械设计课程设计图册二高等教育出版社，2000.[3]吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册[M].北京：高等教育出版社，2005.
[4]何泽军.机械设计中轴系结构方案的设计与研究[J].长春理工大学学报，2010（9）：97-98.