1.4　轴的结构设计

在轴的具体结构未确定之前，轴上力的作用点难以确定，所以轴的设计计算必须先初步完成结构设计。

轴的结构设计主要是定出轴的合理外形和轴各段的直径、长度和局部结构。

轴的结构取决于轴的承载性质、大小、方向以及传动布置方案，轴上零件的布置与固定方式，轴承的类型与尺寸，轴毛坯的型式，制造工艺与装配工艺，安装运输条件及制造经济性等。设计轴的合理结构，要考虑的主要因素如下。

①使轴受力合理，使扭矩合理分流，弯矩合理分配；

②应尽量减质量，节约材料，尽量采用等强度外形尺寸；

③轴上零、部件定位应可靠（如轮毂应长出相关轴段2～3mm等），见本章1.4.1节；

④尽量减少应力集中，提高疲劳强度，见本章1.4.3节；

⑤要考虑加工工艺所必需的结构要素（如中心孔、螺尾退刀槽、砂轮越程槽等），尽量减少加工刀具的种类，轴上的倒角、圆角、键槽等应尽可能取相同尺寸，键槽应尽量开在一条线上，直径相差不大的轴段上的键槽截面应一致，以减少加工装卡次数；

⑥要便于装拆和维修，要留有装拆或调整所需的空间和零件所需的滑动距离，轴端或轴的台阶处应有方便装拆的倒角，轴上所有零件应无过盈地装配到位，可采用锥套等易装拆的结构；

⑦对于要求刚度大的轴，要考虑减小变形的措施；

⑧在满足使用要求的条件下，合理确定轴的加工精度和表面粗糙度，合理确定轴与轴上零件的配合性质；

⑨要符合标准零、部件及标准尺寸的规定。

1.4.1　零件在轴上的定位与固定

零件在轴上的定位与固定方法，参见表7-1-4～表7-1-6。

表7-1-4　轴向定位与固定方法

表7-1-5　周向定位与固定方法

表7-1-6　轴上固定螺钉用孔（摘自JB/ZQ 4251—2006）

注：工作图上除C1、C2和C3外，其他尺寸应全部注出。

1.4.2　提高轴疲劳强度的结构措施

在轴截面变化处（如台阶、横孔、键槽等），会产生应力集中、引起轴的疲劳破坏，所以设计轴的结构时，应考虑降低应力集中的措施。表7-1-7提供的主要措施可供参考。由于轴的表面工作应力最大，所以提高轴的表面质量也是提高轴的疲劳强度的重要措施。提高轴的表面质量包括降低轴表面粗糙度值、对轴进行表面处理（如表面热处理、化学处理、机械处理等），均能提高轴的疲劳强度。

表7-1-7　降低轴应力集中的主要措施举例

注：Kσ为有效应力集中系数，其减小值为概略值，仅供参考。

1.4.3　轴颈及轴伸结构

（1）滑动轴承的轴颈结构尺寸及轴端润滑油孔

向心轴颈

端轴颈

中轴颈

表7-1-8

止推轴颈

表7-1-9

表7-1-10　轴端润滑油孔

（2）旋转电机圆柱形轴伸（摘自GB/T 756—2010）

表7-1-11

（3）旋转电机圆锥形轴伸（摘自GB/T 757—2010）

表7-1-12　长、短系列圆锥形轴伸尺寸

（4）圆柱形轴伸（摘自GB/T 1569—2005）

表7-1-13

注：1.直径大于630～1250mm的轴伸直径和长度系列可参见原标准附录A，本表未摘录。
2.本表适用于一般机器之间的连接并传递转矩的场合。

（5）圆锥形轴伸（摘自GB/T 1570—2005）

表7-1-14　直径220以下的轴伸型式与尺寸

注：1.键槽深度t，可用测量G来代替，或按表7-1-16的规定。
2.L2可根据需要选取小于表中的数值。

表7-1-15　直径220以上的轴伸型式与尺寸

注：1.L2可根据需要选取小于表中的数值。
2.本标准规定了1:10圆锥形轴伸的型式和尺寸，适用于一般机器之间的连接并传递转矩的场合。

表7-1-16　圆锥形轴伸大端处键槽深度尺寸（参考）

注：t2的极限偏差与t的极限偏差相同，按大端直径检验键槽深度时，表7-1-14中的t作为参考尺寸。

表7-1-17　圆锥形轴伸L1的偏差及圆锥角公差

注：1.基本直径d的公差选用GB/T 1800.1—2009及GB/T 1800.2—2009中的IT 8。
2.1:10的圆锥角公差选用GB/T 11334—2005中的AT6。

1.4.4　轴的结构示例

图7-1-1为滚动轴承支承的轴的典型结构，各部分结构尺寸及公差等可参阅本手册有关篇章。

图7-1-1　滚动轴承支承的轴的典型结构

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