1.2　轴的结构设计

轴的结构取决于轴的工作要求，包括轴上零件的类型、尺寸、布置和固定方式等。同时，轴的毛坯、制造和装配工艺、安装和运输等因素也会影响到轴的结构设计。

轴的结构设计首先应尽量使轴上零件定位准确、固定可靠、装拆方便，以及有良好的工艺性。为了提高轴的强度，应考虑受力合理和减小应力集中。为了保证轴的刚度，应着重从轴的结构和支承点位置着手，达到减小轴的变形的目的。

由于轴的应用场合极为广泛，影响轴结构的因素较多，因此轴不可能有标准的结构型式。轴的结构应根据具体情况进行分析，确定合理的结构方案。

1.2.1　零件在轴上的定位与固定

安装在轴上的零件的位置通常是通过轴上的定位结构来保证的，定位准确是定位结构设计的基本要求。零件装到确定的位置后，应保证其受到工作载荷后不会改变原定的位置，这就需要设计轴上零件的固定措施。零件在轴上通常需从轴向和周向加以固定。

（1）轴上零件的轴向定位与固定

（2）轴上零件的周向定位与固定

1.2.2　轴的结构与工艺性

结构的工艺性是指设计的结构应该便于加工、测量、装配和维修。为了达到良好的工艺性，在轴的结构设计时，应考虑以下几个主要问题。

1） 考虑加工工艺所必需的结构要素，如中心孔、螺尾退刀槽和砂轮越程槽等。

2） 合理确定轴与零件的配合性质、加工精度和表面粗糙度。

3） 在轴上要求安装标准件（如滚动轴承、联轴器等）时，相应轴段的直径应按标准件的直径要求设计。其他有配合要求轴段的直径，应尽量按GB/T 2822—2005规定的标准尺寸系列设计。

4） 确定各轴段长度时，既要保证必要的工作空间，又应尽可能使结构紧凑。例如，要保证零件所需的滑动距离、装配或调整所需空间、转动件不得与其他零件相碰撞、与轮毂配装的轴段长度应略小于轮毂2～3mm，以保证轴向定位可靠等。

5） 为了保证轴上零件安装方便，在到达配合轴段前，零件的孔与轴不应有过盈；轴的端部及有过盈配合的轴肩处都应制成倒角。

6） 为了便于轴上零件的拆卸，定位轴肩直径的设计既要考虑定位的可靠，又要确保留出拆卸零件所需的施力空间。

7） 为减少加工刀具种类和提高劳动生产率，轴上的倒角、圆角、键槽等应尽可能取相同尺寸。

1.2.3　轴伸的结构尺寸

（1）圆柱形轴伸的结构尺寸

圆柱形轴伸直径的基本尺寸、极限偏差及长度系列应符合表6-1-5的规定。

（2）圆锥形轴伸的结构尺寸

圆锥形轴伸分为长系列和短系列两种，可制成带键槽和不带键槽的。直径不大于220mm的圆锥形轴伸的结构型式和尺寸见表6-1-6。直径大于220mm的圆锥形轴伸的结构型式和尺寸见表6-1-7。

对于键槽底面平行于轴线的键槽，当按大端直径检验键槽深度时，应按表6-1-8对t₂的规定。此时，表6-1-6中的t₁作为参考尺寸。

圆锥形轴伸长度L₁的极限偏差见表6-1-9；基本直径d的公差选用GB/T 1800.2中的IT8；1∶10圆锥角公差选用GB/T 11334中的AT6。

1.2.4　提高轴疲劳强度的结构措施

在轴的设计阶段，除了采取提高轴强度的一般措施（如选用更好的材料、适当增大结构的尺寸等）外，还应重视通过以下一些设计措施来提高轴的疲劳强度。

1）尽可能降低轴上的应力集中的影响，是提高轴疲劳强度的首要措施。轴结构形状和尺寸的突变是应力集中的结构根源。为了降低应力集中，应尽量减少轴结构形状和尺寸的突变或使其变化尽可能地平滑和均匀。为此，要尽可能地增大过渡处的圆角半径；轴上相邻截面处的刚性变化应尽可能地小等。

2）选用疲劳强度高的材料和采用能够提高材料疲劳强度的热处理方法及强化工艺。表面强化处理的方法有：表面高频淬火等热处理；表面渗碳、氰化、氮化等化学热处理；碾压、喷丸等强化处理。通过碾压、喷丸进行表面强化处理时，可使轴的表层产生预压应力，从而提高轴的抗疲劳能力。

3）提高轴的表面质量。如将处在应力较高区域的轴表面加工得较为光洁；对于工作在腐蚀性介质中的轴，规定适当的表面保护等。

4）尽可能地减小或消除轴表面可能发生的初始裂纹的尺寸，对于延长轴的疲劳寿命有着比提高材料性能更为显著的作用。因此，对于重要的轴，在设计图纸上应规定出严格的检验方法及要求。

表6-1-10列出了降低轴上应力集中的主要措施。

1.2.5　轴的结构示例

滚动轴承支承的轴的典型结构如图6-1-1所示。

滑动轴承支承的轴结构与滚动轴承的轴结构相仿，只是轴颈结构不同。滑动轴承支承的轴颈结构尺寸见表6-1-11。