二、轴的结构设计
轴的结构设计就是要定出轴的合理外形和各部分的结构尺寸。
图5-6为圆柱齿轮减速器中间轴的结构图。轴上与轴承配合的部分称为轴颈；与传动零件，如带轮、齿轮、联轴器配合的部分称为轴头；连接轴颈与轴头的部分称为轴身。轴的合理结构必须满足下列基本条件。
1）轴和轴上零件的准确定位与固定。
2）轴的结构要有良好的工艺性。
3）尽量减小应力集中。
4）轴各部分的尺寸要合理等。
1.轴和轴上零件的定位与固定
阶梯轴上截面变化的部位称为轴肩或轴环，它对轴上零件起轴向定位作用。在图5-6中，带轮、齿轮和右端轴承都是依靠轴肩或轴环做轴向定位的。左端轴承是依靠套筒定位的。两端轴承盖将轴在箱体上定位。
轴的结构设计就是要定出轴的合理外形和各部分的结构尺寸。
图5-6为圆柱齿轮减速器中间轴的结构图。轴上与轴承配合的部分称为轴颈；与传动零件，如带轮、齿轮、联轴器配合的部分称为轴头；连接轴颈与轴头的部分称为轴身。轴的合理结构必须满足下列基本条件。
图5-6 减速器中间轴
为了使轴上零件的轮毂端面与轴肩贴紧，轴肩和轴环的圆角半径R必须小于零件轮毂孔端圆角半径R1或倒角C1（图5-7），其大小要符合标准，否则无法贴紧。轴肩和轴环的高度h必须大于R1或C1，通常取h=[（0.07d+5）～（0.1d+5）]mm。轴环的宽度b≥1.4h。安装滚动轴承处的定位轴肩或轴环高度必须低于轴承内圈端面高度。
在工作中为了防止轴上零件沿轴线方向移动，并承受轴向力，必须对轴上零件进行固定。零件的轴向固定方法很多，其中，采用轴肩或轴环做轴向固定，结构简单，能承受较大的轴向力；当两零件相隔距离不大时，采用套筒做轴向固定，但不宜用于高转速轴；不宜采用套筒固定时，可用圆螺母做轴向固定（图5-8）；对于外伸轴端上的零件固定，则可采用轴端紧定螺钉（图5-9）或销（图5-10）使零件轴向固定。另外，为使定位面可靠地接触，轴头长度应略小于零件的轮廓长度。
图5-7 轴肩与轴环定位
图5-8 圆螺母
为了传递转矩，防止零件与轴产生相对转动，轴上零件还需进行周向固定。常用的周向固定方法有键联接、花键联接和过盈配合等。当传递转矩很小时，可采用紧定螺钉或销，同时实现轴向和周向固定。
图5-9 紧定螺钉
图5-10 销
2.轴的结构工艺性
为了便于安装和拆卸，一般的轴均为中间大、两端小的阶梯轴。为避免损伤配合零件，各轴端需倒角，并尽可能使倒角尺寸相同，以便于加工。为使左、右端轴承易于拆卸，套筒高度和轴肩高度均应小于滚动轴承内圈高度。
在保证工作性能条件下，轴的形状要力求简单，减少阶梯数；轴上的圆角半径尽量取值一致；同一轴上有多个单键时，将各键槽布置在同一母线上，尺寸应尽可能一致，以便于加工；车制螺纹或磨削时，应留出螺纹退刀槽或砂轮越程槽（图5-11、图5-12）。
图5-11 退刀槽
图5-12 砂轮越程槽和螺纹退刀槽
3.提高轴的疲劳强度
减小应力集中和提高轴的表面质量是提高轴的疲劳强度的主要措施。减小应力集中的方法有：减小轴截面突变，阶梯轴相邻轴段直径差不能太大，并以较大的圆角半径过渡，尽可能避免在轴上开槽、孔及车制螺纹等，以免削弱轴的强度和造成应力集中源。
轴的表面质量对疲劳强度有显著的影响。提高轴表面质量除降低表面粗糙度值外，还可采用表面强化处理，如碾压、喷丸、渗碳、渗氮或高频淬火等。
4.轴的直径和长度
轴的直径应满足强度与刚度的要求，并根据具体情况合理确定。轴颈与滚动轴承配合时，其直径必须符合轴承的内径系列；轴头的直径应与配合零件的轮毂内径相同，并符合相应标准；轴上车制螺纹部分的直径，必须符合外螺纹大径的标准系列。
轴各段长度，应根据轴上零件的宽度和零件的相互位置决定。
小提示：
轴上零件的布置和固定、支承点的位置、装配工艺、制造方法等都必须在结构设计中全面考虑。