《天津大学机械原理和机械设计：轴系及轮类零件的结构设计》是针对机械工程领域的一份专业学习教案，涵盖了轴系与轮类零件在实际应用中的关键设计要素。以下将详细介绍其中涉及的主要知识点：
一、轴上零件的定位和固定
在机械设计中，轴上零件的定位和固定至关重要，确保了零件在轴上的稳定性和工作可靠性。通常，通过键连接、花键连接、过盈配合、螺纹连接等方式实现。定位方法的选择取决于载荷类型、零件尺寸和精度要求。
二、轴的外形设计
轴的外形设计直接影响其承载能力和制造工艺性。设计时需考虑轴的直径分布、倒角、凸台、凹槽等，以满足受力、安装和加工需求。同时，外形设计应考虑到轴的平衡性，防止因不平衡导致的振动。
三、轴段直径和长度的确定
轴的各段直径需根据负载分布、扭矩、弯曲强度等因素来确定，以确保轴在工作时不发生过大的变形。轴段长度则需兼顾刚度和重量，过短可能影响刚度，过长则可能增加重量和振动。
四、轴的结构工艺性
结构工艺性是指轴的设计是否便于制造和维修。良好的结构工艺性可以降低制造成本，提高生产效率。设计师应考虑切削加工、热处理、装配和拆卸的便利性。
五、提高轴的强度和刚度的措施
1. 改进轴上零件的布置方案：合理布局可以均衡轴的负载，避免局部应力过大。
2. 改进轴上零件的结构：如采用弹性套筒或波形垫圈，可以减少应力集中，提高轴的承载能力。
3. 减小应力集中：通过优化轴的截面形状，避免尖角，降低应力集中区域。
4. 改善轴的表面质量：提高表面硬度和光洁度，增强轴的抗疲劳性能。
六、滚动轴承的组合结构设计
滚动轴承是机械系统中的关键部件，其组合结构设计对轴系的性能有直接影响：
1. 轴系支点轴向固定的结构形式：
- 两端单向固定：适用于需要限制轴向移动的应用。
- 一端固定，一端游动：允许轴在一定范围内自由伸缩，用于补偿热膨胀或补偿负载引起的轴向位移。
- 两端游动：主要用于轻载或低精度场合。
2. 轴承游隙的调整：游隙调整确保轴承的正常运转，过大或过小的游隙都会影响轴承寿命和设备运行精度。
3. 轴承与相关零件的配合：轴承与轴、轴承座的配合应保证适当的过盈或间隙，以确保轴承的稳定性和承载能力。
4. 提高轴系刚度的措施：
- 提高轴承座的刚度和精度，减小变形，保证轴的稳定性。
- 合理安排轴承的组合方式，如采用双列轴承或交叉滚子轴承，可显著提高刚度。
- 轴承预紧：适当预紧可以消除游隙，提高轴承的旋转精度和刚度。
以上内容是机械设计中关于轴系及轮类零件结构设计的基本要点，对于理解和优化机械设备的性能至关重要。实际操作中，还需要结合具体工况和材料特性进行综合考虑。
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