设计指引电机轴的设计和选用.docx
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设计指引电机轴的设计和选用
目錄
1、軸的概述和編號規則----------------------------（3）
2、軸用鋼枝-------------------------------------------（4~6）
3、軸總長確定----------------------------------------（7~9）
4、軸直徑公差、形位公差和表面粗糙度-------（10~11）
5、厘士長的選用及定位尺寸的確定-------------（12~15）
6、滾花的選用及偏差的確定----------------------（15）
7、螺紋退刀槽、螺紋收尾、肩距、倒角尺寸--（16）
8、軸用檔圈槽尺寸及偏差的確定----------------（17）
9、軸表面淬火處理和鍍鎳處理-------------------（17~18）
10、軸身其它加工要求-------------------------------（18~20）
11、風葉與軸的配合----------------------------------（20~21）
12、制板軸圖要求-------------------------------------（21~22）
13、工程資料的軸圖要求----------------------------（22）
14、軸的CAR------------------------------------------（22）
1、軸的概述和編號規則:
1.1概述:
軸是電機中的一個重要零件,作回轉運動的零件都要裝在軸上來實現其回轉運動,它支承轉動零部件並傳遞力矩,電機軸必須具有可靠的強度和剛度以及正確的結構形式.
本廠電機多是微型電機,主要用于各種家用電器和小型機械器具,產品銷往國外,客戶對于電機的性能和結構形式要求較高,作為對電機性能和客戶使用配合的負載影響較大的軸,其設計與制造時應重點注意以下幾點:
1.1.1軸的材質（即軸用鋼枝）的選用;
1.1.2軸徑配合公差的確定尤其是軸與杯士或啤令配合公差的確定;
1.1.3軸身不同部分的表面粗糙度和形位公差的確定;
1.1.4軸上配合零部件的定位尺寸的確定;
1.1.5軸身上相配各標準件[如檔圈（介子）槽尺寸、螺紋]應符合標準件的有關國家標準或行業標準;
1.1.6結合本廠實際生產能力保證客戶前後軸伸部分的各尺寸及其公差要求.
1.1.7在滿足電機性能和客戶要求的前提下,應注意合理設計各尺寸公差和形位公差,防止精度過剩,以提高批量生產的生產率,降低廢品率,從而達到降低生產成本的目的.
以上各項都要在制樣板時充分考慮到,通過制板來確定能否滿足客戶對電機的各方面要求,待客戶接受電機樣板,最終才確定軸的各尺寸和公差及形位公差.
1.2編號規則:
本廠采用如下編號規則:
SHT-XXX-XXX
序號,指結構相同但具體尺寸不同的軸先後排序;另外,1XX表示為0XX的外發加工鍍鎳軸
序號,同一直徑和結構相同的軸則此序號應相同
軸,英文SHAFT的縮寫
2、軸用鋼枝:
2.1概述:
軸用鋼枝即為成品軸的坯料,它是冷拔鋼枝,為外購物料.經本廠小軸部加工或
再外發加工鍍鎳回廠後打厘士為成品軸.
2.2編號規則:
CSR-00X-XXX
序號,表示不同直徑的鋼枝
序號,“001”表示一般硬度碳素鋼;“002”表示較高硬度碳素鋼
碳素鋼鋼枝,為英文CARBONSTEELROD的縮寫
STE-00X-XXX
序號,表示不同直徑的鋼枝
序號,表示不同牌號的不銹鋼枝
不銹鋼鋼枝,為英文STAINLESSSTEELROD的縮寫
2.3類型及編號（見附表一）:
類型
牌號
備注
碳素鋼
CSR-001系列
（一般硬度鋼枝）
JISG4051S45C或AISI1045
硬度要求HRC18~24
CSR-002系列
（較高硬度鋼枝）
JISG3521SW-C
抗拉強度1420~1810N/mm2（HRC35MIN供參考）
不
銹
鋼
STE-002系列
（不銹鋼鋼枝）
JISG4303SUS303（303F）
硬度要求HRC18~24（F表示含有Cu元素,切削加工性能較好）
附表一:
序號
鋼枝編號
d±0.03（mm）
*W（kg）
常用電機系列
1
CSR-001-013
Φ3.30
0.17205
P1,DA,DB,DE（軸徑Φ3.175）,SB（軸徑Φ3.0）
2
CSR-001-003
Φ4.15
0.27210
SR,SB（軸徑Φ4.0）
3
CSR-001-004
Φ4.65
0.34161
UM（軸徑Φ4.5）
4
CSR-001-005
Φ4.75
0.35646
SA（軸徑Φ4.6）
5
CSR-001-006
Φ5.70
0.51330
SA（軸徑Φ5.563）
6
CSR-001-008
Φ6.15
0.59755
UM（軸徑Φ6.0,配齒輪用短軸）
7
CSR-001-007
Φ6.50
0.66750
KM,UA,UD,UM,UN（軸徑Φ6.35）
8
CSR-001-014
Φ6.60
0.68820
UA（軸徑Φ6.35,杯士位淬火軸）
9
CSR-001-009
Φ7.30
0.84192
UC,UH,DC（軸徑Φ7.14）
10
CSR-001-017
Φ8.25
1.07530
DG,UC,UD,UF,V2（軸徑Φ8.0）
11
CSR-001-023
Φ8.80
1.22346
UM（軸徑Φ8.5）
12
CSR-001-015
Φ10.15
1.62763
DD,（軸徑Φ10.0）
13
CSR-001-016
Φ10.30
1.67610
DD,IA（軸徑Φ10.0,杯士位淬火軸）
14
CSR-001-021
Φ11.30
1.98180
UF（齒輪套外徑Φ11.0）
15
CSR-001-025
Φ12.5
2.46856
V系列吸塵電機,UE（軸徑Φ12.0）
16
CSR-002-011
Φ3.30
0.17205
DA,DB（軸徑Φ3.30）
18
CSR-002-003
Φ4.15
0.27210
SR,SB（軸徑Φ4.0）
19
CSR-002-004
Φ4.65
0.34160
UM（軸徑Φ4.5）
20
CSR-002-005
Φ4.75
0.35646
SA（軸徑Φ4.60）
21
CSR-002-012
Φ5.25
0.43545
P2（軸徑Φ5.0）
22
STE-002-001
Φ5.70
0.51330
SA（軸徑Φ5.563）
23
STE-002-003
Φ6.50
0.66750
UM（軸徑Φ6.35）
24
STE-002-005
Φ8.25
1.07530
UF（軸徑Φ8.0）
25
STE-002-004
Φ10.30
1.67610
IA（軸徑Φ10.0）
注*W重量以鋼枝長度2500mm計算,取鋼枝密度7.85g/cm3（碳素鋼和不銹鋼的密度近似）,
並乘以1.025的系數.計算公式：
W=15.79877493X10-3Xd2（d---單位:
mm）.
2.4鋼枝的選用:
先依據本廠相關的型號和客戶提供的樣板或要求參照附表一初步確定軸徑,選定鋼枝編號.若客戶和本廠有要求時再進行強度和剛度校核,目前一般不進行校核.
對噪音、振動要求較高,如:
SR系列電機軸,可優先選用硬鋼枝CSR-002-003（碳素鋼硬鋼枝）;對用于抽水防銹用途的電機軸,可優先選用STE-002系列（不銹鋼）;如對UC系列電機,如果Φ7.14的軸徑不能滿足電機性能要求（如震動等）,則可再選用Φ8.0較粗些的軸徑;最後軸圖上的材料編號則依據客戶認肯的制板結果最終確定軸用鋼枝.
另外,如果電機軸上有切槽、車台階、滾螺紋、滾蝸桿、齒輪、滾花加工要求時,只能選用一般硬度鋼枝,因為硬鋼枝要進行上述加工十分困難,加工尺寸不易控制且刃具容易磨損,生產成本較高.
新開發的電機軸,要求用附表一以外的鋼枝直徑時,先可參照附表一選用稍大直徑的鋼枝代用,最後按客戶認肯的制板確定軸徑,在批量生產前,則必須申請新的鋼枝編號.
2.5軸用量計算:
P=W/n
P:
每支軸用量,單位kg,要求保留六位小數,第七位四舍五入.
W:
鋼枝長2500mm的計算重量（見附表一）
n:
鋼枝長2500mm可加工的軸的數量,取整數.
求n公式:
n=[2500/（L+5）]
其中L------軸名義總長長度尺寸（mm）;
5------平均均攤的消耗量（mm）即下料切刀寬、料頭（指夾位）、料尾（指小于
軸長長度的餘料）的總和平均攤在每個零件軸的消耗量.
例如:
現有一軸長88.0±0.2,軸材料的鋼枝編號為CSR-001-004,
n=[2500/（88.0+5）]=[26.88]=26（取整數）
查附表一:
CSR-001-004的W重量為0.34161kg
則:
P=W/n=0.34161/26=0.013129（kg）
3、軸總長確定:
軸總長確定的原則.
軸的總長與客戶裝配使用的housing有關,若軸長了,則可能會與housing相踫
撞,若軸短了,則可能不能滿足客戶的裝配要求或軸端倒角（或圓角）的邊緣縮進杯士孔內,為此,軸總長應合理.
3.1軸總長的確定:
3.1.1DD、IA、KM、UA、UC、UD、UE、UF、UH、UM、UN、SA、SB、SR、V1、V2和部分DC系列電機軸總長結構（見示意圖一）.
示意圖一
圖中:
A------前軸伸長,一般由客戶給定.
B------前罩罩高,由罩圖可查.
C------定子芯片厚度,不同型號電機的芯片厚度不同,從PPS制板
資料給出;對于DD系列和部分DC系列的電機,表示鐵殼
的長度.
D------後罩罩高,由罩圖可查.
E------後軸伸長,一般由客戶給出最大值,或PPS制板資料給出;
E尺寸取實際值叫E’按3.1.1a~c款確定:
3.1.1a.首先要保證杯士面距軸端面的距離a大于1.5mm,a偏小,則可能因前軸伸長、
罩高、定子芯片厚度的累積公差（以下簡稱累積公差）而使軸端倒角（或圓角）的
邊緣進入杯士孔內影響軸與杯士的配合.總之,a不能小于1.0.（軸與啤令配合時
啤令端面可以與軸端面齊平）
3.1.1.b軸端有一字槽（或扁位）,則必須保證一字槽底部（或扁位的底部）距杯士面的距
離大于1.5,以免公差累積而影響杯士與軸的配合,特殊情況下,此距離值不能
小于1.0.
3.1.1.c軸端須裝配風葉,則必須保證風葉定位安裝後風葉面距罩面的距離約為2~4
mm,距離偏小,因累積公差以及風葉裝配不正而可能會使風葉與罩面相踫,
距離過大,則可能會影響冷卻作用.
軸總長:
L=A+B+C+D+E’（實際取值）
注:
A,B,C,D,各尺寸均是選取中值尺寸,如:
客戶給出A值為40.0（0/-1.0）即
39.5±0.5則A中值為39.5;如A值給出為40.0±0.5,則A中值為40.0
3.1.2DA,DB,DE,DG和部分DC系列電機軸總長常見結構（見示意圖二）.
示意圖二
圖中:
A------前軸伸長,一般由客戶給定
B------鐵殼的長度
C------膠蓋高度,由膠蓋圖可查
E------後軸伸長,一般由客戶給出最大值,或PPS制板
資料給出,實際值參照3.1.1a~c款確定.
軸總長:
L=A+B+C+E’（實際取值）
3.1.3
UH系列電機軸長結構（見示意圖三）:
示意圖三
圖中:
A------前軸伸長,一般由客戶給定或裝配齒輪的位置來確定
B------前罩罩高,由罩圖可查
C------定子芯片厚度,由不同型號電機的芯片厚度確定
D------該尺寸要依據後罩、鋼球和止推片等零件的相關尺寸來
確定
軸總長:
L=A+B+C+D
3.1.4軸總長的尺寸偏差選取.
當軸總長L≦80.0時,其偏差取±0.15;
當軸總長L>80.0時,其偏差取±0.2.
3.1.5如果客戶給定軸總長要求,則相應核對A、B、C、D、E各值,尤其是E值,如
果沒有影響,則以客戶要求的軸長為準,如果有影響,則請AE（香港工程部負責產品的工程師）轉告客戶更改軸長.
4、軸直徑公差、形位公差和表面粗糙度.
4.1軸直徑公差.
4.1.1軸與杯士（粉末冶金含油滑動軸承）的配合.當前本廠主要采用附表二推薦的公差配合.
附表二:
現有軸徑
現有杯士孔徑
現有軸徑
現有杯士孔徑
Φ2.3（0/-0.005）
Φ2.3（+0.015/+0.008）
Φ5.563（0/-0.007）
Φ5.563（+0.012/+0.004）
Φ3.0（0/-0.005）
Φ3.0（+0.010/+0.004）
Φ6.35（+0.006/-0.002）
Φ6.35（+0.020/+0.011）
Φ3.175（0/-0.005）
Φ3.175（+0.016/+0.008）
Φ7.14（0/-0.008）
Φ7.14（+0.02/+0.01）
Φ4.0（0/-0.008）
Φ4.0（+0.010/+0.004）
Φ8.0（0/-0.008）
Φ8.0（+0.015/+0.006）
*Φ4.0（-0.004/-0.010）
*Φ8.0（-0.004/-0.010）
Φ4.5（0/-0.008）
Φ4.5（+0.010/+0.004）
Φ8.5（0/-0.008）
Φ8.5（+0.015/+0.006）
Φ4.6（+0.01/0）
Φ4.6（+0.024/+0.015）
Φ10.0（0/-0.008）
Φ10.0（+0.020/+0.011）
Φ5.0（-0.004/-0.010）
Φ5.006（+0.010/0）
Φ12.7（0/-0.008）
Φ12.7（+0.014/+0.006）
注:
*為優先采用的軸直徑公差.
據有關資料推薦,軸與杯士（粉末冶金含油軸承）配合最小間隙值:
（單位:
mm）
附表三:
軸徑
≦Φ6
Φ6~Φ10
Φ10~Φ18
Φ18~Φ30
最小間隙（雙邊）
0.008
0.01
0.012
0.025
由于本廠電機性能的不同特殊要求,以及多年的實際生產情況,當前本廠的軸與杯士的配合最小間隙不完全符合上述推薦值.因此作為新產品發展、產品改良時按上述推薦值為主要參考依據確定軸的直徑偏差.
4.1.2軸與啤令（鋼珠滾動軸承）的配合
當前本廠使用的啤令孔徑有Φ4.0、Φ6.35、Φ7.0、Φ8.0、Φ10.0五種不同的內徑,按電機的裝配、虛位的要求,可參照中華人民共和國國家標準
G275-84《滾動軸承與軸和外殼的配合》選用（過渡配合推薦js5或j5）.
4.1.3軸身非與杯士、啤令相配合部位直徑公差的確定.
4.1.3.a軸身（除與杯士,啤令配合部位外）無配合時按軸身偏差確定.
4.1.3.b軸與風葉孔配合,采用滾花和厘士結構相配合,並按客戶（或本廠）要求推
（拉）力試驗後確定.
4.1.3.c外螺紋公差配合按GB197-81選取6g級,內螺紋公差配合按GB197-81選取
7H級.
4.1.3.d配ω/C介子（擋圈）的槽徑和槽寬偏差按JISB2804/JISB2805選取.
4.1.3.e軸端一字槽的槽寬,槽深公差可按H13~H14選取.
4.1.3.f軸上扁方的公差可按h10~h11選取.
4.2軸的形位公差和表面粗糙度.
4.2.1軸與杯士、啤令配合部位的形位公差、表面粗糙度要求.見附表四:
附表四:
類型
圓度
軸心直線度
同軸度
表面粗糙度
備注
兩杯士（或啤令）
在同一軸徑上
0.003
Φ0.03
Ra0.4
SA、SR系列電機對振動、噪音要求較高、表面粗糙度采用Ra0.2
兩杯士（或啤令）在兩軸徑上
d1-d2≦0.5
0.003
Φ0.03
**Φ0.03
Ra0.4
d1-d2>0.5
*0.003/0.004
Φ0.03
**Φ0.05
Ra0.4
注:
d1,d2分別表示台階軸的大,小直徑.
*表示d1的圓度為0.003,d2的圓度為0.004.**表示d2的同軸度分別為Φ0.03,Φ0.05
4.2.2軸身非與杯士、啤令相配合部位的形位公差、表面粗糙度的確定
4.2.2.a如果客戶沒有特別要求,則依本廠的實際生產能力水平確定.通常本廠的
實際生產能力水平如下:
1）.光身軸（與杯士,啤令部位相聯）按光身軸的尺寸偏差和表面粗糙度選取.
2）.台階軸（小直徑處）的同軸度取Φ0.05,外螺紋,蝸桿的同軸度取Φ0.08~Φ0.10,
齒輪按GB2363-90標準9~10級精度選取齒圈徑向跳動值Fr.
3）.台階軸直徑公差≦0.04,磨削加工而成,則表面粗糙度取Ra0.8,台階軸直徑
偏差為0.05~0.10,車削加工而成,則表面粗糙度取Ra1.6~3.2.
4）.槽溝:
ω/C介子槽尺寸偏差按4.1.3.d選取,表面粗糙度取Ra3.2~6.3;一字
槽尺寸偏差按4.1.3.e選取,表面粗糙度取Ra3.2~6.3.
5）.螺紋的表面粗糙度取Ra1.6~3.2,扁方（磨削加工）的表面粗糙度取Ra1.6.
4.2.2.2如果客戶有特別要求,則結合本廠的實際生產能力水平確定,能否接受.
5、厘士長的選用及定位尺寸的確定.
厘士主要用于電機轉子中的換向器（銅頭）,擋圈,風車骨,芯片或鑄鋁轉子與軸形成過盈配合而緊固定位.另外,厘士也用于軸端與風葉或客戶使用的負載零件形成過盈配合.
5.1厘士模規格尺寸見下附表五:
附表五:
軸徑（名義尺寸）
厘士長
厘士對徑（參考）
軸徑（名義尺寸）
厘士長
厘士對徑（參考）
Φ2.3
18.0
2.36（+0.02/0）
Φ7.14
45.0
7.25（0/-0.03）
（UH電機軸用）
7.25（+0.03/0）
（其它電機軸用）
25.0
55.0
Φ3.0
8.0
3.06（+0.02/0）
60.0
Φ3.175
32.0
3.24（+0.02/0）
63.0
40.0
Φ8.0
50.0
8.11（+0.01/-0.02）
50.0
55.0
Φ4.0
8.0
4.12（+0.02/0）
57.0
Φ4.5
35.0
4.61（0/-0.03）
65.0
40.0
70.0
45.0
80.0
50.0
Φ10.0
8.0
10.18（+0.03/0）
（IA電機軸用）
10.13（0/-0.04）
（不銹鋼軸用）
10.18（-0.01/-0.05）
（DD電機軸用）
Φ4.6
8.0
4.75（+0.03/0）
33.0
16.0
38.0
Φ5.0
50.0
5.10（+0.03/0）
42.0
Φ5.563
15.0
5.70（+0.03/0）
71.0
Φ6.35
42.0
6.50（+0.01/-0.03）
（UA電機軸用）
6.44（+0.03/0）
（其它電機軸用）
91.0
45.0
Φ12.7
50.0
12.88（+0.03/-0.01）
48.0
70.0
50.0
*Φ4.4
11.0
4.55±0.04
56.0
*Φ5.14
13.0
5.29±0.05
60.0
*Φ5.9
9.0
6.20±0.05
68.0
*Φ6.30
9.0
6.47±0.05
注:
*表示軸端配風葉的厘士模規格.厘士長度為最大值;厘士對徑可調整,但厘士對徑名義尺寸不大于軸徑0.3,否則,即使打成厘士,但軸變形很大而不能使用.
5.2厘士長度的選用及厘士定位尺寸的確定:
5.2.1
DA,DB,DC,DD,DE,DG,KM,UA,UC,UD,UE,UF,UH,UM,UN,系列電機轉子結構形式（見示意圖四）:
示意圖四
圖中:
A------轉子身總長
B------厘士總長
C------換向器內孔配合長度（包括內孔倒角）
D（D1）------擋圈（或風車骨）的長度
E（E1）------厘士定位尺寸
F（F1）------沖芯尺寸
一般情況下,A,F（F1）值均由制板工程師依據相關系列電機的要求先確
定下來,由圖紙查得C,D（D1）值,然後再選擇現有厘士模的厘士長度B,最
後確定厘士的定位尺寸E（E1）.同時應按以下5.2.1a~c款確定:
5.2.1.a厘士端頭距換向器（銅頭）端面的距離值a應約等于1.5~2.5,（換向器總長小
于7.0時,a值應小于2.0;換向器總長大于12.0時,a值最大值可取4.0）如
果a值偏小,則可能因裝配時各零件的累積公差而使厘士的端頭超出換向
器端面進入杯士孔內影響軸與杯士的配合;如果a值偏大,則可能不能滿足
換向器的扭力要求,導致換向器松脫.
5.2.1.b厘士端頭距擋圈（或風車骨）端面的距離b應大于1,但不能太大,應能保證
有適當長度的厘士與擋圈過盈配合固定.（通常有效配合的厘士長度要大于
4.0）此b值也不能偏小,否則厘士端超出擋圈端面而影響調整虛位的介子與
軸的配合,或者厘士端頭進入杯士孔內影響軸與杯士的配合.
5.2.1.c如果擋圈端（即標注有b的一端）還需裝配一風葉,則允許厘士端頭進入風
葉孔內,但不能超出風葉的另一端面,應有大于0.5的余量（見示意圖五）:
示意圖五
綜合考慮上述幾點,參照附表五,可選擇厘士長度B,確定厘士定位尺寸E（或E1）:
E=F-D-C+（1.5~2.5）[或E1=F1-D1+b同時核對a值
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