軸類零件加工的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則都有哪些？

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機(jī)器產(chǎn)品中的軸類零件是通用零件，應(yīng)用非常普遍。機(jī)器工作能力和工作質(zhì)量在很大程度上都與軸有關(guān)，軸一旦失效，有可能造成嚴(yán)重后果。軸是組成機(jī)械結(jié)構(gòu)的重要零件之一。軸類零件加工認(rèn)準(zhǔn)鈦浩，它是軸系零件中的主要零件，也是支撐軸上零件、傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的關(guān)鍵部件。為了保證安裝在軸上的零件能正確地定位和固定，滿足軸的加工和裝配的要求，必須合理地定出軸各部分形狀和結(jié)構(gòu)尺寸，即進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

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一、軸類零件加工的概述
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3 S1 \1 h0 g6 r5 S/ @( k- o: |  z軸是穿在軸承中間或車輪中間或齒輪中間的圓柱形物件，但也有少部分是方型的。軸是支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件并與之一起回轉(zhuǎn)以傳遞運(yùn)動(dòng)、扭矩或彎矩的機(jī)械零件。一般為金屬圓桿狀，各段可以有不同的直徑。機(jī)器中作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件就裝在軸上。根據(jù)軸線形狀的不同，軸可以分為曲軸和直軸兩類。根據(jù)軸的承載情況，又可分為：轉(zhuǎn)軸、心軸、傳動(dòng)軸。軸類零件加工認(rèn)準(zhǔn)鈦浩機(jī)械，品質(zhì)保障，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸，為軸設(shè)計(jì)的重要步驟。它由軸上安裝零件類型、尺寸及其位置、零件的固定方式，載荷的性質(zhì)、方向、大小及分布情況，軸承的類型與尺寸，軸的毛坯、制造和裝配工藝、安裝及運(yùn)輸，對(duì)軸的變形等因素有關(guān)。設(shè)計(jì)者可根據(jù)軸的具體要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，必要時(shí)可做幾個(gè)方案進(jìn)行比較，以便選出最佳設(shè)計(jì)方案。
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- U+ A! z& \7 f# `以下是一般軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則：
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  f9 |7 Y+ b1 a: P, f" s1、軸的設(shè)計(jì)主要包括材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能設(shè)計(jì)與精度設(shè)計(jì)等。軸的設(shè)計(jì)內(nèi)容是確定軸的合理外形和全部尺寸。由于軸、軸上零部件（包括支承軸承）等構(gòu)成了軸系組件，故軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需同時(shí)考慮軸上零部件的定位、固定、調(diào)整、裝拆等功能需求。軸的性能設(shè)計(jì)主要包括強(qiáng)度設(shè)計(jì)、剛度設(shè)計(jì)。軸的性能設(shè)計(jì)首先需進(jìn)行其力學(xué)模型的簡(jiǎn)化（根據(jù)其支承方式簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁和懸臂梁）；

+ R5 E1 {3 s# F其次根據(jù)其承載類型和工況確定其可能的失效形式，進(jìn)而選用相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行性能設(shè)計(jì)。軸的性能設(shè)計(jì)準(zhǔn)則包括強(qiáng)度準(zhǔn)則和剛度準(zhǔn)則。高速軸常需要進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。軸的振動(dòng)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)主要目的是避免軸振動(dòng)過大，特別是發(fā)生共振。軸的精度設(shè)計(jì)，包括其尺寸公差和幾何公差。
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9 P) D( x0 T2 G5 V; w) i2、軸的加工工藝分析 軸類零件的加工工藝因其用途、結(jié)構(gòu)形狀、技術(shù)要求、產(chǎn)量大小的不同而有所差異。在日常的工藝工作中遇到的大量工作是一般軸的工藝編制。技術(shù)人員根據(jù)產(chǎn)品數(shù)量、設(shè)備條件和工人素質(zhì)等情況，確定采用的。
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4 b- M: l3 {9 n: x% T+ Q% x8 ?9 ]0 g二、軸的材料及選擇

1、軸的材料主要是碳素鋼和合金鋼。常用的碳素鋼為45鋼，一般應(yīng)進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理，以改善其力學(xué)性能。合金鋼比碳素鋼具有更高的力學(xué)性能和熱處理性能，但對(duì)應(yīng)力集中的敏感性強(qiáng)，價(jià)格較貴，因此多用于高速、重載及要求耐磨、耐高溫或低溫等特殊條件的場(chǎng)合。由于在常溫下合金鋼與碳素鋼的彈性模量相差很小，因此，用合金鋼代替碳素鋼并不能明顯提高軸的剛度。

& Z6 n+ G* N* b' \4 U2、對(duì)于承受較大載荷、要求強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)緊湊或耐磨性較好的軸，可采用合金鋼。常用的有40Cr、20Cr、35SiMn等。應(yīng)當(dāng)指出：當(dāng)尺寸相同時(shí)，采用合金鋼不能提高軸的剛度，因?yàn)樵谝话闱闆r下各種鋼的彈性模量相差不多；合金鋼對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較高，因此軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更要注意減少應(yīng)力集中的影響；采用合金鋼時(shí)必須進(jìn)行相應(yīng)的熱處理，以便更好地發(fā)揮材料的性能。
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3、軸的毛坯一般采用熱軋圓鋼或鍛件。對(duì)于形狀復(fù)雜的軸（如曲軸和凸輪軸等）也可采用鑄鋼或球墨鑄鐵，后者具有吸振性好，對(duì)應(yīng)力集中敏感性低和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。


三、軸類零件的設(shè)計(jì)要求

根據(jù)軸類零件的功用和工作條件，其設(shè)計(jì)技術(shù)要求主要在以下方面：
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1、尺寸精度

軸類零件的主要表面常為兩類：一類是與軸承的內(nèi)圈配合的外圓軸頸，即支承軸頸，用于確定軸的位置并支承軸，尺寸精度要求較高，通常為IT 5～I(xiàn)T7；另一類為與各類傳動(dòng)件配合的軸頸，即配合軸頸，其精度稍低，常為IT6～I(xiàn)T9。

2、幾何形狀精度
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主要指軸頸表面、外圓錐面、錐孔等重要表面的圓度、圓柱度。其誤差一般應(yīng)限制在尺寸公差范圍內(nèi)，對(duì)于精密軸，需在零件圖上另行規(guī)定其幾何形狀精度。
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/ j  P9 W& U" j0 F8 W: ^& a3、相互位置精度
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: n/ q; O1 V" Q0 D& }包括內(nèi)、外表面、重要軸面的同軸度、圓的徑向跳動(dòng)、重要端面對(duì)軸心線的垂直度、端面間的平行度等。
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4、表面粗糙度

# v* i$ {" {; h! O2 L軸的加工表面都有粗糙度的要求，一般根據(jù)加工的可能性和經(jīng)濟(jì)性來確定。支承軸頸常為0.2～1.6μm，傳動(dòng)件配合軸頸為0.4～3.2μm。5.其他熱處理、倒角、倒棱及外觀修飾等要求。

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! s$ ^& W! P7 `  v四、軸類零件的熱處理

' A" A1 S8 S7 k7 k+ T3 ^3 ?1、中碳鋼和中碳合金鋼?？紤]到軸類零件的綜合力學(xué)性能要求，主要選用經(jīng)過軋制或鍛造的35、40、45、50、40Cr、40CrNi、40MnB鋼等，一般應(yīng)進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)；若軸頸處耐磨性要求高，可對(duì)軸頸處進(jìn)行表面淬火。具體的鋼種應(yīng)根據(jù)載荷的類型、零件的尺寸和淬透性的大小決定。承受彎曲載荷和扭轉(zhuǎn)載荷的軸類，應(yīng)力的分布是由表面向中心遞減的，對(duì)淬透性要求不高；承受拉、壓載荷的軸類，應(yīng)力沿軸的截面均勻分布，應(yīng)選用淬透性較高的鋼。
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2 W  ^9 ?6 K% L: H" N2、對(duì)承受沖擊載荷較大，對(duì)強(qiáng)韌性要求高時(shí)或要求進(jìn)一步提高軸頸的耐磨性時(shí)，可選用20Cr、20CrMnTi等合金滲碳鋼并進(jìn)行滲碳、淬火、低溫回火處理。

# T; N! ~9 U1 K3、對(duì)于受力小、不重要的軸可選用Q235～Q275等普通質(zhì)量碳鋼。4.球墨鑄鐵和高強(qiáng)度灰鑄鐵可用來制作形狀復(fù)雜、難以鍛造成形的軸類零件，如曲軸等。
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五、軸類零件加工工藝規(guī)程及注意點(diǎn)
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  {, w: Q$ w6 x) }! k% F工藝過程，在學(xué)校機(jī)械加工實(shí)習(xí)課中，軸類零件的加工是學(xué)生練習(xí)車削技能的最基本也最重要的項(xiàng)目，但學(xué)生最后完工工件的質(zhì)量總是很不理想，經(jīng)過分析主要是學(xué)生對(duì)軸類零件的工藝分析工藝規(guī)程制訂不夠合理。軸類零件中工藝規(guī)程的制定，直接關(guān)系到工件質(zhì)量、勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益。軸類零件生產(chǎn)認(rèn)準(zhǔn)鈦浩，一個(gè)零件可以有幾種不同的加工方法，但只有某一種較合理，在制訂機(jī)械加工工藝規(guī)程中，須注意以下幾點(diǎn)：

1、零件圖工藝分析中，需理解零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、精度、材質(zhì)、熱處理等技術(shù)要求，且要研究產(chǎn)品裝配圖，部件裝配圖及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。
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2、滲碳件加工工藝路線一般為：下料→鍛造→正火→粗加工→半精加工→滲碳→去碳加工（對(duì)不需提高硬度部分）→淬火→車螺紋、鉆孔或銑槽→粗磨→低溫時(shí)效→半精磨→低溫時(shí)效→精磨。

# B; t: T7 v6 F. \3、粗基準(zhǔn)選擇：有非加工表面，應(yīng)選非加工表面作為粗基準(zhǔn)。對(duì)所有表面都需加工的鑄件軸，根據(jù)加工余量最小表面找正。且選擇平整光滑表面，讓開澆口處。選牢固可靠表面為粗基準(zhǔn)，同時(shí)，粗基準(zhǔn)不可重復(fù)使用。

4、精基準(zhǔn)選擇：要符合基準(zhǔn)重合原則，盡可能選設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或裝配基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)。符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。盡可能在多數(shù)工序中用同一個(gè)定位基準(zhǔn)。盡可能使定位基準(zhǔn)與測(cè)量基準(zhǔn)重合。選擇精度高、安裝穩(wěn)定可靠表面為精基準(zhǔn)。工藝規(guī)程制訂得是否合理，直接影響工件的質(zhì)量、勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益。一個(gè)零件可以用幾種不同的加工方法制造，但在一定的條件下，只有某一種方法是較合理的。因此，在制訂工藝規(guī)程時(shí)，必須從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)設(shè)備條件、生產(chǎn)類型等具體情況，盡量采用先進(jìn)加工方法，制訂出合理的工藝過程。
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技工lm

一個(gè)零件可以用幾種不同的加工方法制造，但在一定的條件下，只有某一種方法是較合理的。因此，在制訂工藝規(guī)程時(shí)，必須從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)設(shè)備條件、生產(chǎn)類型等具體情況，盡量采用先進(jìn)加工方法，制訂出合理的工藝過程。