軸類零件加工的結(jié)構(gòu)設(shè)計原則都有哪些？

twq19810302

機器產(chǎn)品中的軸類零件是通用零件，應(yīng)用非常普遍。機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，有可能造成嚴重后果。軸是組成機械結(jié)構(gòu)的重要零件之一。軸類零件加工認準鈦浩，它是軸系零件中的主要零件，也是支撐軸上零件、傳遞運動和動力的關(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，即進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。
: e, P( F7 S1 i

  p6 |) U! u6 \6 Z- \( J一、軸類零件加工的概述

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)動零件并與之一起回轉(zhuǎn)以傳遞運動、扭矩或彎矩的機械零件。一般為金屬圓桿狀，各段可以有不同的直徑。機器中作回轉(zhuǎn)運動的零件就裝在軸上。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、傳動軸。軸類零件加工認準鈦浩機械，品質(zhì)保障，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸，為軸設(shè)計的重要步驟。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、安裝及運輸，對軸的變形等因素有關(guān)。設(shè)計者可根據(jù)軸的具體要求進行設(shè)計，必要時可做幾個方案進行比較，以便選出最佳設(shè)計方案。

以下是一般軸結(jié)構(gòu)設(shè)計原則：
6 Y, v  E4 K9 [$ V4 R
8 V; j, [* x6 Y% J- n1 B2 m1、軸的設(shè)計主要包括材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計、性能設(shè)計與精度設(shè)計等。軸的設(shè)計內(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)計需同時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)計主要包括強度設(shè)計、剛度設(shè)計。軸的性能設(shè)計首先需進行其力學模型的簡化（根據(jù)其支承方式簡化為簡支梁和懸臂梁）；

+ o: d( w2 e( ]$ H* \其次根據(jù)其承載類型和工況確定其可能的失效形式，進而選用相應(yīng)的設(shè)計準則進行性能設(shè)計。軸的性能設(shè)計準則包括強度準則和剛度準則。高速軸常需要進行振動穩(wěn)定性設(shè)計。軸的振動穩(wěn)定性設(shè)計主要目的是避免軸振動過大，特別是發(fā)生共振。軸的精度設(shè)計，包括其尺寸公差和幾何公差。

  n+ p2 \" P. E# D0 l2、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。

0 g5 B5 g$ v, R& g' s
二、軸的材料及選擇
0 \2 D) I, Q& s$ j  S) e
" \- m- T. k& n" X1 Y1、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)進行正火或調(diào)質(zhì)處理，以改善其力學性能。合金鋼比碳素鋼具有更高的力學性能和熱處理性能，但對應(yīng)力集中的敏感性強，價格較貴，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。
8 p+ M: l7 {# U/ ~/ I
2、對于承受較大載荷、要求強度高、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)當指出：當尺寸相同時，采用合金鋼不能提高軸的剛度，因為在一般情況下各種鋼的彈性模量相差不多；合金鋼對應(yīng)力集中的敏感性較高，因此軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計更要注意減少應(yīng)力集中的影響；采用合金鋼時必須進行相應(yīng)的熱處理，以便更好地發(fā)揮材料的性能。

3、軸的毛坯一般采用熱軋圓鋼或鍛件。對于形狀復雜的軸（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，對應(yīng)力集中敏感性低和價格低廉等優(yōu)點。
$ @9 a6 r$ @" i1 r

三、軸類零件的設(shè)計要求

/ v' `0 w, Z4 Y- {: o' h, y, l根據(jù)軸類零件的功用和工作條件，其設(shè)計技術(shù)要求主要在以下方面：

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～IT7；另一類為與各類傳動件配合的軸頸，即配合軸頸，其精度稍低，常為IT6～IT9。
$ r; n1 M) q9 N5 v4 K
4 n  N% y2 ]* }, h% Y) W2、幾何形狀精度

6 }+ @: ~* Z! l, `- }% ]% X% m* `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)，對于精密軸，需在零件圖上另行規(guī)定其幾何形狀精度。
- ]$ O: g5 w/ O9 G8 D. N, g
) c  F' [2 ~# B* p% w3、相互位置精度

! U5 E% Z+ M+ ^4 Q' y/ f/ l包括內(nèi)、外表面、重要軸面的同軸度、圓的徑向跳動、重要端面對軸心線的垂直度、端面間的平行度等。

4、表面粗糙度

1 ~( }3 C1 u$ {. ?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)濟性來確定。支承軸頸常為0.2～1.6μm，傳動件配合軸頸為0.4～3.2μm。5.其他熱處理、倒角、倒棱及外觀修飾等要求。
/ e6 H; l% f0 u7 {

& h! F& Q$ j2 i& }: G6 ~0 R四、軸類零件的熱處理
: j; C* L4 C+ N; t. w$ ~
1、中碳鋼和中碳合金鋼�？紤]到軸類零件的綜合力學性能要求，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)進行正火或調(diào)質(zhì)；若軸頸處耐磨性要求高，可對軸頸處進行表面淬火。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。
( d- T, |6 e4 o: ]8 ^4 U
2、對承受沖擊載荷較大，對強韌性要求高時或要求進一步提高軸頸的耐磨性時，可選用20Cr、20CrMnTi等合金滲碳鋼并進行滲碳、淬火、低溫回火處理。

3、對于受力小、不重要的軸可選用Q235～Q275等普通質(zhì)量碳鋼。4.球墨鑄鐵和高強度灰鑄鐵可用來制作形狀復雜、難以鍛造成形的軸類零件，如曲軸等。
9 \# i1 e2 {( e! g- ~) U

五、軸類零件加工工藝規(guī)程及注意點
/ [5 g9 C: ~+ e0 ]
工藝過程，在學校機械加工實習課中，軸類零件的加工是學生練習車削技能的最基本也最重要的項目，但學生最后完工工件的質(zhì)量總是很不理想，經(jīng)過分析主要是學生對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、勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益。軸類零件生產(chǎn)認準鈦浩，一個零件可以有幾種不同的加工方法，但只有某一種較合理，在制訂機械加工工藝規(guī)程中，須注意以下幾點：
/ ~0 y' O3 M% M: @
, v* Z7 a* X7 {- S1、零件圖工藝分析中，需理解零件結(jié)構(gòu)特點、精度、材質(zhì)、熱處理等技術(shù)要求，且要研究產(chǎn)品裝配圖，部件裝配圖及驗收標準。

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（對不需提高硬度部分）→淬火→車螺紋、鉆孔或銑槽→粗磨→低溫時效→半精磨→低溫時效→精磨。

& S. ~) t7 b$ ?+ ~4 C3、粗基準選擇：有非加工表面，應(yīng)選非加工表面作為粗基準。對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，同時，粗基準不可重復使用。
; N, q4 k" R6 r4 `( M) K
4、精基準選擇：要符合基準重合原則，盡可能選設(shè)計基準或裝配基準作為定位基準。符合基準統(tǒng)一原則。盡可能在多數(shù)工序中用同一個定位基準。盡可能使定位基準與測量基準重合。選擇精度高、安裝穩(wěn)定可靠表面為精基準。工藝規(guī)程制訂得是否合理，直接影響工件的質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益。一個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，必須從實際出發(fā)，根據(jù)設(shè)備條件、生產(chǎn)類型等具體情況，盡量采用先進加工方法，制訂出合理的工藝過程。
. R5 }: o' X( k2 e+ q
8 C+ I8 I  c- \

技工lm

一個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，必須從實際出發(fā)，根據(jù)設(shè)備條件、生產(chǎn)類型等具體情況，盡量采用先進加工方法，制訂出合理的工藝過程。