【文章內容簡介】 質處理最常用。（2） 合金鋼機械性能更高，常用于制造高速、重載的軸，或受力大而要求尺寸小、重量輕的軸。至于那些處于高溫、低溫或腐蝕介質中工作的軸，多數(shù)用合金鋼制造。常用的合金鋼有：12CrNi12CrNi20Cr、40Cr、38SiMnMo等。（3） 通過進行各種熱處理、化學處理及表面強化處理，可以提高用碳鋼或合金鋼制造的軸的強度及耐磨性。特別是合金鋼，只有進行熱處理后才能充分顯示其優(yōu)越的機械性能。（4） 合金鋼對應力集中的敏感性高，所以合金鋼軸的結構形狀必須合理，否則就失去用合金鋼的意義。另外，在一般工作溫度下，合金鋼和碳鋼的彈性模量十分接近，因此依靠選用合金鋼來提高軸的剛度是不行的，此時應通過增大軸徑等方式來解決。（5） 球墨鑄鐵和高強度鑄鐵的機械強度比碳鋼低，但因鑄造工藝性好，易于得到較復雜的外形，吸振性、耐磨性好，對應力集中敏感性低，價廉，故應用日趨增多。綜合宏觀和其微觀這兩方面，該銑床主軸的材料選擇42CrMo。 軸的結構設計軸的結構設計的任務，就是在滿足強度、剛度和振動穩(wěn)定性的基礎上，根據(jù)軸上零件的定位要求及軸的加工、裝配工藝性要求，合理地定出軸的結構形狀和全部尺寸。軸主要由軸頸、軸頭、軸身三部分組成。軸上被支承部分叫做軸頸；安裝輪轂部分叫做軸頭；連接軸頸和軸頭的部分叫軸身。 零件在軸上的定位零件在軸上的軸向定位：零件在軸上的軸向定位方法，主要取決于它所受軸向力的大小。此外，還應考慮軸的制造及軸上零件裝拆的難易程度、對軸強度的影響及工作可靠性等因素。常用軸向定位方法有：軸肩、套筒、圓螺母、擋圈、圓錐形軸頭等。由于銑床所用電主軸MS24015要求轉速高，轉矩小，故軸向定位我們選擇軸肩，軸環(huán)，圓螺母定位。（1） 軸肩：軸肩由定位面和過度圓角組成。為保證零件端面能靠緊定位面，軸肩圓角半徑必須小于零件轂孔的圓角半徑或倒角高度；為保證有足夠的強度來承受軸向力，軸肩高度值為h=(23)R。（2） 軸環(huán)：軸環(huán)的功用及尺寸參數(shù)與軸肩相同，寬度b≥。若軸環(huán)毛坯是鍛造而成，則用料少、重量輕。若由圓鋼毛坯車制而成，則浪費材料及加工工時。（3） 圓螺母：當軸上兩個零件之間的距離較大，且允許在軸上切制螺紋時，可用圓螺母的端面壓緊零件端面來定位。 零件在軸上的周向定位定位方式根據(jù)其傳遞轉矩的大小和性質、零件對中精度的高低、加工難易等因素來選擇。常用的周向定位方法有：鍵、花鍵、彈性環(huán)、銷、過盈等聯(lián)結，通稱軸轂聯(lián)結。由于該主軸轉速很高，在軸上不允許出現(xiàn)不對稱的結構，而鍵、花鍵、彈性環(huán)、銷等結構要不是出現(xiàn)不對稱結構要不是在軸上開槽，降低軸的剛度，故軸的周向定位我們選擇過盈聯(lián)結。另外，軸的結構應盡量簡單，有良好的加工和裝配工藝性，以利減少勞動量，提高勞動生產(chǎn)率及減少應力集中，提高軸的疲勞強度。軸的結構設計須在經(jīng)過初步強度計算，已知軸的最小直徑以及軸上零件尺寸（主要是轂孔直徑及寬度）后才進行。其主要步驟為；①確定軸上零件裝配方案②確定軸上零件定位方式③確定各軸段直徑④確定各軸段長度⑤確定軸的結構細節(jié)⑥確定軸的加工精度、尺寸公差、形位公差、配合、表面粗糙度及技術要求⑦畫出軸的工作圖見附圖MS2401505。 軸的校核軸在實際工作中，承受各種載荷。設計計算是確保軸可以承受載荷、可靠工作的重要保證。根據(jù)軸的失效形式，對軸的計算內容通常為強度計算、剛度計算和臨界轉速計算。 軸的強度計算按扭轉強度計算該方法只按軸所受的扭矩來計算軸的強度，如果軸還受有不大的彎矩，則用降低許用扭轉切應力的方法予以考慮。在作軸的結構設計時，通常用這種方法初步估算軸徑。對于不大重要的軸，也可作為最后計算結果。軸的扭轉強度條件為： (21)式中： ——扭轉切應力，MPa；　　　　　　T——軸所受的扭矩，Nmm；　　　　　 ——軸的扭轉截面系數(shù)，；　　　　　　n——軸的轉速，r/min；　　　　　　P——軸傳遞的功率,kW；　　　　　　d——計算截面處軸的直徑，mm；　　　　　——許用扭轉切應力，MPa，見下表；軸的材料Q235A、20Q2735（1Cr18Ni9Ti)4540Cr、35SiMn38SiMnMo、3Cr13(MPa)1525203525453555A014912613511212610311297表21軸常用幾種材料的[τ]T及A0值　　　注：1)表中是考慮了彎矩影響而降低了的許用扭轉切應力?！　　　?2)在下述情況時，取較大值，A0取較小值：彎矩較小或只受扭矩作用、載荷較平穩(wěn)、無軸向載荷或只有較小的軸向載荷、減速器的低速軸、軸只作單向旋轉；反之， 取較小值，A0取較大值。由上式可的軸的直徑： （22）式中，查上表。對于空心軸，則：　 （23） 　　式中β＝d1/d，即空心軸的內徑d1與外徑d之比，通常取β＝?！　斨赋?，當軸截面上開有鍵槽時，應增大軸徑以考慮鍵槽對軸的強度的削弱。對于直徑d＞100mm的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大3%；有兩個鍵槽時，應增大7%。對于直徑d≤100mm的軸，有一個鍵槽時，軸徑應增大5%7%；有兩個鍵槽時，應增大10%15%。然后將軸徑圓整為標準直徑。應當注意，這樣求出的直徑，只能作為承受扭轉作用的軸段的最小直徑dmin。通過軸的結構設計，軸的主要結構尺寸、軸上零件的位置、以及外載荷和支反力的作用位置均已確定，軸上的載荷（彎矩和扭矩）已可以求得，因而可按彎扭合成強度條件對軸進行強度校核計算。一般的軸使用這種方法計算即可。其計算步驟如下： ?作出軸的計算簡圖（即力學模型） 軸所受的載荷是從軸上零件傳來的。計算時，常將軸上的分布載荷簡化為集中力,其作用點取為載荷分布段的中點。作用在軸上的扭矩，一般從傳動件輪轂寬度的中點算起。通常把軸當作置于鉸鏈支座上的梁，支反力的作用點與軸承的類型與布置方式有關。在作計算簡圖時，應先求出軸上受力零件的載荷，并將其分解為水平分力和垂直分力，然后求出各支承處的水平反力FRH和垂直反力FRV。　?作出彎矩圖　　根據(jù)上述簡圖，分別按水平面和垂直面計算各力產(chǎn)生的彎矩，并按計算結果分別作出水平面上的彎矩MH圖和垂直面上的彎矩MV圖，然后按下式計算總彎矩并作出M圖。?作出扭矩圖　　作出軸所受的扭矩圖（為了使扭矩圖符合下述強度計算公式，圖中把T折算為αT)。 ?作出計算彎矩圖　　根據(jù)已作出的總彎矩和扭矩圖，求出計算彎矩Mca，并作出Mca圖，Mca的計算公式為： (24)式中α是考慮扭轉和彎矩的加載情況及產(chǎn)生應力的循環(huán)特征差異的系數(shù)。因通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應力是對稱循環(huán)的變應力，而扭轉所產(chǎn)生的扭轉切應力則常常不是對稱循環(huán)的變應力，故在求計算彎矩時，必須計及這種循環(huán)特性差異的影響。即當扭轉切應力為靜應力時取α≈；扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力時，取α≈；若扭轉切應力亦為對稱循環(huán)變應力時，則取α＝1。 強度的校核　　已知軸的計算彎矩后，即可針對某些危險截面（即計算彎矩大而直徑可能不足的截面）作強度校核計算。按第三強度理論，計算彎曲應力：　 (25)式中： W——軸的抗彎截面系數(shù)m，各種截面計算公式見表。　 　[σ1]——軸的許用彎曲應力，其值按表選用。由于心軸工作時只承受彎矩而不承受扭矩，所以在應用上式時，應取T＝0，亦即Mca=M。轉動心軸的彎矩在軸截面上所引起的應力是對稱循環(huán)變應力；對于固定心軸，考慮起動、停車等的影響，彎矩在軸截面上所引起的應力可視為脈動循環(huán)變應力,所以在應用上式時,其許用應力應為[]([]為脈動循環(huán)變應力時的許用彎曲應力),[]≈[[]。因所設計的軸強度裕度不大，在加上有實際經(jīng)驗，故此軸不必在進行結構修改。最后繪制軸的零件圖（見附手工圖MS2401505） 電主軸軸端的設計隨著機床向高速、高精度、大功率方向發(fā)展，機床的結構剛性越來越好，而主軸與刀具的結合面多年來仍沿用標準化的7/24錐度配合。分析表明，刀尖25%～50%的變形來源于7/24錐度連接，只有40%左右的變形源于主軸和軸承。 高速加工要求確保高速下主軸與刀具連接狀態(tài)不能發(fā)生變化。但是，高速主軸的前端由于離心力的作用會使主軸膨脹(如圖21)， 圖21 軸端錐孔由于高速主軸組件對動平衡要求非常高，所以刀具及夾緊機構也需精密動平衡。但是，傳遞轉矩的鍵和鍵槽很容易破壞動平衡。結合面的公差帶會使刀具產(chǎn)生徑向跳動，引起不平衡。鍵是用來傳遞轉矩和進行角向定位的，有人試圖研究一種刀/軸連接方式能在連接處產(chǎn)生很大的摩擦力來實現(xiàn)轉矩傳遞，用在刀柄上作標記的方法實現(xiàn)安裝的角向定位，達到取消鍵的目的。 在眾多的高速刀/軸連接方案中，已被DIN標準化的HSK短錐刀柄結構比較適合高速主軸。這種刀柄采用1∶10的錐度，比標準的7/24錐度短，錐柄部分采用薄壁結構，刀柄利用短錐和端面同時實現(xiàn)軸向定位(如圖22)。這種結構對主軸和刀柄連接處的公差帶要求特別嚴格，僅為2～6μm，由于短錐嚴格的公差和具有彈性的薄壁，在拉桿軸向拉力的作用下，短錐會產(chǎn)生一定的收縮，所以刀柄的短錐和法蘭端面較容易與主軸相應的結合面緊密接觸，實現(xiàn)錐面與端面同時定位，因而具有很高的連接精度和剛度。當主軸高速旋轉時，盡管主軸軸端會產(chǎn)生一定程度的擴張，使短錐的收縮得到部分伸張，但是短錐與主軸錐孔仍保持較好的接觸，主軸轉速對連接性能影響很小。