【正文】 構 設 計 不 合 理的 話 ， 將 會 嚴 重 的 影 響 軸 上 零 件 的 工 作 可 靠 性 和 軸 的 工 作 能 力 ， 同 時 還 會 增加 軸 的 制 造 成 本 和 軸 上 零 件 裝 配 的 困 難 等 。 因 此 ， 軸 的 結 構 設 計 是 軸 設 計 中 的重 要 內 容 。軸 的 工 作 能 力 計 算 主 要 指 的 是 軸 的 強 度 、 剛 度 和 振 動 穩(wěn) 定 等 方 面 的 計 算 。在 大 多 數 情 況 下 ， 軸 的 工 作 能 力 主 要 取 決 于 軸 的 強 度 。 這 時 需 要 及 時 對 軸 的進 行 強 度 計 算 ， 以 防 止 塑 性 變 形 和 斷 裂 。 而 對 剛 度 要 求 比 較 高 的 軸 和 受 力 比較 大 的 細 長 軸 是 ， 不 僅 需 要 以 上 計 算 ， 同 時 還 應 進 行 剛 度 的 計 算 ， 這 樣 是 為了 防 止 軸 在 工 作 的 過 程 中 產 生 過 大 的 彈 性 變 形 。 對 與 高 速 運 轉 的 軸 ， 還 要 進行 振 動 穩(wěn) 定 性 的 計 算 ， 以 防 止 因 為 軸 的 共 振 而 產 生 破 壞 。根 據 軸 上 零 件 的 安 裝 、 定 位 以 及 軸 的 制 造 工 藝 等 方 面 的 要 求 ， 合 理 地 確 定 軸的 結 構 形 式 和 尺 寸 。 軸的設計過程：選擇材料結構設計軸的承載能力驗算驗算合格?結束YN北京郵電大學世紀學院畢業(yè)設計（論文）22 軸 的 材 料 軸 的 材 料 主 要 是 碳 鋼 和 合 金 鋼 ,常 見 圖 。 碳 鋼 軸 的 毛 坯 多 數 軋 制 圓 鋼和 鍛 件 ， 有 的 則 直 接 用 圓 鋼 。 由 于 碳 鋼 比 合 金 鋼 價 廉 ， 對 應 力 集 中 的 敏 感 性 較低 ， 同 時 也 可 以 用 熱 處 理 活 化 學 熱 處 理 的 辦 法 提 高 其 耐 磨 性 和 抗 疲 勞 強 度 ， 故采 用 碳 鋼 制 造 軸 尤 為 廣 泛 ， 其 中 最 常 用 的 45鋼 。 合 金 鋼 比 碳 鋼 具 有 更 高 的 力 學性 能 和 更 好 的 淬 火 性 能 。 因 此 ， 在 穿 多 大 動 力 ， 并 要 求 減 少 尺 寸 與 質 量 ， 提 高軸 勁 的 耐 磨 性 ， 以 及 處 于 高 溫 或 低 溫 條 件 下 工 作 的 軸 ， 常 采 用 合 金 鋼 。必 須 指 出 ： 在 一 般 工 作 溫 度 下 （ 低 于 200℃ ） ， 各 種 碳 鋼 和 合 金 鋼 的 彈 性 模量 均 相 差 不 多 ， 因 此 在 選 擇 鋼 的 種 類 決 定 剛 的 熱 處 理 方 法 時 ， 所 依 據 的 是 強 度與 耐 磨 性 ， 而 不 是 州 的 彎 曲 或 扭 轉 強 度 。 但 也 應 當 注 意 ， 在 既 定 條 件 下 ， 有 時也 可 以 選 擇 強 度 較 低 的 鋼 材 ， 而 用 適 當 增 大 軸 的 截 面 面 積 的 辦 法 來 提 高 軸 的 剛度 。各 種 熱 處 理 （ 如 高 頻 淬 火 、 滲 碳 、 氮 化 、 氰 化 等 ） 以 及 表 面 強 化 處 理 （ 如噴 丸 、 滾 壓 等 ） ， 對 提 高 軸 的 抗 疲 勞 強 度 都 有 著 顯 著 的 效 果 。高 強 度 鑄 鐵 和 球 墨 鑄 鐵 容 易 做 成 復 雜 的 形 狀 ， 且 具 有 廉 價 、 良 好 的 吸 振 性和 耐 磨 性 ， 以 及 對 應 力 集 中 的 敏 感 性 較 低 等 優(yōu) 點 ， 可 用 于 制 造 外 形 復 雜 的 軸 。北京郵電大學世紀學院畢業(yè)設計（論文）23抗拉強度極限 K?屈服極限強度 S彎曲疲勞極限 1?剪切疲勞極限?許用彎曲應力??1??材料牌號熱處理毛坯直徑（mm）硬度/HBSMPa備注100?400 420:225Q235A 熱軋或鍛后空冷100 250:375 390 215170 105 40 用于不太重要及受載荷不大的軸100 170 217 590 295 255 140正火100 300 162 217 570 285 245 1355545調質 200?217 255:640 355 275 155 60應用最廣泛100 735 540 355 20220Cr 調質100 300241 286685 490 355 18570 用于載荷較大，而無很大沖擊的重要軸100 270 300 900 735 430 26040CrNi 調質100 300:240 270 785 570 370 21075 用于很重要的軸100?229 286 735 590 365 21038SiMnMo調質100 300 217 269 685 540 345 19570 用于很重要的軸，性能接近于40CrNi60 293 321 930 785 440 28060 100:277 302 835 685 410 27038CrMoAlA調質100 160 241 277 785 590 375 22075 用于要求耐磨性和強度高且熱處理變形很小的軸20Cr 滲磷、淬火、回火60?滲磷52 62HRC640 390 305 160 60 用于要求強度和韌性較高的軸3Cr13 調質 100 241?835 635 395 230 75 用于腐蝕條件下的軸100?530 190 1151Cr18Ni9Ti淬火100 160:192 490 195 180 110 45 用于高低溫以及腐蝕條件下的軸QT6003 190 270 600 370 215 185QT8002 245 335 800 480 290 250用于制造復雜外形的軸 軸 的 結 構 設 計軸 的 結 構 設 計 包 括 定 出 軸 的 合 理 外 形 和 全 部 結 構 尺 寸 。軸 的 結 構 主 要 取 決 于 以 下 因 素 ： 軸 在 機 器 中 的 安 裝 位 置 及 形 式 ： 軸 上 安 裝 的零 件 的 類 型 、 尺 寸 、 數 量 以 及 和 軸 的 連 接 的 方 法 ； 載 荷 的 性 質 、 大 小 、 方 向 及北京郵電大學世紀學院畢業(yè)設計（論文）24分 布 的 情 況 ； 軸 的 加 工 工 藝 等 。 由 于 影 響 軸 的 結 構 的 因 素 較 多 ， 且 其 結 構 形 式又 要 隨 著 具 體 情 況 的 不 同 而 異 ， 所 以 軸 沒 有 標 準 的 結 構 形 式 。 設 計 時 ， 必 須 針對 不 同 情 況 進 行 具 體 的 分 析 。 但 是 ， 不 論 何 種 具 體 條 件 ， 軸 的 結 構 都 因 該 滿 足 ：軸 和 裝 在 軸 上 零 件 要 有 準 確 的 工 作 位 置 ； 軸 上 的 零 件 贏 便 于 裝 拆 和 調 整 ； 軸 應具 有 良 好 的 制 造 工 藝 性 等 。 下 面 討 論 軸 的 結 構 設 計 中 要 解 決 的 幾 個 主 要 問 題 。（ 1） 擬 定 軸 上 零 件 的 裝 配 方 案 擬 定 軸 上 零 件 的 裝 配 方 案 是 進 行 軸 的 結 構 設 計 的 前 提 ， 它 決 定 著 軸 的 基 本形 式 。 所 謂 裝 配 方 案 ， 就 是 預 定 出 軸 上 主 要 零 件 的 裝 配 方 向 、 順 序 和 相 互 關系 。 軸 上 零 件 的 裝 配 方 案 不 同 ， 則 軸 的 結 構 形 狀 也 不 相 同 。 設 計 時 可 擬 定 幾 種裝 配 方 案 ， 進 行 分 析 與 選 擇 。 （ 2） 軸 上 零 件 的 定 位 為 了 防 止 軸 上 零 件 受 力 時 發(fā) 生 沿 軸 向 或 周 向 的 相 對 運 動 ， 軸 上 零 件 除 了 有游 動 或 空 轉 的 要 求 外 ， 都 必 須 進 行 軸 向 和 周 向 定 位 ， 以 保 證 其 準 確 的 工 作 位 置 。 零 件 的 軸 向 定 位軸 上 零 件 的 軸 向 定 位 是 以 軸 肩 、 套 筒 ， 軸 端 擋 圈 、 軸 承 端 蓋 和 圓 螺 母 等 來保 證 的 。 本 文 主 要 是 用 到 的 軸 肩 定 位 的 ， 所 以 重 點 介 紹 軸 肩 定 位 。軸 肩 分 為 定 位 軸 肩 和 非 定 位 軸 肩 兩 類 。 利 用 軸 肩 定 位 是 最 方 便 可 靠 的 方 法 ，但 采 用 軸 肩 就 必 然 會 使 軸 的 直 徑 加 大 ， 而 且 軸 肩 處 將 因 截 面 突 變 而 引 起 應 力 集中 。 另 外 ， 軸 肩 過 多 時 也 不 利 于 加 工 。 因 此 ， 軸 肩 定 位 多 用 于 軸 向 力 較 大 的 場合 。 定 位 軸 肩 的 高 度 h一 般 取 為 ， 為 零 件 相 配 處 的 軸 的 直 徑 ，()d?:滾 動 軸 承 的 定 位 軸 肩 高 度 必 須 低 于 軸 承 內 圈 端 面 的 高 度 ， 以 便 于 拆 裝 軸 承 ， 周建 的 高 度 可 查 手 冊 中 軸 承 的 安 裝 尺 寸 。 為 了 使 零 件 能 靠 緊 軸 肩 而 得 到 準 確 可 靠的 定 位 ， 軸 肩 處 的 過 渡 圓 角 半 徑 r 必 須 小 于 與 之 相 配 的 零 件 轂 孔 端 部 的 圓 角 半徑 R 或 倒 角 尺 寸 。 非 定 位 軸 肩 是 為 了 加 工 和 裝 配 方 便 而 設 置 的 ， 其 高 度 沒 有嚴 格 的 規(guī) 定 ， 一 般 取 為 。12m:（ 3） 各 軸 段 直 徑 和 長 度 的 確 定 零 件 在 軸 上 的 定 位 個 拆 裝 方 案 確 定 后 ， 軸 的 形 狀 變 大 體 確 定 。 各 軸 段 所 需的 直 徑 與 軸 上 的 在 和 大 小 有 關 。 初 步 確 定 軸 的 直 徑 時 ， 通 常 還 不 知 道 支 反 力 的作 用 點 ， 不 能 決 定 彎 矩 的 大 小 與 分 布 情 況 ， 因 而 還 不 能 按 軸 所 受 的 具 體 載 荷 及北京郵電大學世紀學院畢業(yè)設計（論文）25其 引 起 的 應 力 來 確 定 軸 的 直 徑 。 但 在 進 行 軸 的 結 構 設 計 前 ， 通 常 已 能 求 得 軸 所受 的 扭 矩 。 因 此 ， 可 按 軸 所 受 的 扭 矩 初 步 估 算 周 所 需 的 直 徑 。 將 初 步 求 出 的直 徑 作 為 承 受 扭 矩 的 軸 段 的 最 小 直 徑 ,然 后 再 按 照 軸 上 零 件 的 裝 配 方 案 和 定mind位 要 求 ， 從 處 起 逐 一 確 定 各 段 軸 的 直 徑 。 在 實 際 設 計 中 ， 軸 的 直 徑 亦 可 憑mind設 計 者 的 經 驗 取 定 ， 或 參 考 同 類 機 器 用 類 比 的 方 法 確 定 。最 小 軸 徑 的 確 定 : in ??????≈ Mpa ??..02An????m—扭 矩 ， —抗 扭 截 面 系 數 ， —功 率 ， —轉 速 ， —許 用 應 力 ，TTWP??T?—計 算 直 徑 ， —材 料 系 數 。 d0A(4)提 高 軸 的 強 度 的 常 用 措 施軸 和 軸 上 零 件 的 結 構 、 工 藝 以 及 軸 上 零 件 的 安 裝 布 置 等 對 軸 的 強 度 有 很 大 的影 響 ， 所 以 應 在 這 些 方 面 進 行 充 分 考 慮 ， 以 利 提 高 軸 的 承 載 能 力 ， 減 少 軸 的 尺寸 和 機 器 的 質 量 ， 降 低 制 造 成 本 。 理 布 置 軸 上 零 件 以 減 少 軸 的 載 荷為 了 減 少 軸 所 承 受 的 彎 矩 ， 傳 動 件 應 盡 量 靠 近 軸 承 ， 并 盡 可 能 不 采 用 懸 臂 的支 承 形 式 ， 力 求 縮 短 支 承 跨 距 及 懸 臂 長 度 等 。 進 軸 上 零 件 的 結 構 以 減 少 軸 的 載 荷通 過 改 進 軸 上 零 件 的 結 構 也 可 減 少 軸 上 的 載 荷 。 進 軸 的 結 構 以 減 少 應 力 集 中 的 影 響軸 通 常 是 在 變 應 力 條 件 下 工 作 的 ， 軸 的 截 面 尺 寸 發(fā) 生 在 突 變 處 要 產 生 應 力 集中 ， 軸 的 疲 勞 破 壞 往 往 在 此 出 發(fā) 生 。 為 了 提 高 軸 的 疲 勞 強 度 ， 應 盡 量 減 少 應 力集 中 源 和 降 低 應 力 集 中 的 程 度 。 為 此 ， 軸 肩 處 應 采 用 較 大 的 過 渡 圓 角 半 徑 r 來 降 低 應 力 集 中 。 但 對 定 位 軸 肩 ， 還 必 須 的 保 證 零 件 得 到 可 靠 的 定 位 。 當 靠 軸肩 定 位 的 零 件 的 圓 角 半 徑 很 小 時 ， 為 了 增 大 軸 肩 處 圓 角 半 徑 ， 可 采 用 內 凹 圓 角北京郵電大學世紀學院畢業(yè)設計（論文）26或 加 裝 隔 離 環(huán) 。當 軸 與 輪 轂 為 過 盈 配 合 時 ， 配 合 邊 緣 處 會 產 生 較 大 的