機(jī)械設(shè)計(jì)中如何設(shè)計(jì)軸

今天聊聊在機(jī)械設(shè)計(jì)中該如何設(shè)計(jì)軸。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(yùn)動、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)動的零件就裝在軸上。

1、軸的分類

軸的類型很多，按軸線形狀不同可分為直軸、曲軸和撓性軸。曲軸常用于往復(fù)式機(jī)械(如內(nèi)燃機(jī)、空氣壓縮機(jī)等)中，撓性軸可將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動靈活地傳到所需要的位置，常用于醫(yī)療設(shè)備中，我們在文章中只討論直軸。

直軸按它們的承載情況不同可以分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動軸三類。

轉(zhuǎn)軸：工作時(shí)既承受彎矩又承受扭矩，是機(jī)械中最常見的軸，如各種減速器中的軸等。

心軸：用來支承轉(zhuǎn)動零件只承受彎矩而不傳遞扭矩，有些心軸轉(zhuǎn)動，如鐵路車輛的軸等，有些心軸則不轉(zhuǎn)動，如支承滑輪的軸等。

傳動軸：主要用來傳遞扭矩而不承受彎矩，如起重機(jī)移動機(jī)構(gòu)中的長光軸、汽車的驅(qū)動軸等。軸的材料主要采用碳素鋼或合金鋼，也可采用球墨鑄鐵或合金鑄鐵等。軸的工作能力一般取決于強(qiáng)度和剛度，轉(zhuǎn)速高時(shí)還取決于振動穩(wěn)定性。

2、軸的材料

軸的常用材料是碳素鋼和合金鋼。碳素鋼比合金鋼價(jià)廉，對應(yīng)力集中的敏感性小，機(jī)械性能也比較好，所以應(yīng)用較為廣泛。

鋼軸的毛坯一般用軋制的圓鋼或鍛件。鍛件的內(nèi)部組織比較均勻，強(qiáng)度好，故重要的軸應(yīng)采用鍛制毛坯。

3、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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，以下是一般軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則：

（1）節(jié)約材料，減輕重量，盡量采用等強(qiáng)度外形尺寸或大的截面系數(shù)的截面形狀；

（2）易于軸上零件精確定位、穩(wěn)固、裝配、拆卸和調(diào)整；

（3）采用各種減少應(yīng)力集中和提高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施；

（4）便于加工制造和保證精度。

4、軸上零件的軸向定位及固定

軸上零件的軸向定位和固定方式常用的有軸肩、軸環(huán)、鎖緊擋圈、套筒、圓螺母和止動墊圈、彈性擋圈、軸端擋圈及圓錐面等。

5、軸的維修

5.1軸彎曲變形的校正

軸的變形過大時(shí)，可冷壓校正或局部火焰加熱校正。校正時(shí)的支承部位應(yīng)正確，尤其應(yīng)注意不要使階梯軸拐角處因校正而產(chǎn)生應(yīng)力集中。

5.2軸頸磨損的修復(fù)通常先用磨削加工消除軸的幾何形狀誤差，然后金屬噴鍍或刷鍍，嚴(yán)重時(shí)可堆焊或鑲套修理，鑲套時(shí)套與軸為過盈配合。

5.3花鍵、鍵槽、螺紋的修復(fù)可用氣焊或堆焊法修復(fù)磨損的齒側(cè)面，然后再以磨損的花鍵為基礎(chǔ)，銑出花鍵。鍵槽損傷后，可適當(dāng)加大鍵槽或?qū)⑴f鍵槽焊堵，并配新鍵。軸上的螺紋損壞時(shí)，應(yīng)進(jìn)行堆焊，重車螺紋。