【每日學(xué)機械】第93期,，今天我們聊聊在機械設(shè)計中，我們該如何設(shè)計軸,？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,。

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)式機械(如內(nèi)燃機,、空氣壓縮機等)中,，撓性軸可將旋轉(zhuǎn)運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：工作時既承受彎矩又承受扭矩,，是機械中最常見的軸,，如各種減速器中的軸等；

▲轉(zhuǎn)軸

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,；

▲心軸

傳動軸：主要用來傳遞扭矩而不承受彎矩，如起重機移動機構(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度和剛度,，轉(zhuǎn)速高時還取決于振動穩(wěn)定性；

▲傳動軸

2,、軸的材料

軸的常用材料是碳素鋼和合金鋼,。碳素鋼比合金鋼價廉，對應(yīng)力集中的敏感性小,，機械性能也比較好,，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

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(jìn)行設(shè)計,，必要時可做幾個方案進(jìn)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：

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

• 易于軸上零件精確定位,、穩(wěn)固,、裝配、拆卸和調(diào)整,；

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

• 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,，可冷壓校正或局部火焰加熱校正,。校正時的支承部位應(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,。

▲軸彎曲變形的校正（左）和軸頸磨損的鑲套修復(fù)（右）

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)重時可堆焊或鑲套修理,，鑲套時套與軸為過盈配合,。

▲電機轉(zhuǎn)子軸徑磨損修復(fù)

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,，應(yīng)進(jìn)行堆焊,，重車螺紋。

▲花鍵鍵槽的修復(fù)

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