轴的设计

轴的设计轴的设计包括轴的结构设计和轴的计算。轴的计算包括轴的强度计算、轴的刚度计算和轴的临界转速计算。轴设计的原则是，在满足结构要求和强度、刚度要求的条件下，设计出尺寸小、重量轻、安全可靠，工艺上经济合理，又便于维护检修的轴。轴的设计程序如下。①根据机械传动方案的整体布局，确定轴上零、部件的布置和装配方案；②选择轴的材料；③在力的作用点及支点间跨距尚不能精确确定的情况下，按纯扭工况初步估算轴的直径；④进行轴的结构设计(轴肩、键槽、圆角等)；⑤根据轴的受载情况?轴的常用材料(1)轴毛坯的选择对于光轴或轴段直径变化不大的轴、不太重要的轴，可选用轧材圆棒做轴的毛坯，有条件的可直接用冷拔圆钢；对于重要的轴、受载较大的轴、直径变化较大的阶梯轴，一般采用锻坯；对于形状复杂的轴可用铸造毛坯。(2)根据使用条件选用轴的材质多数轴既承受转矩又承受弯矩，多处于变应力条件下工作，因此轴的材料应具有较好的强度和韧性，用于滑动轴承时，还要具有较好的耐磨性。轴的常用材料见表轴的常用材料及其主要力学性能。其中优质碳素结构钢使用广泛，45钢最为常用，它调质后具有优良轴的常用材料及其主要力学性能轴表面淬火处理的淬硬层深度轴的化学热处理方法轴的结构设计轴的结构设计主要是定出轴的合理外形和轴各段的直径、长度和局部结构。轴的结构取决于轴的承载性质、大小、方向以及传动布置方案，轴上零件的布置与固定方式，轴承的类型与尺寸，轴毛坯的型式，制造工艺与装配工艺，安装运输条件及制造经济性等。设计轴的合理结构，要考虑的主要因素如下。①使轴受力合理，使扭矩合理分流，弯矩合理分配；②应尽量减质量，节约材料，尽量采用等强度外形尺寸；③轴上零、部件定位应可靠(如轮毂应长出相关轴段2～3mm等)，(见“零件在轴上的定位与固定”节)；④尽量减少应力集中，提高疲劳强度，(见“轴颈及轴伸结构”节)；⑤要考虑加工工艺所必需的结构要素(如中心孔、螺尾退刀槽、砂轮越程槽等)，尽量减少加工刀具的种类，轴上的倒角、圆角、键槽等应尽可能取相同尺寸，键槽应尽量开在一条线上，以减少装卡次数；⑥要便于装拆和维修，要留有装拆或调整所需的空间和零件所需的滑动距离，轴端或轴的台阶处应有方便装拆的倒角，轴上所有零件应无过盈地装配到位，可采用锥套等易装拆的结构；⑦对于要求刚度大的轴，要考虑减少变形的措施；⑧在满足使用要求的条件下，合理确定轴的加工精度和表面粗糙度，合理确定轴与轴上零件的配合性质；⑨要符合标准零、部件及标准尺寸的规定。轴向定位与固定方法周向定位与固定方法提高轴疲劳强度的结构措施在轴截面变化处(如台阶、横孔、键槽等)，会产生应力集中、引起轴的疲劳破坏，所以设计轴的结构时，应考虑降低应力集中的措施。下表提供的主要措施可供参考。由于轴的表面工作应力最大，所以提高轴的表面质量也是提高轴的疲劳强度的重要措施。提高轴的表面质量包括降低轴表面粗糙度值、对轴进行表面处理(如表面热处理、化学处理、机械处理等)，均能提高轴的疲劳强度。向心轴颈止推轴颈轴端润滑油孔轴的典型结构示例