轴的几何尺寸的确定|强度和刚度计算的依据 (轴的几何尺寸怎么求)

轴的几何尺寸的确定

轴的几何尺寸主要通过强度和刚度计算确定。由于刚度是主要决定因素，而碳钢和合金钢的弹性模量近乎相等，因此一般使用碳钢（常用45钢）。只有齿轮与轴制成一体或轴载荷严重时才使用合金钢。轴与齿轮多为花键联接（对中性好，能可靠传递动力，挤压应力小等）。

注：材料的热处理对弹性模量影响很小。

机床主轴的热处理路线

根据机床主轴的工作情况，对材料的选用、其加工路线及相应的热处理工艺进行了分析，并就其操作提出了自己的观点。

一、材料的选择

主轴是车床上传递动力的零件，传递着动力和各种负荷，它的合理选材直接影响整台车床的精度和使用寿命。其主要实效形式如下：

• 受横向力并传递扭矩，承受交变弯曲应力和扭应力，常常发生疲劳断裂。
• 轴颈和花键等部位发生相对运动，承受较大的摩擦，轴颈表面产生过量的磨损。
• 承受一定的过载和冲击和载荷，产生过量弯曲变形，甚至发生折断或扭断。

所以所选的材料应满足：

• 良好的综合力学性能，即具有较高的强度刚度、足够的韧性、疲劳强度、变形小及对应力集中的敏感性低等性能以防止过载和冲击断裂，还要有良好的切削加工性，高的表面硬度和良好的耐磨性，以防止轴颈摩损。

在设计时要充分考虑：

• 主轴的工作特性和技术要求。主轴的摩檫和磨损情况;主轴的载荷大小和载荷性质。
• 主轴热处理的要求。主轴的工作状况;主轴精密度和光洁度;主轴弯曲载荷和扭转力矩;主轴转速;主轴有无冲击载荷。
• 主轴热处理加工工艺实行的可能性以及经济性。

轴的常用材料为碳素钢和合金钢。合金钢比碳素钢具有更高的机械性能和更好的热处理性能。含不同合金的钢可获得各种特殊性能。因此，对于载荷大并要求尺寸小，重量轻、耐高温或耐磨性、抗腐蚀性能要求高的轴可采用合金钢。合金钢对应力集中的敏感性高，因此设计时应从结构上避免或减小应力集中，并降低其表面粗糙度的数值。由于在常温下合金钢的弹性模量与一般碳素钢差不多，故选合金钢对提高轴的刚度没有实效。而对形状复杂的轴可采用球墨铸铁。球墨铸铁具有良好的吸振性和耐磨性，对应力集中的敏感性低，且价格低廉，加工性好。但球墨铸铁的强度较低。

我们一般主轴承受交变弯曲应力和扭应力，在轻度或中等载荷、转速不太高，精度不很高，冲击、交变载荷不大的情况下，具有普通力学性能就能满足要求，一般采用45钢制造。这类材料强度和塑形、韧性等综合机械性能较好，一般经正火、调质处理，而且材料来源方便，加工性、经济性好。在主轴大端的内锥孔和外锥体,因常与卡盘、顶尖有相对摩擦;花键部位与齿轮有相对滑动,故这些部位要求较高的硬度与耐磨性;主轴在滚动轴承中运转,工作时因轴颈与轴承不发生摩擦,故轴颈无耐磨性要求。

钢轴的毛坯多数用轧制的圆钢和锻件。锻件的内部组织比较均匀，强度较好，故重要的轴及大尺寸的轴或阶梯尺寸变化大的轴，应采用锻件。综上，无其他特殊要求一般的车床主轴采用45钢锻件毛坯制造即可。

二、加工工艺路线

下料→备锻造毛坯→正火→机械粗加工→调质→机械半精加工车外圆+钻中心孔+铣键槽→锥孔及外锥体的局部淬火、回火→车各空刀槽+粗磨(外圆、锥孔、外锥体)+滚铣花键→花键高频淬火、回火→精磨(外圆、锥孔、外锥体)。

三、热处理工艺分析

钢的热处理工艺主要分为：淬火、回火、正火、退火。钢的淬火是将钢加热到临界温度（Ac3或Ac1）以上，保温一定时间使之奥氏体化后，以大于临街冷却速度进行冷却，过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织的一种工艺过程。回火工艺是根据零件材料的化学成分，淬火组织、零件的几何形状、保温时间和冷却方式等。一般来说，淬火后还必须进行相应的回火