轴系设计与分析

 

   1. 轴的功能和内部应力：
   轴是支撑回转零件和传递运动动力的重要零件。轴可分为直轴和曲轴，直轴又分为心轴、转轴和传动轴。心轴只承受弯矩，不传动转矩，轴内应力为弯曲静应力(固定心轴)或弯曲交变应力；传动轴只承受转矩，不承受弯矩，轴内应力根据转矩是否变化而可以为静剪切应力或交变剪切应力；一般的轴多为转轴，既承受弯矩(交变弯曲应力)，又承受转矩(静或交变剪切应力)。
   2.轴系设计的步骤：
   一般是：估算最小轴径—轴的结构设计与轴上零件装配设计—轴的受力分析—轴的疲劳强度校核计算—修改设计。
   3. 轴的材料选用：
   轴的材料选用，主要是保证轴的疲劳强度、耐磨性、尺寸稳定性及实现这些要求的热处理工艺性等。一般的轴多采用中碳的优质碳素钢，正火或调质处理，如45#、35#，不重要或受力较小的轴可采用A3普通碳素钢等。对比较重要、受力较大或有特殊要求的轴可采用中碳合金钢，如40Cr、40CrNi和38CrMoAlA等，调质处理。对要求耐磨的轴径可进行局部表面硬化处理。对韧性和强度要求较高的轴可采用低碳合金钢渗碳淬火。形状复杂的轴可以采用球墨铸铁，球墨铸铁有减摩、吸振和应力集中敏感性小等优点。
   4. 轴的结构设计：
   轴的结构设计应考虑：轴上零件的固定与定位、轴的强度刚度与应力集中、加工和装配工艺性等因素。
   轴上零件的轴向定位与固定常采用轴肩、轴环、套筒、锁紧挡圈、圆锥面、圆螺母、轴端挡圈、轴端挡板、弹性挡圈和紧定螺钉等实现。螺纹和切槽有较大的应力集中，一般制作在轴端。
   轴上零件的周向固定一般采用普通平键、花键、楔型键、切向键、半圆键、销钉、圆锥面和过盈配合来实现。
   轴的疲劳强度受应力集中的影响极大，应设法减少或避免，如采用减小轴肩高度(D/d<1.15～1.2)、增大轴肩圆角半径(r/d>0.1)或采用内凹圆角、增大过盈配合直径(1.05d)、增大花键底径(d1/d=1.1～1.3)、减少锐角、开设卸载槽、盲孔改通孔、表面强化处理等。
   轴的加工与轴上零件装配工艺，应考虑：退刀槽、砂轮越程槽、装配倒角、与轮毂配装的轴段短2～3mm、合理的表面粗糙度及其加工方法、避免刀具干涉等问题。