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空心轴:在轴体的中心制有一通孔,并在通孔内开有内键槽,轴体的外表面加工有阶梯形圆柱,并开有外键槽,该轴的中心通孔与榨膛的主轴套接,输入动力通过轴体外表面上的圆柱上安装的传动齿轮带动该轴而直接传递给榨膛主轴。
空心轴占用的空间体积比较大,但可以降低重量。根据材料力学分析,在转轴传递扭矩时,从径向截面看,越外的地方传递有效力矩的作用越大。在转轴需要传递较大力矩时,就需要较粗的轴径。而由于在轴心部位传递力矩的作用较小,所以一般采用空心的,以减少转轴的自重。
轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。主要用来支承传动零部件,传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件,其长度大于直径,一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同,轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。
轴的长径比小于5的称为短轴,大于20的称为细长轴,大多数轴介于两者之间。
轴用轴承支承,与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准,的精度和表面质量一般要求较高,其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定,通常有以下几项:
(1)尺寸精度
起支承作用的轴颈为了确定轴的位置,通常对其尺寸精度要求较高(IT5~IT7)。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低(IT6~IT9)。
(2)几何形状精度
轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等,一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面,应在图纸上标注其允许偏差。
(3)相互位置精度
轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求,否则会影响传动件(齿轮等)的传动精度,并产生噪声。普通精度的轴,其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.01~0.03mm,高精度轴(如主轴)通常为0.001~0.005mm。
(4)表面粗糙度
一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.5~0.63μm,与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.63~0.16μm。
轴的材料种类很多,选用时主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性等要求,以及为实现这些要求而采用的热处理方式,同时考虑制造工艺问题加以选用,力求经济合理。
轴的常用材料是优质碳素钢35、45、50,最常用的是45和40Cr钢。对于受载较小或不太重要的钢,也常用Q235或Q275等普通碳素钢。对于受力较大,轴的尺寸和重量受到限制,以及有某些特殊要求的轴,可采用合金钢,常用的有40Cr、40MnB、40CrNi等。轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件,有的则直接用圆钢。
由于碳钢比合金钢价廉,对应力集中的敏感性较低,同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度,故采用碳钢制造尤为广泛,其中最常用的是45号钢。
合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此,在传递大动力,并要求减小尺寸与质量,提高轴颈的耐磨性,以及处于高温或低温条件下工作的轴,常采用合金钢。
必须指出:在一般工作温度下(低于200℃),各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不多,因此在选择钢的种类和决定钢的热处理方法时,所根据的是强度与耐磨性,而不是轴的弯曲或扭转刚度。但也应当注意,在既定条件下,有时也可以选择强度较低的钢材,而用适当增大轴的截面面积的办法来提高轴的刚度。
各种热处理(如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等)以及表面强化处理(如喷丸、滚压等),对提高轴的抗疲劳强度都有着显著的效果。
球墨铸铁和一些高强度铸铁,由于铸造性能好,容易铸成复杂形状,且具有价廉,良好的吸振性和耐磨性,以及对应力集中的敏感性较低等优点,支点位移的影响小,可用于制造外形复杂的轴。
特别是国研制成功的稀土-镁球墨铸铁,冲击韧性好,同时具有减摩、吸振和对应力集中敏感性小等优点,已用于制造汽车、拖拉机、机床上的重要轴类零件,如曲轴等。
根据工作条件要求,轴都要整体热处理,一般是调质,对不重要的轴采用正火处理。对要求高或要求耐磨的轴或轴段要进行表面处理,以及表面强化处理(如喷丸、辐压等)和化学处理(如渗碳、渗氮、氮化等),以提高其强度(尤其疲劳强度)和耐磨、耐腐蚀等性能。
在一般工作温度下,合金钢的弹性模量与碳素钢相近,所以只为了提高轴的刚度而选用合金钢是不合适的。
轴一般由轧制圆钢或锻件经切削加工制造。轴的直径较小时,可用圆钢棒制造;对于重要的,大直径或阶梯直径变化较大的轴,多采用锻件。为节约金属和提高工艺性,直径大的轴还可以制成空心的,并且带有焊接的或者锻造的凸缘。对于形状复杂的轴(如凸轮轴、曲轴)可采用铸造。
1、轴毛坯的选择
对于自锁螺母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、受载较大的轴、直径变化较大的阶梯轴,一般采用锻_;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
多数轴即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。其中优质碳素结构钢使用广泛,45钢最为常用,调质后具有优良的综合力学性能。不太重要的轴也可用Q235、Q275等普通碳素结构钢。高速、重载的轴、受力较大而要求尺寸小的轴以及有特殊要求的轴,要用合金结构钢,如铬钢,铬镍钢、硅锰钢等。合金钢对应力集中敏感性小,在机械行业应用日趋增多。
3、热处理和表面处理工艺提高材料的力学性能
冷作硬化是一种机械表面处理工艺,也可以用来改善轴的表面质量,提高疲劳强度,其方法有喷丸和滚压等。喷丸表面产生薄层塑性变形,并大大降低表面粗糙度,硬化表层,也能消除微裂纹,使表面产生残余压缩应力。
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