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轴(shaft)是穿在轴承中间或车轮中间或齿轮中间的圆柱形物件,但也有少部分是方型的。轴是支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。一般为金属圆杆状,各段可以有不同的直径。机器中作回转运动的零件就装在轴上。
类型:转轴,心轴,传动轴
材料使用
1、碳素钢
35、45、50等碳素结构钢因具有较高的综合力学性能,应用较多,其中以45钢用得为广泛。
为了改善其力学性能,应进行正火或调质处理。不重要或受力较小的轴,则可采用Q235、Q275等碳素结构钢。
2、合金钢
合金钢具有较高的力学性能,但价格较贵,多用于有要求的轴。
例如采用滑动轴承的高速轴,常用20Cr、20CrMnTi等低碳合金结构钢,经渗碳淬火后可提高轴颈耐磨性;
汽轮发电机转子轴在高温、高速和重载条件下工作,必须具有良好的高温力学性能,常采用40CrNi、38CrMoAlA等合金结构钢。
轴的毛坯以锻件优先、其次是圆钢;
尺寸较大或结构复杂者可考虑铸钢或球墨铸铁。
例如,用球墨铸铁制造曲轴、凸轮轴,具有成本低廉、吸振性较好,对应力集中的敏感性较低、强度较好等优点。
轴的力学模型是梁、多数要转动,因此其应力通常是对称循环。
其可能的失效形式有:疲劳断裂、过载断裂、弹性变形过大等。
轴上通常要安装一些带轮毂的零件,因此大多数轴应作成阶梯轴,切削加工量大。
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结构分类
轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸,为轴设计的重要步骤。它由轴上安装零件类型、尺寸及其位置、零件的固定方式,载荷的性质、方向、大小及分布情况,轴承的类型与尺寸,轴的毛坯、制造和装配工艺、安装及运输,对轴的变形等因素有关。设计者可根据轴的具体要求进行设计,必要时可做几个方案进行比较,以便选出佳设计方案,以下是一般轴结构设计原则:
1、节约材料,减轻重量,尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状;
2、易于轴上零件定位、稳固、装配、拆卸和调整;
3、采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施;
4、便于加工制造和保证精度。
轴的分类
常见的轴根据轴的结构形状可分为曲轴、直轴、软轴、实心轴、空心轴、刚性轴、挠性轴(软轴)。
直轴又可分为:①转轴,工作时既承受弯矩又承受扭矩,是机械中常见的轴,如各种减速器中的轴等。②心轴,用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩,有些心轴转动,如铁路车辆的轴等,有些心轴则不转动,如支承滑轮的轴等。③传动轴,主要用来传递扭矩而不承受弯矩,如起重机移动机构中的长光轴、汽车的驱动轴等。轴的材料主要采用碳素钢或合金钢,也可采用球墨铸铁或合金铸铁等。轴的工作能力一般取决于强度和刚度,转速高时还取决于振动稳定性。
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