機械設計中如何設計軸

今天聊聊在機械設計中該如何設計軸。軸是穿在軸承中間或車輪中間或齒輪中間的圓柱形物件，但也有少部分是方型的。軸是支承轉動零件并與之一起回轉以傳遞運動、扭矩或彎矩的機械零件。一般為金屬圓桿狀，各段可以有不同的直徑，機器中作回轉運動的零件就裝在軸上。

1、軸的分類

軸的類型很多，按軸線形狀不同可分為直軸、曲軸和撓性軸。曲軸常用于往復式機械(如內燃機、空氣壓縮機等)中，撓性軸可將旋轉運動靈活地傳到所需要的位置，常用于醫療設備中，我們在文章中只討論直軸。

直軸按它們的承載情況不同可以分為轉軸、心軸和傳動軸三類。

轉軸：工作時既承受彎矩又承受扭矩，是機械中最常見的軸，如各種減速器中的軸等。

心軸：用來支承轉動零件只承受彎矩而不傳遞扭矩，有些心軸轉動，如鐵路車輛的軸等，有些心軸則不轉動，如支承滑輪的軸等。

傳動軸：主要用來傳遞扭矩而不承受彎矩，如起重機移動機構中的長光軸、汽車的驅動軸等。軸的材料主要采用碳素鋼或合金鋼，也可采用球墨鑄鐵或合金鑄鐵等。軸的工作能力一般取決于強度和剛度，轉速高時還取決于振動穩定性。

2、軸的材料

軸的常用材料是碳素鋼和合金鋼。碳素鋼比合金鋼價廉，對應力集中的敏感性小，機械性能也比較好，所以應用較為廣泛。

鋼軸的毛坯一般用軋制的圓鋼或鍛件。鍛件的內部組織比較均勻，強度好，故重要的軸應采用鍛制毛坯。

3、軸的結構設計

軸的結構設計是確定軸的合理外形和全部結構尺寸，為軸設計的重要步驟。它由軸上安裝零件類型、尺寸及其位置、零件的固定方式，載荷的性質、方向、大小及分布情況，軸承的類型與尺寸，軸的毛坯、制造和裝配工藝、安裝及運輸，對軸的變形等因素有關。設計者可根據軸的具體要求進行設計，必要時可做幾個方案進行比較，以便選出最佳設計方案，以下是一般軸結構設計原則：

（1）節約材料，減輕重量，盡量采用等強度外形尺寸或大的截面系數的截面形狀；

（2）易于軸上零件精確定位、穩固、裝配、拆卸和調整；

（3）采用各種減少應力集中和提高強度的結構措施；

（4）便于加工制造和保證精度。

4、軸上零件的軸向定位及固定

軸上零件的軸向定位和固定方式常用的有軸肩、軸環、鎖緊擋圈、套筒、圓螺母和止動墊圈、彈性擋圈、軸端擋圈及圓錐面等。

5、軸的維修

5.1軸彎曲變形的校正

軸的變形過大時，可冷壓校正或局部火焰加熱校正。校正時的支承部位應正確，尤其應注意不要使階梯軸拐角處因校正而產生應力集中。

5.2軸頸磨損的修復通常先用磨削加工消除軸的幾何形狀誤差，然后金屬噴鍍或刷鍍，嚴重時可堆焊或鑲套修理，鑲套時套與軸為過盈配合。

5.3花鍵、鍵槽、螺紋的修復可用氣焊或堆焊法修復磨損的齒側面，然后再以磨損的花鍵為基礎，銑出花鍵。鍵槽損傷后，可適當加大鍵槽或將舊鍵槽焊堵，并配新鍵。軸上的螺紋損壞時，應進行堆焊，重車螺紋。