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轴类零件的加工与设计

轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿
轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，以传递扭矩。按结构形式不同，轴可以分为
阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等轴的长
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，它们的精度和表
面质量一般要求较高。根据零件的结构及其功能，运用定位夹紧的知识完成了夹
具设计。

标签：轴类零件轴的设计工艺规程

機器产品中的轴类零件是通用零件，应用非常普遍。机器工作能力和工作质
量在很大程度上都与轴有关，轴一旦失效，有可能造成严重后果。轴是组成机械
结构的重要零件之一。它是轴系零件中的主要零件，也是支撑轴上零件、传递运
动和动力的关键部件。为了保证安装在轴上的零件能正确地定位和固定，满足轴
的加工和装配的要求，必须合理地定出轴各部分形状和结构尺寸，即进行结构设
计。

一、轴类零件加工的概述

轴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。根据轴线形状的不同，轴可以分为曲轴和直轴两类。根据轴的承载情况，
又可分为：转轴、心轴、传动轴。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，以便选出最佳设计方案，

以下是一般轴结构设计原则：

1.轴的设计主要包括材料、结构设计、性能设计与精度设计等。轴的设计内
容是确定轴的合理外形和全部尺寸。由于轴、轴上零部件（包括支承轴承）等构
成了轴系组件，故轴的结构设计需同时考虑轴上零部件的定位、固定、调整、装
拆等功能需求。轴的性能设计主要包括强度设计、刚度设计。轴的性能设计首先
需进行其力学模型的简化（根据其支承方式简化为简支梁和悬臂梁）；其次根据
其承载类型和工况确定其可能的失效形式，进而选用相应的设计准则进行性能设
计。轴的性能设计准则包括强度准则和刚度准则。高速轴常需要进行振动稳定性
设计。轴的振动稳定性设计主要目的是避免轴振动过大，特别是发生共振。轴的
精度设计，包括其尺寸公差和几何公差。2.轴的加工工艺分析轴类零件的加工
工艺因其用途、结构形状、技术要求、产量大小的不同而有所差异。在日常的工

艺工作中遇到的大量工作是一般轴的工艺编制。技术人员根据产品数量、设备条
件和工人素质等情况，确定采用的。二、轴的材料及选择

1.轴的材料主要是碳素钢和合金钢。常用的碳素钢为45钢，一般应进行正
火或调质处理，以改善其力学性能。合金钢比碳素钢具有更高的力学性能和热处
理性能，但对应力集中的敏感性强，价格较贵，因此多用于高速、重载及要求耐
磨、耐高温或低温等特殊条件的场合。由于在常温下合金钢与碳素钢的弹性模量
相差很小，因此，用合金钢代替碳素钢并不能明显提高轴的刚度。

2.对于承受较大载荷、要求強度高、结构紧凑或耐磨性较好的轴，可采用合
金钢。常用的有40Cr、20Cr、35SiMn等。应当指出：当尺寸相同时，采用合金
钢不能提高轴的刚度，因为在一般情况下各种钢的弹性模量相差不多；合金钢对
应力集中的敏感性较高，因此轴的结构设计更要注意减少应力集中的影响；采用
合金钢时必须进行相应的热处理，以便更好地发挥材料的性能。

3.轴的毛坯一般采用热轧圆钢或锻件。对于形状复杂的轴（如曲轴和凸轮轴
等）也可采用铸钢或球墨铸铁，后者具有吸振性好，对应力集中敏感性低和价格
低廉等优点。

三、轴类零件的设计要求

根据轴类零件的功用和工作条件，其设计技术要求主要在以下方面：

1.尺寸精度

轴类零件的主要表面常为两类：一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支
承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT5～IT7；
另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，常为IT6～IT9。
2.几何形状精度

主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。其误差一般
应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。

3.相互位置精度

包括内、外表面、重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的
垂直度、端面间的平行度等。

4.表面粗糙度

轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。
支承轴颈常为0.2～1.6μm，