第2章轴类零件种类及功能.

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轴类零件加工2012

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(4)次要表面加工的安排。
轴上的花键、键槽、螺纹等次要表面加工,通常均安排
在外圆精车或粗磨之后、精磨外圆之前进行。
如果精车前就铣出键槽,精车时因断续切削而易产生振动, 既影响加工质量,又容易损坏刀具,也难控制键槽的深度。次要表面加工也不能放到主要表面精磨之后,否则会破坏主要表面已获得的精度。
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二、轴类零件机械加工的主要工艺问题
轴类零件在机械中起着突出的作用，工作中受弯曲、
扭转和交变载荷，有时还得承受一定冲击性载荷。支承轴
颈处还要承受磨擦，产生摩擦热。为了保证轴件的正常工作，轴件的加工质量至关重要。这就需要解决好轴件加工
的工艺问题。
工艺的关键问题在于防止弯曲变形、残余内应力和微观裂纹的产生。为了保证轴件的质量，机械加工中必须解决好以下主要工艺问题：
同，穿插于粗加工、半精加工、精加工各加工阶段之间。
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4.轴类零件的热处理及其安排
轴类零件的使用性能除与所选钢材种类有关外,还与所采用的热处理关系密切。作用：改善切削性能去除内应力提高机械性能
（1）锻造毛坯在机加工前,均需安排正火或退火处理(含碳量大于ω (C)=0.7％的碳钢和合金钢),以使钢材内部晶粒细化,消除锻造应力,降低材料硬度,改善切削加工性能。（2）为了获得较好的综合力学性能,轴类零件常要求调质处理，一般分两种情况：
需在渗氮之前进行调质和低温时效处理。对调质的质量要求也很严格,不仅要求调质后索氏体组织要均匀细化,而且要求离表面0.8～0.10mm层内铁素体含量不超过 ω(C)＝5％,否则会造成氮化脆性而影响其质量。
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轴类零件的加工

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四、典型加工工艺路线
轴类零件的主要加工表面是外圆表面，也还有常见的特形表面。对普通精度的轴类零件加工，其典型的工艺路线如下：
毛坯及其热处理→预加工→车削外圆→铣键槽（花键槽、沟槽）→热处理→磨削→终检
轴类零件的预加工——校直毛坯在制造、运输和保管过程中，常会发生弯曲变形，为保证加工余量的均匀及装夹可靠，一般冷态下在各种压力机或校直机上进行校直。
图1 锥堵和锥套心轴 a）锥堵 b）锥套心轴
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锥堵或锥套心轴应具有较高的精度，锥堵和锥套心轴上的中心孔既是其本身制造的定位基准，又是空心轴外圆精加工的基准，因此必须保证锥堵或锥减少重复安装误差。
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三、外圆面的加工方案
轴类零件的加工
一、轴类零件的分类、技术要求
轴是机械加工中常见的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿轮、带轮等传动件，以传递扭矩。按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等，其中阶梯传动轴应用较广。
根据轴类零件的功用和工作条件，其技术要求主要在以下方面：
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⑶ 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。 ⑷ 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 Ra0.2~1.6um，传动件配合轴颈为Ra0.4~3.2um 。
3
6 磨削磨蜗杆螺纹到尺寸
两中心孔两中心孔
两中心孔
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大批量生产轴类零件的加工---- 1110凸轮轴加工工艺
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车削轴类零件

• （4）用一夹一顶装夹用双顶尖装夹零件精度高，但刚性较差，故在车削一般轴类零件时采用一端用卡盘夹住，另一端用顶尖顶住的装夹方法，如图所示。为防止切削时产生轴向位移，可采用限位支承或台阶限位。其中台阶限位安全，刚性好，能承受较大切削力，故应用广泛。
• 4．中心孔、顶尖、拨盘和夹头（1）中心孔国家标准 GB/T 145—2001 规定中心孔有A 型（不带护锥）、B 型（带护锥）、C 型带螺孔）和 R 型（弧形）4 种，如图所示。
3．轴类零件的装夹要求
• 车削加工前，必须将零件放在机床夹具中定位和夹紧，使零件在整个切削过程中始终保持正确的位置。根据轴类零件的形状、大小、精度、数量的不同，可采用不同的装夹方法。
• （1）在四爪单动卡盘上装夹四爪单动卡盘（如图所示）的卡爪是各自独立运动的，因此在装夹零件时必须找正后才可车削，但找正比较费时。其夹紧力较大，常用于装夹大型或形状不规则的零件。四爪单动卡盘的卡爪可装成正爪或反爪，反爪用于装夹较大的零件。
车削轴类零件
• 一、轴类零件的种类轴类零件由圆柱表面、端面、沟槽、阶台和倒角等组成, 它有光滑轴、阶台轴等几种。
• 二、轴类零件的特点轴是各种机器中最常见的零件之一。它的轴向尺寸一般大于径向尺寸，如图所示。
• ① 圆柱表面：一般用于支承轴上传动零件。 ② 端面和台阶：常用来确定安装零件的轴向位置。 ③ 沟槽：使磨削或车螺纹时退刀方便，并使零件装配时有一个正确的轴向位置。 ④ 键槽：主要是周向固定轴上传动零件和传递扭矩。 ⑤ 螺纹：固定轴上零件的相对位置。 ⑥ 倒角：去除锐边防止伤人，便于轴上零件的安装。 ⑦ 圆弧：提高强度和减少应力集中，有效防止热处理中裂纹的产生。

3轴类零件加工基本知识

2、轴类零件的结构特点： 1）长度大于直径；
2）加工表面通常为内外圆柱面，圆锥面，螺纹，花键，沟槽，横向孔等。
3、组成轴的各部分的作用
1）圆柱表面一般用于支承传动零件（齿轮、带轮）和传递扭矩。 2）阶台和端面用于确定安装在轴上的工件的轴向位置。 3）退刀槽的作用是使磨削外圆或车螺纹时退刀方便，并可使工件在装配时有一个正确的轴向位置。 4）倒角的作用一方面是防止工件边缘锋利划伤工人，另一方面是便于在轴上安装其它零件，如齿轮、轴套等。 5）圆弧槽的作用是提高轴的强度，使轴在受交变应力作用时不致因应力集中而断裂，此外使类零件的材料、毛坯及热处理 1、材料：
一般轴常用45钢：价格便宜，经调质或正火后具有较好的综合机械性能。中等精度、转速较高轴常用40Cr：经调质和表面淬火后具有较好的综合机械性能。较高精度轴可选GCr15、65Mn：经调质和高频淬火后再回火，具有较高的耐疲劳性和耐磨性。高速重载轴可选20Cr、20CrMnTi等。
主轴的技术条件分析
4、轴类零件种类：有光轴、空心轴、半轴、阶梯轴、花键轴、十字轴、偏心轴、曲轴及凸轮轴等。
二、轴类零件的技术要求
1、加工精度：尺寸精度：主要指轴的直径尺寸精度。影响轴的回转精度和配合精度。
一类是支承轴颈，要求较高IT5～IT7；
另一类是配合轴颈，要求稍低IT6～IT9。
工之前（或之后）。
目的：提高综合机械性能。
●正火、退火一般安排在粗加工之前（或之后）。
目的：提高切削性能，消除内
应力。
（2）最终热处理：●表面淬火一般安排在精加
工前。目的：提高强度、硬度。
●渗氮可安排在末工序。
目的：提高强度、硬度。
四、轴类零件的安装和校正

轴类零件加工

轴类零件加工一、概述(一)、轴类零件的功用与结构特点1、功用：为支承传动零件（齿轮、皮带轮等）、传动扭矩、承受载荷，以及保证装在主轴上的工件或刀具具有一定的回转精度。

2、2、分类：轴类零件按其结构形状的特点，可分为光轴、阶梯轴、空心轴和异形轴（包括曲轴、凸轮轴和偏心轴等）四类。

图轴的种类a)光轴b)空心轴c)半轴d)阶梯轴e)花键轴f)十字轴g）偏心轴h)曲轴i) 凸轮轴若按轴的长度和直径的比例来分，又可分为刚性轴（L/d＜12＝和挠性轴（L/d＞12）两类。

3、表面特点：外圆、内孔、圆锥、螺纹、花键、横向孔（二）主要技术要求：1、尺寸精度轴颈是轴类零件的主要表面，它影响轴的回转精度及工作状态。

轴颈的直径精度根据其使用要求通常为IT6～9，精密轴颈可达IT5。

2、几何形状精度轴颈的几何形状精度（圆度、圆柱度），一般应限制在直径公差点范围内。

对几何形状精度要求较高时，可在零件图上另行规定其允许的公差。

3、位置精度主要是指装配传动件的配合轴颈相对于装配轴承的支承轴颈的同轴度，通常是用配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动来表示的；根据使用要求，规定高精度轴为0.001～0.005mm，而一般精度轴为0.01～0.03mm。

此外还有内外圆柱面的同轴度和轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。

4．表面粗糙度根据零件的表面工作部位的不同，可有不同的表面粗糙度值，例如普通机床主轴支承轴颈的表面粗糙度为Ra0.16～0.63um，配合轴颈的表面粗糙度为Ra0.63～2.5um，随着机器运转速度的增大和精密程度的提高，轴类零件表面粗糙度值要求也将越来越小。

(三)、轴类零件的材料和毛坯合理选用材料和规定热处理的技术要求，对提高轴类零件的强度和使用寿命有重要意义，同时，对轴的加工过程有极大的影响。

1、轴类零件的材料一般轴类零件常用45钢，根据不同的工作条件采用不同的热处理规范（如正火、调质、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。

轴承种类及应用

轴承种类及应用轴承是机械设备中常见的一种零部件，具有支撑和减少摩擦的功能。

根据不同的载荷和工作条件，轴承被分为多种类型，适用于不同的机械设备和工业领域。

1. 深沟球轴承深沟球轴承是一种常见的轴承类型，具有高速转动和承载能力强的特点。

它们适用于机床、汽车、摩托车等高速旋转设备，也广泛应用于电动工具和家用电器等领域。

2. 圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承是一种能够承受径向和轴向载荷的轴承。

它们常常应用于汽车前轮或大型机械设备中，如重型机械和冶金设备。

3. 推力球轴承推力球轴承主要用于承受轴向载荷的场合，具有高承载能力和刚性要求的特点。

它们常被广泛应用于液压机械、船舶螺旋桨、轴承钢和冶金设备等。

4. 调心滚子轴承调心滚子轴承是一种受到较大径向载荷和轴向载荷的轴承，既能吸收轴和壳的偏转或倾斜，又能承受高速旋转和冲击负载。

它们常应用于纺织机械、冶金设备、矿山机械和重型机械等。

5. 自润滑轴承自润滑轴承是一种能够通过添加润滑剂来减少摩擦的轴承。

它们通常应用于高温、高速、高精度和无尘环境下的设备，如航天器、核电站和高速机床。

6. 手推车轴承手推车轴承主要是指用于手推车或手推车上的运动部件的轴承。

这些轴承多采用螺旋滚珠轴承或深沟球轴承，以实现手推车的平稳运行。

7. 滑动轴承滑动轴承主要依靠润滑油或润滑脂在轴和轴承之间形成一层薄膜，以减少摩擦。

它们广泛应用于大型机械设备、液压设备、发电机组和船舶等。

8. 直线轴承直线轴承是一种能够沿直线运动的轴承，主要用于数控机床、齿轮机床和线性模组等设备。

除以上常见的轴承类型外，还有许多特殊的轴承类型。

如：陶瓷球轴承、圆珠丝杠轴承、水轴承等。

不同类型的轴承在不同的领域和设备中有着广泛的应用。

它们通过减少摩擦和支撑载荷，提高机械设备的运行效率和可靠性。

例如，深沟球轴承用于汽车和电动工具中，可以支撑高速旋转并减少摩擦，提高设备的寿命。

圆锥滚子轴承可用于大型机械设备，如矿山机械和重型机械，以支撑较大的径向和轴向载荷。

轴类零件

基本尺寸由强度刚度设计和结构设计确定，公差可按轴上各段的工作性质确定
l
１、并联尺寸组
a1
a2
a3
a4
a5
a6
a7
a8
２、串联尺寸组
②
①
a５
c L ５
a８
①
②
①为主基准 ②为辅助基准
a3
c
l
L
③
②
①
c
a3
a５
c L ５
a８
l
一般公差——未注公差的线性和角度尺寸的公差

图样上未曾注出公差的尺寸称为未注公差尺寸。在车间一般加工条件下、机床设备一般加工能力可保证的公差。它代表经济加工精度。
形状公差
被测要素：为直线、平面、圆和圆柱面。
形状公差带的特点：不涉及基准，它的方向和位置均是浮动的，只能控制被测要素形状误差的大小。
形状公差项目：直线度、平面度、圆度和圆柱度。
•圆度

圆度公差带是垂直于轴线的任一正截面上半径差为公差值t的两同心圆之间的区域。如图所示，在垂直于轴线的任一正截面上，实际轮廓线必须位于半径差为公差值 0.02mm的两同心圆内。
轴的精度设计示例
3、标注尺寸公差
凡有配合处的直径按装配图的配合性质标出
尺寸的偏差。
键槽的尺寸偏差及标注方法可查有关手册。
(键槽深度标注d-t的尺寸偏差)
在零件工作图上对尺寸及偏差相同的直径应
逐一标注，不得省略；
轴的精度设计示例
尺寸公差带代号在零件图中的标注形式是以注公差尺寸的表示形式。可根据实际要求按下列三种形式标注。 (1) 标注基本尺寸和极限偏差值。如：φ55、16，此种标注一般适用在单件或小批量生产的产品零件图样上，应用较为广泛。如图2.15 (a)所示。 (2) 标注基本尺寸、公差带代号和极限偏差值。如：φ55k6 ()、16N9()，此种标注一般适用在中、小批量生产的产品零件图样上。如图2.15 (b)所示。 (3) 标注基本尺寸和公差带代号。如：φ55k6、16N9，此种标注适用在大批量生产的产品零件图样上。如图2.15 (c) 所示。

机电一体化系统设计课件——第2章(5)：机械系统的部件选择与设计(轴系)

微型滚动轴承
精密分度头主轴系统
上图为一精密分度头主轴系统。它采用的是密珠轴承，主轴由止推密珠轴承2、4和径向密珠轴承1、 3组成。这种轴承所用滚珠数量多且接近于多头螺旋排列。由于密集的钢珠有误差平均效应，减小了局部误差对主轴轴心位置的影响，故主轴回转精度有所提高；每个钢珠公转时沿着自己的滚道滚动而不相重复，减小了滚道的磨损，主轴回转精度可长期保持。实践证明，提高钢珠的密集度有利于主轴回转精度的提高，但过多地增加钢珠会增大摩擦力矩。因此，应在保证主轴运转灵活的前提下，尽量增多钢珠数量。图b为推力密珠轴承保持架孔分布情况，图c为径向密珠轴承保持架孔的分布情况。
液体静压轴承工作原理
液体静压轴承工作原理 1、2、3、4-油腔；5-金属薄膜；6-圆盒；7-回油槽；8-轴套
磁悬浮轴承工作原理
磁悬浮轴承是利用磁场力将轴无机械摩擦、无润滑地悬浮在空间的一种新型轴承。其工作原理如下图所示。径向磁悬浮轴承由转子(转动部件)6和定子(固定部件)5两部分组成。定子部分装上电磁体，保持转子悬浮在磁场中。转子转动时，由位移传感器4检铡转子的偏心，并通过反馈与基准信号l(转子的理想位置)进行比较，调节器2根据偏差信号进行调节，并把调节信号送到功率放大器3以改变电磁体(定子)的电流，从而改变磁悬浮力的大小，使转子恢复到理想位置。径向磁悬浮轴承的转轴(如主轴一般要配备辅助轴承，工作时辅助轴承不与转轴接触当断电或磁悬浮失控时能托住高速旋转的转轴，起到完全保护作用。辅助轴承与转子之间的间隙一般等于转子与电磁体气隙的一半。轴向悬浮轴承的工作原理与径向磁悬浮轴承相同。
会使轴伸长或使轴系零件间隙发生变化，影响整个传动系统的传动精度、旋转精度及位置精度。又由于温度的上升会使润滑油的粘度发生变化，使滑动或滚动轴承的承载能力降低。

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2.1 轴

2.1.4 轴的加工工艺
为了保证轴的精度以及便于轴的加工，必要时应设置中心孔。为便于轴上零件的装拆，阶梯轴的直径应该是由中间向两端依次减小，两端小，中间大。为便于螺纹车刀退出，轴上有螺纹时，应有退刀槽(图214 );需要磨削的阶台轴，应留有越程槽(图2-15 )。为便于装配，当轴上装有质量较大的零件或与轴颈过盈配合的零件时，其装入端应加工出半锥角为 100 的导向锥面(图216 )。
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2.1 轴

(4)弹性挡圈固定弹性挡圈结构简单紧凑、拆装方便，但缺点是能承受的轴向力较小，而且要求切槽尺寸保持精确度，以免出现弹性挡圈不能装入切槽或者弹性挡圈与被固定零件间存在空隙的现象。图2-10所示为利用弹性挡圈作轴向固定。 (5)圆螺母固定使用圆螺母作轴向固定，通常是无法采用轴套固定或轴套太长时才采用(图2-11)。这种方法通常用在轴的中部或端部位置，具有固定可靠、装拆方便、能承受较大的轴向力的优点。
第2章轴系零件的种类及其功能

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7
轴键销轴承联轴器离合器制动器
2.1 轴

2.1.1 轴的种类及应用
按照轴的轴线形状不同，轴可以分为曲轴[图2-1(a)]、直轴(图2-2)和挠性轴[图2-1(b)]三大类。 1.曲轴是往复式机械中的专用零件，可以将回转运动转变为直线往复运动或将直线往复运动转变为回转运动。 2.直轴按照外形的不同，可以分为光轴[图2-2(a)]和阶梯轴两类 [图2-2(b)]。将轴制成空心的[图2-2(c)]，如车床的主轴。

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2.1 轴

(2)轴端挡圈和圆锥面固定当零件位于轴端位置时，可以利用轴端挡圈或者圆锥面加挡圈进行轴向固定的方法。图2-7 所示就是用轴端挡圈定位，采用图示的锁紧装置可以防止轴端挡圈和螺钉松动。无轴肩和轴环的轴端，可采用图2-8所示圆锥面加挡圈进行轴向固定，这种固定有较高的定心精度，并能承受冲击载荷。 (3)轴肩和轴环固定这是一种最常用的固定方法，常用于齿轮、带轮、轴承和联轴器等传动零件的轴向固定。轴肩和轴环是指阶梯轴的截面变化部位(图2-9 )。用轴肩和轴环轴向固定轴上零件，具有定位可靠、结构简单、能够承受大强度的轴向力等优点。
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2.1 轴

(2)心轴。用来支承转动的零件，只承受弯曲作用(弯矩)，而不传递动力(转矩)的轴称为心轴。既有转动的心轴，如图 2-4(a)所示的车轴;也有固定不动的心轴，如图2-4(b)所示滑轮支承轴。 (3)传动轴用来传递动力(转矩)，只承受扭转作用而不受弯曲(弯矩)作用或弯曲(弯矩)作用很小的轴称为传动轴，如图 2-5所示为汽车传动轴(轴是空心的，由自重所引起的弯曲作用很小)。
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2.1 轴

(2)用键作周向固定采用键连接作为轴上零件的周向固定应用最广。用平键连接作周向固定，结构简单，制造容易，装拆方便，对中性好，可用于较高精度、较高转速及受冲击或变载荷作用的固定连接。 (3)其他方法作周向固定当轴传递的载荷很小时，可以用圆锥销(图2-12)或紧定螺钉(图2-13)的方法作周向固定。这两种方法均兼有轴向固定的作用。
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2.1 轴

2.1.2 轴的结构
1.常用轴的结构光轴虽然结构简单、加工方便，但是轴上零件如齿轮、带轮和轴承等的固定和装拆不便，在工程上的应用不广。阶梯轴的结构多种多样，没有标准的形式。阶梯轴的各个阶台均有其作用，工程上多用阶梯轴。轴的结构应满足下述三个方面的要求: .轴上零件要便于用手安装和拆却; .安装在轴上的零件，要牢固可靠的相对固定; .轴的结构应便于加工和尽量避免或减小力集中。

估算。估算后的轴径，应圆整为标准尺寸值，如下表2-1:
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2.1 轴

2.1.3 轴上零件的固定方法
1.轴上零件的轴向固定方法轴上零件轴向固定是为了防止零件作轴向移动，保证零件在轴上有确定的轴向位置，并能承受轴向力。常用的方法有利用轴肩、轴环、圆锥面，以及采用轴端挡圈、轴套、圆螺母、弹性挡圈等零件进行轴向固定。 (1)轴套固定轴套又称为套筒，轴套固定结构简单、装拆方便，用其轴向固定零件时，主要依靠已确定位置的零件来作轴向定位，适用于相邻两零件间距较小的场合(图2-61 轴

2.估算轴颈按轴上各段的不同作用一般可分三部分。被轴承支承的部位称为支承轴颈，支承回转零件（如齿轮、联轴器等）的部位称为轴妥。联接配合轴颈与轴妥的部分称为轴身。轴的直径除根据强度计算确定外，通常可应用经验式进行估算。轴的各部位直径应符合标准尺寸系列，支承轴颈的直径还必须符合轴承内孔的直径系列。不同级别低速轴的轴径可按同级齿轮副的中心距来估算，如用经验式 d (0.3 0.4)
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2.1 轴

2.轴上零件的周向固定方法为了传递转矩及防止零件与轴产生相对运动，常采用转动轴上零件周向固定的方法。常采用键和过盈配合等方法实现零件的周向固定。 (1)用过盈配合作周向固定不拆卸的轴与轮毅的连接常用这种方法。由于包容件轮毅的配合尺寸(孔径)小于被包容件轴的配合尺寸(轴颈直径)，装配后在两者之间产生较大压力，通过此压力所产生的摩擦力来传递转矩。采用键联接与过盈配合组合的固定方法可以针对于对中性要求高，以传递大的转矩及使轴上零件的周向固定更加牢固。

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2.1 轴

可将直轴按照所受载荷的不同，分为转轴、心轴和传动轴三大类。 (1)转轴。既支承回转零件又传递动力，同时承受弯曲(弯矩)和扭转(转矩)两种作用的轴称为转轴。转轴是机械中最常用的轴。在图2-3(a)所示减速装置传动简图中，联轴器6 所联接的左、右两根轴，传动带2联接的轴，小齿轮3联接的轴都是转轴。图2-3(b)所示为与联轴器左半边相联接的减速装置输出轴的结构简图。