軸鍛件 （機械部件）
軸鍛件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(zhuǎn)動零件并與之一起回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)運動的零件就裝在軸上。
中文名 軸鍛件
類 型 轉(zhuǎn)軸，心軸，傳動軸
材料使用
1、碳素鋼
35、45、50等優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼因具有較高的綜合力學(xué)性能，應(yīng)用較多，其中以45鋼用得最為廣泛。
為了改善其力學(xué)性能，應(yīng)進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理。不重要或受力較小的軸，則可采用Q235、Q275等碳素結(jié)構(gòu)鋼。
2、合金鋼
合金鋼具有較高的力學(xué)性能，但價格較貴，多用于有特殊要求的軸。
例如采用滑動軸承的高速軸，常用20Cr、20CrMnTi等低碳合金結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)滲碳淬火后可提高軸頸耐磨性；
汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸在高溫、高速和重載條件下工作，必須具有良好的高溫力學(xué)性能，常采用40CrNi、38CrMoAlA等合金結(jié)構(gòu)鋼。
軸的毛坯以鍛件優(yōu)先、其次是圓鋼；
尺寸較大或結(jié)構(gòu)復(fù)雜者可考慮鑄鋼或球墨鑄鐵。
例如，用球墨鑄鐵制造曲軸、凸輪軸，具有成本低廉、吸振性較好，對應(yīng)力集中的敏感性較低、強度較好等優(yōu)點。
軸的力學(xué)模型是梁、多數(shù)要轉(zhuǎn)動，因此其應(yīng)力通常是對稱循環(huán)。
其可能的失效形式有：疲勞斷裂、過載斷裂、彈性變形過大等。
軸上通常要安裝一些帶輪轂的零件，因此大多數(shù)軸應(yīng)作成階梯軸，切削加工量大。
結(jié)構(gòu)分類
結(jié)構(gòu)設(shè)計
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸，為軸設(shè)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(zhì)、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(guān)。設(shè)計者可根據(jù)軸的具體要求進(jìn)行設(shè)計，必要時可做幾個方案進(jìn)行比較，以便選出設(shè)計方案，以下是一般軸結(jié)構(gòu)設(shè)計原則：
1、節(jié)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(shù)的截面形狀；
2、易于軸上零件定位、穩(wěn)固、裝配、拆卸和調(diào)整；
3、采用各種減少應(yīng)力集中和提高強度的結(jié)構(gòu)措施；
4、便于加工制造和保證精度。
軸的分類
常見的軸根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)形狀可分為曲軸、直軸、軟軸、實心軸、空心軸、剛性軸、撓性軸（軟軸）。
直軸又可分為：①轉(zhuǎn)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。②心軸，用來支承轉(zhuǎn)動零件只承受彎矩而不傳遞扭矩，有些心軸轉(zhuǎn)動，如鐵路車輛的軸等，有些心軸則不轉(zhuǎn)動，如支承滑輪的軸等。③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(gòu)中的長光軸、汽車的驅(qū)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(zhuǎn)速高時還取決于振動穩(wěn)定性。
用途應(yīng)用
扭轉(zhuǎn)剛度
軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核是計算的軸的工作時扭轉(zhuǎn)變形量，是用每米軸長的扭角 度量的。軸的扭轉(zhuǎn)變形要影響機器的性能和工作精度，如內(nèi)燃機凸輪軸的扭轉(zhuǎn)角過大，會影響氣門的正確啟閉時間；龍門式起重機運動機構(gòu)傳動軸的扭轉(zhuǎn)角會影響驅(qū)動輪的同步性；對有發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動危險的軸以及操縱系統(tǒng)中的軸，都需要有較大的扭轉(zhuǎn)剛度。
技術(shù)要求
1、加工精度
1)尺寸精度 軸類零件的尺寸精度主要指軸的直徑尺寸精度和軸長尺寸精度。按使用要求，主要軸頸直徑尺寸精度通常為IT6-IT9級，精密的軸頸也可達(dá)IT5級。軸長尺寸通常規(guī)定為公稱尺寸，對于階梯軸的各臺階長度按使用要求可相應(yīng)給定公差。
2)幾何精度 軸類零件一般是用兩個軸頸支撐在軸承上，這兩個軸頸稱為支撐軸頸，也是軸的裝配基準(zhǔn)。除了尺寸精度外，一般還對支撐軸頸的幾何精度（圓度、圓柱度）提出要求。對于一般精度的軸頸，幾何形狀誤差應(yīng)限制在直徑公差范圍內(nèi)，要求高時，應(yīng)在零件圖樣上另行規(guī)定其允許的公差值。
3)相互位置精度 軸類零件中的配合軸頸（裝配傳動件的軸頸）相對于支撐軸頸間的同軸度是其相互位置精度的普遍要求。通常普通精度的軸，配合精度對支撐軸頸的徑向圓跳動一般為0.01-0.03mm，高精度軸為0.001-0.005mm。
此外，相互位置精度還有內(nèi)外圓柱面的同軸度，軸向定位端面與軸心線的垂直度要求等。
2、表面粗糙度
根據(jù)機械的精密程度，運轉(zhuǎn)速度的高低，軸類零件表面粗糙度要求也不相同。一般情況下，支撐軸頸的表面粗糙度 Ra值為0.63-0.16 μm ；配合軸頸的表面粗糙度Ra值為2.5-0.63 μ m
加工工藝
1、軸類零件的材料
軸類零件材料的選取，主要根據(jù)軸的強度、剛度、耐磨性以及制造工藝性而決定，力求經(jīng)濟(jì)合理。
常用的軸類零件材料有 35、45、50優(yōu)質(zhì)碳素鋼，以45鋼應(yīng)用最為廣泛。對于受載荷較小或不太重要的軸也可用Q235、Q255等普通碳素鋼。對于受力較大，軸向尺寸、重量受限制或者某些有特殊要求的可采用合金鋼。如40Cr合金鋼可用于中等精度，轉(zhuǎn)速較高的工作場合，該材料經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后具有較好的綜合力學(xué)性能；選用Cr15、65Mn等合金鋼可用于精度較高，工作條件較差的情況，這些材料經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面淬火后其耐磨性、耐疲勞強度性能都較好；若是在高速、重載條件下工作的軸類零件，選用20Cr、20CrMnTi、20Mn2B等低碳鋼或38CrMoA1A滲碳鋼，這些鋼經(jīng)滲碳淬火或滲氮處理后，不僅有很高的表面硬度，而且其心部強度也大大提高，因此具有良好的耐磨性、抗沖擊韌性和耐疲勞強度的性能。
球墨鑄鐵、高強度鑄鐵由于鑄造性能好，且具有減振性能，常在制造外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軸中采用。特別是我國研制的稀土——鎂球墨鑄鐵，抗沖擊韌性好，同時還具有減摩、吸振，對應(yīng)力集中敏感性小等優(yōu)點，已被應(yīng)用于制造汽車、拖拉機、機床上的重要軸類零件。
2、軸類零件的毛坯
軸類零件的毛坯常見的有型材（圓棒料）和鍛件。大型的，外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的軸也可采用鑄件。內(nèi)燃機中的曲軸一般均采用鑄件毛坯。
型材毛坯分熱軋或冷拉棒料，均適合于光滑軸或直徑相差不大的階梯軸。
鍛件毛坯經(jīng)加熱鍛打后，金屬內(nèi)部纖維組織沿表面分布，因而有較高的抗拉、抗彎及抗扭轉(zhuǎn)強度，一般用于重要的軸。
加工方法
1、外圓表面的加工方法及加工精度
軸類、套類和盤類零件是具有外圓表面的典型零件。外圓表面常用的機械加工方法有車削、磨削和各種光整加工方法。車削加工是外圓表面最經(jīng)濟(jì)有效的加工方法，但就其經(jīng)濟(jì)精度來說，一般適于作為外圓表面粗加工和半精加工方法；磨削加工是外圓表面主要精加工方法，特別適用于各種高硬度和淬火后的零件精加工；光整加工是精加工后進(jìn)行的超精密加工方法（如滾壓、拋光、研磨等），適用于某些精度和表面質(zhì)量要求很高的零件。
由于各種加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)加工精度、表面粗糙度、生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本各不相同，因此必須根據(jù)具體情況，選用合理的加工方法，從而加工出滿足零件圖紙上要求的合格零件。
序號 加工方法 經(jīng)濟(jì)精度 （公差等級） 經(jīng)濟(jì)粗糙度 Ra值/ μ m 適用范圍
1 粗車 IT13-IT11 50-12.5 適用于淬火鋼以外的各種金屬
2 粗車 -半精車 IT10-IT8 6.3-3.2
3 粗車 -半精車-精車 IT8-IT7 1.6-0.8
4 粗車 -半精車-精車-滾壓 IT8-IT7 0.2-0.025
5 粗車 -半精車-磨削 IT8-IT7 0.8-0.4 主要用于淬火鋼，也可用于未淬火鋼，但不適用于有色金屬
6 粗車 -半精車-粗磨-精磨 IT7-IT6 0.4-0.1
7 粗車 -半精車-粗磨-精磨-超精加工（或輪式超精磨） IT5 0.1-0.012
（或 Rz 0.1）
8 粗車 -半精車-精車-精細(xì)車（金剛車） IT7-IT6 0.4-0.025 主要用于要求較高的有色金屬
9 粗車 -半精車-粗磨-精磨-超精磨（或鏡面磨） IT5以上 0.025-0.006
（或 Rz 0.1） 極高精度的外圓加工
10 粗車 -半精車-粗磨-精磨-研磨 IT5以上 · 012 （或 Rz 0.1）
2、外圓表面的車削加工
(1)外圓車削的形式
軸類零件外圓表面的主要加工方法是車削加工。主要的加工形式有：
荒車 自由鍛件和大型鑄件的毛坯，加工余量很大，為了減少毛坯外圓形狀誤差和位置偏差，使后續(xù)工序加工余量均勻，以去除外表面的氧化皮為主的外圓加工，一般切除余量為單面1-3mm。
粗車
中小型鍛、鑄件毛坯一般直接進(jìn)行粗車。粗車主要切去毛坯大部分余量（一般車出階梯輪廓），在工藝系統(tǒng)剛度容許的情況下，應(yīng)選用較大的切削用量以提高生產(chǎn)效率。
半精車
一般作為中等精度表面的最終加工工序，也可作為磨削和其它加工工序的預(yù)加工。對于精度較高的毛坯，可不經(jīng)粗車，直接半精車。
精車
外圓表面加工的最終加工工序和光整加工前的預(yù)加工。
精細(xì)車
高精度、細(xì)粗糙度表面的最終加工工序。適用于有色金屬零件的外圓表面加工，但由于有色金屬不宜磨削，所以可采用精細(xì)車代替磨削加工。
但是，精細(xì)車要求機床精度高，剛性好，傳動平穩(wěn)，能微量進(jìn)給，無爬行現(xiàn)象。車削中采用金剛石或硬質(zhì)合金刀具，刀具主偏角選大些（ 45 o -90 o ）,刀具的刀尖圓弧半徑小于0.1-1.0mm。以減少工藝系統(tǒng)中彈性變形及振動。
(2)車削方法的應(yīng)用
1）普通車削 適用于各種批量的軸類零件外圓加工，應(yīng)用十分廣泛。單件小批量常采用臥室車床完成車削加工；中批、大批生產(chǎn)則采用自動、半自動車床和專用車床完成車削加工。
2)數(shù)控車削 適用于單件小批和中批生產(chǎn)。應(yīng)用愈來愈普遍，其主要優(yōu)點為柔性好，更換加工零件時設(shè)備調(diào)整和準(zhǔn)備時間短；加工時輔助時間少，可通過優(yōu)化切削參數(shù)和適應(yīng)控制等提高效率；加工質(zhì)量好，專用工夾具少，相應(yīng)生產(chǎn)準(zhǔn)備成本低；機床操作技術(shù)要求低，不受操作工人的技能、視覺、精神、體力等因素的影響。對于軸類零件，具有以下特征適宜選用數(shù)控車削。
結(jié)構(gòu)或形狀復(fù)雜，普通加工操作難度大，工時長，加工效率低的零件。
加工精度一致性要求較高的零件。
切削條件多變的零件，如零件由于形狀特點需要切槽，車孔，車螺紋等，加工中要多次改變切削用量。
批量不大，但每批品種多變并有一定復(fù)雜程度的零件。
對帶有鍵槽，徑向孔（含螺釘孔）、端面有分布的孔（含螺釘孔）系的軸類零件，如帶法蘭的軸，帶鍵槽或方頭的軸，還可以在車削加工中心上加工，除了能進(jìn)行普通數(shù)控車削外，零件上的各種槽、孔（含螺釘孔）、面等加工表面也可一并能加工完畢。工序高度集中，其加工效率較普通數(shù)控車削更高，加工精度也更為穩(wěn)定可靠。
（3）外圓表面的磨削加工
用磨具以較高的線速度對工件表面進(jìn)行加工的方法稱為磨削。磨削加工是一種多刀多刃的高速切削方法，它使用于零件精加工和硬表面的加工。
磨削的工藝范圍很廣，可以劃分為粗磨、精磨、細(xì)磨及鏡面磨。
磨削加工采用的磨具（或磨料）具有顆粒小，硬度高，耐熱性好等特點，因此可以加工較硬的金屬材料和非金屬材料，如淬硬鋼、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷等；加工過程中同時參與切削運動的顆粒多，能切除極薄極細(xì)的切屑，因而加工精度高，表面粗糙度值小。磨削加工作為一種精加工方法，在生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。由于強力磨削的發(fā)展，也可直接將毛坯磨削到所需要的尺寸和精度，從而獲得了較高的生產(chǎn)率。
工藝分析
1、軸類零件加工的工藝路線
1)基本加工路線
外圓加工的方法很多，基本加工路線可歸納為四條。
① 粗車—半精車—精車
對于一般常用材料，這是外圓表面加工采用的最主要的工藝路線。
② 粗車—半精車—粗磨—精磨
對于黑色金屬材料，精度要求高和表面粗糙度值要求較小、零件需要淬硬時，其后續(xù)工序只能用磨削而采用的加工路線。
③ 粗車—半精車—精車—金剛石車
對于有色金屬，用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度，因為有色金屬一般比較軟，容易堵塞沙粒間的空隙，因此其最終工序多用精車和金剛石車。
④ 粗車—半精—粗磨—精磨—光整加工
對于黑色金屬材料的淬硬零件，精度要求高和表面粗糙度值要求很小，常用此加工路線。
2)典型加工工藝路線
軸類零件的主要加工表面是外圓表面，也還有常見的特特形表面，因此針對各種精度等級和表面粗糙度要求，按經(jīng)濟(jì)精度選擇加工方法。
對普通精度的軸類零件加工，其典型的工藝路線如下：
毛坯及其熱處理—預(yù)加工—車削外圓—銑鍵槽—（花鍵槽、溝槽）—熱處理—磨削—終檢。
(1)軸類零件的預(yù)加工
軸類零件的預(yù)加工是指加工的準(zhǔn)備工序，即車削外圓之前的工藝。
校直 毛坯在制造、運輸和保管過程中，常會發(fā)生彎曲變形，為保證加工余量的均勻及裝夾可靠，一般冷態(tài)下在各種壓力機或校值機上進(jìn)行校值，
(2) 軸類零件加工的定位基準(zhǔn)和裝夾
1）以工件的中心孔定位 在軸的加工中，零件各外圓表面，錐孔、螺紋表面的同軸度，端面對旋轉(zhuǎn)軸線的垂直度是其相互位置精度的主要項目，這些表面的設(shè)計基準(zhǔn)一般都是軸的中心線，若用兩中心孔定位，符合基準(zhǔn)重合的原則。中心孔不僅是車削時的定為基準(zhǔn)，也是其它加工工序的定位基準(zhǔn)和檢驗基準(zhǔn)，又符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。當(dāng)采用兩中心孔定位時，還能夠限度地在一次裝夾中加工出多個外圓和端面。
2）以外圓和中心孔作為定位基準(zhǔn)（一夾一頂） 用兩中心孔定位雖然定心精度高，但剛性差，尤其是加工較重的工件時不夠穩(wěn)固，切削用量也不能太大。粗加工時，為了提高零件的剛度，可采用軸的外圓表面和一中心孔作為定位基準(zhǔn)來加工。這種定位方法能承受較大的切削力矩，是軸類零件最常見的一種定位方法。
3）以兩外圓表面作為定位基準(zhǔn) 在加工空心軸的內(nèi)孔時，（例如：機床上莫氏錐度的內(nèi)孔加工），不能采用中心孔作為定位基準(zhǔn)，可用軸的兩外圓表面作為定位基準(zhǔn)。當(dāng)工件是機床主軸時，常以兩支撐軸頸（裝配基準(zhǔn)）為定位基準(zhǔn)，可保證錐孔相對支撐軸頸的同軸度要求，消除基準(zhǔn)不重合而引起的誤差。
4）以帶有中心孔的錐堵作為定位基準(zhǔn) 在加工空心軸的外圓表面時，往往還采用代中心孔的錐堵或錐套心軸作為定位基準(zhǔn)，見圖9所示。
錐堵或錐套心軸應(yīng)具有較高的精度，錐堵和錐套心軸上的中心孔即是其本身制造的定位基準(zhǔn)，又是空心軸外圓精加工的基準(zhǔn)。因此必須保證錐堵或錐套心軸上錐面與中心孔有較高的同軸度。在裝夾中應(yīng)盡量減少錐堵的安裝此書，減少重復(fù)安裝誤差。實際生產(chǎn)中，錐堵安裝后，中途加工一般不得拆下和更換，直至加工完畢。
注意問題
磨損原因
軸類磨損是軸使用過程中最為常見的設(shè)備問題。軸類出現(xiàn)磨損的原因有很多，但是最主要的原因就是用來制造軸的金屬特性決定的，金屬雖然硬度高，但是退讓性差（變形后無法復(fù)原），抗沖擊性能較差，抗疲勞性能差，因此容易造成粘著磨損、磨料磨損、疲勞磨損、微動磨損等，大部分的軸類磨損不易察覺，只有出現(xiàn)機器高溫、跳動幅度大、異響等情況時，才會引起人們的察覺，但是到人們發(fā)覺時，大部分軸都已磨損，從而造成機器停機。
針對技術(shù)
大型設(shè)備軸頭磨損后的修復(fù)是一個值得關(guān)注的問題。當(dāng)軸的材質(zhì)為 45號鋼（調(diào)質(zhì)處理）時，如果僅采用堆焊處理，則會產(chǎn)生焊接內(nèi)應(yīng)力，在重載荷或高速運轉(zhuǎn)的情況下，可能在軸肩處出現(xiàn)裂紋乃至斷裂的現(xiàn)象。如果采用去應(yīng)力退火，則難于操作，且加工周期長，檢修費用高。當(dāng)軸的材質(zhì)為HT200時，采用鑄鐵焊也不理想。
國內(nèi)針對軸類磨損一般采用的是補焊、襄軸套、打麻點等，如果停機時間短又有備件，一般會采用更換新軸，一些維修技術(shù)較高的企業(yè)會采用電刷鍍、激光焊、微弧焊甚至冷焊等，這些維修技術(shù)需要采購高昂的設(shè)備和高薪聘請技術(shù)工人，國內(nèi)一些中小企業(yè)一般通過技術(shù)較高外協(xié)來幫助修復(fù)高價值軸，只不過要支付高昂的維修費用和運輸費用。
修復(fù)技術(shù)
對于以上修復(fù)技術(shù)，在歐美日韓企業(yè)已不太常見，因為傳統(tǒng)技術(shù)效果差，而激光焊、微弧焊等高級修復(fù)技術(shù)對設(shè)備和人員要求高，費用支出大，歐美日韓一般采用的是福世藍(lán)高分子復(fù)合材料技術(shù)和納米技術(shù)，現(xiàn)場操作，不僅有效提升了維修效率，更是大大降低了維修費用和維修強度。
因金屬材質(zhì)為“常量關(guān)系”，雖然強度較高，但抗沖擊性以及退讓性較差，所以長期的運行必造成配合間隙不斷增大造成軸磨損，意識到這種關(guān)鍵原因后，歐美新技術(shù)研究機構(gòu)研制的高分子復(fù)合材料即具有金屬所要求的強度和硬度，又具有金屬所不具備的退讓性（變量關(guān)系），通過“模具修復(fù)”、“部件對應(yīng)關(guān)系”、“機械加工”等工藝，可以限度確保修復(fù)部位和配合部件的尺寸配合；同時，利用復(fù)合材料本身所具有的抗壓、抗彎曲、延展率等綜合優(yōu)勢，可以有效地吸收外力的沖擊，極大化解和抵消軸承對軸的徑向沖擊力，并避免了間隙出現(xiàn)的可能性，也就避免了設(shè)備因間隙增大而造成相對運動的磨損，所以針對軸與軸承的靜配合，復(fù)合材料不是靠“硬度”來解決設(shè)備磨損的，而是靠改變力的關(guān)系來滿足設(shè)備的運行要求。
聯(lián)軸器
通常軸不能單獨運轉(zhuǎn)，要使軸能夠正常運轉(zhuǎn)就必須使用聯(lián)軸器。
基本概念
聯(lián)軸器屬于機械通用零部件范疇，用來聯(lián)接不同機構(gòu)中的兩根軸
（主動軸和從動軸）使之共同旋轉(zhuǎn)以傳遞扭矩的機械零件。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。一般動力機大都借助于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián)接，是機械產(chǎn)品軸系傳動最常用的聯(lián)接部件。20世紀(jì)后期國內(nèi)外聯(lián)軸器產(chǎn)品發(fā)展很快，在產(chǎn)品設(shè)計時如何從品種甚多、性能各異的各種聯(lián)軸器中選用能滿足機器要求的聯(lián)軸器，對多數(shù)設(shè)計人員來講，始終是一個困擾的問題。常用聯(lián)軸器有膜片聯(lián)軸器 ，鼓形齒式聯(lián)軸器，萬向聯(lián)軸器，安全聯(lián)軸器，彈性聯(lián)軸器及蛇形彈簧聯(lián)軸器。
主要用途
聯(lián)軸器的用途很廣泛，一般情況下只要有電機或減速機就要用聯(lián)軸器，大型聯(lián)軸器在冶金機械上用的比較多。
不同的聯(lián)軸器有不同的作用，綜合各種聯(lián)軸器的作用如下:
一、是把原動機和工作機械的軸聯(lián)接起來并傳遞扭矩。
二、是可以適當(dāng)補償兩根軸因制造、安裝等因素造成的徑向軸向和角向誤差。
三、安全聯(lián)軸器當(dāng)發(fā)生過載時，聯(lián)軸器打滑或銷子斷開以保護(hù)工作機械。
四、彈性聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用
