軸是機器的重要零件,在機器運轉中軸一旦出現(xiàn)問題,必須馬上解決,以免造成不必要的損失和安全問題。
軸是用來支持旋轉的機械零件。一切做回轉運動的零部件,如齒輪、鏈輪、車輪等都要裝在軸上才能實現(xiàn)回轉運動,并通過它來傳遞運動和轉矩。根據形狀不同,軸可分為直軸和曲軸;根據所受負荷的不同,軸可分為轉軸、心軸和傳動軸三種。轉軸是工作時既承受彎矩又承受扭矩的軸,如減速器中的軸;心軸是只承受彎矩而不承受扭矩的軸,如鐵路車輛的車輪軸、起重機鋼絲繩的滑輪軸(前者為轉動的,后者是不轉動的);傳動軸是僅承受扭矩而不承受彎矩或承受彎矩很小、可忽略不計的軸,如汽車的動力傳動軸。軸的材料通常采用碳素鋼和合金鋼,毛坯一般采用鍛件。優(yōu)質中碳鋼因成本較低和具有較高的綜合力學性能,應用較普遍,其中以45號鋼應用比較為廣泛。為改善軸的力學性能,應進行調質或正火處理。臺盒鋼具有較高的力學性能,但其價格較貴,多用于有特殊要求的軸類。例如,大電機轉子軸等軸類在高溫、高速、重載條件下工作,必須具有良好的高溫力學性能,一般常采用40Cr、35SiMn、42SiMn等合金結構鋼。需要強調的是,鋼材的種類和熱處理對軸的彈性模量的影響甚小,如欲采用合金鋼或通過熱處理來提高軸的剛度,并無實效。此外,合金鋼對應力集中的敏感性較強,更應注意從結構上減小應力集中和表面粗糙度值。
自20世紀80年代以來,球墨鑄鐵鑄造成型軸進展很快。例如,采用球墨鑄鐵制造外形復雜的曲軸,具有成本低廉、吸振性和耐磨性較好、對應力集中的敏感性較低等優(yōu)點,但缺點是沖擊韌性低,質量不易控制。軸的失效通常表現(xiàn)為斷裂、磨損和過量變形,主要失效形式是疲勞斷裂。軸頸因磨損而失去原有的幾何形狀與尺寸,變成橢圓形或圓錐形,輕微狀態(tài)將使零件間配合精度降低,較嚴重時導致零部件發(fā)生移位而失去原有規(guī)定功能。過量變形的危害在于,軸受載以后,如果產生了過大的彎曲變形或扭轉變形,將影響軸上零件的正常工作。例如裝有齒輪的軸的彎曲變形,會使齒輪嚙合發(fā)生偏載;滾動軸承支撐的軸的彎曲變形會使軸承內外圈相互傾斜,當超過允許值時,將導致軸承壽命快速降低。扭轉變形過大,將影響設備的精度及運轉零部件上負荷的分布均勻性,并對軸的振動造成一定的影響。
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