选用原则 总原则是:所需材料应满足轴的使用要求,具有良好的工艺性和经济性等。选用时要考虑一下几方面的因素 (1)使用要求 考虑轴的工作情况和受载情况提出的要求以及要避免相应的失 效形式;对轴的尺寸和质量的限制和要求;轴在整机或部件中的重要程度。所选轴的材料必须从材料的力学性能、物理性能和化学性能诸方面满足以上使用要求。 (2)工艺要求 所选材料应能很方便地把轴从毛坯制成成品,并满足加工工艺性要求。 (3)经济要求 价格低廉,供应方便。轴的材料主要是碳素钢及合金钢。轴的毛坯多采用轧制圆钢或锻件,它们各有优点。轧制圆钢棒料可直接加工,成本较低;锻造轴内部组织比较均匀,强度高,重要轴常采用锻件。近年来,也有采用球墨铸铁或合金铸铁制造形状复杂的轴。 1)碳素钢 碳素钢具有价廉易得,对应力集中的敏感性较低,韧性及力学性能较好等特点,所以应用较为广泛。 常有的碳素钢有35、45、50钢,其中45钢应用最为普遍。对受力较小和不重要的轴,也可采用Q235A和Q255A普遍碳素钢。为了保证其力学性能,应进行调质或正火处理。普通碳素钢无需热处理。 2)合金钢 与碳素钢相比,合金钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。所以在传递大动力并要求减小尺寸与质量,高速及要求有耐磨、耐高温或低温等特殊条件下工作的轴,常常采用合金钢并进行相应的热处理。 常用的合金钢有20Cr、20CrMnTi、40Cr、35SiMn、40MnB、35CrMo等。但合金钢对应力集中比较敏感,所以在设计时应从结构上注意避免或降低应力集中。合金钢用于高速、重载、要求尺寸和质量小、耐磨性好,以及在高温、低温或腐蚀介质中工作的轴。 需要注意的是:通过改用合金钢或热处理,不能提高轴的刚度。这是因为,在一般工作条件下,各种碳素钢和合金钢的弹性模量均相差较小,而且热处理方式对弹性模量影响甚微。当轴的刚度不足时,可采用改变轴的结构尺寸或轴的支撑跨距等方法。 3)球墨铸铁及合金铸铁 球墨铸铁及合金铸铁容易制成复杂形状,具有价格低廉、吸振性和耐磨性好、对应力集中敏感性小等优点,常用于制造一些尺寸、外形复杂的轴,如凸轮轴、柴油机轴、曲轴等。但是,铸造出的轴质量不易控制,可靠性较差,因此在使用上受到一定限制。 3.4.2轴的结构设计 轴的结构设计就是要合理确定轴的结构形状和全部尺寸。轴的结构受很多方面因素的影响,例如轴在机器中的安装位置及形式