1 轴类零件的作用
轴类零件的主要作用是支承传动零件、传递运动和动力。
2 工作条件
(1)承受较大的交变弯曲应力、扭转应力。
(2)轴颈和花键部位承受较大的摩擦。
(3)一定的冲击载荷。
3 失效形式
常见的时效形式有疲劳断裂、过量的弯曲变形和扭转变形、过量磨损。
4 力学性能要求
(1)良好的综合力学性能。
(2)轴颈等部位应具有高的硬度和良好的耐磨性。
(3)高的疲劳强度
5 轴类零件常用材料及热处理
(1)中碳钢和中碳合金钢。考虑到轴类零件的综合力学性能要求,主要选用经过轧制或锻造的35、40、45、50、40Cr、40CrNi、40MnB钢等,一般应进行正火或调质;若轴颈处耐磨性要求高,可对轴颈处进行表面淬火。具体的钢种应根据载荷的类型、零件的尺寸和淬透性的大小决定。承受弯曲载荷和扭转载荷的轴类,应力的分布是由表面向中心递减的,对淬透性要求不高;承受拉、压载荷的轴类,应力沿轴的截面均匀分布,应选用淬透性较高的钢。
(2)对承受冲击载荷较大,对强韧性要求高时或要求进一步提高轴颈的耐磨性时,可选用20Cr、20CrMnTi等合金渗碳钢并进行渗碳、淬火、低温回火处理。
(3)对于受力小、不重要的轴可选用Q235~Q275等普通质量碳钢。
(4)球墨铸铁和高强度灰铸铁可用来制作形状复杂、难以锻造成形的轴类零件,如曲轴等。
6 轴类零件选材举例
(1)机床主轴。下图是C6132卧式车床主轴,工作时主要承受交变弯曲应力、扭转应力作用和一定的冲击载荷,运转较平稳。要求具有良好的综合力学性能,锥孔、外圆锥面、花键表面要求耐磨。
现选用45钢制造,其工艺路线如下:
下料→锻造→正火→粗加工→调质→半精加工(花键除外)→局部淬火(内外圆锥面)+低温回火→粗磨→铣花键→花键感应淬火+低温回火→精磨。
整体调质硬度可达到220~250HBS;内外圆锥面采用盐浴局部淬火和低温回火,硬度为45~50HRC;花键部分采用高频感应淬火和低温回火,硬度为48~53HRC。
(2)内燃机曲轴。右图是175A型农用柴油机曲轴简图,由于该柴油机的功率(4.4KW)不大,故曲轴承受的弯曲应力、扭转应力和冲击载荷不大。但曲轴在滑动轴承中工作,轴颈部位要求具有较高的硬度和耐磨性。具体要求是:σb≥750MPa,整体硬度为240~260HBS,轴颈处表面硬度≥625HV,δ≥2%,Ak≥12J。现选用Q700-2,铸造成形,其工艺路线如下:
铸造→高温正火→高温回火→机械加工→轴颈处气体渗氮。
高温正火是为了获得均匀细小的珠光体基体,提高强度、硬度和耐磨性。高温回火是消除正火造成的应力。轴颈处渗氮是为了提高轴颈处的表面硬度和耐磨性。