吳 夢，劉素山

（河北蘋樂面粉機械集團有限公司，河北 正定 050800）

糧食加工機械主要指應用于糧食清理、粉碎、輸送、碾磨等工序的機械設備。這些設備主要工作部件都離不開軸類零件，所有這些設備只要軸類零件出現(xiàn)破損、斷裂，就會造成停工停產(chǎn)狀況，甚至導致安全事故發(fā)生，因此軸類零件的設計非常重要。這里結(jié)合軸類零件設計方法和步驟以及注意事項，有針對性地做一詳細介紹。

1 軸類零件的設計要求

軸類零件設計一般要滿足強度、剛度以及使用壽命等要求，不能在設備生命周期內(nèi)出現(xiàn)疲勞破壞、彎曲報廢等。一般軸類零件設計要可靠，杜絕磨損、疲勞、斷裂。設計時要考慮工況環(huán)境、合理選擇材質(zhì)、正確設計結(jié)構(gòu)、合理設計余量。在滿足使用功能前提下，軸類零件的設計還要同時考慮設計成本、加工成本、維護成本和安裝方便等因素。

2 軸類零件材質(zhì)的確定

軸類零件材料，主要是普通碳鋼Q235、45#鋼和合金鋼如20Cr,40Cr,35SiMn,42SiMn等。根據(jù)軸類零件的重要程度確定具體材質(zhì)的選用。不重要軸類零件或強度要求不高的軸類零件選用Q235。對于強度和剛度，以及耐磨性能等有要求的軸類零件宜選用優(yōu)質(zhì)碳鋼30#、40#、45#鋼，其中最常用的是45#鋼。為保證良好的機械性能，應對其進行熱處理，如調(diào)質(zhì)、淬火、回火及正火等。通過熱處理，45#鋼抗拉強度可以達到600～650 MPa。

盡量少用合金鋼材料，糧食加工機械對材料要求并不苛刻，合金類材料價格昂貴，并且合金類材料易應力集中，對設計和機加工精度要求都高，控制不好會得不償失，設計上杜絕采用合金材料來替代普通碳鋼熱處理設計。

3 軸徑的確定方法

軸類機械零件設計直徑的確定，是機械設計入門者糾結(jié)的一個問題。直徑小了強度不夠，直徑大了浪費材料。設計時應充分考慮設備使用壽命、工況環(huán)境條件、重要程度及加工成本等諸多因素。如何確定，通常有三個方法。

3.1 類比法

這個方法最直觀簡便，就是類比應用成熟的同類產(chǎn)品，別人用多大直徑，就用多大直徑。測繪設計就是如此，直接參照前人經(jīng)驗和技術成果。

3.2 經(jīng)驗公式法

根據(jù)不同功率，從動力方面入手考慮。就是以電動機軸頭直徑來做參考確定。這里確定的直徑是軸類零件最細處的直徑。一般取d≈（0.8～1.2）D,D為電機軸頭直徑，d為設計軸最細處直徑。

3.3 按扭轉(zhuǎn)強度計算確定

軸類零件一般承受彎矩和扭矩，彎矩與軸類零件支撐點距離及軸類零件受到的徑向力有關，這里不再贅述。只考慮扭矩，由力學知識可知，軸類零件承受扭矩作用時，其強度條件為：

由（1）推導出

式中：d為軸的直徑，mm;

τ為軸剖面中最大扭轉(zhuǎn)切應力，MPa;

P為軸傳遞的功率，kW;

n為軸的轉(zhuǎn)速，r/min;

「τ」為許用扭轉(zhuǎn)切應力，MPa,見表 1;

C為由許用扭轉(zhuǎn)切應力確定的系數(shù)，見表1;

表1 軸的常用材料的許用扭轉(zhuǎn)切應力「τ」和C值

Wr為抗扭剖面模量。

計算得出軸最小直徑d后，如果該最小軸處的剖面有鍵槽時要做相應地直徑補償，當有一個鍵槽時，直徑增大5%，當有兩個鍵槽時，直徑增大10%。

4 軸的結(jié)構(gòu)設計

軸的結(jié)構(gòu)設計與機械本身結(jié)構(gòu)和使用功能密切相關。沒有固定形式，但設計時要注意以下幾點。

4.1 制造容易、安裝方便

在滿足使用功能條件下，結(jié)構(gòu)盡可能簡單，保證容易制造和方便安裝。

4.2 軸上零部件的固定方法

軸上零部件的固定方法主要有利用軸肩固定法，利用頂絲固定法，利用套筒及圓螺母固定法，利用軸端擋圈固定法，以及定位要求不高時利用彈性擋圈固定法等。

利用軸肩固定法，設計時軸肩根部合理設計成圓弧角，該圓弧角半徑要小于安裝零件的接觸軸肩根部部位圓角半徑。對于要求精度高或特別重要的軸類零件設計，需要考慮過度肩環(huán)、凹切圓角、增加卸載槽、退刀槽等具體設計方案。對于糧食機械來說一般不建議采用，這里不詳細敘述。

4.3 提高軸的強度措施

合理布置軸上傳動零部件位置，降低最大轉(zhuǎn)矩。合理設計軸上零件結(jié)構(gòu)，避免應力集中。減小應力集中，合理設計倒角、退刀槽等結(jié)構(gòu)細節(jié)。對軸類材料采用45#鋼以及合金類材料時，應進行表面熱處理如正火、回火、調(diào)質(zhì)、淬火及滲碳等增強軸耐磨性地處理，提高軸類零件抗疲勞破壞的強度。

5 總結(jié)

實際設計完成后，往往需要對軸的強度和剛度以及安全性系數(shù)進行校核驗算，確保所設計的軸類零件安全可靠。限于篇幅所限，這里只針對糧食加工機械設計中通常遇到的問題闡述一些觀點，一切以實用為主，免去冗余理論推導。其它相關數(shù)據(jù)機械設計手冊均可參閱采納，這里不再贅述。