齒輪軸

齒輪軸指支承轉動零件並與之一起迴轉以傳遞運動、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。機器中作迴轉運動的零件就裝在軸上。

基本介紹

• 中文名：齒輪軸
• 外文名：Gear shaft
• 形狀：一般為金屬圓桿狀
• 分類：曲軸和直軸
• 特點：齒輪軸一般是小齒輪
• 套用：起重機移動機構中的長光軸

齒輪軸分類

根據軸線形狀的不同，軸可以分為曲軸和直軸兩類。根據軸的承載情況，又可分為：①轉軸，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，用來支承轉動零件只承受彎矩而不傳遞扭矩，有些心軸轉動，如鐵路車輛的軸等，有些心軸則不轉動，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，如起重機移動機構中的長光軸、汽車的驅動軸等。

齒輪軸設計運用

在設計中，齒輪軸的運用一般無外乎以下幾種情況：

1、齒輪軸一般是小齒輪（齒數少的齒輪）。

2、齒輪軸一般是在高速級（也就是低扭矩級）。

3、齒輪軸一般很少作為變速的滑移齒輪，一般都是固定運行的齒輪，一是因為處在高速級，其高速度是不適進行滑移變速的。

4、齒輪軸是軸和齒輪合成一個整體的，但是，在設計時，還是要儘量縮短軸的長度，太長了一是不利於上滾齒機加工，二是軸的支撐太長導致軸要加粗而增加機械強度（如剛性、撓度、抗彎等）。

齒輪軸的加工工藝分析

定位基準的選擇

齒輪軸主要表面的加工順序，在很大程度上取決於定位基準的選擇。軸類零件本身的結構特徵和主軸各主要表面的位置精度要求都決定了以軸線為定位基準是最理想的。這樣既保證基準統一，又使定位基準與設計基準重合。一般多以外圓為粗基準，以軸兩端的項尖孔為精基準。具體選擇時還要注意以下幾點。

(1)當各加工表面間相互位置精度要求較高時，最好在一次裝夾中完成各表面的加工。

(2)粗加工或不能用兩端頂尖孔（如加工主軸錐孔）定位時，為提高工件加工時工藝系統的剛度，可只用外圓表面定位或用外圓表面和一端中心孔作為定位基準。在加工過程中，應交替使用軸的外圓和一端中心孔作為定位基準，以滿足相互位置精度要求。

(3)如果軸是帶通孔的零件，通孔鑽出後將使原來的頂尖孔消失。為了仍能用頂尖孔定位，一般均採用帶有頂尖孔的錐堵或錐套心軸。當軸孔的錐度較大（如銑床主軸）時，可用錐套心軸；當主軸錐孔的錐度較小（如CA6140型工具機主軸）時，可採用錐堵。必須注意，使用的錐套心軸和錐堵應具備較高的精度並儘量減少其安裝次數。錐堵和錐套心軸上的中心孔既是其本身製造的定位基準，又是主軸外圓的精加工基準，因此必須保證錐堵或錐套心軸上的錐面與中心孔有較高的同軸度。若為中小批生產，工件在錐堵上安裝後一般中途不更換。若外圓和錐孔需反覆多次互為基準進行加工，則在重裝錐堵或軸套心軸時必須按外圓找正或重新修磨中心孔。

從以上分析來看，齒輪軸加工工藝過程中選擇定位基準應考慮這樣安排工藝過程：一開始就以外圓作為粗基準鑽端面中心孔，為粗車準備定位基準；而粗車外圓則為後續加工準備定位基準：此後，為了給半精加工、精加工外圓準備定位基準，又先加工好前、後頂尖孔作定位基準；齒輪齒形加工也採用頂尖孔作為定位基準，這非常好地體現了基準統一原則，也充分體現了基準重合原則。

熱處理工序的安排

在軸加工的整個工藝過程中，應安排足夠的熱處理工序，以保證齒輪軸力學性能及加工精度要求，並改善工件加工性能。

一般在軸毛坯鍛造後首先安排正火處理，以消除鍛造內應力，細化晶粒，改善機加工時的切削性能。

在粗加工後安排調質處理。在粗加工階段，經過粗車、鑽孔等工序，齒輪軸的大部分加工餘量被切除。粗加工過程中切削力和發熱都很大，在力和熱的作用下，軸產生很大內應力，通過調質處理可消除內應力，代替時效處理，同時可以得到所要求的韌性。

半加工後，除重要表面外，其他表面均已達到設計尺寸。重要表面僅剩精加工餘量，這時在齒部等安排局部淬火處理，使之達到設計的硬度要求，保證這些表面耐磨性。而後續的精加工工序可以消除淬火變形。

加工順序的安排

機加工順序的安排根據基面先行，先粗後精，先主後次的原則進行。對齒輪軸一般零件是準備好中心孔後，先加工外圓，再加工其他部分，並注意粗、精加工分開進行。在齒輪軸加工工藝中，以熱處理為標誌，調質處理前為粗加工，淬火處理前為半精加工，淬火後為精加工。這樣把各階段分開後，保證了主要表面的精加工最後進行，不致因其他表面加工時的應力影響主要表面精度。

在安排齒輪軸工序的次序時，還應注意以下幾點。

(1)該軸的齒形粗加工應安排在齒輪軸各外圓完成半精加工之後，因為作為齒輪軸來講，齒形加工是該零件加工中工作量比較大、加工難度也比較大的加工內容，其加工位置適當放後一些，可提高定位基準的定位高度，而齒形精加工應安排在該零件各外圓等表面全部加工好後進行，從而消除齒形局部淬火產生的熱處理變形。

(2)外圓表面的加工順序應先加工大直徑外圓，然後加工小直徑外圓，以免一開始就降低工件的剛度。

(3)齒輪軸上的鍵槽等次要表面的加工一般應安排在外圓精車或粗磨之後、精磨外圓前進行。如果在精車前就銑車鍵槽，一方面，在精車前，由於斷續切削而產生振動，既影響加工質量又容易損壞刀具；另一方面，鍵槽的尺寸要求也難以保證。這些表面加工也不宜安排在主要表面精磨後進行，以免破壞主要表面精度。