轴是机器中的重要机械零件。按承受载荷的不同，轴可分为转轴、传动轴和心轴三种。转轴既传递转矩又承受弯矩，如齿轮减速器中的轴；传动轴只传递转矩而不承受弯矩或弯矩很小，如汽车的传动轴；心轴只承受弯矩而不传递转矩，如铁路车辆的轴。按轴线形状的不同轴还可分为：直轴、曲轴和挠性钢丝轴。曲轴常用于往复式机械中，挠性钢丝轴是由几层紧贴在一起的钢丝层构成的，可以把转矩和旋转运动灵活地传到任何位置。
1.典型零件的选取
在轴类零件中，转轴占有重要地位，是本章编制车削加工工艺卡片选定的典型零件。图9-1所示为某齿轮轴零件图，零件材料为20CrMnMo，毛坯为模锻件，中批生产。
2.齿轮轴技术分析
图9-1所示的齿轮轴零件，其主要加工表面为回转表面，车削、磨削和齿轮加工是其最主要的加工方法。解决支承轴颈与各轴颈、轮齿之间的相互位置精度以及它们本身精度的问题是学习中的重点。齿轮轴的主要技术要求如下。
（1）加工精度及表面粗糙度
1）尺寸精度。齿轮轴的尺寸精度主要是指直径和长度的精度。支承轴颈ϕ60k6（+0.021+0.002）（两处），Ra1.6μm；齿顶圆ϕ141.78h8（0-0.063），Ra6.3μm；与大齿轮零件配合表面ϕ65r6（+0.060+0.041），Ra3.2μm，长度尺寸主要有1450-0.25mm；其余尺寸为自由尺寸，未注表面粗糙度为Ra25μm。
2）几何精度。齿轮轴的几何精度有径向圆跳动、轴向圆跳动和对称度三种。支承轴颈ϕ60k6（+0.021+0.002）（两处）相对于基准A的径向圆跳动公差0.022mm；齿顶圆ϕ141.78h8（0-0.063）相对于基准A的径向圆跳动公差0.022mm；轴齿轮右端面相对于基准A的轴向圆跳动公差0.016mm；平键键槽宽18N9（0-0.043）相对于基准B的对称度公差0.020mm。
图9-1 齿轮轴
（2）材料及热处理 齿轮轴的材料为20CrMnMo，为低碳合金钢，碳质量分数为0.2%，Mn质量分数和Mo质量分数都小于1.5%，其他化学成分有Si、Ni等合金元素。齿轮轴材料的淬透性较好，渗碳淬火后其表面硬度为58～62HRC，心部硬度为241～286HBW。是典型的“内韧外硬”合金渗碳钢，相对于45钢，其材料的强度、硬度要高，使机械加工难度有所增加。
3.齿轮轴加工工艺分析
齿轮轴毛坯采用模锻件。其毛坯余量及公差，可依据航空行业标准《模锻件公差及机械加工余量》（HB 6077—2008）加以确定。
（1）毛坯件加工余量的确定 齿轮轴模锻件毛坯尺寸如图9-2所示。毛坯加工余量Z可查阅表3-10。根据齿轮轴零件图上给定的范围尺寸（即最大加工直径×最大加工长度）ϕ141.78mm×310mm，可查得Z=4mm。
图9-2 齿轮轴模锻件毛坯—零件综合图
（2）确定毛坯件形状复杂因数S的确定
1）计算毛坯件质量mS。已知钢的密度ρ为7.85×103kg/m3，则可根据图9-2所示给定的齿轮轴毛坯尺寸计算毛坯的质量mS为
2）计算毛坯件最大外形尺寸包容体的质量mH为
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3）计算模锻件形状复杂因素S。
查表3-14，S在S2（0.31～0.63）区间内，取S=S2（S2为一般复杂因素）。
（3）确定毛坯件材质因素M
齿轮轴毛坯件的材质因素划分为四种：
2）M1，适用于碳的质量分数＜0.65%，且锰、铬、镍、钼、钒和钨等合金元素含量（质量分数）总和＜5%的钢。
3）M2，适用于碳的质量分数≥0.65%，且锰、铬、镍、钼、钒和钨等合金元素含量（质量分数）总和≥5%的钢。
4）M3，适用于钛合金和高温合金。
本例中，选取齿轮轴毛坯件的材质因素为M1。
（4）确定毛坯件尺寸公差等数据 根据计算或查表得到的齿轮轴模锻件质量mS、复杂因素S2和材质因素M1，由表3-15可查得如下数据。
1）基本尺寸公差及极限偏差
外径尺寸：ϕ68的公差为2.8mm，上极限偏差为+1.9mm，下极限偏差为-0.9mm。
ϕ150的公差为3.2mm，上极限偏差为+2.1mm，下极限偏差为-1.1mm。
ϕ73的公差为2.8mm，上极限偏差为+1.9mm，下极限偏差为-0.9mm。
长度尺寸：320mm的公差为4mm，上极限偏差为+2.7mm，下极限偏差为-1.3mm。
153mm的公差为3.6mm，上极限偏差为+2.4mm，下极限偏差为-1.2mm。
130mm的公差为3.2mm，上极限偏差为+2.1mm，下极限偏差为-1.1mm。
2）其他要求。模锻件各外圆的同轴度公差为2.8mm，错移公差为1.4mm，毛边残留量不允许超过1.7mm，毛边过切量不允许超过1.7mm。毛坯锻造圆为R3mm，拔模斜度为7°。齿轮轴模锻件毛坯尺寸、公差和技术要求如图9-2所示。
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