提升轴的疲劳强度的有效方法

轴和轴上零件的结构、工艺以及轴上零件的安装布置等对轴的强度有很大的影响。因此，轴的基本形状确定之后，应在这些方面进行充分考虑，对轴的结构细节进行合理设计，以利提高轴的承载能力，减小轴的尺寸和机器的质量，降低制造成本。

（1）合理布置轴上传动零件以减小轴的载荷

合理布置轴上零件的位置可有效改善轴的受力情况。当转矩由一个传动件输入，而由几个传动件输出时，为了减小轴上的载荷，尽量将输入轮置在中间。

如图10.17 所示的转轴，动力由轮1 输入，通过轮2、3、4 输出。如按图10.17（a）的方式设计布置轴上零件，轴所受的最大转矩为Tmax=T2+T3+T4；若按图10.17（b）方式的设计布置轴上零件，则轴所受的最大转矩变为Tmax=T3+T4。

（2）改进轴上零件的结构以减小轴的载荷

通过改进轴上零件的结构也可减小轴上的载荷。如图10.18 所示起重卷筒的两种安装方案中，图10.18（a）的方案是大齿轮和卷筒联在一起，转矩经大齿轮直接传给卷筒，卷筒轴只受弯矩而不受扭矩；而图10.18（b）的方案是大齿轮将转矩通过轴传到卷筒，因而卷筒轴既受弯矩又受扭矩。在同样的载荷F 作用下，图10.18（a）中轴的直径显然可比图10.18（b）中的轴径小。

图10.17　轴上零件的合理布置

图10.18　起重机卷筒

如图10.19（a）所示，卷筒的轮毂很长，轴的弯曲力矩较大。如把轮毂分成两段（见图10.19（b）），则减少了轴的弯矩，从而提高了轴的强度和刚度，同时还能更好地与轴孔配合。

图10.19　卷筒的轮毂结构(www.xing528.com)

（3）改进轴的结构，减小应力集中

轴上的应力集中会严重削弱轴的疲劳强度，因此，轴的结构应尽量避免和减小应力集中。常见的减小应力集中的方法主要措施有：

①尽量避免形状的突然变化，使轴径变化平缓。

②宜采用较大的过渡圆角。不过同时还要使零件能得到可靠的定位，所以过渡圆角半径又必须小于与之相配的零件的圆角半径尺或倒角尺寸C（见图10.20（a））。当与轴相配的零件必须采用很小的圆角半径，而又要减小轴肩处的应力集中时，可采用内凹圆角（见图10.20（b））或加装隔离环（见图10.20（c））的结构形式以保证圆角尺寸。

③过盈配合的轴可在轴上或轮毂上开减载槽（见图10.20（d））。

④适当加大配合部轴径。

⑤选择合理的配合。

⑥盘铣刀铣键槽比用指铣刀铣应力集中小。

⑦渐开线花键比矩形花键应力集中小。

图10.20　减小应力集中的结构

（4）改进轴的表面质量

表面粗糙度对轴的疲劳强度也有显著的影响。实践表明，疲劳裂纹常发生在表面粗糙的部位。因此，应合理减小轴的表面及圆处的加工粗糙度。对于高强度材料轴更应如此。采用碾压、喷丸、渗碳淬火、氮化及高频淬火等表面强化的方法，可显著提高轴的疲劳强度。