轴的分类与材料选择

一、轴的用途及分类

1.按承受的载荷不同，轴可分为以下几类

转轴——工作时既承受弯矩又承受扭矩的轴，如图5－3所示减速器中的齿轮轴。

图5－3　减速器中的齿轮轴

心轴——工作时仅承受弯矩的轴，如图5－4（a）所示的火车轮轴。按工作时轴是否转动，心轴又可分为：固定心轴，工作时轴承受弯矩，且轴固定。如图5－4（b）所示；转动心轴，工作时轴承受弯矩，且轴转动。如图5－4（c）所示。

图5－4　心轴

（a）火车轮轴；（b）固定心轴；（c）转动心轴

传动轴——工作时仅承受扭矩的轴，如图5－5所示汽车中的传动轴。

2.按轴线形状的不同，轴可分为以下几类

曲轴——各轴段轴线不在同一直线上，如图5－6所示，曲轴主要用于内燃机发电机等机器中。

图5－5　汽车变速箱至后桥的传动轴

图5－6　曲轴

（a）发电机曲轴；（b）多段曲轴简图

直轴——各轴段轴线为同一直线。直轴按外形不同又可分为：光轴［如图5－7（a）所示］，形状简单，应力集中少，易加工，但轴上零件不易装配和定位，常用作心轴和传动轴；阶梯轴［如图5－7（b）所示］，特点与光轴相反，常用作转轴；钢丝软轴（如图5－8所示），由多组钢丝分层卷绕而成，具有良好挠性，可将回转运动灵活传到不开敞的空间位置。

图5－7　直轴

（a）光轴；（b）阶梯轴

图5－8　钢丝软轴

二、轴的材料

1.选择轴的材料时应考虑的因素(www.xing528.com)

（1）轴的强度、刚度及耐磨性要求；

（2）轴的热处理方法及机械加工工艺性的要求；

（3）轴的材料来源和经济性等。

2.轴的常用材料

轴的常用材料是碳钢和合金钢。

碳钢比合金钢价格低廉，对应力集中的敏感性低，可通过热处理改善其综合性能，加工工艺性好，故应用最广。一般用途的轴，多用含碳量为0.25%～0.5%的中碳钢，尤其是45号钢，对于不重要或受力较小的轴也可用Q235A等普通碳素钢。

合金钢具有比碳钢更好的机械性能和淬火性能，但对应力集中比较敏感，且价格较贵，多用于对强度和耐磨性有特殊要求的轴。如20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢，经渗碳处理后可提高耐磨性；20CrMoV、38CrMoAl等合金钢，有良好的高温机械性能，常用在高温、高速和重载条件下工作的轴。

轴的毛坯多用轧制的圆钢或锻钢。锻钢内部组织均匀，强度较好，因此，重要的大尺寸的轴，常用锻造毛坯。轴的常用材料机械性能见表5－1。

表5－1　轴的常用材料及主要机械性能

续表