轴的分类及选材要点

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：图2－27传动结构简图1—输出轴Ⅱ；2—轴承；3—齿轮；4—输入轴Ⅰ；5—联轴器；6—电动机轴按轴的功用和承载情况，轴可分为3种类型。选择轴的材料应考虑工作条件对它提出的强度、刚度、耐磨性、耐腐蚀性方面的要求，同时还应考虑制造的工艺性及经济性。轴的常用材料是优质碳素钢35、45、50，最常用的是45和40Cr钢。轴的直径较小时，可用圆钢棒制造，而对于重要的，大直径或阶梯直径变化较大的轴，多采用锻件。

轴是一种重要的非标准零件，其功用主要是支持旋转零件（如齿轮、凸轮、带轮等）并能传递运动和转矩，如图2－27所示。它的结构和尺寸由被支持的零件和支承的轴承的结构和尺寸所决定。

图2－27　传动结构简图

1—输出轴Ⅱ；2—轴承；3—齿轮；4—输入轴Ⅰ；5—联轴器；6—电动机轴

按轴的功用和承载情况，轴可分为3种类型。

（1）心轴

只承受弯矩不传递转矩的轴。按其是否转动又分为转动心轴（图2－28）和固定心轴（图2－29所示），如火车车轮轴。

图2－27　传动结构简图

1—输出轴Ⅱ；2—轴承；3—齿轮；4—输入轴Ⅰ；5—联轴器；6—电动机轴

按轴的功用和承载情况，轴可分为3种类型。

（1）心轴

只承受弯矩不传递转矩的轴。按其是否转动又分为转动心轴（图2－28）和固定心轴（图2－29所示），如火车车轮轴。

图2－28　转动心轴

图2－29　固定心轴

（2）传动轴

主要承受转矩不承受或承受很小的弯矩的轴，如汽车变速与后桥之间的传动轴（图2－30）。

（3）转轴

既传递弯矩又承受转矩的轴，如齿轮变速器中的转轴（图2－31）。

图2－29　固定心轴

（2）传动轴

主要承受转矩不承受或承受很小的弯矩的轴，如汽车变速与后桥之间的传动轴（图2－30）。

（3）转轴

既传递弯矩又承受转矩的轴，如齿轮变速器中的转轴（图2－31）。

图2－30　传动轴

图2－31　转轴

图2－32　阶梯轴

按轴线几何形状的不同，轴可分为直轴（光轴、阶梯轴如图2－32所示）、曲轴（图2－33）、挠性轴（图2－34）。曲轴常用于往复式机械（如曲柄压力、内燃机等）和行星轮系中。轴又可分为实心轴和空心轴。圆截面阶梯轴加工方便，各轴段截面直径不同，一般两端小，中间粗，符合等强度设计原则，并便于轴上零件的装拆和固定，所以在一般机械中，阶梯轴应用最广泛。

图2－32　阶梯轴

图2－33　曲轴

图2－34　挠性轴

轴的选材及热处理

轴的材料是决定轴的承载能力的重要因素。选择轴的材料应考虑工作条件对它提出的强度、刚度、耐磨性、耐腐蚀性方面的要求，同时还应考虑制造的工艺性及经济性。

轴的常用材料是优质碳素钢35、45、50，最常用的是45和40Cr钢。对于受载较小或不太重要的钢，也常用Q235或Q275等普通碳素钢。对于受力较大，轴的尺寸和重量受到限制，以及有某些特殊要求的轴，可采用合金钢，常用的有40Cr、40MnB、40CrNi等。

球墨铸铁和一些高强度铸铁，由于铸造性能好，容易铸成复杂形状，且减振性能好，应力集中敏感性低，支点位移的影响小，故常用于制造外形复杂的轴。

我国研制成功了稀土—镁球墨铸铁，其冲击韧性好，同时具有减摩、吸振和对应力集中敏感性小等优点，现已用于制造汽车、拖拉机、机床上的重要轴类零件，如曲轴等。

根据工作条件要求，轴都要整体热处理，一般是调质，而对于不重要的轴则采用正火处理。对要求高或要求耐磨的轴或轴段要进行表面处理，以及表面强化处理（如喷丸、辐压等）和化学处理（如渗碳、渗氮、氮化等），以提高其强度（尤其疲劳强度）和耐磨、耐腐蚀等性能。

在一般工作温度下，合金钢的弹性模量与碳素钢相近，所以只为了提高轴的刚度而选用合金钢是不合适的。

轴一般由轧制圆钢或锻件经切削加工制造而成。轴的直径较小时，可用圆钢棒制造，而对于重要的，大直径或阶梯直径变化较大的轴，多采用锻件。为节约金属和提高工艺性，直径大的轴还可以制成空心的，并且带有焊接的或者锻造的凸缘。对于形状复杂的轴（如凸轮轴、曲轴）可采用铸造。

轴的选材及热处理