1.轴的功用与分类
轴是直接支持传动零件（如齿轮、带轮、链轮等旋转零件）与其他轴上零件以传递运动和动力的重要零件。
（1）按轴线形状分类
按轴线的形状不同，可将轴分为直轴、曲轴和挠性轴（钢丝软轴），如图5－36所示。
图5-36 轴的种类
（a）直轴；（b）曲轴；（c）挠性轴
（2）按轴承受的载荷分类
1）转轴。在工作过程中既受弯矩，又受转矩作用的轴称为转轴，如图5－37 所示。为便于加工和装配，并使轴具有等强度的特点，常将转轴设计成阶梯轴。
图5-37 转轴
2）传动轴。在工作过程中仅传递转矩，或主要传递转矩及承受很小弯矩的轴称为传动轴（如汽车传动轴），如图5－38 所示。
图5-38 传动轴
3）心轴。只受弯矩作用而不受转矩作用的轴称为心轴，如图5－39 所示。在工作过程中若心轴不转动，则称为固定心轴（如自行车前、后轴）；若心轴转动，则称为转动心轴。
图5-39 心轴
1—固定心轴；2—机架；3—滑轮；4—转动心轴
2.轴的结构
（1）轴的结构分析
轴主要由轴颈、轴头和轴身三部分组成，如图5－40 所示。轴上被支承的部分称为轴颈，如图中③、⑦段；安装轮毂的部分称为轴头，如图中①、④段；过渡的部分称为轴身，如图中②、⑥段；只起轴向定位作用的称为轴环，如图中⑤段；直径发生变化的部位称为轴。
图5-40 轴的结构
1—联轴器；2—轴承盖；3—套筒；4—齿轮；5—减速箱箱体；6—轴承；7—密封圈
（2）对轴结构的要求
轴的合理结构必须满足下列基本条件：
1）轴和轴上零件的准确定位与固定。
2）轴的结构要有良好的工艺性。
3）尽量减小应力集中。
4）轴各部分的尺寸要合理。
（3）轴与轴上零件的轴向定位与固定
轴上零件常用的固定方法见表5－7。
表5-7 轴上零件常用的固定方法
续表
（4）轴的结构工艺性
考虑加工方便，例如为了加工螺纹和磨削轴颈，轴上应留有退刀槽［见图5－41（a）］和砂轮越程槽［见图5－41（b）］。当轴上有多个键槽时，应尽可能将各键槽安排在同一直线上，使加工键槽时无须多次装夹换位。为了减少应力集中，轴肩内角过渡要缓和，并做成圆角，但这种圆角还须小于装配零件的圆角或倒角，零件方能靠紧轴肩，见表5－7 中轴肩图示。
为了便于安装和拆卸，一般的轴均为中间大、两端小的阶梯轴。为避免损伤配合零件，各轴端需倒角，并尽可能使倒角及圆角尺寸相同，以便于加工。
为使左、右端轴承易于拆卸，套筒高度和轴肩高度均应小于滚动轴承内圈高度。上述结构的尺寸均有标准，可查阅相关的设计手册。
（5）提高轴的疲劳强度
减小应力集中和提高轴的表面质量是提高轴的疲劳强度的主要措施。减小应力集中的方法有：减小轴截面突变，阶梯轴相邻轴段直径差不能太大，并以较大的圆角半径过渡，尽可能避免在轴上开槽、孔及车制螺纹等，以免削弱轴的强度和造成应力集中源。
轴的表面质量对疲劳强度有显著的影响。提高轴表面质量能降低表面粗糙度值，还可采用表面强化处理，如碳压、喷丸、渗碳、渗氮或高频淬火等。
（6）轴的直径和长度
轴的直径应满足强度与刚度的要求，并根据具体情况合理确定。轴颈与滚动轴承配合时，其直径必须符合轴承的内径系列；轴头的直径应与配合零件的轮毂内径相同，并符合相应标准；轴上车制螺纹部分的直径必须符合外螺纹大径的标准系列。轴各段长度应根据轴上零件的宽度和零件的相互位置决定。
图5-41 越程槽与退刀槽
（a）越程槽；（b）退刀槽
3.轴的材料与力学性能
轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。碳素钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性小，并可通过热处理提高疲劳强度和耐磨性，故应用较广泛。
常用的碳素钢为优质碳素结构钢，为保证轴的力学性能，一般应对其进行调质或正火处理。不重要的轴或受载荷较小的轴，也可以用Q235 等碳素结构钢。合金钢比碳素钢的强度高，热处理性能好，但对应力集中的敏感性强，价格也比较贵，主要用于对强度或耐磨性要求较高以及处于高温或腐蚀等条件下的轴。高强度铸铁和球墨铸铁有良好的工艺性，并具有价廉、吸振性和耐磨性好以及对应力集中敏感性小等优点，适用于制造结构形状复杂的轴（如曲轴、凸轮轴等）。应该注意的是：与碳素钢相比，合金钢并不能提高轴的刚度。轴的常用材料及力学性能见表5－8。
表5-8 轴的常用材料及力学性能
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