轴

轴是组成机器的重要零件，各种各样机器上作旋转运动的零件，必须安装在轴和轴承上，才能传递运动和动力。

一、轴的分类

根据几何轴线形状的不同，轴可分为直轴、曲轴和挠性轴。曲轴可用来传递往复运动，在内燃机、空压机中应用比较广泛；挠性轴可将旋转运动灵活地传到所需要的任何位置；直轴是最基本的一种轴，我们主要讨论直轴。

曲轴　　　　　　　　　挠性轴

直轴按形状可分为光轴和阶梯轴两种。

按载荷性质又可分为转轴、心轴和传动轴三种。工作中既承受弯矩又承受转矩的轴称为转轴；工作中只承受弯矩不传递转矩的轴称为心轴，又可分为转动心轴和固定心轴；传动轴主要承受转矩，不承受弯矩或能承受较小的弯矩。

转动心轴（如火车轮轴、自行车后轮轴）

固定心轴（如自行车前轮轴）

传动轴（汽车变速箱与后桥之间的传动轴）

转轴（减速器中的轴）

二、轴的材料及选择

轴的设计主要根据轴的工作要求，并考虑制造工艺等因素，选择合适的材料，进行强度、刚度计算和结构设计，以定出轴的各部分尺寸，必要时还要验算其振动稳定性。

轴的材料品种很多，主要根据轴的强度、刚度、耐磨性以及加工、热处理等要求来选择。通常多用碳素钢、合金钢或球墨铸铁。其中碳素钢价格低廉，对应力集中敏感性小，机械性能也较好，故应用最为广泛。

常用的碳素钢为35、45、50钢，其中最常用的是45钢。为提高轴的机械性能，采用调质或正火处理。对于载荷不大或不太重要的轴，可采用Q235、Q275等普通碳素钢。

对于传递功率大而又受到空间限制，要求截面尺寸较小或要求耐磨性较高的轴，可采用合金钢并进行相应的热处理。但进行热处理只能提高钢材的强度和硬度，而不能提高其刚度，所以从提高刚度来考虑，就不能采用合金钢。

球墨铸铁成本低，易铸造成形，吸振性、耐磨性好，可靠性低，品质难控制，常用于凸轮轴、曲轴。

轴的毛坯一般用轧制的圆钢或锻件，重要的轴采用锻制毛坯。

第二节　轴的结构设计

一、轴的组成

轴主要由轴颈、轴头和轴身三部分组成。轴和轴承配合部分称为轴颈；轴上安装轮毂的部分称为轴头；联接轴头和轴颈的部分称为轴身。轴颈直径与轴承内径、轴头直径与相配合零件的轮毂内径应一致，而且为标准值。为便于装配，轴颈和轴头的端部均应有倒角。用作零件轴向固定的台阶部分称为轴肩，环形部分称为轴环。轴上螺纹或花键部分的直径应符合螺纹或花键的标准。

二、轴上零件的轴向固定和定位

为防止轴上零件沿轴向移动，应对它们进行轴向固定和定位。常用的有：轴肩和轴环、套筒、圆螺母和止动垫圈、弹性挡圈和紧定螺钉、轴端挡圈。此外轴承端盖常用来做整个轴的轴向定位。

１、轴肩和轴环：简单可靠，不需附加零件，能承受较大的轴向力，但会使轴径增大，阶梯处形成应力集中，阶梯过多不利于加工。为使零件与轴肩贴合，轴上圆角r应较轴上零件孔端的圆角半径R或倒角C稍小。轴肩高度a＝（0.07－0.1）d，轴环宽度b＝1.4a。

２、套筒：当轴上一零件的位置已固定时而零件间的距离又较小时，可采用套筒。简单可靠，简化了轴的结构设计且不削弱轴的强度，但机器重量增加，且由于套筒与轴的配合较松，故不宜于高速运转的轴。

３、圆螺母：当套筒过长或无法采用套筒，而轴上又允许车制螺纹时，可采用圆螺母固定。圆螺母可承受较大的轴向力，但切制螺纹处有较大的应力集中，会降低轴的疲劳强度。

４、弹性挡圈：结构简单紧凑，常用于滚动轴承的轴向固定，但承受的轴向力较小。切槽尺寸需要一定的精度，否则可能出现与被固定件间存在间隙或弹性挡圈不能装入切槽的现象。

5、轴端挡圈：有消除间隙的作用，能承受冲击载荷，对中精度要求较高，主要用于有振动和冲击的轴端零件的轴向固定。轴的端部可以是锥面或柱面。

二、轴上零件的周向固定

周向固定的目的主要是为了传递转矩和防止零件与轴产生相对转动。一般采用键、销联接、紧定螺钉及过盈配合等联接方式。

三、轴的结构设计时应注意的问题

１、为便于零件的装拆，轴端应有45°的倒角，零件装拆时所经过的各段轴径都要小于零件的孔径；

２、轴肩或轴环定位时，其高度必须小于轴承内圈端部的厚度；

３、用套筒、圆螺母、轴端挡圈作轴向定位时，一般装配零件的轴头长度应比零件的轮毂长度短2－3mm，以确保套筒、螺母或轴端挡圈能靠紧零件端面。

轴端的倒角　　 　　定位高度的要求　　　　定位长度的要求

4、轴上有两个以上键槽时，应尽可能布置在同一条母线上，以利于加工。

5、轴上磨削的轴段和车制螺纹的轴段，应分别留有砂轮越程槽和螺纹退刀槽，且后轴段的直径小于轴颈处的直径，以减少应力集中，提高疲劳强度。

键槽的布置　　　　砂轮越程角　　　　螺纹退刀槽

6、装配段不宜太长。

四、减少应力集中的措施

１、倒角和倒圆：零件截面突然发生变化的地方，都会产生应力集中现象，降低轴的强度，所以在两截面的变化处应采用圆角过渡。

２、过渡结构：当轴肩尺寸不够，圆角半径达不到规定值而又要减小轴肩处的应力集中，可采用间隔环、凹圆角或制成卸载槽的形式。

３、过盈配合：当轴与轴上零件采用过盈配合时，轴上零件的轮毂边缘和轴过盈配合处将会引起应力集中。可采用减小轮毂边缘处的刚度、将配合处的轴径略为加大做成阶梯轴，或在配合处两端的轴上磨出卸载槽。

４、改善受力情况。

５、提高轴表面的机械性能，降低表面粗糙度，对提高轴的疲劳强度有重要意义。

五、结构改错

1、轴肩的高度应低于轴承内圈的厚度；

2、轴头的长度应比轮毂的宽度短1－2mm，套筒的高度应低于轴承内圈直径；

3、加工螺纹处应有螺纹退刀槽；

4、后轴段的直径应小于螺纹的小径 。