第1 3 章 轴 1 3 .1 轴的功用和类型 轴是机器中的重要零件之一，用来支持旋转的机械零件。 根据承受载荷的不同，轴可分为转轴、传动轴和心轴三种。转轴既传递转矩又承受弯矩，如齿轮减速器中的轴；传动轴只传递转矩而不承受弯矩或弯矩很小。如汽车的传动轴；心轴只承受弯矩而不传递转矩，如铁路车辆的轴、自行车的前轴。 按轴线的形状轴还可分为：直轴（下面 4 个图）、曲轴和挠性钢丝轴。曲轴常用于往复式机械中。挠性钢丝轴是由几层紧贴在一起的钢丝层构成的，可以把转矩和旋转运动灵活地传到任何位置，常用于振捣器等设备中。本章只研究直轴。 轴的设计，主要是根据工作要求并考虑制造工艺等因素，选用合适的材料，进行结构设计，经过强度和刚度计算，定出轴的结构形状和尺寸，必要时还要考虑振动稳定性。 1 3 .2 轴的常用材料 轴的材料常采用碳素钢和合金钢。 碳素钢承 35、45、50 等优质碳素结构钢因具有较高的综合力学性能，应用较多，其中以 45 号钢用得最为广泛。为了改善其力学性能，应进行正火或调质处理。不重要或受力较小的轴，可采用Q235、Q275 等碳素结构钢。 合金钢 合金钢具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。例如：采用滑动轴承的高速轴，常用20Cr、20CrMnTi 等低碳合金结构钢，经渗碳淬火后可提高轴颈耐磨性；汽轮发电机转子轴在高温、高速和重载条件下工作，必须具有良好的高温力学性能，常采用40CrNi、38CrMoAlA 等合金结构钢。值得注意的是：钢材的种类和热处理对其弹性模量的影响甚小，因此，如欲采用合金钢或通过热处理来提高轴的刚度并无实效。此外，合金钢对应力集中的敏感性较高，因此设计合金钢轴时，更应从结构上避免或减小应力集中，并减小其表面粗糙度。 轴的毛坯一般用圆钢或锻件，有时也可采用铸钢或球墨铸铁。例如，用球墨铸铁制造曲轴、凸轮轴，具有成本低廉、吸振性较好、对应力集中的敏感性较低、强度较好等优点。 下表1 3 -1 列出几种轴的常用材料及其主要力学性能。 1 3 .3 轴的结构设计与强度计算 1 3 .3 .1 轴的结构设计 轴的结构设计就是使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。其主要要求是：1 ）轴应便于加工。轴上零件要易于装拆（制造安装要求）；2 ）轴和轴上零件要有准确的工作位置（定位）；3 ）各零件要牢固而可靠地相对固定（固定）；4 ）改善受力状况，减小应力集中。 下面逐项讨论这些要求，并结合下图所示的单级齿轮减速器...
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