8.2.1 轴
轴应当是机械零部件中最常见的之一,回转运动的传动件都需要安装在轴上才能绕轴转动,实现动力传递。轴的功用也非常简单,即用于支承轴上的零部件,使其具有确定的位置,并且传递运动和力。各种机械中,大部分轴都是直的刚性圆轴,最常见的是阶梯轴(如下图所示);另外也有发动机中的曲轴以及挠性轴,不过并不多见。
阶梯轴
轴:分类与材质
根据受载情况,轴分为以下三种:
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心轴:只承受弯矩,不传递转矩 > 例:自行车前轮轴
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传动轴:主要传递转矩,几乎不承受弯矩 > 例:汽车变速箱与后桥之间传动轴
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转轴:即传递扭矩,又承受弯矩 > 例:机床主轴

变速箱到后桥的传动轴
轴的材质有很多种,一般场合多用碳素钢(45钢最常见),碳素钢相比合金钢虽然强度较低,但是价格低廉,且对应力集中的敏感度较低。为保证力学性能,应进行调质/正火等热处理。
合金钢拥有更好的力学性能以及淬火性能,但是对应力集中比较敏感,价格偏贵,常用的是40Cr、20Cr、20CrMnTi等。除了碳素钢和合金钢,也可以用球墨铸铁铸造形成复杂曲轴,价格低廉,但强度较低。轴的毛坯一般采取锻件或轧制圆钢,锻件内部组织均匀,强度更高。
车削阶梯轴