轴的常用的材料的及性能

轴常用材料及主要力学性能

转轴：支承传动机件又传递转矩，既同时承受弯矩和扭矩的作用。

心轴：只支承旋转机件而不传递转矩，既承受弯矩作用。

(转动心轴：工作时转动；固定心轴：工作时轴不转动)；

传动轴：主要传递转矩，既主要承受扭矩，不承受或承受较小的弯矩。

花键轴、空心轴：为保持尺寸稳定性和减少热处理变形可选用铬钢；

轴常用材料是优质碳素结构钢，如35、45和50，其中45号钢最为常用。不太重要及受载较小的轴可用Q235、Q275等普通碳素结构钢；受力较大，轴尺寸受限制，可用合金结构钢。受载荷大的轴一般用调质钢。

调质钢调质处理后得到的是索氏体组织，它比正火或退火所得到的铁素体混合组织，具有更好的综合力学性能，有更高的强度，较高的冲击韧度，较低的脆性转变温度和较高的疲劳强度。

调质钢：35、45、40Cr、45Mn2、40MnB、35CrMo、30CrMnSi、40CrNiMo；

大截面非常重要的轴可选用铬镍钢；高温或腐蚀条件下工作的轴可选用耐热钢或不锈钢；在一般工作温度下，合金结构钢的弹性模量与碳素结构钢相近，为了提高轴的刚度而选用合金结构钢是不合适的。

轴的强度计算

轴的强度计算一般可分为三种：

1：按扭转强度或刚度计算；

2：按弯扭合成强度计算；

3：精确强度校核计算

1：按扭转强度或刚度计算

注：当截面上有键槽时，应将求得的轴径增大，其增大值见表6-1-22。

注：1.表中￠

P

值为每米轴长允许的扭转角；

2.许用扭转角的选用，应按实际而定。参考的范围如下：要求精密，稳定的传动，

取￠

P

=～ (°)/m

一般传动，取￠

P =0. 5～1 (°)/m；要求不高的传动，可取￠

P

大于1 (°)/m；

起重机传动轴￠

P

=15′～20′/m；

注：1. 表中τP值是考虑了弯曲影响而降低了的许用扭转剪应力。

2. 在下列情况下τP取较大值、A取较小值：弯矩较小或只受扭矩作用、载荷

较平稳、无轴向载荷或只有较小的轴向载荷、减速器的低速轴、轴单向旋转。反之，τP取较小值，A取较大值。

3. 在计算减速器的中间轴的危险截面处(安装小齿轮处)的直径时，若轴的材

料为45号钢：取A=130 ～ 165。其中二级减速器的中间轴及三级减速器的高速中间轴取A=155～165。 三级减速器的低速中间轴取A=130。

2：按弯扭合成强度计算；

注：校正系数Ψ值是由扭应力的变化来决定的；

扭应力不变时p p 11+-=σσψ≈；扭应力按脉动循环变化时p

p

01σσψ-=≈；扭应力按对称循

环变化时1

ψ

=

当零件用紧配合装于轴上时，轴径应比计算值增大8～10%。

如果截面上有键槽时，应将求得的轴径增大，其增大值见表6-1-22。

如果轴端装有补偿式联轴器或弹性联轴器，由于安装误差和弹性元件的不均匀磨损，将会使轴及轴承受到附加载荷，附加载荷的方向不定。附加载荷计算公式见表6-1-23。

轴强度的精确校核是在轴的结构及尺寸确定后进行，通常采用安全系数校核法。

疲劳强度安全系数校核

疲劳强度安全系数校核的目的是校核轴对疲劳破坏的抵抗能力，在轴的结构设计后，根据其实际尺寸，承受的弯矩、转矩图，考虑应力集中，表面状态，尺寸影响等因素及轴材料的疲劳极限，计算轴的危险截面处的安全系数值是否满足许用安全系数值。轴的疲劳强度是根据长期作用在轴上的最大变载荷(其载荷循环次数不小于104)来计算，危险截面应是受力较大，截面较小及应力集中较严重的既实际应力较大的若干个截面。同一个截面上有几个应力集中源，计算时应选取对轴影响最大的应力源。校核公式见表6―1―

24。

当轴的强度不能满足要求时，采取改进轴的结构，降低应力集中的方法解决，降低应力集中的主要措施表6―1―7，或采用不同的热处理及表面强化处理等工艺措施，或加大轴径，改变轴的材料来解决。

轴的材料内部可能存在不同程度的裂纹或其其它缺陷。一般裂纹的尺寸小于临界值时，暂时影响不大，但长期交变应力作用下，裂纹会作稳态扩展，达到临界值时，发生脆性破坏。

重要的轴，除了进行上述的计算和检查表面质量外，还要对内部进行无损探伤，如发现缺陷，应根据断裂力学计算或经验判断其寿命，决定是否可用。(机械工程手册二版1卷5篇)

注：公式中各几何尺寸均以cm 计。

螺纹、键、花键、横孔处及配合的边缘处的有效应力集中系数 表6―1―

注：d 0为横孔直径；d 为轴径。

圆角处的有效应力集中系数 表6―

στ

注：1高频淬火系根据直径为10 ～ 20mm，淬硬层厚度为～d的试件实验求得的数据；对大尺寸的试件强化系数的值会有某些降低。

2氮化层厚度为时用小值；在～d时用大值。

3喷丸硬化系根据8～40mm试件求得的数据；喷丸速度低时用小值；速度高时用大值。

4滚子滚压系根据17～130mm试件求得的数据。

静强度安全系数校核

本方法的目的是校验轴对塑性变形的抵抗能力，既校核危险截面的静强度安全系数。

轴的静强度是根据轴上作用的最大瞬时载荷(包括动载荷和冲击载荷)来计算的。一般，对于没有特殊安全保护装置的传动，最大瞬时载荷可按电动机最大过载能力确定。危险截面应是受力较大，截面较小既静应力较大的若干截面。

SP

如果校核计算结果表明安全系数太低，可通过增大轴径尺寸及改用好材料等措施。以提高轴的静强度安全系数。

4 轴的刚度校核

轴在载荷作用下会产生弯曲和扭转变形，当变形超过某个允许值时，会使机器无法正常工作，要进行刚度校核，刚度校核分为扭转刚度和弯曲刚度。

轴的扭转刚度

轴的扭转刚度校核是计算轴在工作时的扭转变形量，用每米轴长的扭转角Φ度量。

圆轴扭转角Φ的计算公式/(°)m-1表6―1―