轴的常用材料及其机械性能
轴的用途和分类
第十一章轴§11-1 概述三．轴的材料主要是碳钢和合金钢。
碳钢：价格低廉，对应力集中的敏感性低，可用热1处理或化学处理提高耐磨性和抗疲劳强度，最常用45号钢。
合金钢：比碳钢具有更高的机械性能和更好的淬火性能。
在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及在高温或低温条件下工作的轴，采用合金钢。
注意：在一般工作温度下（低于200），各种碳钢和合金钢的弹性模量相差不多，所以不四．提高轴的强度的常用措施1．合理布置轴上零件以减小轴的载荷 2．改进轴上零件的结构以减小轴的载荷 3．改进轴的结构以减小应力集中的影响 4．改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 五．轴的结构工艺性§11-3 轴的计算轴的计算通常在初步完成结构设计后进行校核计算。
计算准则是满足轴的强度或刚度要求，必要时校核轴的振动稳定性。
一．轴的强度校核计算根据轴的受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当选取许用应力。
对于仅仅（或主要）承受扭矩的轴（传动轴），按扭转强度计算； 对于只承受弯矩的轴（心轴），按弯曲强度计算； 对于既承受弯矩又承受扭矩的轴（转轴），按弯扭组合强度进行计算，需要时按疲劳强度进行精确校核。
1．按扭转强度条件计算这种方法只按轴所受的扭矩计算轴的强度；如果还受不大的弯矩，则用降低许用扭转切应力的方法予以考虑。
在作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。
对于不太重要的轴，也可作为最后计算结果。
轴的扭转强度为[]MPa dn PW T TTT ττ≤≈=362.010*55.9由上式可得轴径 [][]mm nPA n P n P d T T 3033636.2.010*55.9.2.010*55.9==≥ττ式中：[]3602.0/10*55.9T A τ=，表15-3。
对于空心轴()mm n PA d 3401β-≥，β=0.5~0.6当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。
销轴常用的几种材料
销轴常用的几种材料销轴常用的几种材料一，45号钢GB/T699-1999标准规定45钢抗拉强度为600MPa，屈服强度为355MPa，伸长率为16%，断面收缩率为40%，冲击功为39J 。
45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。
40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。
45号钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。
但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，45号钢可以淬硬至HRC42~46。
所以如果需要表面硬度，又希望发挥45#钢优越的机械性能，常将45#钢表面淬火（高频淬火或者直接淬火），这样就能得到需要的表面硬度。
注：直径为8―12mm的45号钢淬火时容易产生裂纹，这是一个较为复杂的问题。
目前采取的措施是淬火时试样在水中快速搅动，或者采用油冷，可避免出现裂纹。
二，40Cr40Cr是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。
40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。
40Cr是我国我国GB的标准钢号，40Cr钢是机械制造业使用最广泛的钢之一。
调质处理后具有良好的综合力学性能，良好的低温冲击韧性和低的缺口敏感性。
钢的淬透性良好，水淬时可淬透到Ф28～60mm,油淬时可淬透到Ф15～40mm。
这种钢除调质处理外还适于氰化和高频淬火处理。
切削性能较好，当硬度为HB174～229时，相对切削加工性为60%。
轴材料的机械性能大全讲解
轴材料的机械性能大全讲解轴材料是工程中常见的一种材料，在各种机械设备中被广泛使用。
轴材料对机械设备的稳定性和可靠性起着重要的作用。
如何选取合适的轴材料，了解轴材料的机械性能是非常重要的。
本文将从轴材料的强度、硬度、韧性、疲劳强度等方面进行讲解。
强度轴材料的强度是指轴在承受外力的作用下不发生破坏的最大能力。
轴材料的强度主要受到其成分和制备工艺的影响。
常用的轴材料有普通碳钢、合金钢、不锈钢、铝合金等。
普通碳钢的强度相对较低，但制造工艺简单，适用于一些要求不高的场合。
合金钢的强度相对较高，适用于机械设备的高强度要求。
不锈钢具有优异的耐腐蚀性和强度，适用于一些对耐腐蚀性和强度都有较高要求的场合。
铝合金轴材料的强度相对较低，不过具有轻质化和强度高效的特点，适用于一些重量要求较低的应用场合。
硬度轴材料的硬度可用来衡量其抗磨损能力。
轴材料的硬度一般用洛氏硬度计进行测试。
在不同的用途场景下，轴材料的硬度需求也不同。
例如，在一些需要耐磨损的环境下，轴材料的硬度需求会比较高。
在一些需要抗冲击的机械设备中，轴材料的硬度需求比较低，因为硬度高的轴材料在受到冲击时容易发生裂纹和断裂。
韧性轴材料的韧性是指材料在受到外力作用下发生永久形变的能力。
韧性高的轴材料不容易发生变形和破裂。
在一些需要经常受到大力剪切、扭转、拉压力的机械设备中，需要选择韧性高的轴材料。
常见的韧性较高的轴材料有高强度合金钢、钛合金等。
疲劳强度轴材料在长期使用过程中，受到外界作用而产生微小裂痕，这些裂痕将会逐渐扩大，最终导致轴材料断裂。
轴材料的疲劳强度是指材料在长期受到交替应力作用下不能承受的最大应力值。
疲劳强度高的轴材料能够经受住长期的应力变化，不容易发生裂纹和断裂。
常见的具有高疲劳强度的材料有高强度合金钢、不锈钢等。
轴材料的机械性能是影响机械设备运行稳定性和可靠性的重要因素，选用合适的轴材料对机械设备的性能和寿命具有关键作用。
本文从轴材料的强度、硬度、韧性、疲劳强度等方面进行了讲解。
机械设计基础 第十二章轴
3.
球墨铸铁、合金铸铁 (高强度铸铁)
价廉、吸振性好、耐磨性好，对应力集中的敏感性较低，铸造 成形，但性脆，可靠性低，品质难控制。 常用于制造外形复杂的轴，如曲轴、凸轮轴。
轴的常用材料及其主要力学特性见
轴的结构设计
12
设计任务：使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。
设计要求： 1.轴应便于制造，轴上零件要易于装拆；(制造安装) 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.改善应力状况，减小应力集中。
第十二章
轴的设计
1
第一节 第二节 第三节
概述 轴的设计举例 轴的强度、刚度计算
2
本章重点：
① 轴的类型，轴的常用材料； ② 轴的结构； ③ 轴上零件的轴向定位和固定方法； 轴上零件的周向定位和固定方法；
④ 按扭转强度计算轴的直径。
轴的功用：主要用于支承传动零件 (齿轮、带轮等) 并
传递运动和动力。
越程槽和退刀槽
17
（3）为去掉毛刺，利于装配，轴端应制出45°倒角。
45°倒角 45°倒角
( 4)当采用过盈配合联结时，配合轴段的零件装入端，常加工 成半锥角为30°的导向锥面。若还附加键联结，则键槽的长度 应延长到锥面处，便于轮毂上键槽与键对中。
18
（5）如果需从轴的一端装入两个过盈配合的零件，则轴上两配 合轴段的直径不应相等，否则第一个零件压入后，会把第二个零件 配合的表面拉毛，影响配合。
一般情况下，直轴 做成实心轴，需要 减重时做成空心轴
6
轴的功用和类型
分类： 按承受载荷分有： 类 型 按轴的形状分有：
7
转轴---传递扭矩又承受弯矩
传动轴---只传递扭矩 心轴---只承受弯矩 直轴 曲轴 光轴 阶梯轴
机械设计中各种零件常用材料
一、轴
①碳素钢应力集中敏感性小，价格低廉，是最常用的轴材料
②合金钢强度刚度都得到提高，机械性能、热处理性能都好
③铸铁可选用球墨铸铁或高强度铸铁，应力集中不敏感
二、齿轮
①钢一般用锻钢（常用的有碳钢、合金钢），大尺寸用铸钢
②铸铁适用于开式齿轮
三、蜗杆传动
①碳钢、合金钢蜗杆细长，需要一定的强度和刚度
②铜合金、铸铁蜗轮的轮缘需要耐磨
四、带传动
带轮一般采用铸铁
五、滑动轴承
轴瓦有色金属的合金钢或者非金属材料
六、螺纹连接
①螺栓采用中碳钢、低碳钢
②螺母采用中碳钢
七、键
一般采用45号钢，拉伸强度极限大于600MPa
八、滚动轴承
①轴承内外圈、滚动替都采用：铬锰高碳钢
②保持架：较软材料，如低碳钢板、铜合金。
轴的常用材料及其机械性能
轴的常用材料及其机械性能轴的常用材料及其机械性能轴的常用材料及其机械性能轴的材料种类很多，选用时主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性等要求，以及为实现这些要求而采用的热处理方式，同时考虑制造工艺问题加以选用，力求经济合理。
轴的常用材料是优质碳素钢35、45、50，最常用的是45和40Cr 钢。
对于受载较小或不太重要的钢，也常用Q235或Q275等普通碳素钢。
对于受力较大，轴的尺寸和重量受到限制，以及有某些特殊要求的轴，可采用合金钢，常用的有40Cr、40MnB、40CrNi等。
球墨铸铁和一些高强度铸铁，由于铸造性能好，容易铸成复杂形状，且减振性能好，应力集中敏感性低，支点位移的影响小，故常用于制造外形复杂的轴。
特别是我国研制成功的稀土-镁球墨铸铁，冲击韧性好，同时具有减摩、吸振和对应力集中敏感性小等优点，已用于制造汽车、拖拉机、机床上的重要轴类零件，如曲轴等。
根据工作条件要求，轴都要整体热处理，一般是调质，对不重要的轴采用正火处理。
对要求高或要求耐磨的轴或轴段要进行表面处理，以及表面强化处理(如喷丸、辐压等)和化学处理(如渗碳、渗氮、氮化等)，以提高其强度（尤其疲劳强度）和耐磨、耐腐蚀等性能。
在一般工作温度下，合金钢的弹性模量与碳素钢相近，所以只为了提高轴的刚度而选用合金钢是不合适的。
轴一般由轧制圆钢或锻件经切削加工制造。
轴的直径较小时，可用圆钢棒制造；对于重要的，大直径或阶梯直径变化较大的轴，多采用锻件。
为节约金属和提高工艺性，直径大的轴还可以制成空心的，并且带有焊接的或者锻造的凸缘。
对于形状复杂的轴（如凸轮轴、曲轴）可采用铸造。
轴的常用材料及其机械性能(MPa)材料牌号热处理毛坯直径(mm)硬度HB抗拉强度σb≥屈服强度σs≥弯曲疲劳极限σ-1≥扭转疲劳极限τ-1≥许用弯曲应力备注[σ+1][σ0] [σ-1]Q235-A - - - 440 240 180 105 125 70 40用于不重要或载荷不大的轴20 正火25 ≤156 420 250 180 100 125 70 40用于载荷不大，要求韧性较高的场合。
轴的用途和分类
第十一章轴§11-1 概述三．轴的材料主要是碳钢和合金钢。
碳钢：价格低廉，对应力集中的敏感性低，可用热1处理或化学处理提高耐磨性和抗疲劳强度，最常用45号钢。
合金钢：比碳钢具有更高的机械性能和更好的淬火性能。
在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及在高温或低温条件下工作的轴，采用合金钢。
注意：在一般工作温度下（低于200），各种碳钢和合金钢的弹性模量相差不多，所以不四．提高轴的强度的常用措施1．合理布置轴上零件以减小轴的载荷 2．改进轴上零件的结构以减小轴的载荷 3．改进轴的结构以减小应力集中的影响 4．改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度 五．轴的结构工艺性§11-3 轴的计算轴的计算通常在初步完成结构设计后进行校核计算。
计算准则是满足轴的强度或刚度要求，必要时校核轴的振动稳定性。
一．轴的强度校核计算根据轴的受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当选取许用应力。
对于仅仅（或主要）承受扭矩的轴（传动轴），按扭转强度计算； 对于只承受弯矩的轴（心轴），按弯曲强度计算； 对于既承受弯矩又承受扭矩的轴（转轴），按弯扭组合强度进行计算，需要时按疲劳强度进行精确校核。
1．按扭转强度条件计算这种方法只按轴所受的扭矩计算轴的强度；如果还受不大的弯矩，则用降低许用扭转切应力的方法予以考虑。
在作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。
对于不太重要的轴，也可作为最后计算结果。
轴的扭转强度为[]MPa dn PW T TTT ττ≤≈=362.010*55.9由上式可得轴径 [][]mm nPA n P n P d T T 3033636.2.010*55.9.2.010*55.9==≥ττ式中：[]3602.0/10*55.9T A τ=，表15-3。
对于空心轴()mm n PA d 3401β-≥，β=0.5~0.6当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。
轴材料的机械性能大全讲解
谈钻机零件材料的选用无锡探矿机械总厂王学渊摘要：钻机零件材料的选用，应根据其工作条件所要求的机械性能，及材料热处理后所能达到的性能相结合，才能做到选材科学、经济、合理。
关键词：钻机零件材料；调质；淬透性；淬透层；渗碳钻机零部件设计的优劣，直接决定了钻机的质量档次及在市场上的竞争力。
钻机零部件设计，离不开科学、合理、经济地选用材料，既要考虑零件的工作和受载情况，又要考虑零件尺寸与质量限制，以及材料的经济适用与管理方便等，正确选材是比较复杂的。
钻机设计人员要将一些钢铁材料与热处理方面的知识，融汇于零部件的设计之中，设计的钻机才可迈上一个新的台阶。
本文主要就钻机中用得较多的调质钢，渗碳钢等浅谈几点看法。
1 调质钢含碳量0.30%～0.50%的中碳结构钢与中碳低合金结构钢经调质后具有良好的综合机械性能，即具有较高的抗拉强度，σb＝700～1100 Mpa，又具有较高的塑韧性(伸长率)δ＝8%～10%，不收缩率ψ＝45%～55%，冲击值αk＝60～100 J/cm2。
调质是指中碳(低合金)结构钢先进行淬火得马氏体组织(或马氏体为主体的组织)，尔后再550～650 ℃高温回火得回火索氏体组织。
同一轴径选用不同钢材的工件采用不同调质工艺处理至同一硬度，得到的机械性能产生差异；不同轴径选用同一钢材的工件采用相同的调质工艺处理，各自的机械性能也产生差异，这一现象的产生是钢材淬透性这一特性造成的。
通俗地讲，淬透性是钢材能够被淬透的能力接受淬火成马氏体的能力。
淬透性与工件截面厚度有一定关系，即所谓尺寸效应，截面尺寸增大，淬透层深度减小。
合金结构钢较碳素结构钢的淬透性高。
40Cr、35CrMo等合金结构钢较40、45碳素钢的淬透层的截面相应增大。
如全淬透截面尺寸：45钢水淬12～18 mm，油淬5～8 mm，淬透已不易；40Cr钢油淬18～32 mm；35CrMo钢油淬25～40 mm。
而40Cr钢φ50 mm料油淬工件表面15～8 mm淬硬已较难，φ60～70 mm工件油淬则几乎无淬硬层。
轴材料的选择方式和设计
轴材料的选择方式和设计轴是一个用于旋转运动的机械元件，主要用于支撑和传递力矩。
在进行轴的选择和设计时，需要考虑多个因素，包括应力、强度、重量、成本和摩擦等。
下面将详细介绍轴材料的选择方式和设计。
一、轴材料的选择方式：1.强度要求：根据轴所承受的轴向载荷和弯矩，选择具有足够强度的材料。
常用的高强度材料有碳钢、合金钢、不锈钢等。
2.磨损和摩擦：要考虑轴与其他零件之间的摩擦和磨损，尽量选择具有良好的耐磨性和低摩擦系数的材料。
如铜合金、钼合金等。
3.腐蚀环境：根据轴所处的使用环境，选择具有良好的耐腐蚀性能的材料，如不锈钢、耐酸碱钢等。
4.温度和热膨胀：对于工作在高温环境下的轴，需要选择能够耐高温变形的材料，如高温合金、镍基合金等。
5.重量：轴的重量对于整个系统的性能和效率有一定影响，因此在允许范围内，选择轻质材料可以减轻负荷，提高效率。
二、轴的设计原则：1.直径设计：根据轴的承载能力和弯矩，采用适当的公式确定轴的直径。
一般情况下，较小的直径意味着较小的阻力和较低的负载，但要保证足够的强度。
2.强度设计：根据轴的材料和截面形状，计算轴材料承受载荷的最大强度和应力。
确保轴材料在其允许的强度范围内工作。
3.刚度设计：在高速旋转或精密运动的应用中，要求轴具有较高的刚度，以减少弯曲和变形。
可以采用增加直径或改变材料来提高刚度。
4.表面处理：为了减小摩擦和磨损，可以对轴进行表面处理，如打磨、涂覆或加装套管等，以改善表面硬度和光滑度。
三、轴材料的常用选择：1.碳钢：碳钢具有较高的强度和刚性，成本较低，广泛应用于一般工程中。
2.不锈钢：不锈钢具有良好的耐腐蚀性和强度，尤其适用于潮湿、酸碱环境下的工作。
3.铜合金：铜合金具有良好的导热性和耐磨性，常用于高速旋转和高温应用中。
4.铝合金：铝合金具有较低的密度和良好的导热性能，适用于轻负载和高速运动的应用。
5.钛合金：钛合金具有良好的耐腐蚀性和高温性能，但成本较高，适用于高要求的工作环境。
轴系类零件
汽车机械基础
薄型平键
汽车工程系
键高约为普通平键的60%~70%： 圆头、方头、单圆头。
用于薄臂结构、空心轴等径向尺 寸受限制的联接 。
汽车机械基础
汽车工程系
导向平键与滑键：用于动联接，即轴与轮
毂之间有相对轴向移动的 联接
汽车机械基础
汽车工程系
切向键：由两个普通楔键组成。装配后两
个互相平行的窄面是工作面，主要依靠工作 面直接传递转矩。切向键能传递很大转矩， 常用于重型机械。
汽车机械基础
汽车工程系 汽车机械基础
汽车工程系
键连接按键在连接中的松紧状态分为松 键连接和紧键连接。 平键连接和半圆键连接都是松键连接。
楔键连接和切向键连接都是紧键连接。
汽车机械基础
汽车工程系
2、花键类型 按齿形分： ①矩形花键
矩形花键联接定心 精度高，定心稳定性 好，配合面热处理后 引起的变形可用磨削 的方法消除，齿侧面 为两平行平面，加工 容易，应用广泛。
汽车机械基础
汽车工程系
② 渐开线花键
渐开线花键的齿廓为渐开线，应力集中比矩形花键 小，齿根处齿厚增加，强度高。当齿受载时，齿上 的径向力能自动定心，有利于各齿均载，应用广泛 ，优先采用。
汽车机械基础
汽车工程系
软轴：挠性好，可以把回转运动灵活地传到
任何空间位置。
汽车机械基础
2、轴的材料
汽车工程系
轴的主要失效形式：疲劳破坏 轴的材料要求：较高的强度、刚度和一定
的耐磨性。
轴的毛坯一般多为轧制圆钢和锻件。
轴的常用材料：主要是碳素钢和合金钢。
销轴常用的几种材料
销轴常用的几种材料销轴常用的几种材料一，45号钢GB/T699-1999标准规定45钢抗拉强度为600MPa，屈服强度为355MPa，伸长率为16%，断面收缩率为40%，冲击功为39J 。
45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。
40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。
45号钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。
但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，45号钢可以淬硬至HRC42~46。
所以如果需要表面硬度，又希望发挥45#钢优越的机械性能，常将45#钢表面淬火（高频淬火或者直接淬火），这样就能得到需要的表面硬度。
注：直径为8―12mm的45号钢淬火时容易产生裂纹，这是一个较为复杂的问题。
目前采取的措施是淬火时试样在水中快速搅动，或者采用油冷，可避免出现裂纹。
二，40Cr40Cr是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。
40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。
40Cr是我国我国GB的标准钢号，40Cr钢是机械制造业使用最广泛的钢之一。
调质处理后具有良好的综合力学性能，良好的低温冲击韧性和低的缺口敏感性。
钢的淬透性良好，水淬时可淬透到Ф28～60mm,油淬时可淬透到Ф15～40mm。
这种钢除调质处理外还适于氰化和高频淬火处理。
切削性能较好，当硬度为HB174～229时，相对切削加工性为60%。
该钢适于制作中型塑料模具。
力学性能：试样毛坯尺寸（mm）：25热处理：第一次淬火加热温度（℃）：850；冷却剂：油第二次淬火加热温度（℃）：-回火加热温度（℃）：520；冷却剂：水、油抗拉强度（σb/MPa）：≥980屈服点（σs/MPa）：≥785断后伸长率（δ5/%）：≥9断面收缩率（ψ/%）：≥45冲击吸收功（Aku2/J）：≥47布氏硬度（HBS100/3000）（退火或高温回火状态）：≤207三，30CrMnTi比20CrMnTi钢的强度、淬透性高，但冲击韧性略低。
滚动轴承的材料
滚动轴承的材料滚动轴承是一种常见的机械零部件，它通过滚动体在内圈和外圈之间滚动，从而减少摩擦和支撑旋转轴。
而滚动轴承的性能和寿命很大程度上取决于所选用的材料。
不同的工作环境和使用要求需要选择不同的轴承材料，下面将介绍几种常见的滚动轴承材料及其特点。
1. 钢材。
钢材是制造滚动轴承最常用的材料之一。
常见的轴承钢材包括碳素钢、合金钢和不锈钢。
碳素钢价格低廉，硬度高，但耐腐蚀性差；合金钢在碳素钢的基础上添加了其他合金元素，具有更好的耐磨性和耐腐蚀性；不锈钢则具有良好的耐腐蚀性能，适用于潮湿或腐蚀性环境。
钢材制成的轴承具有较高的强度和硬度，适用于高速、高负荷的工作环境。
2. 陶瓷材料。
陶瓷材料因其高硬度、耐磨性和耐腐蚀性而被广泛应用于滚动轴承制造。
常见的陶瓷材料包括氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷和硼化硅陶瓷。
氧化铝陶瓷具有优异的耐磨性和热稳定性，适用于高速、高温的工作环境；氮化硅陶瓷具有较高的强度和耐磨性，适用于高速、高负荷的工作环境；硼化硅陶瓷具有极高的硬度和耐磨性，适用于超高速、超高温的工作环境。
陶瓷材料制成的轴承具有优异的耐磨性和耐腐蚀性，适用于特殊工况下的使用。
3. 聚合物材料。
聚合物材料因其良好的自润滑性和减震性而被应用于滚动轴承制造。
常见的聚合物材料包括聚四氟乙烯（PTFE）、聚酰亚胺（PI）和聚酰胺（PA）。
PTFE具有优异的自润滑性和耐磨性，适用于低速、高负荷的工作环境；PI具有较高的耐热性和耐化学性，适用于高温、腐蚀性环境；PA具有良好的耐磨性和减震性，适用于高速、低噪音的工作环境。
聚合物材料制成的轴承具有良好的自润滑性和减震性，适用于对润滑要求较高的工作环境。
4. 复合材料。
复合材料是将两种或两种以上的材料通过一定的工艺方法结合而成的新材料，具有各种材料的优点。
常见的复合材料包括金属基复合材料和陶瓷基复合材料。
金属基复合材料具有较高的强度和硬度，适用于高速、高负荷的工作环境；陶瓷基复合材料具有优异的耐磨性和耐腐蚀性，适用于特殊工况下的使用。
机械设计基础第十五章轴
弹性挡圈定位
圆螺母定位
轴的结构设计
5）圆锥形轴端与压板定位。定位可靠，装拆方便，适用于 经常装拆或有冲击的场合。
6）圆柱形轴端与轴端挡圈定位。定位可靠，方便，常用。 7）紧定螺钉定位。承受的轴向力较小，不适用于高速。
圆锥形轴端与压板定位 圆柱形轴端与轴端挡圈定
紧定螺钉定位
轴的结构设计
三、确定各轴段的直径和长度
直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。阶梯轴便于轴 上零件的装拆和定位，省材料重量轻，应用普遍。
曲轴是专用零件，主要用在内燃机一类的活塞式机械中。 轴一般是实心轴，有特殊要求时可制成空心轴，如车床主轴。
除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传到 不开敞地空间位置，常用于医疗器械和小型机具中。
带式输送机传动简图
轴的结构设计
方 案
一
齿轮与轴分开制造，齿轮与带轮均从轴的左端装入，轴段⑤ 最粗。该方案较常采用。
轴的结构设计
方 案 二
齿轮与轴分开制造，齿轮从轴的右端装入，带轮从轴的左端 装入，轴段⑤最粗。该方案也有采用。
轴的结构设计
方 案 三
齿轮与轴一体，结构简单，强度和刚度高，但工艺性较差， 轴与齿轮同时失效。适用于轴的直径接近齿根圆直径的情况。
轴的常用材料及其力学性能表
第三节 轴的结构设计
轴的结构设计目标：确定轴的结构形状和尺寸。
轴的结构设计应满足： 轴上零件相对于轴、轴相对于机座的定位应准确可靠； 轴应具有良好的制造工艺性，轴上零件应便于装拆和调整； 轴的结构应有利于提高轴的强度和刚度 。
一、拟定轴上零件的装配方案 轴上零件的装配方案不同，则轴的结构形状也不相同。设计 时可拟定几种装配方案，进行分析与选择。在满足设计要求的情 况下，轴的结构应力求简单。 以下是带式输送机减速器中高速轴的三个装配方案及分析。
曲轴用什么材料
曲轴用什么材料
曲轴是发动机的重要部件之一，其作用是将活塞的上下直线运动转化为发动机的旋转运动，从而驱动发动机的工作。
曲轴需要具备较高的强度、耐磨性和耐久性，因此通常采用高强度合金钢作为材料。
高强度合金钢具有较好的机械性能，可以在高温、高压和高速的工况下正常工作。
常用的曲轴材料有一下几种：
1. 碳素钢：碳素钢是最常见的曲轴材料，具有良好的强度和耐久性。
通常采用45钢、40Cr、35CrMo等碳素钢材料。
2. 钼钢：钼钢具有较高的硬度和耐磨性，适用于高速发动机。
通常采用40CrMoV4-6、42CrMo4V、34CrNiMo6等钼钢材料。
3. 硅钢：硅钢具有较好的磁导率和磁化特性，适用于较小功率的发动机。
通常采用35CS250、23GS、27QS等硅钢材料。
4. 铁素体不锈钢：铁素体不锈钢具有良好的韧性和耐腐蚀性，适用于耐酸碱的工作环境。
通常采用1Cr13、2Cr13等不锈钢
材料。
5. 高温合金钢：高温合金钢可以在高温下保持较好的强度和硬度，适用于高温发动机。
通常采用A286、GH4169等高温合
金钢材料。
除了材料的选择外，曲轴的制造工艺也对其性能有影响。
曲轴
制造通常包括锻造、热处理、精加工等工序，从而提高曲轴的强度和耐久性。
总之，曲轴的材料选择应根据发动机的工作环境和要求来确定，需要具备较高的强度、耐磨性和耐久性。
常用的材料包括碳素钢、钼钢、硅钢、铁素体不锈钢和高温合金钢。
同时，曲轴的制造工艺也对其性能有重要影响，需要采用适当的锻造、热处理和精加工工序。
轴的常用材料及其机械性能
轴的常用材料及其机械性能轴的材料种类很多,选用时主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性等要求,以及为实现这些要求而采用的热处理方式,同时考虑制造工艺问题加以选用,力求经济合理.轴的常用材料是优质碳素钢3５、45、50,最常用的是4５和40Cr钢。
对于受载较小或不太重要的钢，也常用Q2３5或Q275等普通碳素钢。
对于受力较大,轴的尺寸和重量受到限制，以及有某些特殊要求的轴,可采用合金钢,常用的有４０Cｒ、４０ＭnB、40 CrNｉ等。
ﻫ球墨铸铁和一些高强度铸铁，由于铸造性能好,容易铸成复杂形状，且减振性能好,应力集中敏感性低,支点位移的影响小,故常用于制造外形复杂的轴。
特别是我国研制成功的稀土—镁球墨铸铁，冲击韧性好，同时具有减摩、吸振和对应力集中敏感性小等优点,已用于制造汽车、拖拉机、机床上的重要轴类零件，如曲轴等。
ﻫ根据工作条件要求,轴都要整体热处理,一般是调质，对不重要的轴采用正火处理.对要求高或要求耐磨的轴或轴段要进行表面处理,以及表面强化处理(如喷丸、辐压等)和化学处理(如渗碳、渗氮、氮化等）,以提高其强度（尤其疲劳强度）和耐磨、耐腐蚀等性能。
在一般工作温度下，合金钢的弹性模量与碳素钢相近,所以只为了提高轴的刚度而选用合金钢是不合适的。
ﻫ轴一般由轧制圆钢或锻件经切削加工制造。
轴的直径较小时,可用圆钢棒制造;对于重要的,大直径或阶梯直径变化较大的轴,多采用锻件．为节约金属和提高工艺性,直径大的轴还可以制成空心的，并且带有焊接的或者锻造的凸缘。
ﻫ对于形状复杂的轴（如凸轮轴、曲轴）可采用铸造。
轴的常用材料及其机械性能(MPa)各种发动机曲轴材料及热处理各种凸轮轴材料及热处理工艺机床主轴材料和热处理半轴常用材料及技术要求。
传动轴的材料
传动轴的材料传动轴作为机械传动系统中的重要部件，其材料选择对于传动系统的性能和可靠性至关重要。
传动轴主要用于传递动力和转速，因此其材料应具有较高的强度、硬度和耐磨性。
在选择传动轴材料时，需要考虑到工作环境、负载条件、制造成本等因素，以确保传动轴具有良好的性能和经济性。
常见的传动轴材料包括钢、铝合金和碳纤维复合材料等。
钢是传动轴的主要材料，其优点是强度高、硬度大、耐磨性好，适用于承受大扭矩和冲击负载的工作条件。
常用的钢材包括碳素结构钢、合金结构钢和不锈钢等。
碳素结构钢具有良好的强度和韧性，适用于一般工况下的传动轴；合金结构钢具有较高的强度和硬度，适用于承受较大负载和高速旋转的传动轴；不锈钢具有良好的耐腐蚀性能，适用于工作环境要求较高的传动轴。
铝合金是一种轻质材料，具有良好的加工性和导热性能，适用于要求传动轴重量轻、惯性小的工作条件。
铝合金传动轴具有重量轻、导热性好的特点，适用于要求传动轴重量轻、惯性小的工作条件。
碳纤维复合材料是一种新型的轻质高强度材料，具有优异的抗拉强度和耐磨性，适用于要求传动轴重量轻、强度高、耐磨性好的工作条件。
在选择传动轴材料时，需要根据具体的工作条件和要求综合考虑材料的性能、成本和加工工艺等因素。
钢材具有良好的强度和耐磨性，适用于一般工况下的传动轴；铝合金具有重量轻、导热性好的特点，适用于要求传动轴重量轻的工作条件；碳纤维复合材料具有优异的抗拉强度和耐磨性，适用于要求传动轴重量轻、强度高、耐磨性好的工作条件。
总的来说，传动轴的材料选择应根据具体的工作条件和要求进行综合考虑，以确保传动轴具有良好的性能和经济性。
在今后的工程设计和制造中，应注重材料的创新和应用，不断提高传动轴的性能和可靠性，以满足不同工况下的需求。
1 轴类零件的功用
1 轴类零件的功用、结构特点轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。
它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，以传递扭矩。
按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等。
它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。
轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。
根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。
轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。
1.1轴类零件的毛坯和材料1.1.1轴类零件的毛坯轴类毛坯常用圆棒料和锻件；大型轴或结构复杂的轴采用铸件。
毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。
根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。
中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。
1.1.2轴类零件的材料轴类零件材料常用45钢，精度较高的轴可选用40Cr、轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn，也可选用球墨铸铁；对高速、重载的轴，选用20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。
45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。
40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。
轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50～58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。
精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。
这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。
与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。
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轴的常用材料及其机械性能
轴的材料种类很多，选用时主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性等要求，以及为实现这些要求而采用的热处理方式，同时考虑制造工艺问题加以选用，力求经济合理。
轴的常用材料是优质碳素钢35、45、50，最常用的是45和40Cr钢。
对于受载较小或不太重要的钢，也常用Q235或Q275等普通碳素钢。
对于受力较大，轴的尺寸和重量受到限制，以及有某些特殊要求的轴，可采用合金钢，常用的有40Cr、40MnB、40CrNi 等。
球墨铸铁和一些高强度铸铁，由于铸造性能好，容易铸成复杂形状，且减振性能好，应力集中敏感性低，支点位移的影响小，故常用于制造外形复杂的轴。
特别是我国研制成功的稀土-镁球墨铸铁，冲击韧性好，同时具有减摩、吸振和对应力集中敏感性小等优点，已用于制造汽车、拖拉机、机床上的重要轴类零件，如曲轴等。
根据工作条件要求，轴都要整体热处理，一般是调质，对不重要的轴采用正火处理。
对要求高或要求耐磨的轴或轴段要进行表面处理，以及表面强化处理(如喷丸、辐压等)和化学处理(如渗碳、渗氮、氮化等)，以提高其强度（尤其疲劳强度）和耐磨、耐腐蚀等性能。
在一般工作温度下，合金钢的弹性模量与碳素钢相近，所以只为了提高轴的刚度而选用合金钢是不合适的。
轴一般由轧制圆钢或锻件经切削加工制造。
轴的直径较小时，可用圆钢棒制造；对于重要的，大直径或阶梯直径变化较大的轴，多采用锻件。
为节约金属和提高工艺性，直径大的轴还可以制成空心的，并且带有焊接的或者锻造的凸缘。
对于形状复杂的轴（如凸轮轴、曲轴）可采用铸造。
轴的常用材料及其机械性能(MPa)
各种发动机曲轴材料及热处理
各种凸轮轴材料及热处理工艺
机床主轴材料和热处理
半轴常用材料及技术要求。