轴的受力分析，轴的功用、类型、材料、使用和维护，值得保存学习

2025-11-28 10:59机械之最

轴知识概述

轴是机械系统中至关重要的基础零件，其核心功用是支承旋转零件（如齿轮、皮带轮），传递扭矩与运动，并承受由此产生的各类载荷。

一、受力分析

轴的受力状态复杂，通常为复合受力。主要包括：

扭转应力：由传递扭矩引起，是计算轴径最基本的内力。弯曲应力：由轴上零件传来的径向力（如齿轮啮合力、皮带拉力）和轴自身重量引起。轴向应力：由斜齿轮、锥齿轮等产生的轴向力引起，由轴肩或轴承承受。冲击与振动载荷：在启动、制动或工况不稳定时产生。

因此，轴的设计必须基于弯扭组合变形的强度理论进行精确计算，同时考虑应力集中（如键槽、轴肩过渡处）的影响，并进行疲劳强度校核。

二、功用与类型

根据承载情况，轴主要分为：

转轴：同时承受弯矩和扭矩，是机械中最常见的类型，如变速箱中的齿轮轴。心轴：只承受弯矩而不传递扭矩，如火车车轮轴、滑轮轴。传动轴：主要承受扭矩而不承受或承受很小的弯矩，如汽车的驱动轴。

三、材料与选用

轴的材料要求具有足够的强度、刚度、耐磨性和良好的热处理工艺性。

中碳钢：最常用的是45钢，经调质处理可获得优良的综合力学性能。合金钢：如40Cr，用于重载、高速或要求高耐磨性、高强度的场合，需进行淬火等热处理。特殊情况：对于复杂形状的轴，可采用球墨铸铁，其吸振性好，对应力集中敏感性低。

四、使用与维护

正确的使用与维护是保证轴长期稳定运行的关键：

安装对中：确保轴与相连部件（如联轴器）的精确对中，避免附加弯矩。润滑充分：保证轴承和轴颈处的良好润滑，减少磨损与温升。定期检查：监测轴的振动、噪声及温度变化，定期检查键联接是否松动、轴颈是否磨损、表面有无疲劳裂纹（尤其应力集中处）。平衡校正：对于高速轴，必须进行动平衡试验，防止因不平衡量引起的剧烈振动。