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
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（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。
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（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。
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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。