轴类零件

二电影语录 、轴类零件的选材

（一）轴类零件工作条件、失效形式及性能要求

1．工作条件

轴是机械中短篇穿越小说 重要的零件之一，主要用于支承传动零件（如齿轮、凸轮等）、传递运动和动力。

工作时主要受交变弯曲和扭转应力的复合作用，有时也承受拉压应力；轴与轴上零件有相对运动，

相互间存在摩擦和磨损；轴在高速运转过程中会产生振动，使轴承受冲击载荷；多数轴在工作过程

中，常常要承受一定的过载载荷。

2．失效方式

长期交变载荷作用易导致疲劳断裂（包括扭转疲劳和弯曲疲劳断裂）；承受大载荷或冲击载荷

会引起过量变形、断裂；长期承受较大的摩擦，轴颈及花键表面易出现过量磨损。

3．性能要求

良好的综合力学性能，以防过载断裂、冲击断裂；高疲劳强度，降低应力集中敏感性，以防疲

劳断裂；足够的刚度，以防工作过程中，轴发生过量弹性变形而降低加工精度；表面要有高硬度、

高耐磨性，以防磨损失效；特殊性能要求——如高温中工作的轴，抗蠕变性能要好；在腐蚀性介质

中工作的轴，要求耐蚀性好等。

4．轴类材料选用依据

轴类零件选材的主要依据是载荷的性质、大小及转速高低，精度和粗糙度要求，轴的尺寸大小

以及有无冲击、轴承种类等。

（1）主要承受弯曲、扭转的轴，如机床主轴、曲轴、汽轮机主轴、变速箱传动轴、卷扬机轴

等。这类轴在载荷作用下，应力在轴的截面韩信是谁的部下 上分布是不均匀的，表面部位的应力值最大，愈往中心

应力愈小，至心部达到最小。故不需要选用淬透性很高的材料，一般只需淬透轴半径的1/2～1/3

即可。故常选45钢、40Cr钢、40MnB钢和45Mn2钢等，先经调质星满天 处理，后在轴颈处进行高、中

频高频感应加热淬火及低温回火。

（2）同时承受弯曲、扭转及拉、压应力的轴，如锤杆、船用推进器等，其整个截面上应力分

布基本均匀，应选用淬透性较高的材料，故常选用30CrMnSi钢、40MnB钢、40CrNiMo钢等。

一般也是先经调质处理，然后再进行高频感应加热淬火、低温回火。

（3）主要要求刚性好的轴，◎可选用优质非合金钢等材料，如20钢、35钢、45钢经正火后

使用。◎若还有一定耐磨性要求时，则选用45钢，正火后在轴颈处进行高频感应加热淬火、低温

回火。◎对于受载较小或不太重要的轴，也常用Q235或Q275等普通非合金钢。

（4）要求轴颈处耐磨的轴，常选中碳钢经高频感应加热淬火，将硬度提高到52HRC以上。

（5）承受较大冲击载荷，又要求较高耐磨性的形状复杂的轴，如汽车、拖拉机的变速轴等，

可选低碳合金钢（18Cr2NiWA钢、20Cr钢、20CrMnTi钢等），经渗碳、淬火、低温回火处理。

（6）要求有较好的力学性能和很高的耐磨性，而且在热处理时变形量要小，长期使用过程中

要保证尺寸稳定，如高精度磨床主轴，选用渗氮钢38CrMoAlA，进行氮化处理，使表面硬度达到

1100～1200HV（相当于69～72HRC），心部硬度230～280HBS。

近年来在国内外，用球墨铸铁代钢作内燃机曲轴的愈来愈多，第二代解放牌汽车Ｊ130汽车、

东风及东风４型内燃机车的曲轴均用球墨铸铁（或合金球墨铸铁）制造，虽然球墨铸铁的塑、韧性

远低于锻钢，但在一般发动机中对塑韧性要求并不太高；球墨铸铁的缺口敏感性小，实际球墨铸铁

的疲劳强度并不明显低于锻钢，而且可通过表面强化（如滚压、喷丸、渗氮等）处理大大提高其疲

劳强度，效果优于锻钢，因而在性能上完全可代替非合金调质钢。我国研制成功的稀土-镁球墨铸

铁，冲击韧度好，同时具有减摩、吸振和对应力集中敏感性小等优点。屡次的拼音

（二）机床主轴选材示例

例13-3某车床主炒土豆 轴如图3所示。

该轴工作时受弯曲和扭转应力作用，但承受的应力和冲击力不大，运转较平稳，工作条件较好。

主轴大端内锥孔、外圆锥面工作时需经常与顶尖、卡盘有相对摩擦；花键部位与齿轮有相对滑动或

碰撞。该主轴在滚动轴承中运转。主轴热处理技术条件：主轴整体调质，硬度为220～250HBS；

内锥孔和外圆锥面局部淬火，硬度为45～50HRC；花键部位高频感应淬火，硬度为48～53HRC。

试从下列材料中选择制造该主轴的合适钢种，并制订其加工工艺：

35，45，T12，20Cr，40Cr，20CrMnTi，38CrMoAl，1Cr18Ni9Ti，W18Cr4V。

图3C6132车床主轴简图

1）分析及选材

根据对上述工作条件的分析，主轴应具有良好的综合力学性能，并且花键（经常摩擦和碰撞）

和大端内锥孔、外圆锥面（经常装拆，也有摩擦和碰撞）部位均要求有较高的硬度和耐磨性。C6132

车床主轴属于中速、轻载荷、在滚动轴承中工作的主轴。

虽然45钢淬透性不如合金调质钢，但具有锻造性能和切削加工性能良好，价格低等特点，而

且该主轴结构形状较简单，工作最大应力处于表层，因此选用45钢即可满足使用要求。

2）确定加工工艺

下料→锻造→正火（850～870℃空冷）→粗加工→调质（840～860℃盐淬至150℃左右再空冷，

550～570℃回火）→半精加工（花键除外）→局部淬火、回火（锥孔、外锥面830～850℃盐淬，

220～250℃回火）→粗磨（外圆、外锥面、锥孔）→铣花键→花键高频感应淬火、回火（890～900℃

高频感应加热，喷水冷却，180～200℃回火）→精磨（外圆、外锥面、锥孔）

因主轴结构形状较简单，一般情况下调质、淬火时不会出现开裂，但因轴较长，进行整体淬火，

会产生较大变形，且难以保证锥孔与外圆锥面对两轴颈的同轴度要求，因此，改为锥部淬火与花键

淬火分开进行，可以保证使用质量要求。

三、机架、箱体类零件的选材

机架、箱体类零件是机械中的重要零件之一，其形状不规则、内外结构都比较复杂，工作国庆出行 条件

相差也很大。其中一般基础零件，如机身、底座等，以承压为主，要求有较好的刚度和减振性；有

些机身、支架往往同时承受拉、压和弯曲应力的复合作用，甚至还有冲击力，所以要求具有较好的

综合力学性能；工作台和导轨等，要求有较高的耐磨性；主轴箱、变速箱、进给箱、阀体，通常受

力不大，但要求有良好的刚度和密封性。一些受力较大、要求高强度、高韧性，甚至在高温下工作

的零件，如轧钢机、大型锻压机的机身、汽轮机机壳等，应采用铸钢或合金铸钢件，进行完全退火

或正火，以消除粗晶组织和铸造应力。受力较大，但形状简单，生产数量较少的支架、箱体件，可

采用型钢焊接而成。受力不大，主要承受静载荷，不受冲击的支架、箱体件，可选用灰铸铁，如该

零件在服役时与其它部件发生相对运动，其间有摩擦、磨损产生，则应选用珠光体基体的灰铸铁，

铸件一般应进行去应力退火。受力不大，要求自重轻或导热性好的则可选用铸造铝合金制造，铝合

金件应根据成分不同，进行退火或固溶处理、时效处理。受力小，要求自重轻，工作条件好的机架、

箱体件，可选用工程塑料。

本章小结

内容

失效形式

选材原则

选材方法步骤

典型零件的选材

要点

过量变形失效、断裂失效、磨损失效及腐蚀失效等

使用性原则、工艺性原则、经济性原则

分析零件的工作条件和失效形式，提出对该零件的性能要求，选择适宜的材料。

齿轮、轴类零件、箱体类零件

课堂练习（选作）

指出下列零件在选材和制定热处理技术条件中的错误，并提出改正意见。

（1）表面耐磨的凸轮，材料用20钢，热处理技术条件：淬火、回火，60～63HRC；

（2）直径30mm，要求良好综合力学性能的传动轴，材料用40Cr钢，热处理技术条件：调

质，40～45HRC；

（3）弹簧（直径15mm），材料用45钢，热处理技术条件：淬火、回火，55～60HRC；

（4）转速低、表面耐磨及心部强度要求不高的齿轮，材料用T12钢，热处理技术条件：渗

碳、淬火，58～62HRC；

（5）要求拉杆（直径70mm）截面上的性能均匀，心部

b

＞900MPa，材料使隶书作品图片 用40Cr钢，

热处理技术条件：调质200～300HBS。