feat(docs/structure/shafting):增加机械轴系内容

docs/structure/shafting.md

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+# 轴系设计
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+轴系是机械传动系统的核心单元，是支撑旋转零部件、传递运动与动力的核心载体，小到精密舵机，大到我们的整台机器，几乎所有带旋转运动的机械结构，都离不开轴系的合理设计
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+## 一、轴系设计概念入门
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+轴系设计的起点，是建立对受力与空间运动的基础认知，这两个核心要素决定了轴系设计的底层逻辑，也是后续零件选型、结构设计的根本依据
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+### （一）受力方向
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+受力是轴系设计中首先考虑的因素，所有轴系零件的失效，本质上都是受力与承载能力不匹配导致的。在轴系设计中，我们首先要明确载荷的方向与类型，主要分为径向载荷、轴向载荷与转矩三类。径向载荷是垂直于轴中心线的力，会让轴产生弯曲变形；轴向载荷是沿着轴中心线的力，会让轴产生窜动趋势；转矩则是驱动轴旋转的力矩，是动力传递的核心载体
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+不同的受力组合，直接决定了轴的类型划分：只承受弯矩、不传递转矩的是心轴，比如自行车的前轮轴；只传递转矩、几乎不承受弯矩的是传动轴，比如前置后驱汽车里连接发动机与后桥的长轴；同时承受弯矩和转矩的是转轴，这也是机械设计中最常见的类型，比如减速器里的齿轮轴。而轴承、联轴器等配套零件的选型，也完全围绕受力方向展开，比如只受径向力的场景优先选深沟球轴承，纯轴向力的场景需用推力轴承，复合受力则要匹配对应的向心推力轴承
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+### （二）欧拉角
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+在轴系的空间运动设计中，欧拉角是描述轴系旋转姿态的核心工具。它将轴系在三维空间里的任意旋转运动，分解为绕三个相互垂直坐标轴的独立转动，也就是我们常说的俯仰角、偏航角和滚转角
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+![欧拉角示意图](https://s41.ax1x.com/2026/05/02/pe7nlW9.png)
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+在轴系设计中，欧拉角的核心价值，是帮助我们精准控制轴系的空间运动精度，同时预判多轴联动时的干涉风险，尤其是在多自由度的精密轴系中，欧拉角的计算，是保证轴系运动可控、定位精准的前提，当然，初学阶段仅需了解即可，在后续精进的过程中，再逐步提升对其的理解与使用
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+## 二、轴系核心零件
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+轴系是一个有机整体，核心零件包括轴本体、轴承与联轴器，有时还涉及到滑环，每个零件各司其职，共同完成轴系的支撑、定位、传动与功能拓展，任何一个零件的选型失误，都会直接影响整个轴系的性能与寿命
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+### （一）轴本体
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+轴是整个轴系的基体，所有旋转零件都要安装在轴上，动力与运动也通过轴进行传递，故轴的设计核心，是在满足强度、刚度的前提下，兼顾加工性、装配性与定位精度
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+从加工说起，轴的加工以车削为核心工艺，这也决定了轴的设计必须贴合加工逻辑，设计时要避免轴的截面积出现骤变，否则，不仅会增加加工难度，还会在突变处产生严重的应力集中，大幅降低轴的抗疲劳性能；轴上的内圆角、倒角要充分考虑加工可行性，避免出现刀具无法触及的结构，必要时需与加工方确认工艺成本，再进行设计选择；要尽量减少轴在加工时的装夹拆装次数，一次装夹完成多工序加工，既能保证同轴度，也能有效降低加工工时与成本
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+![车削](https://s41.ax1x.com/2026/05/02/pe7upOx.png)
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+定位是轴设计的另一核心，分为周向定位、轴向定位与径向定位三类。周向定位是为了防止轴与轴上零件发生相对转动，保证转矩的可靠传递，常用的方式有平面定位（D 型轴、六角轴等非圆截面）、键传动（平键、花键）、螺栓与销钉贯穿固定、顶丝抱紧等（注：六角轴是FRC中最常使用的轴）。轴向定位是为了限制轴上零件的轴向窜动，常用轴肩、固定环、卡簧、锁紧螺栓、法兰与顶管实现，其中轴肩定位最可靠，卡簧则适合空间受限、载荷不大的场景。径向定位则主要依靠轴承、支座与配合孔实现，核心是保证轴的回转中心稳定，避免出现径向跳动 （注：若不知所提是何物，推荐打开购物网站进行查找，比较全且能对价格产生清晰的认识）
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+除此之外，轴还是整个机械结构重要的设计基准与装配基准，设计时要充分利用轴的安装面与基准面，以此为基础搭建整机的装配逻辑，能大幅降低整机的装配难度，提升结构的一致性与精度
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+### （二）轴承
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+轴承是轴系的 “关节”，核心作用是支撑轴的旋转运动，降低旋转过程中的摩擦系数，同时保证轴的回转精度，是轴系稳定运行的核心基础件。按照摩擦形式的不同，轴承可分为滚动轴承与滑动轴承两大类，两类轴承各有其适配场景与性能特点，选型需完全贴合轴系的受力、转速、空间与工况需求
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+滚动轴承依靠滚动体与滚道之间的滚动摩擦实现相对运动，摩擦阻力小，启动阻力低，通用性极强，是绝大多数常规轴系的首选，按照滚动体类型与承载特性，可分为 7 个核心品类
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+深沟球轴承是应用最广泛的通用型滚动轴承，结构简单、维护便捷，核心以承受径向载荷为主，同时可承受少量双向轴向载荷，内外圈可实现分离运动，对安装对中性的容错性较好，适配中高速、轻载到中载的常规轴系场景，广泛应用于通用电机、设备轮组、常规传动机构等绝大多数基础旋转场景
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+![深沟球轴承](https://s41.ax1x.com/2026/05/02/pe7KBrt.png)
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+角接触球轴承自带固定接触角，可同时承受径向载荷与单向轴向载荷的复合作用，接触角越大，轴向承载能力越强。它支持正装与反装两种安装方式，内外圈可分离，可通过调整预紧力大幅提升轴系的刚性与回转精度，抗冲击性能优于深沟球轴承，是机床主轴、机器人关节、高精度传动机构等对刚性与精度要求高的复合载荷轴系的核心选型
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+![角接触球轴承](https://s41.ax1x.com/2026/05/02/pe7KbiF.png)
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+推力球轴承是专门适配轴向载荷的专用轴承，只能承受纯轴向力，无法承受径向载荷，分为单向与双向两种结构，分别适配单向与双向轴向载荷的场景。安装时有明确的松紧环之分，装配时必须将松环紧贴静止部件的端面，紧环贴合旋转部件，否则会快速出现磨损失效，多用于起重吊钩、立式机床主轴等纯轴向承载的轴系场景
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+![推力球轴承](https://s41.ax1x.com/2026/05/02/pe7K7IU.png)
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+圆柱滚子轴承的滚动体为圆柱滚子，与滚道为线接触，相较于同尺寸的球轴承，径向承载能力大幅提升，抗冲击性能更强，缺点是允许的工作转速更低，对轴的挠曲变形敏感，对安装对中性要求高。它主要用于承受纯径向载荷，无法承受轴向载荷，是重载、低速重型轴系的核心选型，广泛应用于工业减速器、重型机床、轧钢设备等场景
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+![圆柱滚子轴承](https://s41.ax1x.com/2026/05/02/pe7KTaT.png)
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+圆锥滚子轴承属于分离型轴承，滚动体为圆锥滚子，可同时承受大径向载荷与大轴向载荷的复合作用，承载能力远高于同尺寸的角接触球轴承，抗过载与抗冲击性能优异。它需要成对使用，可通过调整安装间隙控制预紧量，提升轴系的刚性，缺点是高速运转时发热量大，允许的最高转速低于球轴承，广泛应用于车辆轮毂、重型减速器等重载复合载荷的轴系
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+![圆锥滚子轴承](https://s41.ax1x.com/2026/05/02/pe7KoZV.png)
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+调心滚子轴承的外圈滚道为球面形，具备自动调心能力，可有效补偿轴的挠曲变形、两轴承孔的同轴度误差，完美适配轴易出现弯曲变形、安装对中性难以保证的场景。它的径向承载能力极强，同时可承受双向轴向载荷，抗冲击、抗振动性能优异，多用于重载、有冲击、对中性差的重型轴系，比如矿山机械、造纸设备、大型电机等场景
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+推力滚子轴承是专门适配重型轴向载荷的轴承类型，滚动体为滚子，相较于推力球轴承，轴向承载能力、抗冲击性能大幅提升，刚性更好，可稳定承受重载、振动工况下的轴向力，部分结构在空间受限时可仅使用中间层实现轴向承载。它无法承受径向载荷，对安装的垂直度要求极高，主要用于重型机床、起重设备、船舶螺旋桨轴等超大轴向载荷的轴系场景
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+![推力滚子](https://s41.ax1x.com/2026/05/02/pe7Kvs1.png)
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+滑动轴承依靠工作面之间的滑动摩擦实现相对运动，无滚动体结构，径向尺寸更小，运转平稳、噪声低，抗冲击性能强，在特殊工况下具备滚动轴承无法替代的优势，按照结构与润滑形式，主要分为 4 个核心品类
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+滑动轴承 / 轴套也叫径向滑动轴承，是最基础的滑动轴承类型，多为整体式套筒结构，结构极简，径向尺寸极小，可完美适配空间高度受限的轴系场景。它依靠工作面的润滑膜实现减摩，运转无噪声、无振动，对高速旋转的适应性好，同时可在粉尘、泥水等恶劣工况下使用，缺点是摩擦损耗大于滚动轴承，需要定期维护润滑，适合轻载高速、空间受限的场景，比如小型电机、精密仪器、3D 打印机等轴系
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+流体动压轴承依靠轴的高速旋转，带动润滑油在轴与轴承的间隙内形成压力油膜，将轴颈与轴承工作面完全分离，实现全液体摩擦，摩擦系数极低，磨损极小，使用寿命长，同时运转平稳、回转精度极高，抗冲击性能强。它需要轴达到一定的转速才能形成稳定的动压油膜，不适合低速、频繁启停的场景，广泛应用于大型汽轮机、发电机、高速机床主轴等高速重载的精密轴系
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+流体静压轴承与动压轴承的工作原理不同，它依靠外部液压系统，将高压润滑油注入轴承工作面的油腔，强制形成承载油膜，将轴颈与轴承完全分离，实现全液体摩擦。它无论轴是否旋转、转速高低，都能形成稳定的油膜，承载能力与转速无关，回转精度极高，摩擦阻力极小，抗振性能优异，无启动磨损，缺点是需要配套独立的液压供油系统，结构复杂、成本高，适合超精密机床、重型设备、低速重载高精度的轴系场景
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+复合材料轴承采用自润滑复合材料制成，常见的基材包括 PTFE（聚四氟乙烯）、青铜粉末、碳纤维等，核心特点是自带自润滑性能，无需额外加注润滑油或润滑脂，可实现免维护，完美适配无法定期维护、禁止油脂污染的场景。它具备优异的耐腐蚀、耐磨损性能，可在高温、低温、真空、腐蚀等极端工况下使用，缺点是承载能力与耐高温上限受材料限制，多用于食品机械、化工设备、航空航天、真空设备等特殊工况的轴系
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+### （三）联轴器
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+联轴器是轴系的 “传动纽带”，核心作用是连接两根轴，实现转矩的可靠传递，同时补偿两轴之间的安装误差，部分类型还能实现缓冲吸震的效果。联轴器的选型，要围绕转矩大小、安装精度、补偿需求、空间尺寸与工况特性来确定，不同类型的联轴器，适用场景有着明确的区分
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+1. 压片式联轴器是竞技机器人等高精度传动场景的优选，它的核心优势是占用空间小、结构简洁可靠、传递扭矩大、无回转间隙，能完美匹配快速响应的传动需求。但它也有明显的局限性，几乎没有误差补偿能力，对安装对中性要求极高，大多需要自制或定制，设计时要注意两个核心要点：一是采用螺纹 + 螺母双重紧固，利用双螺母防松原理，应对振动工况下的松动风险；二是压片需选用屈服强度较高的材料，避免受力变形产生传动间隙
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+2. 膜片式联轴器具备微量的轴向与角向误差补偿能力，传递扭矩大，且不会出现轴向脱开的问题，缺点是自重较大，会给轴系带来额外的径向载荷，除非有明确的补偿与大扭矩需求，否则不建议优先选用
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+3. 梅花联轴器是通用场景的高性价比选择，它能有效补偿角向与轴向安装误差，传递扭矩大，自带一定的减震缓冲效果，传动平稳，除了无法承受大的轴向拉力、存在轴向脱开的风险外，绝大多数常规传动场景都能适用
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+4. 螺纹管联轴器的角向与轴向补偿量极大，缺点是传递扭矩很小，仅能用于轻载场景，最常见的应用就是 3D 打印机的送丝轴系。万向节对空间的适配性极强，可用于两根不共面、不同轴线的轴之间的传动，缺点是能量传递效率低，承载能力一般，仅在无其他替代方案的特殊执行机构中使用。刚性联轴器结构最简单，传递扭矩无损耗，无回转间隙，但完全没有误差补偿能力，对两轴的同轴度要求极高，仅适合对中性极好的低速重载轴系
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+### （四）滑环
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+滑环也叫导电滑环，是轴系实现 360 度连续旋转的核心功能部件，它解决了轴系连续旋转时，动力与电信号的传输难题，避免导线在旋转过程中出现缠绕、断裂的问题
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+在轴系设计中，只要有连续旋转的需求，就离不开滑环的应用，比如旋转云台、机器人关节、滚筒设备等。滑环的选型，核心关注通路数、额定电流、信号类型、最高转速与防护等级，动力通路与信号通路要分开设计，避免信号干扰，在高速、高频信号传输的场景中，还要选用专用的高频滑环，保证信号传输的稳定性
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+## 三、轴系设计的核心原则
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+### （一）受力匹配原则
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+这是轴系设计的根本原则。设计前必须完成完整的静力学与动力学分析，明确轴系在全工况下的载荷大小、方向与波动情况，所有零件的承载能力都要留有合理的安全余量，保证最大工作应力低于材料的屈服强度，避免出现过载失效。比如空心圆轴的设计，必须同时校核扭矩与压力复合作用下的应力，杜绝仅凭经验选型的情况
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+### （二）精度可控原则
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+轴系的回转精度、定位精度，需要从设计源头进行全链路控制，从轴的加工公差、轴承的精度等级、联轴器的补偿能力，到安装基准面的设计、配合公差的选择，都要围绕最终的精度需求展开，避免出现 “设计精度很高，加工装配后完全达不到” 的问题
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+### （三）加工与装配友好原则
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+优秀的轴系设计，一定是易于加工、易于装配的。轴的结构要贴合加工工艺，避免出现无法加工、加工成本极高的结构；装配时要预留合理的操作空间，易损件要设计成便于拆卸更换的结构，同时要减少非标零件的数量，优先选用标准件，降低加工与维护成本
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+### （四）轻量化与可靠性的平衡原则
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+尤其是在移动机器人等对重量敏感的场景，要在满足强度、刚度的前提下，通过结构优化实现轻量化，比如用空心轴替代实心轴，选用轻质高强的铝合金材料，去除非受力部位的冗余材料。但轻量化不能以牺牲可靠性为代价，必须保证轴系在全工况下的稳定运行
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+## 四、轴系装配注意事项
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+轴系的设计再好，没有规范的装配落地，也无法实现预期的性能，甚至会出现零件过早失效、轴系损坏的问题，轴系装配必须遵循全流程的规范操作，
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+严禁用锤子直接敲击轴承的滚动体，规范操作为通过套筒均匀敲击轴承的内圈或外圈，若手边无套筒，也可以在轴承上垫一块亚克力板用锤子进行敲击，这样受力相对均匀，不易损坏轴承
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+写在最后的话：轴系设计是整台机器设计的根基，甚至说是整个机械的根基，极其极其重要，了解的越多，才会有更多的想象力去完成设计，这里长篇大论了很多看似和FRC设计无关系的内容，但深入学习对于你今后的机械设计都会有很大帮助，我们今日的学习不仅为解决当下的问题，更是为了解决以后更多相似的问题，希望这节WIKI可以帮助到你！

mkdocs.yml

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       - 底盘: structure/chassis.md
       - 材料: structure/material.md
       - 结构组工作原则: structure/5449_structure_group_working_principle.md
+      - 轴系: structure/shafting.md
   - 电控系统:
       - 电控概述: electronics/overview.md
       - 电路接线规范: electronics/circuit-criteria.md