机车轮对分为车辆轮对和机车轮对两类。机车轮对又依机车类型分为蒸汽机车轮对、柴油机车轮对、电力机车轮对和动车组的动轴轮对等。柴油机车、电力机车以及动车组的动轴轮对在轴身上装有传动齿轮现代高速客车和动车组均采用盘形制动，在轴身或车轮上装有制动盘。蒸汽机车的轮对有导轮轮对、动轮轮对、从轮轮对和煤水车轮对之分。导轮轮对位于机车前部，起机车导向的作用。动轮轮对起传递机车动力的作用，直接由汽缸活塞(鞲鞴)通过摇杆带动的为主动轮轮对，由主动轮通过连杆带动的为他动轮轮对。动轮轮对的轮心上有曲柄、曲拐销孔和均衡块，且左右两轮的曲柄在组装时应有90°相位差。动轮和导轮的轴承都在车轮内侧。从轮轮对和煤水车轮对与客货车辆轮对形状相似。
机车轮对的车轮在运用中与钢轨接触部分承受很大的压力和，其接触表面产生弹性变形和很大的接触应力；在运行中，左右两轮不可避免地以不同直径在钢轨上滚动，产生滑行和车轮磨耗；在制动时，车轮踏面还受到闸瓦的剧烈磨损，并产生高温。所有这些，要求车轮踏面部分的材质必须具有很高的强度、硬度和冲击韧性，并具有良好的耐磨性。压装在车轴上的轮毂主要承受弹性力，辐板或辐条只承受压力和弯曲力，这些部分要求有较高的韧性。轮箍轮的轮箍和轮心，可以采用不同材质，因而能够较好地满足上述要求。整体轮在踏面耐磨性方面不如轮箍轮，但其重量较轻，费用较省，更重要的是轮箍不会松弛和崩裂。中国铁路在机车上仍用轮箍轮，在客、货车辆上已全部使用整体辗钢轮。
机车轮对车辆在运行中加于车轴的载荷是不断变化的，而且由于轮对不停地旋转，轮对总成，车轴内产生交变应力。因此，必须提高车轴材质的持久极限。为此在制造过程中轴身，须进行全长旋削加工，轴颈和轮座实行辊压强化，在轮座部位和轴颈后肩圆弧过渡（滚动轴承）处设置减载槽；在整个使用期中要实行严格的超声波和电磁探伤。车轴通常是实心的，但车轴应力在截面上的分布是不均匀的，越接近表面就越大，而在中心的应力很小。因此有可能采用空心车轴代替实心车轴，以减轻簧下重量对机车车辆和线路的***影响。空心车轴在一些***的铁路上虽已试用多年，但由于在运用中受力状态复杂，仍在研究改进中
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