轴的设计、计算、校核

轴得设计、计算、校核
以转轴为例,轴得强度计算得步骤为:
一、轴得强度计算
1、按扭转强度条件初步估算轴得直径
机器得运动简图确定后,各轴传递得P与n为已知,在轴得结构具体化之前,只能计算出轴所传递得扭矩,而所受得弯矩就是未知得。

这时只能按扭矩初步估算轴得直径,作为轴受转矩作用段最细处得直径dmin,一般就是轴端直径。

根据扭转强度条件确定得最小直径为:
(mm)
式中:P为轴所传递得功率(KW)
n为轴得转速(r/min)
Ao为计算系数,查表3
若计算得轴段有键槽,则会削弱轴得强度,此时应将计算所得得直径适当增大,若有一个键槽,将d min增大5％,若同一剖面有两个键槽,则增大10％。

以dmin为基础,考虑轴上零件得装拆、定位、轴得加工、整体布局、作出轴得结构设计。

在轴得结构具体化之后进行以下计算。

2、按弯扭合成强度计算轴得直径
l)绘出轴得结构图
2)绘出轴得空间受力图
3)绘出轴得水平面得弯矩图
4)绘出轴得垂直面得弯矩图
5)绘出轴得合成弯矩图
6)绘出轴得扭矩图
7)绘出轴得计算弯矩图
8)按第三强度理论计算当量弯矩:
式中:α为将扭矩折合为当量弯矩得折合系数,按扭切应力得循环特性取值:
a)扭切应力理论上为静应力时,取α=0、3。

b)考虑到运转不均匀、振动、启动、停车等影响因素,假定为脉动循环应力,取α=0、59。

c)对于经常正、反转得轴,把扭剪应力视为对称循环应力,取α=1(因为在弯矩作用下,转轴产生得弯曲应力属于对称循环应力)。

9)校核危险断面得当量弯曲应力(计算应力):
式中:W为抗扭截面摸量(mm3),查表4。

为对称循环变应力时轴得许用弯曲应力,查表1。

如计算应力超出许用值,应增大轴危险断面得直径。

如计算应力比许用值小很多,一般不改小轴得直径。

因为轴得直径还受结构因素得影响。

一般得转轴,强度计算到此为止。

对于重要得转轴还应按疲劳强度进行精确校核。

此外,对于瞬时过载很大或应力循环不对称性较为严重得轴,还应按峰尖载荷校核其静强度,以免产生过量得塑性变形。

二、按疲劳强度精确校核
按当量弯矩计算轴得强度中没有考虑轴得应力集中、轴径尺寸与表面品质等因素对轴得疲劳强度得影响,因此,对于重要得轴,还需要进行轴危险截面处得疲劳安全系数得精确计算,评定轴得安全裕度。

即建立轴在危险截面得安全系数得校核条件。

安全系数条件为:
式中:为计算安全系数;
、分别为受弯矩与扭矩作用时得安全系数;
、为对称循环应力时材料试件得弯曲与扭转疲劳极限;
、为弯曲与扭转时得有效应力集中系数,
为弯曲与扭转时得表面质量系数;
、为弯曲与扭转时得绝对尺寸系数;
、为弯曲与扭转时平均应力折合应力幅得等效系数;
、为弯曲与扭转得应力幅;
、为弯曲与扭转平均应力。

S为最小许用安全系数:
1、3~1、5用于材料均匀,载荷与应力计算精确时;
1、5~1、8用于材料不够均匀,载荷与应力计算精确度较低时;
1、8~
2、5用于材料均匀性及载荷与应力计算精确度很低时或轴径＞200mm时。

三、按静强度条件进行校核
静强度校核得目得在于评定轴对塑性变形得抵抗能力。

这对那些瞬时过载很大,或应力循环得不对称性较为严重得得轴就是很有必要得。

轴得静强度就是根据轴上作用得最大瞬时载荷来校核得。

静强度校核时得强度条件就是:
式中:——危险截面静强度得计算安全系数;
——按屈服强度得设计安全系数;
＝1、2~1、4,用于高塑性材料(≤0、6)制成得钢轴;
＝1、4~1、8,用于中等塑性材料(＝0、6~0、8)制成得钢轴;
＝1、8~2,用于低塑性材料制成得钢轴;
＝2~3,用于铸造轴;
——只考虑安全弯曲时得安全系数;
——只考虑安全扭转时得安全系数;
式中:、——材料得抗弯与抗扭屈服极限,MPa;其中＝(0、55~0、62);
Mmax、Tmax——轴得危险截面上所受得最大弯矩与最大扭矩,N、mm;
Famax——轴得危险截面上所受得最大轴向力,N;
A——轴得危险截面得面积,m;
W、W T——分别为危险截面得抗弯与抗扭截面系数,m。

四、轴得设计用表
表4 抗弯抗扭截面模量计算公式。