大直径空心轴转子结构设计及机械强度计算.
轴的结构设计及强度计算
轴的结构设计及强度计算（1）轴的概述一．轴的功能及分类１．功能支撑回转零件并传递扭矩。
2．分类轴的用途及分类轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力按照承受载荷的不同，轴可分为：心轴─只承受弯矩的轴，如火车车轮轴。
传动轴─只承受扭矩的轴，如汽车的传动轴。
转轴─同时承受弯矩和扭矩的轴，如减速器的轴。
按照轴线形状的不同，轴可分为曲轴和直轴两大类。
直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴。
轴一般是实心轴，有特殊要求时也可制成空心轴，如航空发动机的主轴。
除了刚性轴外，还有钢丝软轴，可以把回转运动灵活地传到不开敞地空间位置。
二．轴的材料轴的材料主要是碳钢和合金钢，钢轴的毛坯多数用圆钢或锻件，各种热处理和表面强化处理可以显著提高轴的抗疲劳强度。
碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性比较低，适用于一般要求的轴。
合金钢比碳钢有更高的力学性能和更好的淬火性能，在传递大功率并要求减小尺寸和质量、要求高的耐磨性，以及处于高温、低温和腐蚀条件下的轴常采用合金钢。
在一般工作温度下（低于200℃），各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不多，因此相同尺寸的碳钢和合金钢轴的刚度相差不多。
高强度铸铁和球墨铸铁可用于制造外形复杂的轴，且具有价廉、良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，但是质较脆。
三．轴设计的主要内容轴的设计包括结构设计和工作能力验算两方面的内容。
（1）根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。
（2）轴的承载能力验算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的验算。
轴的设计过程是：选择材料—初估轴径—结构设计—校核强度，刚度，稳定性（2）轴的直径初估方法：类比法按扭矩估算一．轴的扭转强度强度条件：校核式：τT =T/WT=9.55 106P/0.2d3n≤[τT]设计式：d ≥[]362.01055.9n P T τ⨯=C 3nP C---系数（表12-2）（3）轴的结构设计轴的结构设计应该确定：轴的合理外形和全部结构尺寸。
轴的结构设计,轴的强度计算,轴的刚度计算
详见 P311 图16.3
16.2 轴的结构设计
轴肩处
r C或R 定位轴肩h 3 ~ 5mm，但 C或R 采用套筒、轴端挡圈、 圆螺母处： l轴 B轮
➢ 轴肩由定位面和内圆角组成
b
D h
d D
h C d
k、k 弯矩和转矩作用的有效 应力集中系数 (见附录表1、2， 配合零件的综合影响系 数见附录表3)
16.3 轴的强度计算
a、 a
a
a弯bb 曲和((扭bb 转WMWM应)力) 幅，
MPa；
b b
m、 m 弯曲和扭转平均应力， MPa；
m 0
m
2
表面状态系数（附录表 4及5）；
bmax b
16.2 轴的结构设计
2.轴上零件的周向固定 常用的周向固定方法有键、花键、成形、弹性环、销和过
盈配合等联接。
配合处＋键可传递较大T 配合处设置大倒角 装方便（对中性 ）
16.3 轴的强度计算
设计思路： (1)类比定结构 必要校核计算 (2)强度计算为依据 逐步结构细化（设计， 节约材料） 轴的强度计算主要由三种方法（据轴受载及对安全要求） （1）按许用切应力计算 （2）许用弯曲应力计算； （3）安全系数校核计算。 16.3.1 按许用切应力计算 1.应用（仅与T有关） (1)传动轴计算（主要T） (2)需初步结构化的转轴（只知T）
现在，又开发了一种可更换式主轴 系统， 具有一 机两用 的功效 ，用户 根据不 同的加 工对象 选择使 用，即 电主轴 和镗杆 可相互 更换使 用。这 种结构 兼顾了 两种结 构的不 足，还 大大降 低了成 本。是 当今卧 式镗铣 床的一 大创举 。电主 轴的优 点在于 高速切 削和快 速进给 ，大大 提高了 机床的 精度和 效率。
轴的强度计算与设计
轴的强度计算与设计发布者：环球轴承网来源：互联网发布日期：2007年12月28日9.3.1轴的扭转强度计算开始设计轴时，通常还不知道轴上零件的位置及支点位置，无法确定轴的受力情况，只有待轴的结构设计基本完成后，才能对轴进行受力分析及强度、刚度等校核计算。
因此，一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转受力情况对轴的直径进行估算。
设轴在转矩T的作用下，产生剪应力τ。
对于圆截面的实心轴，其抗扭强度条件为：式中T为轴所传递的转矩，单位为N·mm；Wr为轴的抗扭截面系数，单位为mm3；P 为轴所传递的功率，单位为kW；n为轴的转速，单位为r/min；τ，［τ］分别为轴的剪应力，单位为MPa；d为轴的估算直径，单位为mm。
轴的设计计算公式为常用材料的［τ］值、C值可查表9.1。
［τ］值、C值的大小的材料及受载情况关。
当作用在轴上的弯矩比转矩小，或轴只受转矩时，［τ］值取较大值，C值取较小值，否则相反。
由式（9.2）求出的直径值，需圆整成标准直径，并作为轴的最小直径。
如轴上有一个键槽，可将算得的最小直径增大3%～5%，如有两个键槽可增大7%～10%。
9.3.2轴的弯扭合成强度计算完成轴的结构设计后，作用在轴上外载荷（转矩和弯矩）的大小、方向、作用点、载荷种类及支点反力等就已确定，可按弯扭合成的理论进行轴危险截面的强度校核。
进行强度计算时通常把轴当作置于铰链支座上的梁，作用于轴上零件的力作为集中力，其作用点取为零件轮毂宽度的中点。
支点反的作用点一般可近似地取在轴承宽度的中点上。
具体的计算步骤如下：（1）画出轴的空间力系图。
将轴上作用力分解为水平面和垂直面分力，并求出水平面和垂直面上的支点反力。
（2）分别作出水平面上的弯矩（M H）图和垂直面上的弯矩（Mv）图。
（3）计算出合成弯矩M＝M2H+M2v，绘出合成弯矩图。
（4）作出转矩（T）图。
（5）计算当量弯矩Me＝M2H+（aT)2，绘出当量弯矩图。
式中α为考虑弯曲应力与扭转剪力循环特性的不同而引入的修正系数。
机械设计(8.4.1)--轴的强度计算
已知：作用在轴上的转矩T 适用： 1. 传动轴的设计； 2. 弯矩较小的转轴；3. 粗(初)估轴的直8-4 轴的强度计算一、按扭转强度条件轴的强度计算通常是在初步完成轴的结构设计后进行校核计算。
8-4轴的强度计算 一、按扭转强度条件[]23N/mm 2.01095503T T T dn PW T ττ≤⨯==τT ——轴的扭转应力，N/mm ，T ——轴传递的扭矩，N.mmW T ——轴的抗扭截面模量，mm 3；P ——轴传递的功率，kW ；n ——轴的转速，r/min ；[τT ]——许用扭转应力，N/mm ；8-4 轴的强度计算一、按扭转强度条件[]mm2.0109550 3.03.3nP A n P d T =⨯≥τ轴的最小直径设计公式：A 0——由轴材料及承载情况确定的系数，A 0=110~160, 材质好、弯矩较小、无冲击和过载时取小值；反之取大值。
β——空心轴内外径的比值，常取0.5～0.6。
当轴上有键槽时，应适当增大轴径：单键增大3%-5%8-4 轴的强度计算 一、按扭转强度条件实心圆轴[]mm )1( )1(2.0109550 3.403.43nPA n P d T βτβ-=-⨯≥空心圆轴已知：各段轴径，轴所受各力、轴承跨距计算：轴的强度步骤：可先画出轴的弯矩扭矩合成图，然后计算危险截面的最大弯曲应力。
二、按弯扭合成强度计算主要用于计算一般重要，受弯扭复合的轴。
计算精度中等。
[]222N/mm 4b T b ca στσσ≤+=第三强度理论[]b T caT T b WT M W T W M WT d T W T dM W M σστσ≤+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫⎝⎛==≈=≈=222332422.01.0122][)(-≤+==b caca WT M W M σασ弯曲应力 对称循环弯曲应力与扭转切应力的循环特征不同所以引入的应力校正系数α扭转应力不变化的转矩脉动变化的转矩频繁正反变化的转矩[][],3.011≈=+-b b σσα[][],6.001≈=-b b σσα[][],111≈=--b b σσα[σ]-1对称循环应力下轴的许用应力[σ]0脉动循环应力下轴的许用应力[σ]+1静应力下轴的许用应力轴的许用弯曲应力，表8-3[]311.0-≥b caM d σ122][)(-≤+==b cacaWT M W M σασ计算弯矩或校核轴径已知：轴的结构和尺寸、轴所受各力、轴承跨距、过渡圆角、表面粗糙度、轴毂配合计算：轴的强度用于重要的轴，计算精度高且复杂三、按疲劳强度计算安全系数8-4 轴的强度计算三、按疲劳强度计算安全系数轴的疲劳强度许用安全系数[S]＝1.3-1.5,用于材料均匀；[S]=1.5-1.8,用于材料不够均匀；[S]=1.8-2.5,用于材料均匀性及计算精确度很低,或轴径 d>200mm 。
空心轴的设计计算公式
空心轴的设计计算公式
空心轴是一种常见的机械零件，其设计需要考虑多个因素，包括轴的材料、直径、长度、载荷等。
在设计空心轴时，需要使用一些计算公式来确定其尺寸和性能。
我们需要确定空心轴的最大扭矩。
扭矩是轴所能承受的力矩，通常用牛顿米（N·m）或英尺磅（ft·lb）表示。
最大扭矩的计算公式为：Tmax = (π/16) * σy * d^3
其中，Tmax为最大扭矩，σy为轴材料的屈服强度，d为轴的直径。
这个公式假设轴是圆形的，且材料的应力分布是均匀的。
接下来，我们需要计算空心轴的弯曲应力。
弯曲应力是轴在受到弯曲力矩时所产生的应力，通常用帕斯卡（Pa）表示。
弯曲应力的计算公式为：
σb = (M * y) / I
其中，σb为弯曲应力，M为弯曲力矩，y为轴的截面形心距，I为轴的截面惯性矩。
这个公式假设轴是直线的，且材料的应力分布是均匀的。
我们需要计算空心轴的转动惯量。
转动惯量是轴在旋转时所具有的惯性，通常用千克·米^2（kg·m^2）表示。
转动惯量的计算公式为：
I = (π/64) * (d^4 - d1^4)
其中，d为轴的外径，d1为轴的内径。
这个公式假设轴的截面是圆环形的。
设计空心轴需要考虑多个因素，包括最大扭矩、弯曲应力和转动惯量等。
通过使用上述计算公式，可以确定空心轴的尺寸和性能，从而满足机械系统的要求。
机械轴的设计、计算、校核
机械轴的设计、计算、校核轴的设计、计算、校核轴的设计、计算、校核以转轴为例，轴的强度计算的步骤为：1.轴I的强度校合（1）求作用在齿轮上的力111221386333381.3082tTF Nd⨯===11tan203381.3tan201230.69r tF F N=︒=⨯︒=（2）求轴承上的支反力垂直面内：NV1F917=NNV2F314=N水平面内：12518NHF N=NH2F863N=（1）画受力简图与弯矩图根据第四强度理论且忽略键槽影响[]170MMPa Wσσ-==〈= （M =332W dπ=）69.210W -=⨯[]531161.93101025.69709.210ca M Mpa MPa W σσ---⨯⨯===〈=⨯()[]53132 2.34101020.69700.10.045ca M Mpa MPa W σσ--⨯⨯===〈=⨯ 所以轴的强度足够2.校合轴II 的强度（1）求作用在齿轮上的力 21t t F F == 3381.30N 21r r F F ==1230.69N33225880239967118t T F N d ⨯===Ⅱ3tan tan 2099673739cos cos14.6n r ta F F N β︒==⨯=︒tan 9967tan142485a t F F N β==⨯︒=（2）求轴承上的支反力水平面内：31323(8511897)97(11897)2NV r r a d F F F F ⨯+++⨯=⨯++⨯求得1NV F =162N3232(8511897)(11885)852NV r a r d F F F F ⨯+++⨯++⨯=⨯求得NV2F =-2670N 垂直面内：123(8511897)(11897)97NH t t F F F ⨯++=⨯++⨯求得1NH F =5646N 232(8511897)(85118)85NH t t F F F ⨯++=⨯++⨯求得2NH F =7700N（2） 画受力简图与弯矩图(4)按弯扭合成应力校核轴的强度在两个轴承处弯矩有最大值，所以校核这两处的强度[]22170()a caMP T M σασ-+= 332W dπ=载荷 水平面H 垂直面V支反力F 1NH F =5646N2NH F =7700N 1NV F =162N NV2F =-2670N弯矩M 11297770097746900NHMax NH M F N mm=⨯=⨯=• 1297267097258990NVMax NV M F N mm=⨯=⨯=•查得材料的敏性系数为 ,应力集中系数为查得表面质量系数查得尺寸系数为 ；查得扭转尺寸系数为计算得综合系数为取40Cr 的特征系数为，取 ，取计算安全系数故可知截面III 左侧安全 截面A 右侧抗弯截面系数 3320.10.19112.545W d mm ==⨯= 抗扭截面系数 3320.20.21822545W d mm ==⨯= 截面A 左侧的弯矩M 为 5958802335766497M N mm =⨯=• 截面A 左侧的扭矩T 为2588023T T N mm ==• 截面上的弯曲应力39b M MPa W σ==截面上的扭转切应力32b TMPa Wtσ== 轴的材料为45钢，调质处理。
空心轴强度的计算与分析
空心轴强度的计算与分析空心轴是一种常见的结构形式，广泛应用于桥梁、塔楼等建筑物的设计和建造中。
空心轴的强度计算和分析是设计师和工程师在设计过程中必须考虑的重要问题之一。
本文将探讨空心轴强度的计算和分析方法，帮助读者更好地理解和应用于实际工程中。
空心轴的强度计算是建立在力学原理的基础上的。
首先，我们需要确定空心轴的几何特征，包括外径、内径和长度。
接下来，我们要对空心轴进行截面分析，计算其截面面积和截面模量。
在进行强度计算时，主要考虑以下几个方面：1. 弯曲强度：空心轴在工作状态下通常会受到弯曲力的作用。
为了计算空心轴的弯曲强度，我们可以使用弯曲强度计算公式，其中包括杨氏模量、截面面积和截面矩。
这些参数通过对截面进行几何分析可以得到。
2. 剪切强度：剪切力是空心轴另一个重要的工作状态下的受力情况。
为了计算空心轴的剪切强度，我们需要确定其剪切模量和截面面积。
剪切强度计算公式可以通过这些参数和剪切力得到。
3. 扭转强度：扭转力是作用在空心轴上的一种受力情况。
空心轴在扭转状态下会受到很大的应力和变形。
为了计算空心轴的扭转强度，我们需要知道其截面的扭转常数和截面面积。
通过扭转强度计算公式，可以根据这些参数和扭转力来进行计算。
除了上述三种受力状态下的强度计算，我们还需要考虑空心轴的强度组合问题。
在实际工程中，空心轴通常同时承受多种受力状态，如弯曲、剪切和扭转力等。
为了综合考虑各种受力情况，我们需要对这些受力状态进行组合，计算空心轴在各种受力组合下的最不利情况。
通常，我们可以采用弯曲、剪切和扭转强度的组合计算公式，来确定空心轴在综合受力情况下的最小强度。
除了强度计算，我们还可以通过有限元分析等方法对空心轴的受力情况进行更精细的分析。
有限元分析方法可以模拟空心轴在实际受力情况下的变形和应力分布情况，帮助工程师更好地理解和优化设计。
然而，有限元分析方法通常需要计算机软件的支持，需要进行一系列的计算和模型建立，增加了设计的复杂性和时间成本。
大直径空心轴转子结构设计及机械强度计算.
不超过５２００ｍｍ的电机转子。而ＺＤ３１５／１３４４１００ｋＷ
电机若设计采用实心轴的话，其转子总重量将达８０吨，总长为６７８５ｒｒａｎ，为此只能采用空心轴结构。全焊接空心轴因为在浸漆前就已将两端的两段实心轴部分联接在一起，因此加大了转子浸漆的吨位及整体长一１０一
对大直径、大转矩的电动机来说，电机制造难
度、造价的增加主要还在于转子轴及转子支架。因
为转轴要锻造、轴径要粗，还要有充分的冷却，转子铁心压装要求高，加工困难。因此如何改进电机的结构，特别是改进电机转子、转子轴的结构已成为电机行业的一大课题。上海电机厂于二十世纪六十年代末就对转子空心轴的结构在大型直流电机上的应用进行攻关研究，最近为国内钢铁厂热轧工程轧机
度，该电机的制造只能采用组合式空心轴结构。组合式空心轴选用材料方便，容易找到两种焊接性能差别不大的材料来做空－１、５＇轴圆筒和空心轴法兰盘，且焊接时占地空间、面积小，对设备的要求不是很高。但是组合式空心轴结构要比全焊接空心轴结构多一次两侧实心轴的装、拆轴工艺。这种结构必须要有大量的高强度螺栓、圆柱销等配合连接零件，且金加工工序多、周期长、精度高、技术难度大，同时要严格控制转
２７２８０ｋｇ
转轴的临界转速３３１０ｒ／ｒａｉｎ
１５１３ｒ／ｍｉｎ
非传动端３８８ｋＮ有效铁心长度
１１７ｅｒａ１１７ｅｒａ
轴承支撑力传动端３５３ｋＮ
空心圆筒长度１７３ｃｍ
总集中扭矩
２９４０ｋＮｍ
非传动端５５１ｋＮｍ主极气隙长度０．７ｅｒａ
空心轴的设计计算公式
空心轴设计计算公式空心轴是一种常见的机械零件，在机械设计中起着重要的作用。
它具有重量轻、强度高等特点，能够有效地减小机械传动的惯性负载，提高机械运转的效率。
关于空心轴的设计计算公式，可以从以下几个方面进行探讨：1.转矩计算公式转矩是空心轴设计的最基本要素，它直接关系到轴的强度和承载能力。
空心轴的转矩计算公式为：T = π/16 * [D1^3 - D2^3] * τ其中，T为转矩，D1为外径，D2为内径，τ为轴材料的抗剪强度。
该公式的意义在于通过轴的外径和内径的差异，来计算轴的承载和强度。
2.弯曲应力公式在机械传动中，轴杆常常会受到弯曲变形的影响，因此弯曲应力也是空心轴设计中不可忽视的重要参数。
其计算公式为：σb = M * y / I其中，M为作用在轴上的弯矩，y为垂直于轴线的距离，I为轴面惯性矩。
该公式用于计算轴材料在弯曲形变下的应力，以判断轴的强度和承载能力。
3.轴承压力计算公式轴承对轴的承载和转动起着重要的作用，因此轴承压力也是轴设计中必不可少的一项考虑因素。
其计算公式为：P = Fa / Ds其中，P为轴承压力，Fa为轴承承受的轴向力，Ds为轴的直径。
该公式用于计算轴承的承载压力，以判断合适的轴承类型和数量。
4.空心轴重量计算公式空心轴的设计中还需要考虑轴的重量，该参数对于机械的传动效率和运行稳定性都有重要影响。
轴的重量计算公式为：G = π / 4 * [D1^2 - D2^2] * L * ρ其中，G为轴的重量，L为轴的长度，ρ为轴材料的密度。
该公式用于计算轴的重量，以判断机械传动的稳定性和可靠性。
以上是空心轴设计中常用的几项计算公式，设计者可以根据实际情况进行选择和应用。
第三章转子、叶轮结构和强度计算
谢永慧
34
透平零件结构与强度计算
切向力
dT ydR
径向分力平衡
dC dP' dP 2dT sin d 0
2
叶轮受力平衡方程式
东汽培训班 2019/11/1
2R2 y
r
y
R
dy dR
Ry
d r
dR
y
0
பைடு நூலகம்
西安交通大学叶轮机械研究所
谢永慧
v R
dv dR
36
透平零件结构与强度计算
东汽培训班 2019/11/1
旋转叶轮强度计算基本微分方程
d 2v dR2
1 y
dy dR
1 R
dv dR
Ry
dy dR
1 R2
v
2
1 2
E
R
0
直接求解上述方程比较困难，通常用阶梯形的 等厚型线代替复杂的叶轮型线
微元体受力 微元体离心力
dC dmR 2 R2 2 yddR
径向力
dP r yRd
dP' ( r d r )( y dy)( R dR)d dP' r yRd r ( ydR Rdy)d Ryd rd
西安交通大学叶轮机械研究所
谢永慧
16
透平零件结构与强度计算
东汽培训班 2019/11/1
微型燃气轮机实验台拉杆转子
西安交通大学叶轮机械研究所
谢永慧
17
透平零件结构与强度计算
空心车轴强度计算分析
—384—创新观察空心车轴强度计算分析李保鑫 初 艳 于 跃 （中车大连机车车辆股份有限公司，辽宁 大连 116021）摘 要：为保证列车行车安全，对空心车轴进行了计算分析。
根据标准EN13104，选取空心车轴20个截面，计算出各个截面的等效应力。
利用Hypermesh 和Ansys 软件对空心车轴进行有限元分析，并进行对比验证。
结果表明，两种方法计算的车轴最大应力的截面均位于车轴轮座缓和槽结合处，车轴任一截面的应力均小于其许用应力，计算结果满足车轴强度设计要求。
关键词：空心车轴；有限元；车轴强度前言车轴是转向架的主要承载部件，其强度大小决定了车辆的行车安全。
由于转向架轻量化的要求，空心车轴应用越来越广泛，因此对空心车轴进行强度校核是非常必要的。
目前，车轴强度计算方法主要有以下两种：一、是按照行业标准对车轴进行强度校核，常用的标准有日本JIS 标准、欧盟的标准以及中国的TB 标准；二、是在各个标准的基础上利用有限元软件进行仿真计算[1]。
本文利用欧盟的EN13104标准对空心车轴进行强度计算。
此外，利用Hypermesh 软件和ANSYS 软件对车轴进行静强度分析，从而利用两种方法对车轴强度分析进行对比验证。
1.车轴受力分析车辆运行过程中，车轴承担的载荷主要分为簧上和簧下的质量载荷，基础制动产生的载荷，以及驱动系统产生的载荷。
1.1簧上簧下质量载荷受力分析车辆在运行过程中簧上簧下质量振动下轮对受力主要包括分左右侧轴颈的垂向力，轨道对车轮的垂向力，轨道对车轮的横向力，大齿轮振动产生的惯性力。
1.2.制动载荷转向架采取轮盘制动方式。
根据EN13104标准，制动工况下产生的载荷主要分为三部分，在轴颈、轮座处产生相反的垂向力和纵向力。
1.3驱动载荷驱动载荷主要分为两部分，一是由驱动扭矩产生的作用于车轮的牵引力，二是由驱动齿轮作用于驱动大齿轮的啮合力产生的作用于轴颈的垂向力和纵向力。
2.截面应力分析车轴强度分析的危险截面出现在截面弯矩最大、截面尺寸较小、截面突变（或应力集中）和过盈配合等区域，因此在分析中确定20个危险计算截面，其位置如图1所示。
轴结构设计和强度校核
一、轴的分类按承受的载荷不同, 轴可分为：转轴——工作时既承受弯矩又承受扭矩的轴。
如减速器中的轴。
虚拟现实。
心轴——工作时仅承受弯矩的轴。
按工作时轴是否转动，心轴又可分为：转动心轴——工作时轴承受弯矩，且轴转动。
如火车轮轴。
固定心轴——工作时轴承受弯矩，且轴固定。
如自行车轴。
虚拟现实。
传动轴——工作时仅承受扭矩的轴。
如汽车变速箱至后桥的传动轴。
固定心轴转动心轴转轴传动轴二、轴的材料轴的材料主要是碳钢和合金钢。
钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。
由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造尤为广泛，其中最常用的是45号钢。
合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。
因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。
必须指出：在一般工作温度下（低于200℃），各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不多，因此在选择钢的种类和决定钢的热处理方法时，所根据的是强度与耐磨性，而不是轴的弯曲或扭转刚度。
但也应当注意，在既定条件下，有时也可以选择强度较低的钢材，而用适当增大轴的截面面积的办法来提高轴的刚度。
各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以及表面强化处理（如喷丸、滚压等），对提高轴的抗疲劳强度都有着显著的效果。
高强度铸铁和球墨铸铁容易作成复杂的形状，且具有价廉，良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，可用于制造外形复杂的轴。
轴的常用材料及其主要力学性能见表。
三、轴的结构设计轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。
轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴联接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。
由于影响轴的结构的因素较多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式。
第三章：转子、叶轮结构和强度计算_最终
转子是透平十分重要的部件，保证转子安全工作是设 计制造部门的重要任务之一。 转子的工作条件相当复杂，转子处在高温工质中，并以 高速旋转。 转子承受由于叶片和转子本身离心力引起的很大的应力 以及由于温度分布不均匀引起的温度应力。 透平转子和其他高速旋转机械一样，由于不平衡质量的 离心力，将引起转子振动。此外，转子还要传递作用在叶片上 的气流力产生的扭矩等。 因此，必须对转子、叶轮进行强度计算，任何设计、 制造、运行等方面工作的疏忽，均会造成重大事故。
3-1 转子和叶轮结构
广泛采用的是轮式整锻转子。由于采用叶轮弥补了上述空心 鼓式转子强度不足的缺点，其圆周速度容许达到170-200米/秒以上。
3-1 转子和叶轮结构
整锻转子加工过程
3-1 转子和叶轮结构
为了保证锻件的良好质量，整锻转子的尺寸是受到一定限制的。如 果转子有几级叶轮直径过大而锻造困难而且由于后面低压级蒸汽温度低， 叶轮可用低一级的材料。此时亦可以采用组合转子，即在整锻转子轴上套 上几级叶轮。如图3-5所示为整锻和套装组合的转子，高压部份的前11级叶 轮是整锻，后面低压部分7级叶轮为套装。
着手设计叶轮时，先必须考虑叶轮与透平轴的联结方法。 对套装叶轮，通常是用键来联结，同时为了使叶轮与轴可靠的联结， 也就是说要保证在叶轮工作时，叶轮与轴保持对中 (同心)，且相对于轴的 位置不变，还必须把叶轮红套在轴上。
3-1 转子和叶轮结构
图3-11用键和过盈联结叶轮与轴。扭矩 借接触摩擦力和键来传递。
3-1 转子和叶轮结构
焊接转子具有整锻转子所有的许多优点，但它比整锻转子重量轻；特别 是锻件小容易获得高质量锻件。它比套装转子结构紧凑，而且刚度大。此外，焊 接转子的显著优点是强度大。焊接转子适于作为高温和高速条件下工作的转子型 式，而转子的重量和尺寸几乎不受限制。
空心转轴结构概说
一字型转轴分为空心结构及实心结构空心结构: 此结构为利用公轴外径与母轴内径干涉，使公、母轴转动时产生扭力，不同于实心结构是利用套筒之干涉于公母轴间。
如下图结构中之分类。
如下图空心结构之干涉：空心结构之转轴：其构造十分简单、容易生产、影响扭力之因素即为公轴与母轴配合时之干涉量，但在一定之尺寸范围内其干涉量不得过大，否则即产生结构破坏，所以需要求较精密之尺寸公差，符合所需干涉要求。
空心结构之强度：为了实际应用之扭力值以及装配上方便之需要，都将公轴之实心去除成为空心之公轴，故称之为空心结构。
结构空心之强度，对扭力的影响亦非常大。
目前最主要控制扭力范围之方式，主要就以干涉值以及公轴空心之强度设计，来配合母轴之外观尺寸需要。
切槽之设计：一般而言，若以相同外观体积之空心结构可设计出较高扭力值之转轴，但为了考虑其寿命稳定性，需给予公母轴干涉摩擦时，增加公轴之挠度以期寿命稳定。
另外均会于公轴套入母轴之截面上，对公轴切入一槽，其宽度与深度则依设计者扭力要求之需要作设计，亦可作为二次扭力调整之辅助。
油沟之设计：原则上公母轴间之配合，干涉摩擦面积愈大，可产生之扭力值愈大，油沟之设计虽减少摩擦面积，却常用于较高扭力值的转轴中，其原因可对公母轴干涉所产生之径向压力探讨：“『径向压力=径向力/圆周面积』” ;“『摩擦力=径向压力*摩擦系数』”可知油沟虽减少摩擦面积，却在相同之径向力下，产生更高之径向压力，而得到相同之摩擦力。
油沟之作用:在较高的扭力转轴转动一段时间后，于摩擦面间磨屑逐渐产生，油沟除了供油蕴含外，也提供了愈来愈多的磨屑及时排出摩擦面之沟槽，避免磨屑影响扭力的不稳定，甚至是造成公母轴间的磨损，导致寿命减短。
斜沟与直沟之差别:转轴的扭力值愈高磨屑愈难排出于摩擦面外，斜沟更助于转动的行径时更直接排出磨屑，而且在转动之方向与斜沟之方向成一夹角，即可将外力于转轴转动时分解成一「径向力」与「轴向分力」，增加公母轴抵抗外力之稳定能力。
轴结构设计及强度计算
轴结构设计及强度计算§11—1 概述一、轴的用途与分类1、功用：1）支承回转零件；2）传递运动和动力2、分类按承基情况分转轴——T和M的轴——齿轮轴心轴——而不受扭矩：转动心轴（图11-2a）；固定心轴（图11-2b）传动轴——主要受扭矩而不受弯矩或弯矩很小的轴按轴线形状分直轴——光轴（图11-5a）——作传动轴（应力集中小）阶梯轴（图11-5b）：优点：1）便于轴上零件定位；2）便于实现等强度曲轴——另外还有空心轴（机床主轴）和钢丝软轴（挠性轴）——它可将运动灵活地传到狭窄的空间位置（图11-8），如牙铝的传动轴。
二、轴的材料及其选择碳素钢——价廉时应力集中不敏感——常用45#，可通过热处理改善机械性能，一般为正火调质和合金钢——机械性能（热处理性）更好，适合于大功率，结构要求紧凑的传动中，或有耐磨、高温（低温）等特殊工作条件，但合金钢对应力集中较敏感。
注意：①由于碳素钢与合金钢的弹性模量基本相同，所以采用合金钢并不能提高轴的刚度。
②轴的各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以及表面强化处理（喷丸、滚压）对提高轴的疲劳强度有显著效果。
表11-1，轴的常用材料及其主要机械性能表三，轴设计的主要内容：结构设计——按轴上零件安装定位要求定轴的形状和尺寸交替进行工作能力计算——强度、刚度、振动稳定性计算§11—2 轴的结构设计轴的结构外形主要取决于轴在箱体上的安装位置及形式，轴上零件的布置和固定方式，受力情况和加工工艺等。
轴的结构设计要求：①轴和轴上零件要有准确、牢固的工作位置；②轴上零件装拆、调整方便；③轴应具有良好的制造工艺性等。
④尽量避免应力集中（书上无）一、拟定轴上零件的装配方案根据轴上零件的结构特点，首先要预定出主要零件的装配方向、顺序和相互关系，它是轴进行结构设计的基础，拟定装配方案，应先考虑几个方案，进行分析比较后再选优。
原则：1）轴的结构越简单越合理；2）装配越简单、方便越合理。
2016新编26轴的设计之心轴及转轴的强度计算
、作合成弯矩图、作扭矩图、作当量弯矩图；与扭矩变化情况有关：设计公式：固定心轴，许用应力用其中：按、、、干部教育培训工作总结[干部教育培训工作总结] 年干部教育培训工作，在县委的正确领导下，根据市委组织部提出的任务和要求，结合我县实际，以兴起学习贯彻“三个代表”重要思想新高潮为重点，全面启动“大教育、大培训”工作，取得了一定的成效，干部教育培训工作总结。
现总结报告如下：一、基本情况全县共有干部**人，其中中共党员**人，大学本科以上学历**人，大专学历**人，中专学历**人，高中及以下学历**人。
**年，以县委党校、县行政学校为主阵地，举办各类培训**期，培训在职干部**人，占在职干部总数的**.*%，培训农村党员、干部**人，其中：举办科级领导干部轮训班*期，培训**人；举办科级领导干部“三个代表”重要思想专题学习班*期，培训**人；举办科级以下公务员培训班*期，培训**人；举办企业经营管理者培训班*期，培训**人；举办专业技术人员培训班*期，培训**人；举办非中共党员干部培训班*期，培训**人；举办理论骨干培训班*期，培训**人；举办妇女干部培训班*期，培训**人；举办基层团干培训班*期，培训**人；举办农村党支部书记、村主任培训班各*期，培训**人，达到了每年培训在职干部五分之一的要求，超额完成了培训任务。
另外，上派了*名县级领导干部、**名科级领导干部、*名中级以上职称的专业技术人员参加盛市委党校的培训，有**名县级领导参加了市委组织部、市委党校举办的“三个代表”重要思想轮训班，全面完成了上级的调学任务。
二、主要做法（一）着力抓好集中正规化培训1、加强领导，提高培训工作的计划性。
按照“党管人才”的原则，充分发挥牵头抓总作用，成立了县委干部培训教育工作领导小组，制定下发了《关于开展大规模培训干部工作的意见》和《**年度党员干部培训计划》，转发了市委办公室《关于印发〈吉安市干部“大教育、大培训”学分制实施办法〉的通知》。
大直径重载荷空气轴承结构
大直径重载荷空气轴承结构大直径重载荷空气轴承结构这玩意儿，听起来就特别高大上，但其实啊，它就像一个超级能干的大力士，默默地在很多地方发挥着巨大的作用。
咱先来说说这大直径。
大直径就意味着这个空气轴承它块头大呀。
就好比一个大饼，直径大了，覆盖的面积就广。
在实际应用里，大直径的空气轴承能够撑起更大的东西。
比如说在一些大型的工业设备中，那些大个头的旋转部件，就靠这大直径的空气轴承来稳稳地托着，就像一个巨人用双手稳稳地举着一个大圆盘，而且还得让这个圆盘能够灵活地转动呢。
再讲讲重载荷。
这重载荷就像是给这个空气轴承一个艰巨的任务，让它扛着很重很重的东西。
你可以想象一下，要是让你背着一个超级重的大背包去爬山，那得多累啊。
但是这空气轴承可不怕，它结构上有自己的小秘密。
它就像是一个精心设计的机械小宇宙，内部的结构相互配合，让它能轻松应对重载荷。
比如说它的承载面可能经过特殊的处理，或者内部的空气流通路径都是精心规划的，这样就能均匀地分散那些重重的压力，不会被压垮。
这空气轴承的结构呢，就像一个超级精密的小团队。
每个部件都有自己的角色。
有负责支撑的，就像团队里的顶梁柱，默默地承受着压力；有负责引导空气流动的，就像是个聪明的小向导，指挥着空气准确地到达需要的地方，让整个轴承能够顺畅地运转。
它们之间相互协作，缺一不可。
我曾经在一个工厂里见过这种大直径重载荷空气轴承结构的实际应用。
那是一个生产大型机械零件的地方，有一个巨大的旋转台，就靠着这个空气轴承。
我看到这个旋转台上面放着好几个巨大的模具，感觉都能把地面压个大坑。
可是当这个旋转台开始转动的时候，却特别平稳，就像在冰面上滑动一样顺滑。
我当时就特别好奇，这是怎么做到的呢？后来我才知道是这个神奇的空气轴承在发挥作用。
从那以后啊，我就对这大直径重载荷空气轴承结构特别感兴趣。
它虽然看起来普普通通的，就是一堆金属部件组合在一起，但是却有着这么强大的功能。
它就像一个低调的英雄，在工业的世界里默默地贡献着自己的力量，没有它，很多大型设备可能就没办法正常运转了。
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度、造价的增加主要还在于转子轴及转子支架。因
为转轴要锻造、轴径要粗，还要有充分的冷却，转子铁心压装要求高，加工困难。因此如何改进电机的结构，特别是改进电机转子、转子轴的结构已成为电机行业的一大课题。上海电机厂于二十世纪六十年代末就对转子空心轴的结构在大型直流电机上的应用进行攻关研究，最近为国内钢铁厂热轧工程轧机
现代大型电机的制造均要求转子采用绝缘性能优越、能提高绝缘强度和机械强度、减小吊装、浸漆吨位及尺寸的真空压力整体浸漆工艺。上海电机厂拥有目前亚洲最大的０４８００ｍｍ真空压力整体浸漆罐，但该罐及其附属设备也只能浸漆５０吨以下，单体总长
不超过５２００ｍｍ的电机转子。而ＺＤ３１５／１３４４１００ｋＷ
电机若设计采用实心轴的话，其转子总重量将达８０吨，总长为６７８５ｒｒａｎ，为此只能采用空心轴结构。全焊接空心轴因为在浸漆前就已将两端的两段实心轴部分联接在一起，因此加大了转子浸漆的吨位及整体长一１０一
和４）。
图３组合式空心轴
图４螺栓、销钉连接
另一种转子空心轴结构是将空心轴的中间空心圆筒制成后直接和两端实心轴相焊接，这种空心轴结构称为“全焊接空心轴”。这种结构与组合式空心轴相比，结构较为简单，其中间空心轴部分其实就是一个空心薄壁圆筒，设计时只须在两侧加工好焊接用的坡口即可，但对焊接的技术要求很高。
由于空心轴结构是一种大直径的薄壳圆筒结构，因此它与转子支架的配合就不宜采用热套过盈配合的结构。根据转子支架上需叠压的转子扇形冲片的结构，采用了在空心轴圆筒上焊接１５件“板凳”式支架筋的方式。且这些“板凳”式支架筋均是预先采用自动埋弧焊的方式焊接成形后再采用自动埋弧焊焊接到空心轴圆筒本体上去的（见图５和６）。１５件“板凳”式支架筋之间焊接有立筋，且在换向器端一侧焊接有一块整圆幅板，以使１５根支架筋相互连
２００５．Ｎｏ．１
大直径空心轴转子结构设计及机械强度计算
大直径空心轴转子结构设计及机械强度计算
陈明镜谢宝昌上海交通大学
摘要：针对大直径高转矩电机制造难度大且造价高的问题，本文介绍了用于钢铁厂轧机的大型电机
空心轴转子结构设计和机械强度计算。与同功率实心轴转子相比较，结果显示空心轴具有明显的优越
性。
关键词：电机大型空心轴机械强度计算结构设计
１３４０ｍｍ（１４２０ｍｍ），转子总长度６７８５ｍｍ（７４００ｍｍ）。
中空轴部分
图１电机转子轴的空心轴结构
图２电机转子轴的实心轴结构
由上述数据可看出，电机转子直径相同，总长及
铁心本体长度相差不大（约６％），转子单件重相差
２８３８０ｋｇ，空心轴与实心轴相比轻达３１．７％，因此采
用空心轴结构即使不计其性能改善，仅节约材料及
不同材料组成，其中中间圆筒部分由９０ｍｍ厚的Ｑ２３５一Ａ普通厚钢板滚圆成内径为巧１７４０ｍｍ的圆筒。要求滚圆后圆度控制在２ｍｍ左右，否则将会影响到转子的动、静平衡校正及圆筒上的焊接和加工。
而与空心轴圆筒相配的两端法兰材料则采用１６Ｍｎ
优质合金锻钢。这种材料经过调质及回火处理，机
械强度高，焊接性能好，便于与圆筒部分的焊接。
４１００ｋｗ（５７５０ｋＷ），额定电压７５０Ｖ（１０００Ｖ）；基速
４０ｒ／ｍｉｎ，基速及以下恒转矩调压调速，２．５倍额定电流过载，２．７５倍额定电流切断；高速８０ｒ／ｍｉｎ，基速至高速恒功率弱磁调速，１．８倍额定电流过载，２倍额定电流切断；他励３００Ｖ（１００Ｖ），绝缘等级为Ｆ级绝缘和Ｂ级温升考核，ｓ１工作制连续运行；总重量１３３３００ｋｇ（２１１０００ｋｇ），转子单件重量６１２２０ｋｇ（８９６００ｋｇ），转子直径口３１５０ｍｍ，转子铁心长度
生产的大型直流电机（ＺＤ３１５／１３４，４１００ｋＷ）上采用
了国内外罕见的空心轴结构，获得了较为良好的制
造和使用效果。本文就此结合直流电机空心轴转子
制造实例对空心轴结构和机械强度设计计算进行探讨。
２．电机的基本技术参数
为了便于比较给出了两种型号大型直流电机
ＺＤ３１５／１３４和ＺＤ３１５／１４２的基本技术参数，其中括号中的数据为型号ＺＤ３１５／１４２的参数；转子轴空心轴（实心轴）结构（如图１和２所示），额定功率
度，该电机的制造只能采用组合式空心轴结构。组合式空心轴选用材料方便，容易找到两种焊接性能差别不大的材料来做空－１、５＇轴圆筒和空心轴法兰盘，且焊接时占地空间、面积小，对设备的要求不是很高。但是组合式空心轴结构要比全焊接空心轴结构多一次两侧实心轴的装、拆轴工艺。这种结构必须要有大量的高强度螺栓、圆柱销等配合连接零件，且金加工工序多、周期长、精度高、技术难度大，同时要严格控制转
－－－——９・－－——
万方数据
上海大中型电机
轴承承重性能改善也是很显著的。
３．空心轴结构转子制造特点
转子空心轴结构大致可分为二种：一是空心轴中间圆筒Βιβλιοθήκη 成后，两端配法兰连接，然后用螺栓和圆
柱销将两端实心轴配合紧固成一体，国外也有采用螺栓和圆柱销合二为一的锥形超级把合螺栓紧固的，这种空心轴结构简称为“组合式空心轴”（见图３
１．前言
随着电机的单机容量及整机尺寸越来越大，但受电机制造工艺及装备的影响，较多地采用双电枢或双电机串联传动方式。这种结构方式由于存在电磁及负荷不平衡乃至不同步，且联接结构复杂、轴系较长、占地面积大、使用维护工作量增加，因而总体投资及后续费用与单电机相比也不经济合理。因此迫切需要直接传动的低速大直径、短铁心结构电动机，避免大直径高速电机加齿轮箱减速的方案，以减少电机的传动损耗和占地面积，还可以减少整个设备的成本和维护费用，提高运转的可靠性。
子轴系加工、连接及装配产生的误差。
空心轴的中间部分圆筒加工由于大型滚圆机的
应用变得非常简单，且只须根据机械强度和电机制
造工艺的要求，选用一定厚度、规格、品种的厚钢板滚圆成一定的直径并焊接拼缝即可。这种结构的空
心轴，与同直径的实心轴相比，飞轮转矩小，结构牢
固和强度好，承受重负荷能力强。
根据ＺＤ３１５／１３４，４１００ｋＷ，４０／８０ｒ／ｍｉｎ电机的实际工况，最终确定电机空心轴的本体是由三段两种
以上三段材料分别经过端部坡口、定位止口加工后，采用自动埋弧焊的工艺焊接，焊接时的工艺流程同全焊接空心轴相类似。但由于两端法兰是平底圆盘结构且轴向尺寸较短，因此其对加热、旋转等所需设备要求相对较低，但焊接时同样要求保持工件加热、旋转。焊接结束后，还须经多次焊缝探伤检查，证实焊接良好，无砂孔、夹杂或虚焊。