按疲劳强度计算安全系数轴的疲劳强度许用安全系数

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机械设计复习题

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line-height: 18px; background-color: rgb(255, 255, 255);">1.涓嬪垪鍥涚杞存壙涓紝锛?nbsp; 锛夊繀椤绘垚瀵逛娇鐢ㄣ€?/span>A銆?/span> 娣辨矡鐞冭酱鎵?B銆?/span> 鍦嗛敟婊氬瓙杞存壙C銆?/span> 鎺ㄥ姏鐞冭酱鎵?D銆?/span> 鍦嗘煴婊氬瓙杞存壙43銆?span style="color: rgb(51, 51, 51); font-family: 寰蒋闆呴粦, 瀹嬩綋, 'Lucida Grande', 'Lucida Sans Unicode', Arial, Verdana, sans-serif; line-height: 18px; background-color: rgb(255, 255, 255);">2 鍦ㄥ伐绋嬩腑锛屽甫杞殑缁撴瀯涓昏鏍规嵁鍐冲畾銆?/span>A銆?/span> 甯︾殑鎴潰褰㈢姸B銆?/span> 甯︾殑闀垮害C銆?/span> 甯﹁疆鐩村緞D銆?/span> 甯︿紶閫掔殑鍔熺巼44銆?span style="color: rgb(51, 51, 51); font-family: 寰蒋闆呴粦, 瀹嬩綋, 'Lucida Grande', 'Lucida Sans Unicode', Arial, Verdana, sans-serif; line-height: 18px; background-color: rgb(255, 255, 255);">1 闆朵欢鐨勬埅闈㈠舰鐘朵竴瀹氾紝褰撴埅闈㈠昂瀵稿澶ф椂锛屽叾鐤插姵鏋侀檺灏嗛殢涔?nbsp; 銆?/span>A銆?/span> 澧炲ぇB銆?/span> 涓嶅彉C銆?/span> 闄嶄綆D銆?/span> 鏃犺寰嬪彉鍖?45銆?span style="color: rgb(51, 51, 51); font-family: 寰蒋闆呴粦, 瀹嬩綋, 'Lucida Grande', 'Lucida Sans Unicode', Arial, Verdana, sans-serif; line-height: 18px; background-color: rgb(255, 255, 255);">1. 閲囩敤鍑稿彴鎴栨矇澶村骇鍏剁洰鐨勪负銆?/span>A銆?/span> 渚夸簬鏀剧疆鍨湀B銆?/span> 閬垮厤铻烘爴鍙楀集鏇插姏鐭?C銆?/span> 鍑忓皯鏀壙闈㈢殑鎸ゅ帇搴斿姏D銆?/span> 澧炲姞鏀壙闈㈢殑鎸ゅ帇搴斿姏46銆?span style="color: rgb(51, 51, 51); font-family: 寰蒋闆呴粦, 瀹嬩綋, 'Lucida Grande', 'Lucida Sans Unicode', Arial, Verdana, sans-serif; line-height: 18px; background-color: rgb(255, 255, 255);">3. 铻虹汗鐨勫嵄闄╂埅闈㈠簲鍦?nbsp; 涓娿€?/span>A銆?/span> 澶у緞B銆?/span> 灏忓緞C銆?/span> 涓緞D銆?/span> 鐩村緞47銆?span style="color: rgb(51, 51, 51); font-family: 寰蒋闆呴粦, 瀹嬩綋, 'Lucida Grande', 'Lucida Sans Unicode', Arial, Verdana, sans-serif; line-height: 18px; background-color: rgb(255, 255, 255);">2 褰撻摼浼犲姩鐨?nbsp; 锛岄摼浼犲姩鐨勪紶鍔ㄦ瘮鎭掔瓑浜?銆?/span>A銆?/span> 涓よ疆榻挎暟鐩哥瓑锛屼笖涓績璺濅负鑺傝窛鐨勬暣鏁板€? B銆?/span> 涓よ疆鐩村緞鐩哥瓑锛屼笖涓績璺濅负鏁存暟C銆?/span> 涓よ疆榻挎暟鐩哥瓑锛屼笖閾捐妭鏁颁负鏁存暟D銆?/span> 涓よ疆鐩村緞鐩哥瓑锛屼笖閾捐疆榻挎暟涓哄鏁?48銆?span style="color: rgb(51, 51, 51); font-family: 寰蒋闆呴粦, 瀹嬩綋, 'Lucida Grande', 'Lucida Sans Unicode', Arial, Verdana, sans-serif; line-height: 18px; background-color: rgb(255, 255, 255);">1 娓愬紑绾胯姳閿竴鑸笉鐢ㄤ簬灏忓昂瀵歌酱瀛旇仈鎺ョ殑鍘熷洜鏄痏__銆?/span>A銆?/span> 閿娇鐨勯珮搴︿綆B銆?/span> 榻挎牴鍦嗚杩囧ぇC銆?/span> 閿晶瀹氬績鍥伴毦D銆?/span> 鑺遍敭瀛斿姞宸ュ洶闅?49銆?span style="color: rgb(51, 51, 51); font-family: 寰蒋闆呴粦, 瀹嬩綋, 'Lucida Grande', 'Lucida Sans Unicode', Arial, Verdana, sans-serif; line-height: 18px; background-color: rgb(255, 255, 255);">1 鎵垮彈棰勭揣鍔決P鐨勭揣铻烘爴鑱旀帴,鍦ㄥ彈宸ヤ綔杞借嵎F 鏃讹紝娈嬩綑浣欓绱у姏涓篞鈥橮锛屽叾铻烘爴鎵€鍙楃殑鎬绘媺鍔決涓篲_________銆?/span>A銆?/span> 棰勭揣鍔涗笌宸ヤ綔杞借嵎涔嬪拰B銆?/span> 鍓╀綑棰勭揣鍔涗笌宸ヤ綔杞借嵎涔嬪拰C銆?/span> 鍓╀綑棰勭揣鍔涗笌杞借嵎澧為噺涔嬪拰50銆?span style="color: rgb(51, 51, 51); font-family: 寰蒋闆呴粦, 瀹嬩綋, 'Lucida Grande', 'Lucida Sans Unicode', Arial, Verdana, sans-serif; line-height: 18px; background-color: rgb(255, 255, 255);">1 娓愬紑绾胯姳閿竴鑸笉鐢ㄤ簬灏忓昂瀵歌酱瀛旇仈鎺ョ殑鍘熷洜鏄痏__銆?/span>A銆?/span> 閿娇鐨勯珮搴︿綆B銆?/span> 榻挎牴鍦嗚杩囧ぇC銆?/span> 閿晶瀹氬績鍥伴毦D銆?/span> 鑺遍敭瀛斿姞宸ュ洶闅?51銆?span style="color: rgb(51, 51, 51); font-family: 寰蒋闆呴粦, 瀹嬩綋, 'Lucida Grande', 'Lucida Sans Unicode', Arial, Verdana, sans-serif; line-height: 18px; background-color: rgb(255, 255, 255);">鎸夐瀹氬姩杞借嵎閫氳繃璁＄畻閫夌敤鐨勬粴鍔ㄨ酱鎵匡紝鍦ㄩ瀹氫娇鐢ㄦ湡闄愬唴锛屽叾宸ヤ綔鍙潬搴︿负锛?nbsp; 锛夈€?/span>A銆?/span> 50%B銆?/span> 90%C銆?/span> 95%D銆?/span> 99%52銆?span style=";font-family:瀹嬩綋">閿仈鎺ヤ腑锛屽钩閿殑鍓栭潰灏哄鏄牴鎹?/span> 閫夋嫨鐨勩€?/span>A銆?/span> A 閿仈鎺ュ杞寸殑鐩村緞B銆?/span> B 閿殑鍓垏寮哄害C銆?/span> C 鑱旀帴鐨勬尋鍘嬪己搴?53銆?span style="color: rgb(51, 51, 51); font-family: 寰蒋闆呴粦, 瀹嬩綋, 'Lucida Grande', 'Lucida Sans Unicode', Arial, Verdana, sans-serif; line-height: 18px; background-color: rgb(255, 255, 255);">鐗欏祵绂诲悎鍣ㄥ簲鐢ㄦ渶骞跨殑鐗欏舰鏄痏_______銆?/span>A銆?/span> 鐭╁舰B銆?/span> 涓夎褰?C銆?/span> 姊舰D銆?/span> 閿娇褰?54銆?span style="color: rgb(51, 51, 51); font-family: 寰蒋闆呴粦, 瀹嬩綋, 'Lucida Grande', 'Lucida Sans Unicode', Arial, Verdana, sans-serif; line-height: 18px; background-color: rgb(255, 255, 255);">9褰卞搷甯︿紶鍔ㄦ渶澶ф湁鏁堟媺鍔涚殑鍥犵礌涓?nbsp;锛堬級銆?/span>A銆?/span> 棰勭揣鍔汧0銆乫鍜屛?B銆?/span> 澶у甫杞洿寰勩€佸皬甯﹁疆鐩村緞鍜屼腑蹇冭窛C銆?/span> 涓績璺濆拰甯﹂暱D銆?/span> 甯﹁疆缁撴瀯褰㈠紡55銆?span style="color: rgb(51, 51, 51); font-family: 寰蒋闆呴粦, 瀹嬩綋, 'Lucida Grande', 'Lucida Sans Unicode', Arial, Verdana, sans-serif; line-height: 18px; background-color: rgb(255, 255, 255);">1.鍦ㄦ瀬闄愬簲鍔涘浘涓紝M涓哄伐浣滃簲鍔涚偣锛屽簲鍔涘惊鐜壒鎬э紝OM绾夸笌妯潗鏍囪酱鐨勫す瑙掍负45搴︼紝鍒欒闆朵欢鎵€鍙楀簲鍔涚被鍨嬩负锛?锛?/span>A銆?/span> 涓嶅彉鍙风殑闈炲绉板惊鐜彉搴斿姏B銆?/span> 鍙樺彿鐨勯潪瀵圭О寰幆鍙樺簲鍔?C銆?/span> 瀵圭О寰幆鍙樺簲鍔?D銆?/span> 鑴夊姩寰幆鍙樺簲鍔?56銆?span style="color: rgb(51, 51, 51); font-family: 寰蒋闆呴粦, 瀹嬩綋, 'Lucida Grande', 'Lucida Sans Unicode', Arial, Verdana, sans-serif; line-height: 18px; background-color: rgb(255, 255, 255);">4婊氬姩杞存壙鐨勫熀鏈瀹氬鍛絃10鎴朙10h鏄寚鍙潬搴︿负鐨勫鍛姐€?/span>A銆?/span> 1B銆?/span> 60%C銆?/span> 10%D銆?/span> 90%57銆?span style="color: rgb(51, 51, 51); font-family: 寰蒋闆呴粦, 瀹嬩綋, 'Lucida Grande', 'Lucida Sans Unicode', Arial, Verdana, sans-serif; line-height: 18px; background-color: rgb(255, 255, 255);">3. 鏍规嵁___涓嶅悓锛屽钩閿垎涓篈銆丅銆丆鍨嬨€?/span>A銆?/span> 鎴潰褰㈢姸B銆?/span> 灏哄澶у皬C銆?/span> 澶撮儴褰㈢姸D銆?/span> 浠ヤ笂鍧囦笉鏄?58銆?span style="color: rgb(51, 51, 51); font-family: 寰蒋闆呴粦, 瀹嬩綋, 'Lucida Grande', 'Lucida Sans Unicode', Arial, Verdana, sans-serif; line-height: 18px; background-color: rgb(255, 255, 255);">4 纭畾绱ц仈鎺ヨ灪鏍撲腑鎷変几鍜屾壄杞鍚堣浇鑽蜂綔鐢ㄤ笅鐨勫綋閲忓簲鍔涙椂锛岄€氬父鏄寜__________鏉ヨ繘琛岃绠楃殑銆?/span>A銆?/span> 绗竴寮哄害鐞嗚B銆?/span> 绗簩寮哄害鐞嗚C銆?/span> 绗笁寮哄害鐞嗚D銆?/span> 绗洓寮哄害鐞嗚59銆?span style="color: rgb(51, 51, 51); font-family: 寰蒋闆呴粦, 瀹嬩綋, 'Lucida Grande', 'Lucida Sans Unicode', Arial, Verdana, sans-serif; line-height: 18px; background-color: rgb(255, 255, 255);">1鍦ㄦ瀬闄愬簲鍔涘浘涓紝M涓哄伐浣滃簲鍔涚偣锛屽簲鍔涘惊鐜壒鎬?/span>锛孫M绾夸笌妯潗鏍囪酱鐨勫す瑙掍负锛屽垯璇ラ浂浠舵墍鍙楀簲鍔涚被鍨嬩负銆?/span>A銆?/span> 涓嶅彉鍙风殑闈炲绉板惊鐜彉搴斿姏B銆?/span> 鍙樺彿鐨勯潪瀵圭О寰幆鍙樺簲鍔?C銆?/span> 瀵圭О寰幆鍙樺簲鍔?D銆?/span> 鑴夊姩寰幆鍙樺簲鍔?60銆?span style="color: rgb(51, 51, 51); font-family: 寰蒋闆呴粦, 瀹嬩綋, 'Lucida Grande', 'Lucida Sans Unicode', Arial, Verdana, sans-serif; line-height: 18px; background-color: rgb(255, 255, 255);">3 褰卞搷甯︿紶鍔ㄦ渶澶ф湁鏁堟媺鍔涚殑鍥犵礌涓?nbsp;锛堬級銆?/span>A銆?/span> 棰勭揣鍔汧0銆乫鍜屛?B銆?/span> 澶у甫杞洿寰勩€佸皬甯﹁疆鐩村緞鍜屼腑蹇冭窛C銆?/span> 涓績璺濆拰甯﹂暱D銆?/span> 甯﹁疆缁撴瀯褰㈠紡61銆?span style="color: rgb(51, 51, 51); font-family: 寰蒋闆呴粦, 瀹嬩綋, 'Lucida Grande', 'Lucida Sans Unicode', Arial, Verdana, sans-serif; line-height: 18px; background-color: rgb(255, 255, 255);">3 褰卞搷甯︿紶鍔ㄦ渶澶ф湁鏁堟媺鍔涚殑鍥犵礌涓?nbsp; 銆?/span>。

疲劳强度安全系数

σrN
有限寿命区低周循环
σ
1
σr
无限寿命区高周循环
0
10(10 )
No
N
图 3.2 疲劳曲线
(3)不同r时的疲劳曲线形状相似，r愈大σrN也愈大。
图3.4
（4）多数钢的疲劳曲线类似图3.2，当需作疲劳曲线，可仿图3.2作出.
3.2.2 疲劳极限应力图
疲劳极限应力图用来表示材料在相同N和不同的r下的疲劳极限。坐标：σm－ σa
基本要求
１.理解疲劳曲线及极限应力曲线的意义及用途，能绘制零件的极限应力简化线图; ２.理解疲劳极限应力图的来源及意义；３.掌握影响机械零件疲劳强度的主要因素 ,会查用附录中的有关线图及数表；
4. 会用公式计算稳定变应力时的安全系数。
重点：
机械零件疲劳强度计算疲劳曲线、极限应力线图、单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算
2．破损－安全设计：
允许零件存在裂纹并缓慢扩展，但须保证在规定的工作周期内，仍能安全可靠的工作。
3.1 疲劳断裂特征
变应力下，零件的强度失效形式：疲劳断裂。
疲劳断裂过程：1) 疲劳源的产生；
2）微裂纹的扩展直至断裂。
疲劳断裂截面：疲劳断裂有何特征？
1）断口处无明显塑性变形； 2）断裂时，最大应力远低于材料的强度极限，甚至比材料的屈服极限还低；

m rN
N

m rN
N

m r
N0

C

m r
N0

C

（3.1）
循环N次的疲劳极限为：
rN
m
N0 N

r

疲劳强度安全系数

图3.4
（4）多数钢的疲劳曲线类似图3.2，当需作疲劳曲线，可仿图3.2作出.
3.2.2 疲劳极限应力图
疲劳极限应力图用来表示材料在相同N和不同的r下的疲劳极限。坐标：σm－ σa
1 塑性材料的极限应力图如图3.6
2 脆性材料、低塑性材料的极限应力图如图3.7
简化疲劳极限应力图：
σ σ
σ0 σ0
3）疲劳断裂是疲劳损伤的积累，初期零件表层形成微裂纹，随N的增大裂纹扩展，扩展到断截面不足承受外载，发生断裂。
故变应力下，零件的极限应力既不能取材料的强度极限也不能取屈服极限，应为疲劳极限。
影响疲劳断裂的主要因素：应力σ和应力循环次数N。(疲劳曲线σ—N曲线）
3.2 疲劳曲线和疲劳极限应力图
图3.22 为一零件的规律性非稳定变应力直方图假说：
在每一次应力作用下，零件寿命就要受到微量的疲劳损伤，当疲劳损伤积累到一定程度达到疲劳寿命极限时，便发生疲劳断裂。
线性疲劳损伤积累计算提出：
应力每循环一次，造成零件一次寿命损伤，故其总寿命损伤率：
F N1 N 2 N n n Ni
受拉（压）、弯、扭时， i (或 i )Fi , v (或 v )Fv ,
1
1
对于接触强度，两圆柱体接触时， HiFi 2 , HvFv2
3.6.3 规律性非稳定变应力时安全系数的计算步骤
1 取等效应力 σV= σi非稳定变应力作用时间最长和（或）
起主要作用的应力。
并取 v 的应力幅 av 和平均应力 mv 相应地等于
σ σ
σ0 σ0
安全区
塑性失效区
σ
σσ
图 3.8 塑性材料简化疲劳极限应力图
σ σ
σ

关于疲劳强度计算中两种计算公式的分析

b
2 m b
0. 21
n(2) - n( 1) = n- 1 m
b
( n- 1) 2 m + ( n- 1) 3
b
n- 1 - nb -
2
m -…
b
式( 6) 的误差分析是正确的.
( 6)
通过以上的分析可得出: 当动载特性很强, 即 m
较小, a 较大时, 近似式 ( 2) 与精确式 ( 1) 的计算结果
b
a
3. 65 > n = 3. 0
此杆按式( 1) 和式( 2) 校核都是安全的. 算例中 n( 2) - n( 1) = 0. 2. 由式 ( 6) 估算其误差, 保
留三项近似计算
n( 2) - n(1) = n- 1 m ( n- 1 - nb) -
b
( n- 1) 2 m + ( n- 1 ) 3
非对称循环下, 用 G oo dman 直线计算构件的疲劳强度时, 工作安全系数的精确计算公式[1] 和近似计算公式[ 2] 为
n=
k
-1
a+
-1
m
( 1)
b
m
b/ nb
+
a
=1
k - 1 /n
( 2)
为了以后讨论方便, 由精确式( 1) 和近似式( 2) 求出的
工作安全系数分别记为 n( 1) 和 n( 2) . 通常规定安全系
k -1 a
( 4)
在静载情况下 a= 0, 式( 3) 退化为静力强度计算式 n( 1) = b/ m; 而式 ( 2) 则化为 nb= b/ m , 此式无意义, 这是由于直线 CD 与 m轴相重合, 与 m 轴有无数个交点而产生的.

轴的常用的材料的及性能

轴常用材料及主要力学性能转轴：支承传动机件又传递转矩，既同时承受弯矩和扭矩的作用。

心轴：只支承旋转机件而不传递转矩，既承受弯矩作用。

（转动心轴：工作时转动；固定心轴：工作时轴不转动）；传动轴：主要传递转矩，既主要承受扭矩，不承受或承受较小的弯矩。

花键轴、空心轴：为保持尺寸稳定性和减少热处理变形可选用铬钢；轴常用材料是优质碳素结构钢，如35、45和50，其中45 号钢最为常用。

不太重要及受载较小的轴可用Q235、Q275等普通碳素结构钢；受力较大，轴尺寸受限制，可用合金结构钢。

受载荷大的轴一般用调质钢。

调质钢调质处理后得到的是索氏体组织，它比正火或退火所得到的铁素体混合组织，具有更好的综合力学性能，有更高的强度，较高的冲击韧度，较低的脆性转变温度和较高的疲劳强度。

调质钢：35、45、40Cr、45Mn2、40MnB、35CrMo、30CrMnSi、40CrNiMo；大截面非常重要的轴可选用铬镍钢；高温或腐蚀条件下工作的轴可选用耐热钢或不锈钢；在一般工作温度下，合金结构钢的弹性模量与碳素结构钢相近，为了提高轴的刚度而选用合金结构钢是不合适的。

轴的强度计算轴的强度计算一般可分为三种：1：按扭转强度或刚度计算；2：按弯扭合成强度计算；3：精确强度校核计算1：按扭转强度或刚度计算按扭转强度及刚度计算轴径的公式表6―1―18注：当截面上有键槽时，应将求得的轴径增大，其增大值见表 6-1-22剪切弹性模量G=时的B 值表6―1―20注：1.表中￠P值为每米轴长允许的扭转角；2. 许用扭转角的选用，应按实际而定。

参考的范围如下：要求精密，稳定的传动，取￠P=～ ( °)/m一般传动，取￠P=0. 5 ～1 ( ° )/m ；要求不高的传动，可取￠P大于 1 ( °)/m；起重机传动轴￠P=15′～ 20′/m；几种常用轴材料的τP及A值表6―1―19注： 1. 表中τP值是考虑了弯曲影响而降低了的许用扭转剪应力2. 在下列情况下τP 取较大值、A 取较小值：弯矩较小或只受扭矩作用、载荷较平稳、无轴向载荷或只有较小的轴向载荷、减速器的低速轴、轴单向旋转。

电机转轴疲劳计算

电机转轴疲劳计算一、引言：疲劳强度安全系数校核的目的时校核轴对疲劳破环的抵抗能力，它是在经过轴的初步计算和结构设计后，根据其实际尺寸，承受的弯矩、转矩图、考虑应力集中，表面状态，尺寸影响等因素及轴材料的疲劳极限，计算轴的危险截面处的安全系数值是否满足需用安全系数值。

危险截面安全系数S的校核公式应力幅及平均应力计算公式许用安全系数SP注：如果轴的损坏会引起严重事故，p S 值应适当加大。

二、基本数据：额定功率：1500KW; 转轴材料：35CrMoσS ——只考虑弯矩作用时的安全系数p S =1.5~1.8（许用安全系数）1-σ=320MPa （对称循环下的材料弯曲疲劳极限）1-τ=185 MPaτσK K ,=1.99,1.61;013.0,5.7==-drr d D β=1τS ——只考虑扭矩作用时的安全系数τσεε,=0.54，0.60（绝对尺寸影响系数）τσψψ,=用车削状态，0.34（弯曲）、0.30（拉压）、0.21(扭转) 三、通过有限元ANSYS 来确定最危险截面：建立转轴横向截面，要求将圆角与倒角按实际建立，轴承支撑处进行约束，在模型中，对转轴铁心位置处施加单位载荷，进行静力分析。

通过显示mises 应力云图，得到弯曲状态下最危险截面为靠近轴承处，φ150与φ165的过渡面位置；扭转状态下，其最危险截面应为与联轴器把合处，但本文考虑转轴本体，故认为扭转状态的危险截面与弯曲状态危险截面一致。

铁心处施加均布荷载应力分布图四、经典公式计算：1、假设循环特性为对称循环：m a σσ,——0.42MPa,0MPam ττσ,——12MPa,0MPa代入公式：206034.042.054.0199.13201=⨯+⨯⨯=+=-ma K S σψσβεσσσσσ745.5021.01260.0161.11851=⨯+⨯⨯=+=-ma K S τψτβετττττpPS S S S S S S ≥=+⨯=≥+=74.5745.5206745.52062222τστσ2、假设循环特性为脉动循环m a σσ,——0.21MPa,0.21MPam ττσ,——6MPa,6MPa代入公式：7.37821.034.021.054.0199.13201=⨯+⨯⨯=+=-m a K S σψσβεσσσσσ66.10621.0660.0161.11851=⨯+⨯⨯=+=-ma K S τψτβετττττpPS S S S S S S ≥=+⨯=≥+=65.1066.107.37866.107.3782222τστσ综上，考虑到转轴在有弯矩和扭矩综合作用下，其安全系数远大于许用安全系数，转轴设计符合疲劳强度要求。

风力发电机组结构设计技术

第三章风力发电机组结构设计技术风力发电机组的结构设计内容主要包括叶片、轮毂、偏航系统、主轴、主轴承、齿轮箱、刹车系统、液压系统、机舱及塔架的结构设计。

一、风力发电机组的结构设计基本设计原则1. 技术性尽可能采用成熟的新技术、新材料、新工艺，保证风力发电机组满足总体设计技术指标。

2.经济性经济性包括风力发电机组产品的制造成本、运行及维护成本，对不同使用目的的风力发电机组，其经济性是不同的。

3.可靠性应该科学、合理的综合考虑技术指标、经济性指标，最终满足可靠性指标。

二、风力发电机组结构设计的一般要求部件设计的主要任务是选择部件的结构形式，布置结构的主要构件、确定构件的尺寸参数等。

在这个基础上进行具体的细节设计，绘制出全部的工程图。

设计工作的突出特点是在多种矛盾的要求中，进行折中和优化风力发电机组结构设计一般要求：1.强度、刚度要求各受力构件及其组合部件必须能承受设计规范规定的各种状态载荷。

除此以外，还应满足刚度的要求，这一点对某些部件尤其重要（如机舱底盘平台、叶片、塔架等）。

2.空气动力要求风力发电机组是利用风能转换为机械能，再转化为电能的一个系统，因此，对于构成气动外形的部件应满足空气动力方面的要求，如气动效率高、气阻小等。

这个要求不仅影响部件的外形设计还影响到部件的结构设计，即气动外形设计既要考虑有效外形要求，又要考虑结构强度和刚度的要求。

3. 动力学要求区别于一般机械结构设计的要求，风力发电机组动部件所受载荷是交变载荷，设计时，应考虑质量、刚度分布对构件、整机的固有特性的影响，使得部件、整机的固有频率避开激振力频率，降低动应力水平、提高部件以及整机的寿命、可靠性。

4. 工艺性要求结构的工艺性是指在具体生产条件和一定产量的前提下，所设计的结构能使其在生产过程达到多快好省的可能性程度。

工艺性也是风力发电机组能否产业化的关键。

三、结构优化设计所谓结构的优化设计是从各种可能的多个结构设计方面中寻求满足设计要求的最好方案。

起重机械计算的基本原则及安全系数

起重机械计算的基本原则及安全系数(图文)1.计算的基本原则为保证起重机安全、正常地工作，其金属结构和机构的零部件应满足强度、稳定性和刚度的要求。

强度和稳定性要求是指结构构件在载荷作用下产生的内力不应超过许用的承载能力(指强度、疲劳强度和稳定性方面的许用承载能力);刚度要求是指结构在载荷作用下产生的变形量不应超过许用的变形值，以及结构的自振周期不应超过许用的振动周期。

(最专业的安全生产管理-风险世界网) 起重机的零部件和金属结构应进行以下计算：①疲劳、磨损或发热的计算;②强度计算;③强度验算。

与这三类计算相适应，起重机的计算载荷有下列三种组合：(1)寿命(耐久性)计算载荷--第Ⅰ类载荷。

该载荷是用来计算零部件或金属结构的耐久性、磨损或发热的。

按正常工作时的等效载荷进行计算，不仅计算载荷大小，还要考虑它们的作用时间。

对于受变载荷作用的机构零件和金属结构，当应力变化循环次数足够多时，应进行疲劳计算;当应力变化循环次数较少或很少时，就不必进行疲劳计算。

工作级别是A6,A7,A8级起重机的金属结构构件和机构零件应验算疲劳。

(2)强度计算载荷--第Ⅱ类载荷。

该类载荷是用来计算零部件或金属结构的强度、受压和平面弯曲构件的稳定性、结构件的刚度、起重机的整体稳定性与轮压的，按工作状态最大载荷进行强度计算。

确定强度计算载荷时，应选取可能出现的最不利的载荷组合。

(3)验算载荷--第Ⅲ类载荷。

该类载荷是用来验算起重机的某些装置(如夹轨器)、变幅机构、支承旋转装置的某些零件和金属结构的强度和构件的稳定性，以及起重机的整体稳定性的，按非工作状态最大载荷及特殊载荷(安装载荷、运输载荷及冲击载荷等)进行强度验算。

在起重机事故处理时，由金属结构和机构的零部件破坏导致的事故，应进行必要的验算。

验算时，按实际工况的实际载荷进行。

2.计算方法目前起重机的计算采用许用应力法，即在强度计算中以材料的屈服极限，在稳定性计算中以稳定临界应力，在疲劳强度计算中以疲劳强度极限除以一定的安全系数，分另得到强度、稳定性和疲劳强度的许用应力。

轴

轴11．1 内容提要本章主要内容包括：1．轴的功用、类型、特点及应用，轴的常用材料；2．轴的结构设计及轴的设计步骤；3．轴的三种强度计算方法：按扭转强度计算；按弯矩、转矩合成强度计算；按疲劳强度进行安全系数校核计算；4．轴的按静强度计算安全系数的方法，轴的刚度计算、振动计算方法。

本章重点内容是轴的结构设计和强度计算，其中结构设计是本章的难点。

11．2 要点分析1．轴的结构设计轴的结构设计，目的就是要确定轴的各段直径d和各段长度l。

确定直径d时，应先根据转矩初算出受转矩段的最小直径，再逐渐放大推出各段直径；各段长度l需根据轴上零件的尺寸及安装要求情况来确定。

轴没有固定的标准结构，设计时应保证：轴和轴上零件有准确的周向和轴向定位及可靠固定；轴上零件便于装拆和调整；轴具有良好的结构工艺性；轴的结构有利于提高其强度和刚度，尤其是减少应力集中。

进行轴的结构设计时，要注意几个具体问题：（以单级斜齿圆柱齿轮减速器输出轴力例）（1）各段配合直径d应符合标准尺寸（GB2822－81），而与滚动轴承、联轴器、油封等标准件配合的轴径（如图1⒈1中轴的①、②、③、⑦段），应符合标准件的内径系列。

（2）注意两种不同台阶的设计：一种台阶是定位用的（如图11－l中轴的①～②段、④～⑤段、⑥～⑦段），这种台阶过低，定位作用差；过高，径向尺寸和应力集中增大，一般高度h＝（2～3）C或R（C、R分别为零件倒角和圆角半径尺寸）。

另一种台阶是为了装配容易通过（如图1⒈1中轴的②～③、③～④段），这种台阶高度很小，一般在直径方向上只差1～3mm 即可。

（3）与轴上零件（如肯轮）相配合的轴段长度l，要比轴上零件的宽度尺寸B短2～3mm （见图11-1），这样才能把轴上零件固定住。

（4）轴的过渡圆角半径r要比相配合的零件的倒角C或圆角半径尺小，这样零件端面才能紧贴轴的台肩，起到定位作用。

（5）为制造方便，同一根轴上的圆角半径、倒角尺寸、中心孔尺寸等应尽量一致，几个平键槽的对称线均应处于同一直线上。

03 疲劳强度计算

3、当量循环次数Ne
150 100 7 N e i ni 0.144 107 0.288 10 150 150 i 1
n m 9 9
80 7 7 0.36 10 0.1527 10 150
a
a a M , 1e 1e
a a M , 1e 1e
OM OC OD a a Sca OM OC OD a a
1e A
C
a Sca a , a Sca a
§3-2
机械零件的疲劳强度计算
一、机械零件疲劳强度综合影响系数K ：材ຫໍສະໝຸດ 极限应力幅与零件极限应力幅的比值。
即：K a 1 ae 1e
K (

k

1

1)
1
q
式中：K —零件的有效应力集中系数 —零件的尺寸系数 —零件的表面质量系数 q—零件的强化系数对平均应力 m 无影响，即： me m
造成的损伤相当。若满足 Sca s ，则安全。
i Ne ni i 1
n m
rN r m
e
No Ne
1 Sca S rN
e
例：有一转轴危险截面上受不稳定对称循环变应力作用，如图示。转轴工作总时间为2400小时，转速n=60r/min，材料为45钢， B=650MPa, -1=300MPa,疲劳曲线指数m=9， 0 107，零 N 件疲劳强度综合影响系数 K 2.413 ,许用安全系数[s]=1.5，式校核该轴的强度。
Sca a 1e

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 。

轴的强度计算

112-97
注：表中的许用扭转切应力是考虑了弯曲的影响而经过降低之后的取值。
应当指出，当轴截面上开有键槽时，应适当增大轴径以抵抗开键槽对轴强度的削弱影响。
对于d≤100，单键槽时，轴径增大5%-7%，双键槽时，轴径增大10%-15%。
对于d＞100，单键槽时，轴径增大3%，双键槽时，轴径增大7%。
表3 抗弯截面系数W和抗扭截面系数WT的计算公式
热处理毛坯直径/mm 硬度/HBS
热轧或 ≤100 锻后空
冷 >100~250
抗拉强度σB 屈服强度σs 弯曲疲劳极限σ-1 剪切疲劳极限τ-1
Mpa
400~420
225
170
105
375~390
215
许用弯曲应力[σ-1] 40
备注
用于不太重要及载荷不
大的轴
正火
≤10 170~217
590
从而改善各薄弱环节，有利于提高轴的疲劳强度。 4.4 按静强度条件进行校核
4.1 按扭转强度条件计算（许用切应力计算）
受扭矩T（N·mm)的实心圆轴，其切应力：
.× /
==
≤
.
MPa
写成设计公式，其最小直径（实心圆轴）：
式中：
扭转切应力
MPa
T
轴所受的扭矩
N·mm
W
轴抗扭截面系数
mm3
n
轴的转速
r/min
仅限技术交流 2019/10/17
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轴的强度计算
计算精度适中。 4.3 按疲劳强度条件进行精确计算（安全系数校核计算）
安全系数校核计算也是在轴的结构设计后进行，不仅要定出轴的各段直径，还要定出过渡圆角、轴毂配合、表面粗糙度等细节。它

轴的强度计算

§11—4-1 轴的强度计算一、按扭转强度条件计算适用：①用于只受扭矩或主要承受扭矩的传动轴的强度计算；②结构设计前按扭矩初估轴的直径dmin强度条：Mpa （11-1）件设计公式：mm （11-2）轴上有键槽需要按一定比例修正：一个键槽轴径加大3～5%；二个键槽轴径加大7～11%。

——许用扭转剪应力（N/mm2）C——轴的材料系数，与轴的材料和载荷情况有关。

对于空心轴：（mm）（11-3），d1—空心轴的内径（mm）二、按弯扭合成强度条件计算：条件：已知支点、扭距，弯距可求时步骤：1、作轴的空间受力简图（将分布力看成集中力，）轴的支承看成简支梁，支点作用于轴承中点，将力分解为水平分力和垂直分力；2、求水平面支反力R H1、R H2作水平内弯矩图；3、求垂直平面内支反力R V1、R V2，作垂直平面内的弯矩图；4、作合成弯矩图；5、作扭矩图；6、作当量弯矩图；——为将扭矩折算为等效弯矩的折算系数。

∵弯矩引起的弯曲应力为对称循环的变应力，而扭矩所产生的扭转剪应力往往为非对称循环变应力∴与扭矩变化情况有关：——扭矩对称循环变化——扭矩脉动循环变化——不变的扭矩，，分别为对称循环、脉动循环及静应力状态下的许用弯曲应力。

7、校核轴的强度——M emax处；M e较大，轴径d较小处。

Mpa (11-4) W——抗弯截面模量mm3，见附表11不同截面的W。

设计公式：（mm）（11－5）如果计算所得d大于轴的结构设计d结构，则应重新设计轴的结构。

对于心轴：T=0，Me=M：转动心轴，许用应力用；固定心轴，许用应力用——弯曲应力为脉动循环。

三、轴的安全系数校核计算1、疲劳强度校核——精确计算（比较重要的轴）要考虑载荷性质、应力集中、尺寸因素和表面质量及强化等因素的影响。

根据结构设计选择Me较大，并有应力集中的几个截面，计算疲劳强度安全系数S=1.3～1.5——材料均匀，载荷与应力计算准确；S=1.5～1.8——材料不够均匀，载荷与应力计算欠准确；S=1.8～2.5——材料均匀性计算准确性均较低或轴的直。

螺旋输送机螺旋轴设计说明1216

螺旋轴设计
二、设计要求（1）按规定时间独立完成设计任务。（2）结构的设计应突出创新的要求，并应选择最佳的设计方案。（3）结构的设计应能实现所提出的功能要求，结构要合理。（4）设计计算要准确。（5）保证图面质量，制图应符合国家标准规定要求。（6）说明书应论述严密，条理清晰，文理通顺。（7）论文格式要规范。
关键词：螺旋轴；设计；校核
I
吉林工程技术师范学院专科生毕业设计
ABSTRACT
The shaft is the main parts of GX screw conveyor.The GX spiral conveyer is the installment of conveying pulverized lime. The conveying function was realized by enchasing the lime through the mouth of the installment first, then conveying the lime by the spiral shaft, unloading the lime through the exit of the installment at last. According to the function request of the GX spiral conveyer, this design has made analysis to the working principle and characteristic of the conveyer, has determined the overall transmission plan of the conveyer. The electric motor was decelerated by the decelerator, conveys the movement and power to the performance-mechanism spiral shaft, realizing transportation of the lime. According to overall transmission plan of the conveyer, I made overall structure design of the spiral shaft. I carried on the design to the major parts spiral shaft of the spiral conveyer, determined its structure size, the check of working ability was completed. And the cabinet structure and the size were designed. The standard parts of machine: the shaft coupling, the bearings and keys were chosen. Through the spiral conveyer overall structure design, function of conveying pulverized lime is realized.

机械设计基础》-试题

《机械设计基础》一.填空题：概论：1. 机械设计课程主要讨论通用机械零件和部件的设计计算理论和方法。

2. 机械零件设计应遵循的基本准则：强度准则、刚度准则、耐磨性准则、震动稳定性准则。

3. 强度：零件抵抗破裂（表面疲劳、压溃、整体断裂）及塑性变形的能力。

结构组成及自由度|：1. 所谓机架是指机构中作为描述其他构件运动的参考坐标系的构件。

2. 机构是机器中的用以传递与转换运动的单元体;构件是组成机构的运动单元；零件组成机械的制造单元。

3. 两构件组成运动副必须具备的条件是两构件直接接触并保持一定的相对运动。

4. 组成转动副的两个运动副元素的基本特征是圆柱面。

5. 两构件通过面接触而形成的运动副称为低副，它引入2个约束，通过点线接触而构成的运动副称为咼副，它引入1个约束。

6. 机构的自由度数等于原动件数是机构具有确定运动的条件。

7. 在机构运动简图上必须反映与机构运动情况有关的尺寸要素。

因此，应该正确标出运动副的中心距,移动副导路的方向,高副的轮廓形状。

连杆机构：1. 铰链四杆机构若最短杆与最长杆长度之和小于等于其余两杆长度之和则可能存在曲柄。

其中若最短杆是连架杆，则为曲柄摇杆机构：若最短杆是连杆，则为双摇杆机构：若最短杆是机架，则为双曲柄机构;若最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和则不存在曲柄（任何情况下均为双摇杆机构）2. 最简单的平面连杆机构是两杆机构。

3. 为保证连杆机构传力性能良好，设计时应使最小传动角Y min > [ Y ]4. 机构在死点位置时的传动角Y =0°.5. 平面连杆机构中，从动件压力角a与机构传动角丫之间的关系是a +丫=90°.6. 曲柄摇杆机构中，必然出现死点位置的原动件是摇杆。

7. 曲柄滑块机构共有6个瞬心8. 当连杆机构无急回运动特性时行程速比系数K=1.9. 以曲柄为主动件的曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构中，可能出现最小传动角的位置分别是曲柄与机架共线、曲柄两次垂直于滑块导路的瞬时位置，而导杆机构入始终是90°凸轮机构：1. 凸轮的基圆半径是指凸轮转动中心至理论廓线的最小半径。

50吨离心机主轴强度校核

50吨离心机校核内容1、确定安全生产角度。

托轮直径为φ1200，主、从动轴之间的标准距离为2954mm ，最大距离可调整到3300mm 。

50吨辊冷型直径为φ2520，通过做图分析得出当主、从动轴之间的标准距离为2954mm 时，夹角为105度。

（如图所示）2、对主轴的受力分析，及对电机和主轴的校核。

工艺部门给出的相关参数为:冷型最高速度为401r/min 当托轮直径为1200mm 时，其转速为842 r/min 则50吨离心机相关参数如下：①周工所选的电机其相关参数如下：电机为直流电机，型号为ZZJ-818-150kW 。

由机械设计手册中给出的公式：功率=扭矩×转速/9549150kW 直流电机当所传递的转速为842r/min 时所产生的扭矩1701306N ·mm 轴的转向方式为单向恒定，工作条件按无腐蚀条件 ②由机械设计手册查得40Cr 的相关参数如下许用静应力280Mpa ，硬度229~269HB,许用疲劳应力177~213Mpa抗拉强度≥700 MPa ，弯曲疲劳极限≥320 MPa ，屈服点≥500 MPa ，扭转疲劳极限≥185Mpa ③核的最小直径的确定(实心轴) 由公式3][5τTd ≥或3n P A d ≥代入相关数据可求得最小直径。

其中：d ——计算剖面处轴的直径（mm ） T ——轴传递的额定转矩（N ·mm ）T=1701306 N·mmP——轴传递的额定功率（kW）n——轴的转速（r/min）[τ]——轴的许用剪应力（MPa）A——按[τ]定的系数选用参数如下：轴的材料为40Cr，许用扭转剪应力为40～52Mpa，A值范围为100.7～98,我们取100.7代入公式后计算得d=57mm④轴的造型根据机械设计手册第8-38中摩擦传动机械的要求，冷型与托轮的摩擦系数f≥tan(α＋β)/2=0.767,⑤受力分析根据离心辊冷型在生产中的实际位置绘制的受力图如下：由受力图计算得知垂直作用在主轴上的力为205336N由机械工业部出版的机械设计手册第22-114页表22.3-2查得钢-钢在无润滑的工作环境下其磨擦系数为0.15~0.2已知托轮与冷型均为钢制产品其摩擦系数为0.15～0.2，我们取0.2，则托轮表面所受到的摩擦力为f=205336×0.2=41068N ，接触线长度为270mm （一般接触长度为实际长度的1/3）主轴所受到的扭矩为41068×600÷100≈246408N/㎜主、从动轴共四个点受力，则总的扭矩约为985632 N/㎜功率=扭矩×转速/9549×1000电机产生的扭矩=电机功率×9549×1000/转速电机所产生的扭矩为1701306N ·mm ﹥985632 N/㎜，由此可知电机满足使用要求。