軸的設(shè)計(jì)計(jì)算校核

1、軸的設(shè)計(jì)、計(jì)算、校核以轉(zhuǎn)軸為例，軸的強(qiáng)度計(jì)算的步驟為：一、軸的強(qiáng)度計(jì)算1 、按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件初步估算軸的直徑機(jī)器的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖確定后，各軸傳遞的P 和 n 為已知，在軸的結(jié)構(gòu)具體化之前，只能計(jì)算出軸所傳遞的扭矩，而所受的彎矩是未知的。這時(shí)只能按扭矩初步估算軸的直徑，作為軸受轉(zhuǎn)矩作用段最細(xì)處的直徑dmin，一般是軸端直徑。根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件確定的最小直徑為：mm)式中： P 為軸所傳遞的功率（KW）n 為軸的轉(zhuǎn)速（r/min ）Ao 為計(jì)算系數(shù)，查表 3若計(jì)算的軸段有鍵槽，則會(huì)削弱軸的強(qiáng)度，此時(shí)應(yīng)將計(jì)算所得的直徑適當(dāng)增大，若有一個(gè)鍵槽，將dmin 增大5 ，若同一剖面有兩個(gè)鍵槽，則增大10 。dmin

2、為基礎(chǔ)，考慮軸上零件的裝拆、定位、軸的加工、整體布局、作出軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在軸的結(jié)構(gòu)具體化之后進(jìn)行以下計(jì)算。2、按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算軸的直徑 l ）繪出軸的結(jié)構(gòu)圖 2 ）繪出軸的空間受力圖 3 ）繪出軸的水平面的彎矩圖 4 ）繪出軸的垂直面的彎矩圖 5 ）繪出軸的合成彎矩圖 6 ）繪出軸的扭矩圖 7 ）繪出軸的計(jì)算彎矩圖 8 ）按第三強(qiáng)度理論計(jì)算當(dāng)量彎矩：式中：為將扭矩折合為當(dāng)量彎矩的折合系數(shù)，按扭切應(yīng)力的循環(huán)特性取值a ）扭切應(yīng)力理論上為靜應(yīng)力時(shí)，取 =0.3。b ）考慮到運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻、振動(dòng)、啟動(dòng)、停車(chē)等影響因素，假定為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力 =0.59。c ）對(duì)于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)的軸，把扭剪應(yīng)力視為對(duì)稱循環(huán)應(yīng)

3、力，取 =1（因?yàn)樵趶澗刈饔孟?，轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力屬于對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力）。9 ）校核危險(xiǎn)斷面的當(dāng)量彎曲應(yīng)力（計(jì)算應(yīng)力）：式中：W為抗扭截面摸量（mm3），查表 4。為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力，查表 1。如計(jì)算應(yīng)力超出許用值，應(yīng)增大軸危險(xiǎn)斷面的直徑。如計(jì)算應(yīng)力比許用值小很多，一般不改小軸的直徑。因?yàn)檩S的直徑還受結(jié)構(gòu)因素的影響。一般的轉(zhuǎn)軸，強(qiáng)度計(jì)算到此為止。對(duì)于重要的轉(zhuǎn)軸還應(yīng)按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核?；驊?yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性較為嚴(yán)重的軸，還應(yīng)按峰尖載荷校核其靜強(qiáng)度，以免產(chǎn)生過(guò)量的塑性變形。此外， 對(duì)于瞬時(shí)過(guò)載很大二、按疲勞強(qiáng)度精確校核按當(dāng)量彎矩計(jì)算軸的強(qiáng)度中沒(méi)有考慮軸的應(yīng)力集中、軸徑尺寸和表面品質(zhì)等因

4、素對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響，因此，對(duì)于 重要的軸，還需要進(jìn)行軸危險(xiǎn)截面處的疲勞安全系數(shù)的精確計(jì)算，評(píng)定軸的安全裕度。即建立軸在危險(xiǎn)截面的安全系 數(shù)的校核條件。安全系數(shù)條件為：式中：為計(jì)算安全系數(shù)；、 分別為受彎矩和扭矩作用時(shí)的安全系數(shù)；、 為對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力時(shí)材料試件的彎曲和扭轉(zhuǎn)疲勞極限；、為彎曲和扭轉(zhuǎn)時(shí)的有效應(yīng)力集中系數(shù)，為彎曲和扭轉(zhuǎn)時(shí)的表面質(zhì)量系數(shù)；、為彎曲和扭轉(zhuǎn)時(shí)的絕對(duì)尺寸系數(shù)；、為彎曲和扭轉(zhuǎn)時(shí)平均應(yīng)力折合應(yīng)力幅的等效系數(shù)；、為彎曲和扭轉(zhuǎn)的應(yīng)力幅；、為彎曲和扭轉(zhuǎn)平均應(yīng)力。S 為最小許用安全系數(shù)：1.3 1.5 用于材料均勻，載荷與應(yīng)力計(jì)算精確時(shí)；1.5 1.8 用于材料不夠均勻，載荷與應(yīng)力計(jì)算精

5、確度較低時(shí)；1.8 2.5 用于材料均勻性及載荷與應(yīng)力計(jì)算精確度很低時(shí)或軸徑200mm時(shí)。三、按靜強(qiáng)度條件進(jìn)行校核靜強(qiáng)度校核的目的在于評(píng)定軸對(duì)塑性變形的抵抗能力。這對(duì)那些瞬時(shí)過(guò)載很大，或應(yīng)力循環(huán)的不對(duì)稱性較為嚴(yán)重的的軸是很有必要的。軸的靜強(qiáng)度是根據(jù)軸上作用的最大瞬時(shí)載荷來(lái)校核的。靜強(qiáng)度校核時(shí)的強(qiáng)度條件是：式中：危險(xiǎn)截面靜強(qiáng)度的計(jì)算安全系數(shù)；按屈服強(qiáng)度的設(shè)計(jì)安全系數(shù)； 1.21.4 ，用于高塑性材料( 0.6)制成的鋼軸； 1.41.8 ，用于中等塑性材料( 0.60.8 )制成的鋼軸； 1.82 ，用于低塑性材料制成的鋼軸； 23，用于鑄造軸；只考慮安全彎曲時(shí)的安全系數(shù)；只考慮安全扭轉(zhuǎn)時(shí)的安全

6、系數(shù)；式中：、 材料的抗彎和抗扭屈服極限，MPa；其中 (0.550.62)；Mmax、 Tmax軸的危險(xiǎn)截面上所受的最大彎矩和最大扭矩，N.mm；Famax軸的危險(xiǎn)截面上所受的最大軸向力，N；A軸的危險(xiǎn)截面的面積，m ；W、 WT分別為危險(xiǎn)截面的抗彎和抗扭截面系數(shù)，m 。表 1 軸的常用材料及其主要力學(xué)性能材料牌號(hào)熱處理毛坯直徑( mm)硬度 (HBS)抗拉強(qiáng)度極限 b屈服強(qiáng)度極限s彎曲疲勞極限 -1剪切疲勞極限 -1許用彎曲應(yīng)力 -1備注Q235A熱軋或鍛后空冷 10040042022517010540用于不重要及受載荷不大的軸>10025037539021545正火回火 10170

7、21759029522514055應(yīng)用最廣泛>100300162217570285245135調(diào)質(zhì) 20021725564035527515560調(diào)質(zhì) 10024128673554035520070用于載荷較大，而 無(wú)很大沖擊的重要40Cr>100300685490355185軸40CrNi調(diào)質(zhì) 100>10030027030024027090078573557043037026021075用于很重要的軸38SiMnMo調(diào)質(zhì) 100>10030022928621726973568559054036534521019570用于重要的軸，性能近于40CrNi38CrMoAl

8、A調(diào)質(zhì) 60>60100>10016029332127730224127793083578578568559044041037528027022075用于要求高耐磨性，高強(qiáng)度且熱處理（氮化）變形很小的軸20Cr滲碳淬火回火 60滲碳5662HRC64039030516060用于要求強(qiáng)度及韌性均較高的軸3Cr13調(diào)質(zhì) 100 24183563539523075用于腐蝕條件下的軸1Cr18Ni9Ti淬火 100 19253019519011545用于高低溫及腐蝕條件下的軸180110100200490QT600-3190270600370215185用于制造復(fù)雜外形的軸QT800-2245335800480290250表 2 零件倒角C 與圓角半徑R 的推薦值直徑d>610>1018>1830>3050>5080>80120>120180C或 R0.50.60.81.01.21.62.02.53.0表3軸常用幾種材料的 和A0值軸的材料Q2351Cr18Ni9Ti354540Cr,35SiMn,2Cr13,20CrM