軸的設(shè)計計算校核

1、軸的設(shè)計、計算、校核以轉(zhuǎn)軸為例，軸的強(qiáng)度計算的步驟為：一、軸的強(qiáng)度計算1、按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件初步估算軸的直徑     機(jī)器的運動簡圖確定后，各軸傳遞的P和n為已知，在軸的結(jié)構(gòu)具體化之前，只能計算出軸所傳遞的扭矩，而所受的彎矩是未知的。這時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：        

2、0;              （mm）     式中：P為軸所傳遞的功率（KW）        n為軸的轉(zhuǎn)速（r/min）       Ao為計算系數(shù)，查表3    若計算的軸段有鍵槽，則會削弱軸的強(qiáng)度，此時應(yīng)將計算所得的直徑適當(dāng)增大，若有一個鍵槽，將dmin增大5，

3、若同一剖面有兩個鍵槽，則增大10。    以dmin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。在軸的結(jié)構(gòu)具體化之后進(jìn)行以下計算。    2、按彎扭合成強(qiáng)度計算軸的直徑    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&#

4、160;             6）繪出軸的扭矩圖    7）繪出軸的計算彎矩圖    8）按第三強(qiáng)度理論計算當(dāng)量彎矩：                         

5、;          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，取=0.3。    b）考慮到運轉(zhuǎn)不均勻、振動、啟動、停車等影響因素，假定為脈動循環(huán)應(yīng)力 ，取 =0.59。    c）對于經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)的軸，把扭剪應(yīng)力視為對稱循環(huán)應(yīng)力，取 =1（因為在彎矩作用下，轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力屬于對稱循環(huán)應(yīng)力）。   

6、; 9）校核危險斷面的當(dāng)量彎曲應(yīng)力（計算應(yīng)力）：                                  式中：W為抗扭截面摸量（mm3），查表4。    為對稱循環(huán)變應(yīng)力時軸的許用彎曲應(yīng)力，查表1。  

7、60; 如計算應(yīng)力超出許用值，應(yīng)增大軸危險斷面的直徑。如計算應(yīng)力比許用值小很多，一般不改小軸的直徑。因為軸的直徑還受結(jié)構(gòu)因素的影響。     一般的轉(zhuǎn)軸，強(qiáng)度計算到此為止。對于重要的轉(zhuǎn)軸還應(yīng)按疲勞強(qiáng)度進(jìn)行精確校核。此外，對于瞬時過載很大或應(yīng)力循環(huán)不對稱性較為嚴(yán)重的軸，還應(yīng)按峰尖載荷校核其靜強(qiáng)度，以免產(chǎn)生過量的塑性變形。二、按疲勞強(qiáng)度精確校核按當(dāng)量彎矩計算軸的強(qiáng)度中沒有考慮軸的應(yīng)力集中、軸徑尺寸和表面品質(zhì)等因素對軸的疲勞強(qiáng)度的影響，因此，對于重要的軸，還需要進(jìn)行軸危險截面處的疲勞安全系數(shù)的精確計算，評定軸的安全裕度。即建立軸在危險截面的安全系數(shù)的校核條件。

8、     安全系數(shù)條件為：      式中：為計算安全系數(shù)；、分別為受彎矩和扭矩作用時的安全系數(shù)；、為對稱循環(huán)應(yīng)力時材料試件的彎曲和扭轉(zhuǎn)疲勞極限；、為彎曲和扭轉(zhuǎn)時的有效應(yīng)力集中系數(shù)，為彎曲和扭轉(zhuǎn)時的表面質(zhì)量系數(shù)；、為彎曲和扭轉(zhuǎn)時的絕對尺寸系數(shù)；、為彎曲和扭轉(zhuǎn)時平均應(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)：     1.31.5用于材料均勻，載荷

9、與應(yīng)力計算精確時；     1.51.8用于材料不夠均勻，載荷與應(yīng)力計算精確度較低時；     1.82.5用于材料均勻性及載荷與應(yīng)力計算精確度很低時或軸徑200mm時。 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定軸對塑性變形的抵抗能力。這對那些瞬時過載很大，或應(yīng)力循環(huán)的不對稱性較為嚴(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載荷來校核的。靜強(qiáng)度校核時的強(qiáng)度條件是：式中：危險截面靜強(qiáng)度的計算安全系數(shù)； 按屈服強(qiáng)度的設(shè)計安全系數(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（0.6

10、0.8）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；只考慮安全彎曲時的安全系數(shù)；只考慮安全扭轉(zhuǎn)時的安全系數(shù)；式中：、材料的抗彎和抗扭屈服極限，MPa；其中(0.550.62)；Mmax、Tmax軸的危險截面上所受的最大彎矩和最大扭矩，N.mm；Famax軸的危險截面上所受的最大軸向力，N；A軸的危險截面的面積，m；W、WT分別為危險截面的抗彎和抗扭截面系數(shù)，m。四、軸的設(shè)計用表表1  軸的常用材料及其主要力學(xué)性能材料牌號熱處理毛坯直徑（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10

11、040042022517010540用于不重要及受載荷不大的軸>100250375390215 45正火回火1017021759029522514055應(yīng)用最廣泛>100300 162217 570 285 245 135 調(diào)質(zhì) 200 217255 640 355 275 155 60 40Cr調(diào)質(zhì)100>10030024128673568554049035535520018570用于載荷較大，而無很大沖擊的重要軸 40CrNi調(diào)質(zhì)100>10030027030024027090078573557043037026021075用于很重要的軸38SiMnMo調(diào)質(zhì)100&

12、gt;10030022928621726973568559054036534521019570用于重要的軸，性能近于40CrNi38CrMoAlA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)10024183563539523075用于腐蝕條件下的軸1Cr18Ni9Ti淬火10019253019519011545用于高低溫及腐蝕條件下的軸180110100200490QT600-3 190270600370215185 用于制造復(fù)雜外形的軸QT800-2 245335800480290250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&