轴的设计、计算、校核

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1、轴的设计、计算、校核以转轴为例，轴的强度计算的步骤为：一、轴的强度计算1、按扭转强度条件初步估算轴的直径机器的运动简图确定后，各轴传递的P和n为已知，在轴的结构具体化之前，只能计算出轴所传递的扭矩， 而所受的弯矩是未知的。这时只能按扭矩初步估算轴的直径，作为轴受转矩作用段最细处的直径dmin，一般是轴端直 径。根据扭转强度条件确定的最小直径为：式中：P为轴所传递的功率（KW） n为轴的转速（r/min） A。为计算系数，查表3 若计算的轴段有键槽，则会削弱轴的强度，此时应将计算所得的直径适当增大，若有一个键槽，将dmin增大5，若同一剖面有两个键槽，则增大10。以dmin为基础，考虑轴上零件的

2、装拆、定位、轴的加工、整体布局、作出轴的结构设计。在轴的结构具体化之后进行以下计算。2、按弯扭合成强度计算轴的直径丨）绘出轴的结构图2）绘出轴的空间受力图3）绘出轴的水平面的弯矩图4）绘出轴的垂直面的弯矩图5）绘出轴的合成弯矩图6）绘出轴的扭矩图7）绘出轴的计算弯矩图8）按第三强度理论计算当量弯矩式中：a为将扭矩折合为当量弯矩的折合系数，按扭切应力的循环特性取值:a）扭切应力理论上为静应力时，取a二。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a=。c）对于经常正反转的轴，把扭剪应力视为对称循环应力，取a=1（因为在弯矩作用下，转轴产生的弯曲应力属于对称循环应力）。

3、9）校核危险断面的当量弯曲应力（计算应力）：仃_册+场_兀%- w -式中：w为抗扭截面摸量（mm3）,杳表4L为对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，杳表1。如计算应力超出许用值,应增大轴危险断面的直径。如计算应力比许用值小很多,一般不改小轴的直径。因为轴的直径还受结构因素的影响。一般的转轴，强度计算到此为止。对于重要的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的轴，还应按峰尖载荷校核其静强度，以免产生过量的塑性变形。二、按疲劳强度精确校核按当量弯矩计算轴的强度中没有考虑轴的应力集中、轴径尺寸和表面品质等因素对轴的疲劳强度的影响，因此，对于重要的轴，还需要进

4、行轴危险截面处的疲劳安全系数的精确计算，评定轴的安全裕度。即建立轴在危险截面的安全系数的校核条件。安全系数条件为：式中：泄为计算安全系数; 分别为受弯矩和扭矩作用时的安全系数;CT -r为对称循环应力时材料试件的弯曲和扭转疲劳极限;减为弯曲和扭转时的有效应力集中系数，为弯曲和扭转时的表面质量系数； 、 为弯曲和扭转时的绝对尺寸系数；叭、疔为弯曲和扭转时平均应力折合应力幅的等效系数;化、为弯曲和扭转的应力幅； f、J为弯曲和扭转平均应力。S为最小许用安全系数：用于材料均匀，载荷与应力计算精确时； 用于材料不够均匀，载荷与应力计算精确度较低时；用于材料均匀性及载荷与应力计算精确度很低时或轴径200

5、mm时。三、按静强度条件进行校核静强度校核的目的在于评定轴对塑性变形的抵抗能力。这对那些瞬时过载很大，或应力循环的不对称性较为严重的的轴是很有必要的。轴的静强度是根据轴上作用的最大瞬时载荷来校核的。静强度校核时的强度条件是:式中：危险截面静强度的计算安全系数；很按屈服强度的设计安全系数;纵=,用于高塑性材料（巳玉W）制成的钢轴;决=,用于中等塑性材料(巴巴=)制成的钢轴;=2，用于低塑性材料制成的钢轴；況=23,用于铸造轴；只考虑安全弯曲时的安全系数;淀只考虑安全扭转时的安全系数;式中：耳、心一一材料的抗弯和抗扭屈服极限，MPa；其中心=；Mmax、Tmax轴的危险截面上所受的最大弯矩和最大扭

6、矩，；Famax轴的危险截面上所受的最大轴向力，N；A一一轴的危险截面的面积，m叨；W、W 一分别为危险截面的抗弯和抗扭截面系数，mm。四、轴的设计用表表1 轴的常用材料及其主要力学性能材料牌号热 处理毛坏直 径(mm)硬度(HBS)抗拉弓虽 度极限Q b屈服 强度极限Q S弯 曲疲劳 极限Q-1剪 切疲劳 极限T-1许用 弯曲应力 Q-1备注Q235A热 轧或锻 后空冷W10040042022517010540用于不重要及100250375390215受载荷不大的轴正W101702175902952251405545火回火100300162217570285245135应用最广泛调 质W20

7、021725564035527515560W100用于载荷较调 质2412867355403552001003070大，而无很大冲击0685490355185的重要轴40Cr270调W10030090073543026075用于很重要的质10030轴024078557037021040CrNi270W100229用于重要的调28673559036521038SiMnM70轴，性能近于质o100 30021768554034519540CrNi269293W60321930785440280用于要求咼耐38CrMoA调60100277835685410270磨性，高强度且热lA质10016302

8、24178559037522075处理（氮化）变形 很小的轴0277渗碳渗碳20Cr淬用于要求强度火W6056664039030516060及韧性均较咼的轴2HRC回火调W1002用于腐蚀条件3Cr1383563539523075质241下的轴W1005301901151Cr18Ni淬W19545用于高低温及9Ti火100200192490180110腐蚀条件下的轴190QT600-3270600370215185用于制造复杂245外形的轴QT800-2335800480290250表2零件倒角C与圆角半径R的推荐值直径d610101818303050508080120120180C或R表3轴常用几种材料的和A值0轴的材 料Q2351Cr18Ni9Ti354540Cr,35SiMn,2Cr13,20CrMnTi E门12201225203030404052A0160135148125135118118107107 98表 4 抗弯抗扭截面模量计算公式面表W10矩册花st541652 密165to/3 d一1口3210叙*+加（力一出。十4讣叔4* 虹D苕）D+Er16D&一花健齿救）渐幵线花键与我轮轴122dnrf1 6（1）!理权耳一尸 花-d心 Ud-tY d 時U1 D少（1-宀讯1 j）