机械轴的设计、计算、校核.doc

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1、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(2)求轴承上的支反力垂直面内:NN水平面内:(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轴的设计、计算、校核(,)载荷水平面H垂直面V支反力FNN弯矩M弯矩M总弯矩扭矩TT=138633N.mm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3381.30N1230.69N(2)求轴承上的支反力水平面内:求得162N轴的设计、计算、校核求得-2670N垂直面

2、内:求得=5646N求得=7700N(1)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载荷水平面H垂直面V支反力F=5646N=7700N162N-2670N弯矩M1弯矩M2总弯矩M1轴的设计、计算、校核总弯矩M2扭矩TT=588023N.mm精确校核轴的疲劳强度1)判断:危险面为A面与B面2)对截面III截面III左侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面A左侧的弯矩M为截面A左侧的扭矩T为截面A上的弯曲应力截面A上的扭转切应力轴的材料为40Cr,调质

3、处理。查表15-1得,,由,,查得,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轴的设计、计算、校核查得尺寸系数为;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右侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面A左侧的弯矩M为截面A左侧的扭矩T为截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为45钢,调质处理。查得,,过盈配合处的,查得=3.48,并取轴的设计、计算、校核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

4、特征系数为,取,取计算安全系数故可知截面A左侧安全综上,截面A两侧均安全综合以上分析,轴强度合格轴III的强度校合(1)求作用在齿轮上的力由前面计算可知作用在齿轮四上的力的大小等于作用在齿轮三上的力,即:(2)求轴承上的支反力垂直面内:轴的设计、计算、校核求得=1542N=926N水平面内:求得(1)画受力简图与弯矩图(2)校合齿轮处截面载荷水平面H垂直面V支反力F=1542N=926N弯矩M1轴的设计、计算、校核弯矩M2总弯矩扭矩TT=188312Nmm所以轴的强度合格二、轴的强度计算1、按扭

5、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:                     (mm)   式中:P为轴所传递的功率(KW)       n为轴的转速(r/min)       Ao为计算系数,查表3轴的设计、计算、校核   若计算的轴段有键槽,

6、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   l)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

7、   8)按第三强度理论计算当量弯矩:                                 式中:α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α=0.3。   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α=0.59。   c)对于经常正、反转的轴,把扭剪应力视为对称循环应力,取α=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)。   9)校核危险断面的当量弯曲应力(计算应力):  

8、                               式中:W为抗扭截面摸量(mm3),查表4。   为对称循环变应力时轴的许用弯曲应力,查表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轴的设计

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