结构设计及强度校核
专业综合训练任务书：
49.9米150吨冷藏船结构设计及总纵强度计算
一、综合训练目的
1、通过综合训练，进一步巩固所学基础知识，培养学生分析解决实际工程问题的能力，掌握静水力曲线的计算与绘制方法。
2、通过综合训练，培养学生耐心细致的工作作风和重视实践的思想。
3、为后续课程的学习和走上工作岗位打下良好的基础。
二、综合训练任务
1.150吨冷藏船结构设计，提供主要构件的计算书。
2.参考该船图纸和相关静水力资料、邦戎曲线图，按照《钢质内河船舶建造规范》的要求进行总纵
强度计算，提供总纵强度计算书。
3.参考资料：
1)中国船级社. 钢质海船入级与建造规范 2009
2)王杰德等. 船体强度与结构设计北京：国防工业出版社，1995
3)聂武等. 船舶计算结构力学哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2000
三、要求：
1、专业综合训练学分重，应予以足够重视；
2、计算书格式要符合要求；
如船体结构设计计算书应包括：（a）对设计船特征（船型、主尺度、结构形式等）的概述，设计所根据的规范版本的说明等；（b）应按船底、船侧、甲板的次序，分别写出确定每一构件尺寸的具体过程，并明确标出所选用的尺寸。（c）计算书应简明、清晰、便于检查。
3、强度计算：
a)按第一、二章的要求和相关表格做，如静水平衡计算，静水弯矩计算等；
b)波浪弯矩等可按规范估算；
c)相关表格用计算器计算，表格绘制于“课程设计”本上
注意：请班长到教材室领取课程设计的本子和资料袋（档案袋），各位同学认真填写资料袋封面。
4、专业综合训练总结：300~500字。
四、组织方式和辅导计划：
1、参考资料：
a)船体强度与结构设计教材
b)某船的构件设计书
c)某船的总纵强度计算书
d)《钢质内河船舶建造规范》，最好2009版
2、辅导答疑地点：等学校安排。
五、考核方式和成绩评定：
1、平时考核成绩：参考个人进度。
2、须经老师验收合格，故应提前一周交资料，不合格的则需回去修改。
3、第18周星期三下午4：00前必须交资料，资料目录见第2页。
4、一旦发现打印、复印、数据格式完全相同等抄袭现象，均按规定以不及格计。
5、成绩由指导教师根据学生完成质量以及学生的工作态度与表现综合评定，分为优、良、中、及格、
不及格五个等级。
六、设计进度安排：
1、有详细辅导计划，但具体进度可根据个人情况可以自己定。
附录：档案袋内资料前2页如下
专业综合训练
49.9米150吨冷藏船结构设计
及总纵强度计算
学院：武汉船舶职业技术学院
专业：船舶工程
班级： 10315
指导教师：刘建全
学生姓名：
学号：_____ ____
起迄日期：___________
目录
1、专业综合训练任务书 (1)
2、150吨冷藏船主要构件计算书…………………………...………...？
2.0 说明………………………... ………………………... ………………….
2.1外板………………………... ……………………….…………………...
2.2甲板………………………... ………………………... …………………….
2.3双层底………………………... ………………………………………...
2.4舷侧骨架………………………... ………………………………………...
2.5甲板骨架………………………... ………………………………………...
2.6支柱………………………... ………………………... …………………….
2.7舷墙设计（可以不做）………………………... ………………………...
2.8总强度校核………………………... ………………………... ………………..
3、150吨冷藏船空载（或满载）总纵强度计算书……………………………………...
4.参考文献………………………... ………………………... ………………………...
5. 专业综合训练总结
说明：此2页可打印后再填。
150t冷藏船结构设计
一、说明
1.1本船主要工作于A级航区的内河小型货船，结构按《钢质内河船舶建造规范》（2009）简称《内规》要求进行设计。
1.2 结构形式
本船采用局部双层底横骨架式，舷侧部分采用肋骨交替骨架，并设有舷侧纵桁，其他部分用普通肋骨，甲板采用单甲板横骨架式。
1.3 结构材料
全船结构采用一般强度船用结构钢，即ZCA钢，σ3=235Mpa。
1.5 主尺度
总长Loa=49.9m 计算船长 L=45.00m
设计吃水 T=2.80m 最大吃水 T=3.10m
型宽 B=8.50m 型深 D=4.00m
设计排水量 D1=598t 最大排水量 D2=684t
肋骨间距 s=0.55m B/D=2.15
L/D=11.25
二、外板设计
2.1 船底板
船舶中部底板厚度t应不小于按2.3.2.1计算所得之值
t=ɑ（αL+βs+γ）
a航区系数，A级航区取ɑ=1，α=0.076,β =4.5 γ=－0.4
t1=1×（0.076×45+4.5×0.55－0.4）=5.5mm
实取t1=8mm
船底板
t2=4.8s r
d+
取s=0.55m d=2.8m r=1.25m
得 t2=4.8×0.55×25
8.2+=5.3mm
.1
实取 t2=8mm
2.2平板龙骨
按《内规》平板龙骨宽度应部小于0.1B，船中部平板龙骨应按船底厚度增加1mm。 b≥0.1B=0.1×8500mm=850mm
实取 t=9mm b=1000mm
2.3 舭列板
按《内规》舭列板厚度应按船中部船底厚度增加0.5mm，实取t=9mm。
2.4 舷侧外板
按《内规》2.3.4.1船中部及过渡区域舷侧外板厚度应不小于船底板厚度的0.9倍。实取t=8mm.
2.5舷侧顶板
按《内规》2.3.5舷侧顶板厚度应比舷侧外板厚度增加1mm，宽度不小于0.1D. b=0.1D=0.1×4000mm=400mm 实取 b=400mm，t=9mm
三、甲板
3.1 强力甲板
按《内规》2.4.1.1
实取t=8mm
3.2 船中部甲板边板
按《内规》2.4.1.3
实取t=9mm,b=850mm.
四、双层底
按《内规》2.6.1取双底高h=800mm，每3档肋位设一实肋板，不设实肋板的部位设组合肋板，肋距 s=0.55m
0.55×3=1.65m<2.5m 满足要求
4.1 中桁材和旁桁材
该船中部平板龙骨厚度 t=9mm
按《内规》2.6.4取中桁材厚度 t=mm
h/t= 900/8=112.5 设置垂直扶强材
按《内规》2.6.2.3扶强材宽度为厚度的8倍，故采用扁钢8×70为扶强材。
按《内规》2.6.5取旁桁材与船底板同厚 t=8mm
4.2 实肋板和水密肋板
按《内规》2.6.2.3实肋板厚度与所在部位的船底板厚度相同，取
t=8mm。水密肋板与实肋板高度比为800/8=100
设置加强筋,其间距应不小于双层底高度，实取800mm ，采用8×70为加强筋。
4.3内底板
按《内规》2.3.9取内底板t=8mm
本船内底板计算水柱按规范规定为 h=3.1m
4.4 组合肋板
按《内规》2.6.6组合板的船底骨材剖面模数应B不小于按下式计算所得值()2
=
8.3l r
w+
s
d
本船航行于A级航区，取r=1.25m，s=0.55m，d=2.8m，l=2.4m
得W=3.8×0.55×（2.8+1.25）×24.2=48.75cm3
实取该船舶底骨材为不等边角钢 L 100×63×6
（查表）其连带板在内底剖面模数w=54.6015cm 3＞48.75cm 3 内底骨材的剖面模数应不小于船底骨材的0.85倍 48.75×0.85=41.44cm 3
实取船内底骨材为不等边角钢 L 100×63×6 其连带板在内的剖面模数
W=54.6015cm 3>41.44cm 3 (满足要求) 五、舷侧骨架 5.1 强肋骨
按《内规》2.7.3.1强肋骨剖面模数W 应不小于按下列计算所得之值 2)(l r d Ks w += （cm 3）
取K=4，s=1.65m ，d=2.8m ，r=1.25m ，l=2.5m 得w=4×1.65×（2.8+1.25）×2.52=167.06cm 3 实取⊥
120
8200
10?? 5.2 普通肋骨
按《内规》2.7.2.1普通肋骨剖面模数W 应不小于按下列计算所得之值 2)(l r d Ks w += （cm 3）
取K=4.9，s=0.55m ，d=2.8m ，r=1.25m ，l=2.5m 得w=4.9×0.55×（2.8+1.25）×2.52=68.21cm 3 实取L=100×63×6 查表符合要求 5.3舷侧纵桁
按《内规》2.7.4.1舷侧纵桁与强肋骨剖面尺寸相同，实取⊥120
8200
10?? 六、甲板骨架
6.1普通甲板横梁
按《内规》2.8.1.1横梁的剖面模数w 应不小于按下式计算所得之值。 w=5cshl 3 （cm 3）
按强力板A 级航区取 c=1.45，s=0.55m ，h=0.5m ，l=2.6m 得W=5×1.45×0.55×0.5×2.62=13.478cm 3
按《内规》，强力甲板横梁的剖面惯性矩I 应不小于按下式计算所得值：
I=3wl=3×13.478×6=105.13cm 4 实取L=100×63×6 查表符合要求 6.2甲板纵桁
按《内规》2.8.3横骨式的甲板纵桁剖面模数W 应不小于按式中计算所得值 W=kcbhl 2 （cm 3）
取强力甲板 k=0.03L+4.8=0.03×45+4.8=6.15 c=1.45 b=1.6 h=0.5m c=3.3 代入 得 W=6.15×1.45×1.6×0.5×3.32=77.69cm 3
按《内规》甲板纵桁的剖面惯性矩I 应不小于下式计算所得值 I=2.75wl （cm 4） =2.75×77.69×3.3
=705.04 cm 4 试取⊥
120
8200
10?? 6.3 甲板强横梁
按《内规》强横梁的剖面尺寸取与甲板纵桁相同 实取⊥
120
8200
10??
6.4 舱口围板
按《内规》2.4.8.4.1取舱口围板板厚为t=8mm，高度h=600mm 6.4 支柱
按《内规》2.11.2支柱的剖面尺寸Φ8
133?
型材的剖面模数与惯矩的计算表
e=5.54cm I=4724.314
cm
150t冷藏船强度校核
一静水剪力与静水弯矩
1 主要数据
船长 L=45.00m
站距m
?
=
.4
L50
密度3
ρ
00
/
=
t
.1m
重力加速度2
g=
m
/
.9s
80
2 原始资料
（1）全船重量重心汇总表
（2）静水力曲线图 （3）邦戎曲线图
3 满载到港状态下的有关数据 总重量 W=5630kN 浮心纵向坐标 m x b 61.1-= 重心纵向坐标 m x g 16.1-= 水线面面积 A=2882m 平均吃水 m d m 72.2= 纵稳心半径 R=65.5m 漂心纵向坐标 m x f 21.2-=
4 第一次近似计算
艏吃水 m x L R x x d d f b g m f 81.221=??
?
??--+=
艉吃水 m x L R x x d d f b g m a 61.221=??
?
??+--
= 浮力 kN B 34.56181= 浮心坐标 m x b 212.11-= 5 第二次近似计算 艏吃水 m x L R x x A g B W d d f b g f f 88.221112
=??
?
??--+??-+=ρ
艉吃水 m x L R x x A g B W d d f
b g a a 56.22
11
12=??
?
??+--??-+
=ρ 浮力 kN B 37.56291= 浮心坐标 m x b 151.11-=
精度检查 %1.0%011.05630
37
.562956302<=-=-W B W
%1.0%022.045
15
.116.12
<=+-=
-L
x x b g 6 静水剪力s N 及弯矩s M 计算（见附表）
二 静波浪剪力w N 及弯矩w M 计算
按《内规》2.2.4.3及2.2.4.5、2.2.4.6有关规定得：
B L K K M cb h M W 2??=α m kN ?
式中：h K ——中拱波浪弯矩系数，()3210045.095.683-?-+=L L K h
cb K ——修正系数，2116.0612.0404.0b b cb
C C K ++=
M α——航区波高修正系数，A 级航区：M α=1.0；B 级航区：M α=0.45；C 级航区：M α=0.07
LB K K F F W 21?=α kN
式中：1K ——系数，()321101.055.71423-?-+=L L K 2K ——系数，b C K 5.05.02
+=
F α——航区波高修正系数，A 级航区：F α=1.0；B 级航区：F α=0.45；C 级航区：F α=0.07
w M =3758.89m kN ? w N =477.44kN
根据其分布规律得35号肋位处 w M =3758.89m kN ? w N =217.50kN
三 总纵强度校核
计算剖面选取船中附近有货舱口的35#肋位 1 参考图纸和计算书 （1）150t 冷藏船基本结构图 （2）150t 冷藏船中横剖面图
（3）150t 冷藏船肋骨型线图 （4）弯矩和剪力计算书 2 计算载荷
计算弯矩 M=11572.7m kN ? 计算剪力 N=380.22kN 3 船体材料
计算剖面的所有构件均采用低碳钢，屈服极限2/2.235mm N Y =σ 4 许用应力
（1）总纵弯曲许用应力 []Y σσ5.0=
（2）总纵弯曲与板架局部弯曲合成应力的许用应力： 在板架跨中 []Y σσσ65.021=+ 在横舱壁处 []Y σσσ=+21 （3）许用剪应力 []Y στ35.0= 5 总纵弯曲正应力
（1） 剖面中和轴到基线距离 e=
57.125
.1440314.2267==A B m
（2） 剖面惯性矩： I= 2(c-A 2e )
=2﹙7000.89－1440.25×257.1﹚ =6901.64cm 2·m 2 （3） 剖面上各构件的应力为：
)/(102'
mm N Z I
M i i ?=σ 甲板处剖面模数为：
W=
18.284057
.1464
.6901=-=-e D I cm 2
·m 船底处剖面模数为：
95.439557
.164.6901===e I W cm 2
·m
舱顶处剖面模数为：
77.22776
.057.1464.6901=+-=+-=h e D I W cm 2
·m
（2）按规范校核总纵强度
规范确定的船体中部最小剖面模数按 71.2082210
==LBD K aK W （cm 2
·m ）
由此可见 W>W 0
因此该船总强度满足《内规》要求。
四 静水弯曲应力与合成弯曲应力校核
按《内规》2.2.4.8及2.2.4.10所述：
23/10mm N W M V
s
s ?=σ
式中：s M ——计算剖面的静水弯矩，m kN ?
V W ——计算剖面强力甲板、船底和舱口围板顶缘处的剖面模数，3
cm
231/10mm N W M M V
W
s ?+=
σ 式中：
s M ——计算剖面的静水弯矩，m kN ?
W M ——附加波浪弯矩，m kN ?
s M —计算剖面强力甲板、船底和舱口围板顶缘处的剖面模数，3
cm
该剖面的静水弯曲应力及合成弯曲应力均符合要求。
五 板格屈曲强度校核
按《内规》2.2.6.1船底板和舷侧板缩减0.15t=1.2mm 强力甲板缩减0.1t=0.8mm 按《内规》2.2.6.4中的公式：
1
.11.211006.192
22
2
+?
?? ??+??? ??=ψσl s s t K E 2
/mm N 式中：t=实际板厚经减缩后的板厚，mm s=板格的短边长度（即肋距），mm l=板格的长边长度，mm K ——K=1.0，板边是普通骨材时
K=1.15，板边是组合肋板或单底实肋板时 K=1.2，板边是双层底实肋板时
——当应力沿板边线性变化时，其最小与最大压应力之比，10≤≤ψ
经验证板格的屈曲强度符合规范。
结构设计校核方法
【结构设计校核方法】 【校对原则】 ※ 能按建筑设计意图将结构骨架搭建起来 ※ 在搭建过程中注意不与建筑、设备发生冲突，做到不错不漏，不碰不缺 ※ 注意结构自身合理性，不合理的要与建筑协商解决 ※ 将设计意图表示完全，表达清楚 ※ 一套图的设计参数是否统一 【校对顺序】 图面――模板――配筋――说明，检查完一项打一个勾。 【图面校对】 ○是否有异常文字和标注（文字为?号，大小不统一，标注与实际长度不符或非整数）； ○是否有多余文字、尺寸线和多余轴线； ○轴线、梁线等线型是否正确，线宽是否合适； ○文字是否被重叠，被覆盖； ○墙、柱、后浇带等是否有漏、多余填充或错误填充；不同类型是否用了相同的填充式样； ○出图比例是否异常，所注比例是否正确； ○图签中图名、图号、工程名称、出图时间是否正确。 ○文字表达是否通顺 【平面模板图校对】 ①轴线 ○轴号、尺寸是否有误、是否与建筑图对应 ○总尺寸是不是分尺寸之和 ○角度是否够精度，斜交轴网以长轴两端定位，避免以起点和角度定轴线 ○有没有未定位的轴线，有没有多余轴号 ○圆弧轴线有没有注明半径，圆心有没有定位 ②轮廓与标高 ○结构轮廓与建筑是否一致 ○结构平面各部分的标高是否标明，是否与建筑相应位置符合，注意建筑覆土范围、各层卫生间、室外露台，屋顶花园，台阶位置、电梯底坑、水池的吸水槽、公共厨房与肉菜市场等 需垫高的场所 ○结构变标高位置及反梁是否为实线，有没有实线与虚线相交的地方 ○天面、地下室平面是否为结构找坡，若建筑找坡是否考虑找坡荷载 ○与邻接区域的梁、板连接关系与分缝是否正确。 ○建筑、设备在板上开的洞有没有遗漏
③柱、墙位 ○下层墙柱有没有用虚粗线表示，是否画了不该升上的墙柱,是否画了梁上柱○墙柱是否与建筑一致，在位置和尺寸上是否有影响建筑使用 ○建筑、设备在混凝土墙上开的洞有没有漏 ○注意墙、柱顶标高是否满足建筑标高，是否满足梁板的搭接要求 ④梁 ○房屋周圈梁是否等高，注意其与建筑周圈墙的关系 ○逐条检查梁的定位、编号、尺寸和跨数以及梁顶标高与板面标高关系是否正确 ○梁高宽是否异常。如悬挑梁高小于跨度的1/6，一般梁高小于跨度的1/15，梁尺寸过大影 响建筑开门窗或楼梯间等。 ○有没有高梁搭在矮梁上 ○有没有梁位置不妥，如跨过厅房等。梁布置是否影响了建筑美观○梁平齐的优先顺序：厅、主房、客房、楼梯通道、厨厕、储物间等。 ⑤楼电梯 ○有没有注上编号 ○电梯底坑标高有无遗漏，机房部位是否封板，机房顶部是否加吊钩 ○楼梯柱是否已表示且定位 ○楼梯起步位置有没有表示 ⑥开洞与井沟 ○风井，水电井、烟道是否遗漏 ○洞的定位、大小与洞边加强处理（洞边长大于12倍板厚的需加梁） ○集水井、沟、天面排水沟是否遗漏，定位与大小是否与建筑一致 ⑦大样、构造柱 ○外飘窗台，女儿墙，立面要求的构造柱、墙，雨蓬等是否与主体结构有效连接（以主体结 构为支座）在平面上的投影是否正确。 ○其定位、尺寸是否完整 ○大样详图在平面上是否有表示，是否与编号对应，标高、定位轴线与平面是否对应 ⑧大样引出号 注意剖切方向和索引图号。索引位置是否正确。相应大样是否存在 ⑨后浇带 后浇带间距是否大于55米，是否定位，是否穿过框架梁等重要结构及受力较大部位。地下 室平面与侧墙后浇带定位是否一致 ⑩模板图说明 ○楼层基本标高是否明确，混凝土强度等级抗渗等级 ○特殊楼板厚有没有说明
轴的设计与校核
2.1.1 概述 轴是机械中非常重要的零件，用来支承回转运动零件，如带轮、齿轮、蜗轮等，同时实现同一轴上不同零件间的回转运动和动力的传递。1. 轴的分类 根据工作过程中轴的中心线形状的不同，轴可以分为：直轴和曲轴。根据工作过程中的承载不同，可以将轴分为： ?传动轴：指主要受扭矩作用的轴，如汽车的传动轴。 ?心轴：指主要受弯矩作用的轴。心轴可以是转动的，也可以是不转动的。 ?转轴：指既受扭矩，又受弯矩作用的轴。转轴是机器中最常见的轴。 根据轴的外形，可以将直轴分为光轴和阶梯轴；根据轴内部状况，又 可以将直轴分为实心轴和空。 2. 轴的设计 ⑴ 轴的工作能力设计。 主要进行轴的强度设计、刚度设计，对于转速较高的轴还要进行振动稳定性的计算。
⑵ 轴的结构设计。 根据轴的功能，轴必须保证轴上零件的安装固定和保证轴系在机器中的支撑要求，同时应具有良好的工艺性。 一般的设计步骤为：选择材料，初估轴径，结构设计，强度校核，必要时要进行刚度校核和稳定性计算。校核结果如不满足承载要求时，则必须修改原结构设计结果，再重新校核。 3. 轴的材料 轴是主要的支承件，常采用机械性能较好的材料。常用材料包括：?碳素钢：该类材料对应力集中的敏感性较小，价格较低，是轴类零件最常用的材料。常用牌号有：30、35、40、45、50。采用优质碳钢时，一般应进行热处理以改善其性能。受力较小或不重要的轴，也可以选用Q235、Q255等普通碳钢。 ?合金钢：对于要求重载、高温、结构尺寸小、重量轻等使用场合的轴，可以选用合金纲。合金钢具有更好的机械性能和热处理性能，但对应力集中较敏感，价格也较高。设计中尤其要注意从结构上减小应力集中，并提高其表面质量。 ?铸铁：对于形状比较复杂的轴，可以选用球墨铸铁和高强度的铸铁。它们具有较好的加工性和吸振性，经济性好且对应力集中不敏感，但铸造质量不易保证。 2.1.2 轴的结构设计
轴强度校核
1?轴I的强度校合 (1)求作用在齿轮上的力 F ri F t1tan20 3381.3 tan 20 1230.69N (2)求轴承上的支反力 (1)画受力简图与弯矩图 V 根据第四强度理论且忽略键槽影响 M 70MPa F ti 2T i d i 2 138633 82 3381.30N 垂直面内：F NV1 917N F NV2314N 水平面内：F NH1 2518N F NH2 863N 1
9.2 10 6 F a F t tan 9967 tan 14 2485N (2)求轴承上的支反力 水平面内： F NV 1 (85 118 97) F r3 97 F 「2 (118 97) F a3 号 求得 F NV 1 162N F NV2 (85 118 97) F r3 (118 85) F a F r2 85 W 3 旦) 32 (M M 2 °.7叮 2 ， （1）求作用在齿轮上的力 F t2 F t1 3381.30N F r2 F r1 1230.69N F t3 2T n 2 588023 9967N d 3 118 F r3 F tan a . cos 9967 tan 20 cos14.6 所以轴的强度足够 2.校合轴II 的强度 3739N cal 1.93 105 10 3 9.2 10 6 25.69Mpa 1 70MPa ca2 2.34 105 10 3 3 0.1 0.045 20.69Mpa 1 70MPa
32 F NHI (85 118 97) F t2 (118 97) F t3 97 求得 F NH 1 =5646N F NH 2 (85 118 97) F t3 (85 118) F t 2 85 求得 F NH 2 =7700N (2) 画受力简图与弯矩图 I MV I (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 求得F N V2 垂直面内： -2670N 51 % t ------------------------- 1 t3 「r~3 J “ r ■皂 F L ： f TT*r I H I 1 N “ iHt .................... mu R t ^r-TrrrnTfH iE ■mi F t3 [irnrrmTrnrr ^ f 卜 NHff NHi? F" NV1 M 2 ( T)2 ca 70MP a 3
齿轮结构设计和校核
直齿锥齿轮传动是以大端参数为标准值的。在强度计算时，则以齿宽中 点处的当量齿轮作为计算的依据。对轴交角 刀=90。的直齿锥齿轮传动，其齿数 比u 、锥距&图＜直齿锥齿轮传动的几何参数 ＞）、分度圆直d i , d 2、平均分度圆直 径d mi, d m2当量齿轮的分度圆直径d vi , d v2之间的关系分别为： Zj "亠 =■? 现以g 表示当量直齿圆柱齿轮的模数，亦即锥齿轮平均分度圆上轮齿 的模数（简称平均模数），则当量齿数 z v 为 (a) 丘二胆*勇诃娠屁丙pl 2 2 1 _________________ R (b) V 2 2 _ dm2 _ R - ~ = ~R - 令? R =b/R,称为锥齿轮传动的齿宽系数，通常取 ? R =0.25-0.35,最常用的值为 ~c = ? R =1/3 由右图可 找出当量 直齿圆柱 齿轮得分 度圆半径 r v 与平均 分度圆直 径d m 的关 系式为 AjIL 2cos8 --(e) 直齿锥齿轮传动的几何参数
(0 显然，为使锥齿轮不至发生根切，应使当量齿数不小于直齿圆柱齿轮 的根切齿数。另外，由式(d)极易得出平均模数mm和大端模数m的关系为 111^=111(1-0.5^)------------------------------------ (h) 、直齿圆锥齿轮的背锥及当量齿数 为了便于设计和加工，需要用平面曲线来近似球面曲线，如下图 OAB为分度圆锥，和为轮齿在球面上的齿顶高和齿根高，过点A作直线AO丄AO与圆锥齿轮轴线交于点O,设想以OO为轴线，OA为母线作一圆锥OAB,称为直齿圆锥齿轮的背锥。由图可见A、B附近背锥面与球面非常接近。因此，可以用背锥上的齿形近似地代替直齿圆锥齿轮大端球面上的齿形。从而实现了平面近似球面。
V带轮结构设计张紧装置校核计算
1 V带轮结构设计和张紧装置 一、V带轮设计 1、V带轮设计的要求 质量小、结构工艺性好、无过大的铸造内应力；质量分布均匀，转速高时要经过动平衡；轮槽工作面要精细加工(表面粗糙度一般应为3.2)，以减小带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀。 2、带轮的材料 带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为HT150或HT200；转速较高时宜采用铸钢(或用钢板冲压后焊接而成)；小功率时可用铸铝或塑料。 3、结构形式 铸铁制V带轮的典型结构形式有三种： (a)实心式(b)腹板式(c)轮辐式 图5-11 带轮的结构形式 (1)实心式：带轮基准直径小于3d(d为轴的直径)时； (2)腹板式：带轮基准直径小于300～350mm时；
(3)轮辐式：带轮基准直径大于300～350mm时。 带轮的结构设计主要是根据带轮的基准直径选择结构形式，并根据带的型号及根数确定轮缘宽度，根据带的型号确定轮槽尺寸(表5-9)。 表5-9 V带轮的轮槽尺寸
二、V带传动的张紧装置 各种材质的V带都不是完全的弹性体，在预紧力的作用下，经过一定时间的运转后，就会由于塑性变形而松弛，使初拉力降低。为了保证带传动的能力，应定期检查初拉力的数值。如发现不足时，必须重新张紧，才能正常工作。常见的张紧装置有以下几种： 1、定期张紧装置 图5-12 定期张紧 采用定期改变中心距的方法来调节带的预紧力，使带重新张紧。 2、自动张紧装置 图5-13 自动张紧
将装有带轮的电动机安装在浮动的摆架上，利用带轮的自重，使带轮随同电动机绕固定轴摆动，以自动保持张紧力。 3、采用张紧轮的装置 图5-13 张紧轮张紧 当中心距不能调节时，可采用张紧轮将带张紧。张紧轮一般应放在松边内侧，使带只受单向弯曲，同时张紧轮还应尽量靠近大轮，以免过份影响小带轮的包角。若张紧轮置于松边外侧，则应尽量靠近小带轮。张紧轮的轮槽尺寸与带轮的相同，且直径小于小带轮的直径。 二、普通V带传动设计 1、确定设计功率 ＝ 式中：K A为工况系数(表5-6)； P为所需传递的功率。 表5-6 工况系数K A
轴结构设计和强度校核
一、轴的分类 按承受的载荷不同, 轴可分为： 转轴——工作时既承受弯矩又承受扭矩的轴。如减速器中的轴。虚拟现实。 心轴——工作时仅承受弯矩的轴。按工作时轴是否转动，心轴又可分为： 转动心轴——工作时轴承受弯矩，且轴转动。如火车轮轴。 固定心轴——工作时轴承受弯矩，且轴固定。如自行车轴。虚拟现实。 传动轴——工作时仅承受扭矩的轴。如汽车变速箱至后桥的传动轴。 固定心轴转动心轴
转轴 传动轴 二、轴的材料 轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。 由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造尤为广泛，其中最常用的是45号钢。 合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。 必须指出：在一般工作温度下（低于200℃），各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不多，因此在选择钢的种类和决定钢的热处理方法时，所根据的是强度与耐磨性，而不是轴的弯曲或扭转刚度。但也应当注意，在既定条件下，有时也可以选择强度较低的钢材，而用适当增大轴的截面面积的办法来提高轴的刚度。
各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以及表面强化处理（如喷丸、滚压等），对提高轴的抗疲劳强度都有着显著的效果。 高强度铸铁和球墨铸铁容易作成复杂的形状，且具有价廉，良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，可用于制造外形复杂的轴。 轴的常用材料及其主要力学性能见表。
轴的强度校核方法
第二章 轴的强度校核方法 2.2常用的轴的强度校核计算方法 进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。 对于传动轴应按扭转强度条件计算。 对于心轴应按弯曲强度条件计算。 对于转轴应按弯扭合成强度条件计算。 2.2.1按扭转强度条件计算： 这种方法是根据轴所受的扭矩来计算轴的强度，对于轴上还作用较小的弯矩时，通常采用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。通常在做轴的结构设计时，常采用这种方法估算轴径。 实心轴的扭转强度条件为： 由上式可得轴的直径为 为扭转切应力，MPa 式中： T 为轴多受的扭矩，N ·mm T W 为轴的抗扭截面系数，3mm n 为轴的转速，r/min P 为轴传递的功率，KW d 为计算截面处轴的直径，mm 为许用扭转切应力，Mpa ，][r τ值按轴的不同材料选取，常用轴的材料及][r τ值见下表： T τn P A d 0 ≥[]T T T d n P W T ττ≤2.09550000≈3 =[]T τ
空心轴扭转强度条件为： d d 1 = β其中β即空心轴的径1d 与外径d 之比，通常取β=0.5-0.6 这样求出的直径只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径。例如，在设计一级圆柱齿轮减速器时，假设高速轴输入功率P1=2.475kw ，输入转速n1=960r/min ，则可根据上式进行最小直径估算，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴的强度影响。 根据工作条件，选择45#钢，正火，硬度HB170-217，作为轴的材料，A0值查表取A0=112，则 mm n P A d 36.15960 475 .2112110 min =?== 因为高速轴最小直径处安装联轴器，并通过联轴器与电动机相连接，设有一个键槽，则： mm d d 43.16%)71(36.15%)71(min ' min =+?=+= 另外，实际中，由于减速器输入轴通过联轴器与电动机轴相联结，则外伸段轴径与电动机轴径不能相差太大，否则难以选择合适的联轴器，取电动机轴d d 8.0'min =，查表，取mm d 38=电动机轴,则： mm d d 4.3038*8.08.0' min ===电动机轴 综合考虑，可取mm d 32'min = 通过上面的例子，可以看出，在实际运用中，需要考虑多方面实际因素选择轴的直径大小。 2.2.2按弯曲强度条件计算： 由于考虑启动、停车等影响，弯矩在轴截面上锁引起的应力可视为脉动循环变应力。 则 其中： M 为轴所受的弯矩，N ·mm ][7.1][≤1-0σσσ== W M ca
轴的强度校核方法
第二章 轴的强度校核方法 常用的轴的强度校核计算方法 进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。 对于传动轴应按扭转强度条件计算。 对于心轴应按弯曲强度条件计算。 对于转轴应按弯扭合成强度条件计算。 2.2.1按扭转强度条件计算： 这种方法是根据轴所受的扭矩来计算轴的强度，对于轴上还作用较小的弯矩时，通常采用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。通常在做轴的结构设计时，常采用这种方法估算轴径。 实心轴的扭转强度条件为： 由上式可得轴的直径为 为扭转切应力，MPa 式中： T 为轴多受的扭矩，N ·mm T W 为轴的抗扭截面系数，3mm n 为轴的转速，r/min P 为轴传递的功率，KW d 为计算截面处轴的直径，mm 为许用扭转切应力，Mpa ，][r τ值按轴的不同材料选取，常用轴的材料及] [r τ值见下表： 表1 轴的材料和许用扭转切应力 空心轴扭转强度条件为： d d 1 = β其中β即空心轴的内径1d 与外径d 之比，通常取β=这样求出的直径只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径。例如，在设计一级圆柱齿轮减速器时，假设高速轴输入功率P1=，输入转速n1=960r/min ，则可根据上式进行最小直径估算，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴的强度影响。 T τ[]T τ
根据工作条件，选择45#钢，正火，硬度HB170-217，作为轴的材料，A0值查表取A0=112，则 因为高速轴最小直径处安装联轴器，并通过联轴器与电动机相连接，设有一个键槽，则： 另外，实际中，由于减速器输入轴通过联轴器与电动机轴相联结，则外伸段轴径与电动机轴径不能相差太大，否则难以选择合适的联轴器，取电动机轴d d 8.0'min =，查表，取mm d 38=电动机轴,则： 综合考虑，可取mm d 32'min = 通过上面的例子，可以看出，在实际运用中，需要考虑多方面实际因素选择轴的直径大小。 2.2.2按弯曲强度条件计算： 由于考虑启动、停车等影响，弯矩在轴截面上锁引起的应力可视为脉动循环变应力。 则 其中： M 为轴所受的弯矩，N ·mm W 为危险截面抗扭截面系数(3mm )具体数值查机械设计手册~17. ][1σ为脉动循环应力时许用弯曲应力(MPa)具体数值查机械设计手册 2.2.3按弯扭合成强度条件计算 由于前期轴的设计过程中，轴的主要结构尺寸轴上零件位置及外载荷和支反力的作用位置均已经确定，则轴上载荷可以求得，因而可按弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计算。 一般计算步骤如下： (1)做出轴的计算简图：即力学模型 通常把轴当做置于铰链支座上的梁，支反力的作用点与轴承的类型及布置方式有关，现在例举如下几种情况： 图1 轴承的布置方式 当L e d L 5.0,1≤/=,d e d L 5.0,1/=>但不小于（~）L ，对于调心轴承e=0.5L 在此没有列出的轴承可以查阅机械设计手册得到。通过轴的主要结构尺寸轴上零件位置及外载荷和支反力的作用位置，计算出轴上各处的载荷。通过力的分解求出各个分力，完成轴的受力分析。 ][7.1][≤1-0σσσ== W M ca
结构设计及强度校核
专业综合训练任务书： 49.9米150吨冷藏船结构设计及总纵强度计算 一、综合训练目的 1、通过综合训练，进一步巩固所学基础知识，培养学生分析解决实际工程问题的能力，掌握静水力曲线的计算与绘制方法。 2、通过综合训练，培养学生耐心细致的工作作风和重视实践的思想。 3、为后续课程的学习和走上工作岗位打下良好的基础。 二、综合训练任务 1.150吨冷藏船结构设计，提供主要构件的计算书。 2.参考该船图纸和相关静水力资料、邦戎曲线图，按照《钢质内河船舶建造规范》的要求进行总纵 强度计算，提供总纵强度计算书。 3.参考资料： 1)中国船级社. 钢质海船入级与建造规范 2009 2)王杰德等. 船体强度与结构设计北京：国防工业出版社，1995 3)聂武等. 船舶计算结构力学哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2000 三、要求： 1、专业综合训练学分重，应予以足够重视； 2、计算书格式要符合要求； 如船体结构设计计算书应包括：（a）对设计船特征（船型、主尺度、结构形式等）的概述，设计所根据的规范版本的说明等；（b）应按船底、船侧、甲板的次序，分别写出确定每一构件尺寸的具体过程，并明确标出所选用的尺寸。（c）计算书应简明、清晰、便于检查。 3、强度计算： a)按第一、二章的要求和相关表格做，如静水平衡计算，静水弯矩计算等； b)波浪弯矩等可按规范估算； c)相关表格用计算器计算，表格绘制于“课程设计”本上 注意：请班长到教材室领取课程设计的本子和资料袋（档案袋），各位同学认真填写资料袋封面。 4、专业综合训练总结：300~500字。 四、组织方式和辅导计划： 1、参考资料： a)船体强度与结构设计教材 b)某船的构件设计书 c)某船的总纵强度计算书 d)《钢质内河船舶建造规范》，最好2009版 2、辅导答疑地点：等学校安排。 五、考核方式和成绩评定： 1、平时考核成绩：参考个人进度。 2、须经老师验收合格，故应提前一周交资料，不合格的则需回去修改。 3、第18周星期三下午4：00前必须交资料，资料目录见第2页。 4、一旦发现打印、复印、数据格式完全相同等抄袭现象，均按规定以不及格计。 5、成绩由指导教师根据学生完成质量以及学生的工作态度与表现综合评定，分为优、良、中、及格、 不及格五个等级。 六、设计进度安排： 1、有详细辅导计划，但具体进度可根据个人情况可以自己定。 附录：档案袋内资料前2页如下
轴的强度校核方法
第二章 轴的强度校核方法 常用的轴的强度校核计算方法 进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。 对于传动轴应按扭转强度条件计算。 对于心轴应按弯曲强度条件计算。 对于转轴应按弯扭合成强度条件计算。 2.2.1按扭转强度条件计算： 这种方法是根据轴所受的扭矩来计算轴的强度，对于轴上还作用较小的弯矩时，通常采用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。通常在做轴的结构设计时，常采用这种方法估算轴径。 实心轴的扭转强度条件为： 由上式可得轴的直径为 为扭转切应力，MPa 式中： T 为轴多受的扭矩，N ·mm T W 为轴的抗扭截面系数，3mm n 为轴的转速，r/min P 为轴传递的功率，KW d 为计算截面处轴的直径，mm 为许用扭转切应力，Mpa ，][r τ值按轴的不同材料选取，常用轴的材料及][r τ值见下表： T τn P A d 0≥[]T T T d n P W T ττ≤2.09550000≈3=[]T τ
空心轴扭转强度条件为： d d 1=β其中β即空心轴的内径1d 与外径d 之比，通常取β=这样求出的直径只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径。例如，在设计一级圆柱齿轮减速器时，假设高速轴输入功率P1=，输入转速n1=960r/min ，则可根据上式进行最小直径估算，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴的强度影响。 根据工作条件，选择45#钢，正火，硬度HB170-217，作为轴的材料，A0值查表取A0=112，则 mm n P A d 36.15960 475.2112110min =?== 因为高速轴最小直径处安装联轴器，并通过联轴器与电动机相连接，设有一个键槽，则： mm d d 43.16%)71(36.15%)71(min ' min =+?=+= 另外，实际中，由于减速器输入轴通过联轴器与电动机轴相联结，则外伸段轴径与电动机轴径不能相差太大，否则难以选择合适的联轴器，取电动机轴d d 8.0'min =，查表，取mm d 38=电动机轴,则： mm d d 4.3038*8.08.0' min ===电动机轴 综合考虑，可取mm d 32'min = 通过上面的例子，可以看出，在实际运用中，需要考虑多方面实际因素选择轴的直径大小。 2.2.2按弯曲强度条件计算： 由于考虑启动、停车等影响，弯矩在轴截面上锁引起的应力可视为脉动循环变应力。 则 其中： M 为轴所受的弯矩，N ·mm W 为危险截面抗扭截面系数(3mm )具体数值查机械设计手册][7.1][≤1-0σσσ==W M ca
轴的强度计算
轴的强度计算 一、按扭转强度初步设计阶梯轴外伸端直径 由实心圆轴扭转强度条件 τ＝ 33102.09550?=n d P W T ρ≤［τ］ 式中，τ为轴的剪应力，MPa ；T 为扭矩，N ·mm ；ρW 为抗扭截面系数，mm 3；对圆截面，ρW ＝π3d /16≈0.23d ；P 为轴传递的功率，KW ；n 为轴的转速，r/min ；d 为轴的直径，mm ；［τ］为许用切应力，MPa 。 对于转轴，初始设计时考虑弯矩对轴强度的影响，可将［τ］适当降低。将上式改写为设计公式 d ≥ []3 33 32.0109550n P A n P =?τ (16.1) 式中，A 是由轴的材料和承载情况确定的常数。见表16.7；P 为轴传递的功率，KW ； n 为轴的转速，r/min ；d 为轴径，mm 。 注：1.轴上所受弯矩较小或只受转矩时，A 取较小值；否则取较大值。 2.用Q235、3SiMn 时，取较大的A 值。 3.轴上有一个键槽时，A 值增大4%～5%；有两个键槽时，A 值增大7%～10%。 可结合整体设计将由式(16.1)所得直径圆整为按优先数系制定的标准尺寸或与相配合零件(如联轴器、带轮等)的孔径相吻合，作为转轴的最小直径。 二、按弯扭组合强度计算 轴系结构拟定以后，外载荷和轴的支点位置就可确定，此时可用弯扭组合强度校核。如图16.39(a)，装有齿轮的传动轴，切向力P 作用在齿轮的节圆上，通过齿轮的受力分析(图16.39(b))，可知齿轮作用于轴上的是一个通过轴线并与之轴线垂直的力P 和一个作用面垂直于轴线的力偶PR m = (图16.39(c))。力P 使轴产生弯曲变形(图16.39(d))，力偶PR m =则产生扭转变形(图16.39(e))，所以此轴是弯扭组合变形。 分别考虑力P 与力偶m 的作用，画出弯矩图(图16.39(f))和扭矩图(图16.39(g))，其危险截面上的弯矩和扭矩值分别为 l Pab M = T ＝PR m = 危险截面上的弯曲正应力和扭转剪应力的分布情况如图(16.40(a))，由于C 、D 两点是危险截面边缘上的点，扭转剪应力和弯曲正应力绝对值最大，故为危险点，其正应力和剪应力分别为 σ=W M τ= ρ W T
发动机结构与设计各类计算与校核结构设计
发动机结构与设计各类计算与校核结构设计 一、摩托车发动机结构与设计 （一）、发动机机体 １．气缸体 气缸体的作用除形成气缸工作容积外，还用作活塞运动导向，其圆柱形空腔称为气缸。 由于气缸壁表面经常与高温高压燃气接触，活塞在汽缸内作高速运动（最高速度可达100km/s ）并施加侧压力，以及气缸壁与活塞环几活塞外圆表面之间反复摩擦，而其润滑条件由较差，所以气缸体必须耐高温、耐高压、耐腐蚀，还应具有足够的刚度和强度。 气缸体的材料一般用优质灰铸铁，为了提高气缸的耐磨性，可以在铸铁中加入少量的合金元素，如镍、铬、钼、磷、硼等。 汽缸内壁按二级精度珩磨加工，其工作表面有较高的关洁度，并且形状和尺寸精度也都比较高。 为了保证气缸壁表面能在高温下正常工作，必须对汽缸体和气缸盖随时加以冷却。发动机有风冷和水冷两种。用风冷却时，在汽缸体和气缸盖外表面铸有许多散热片，易增大冷却面积，保证散热充分。用水冷却时在汽缸体内制有水套。 １.1 气缸直径 气缸直径是指气缸内径，与活塞相配合，是发动机的重要参数，许多主要的尺寸如曲柄销直径、气门直径、活塞结构参数等，都要根据气缸直径来选取。 参数设计： 气缸直径已标准化，其直径值按一个优先系列合一个常用系列来选取。根据有关资料可确定气缸的直径D. 1.2 气缸工作容积、燃烧室容积和气缸总容积 上止点和下止点之间的气缸容积，称为气缸工作容积（也称为总排量）（图1）。气缸工作容积与气缸直径的平方、活塞冲程的大小成正比。气缸直径越大、工作容积越大、发动机的功率也就相应地增大。 气缸工作容积的计算公式为 N S D V n ??=42 π 式中： V n ——气缸工作容积(ml); D —— 气缸直径（mm ）; S —— 活塞行程（mm;） N —— 气缸数目。 参数设计： 因设计要求的是单缸发动机的排气量V n 为100ml ，那么其活塞行程为： 2 4n S V d π= 同时活塞行程S =2r ；r 为曲轴半径 那么：2S r = 1.3压缩比 图1 气缸燃烧室容积和工作室容积 （a ）燃烧室容积 （b ）工作室容积
轴的强度校核例题及方法
1.2 轴类零件的分类 根据承受载荷的不同分为： 1）转轴：定义：既能承受弯矩又承受扭矩的轴 2）心轴：定义：只承受弯矩而不承受扭矩的轴 3）传送轴：定义：只承受扭矩而不承受弯矩的轴 4）根据轴的外形，可以将直轴分为光轴和阶梯轴； 5）根据轴内部状况，又可以将直轴分为实心轴和空。 1.3轴类零件的设计要求 ⑴轴的工作能力设计。 主要进行轴的强度设计、刚度设计，对于转速较高的轴还要进行振动稳定性的计算。 ⑵轴的结构设计。 根据轴的功能，轴必须保证轴上零件的安装固定和保证轴系在机器中的支撑要求，同时应具有良好的工艺性。 一般的设计步骤为：选择材料，初估轴径，结构设计，强度校核，必要时要进行刚度校核和稳定性计算。 轴是主要的支承件，常采用机械性能较好的材料。常用材料包括： 碳素钢：该类材料对应力集中的敏感性较小，价格较低，是轴类零件最常用的材料。 常用牌号有：30、35、40、45、50。采用优质碳素钢时应进行热处理以改善其性能。受力较小或不重要的轴，也可以选用Q235、Q255等普通碳钢。 45钢价格相对比较便宜，经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45-52HRC，是轴类零件的常用材料。 合金钢具有更好的机械性能和热处理性能，可以适用于要求重载、高温、结构尺寸小、重量轻等使用场合的轴，但对应力集中较敏感，价格也较高。设计中尤其要注意从结构上减小应力集中，并提高其表面质量。40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。 轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50-58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。 精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化
轴的强度校核方法
第二章 轴的强度校核方法 2.2常用的轴的强度校核计算方法 进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。 对于传动轴应按扭转强度条件计算。 对于心轴应按弯曲强度条件计算。 对于转轴应按弯扭合成强度条件计算。 2.2.1按扭转强度条件计算： 这种方法是根据轴所受的扭矩来计算轴的强度，对于轴上还作用较小的弯矩时，通常采用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。通常在做轴的结构设计时，常采用这种方法估算轴径。 实心轴的扭转强度条件为： 由上式可得轴的直径为 为扭转切应力，MPa 式中： T 为轴多受的扭矩，N ·mm T W 为轴的抗扭截面系数，3m m n 为轴的转速，r/min P 为轴传递的功率，KW d 为计算截面处轴的直径，mm 为许用扭转切应力，Mpa ，][r τ值按轴的不同材料选取，常用轴的材料及][r τ值见下表： T τn P A d 0 ≥[]T T T d n P W T ττ≤2.09550000≈3=[]T τ
空心轴扭转强度条件为： d d 1 = β其中β即空心轴的内径1d 与外径d 之比，通常取β=0.5-0.6 这样求出的直径只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径。例如，在设计一级圆柱齿轮减速器时，假设高速轴输入功率P1=2.475kw ，输入转速n1=960r/min ，则可根据上式进行最小直径估算，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴的强度影响。 根据工作条件，选择45#钢，正火，硬度HB170-217，作为轴的材料，A0值查表取A0=112，则 mm n P A d 36.15960 475 .2112110 min =?== 因为高速轴最小直径处安装联轴器，并通过联轴器与电动机相连接，设有一个键槽，则： mm d d 43.16%)71(36.15%)71(min ' min =+?=+= 另外，实际中，由于减速器输入轴通过联轴器与电动机轴相联结，则外伸段轴径与电动机轴径不能相差太大，否则难以选择合适的联轴器，取电动机轴d d 8.0'min =，查表，取mm d 38=电动机轴,则： mm d d 4.3038*8.08.0' min ===电动机轴 综合考虑，可取mm d 32'min = 通过上面的例子，可以看出，在实际运用中，需要考虑多方面实际因素选择轴的直径大小。 2.2.2按弯曲强度条件计算： 由于考虑启动、停车等影响，弯矩在轴截面上锁引起的应力可视为脉动循环变应力。 则 其中： M 为轴所受的弯矩，N ·mm ][7.1][≤1-0σσσ== W M ca
船舶强度与结构设计的复习题
复习题 第一章（重点复习局部载荷分配、静水剪力弯矩的计算绘制） 1、局部载荷是如何分配的？ （2理论站法、3理论站法以及首尾理论站外的局部重力分布计算） P P P =+21 a P L P P ?=?+)(2 121 由此可得： ?? ? ?? ?? ?-=?+=)5.0()5.0(21L a P P L a P P 分布在两个理论站距内的重力 2、浮力曲线是如何绘制的？ 浮力曲线通常按邦戎曲线求得，下图表示某计算状态下水线为W-L 时，通常 根据邦戎曲线来绘制浮力曲线。为此，首先应进行静水平衡浮态计算，以确定船舶在静水中的艏、艉吃水。
帮戎曲线确定浮力曲线 3、M、N曲线有何特点？ (1) M曲线：由于船体两端是完全自由的，因此艏、艉端点处的弯矩应为零，亦即弯矩曲线在端点处是封闭的。此外，由于两端的剪力为零，即弯矩曲线在两端的斜率为零，所以弯矩曲线在两端与纵坐标轴相切。 (2) N曲线：由于船体两端是完全自由的，因此艏、艉端点处的剪力应为零，亦即剪力曲线在端点处是封闭的。在大多数情况下，载荷在船舯前和舯后大致上是差不多的，所以剪力曲线大致是反对称的，零点在靠近船舯的某处，而在离艏、艉端约船长的1/4处具有最大正值或负值。 5、计算波的参数是如何确定的？ 计算波为坦谷波，计算波长等于船长，波峰在船舯和波谷在船舯。 采用的军标GJB64.1A中波高h按下列公式确定： 当λ≥120m时， 当60m≤λ≤120m时，当λ≤60m时， 20 λ = h（m） 2 30 + = λ h（m） 1 20 + = λ h（m） 6、船由静水到波浪中，其状态是如何调整的？ 船舶由静水进入波浪，其浮态会发生变化。若以静水线作为坦谷波的轴线，当船舯位于波谷时，由于坦谷波在波轴线以上的剖面积比在轴线以下的剖面积小，同时船体中部又较两端丰满，所以船在此位置时的浮力要比在静水中小， 因而不能处于平衡，船舶将下沉ξ值；而当船舯在波峰时，一般船舶要上浮一些。 另外，由于船体艏、艉线型不对称，船舶还将发生纵倾变化。 7、麦卡尔假设的含义。 麦卡尔方法是利用邦戎曲线来调整船舶在波浪上的平衡位置。因此，在计算 时，要求船舶在水线附近为直壁式，同时船舶无横倾发生。根据实践经验，麦 卡尔法适用于大型运输船舶。 第二章 （重点复习计算剖面的惯性矩、最小剖面模数是如何的计算、折减系数、极限弯矩的计算）1、危险剖面的确定。 危险剖面： 可能出现最大弯曲应力的剖面，由总纵弯曲力矩曲线可知，最大弯矩一般在 船中0.4倍船长范围的，所以计算剖面一般应是此范围内的最弱剖面—既有最大
轴的强度校核方法
轴的强度校核方法 摘要 轴是机械中非常重要的零件，用来支承回转运动零件，如带轮、齿轮、蜗轮等，同时实现同一轴上不同零件间的回转运动和动力的传递。轴的设计时应考虑多方面因素和要求，其中主要问题是轴的选材、结构、强度和刚度。其中对于轴的强度校核尤为重要，通过校核来确定轴的设计是否能达到使用要求，最终实现产品的完整设计。 本文根据轴的受载及应力情况采取相应的计算方法，对于1、仅受扭矩的轴2、仅受弯矩的轴3、既承受弯矩又承受扭矩的轴三种受载情况的轴的强度校核进行了具体分析，并对如何精确计算轴的安全系数做了具体的简绍。 校核结果如不满足承载要求时，则必须修改原结构设计结果，再重新校核。 轴的强度校核方法可分为四种： 1）按扭矩估算 2）按弯矩估算 3）按弯扭合成力矩近视计算 4）精确计算（安全系数校核） 关键词：安全系数；弯矩；扭矩
目录 第一章引言--------------------------------------- 1 1.1轴的特点---------------------------------------------1 1.2轴的种类---------------------------------------------1 1.3轴的设计重点-----------------------------------------1 第二章轴的强度校核方法----------------------------4 2.1强度校核的定义-------------------------------------4 2.2轴的强度校核计算-----------------------------------4 2.3几种常用的计算方-----------------------------------5 2. 3.1按扭转强度条件计算-------------------------------5 2.3.2按弯曲强度条件计算-------------------------------6 2.3.3按弯扭合成强度条件计算---------------------------7 2.3.4精确计算（安全系数校核计算）----------------------9 2.4 提高轴的疲劳强度和刚度的措施---------------------12 第三章总结------------------------------------------13参考文献--------------------------------------------14
布袋除尘器结构设计及强度计算(精)
?布袋除尘器结构设计及强度计算 2009-9-28 2:05:30 ?前言 低压脉冲布袋除尘器广泛应用于电厂脱硫除尘及一般钢厂除尘中（应用于钢厂及电厂的主要区别是除尘器外表是否需要保温、烟气对钢板的腐蚀程度及滤料的选择等），脱硫后的烟尘经过该除尘器后，其排放到大气中的浓度基本控制在20～30mg/m3，低于国家环保部门规定的50mg/m3。 低压脉冲布袋除尘器的工作原理：含尘气体由导流管进入各单元，大颗粒粉尘经分离后直接落入灰斗、其余粉尘随气流进入中箱体过滤区，过滤后的洁净气体透过滤袋经上箱体、排风管排出。随着过滤工况的进行，当滤袋表面积尘达到一定量时，由清灰控制装置(差压或定时、手动控制)按设定程序打开电磁脉冲阀喷吹，抖落滤袋上的粉尘。落入灰斗中的粉尘借助输灰系统排出。 低压脉冲除尘器的主要结构组成如下：底柱组件、滑块组件、顶柱组件、灰斗组件（含三通及风量调节阀，如果有的话）、进风装置、中箱体、上箱体、喷吹系统、离线装置、内旁路装置（外旁路，可供选择）、平台扶梯、防雨棚、气路配管及控制元件等组成。其结构简图如下： 除尘器的设计过程中，应当对除尘器的载荷（包括静载、动载、风载、雪载及地震载荷等，单位KN）、除尘器承受的设计负压（单位Pa）、板件材料的屈服极限及抗拉伸极限等（单位
MPa），要有一定程度的了解。必要时，结构设计人员可以查阅相关的机械设计手册，以加深自己对这方面的理解。 如下的设计过程仅供除尘设备制造厂家及相关设计 单位参考。 1．除尘器载荷的确定： 1.1静载的确定：G静载=∑Gi（i=1～5） 式中，G1本体钢结构部分的重量，G2滤袋总重，G3袋笼总重，G4滤袋表面积灰5mm的重量，G5灰斗允许积灰重量。按本公司多年来的设计经验，静载荷在除尘器基础上的分布，一般是，最外面一圈基础柱桩的载荷为总静载分布在所有柱桩上的平均值Gp的110%。次外圈一圈柱桩的载荷为Gp的120～200%，以此类推，直到最内圈载荷。内圈载荷高于外圈载荷，但内外圈载荷最大差别不得超过300KN。这样设计载荷的目的是保证本体结构系统的地基稳定性。关于载荷部分的详细分配及计算过程可以参考《建筑荷载设计规范》手册。 1.2动载的确定 按楼面及屋面活荷载取标准值2.5KN/m2（检修平台按4KN/m2）来计算。 除尘器总动载荷：F=KA0A1＋KA1A2，KA1检修平台活荷载取标准值，A1除尘器平面投影面积，A2平台扶梯平面投影面积。 设计时，单个承载点荷载值是平均值的100～120%左右。具体分布时，可以是平台扶梯结构多的部分取偏大值，结构少的部分取较小
结构设计原理计算方法
结构设计原理案例计算步骤 一、单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算 计算公式： ——水平力平衡 （）——所有力对受拉钢筋合力作用点取矩（） （）——所有力对受压区砼合力作用点取矩（）使用条件： 注：/，&& 计算方法： ㈠截面设计yy 1、已知弯矩组合设计值，钢筋、混凝土强度等级及截面尺寸b、h，计算。 ①由已知查表得：、、、； ②假设； ③根据假设计算； ④计算（力矩平衡公式：）； ⑤判断适用条件：（若，则为超筋梁，应修改截面尺寸或提 高砼等级或改为双筋截面）； ⑥计算钢筋面积（力平衡公式：）； ⑦选择钢筋，并布置钢筋（若 ，则按一排布置）； 侧外 ⑧根据以上计算确定（若与假定值接近，则计算，否则以的确定值作 为假定值从③开始重新计算）； ⑨以的确定值计算； ⑩验证配筋率是否满足要求（，）。 2、已知弯矩组合设计值，材料规格，设计截面尺寸、和钢筋截面面积。 ①有已知条件查表得：、、、； ②假设，先确定； ③假设配筋率（矩形梁，板）； ④计算（，若，则取）； ⑤计算（令，代入）； ⑥计算（，&&取其整、模数化）； ⑦确定（依构造要求，调整）； ⑧之后按“1”的计算步骤计算。 ㈡承载力复核 已知截面尺寸b、，钢筋截面面积，材料规格，弯矩组合设计值，
所要求的是截面所能承受的最大弯矩，并判断是否安全。 ①由已知查表得：、、、； ②确定； ③计算； ④计算（应用力平衡公式：，若，则需调整。令， 计算出，再代回校核）； ⑤适用条件判断（，，）； ⑥计算最大弯矩（若，则按式计算最大弯矩） ⑦判断结构安全性（若，则结构安全，但若破坏则破坏受压区，所以应以受压区控制设计；若,则说明结构不安全，需进行调整——修改尺寸或提高砼等级或改为双筋截面）。 二、双筋矩形截面梁承载力计算 计算公式： ， ，（）+（） 适用条件： （1） （2） 注：对适用条件的讨论 ①当&&时，则应增大截面尺寸或提高砼等级或增加的用量（即 将当作未知数重新计算一个较大的）；当时，算得的即为安全要 求的最小值，且可以有效地发挥砼的抗压强度，比较经济； ②当&&时，表明受压区钢筋之布置靠近中性轴，梁破坏时应变较 小，抗压钢筋达不到其设计值，处理方法： a.《公桥规》规定：假定受压区混凝土压应力的合力作用点与受压区钢筋合力作用 点重合，并对其取矩，即 令2，并 （） 计算出； b.再按不考虑受压区钢筋的存在（即令），按单筋截面梁计算出。 将a、b中计算出的进行比较，若是截面设计计算则取其较小值，若是承载能力复核则取其较大值。 计算方法： ㈠截面设计 1.已知截面尺寸b、h，钢筋、混凝土的强度等级，桥梁结构重要性系数，弯矩组合 设计值，计算和。 步骤： ①根据已知查表得：、、、、； ②假设、（一般按双排布置取假设值）； ③计算；