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
1.3.1、轴的设计概要
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。
1.3.2、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氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，由于此钢氮化层硬度高，耐磨性好，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好，还具备一定的耐热性和耐蚀性。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性，是目前工业中应用最广泛的氮化钢。
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。
1.3.3、轴的结构设计
根据轴在工作中的作用，轴的结构取决于：轴在机器中的安装位置和形式，轴上零件的类型和尺寸，载荷的性质、大小、方向和分布状况，轴的加工工艺等多个因素。合理的结构设计应满足：轴上零件布置合理，从而轴受力合理有利于提高强度和刚度；轴和轴上零件必须有准确的工作位置；轴上零件装拆调整方便；轴具有良好的加工工艺性；节省材料等。
1). 轴的组成
轴的毛坯一般采用圆钢、锻造或焊接获得，由于铸造品质不易保证，较少选用铸造毛坯。
轴主要由三部分组成。轴上被支承，安装轴承的部分称为轴颈；支承轴上零件，安装轮毂的部分称为轴头；联结轴头和轴颈的部分称为轴身。轴颈上安装滚动轴承时，直径尺寸必须按滚动轴承的国标尺寸选择，尺寸公差和表面粗糙度须按规定选择；轴头的尺寸要参考轮毂的尺寸进行选择，轴身尺寸确定时应尽量使轴颈与轴头的过渡合理，避免截面尺寸变化过大，同时具有较好的工艺性。
2). 结构设计步骤
设计中常采用以下的设计步骤：
1.分析所设计轴的工作状况，拟定轴上零件的装配方案和轴在机器中的安装情况。
2.根据已知的轴上近似载荷，初估轴的直径或根据经验确定轴的某径向尺寸。
3.根据轴上零件受力情况、安装、固定及装配时对轴的表面要求等确定轴的径向（直径）尺寸。
4.根据轴上零件的位置、配合长度、支承结构和形式确定轴的轴向尺寸。
5.考虑加工和装配的工艺性，使轴的结构更合理。
3). 零件在轴上的安装
保证轴上零件可靠工作，需要零件在工作过程中有准确的位置，即零件在轴上必须有准确的定位和固定。零件在轴上的准确位置包括轴向和周向两个方面。
⑴零件在轴上的轴向定位和固定
常见的轴向定位和固定的方法采用轴肩、各种挡圈、套筒、圆螺母、锥端轴头等的多种组合结构。
轴肩分为定位轴肩和非定位轴肩两种。利用轴肩定位结构简单、可靠，但轴的直径加大，轴肩处出现应力集中；轴肩过多也不利于加工。因此，定位轴肩多在不致过多地增加轴的阶梯数和轴向力较大的情况下使用，定位轴肩的高度一般取3-6mm，滚动轴承定位轴肩的高度需按照滚动轴承的安装尺寸确定。非定位轴肩多是为了装配合理方便和径向尺寸过度时采用，轴肩高度无严格限制，一般取为1-2mm。套筒定位可以避免轴肩定位引起的轴径增大和应力集中，但受到套筒长度和与轴的配合因素的影响，不宜用在使套筒过长和高速旋转的场合。
挡圈的种类较多，且多为标准件，设计中需按照各种挡圈的用途和国标来选用。
⑵零件在轴上的周向定位和固定
常见的周向定位和固定的方法采用键、花键、过盈配合、成形联结、销等多种结构。
键是采用最多的方法。同一轴上的键槽设计中应布置在一条直线
上，如轴径尺寸相差不过大时，同一轴上的键最好选用相同的键宽。
4)、轴的结构工艺性
⑴从装配来考虑：应合理的设计非定位轴肩，使轴上不同零件在安装过程中尽量减少不必要的配合面；为了装配方便，轴端应设计45°的倒角；在装键的轴段，应使键槽靠近轴与轮毂先接触的直径变化处，便于在安装时零件上的键槽与轴上的键容易对准；采用过盈配合时，为了便于装配，直径变化可用锥面过渡等。
⑵从加工来考虑：当轴的某段须磨削加工或有螺纹时，须设计砂轮越程槽或退刀槽；根据表面安装零件的配合需要，合理确定表面粗糙度和加工方法；为改善轴的抗疲劳强度，减小轴径变化处的应力集中，应适当增大其过渡圆角半径，但同时要保证零件的可靠定位，过渡圆角半径又必须小于与之相配的零件的圆角半径或倒角尺寸。轴的设计时应考虑多方面因素和要求，需要解决的问题是轴的选材、结构、强度和刚度。因此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。
合理的进行轴的强度校核是轴设计的主要内容，也是评定轴的设计成败得先决条件。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。
1.4课题研究意义
在科学技术高速发展的今天，轴是机械设备中最常见的一种零件，也是机械传动系统中重要的零件。对于不同类型的轴，在工作中常常受到多个载荷作用，这些载荷产生的应力计算是轴的强度计算中的重要内容。
轴的强度校核在材料力学和机械零件等课程中具有重要的地位。例如转轴一般都是工作在弯曲与扭转共同作用的复合应力状态下,对它的强度校核,一般是采用当量应力法或疲劳安全裕度的方法。这些强度校核计算方法的理论依据是塑性材料屈服失效理论(最大切应力理论与歪形能理论),并且考虑轴危险剖面上的弯曲正应力与扭转切应力的循环特性,以及轴的绝对尺寸、表面质量和应力集中等因素对疲劳强度的影响。研究轴的强度校核方法对于提高机械设备可靠性具有重要意义。
随着计算机技术的广泛应用，轴类零件的设计正逐步从手工走向计算机自动化设计，不仅提高了设计质量，减少了设计工作量，同时为现代高速、多变、小批量生产的设计提供了必要的保障手段。研究轴的强度校核方法有助于我们更好的掌握轴的强度校核原理，并进一步与计算机应用技术相结合，提高设计水平。
第二章 轴的强度校核方法 2.1强度校核的定义
在机械系统中，金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。强度是衡量零件本身承载能力（即抵抗失效能力）的重要指标。强度是机械零部件首先应满足的基本要求。
强度校核就是对材料或设备的力学性能进行检测并调节的一种方式，如抗冲击强度，抗弯曲强度等，并且这种方式以不破坏材料或设备性能为前提。
强度的校核研究是综合性的研究，主要是通过其应力状态来研究零部件的受力状况以及预测破坏失效的条件和时机。
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 τn
P A d 0≥[]T
T T d n P W T ττ≤2.09550000≈3=
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=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
475.2112110min =?== 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：
[]T τ
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B19.3-15~17.
][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B19.1-1
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：
][7.1][≤1-0σσσ==W M ca
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（0.25~0.35）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。
（2）做出弯矩图
在进行轴的校核过程中最大的难度就是求剪力和弯矩，画出剪力图和弯矩图，因此在此简单介绍下求剪力和弯矩的简便方法。
横截面上的剪力在数值上等于此横截面的左侧或右侧梁段上所有竖向外力（包括斜向外力的竖向分力）的代数和 。外力正负号的规定与剪力正负号的规定相同。剪力符号：当截面上的剪力使考虑的脱离体有顺时针转动趋势时的剪力为正；反之为负。
横截面上的弯矩在数值上等于此横截面的左侧或右侧梁段上的外力（包括外力偶）对该截面形心的力矩之代数和 。外力矩的正负号规定与弯矩的正负号规定相同。弯矩符号：当横截面上的弯矩使考虑的脱离体凹向上弯曲（下半部受拉，上半部受压）时，横截面上的弯矩为正；反之凹向下弯曲（上半部受拉，下半部受压）为负。
不论在截面的左侧或右侧向上的外力均将引起正值的弯矩，而向下的外力则引起负值的弯矩。
利用上述结论来计算某一截面上的内力是非常简便的，此时不需画脱离体的受力图和列平衡方程，只要梁上的外力已知，任一截面上
的内力均可根据梁上的外力逐项写出。因此，这种求解内力的方法称为简便法。
1、列剪力方程和弯矩方程 ，画剪力图和弯矩图
①梁的不同截面上的内力是不同的，即剪力和弯矩是随截面的位置而变化。
② 为了便于形象的看到内力的变化规律，通常是将剪力和弯矩沿梁长的变化情况用图形来表示—剪力图和弯矩图。
③剪力图和弯矩图都是函数图形，其横坐标表示梁的截面位置，纵坐标表示相应的剪力和弯矩。
④剪力图和弯矩图的画法是：先列出剪力和弯矩随截面位置变化的函数式，再由函数式画出函数图形。
剪力方程和弯矩方程 ：以梁的左端点为坐标原点，x 轴与梁的轴线重合, 找出横截面上剪力和弯矩与横截面位置的关系 , 这种关
系称为剪力方程和弯矩方程。)(x Fs Fs ，M=M(x)； 2、剪力图和弯矩图的绘制方向的判定：
剪力 : 正值剪力画在x 轴上侧，负值剪力画在x 轴下侧。 弯矩 : 正值弯矩画在x 轴的下侧；负值弯矩画在x 轴上侧。
3、绘剪力图和弯矩图的基本方法：首先分别写出梁的剪力方程和弯矩方程，然后根据它们作图。
4、作剪力图和弯矩图的几条规律
取梁的左端点为坐标原点，x 轴向右为正；剪力图向上为正；弯矩图向下为正。以集中力、集中力偶作用处，分布荷载开始或结束处，及支座截面处为界点将梁分段。分段写出剪力方程和弯矩方程，然后绘出剪力图和弯矩图。
梁上集中力作用处左、右两侧横截面上，剪力值（图）有突变，其突变值等于集中力的数值。在此处弯矩图则形成一个尖角。梁上集中力偶作用处左、右两侧横截面上的弯矩值也有突变，其突变值等于集中力偶矩的数值。但在此处剪力图没有变化。
梁上的最大剪力发生在全梁或各梁段的边界截面处；梁上的最大弯矩发生在全梁或各梁段的边界截面，或 F= 0的截面处。
5、求各分力的弯矩合成：
22V H
M M M +=
轴的载荷分析图如下：
图2 轴的载荷分析图
（3）校核轴的强度
通过以上计算得到得弯矩M 和扭矩T 后，可针对某些危险截面（即弯矩和扭矩大而轴径小可能断的截面）做弯扭合成强度的校核计算。
按第三强度理论的计算应力公式：
σ为对称循环变应力
τ为扭转切应力
224τσσ
+=ca
为了考虑两者循环特性不同的影响，引入折合系数α，则
若扭转切应力为静应力时：取α=0.3
若扭转切应力为脉动循环应力时：取α=0.6
若扭转切应力为对称循环应力时：取α=1.0
对于直径为d的圆轴：
弯曲应力
扭转切应力
代入与得：
式中：
]
[
1
σ为对称循环变应力的轴的许用弯曲应力(MPa)，具体数值查机械设计手册B19.1-1
ca
σ为轴的计算应力Mpa
M 为轴所受的弯矩N·mm
T 为轴所受的扭矩N·mm
W为轴的抗弯截面系数(3
mm)具体数值查机械设计手册B19.3-15-17下面本文以一级圆柱齿轮减速器的输出轴为例详细介绍按弯扭合成强度条件对轴进行强度校核的计算方法。
图3 一级圆柱齿轮减速器输出轴零件图
首先，作出轴的扭矩图如下：
2
2)
(4ατ
σ
σ+
=
ca
W
T
2
=
τ
W
T
M
W
T
W
M
ca
2
2
2
2
)
(
)
2
(4
)
(
α
α
σ
+
=
+
=
W
M
=
σ
图4 一级圆柱齿轮减速器输出轴扭矩图
按照上面提到的第三强度理论公式：
][)(12
2-≤+=δαδW
T M ca 式中：
ca δ-轴的计算应力，单位为Mpa;
M-轴所受的弯矩，单位为N.mm;
T-轴所受的扭矩，单位为N.mm;
W-轴的抗弯截面系数，单位为mm 3
依次确定式中的各个参数：
根据减速器输出轴的受力条件，已知：
N F t 8430=
N F r 3100=
N F a 1800=
N F v r 31602-=
N F v r 7871=
N F H r 54802-=
N F H r 28601-=
m N T ?=49.1429
根据图分析可得：
mm N L F M H r H ?=?-=?=5124005.93548012
mm N L F M V r V ?=?-=?=2750005.933160222
mm N L F M V r V ?=?=?=1370005.173787212
mm N d Fa M a ?=?=?=3085202
8.34218002 因此：
2222V H M M M +==591200 N.mm
2
121V H M M M +==530300 N.mm
根据轴的工作条件，取α=0.6。
计算抗扭截面系数W
根据弯矩图可知道，危险截面在齿轮段的轴上，因此截面形状如下所示：
图5 一级圆柱齿轮减速器输出轴危险截面图
查表15-4可得：
d t d bt d W 2)(322
3
--=π 分别带如图示所示的数据，可得：
323.36840mm W =
根据危险截面分析,取M=5912000 N.mm
强度的计算：
将以上数据分别带入上式中可得：
MPa ca 1.16=δ
前面已经选定轴的材料为45钢，由表15-1查得MPa 60][1=-δ,所以][1-<δδca ，故轴安全。
2.2.4精确计算（安全系数校核计算）
安全系数校核计算分为按疲劳强度条件和按精强度条件进行精确计算。
1.按疲劳强度条件进行精确计算
这种校核计算的实质在于确定变应力情况下轴的安全程度。在已知轴的外形、尺寸及载荷的基础上，即可通过分析确定出一个或多个
危险截面（这时不仅要考虑弯曲应力和扭转切应力的大小，而且要考虑应力集中和绝对尺寸等因素影响的程度），按照公式求出计算安全系数并应使其稍大于或至少等于设计安全系数。
公式如下：
其中：
σS 为只考虑弯矩作用时的安全系数
τS 为只考虑扭矩作用时的安全系数
[S]为按疲劳强度计算的许用安全系数：见下表。
表2 许用安全系数选取条件
仅有法向应力时，应满足
仅有扭转切应力时，应满足
式中 1σ对称循环应力下的材料弯曲疲劳极限(MPa)，具体数值查机
械设计手册B19.1-1
1τ 对称循环应力下的材料扭转疲劳极限(MPa)，具体数值查机
械设计手册B19.1-1
τσK K 、为弯曲和扭转时的有效应力集中系数,具体数值查机械设计
手册B19.3.5-7
β 为表面质量系数,具体数值查机械设计手册B19.3-8-10. ]
[≥22S S S S S S τστσ+=][≥1S K S m σσβξσσασσσ+=][≥1S K S m τ
τβξττατττ+=
τσψψ、为材料拉伸和扭转的平均应力折算系数,具体数值查机械设
计手册B19.3-13.
m σσα、为弯曲应力的应力幅和平均应力(MPa)具体数值查机械设计
手册B19.3-12
m σσα、为转应力的应力幅和平均应力(MPa)
图6 一级圆柱齿轮减速器输出轴轴承布置图
如上图所示一级圆柱齿轮减速器的输出轴承结构示意，首先判断危险截面，截面a-a 、b-b 、c-c 、d-d 和e-e 都有应力集中源(键槽、齿轮和轴的配合、过渡圆角等)，且当量弯矩均较大，故确定为危险截面，下面就以a-a 截面为例进行安全系数校核。
A 、a-a 截面上的应力：
弯曲应力幅：
MPa W M a 88.129
.169.1084.1882
2=+==σ 扭转应力幅：MPa W T r a 92.71
.3024772=?==τ 弯曲平均应力：0=m σ
扭转平均应力：MPa a n 92.7==τσ
B 、材料的疲劳极限：根据MPa b 650=σ，MPa s 360=σ查表7-1附注得：
2.0=ψa ，1.0=ψz
C 、a-a 截面应力集中系数：查附表7-1得：
825.1=a k ，625.1=r k
D 、表面状态系数及尺寸系数：查附表7-5、附表7-4, 得： )6.1650(92.00m R MPa a μσβ===，
81.0=a ε，76.0=r ε
E 、分别考虑弯矩或扭矩作用时的安全系数：
7.91
=+=-n a k S σψσεσσσ
σσ
2.81=+=-n a k S τψτβ
ετττττ 4.1][26.622=>=+=S S S S S S ca τ
στσ 故安全。
2.按静强度条件进行精确计算
这种校核目的是评定轴对塑性变形的抵抗能力。根据轴材料的屈服强度和轴上作用的最大瞬时载荷，计算轴危险截面处的静强度安全系数。
静强度校核时的强度条件是：
式中：
为危险截面静强度的计算安全系数
为按屈服强度的设计安全系数
为1.2-1.4用于高塑性材料制成的刚轴
为1.4-1.8，用于中等塑性材料制成的刚轴
为1.8-2，用于低塑性材料制成的刚轴
为2-3，用于铸造轴
为只考虑弯矩和轴向力时的安全系数 为只考虑扭矩时的安全系数 S
S S S S S S S S S S S ca ≥22τστσ+=ca S S S S S S S S S S S S σS S τS S )max (max A
Fa W M S S S +=σσ
式中
为材料的抗弯和抗扭屈服极限，MPa
为轴的危险截面上所受的最大弯矩和最大扭矩，N ·mm 为轴的危险截面上所受的最大的轴向力，N
A 为轴的危险截面的面积， 分别为危险截面的抗弯和抗扭截面系数,3mm 具体数值查机械设计手册B19.3-15-17.
通过以上几种校核强度的方法完成轴的设计，如果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。
T S S W T S max ττ=S τσ、S amax F max max T M 、T
W W 、
第三章提高轴的疲劳强度和刚度的措施
3.1 合理的选择轴的材料
轴的材料种类很多，主要是根据轴的使用条件、刚度和其他的机械性能等的要求，采用的热处理方式，同时考虑加工工艺，并力求经济合理，通过设计计算来选择轴的材料：
抽的材料一般是经过扎制或锻造经切削加工的碳素钢或合金钢。对于直径较小的轴，可用圆钢制造；有条件的可以直接用冷轧钢材；对于重要的，大直径或阶梯直径变化较大的轴，采用锻坯。为节约金属和提高工艺性，直径大的轴还可以造成空心的，并且带有焊接的或锻造的凸缘。
轴的常用的材料是优质碳素结构钢，如35、45和50，其中以45号钢最为常见。不太重要及受载荷交小的轴可用Q235、Q275等普通碳素钢结构钢；对于受力较大，轴的尺寸受限制，以及某些有特殊要求的轴可用合金机构钢。当采用合金钢时，应优先选用符合国家资源结构情况的硅锰钢、硼钢等。对于结构复杂的轴（例花键轴、空心轴等），为保护尺寸稳定性和减小热处理变形可选用铬钢；对于大截面非常重要的轴可选用铬镍钢，对于高温或腐蚀条件下工作的轴可选用耐热钢或不锈钢。
曲轴和轮轴一般用球墨铸铁和一些高强度铸铁。（铸造性能好，容易铸成复杂的形状，吸振能力好，应力集中敏感性比较低，支点位移的影响小。）
3.2合理安排轴的结构和工艺
设计过程中，除合理选材外还可从结构安排和工艺等方面采取措施来提高轴的承载能力。
分析轴上零件特点，减小轴受载荷
根据轴上安装的传动零件的状况，合理布置和合理设计可以减小轴的受载。
对于受弯矩和转矩联合作用的转轴，可以改进轴和轴上零件结构，使轴的承载减少。
(2)改进轴的结构，减少应力集中
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
机械专业 毕业设计说明书(轴校核部分).
Graduation Project (Thesis) Harbin University of Commerce X6132milling machine feed system, lifting platform and platform design Student SunMingxing Supervisor Yan Zugen Specialty X6132 milling machine feed system, lifting platform and platform design School Harbin University of Commerce 2012年6月9日
1 绪论 1.1机床的用途及性能 X6132、X6132A型万能升降台铣床属于通用机床。主要适用于机械工厂中加工车间、工具车间和维修车间的成批生产、单件、小批生产。 这种铣床可用圆柱铣刀、圆盘铣刀、角度铣刀、成型铣刀和端面铣刀加工各种平面、斜面、沟槽等。如果配以万能铣头、圆工作台、分度头等铣床附件，还可以扩大机床的加工范围。 X6132、X6132A型铣床的工作台可向左、右各回转45 o当工作台转动一定角度，采用分度头时，可以加工各种螺旋面。 X6132型机床三向进给丝杠为梯形丝杠，X6132A型机床三向进给丝杠为滚珠丝杠。 X6132/1、X6132A/1型数显万能升降台铣床是在X6132、X6132A型万能升降台铣床的基础上，在纵向、横向增加两个坐标的数字显示装置的一种变型铣床，该铣床具有普通万能升降台铣床的全部性能外，借助于数字显示装置还能作到加工和测量同时进行，实现动态位移数字显示，既保证了工件加工质量，又减轻了工人劳动强度和提高劳动生产率，配上万能铣头还可以进行镗孔加工。 图1-1 X6132卧式铣床整机外形图
传动轴设计计算
传动轴设计计算标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]
编号： 传动轴设计计算书 编制：日期： 校对：日期： 审核：日期： 批准：日期： 一．计算目的 我们初步选定了传动轴，轴径选取Φ27（详见《传动轴设计方案书》），动力端选用球面滚轮万向节，车轮端选用球笼万向节。左、右前轮分别由1根等速万向节传动轴驱动。通过计算，校核选型是否合适。 二．计算方法 本车传动轴设计不是传统载货车上从变速器到后驱动桥之间长轴传动设计，而是半轴传动设计。而且传动轴材料采用高级优质合金钢，且热处理工艺性好，使传动轴的静强度和疲劳强度大为提高，因此计算中许用应力按照半轴设计采用含铬合金钢，如40Cr、 42CrMo、40MnB,其扭转屈服极限可达到784 N/mm2左右，轴端花键挤压应力可达到196 N/mm2。 传动轴校核计算流程：
轴管直径的校核 校核： 两端自由支撑、壁厚均匀的等截面传动轴的临界转速 22 2 8 1.2x10 n e l d D+ = (r/min) 式中L传动轴长，取两万向节之中心距：mm D为传动轴轴管外直径：mm d为传动轴轴管内直径：mm 各参数取值如下：D＝φ27mm，d＝0mm 取安全系数K=n e /n max ，其中n max 为最高车速时的传动轴转速， 取安全系数K＝n e /n max =～。 实际上传动轴的最大转速n max ＝n c /（i g ×i ），r/min 其中：n c －发动机的额定最大转速，r/min； i g －变速器传动比；
i 0－主减速器传动比。 轴管的扭转应力的校核 校核扭转应力： τ＝ ] [1644τπ≤) -(d D DT J （N/mm 2） ][τ……许用应力，取][τ＝539N/mm 2[高合金钢（40Cr 、40MnB 等）、中频淬火抗 拉应力≥980 N/mm 2，工程应用中扭转应力为抗拉应力的～，取该系数为，由此可取扭转应力为539 N/mm 2，参考GB 3077-88] 式中： Tj ……传动系计算转矩，N ·mm ，2/k i i T T d g0g1x ema j η= N ·m T emax －发动机最大转矩N ·mm ； i g1－变速器一档传动比或倒档传动比； i g0－主减速器传动比 k d －动载系数 η-传动效率 传动轴花键齿侧挤压应力的校核 传动轴花键齿侧挤压应力的校核 ][)2 )(4(2121j j ZL D D D D T σσ≤-+= （N/mm 2 ）
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
轴强度校核例题与方法
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 1.3.1、轴的设计概要 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。 1.3.2、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氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，由于此钢氮化层硬度高，耐磨性好，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好，还具备一定的耐热性和耐蚀性。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性，是目前工业中应用最广泛的氮化钢。 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。 1.3.3、轴的结构设计 根据轴在工作中的作用，轴的结构取决于：轴在机器中的安装位置和形式，轴上零件的类型和尺寸，载荷的性质、大小、方向和分布状况，轴的加工工艺等多个因素。合理的结构设计应满足：轴上零件布置合理，从而轴受力合理有利于提高强度和刚度；轴和轴上零件必须有准确的工作位置；轴上零件装拆调整方便；轴具有良好的加工工艺性；节省材料等。 1). 轴的组成 轴的毛坯一般采用圆钢、锻造或焊接获得，由于铸造品质不易保证，较少选用铸造毛坯。 轴主要由三部分组成。轴上被支承，安装轴承的部分称为轴颈；支承轴上零件，安装轮毂的部分称为轴头；联结轴头和轴颈的部分称为轴身。轴颈上安装滚动轴承时，直径尺寸必须按滚动轴承的国标尺寸选择，尺寸公差和表面粗糙度须按规定选择；轴头的尺寸要参考轮毂的尺寸进行选择，轴身尺寸确定时应尽量使轴颈与轴头的过渡合理，避免截面尺寸变化过大，同时具有较好的工艺性。 2). 结构设计步骤
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
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： 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： （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 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d min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 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）： 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 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：为计算安全系数； 、分别为受弯矩和扭矩作用时的安全系数； 、为对称循环应力时材料试件的弯曲和扭转疲劳极限； 、为弯曲和扭转时的有效应力集中系数，
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
传动轴的设计及校核
第一章轻型货车原始数据及设计要求 发动机的输出扭矩：最大扭矩285.0N·m/2000r/min；轴距：3300mm；变速器传动比: ?五挡1 ，一挡7.31，轮距：前轮1440毫米，后轮1395毫米，载重量2500千克 设计要求： 第二章万向传动轴的结构特点及基本要求 万向传动轴一般是由万向节、传动轴和中间支承组成。主要用于在工作过程中相对位置不节组成。伸缩套能自动调节变速器与驱动桥之间距离的变化。万向节是保证变速器输出轴与驱动桥输入轴两轴线夹角的变化，并实现两轴的等角速传动。一般万向节由十字轴、十字轴承和凸缘叉等组成。 传动轴是一个高转速、少支承的旋转体，因断改变的两根轴间传递转矩和旋转运动。重型载货汽车根据驱动形式的不同选择不同型式的传动轴。一般来讲4×2驱动形式的汽车仅有一根主传动轴。6×4驱动形式的汽车有中间传动轴、主传动轴和中、后桥传动轴。6×6驱动形式的汽车不仅有中间传动轴、主传动轴和中、后桥传动轴，而且还有前桥驱动传动轴。在长轴距车辆的中间传动轴一般设有传动轴中间支承．它是由支承架、轴承和橡胶支承组成。 传动轴是由轴管、伸缩套和万向此它的动平衡是至关重要的。一般传动轴在出厂前都要进行动平衡试验，并在平衡机上进行了调整。因此，一组传动轴是配套出厂的，在使用中就应特别注意。 图 2-1 万向传动装置的工作原理及功用 图 2-2 变速器与驱动桥之间的万向传动装置 基本要求： 1.保证所连接的两根轴相对位置在预计范围内变动时，能可靠地传递动力。 2.保证所连接两轴尽可能等速运转。 3.由于万向节夹角而产生的附加载荷、振动和噪声应在允许范围内。 4.传动效率高，使用寿命长，结构简单，制造方便，维修容易等 第三章轻型货车万向传动轴结构分析及选型 由于货车轴距不算太长，且载重量2.5吨属轻型货车，所以不选中间支承，只选用一根主传动轴，货车发动机一般为前置后驱,由于悬架不断变形，变速器或分动器输出轴轴线之间的相对位置经常变化,根据货车的总体布置要求，将离合器与变速器、变速器与
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
回弹法测砼强度值的计算方法和步骤
回弹法测砼强度值的计算方法和步骤在学习计算方法和步骤之前，先了解几个术语： 1、测区：检测结构或构件砼抗压强度时的一个检测单元。 2、测点：在测区内进行的一个检测点。 3、测区砼强度换算值：由测区的平均回弹值和碳化深度值通过测强度曲线或查表得到的该检测单元（测区）的现龄期砼抗压强度值。 回弹法检测砼强度试用于工程结构普通砼抗压强度的检测。砼强度值的确定分为如下几个步骤：1、回弹值测量2、碳化深度值测量3、回弹值计算4、砼强度的计算 一、回弹值测量 1、一般规定：结构或物件砼强度检测可采用下列两种方式，其适用范围及结构或构件数量应符合下列规定： （1）、单个检测：适用于单个结构或构件的检测。 （2）、批量检测：适用于相同的生产工艺条件下，砼强度等级相同，原材料、配合比、成型工艺、养护条件基本一致且龄期相近的同类结构或构件，按批进行检测的结构构件。抽检数量不得少于同批构件总数的30%且不得少于10件。 2、每一结构或构件的测区应符合下列规定： （1）、每一结构或构件测区数量应不少于10个。对某一方向尺寸小于4.5米，且另一方向尺寸小于0.3米的构件其测区数量可适当减少，但不应少于5个。 （2）、相邻两测区的间距应控制在2米以内。测区离构件端部或施
工缝边缘的距离不宜大于0.5米，且不宜小于0.2米。 （3）、测区应选在使回弹仪处于水平方向检测砼浇筑侧面，当不能满足这一要求时，可使回弹仪处于非水平方向检测砼强度浇筑侧面、表面或底面。但回弹值需修正。 （4）、测区宜选在构件的两个对称可测面上，也可选在一个可测面上，且应均匀分布。在构件的重要部位及薄弱部位必须布置测区，并应避开预埋件。 （5）、测区的面积不宜大于0.04㎡。 （6）、检测面应为砼表面，并应清洁平整，不应有疏松层、浮浆、油垢、涂层以及蜂窝、麻面。必要时可用砂轮清除疏松层和杂物，且不应有残留的粉末或碎屑。 3、回弹值测定 （1）、检测时，回弹仪的轴线应始终垂直于结构或构件的检测面。缓慢施压，准确读数，快速复位。 （2）、测点宜在测区范围内均匀分布。相邻两测点的净距不宜小于20mm。测点距外露钢筋、预埋件的距离不宜小于30mm。测点不应在气孔或外露石子上，同一测点只应弹一次，每一测区应取16个回弹值。 二、碳化深度测量值 1、回弹值测量完毕后，应在有代表性的位置上测量碳化深度值。 测点不应小于构件测区数的30%，取其平均值为该构件的每测区的碳化深度值，当碳化深度最大值与最小值之差大于2.0mm
轴设计校核
4.3 升降轴的设计 升降轴是升降电机动力通过链轮输入的一段，它的结构如下图： 图4-2 轴的结构图 1. 估算轴的基本直径 选用45钢，热处理方式为调质处理，由《机械设计》课本表15-3查得 取0A =120，得 mm 515 .272.2120n d 330=?=≥P A 所求为轴的最细处，即装联轴器处（图5-2）。但因此处有个键槽，故轴颈应增大5%，即mm 5.5305.151d min =?=。 为了使所选的直径与联轴器孔径相适应，故需同时选择与其相适应的联轴器。由《机械设计课程设计》课本查得采用凸缘联轴器，其型号选为YLD10,取与轴配合的的半联轴器孔径55mm ，故轴颈mm 55d 12=，与轴配合长度84mm 。 2. 轴的结构设计 （1）初定各段直径，见表4-1
（2）确定各段长度，见表4-2 3. 轴上零件的周向固定 半联轴器的周向定位均采用平键连接，按12d 由《机械设计》查得平键尺寸801016l h b ??=??，长为80mm ，半联轴器与轴的配合代号为H7/k6。同样，链轮毂与轴连接处，选用平键为251422l h b ??=??，为保证链轮与轴的周向固定，故选择链轮轮毂与轴的配合代号为H7/k6。 4. 考虑轴的结构工艺性 考虑轴的结构工艺性，轴肩处的圆角半径R 值为2.5，轴端倒角c=2mm ；为便于加工，链轮和半联轴器处的键槽布置在同一轴面上。 4.4 升降轴的强度校核 1. 轴的受力分析 轴的力学模型如下图： 根据升降传动轴的受力情况，此轴主要受扭矩作用。 （1）求出轴传递的扭矩： m N 7645.272.295509550?=?==n P T
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
心轴的设计与校核
心轴的设计与校核 （1）轴上所受力的计算 行走轮有效牵引力 t F和上抬力 r F如图4-24 图4-24 轮齿受力图 2 cos t r t t n T F d F Ftg F F α α ? =? ? =? ? =?? 式中：T——行走电机最终传到行走轮上的转矩，N·m； d——摆线行走轮的节圆直径，m； α——啮合角（压力角）。 () 111 9550/955036.15/1034523.25N m T P n ==?=? 1 1 1 234523.251000 2230155N 300 t T F d ?? === 11 83769.57N r t F F tgα == () 222 9550/955034/840587.5N m T P n ==?=? 2 2 2 240587.51000 2226676.16N 358.11 t T F d ?? === 22 83503.38N r t F F tgα == 2241223.73N cos t n F Fα ==
(2) 根据轴的机构图作出轴的计算简图，根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和当量弯矩图，如图4-25所示,由于轴上套有轴承轴上的扭矩忽略不计。 图 4-25 弯矩图 由计算得 1153036.4N R = 279557.94N R = （3）按弯扭合成强度校核轴的强度 空心轴[] 3 4 3 21.681M d σα =- 式中：d ——轴的直径，mm M ——轴在计算截面所受载荷，N m ? α——空心轴内径1d 与外径d 之比，1 d d α = []σ——许用应力，固定心轴：载荷平稳[]σ=[]1σ+；载荷变化[]σ=[]0σ， 转动心轴：[]σ=[]1σ- []1σ+、[]0σ、[]1σ-——轴的许用弯曲应力，2N/mm ，按机械设计手册查
平键的选择和计算资料
平键的选择和计算
第六章：平键的选择和计算 6.1：高速轴与V 带轮用键连接 1、选用圆头普通平键（A 型） 按轴的直径d=45mm,及带轮宽mm 3552=B ，据文献得键的键 宽b ?键高h 为914?，长度mm 45=L 的键。 2、强度校核 键材料选择45钢，V 带轮材料为铸铁，查表得键联接的 许用应力[]MPa P 80~70=σ，键的工作长度 mm h k mm L l 5.495.05.0382 14452b -=?===-==， 挤压应力 []安全）(8.3845 385.4171.14920002000P I P MPa kld T σσ<=???== 6.2：低速轴与大齿轮用键连接 1、选用圆头普通平键（A 型） 按轴的直径d=64mm,据文献得键的键宽b ?键高h 为1118?，长度mm 63=L 的键。 2、强度校核 键材料选择45钢，大齿轮的材料也为45钢，查表得键联接的许用应力[]MPa P 150~120=σ，键的工作长度 mm h k mm L l 5.5115.05.0542 18632b -=?===-==， 挤压应力
[]安全）(77.7764 545.517.73920002000P II P MPa kld T σσ<=???== 6.3：低速轴与联轴器用键连接 1、选用圆头普通平键（A 型） 按轴的直径d=50mm ，据文献查得键的的键宽b ?键高h 为914?，长度mm 63=L 的键。 2、强度校核 键材料选择45钢，联轴器的材料为钢，查表得键联接的许用应力[]MPa P 150~120=σ，键的工作长度 mm h k mm L l 5.495.05.0562 14632b -=?===-==， 挤压应力 []安全）(33.11750 565.417.73920002000P II P MPa kld T σσ<=???==
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
传动轴设计计算
编号： 传动轴设计计算书 编制：日期： 校对：日期： 审核：日期： 批准：日期：
一．计算目的 我们初步选定了传动轴，轴径选取Φ27（详见《传动轴设计方案书》），动力端选用球面滚轮万向节，车轮端选用球笼万向节。左、右前轮分别由1根等速万向节传动轴驱动。通过计算，校核选型是否合适。 二．计算方法 本车传动轴设计不是传统载货车上从变速器到后驱动桥之间长轴传动设计，而是半轴传动设计。而且传动轴材料采用高级优质合金钢，且热处理工艺性好，使传动轴的静强度和疲劳强度大为提高，因此计算中许用应力按照半轴设计采用含铬合金钢，如40Cr、42CrMo、40MnB,其扭转屈服极限可达到784 N/mm2左右，轴端花键挤压应力可达到196 N/mm2。 传动轴校核计算流程：
1.1 轴管直径的校核 校核： 两端自由支撑、壁厚均匀的等截面传动轴的临界转速 22 2 8 1.2x10 n e l d D+ =(r/min) 式中L传动轴长，取两万向节之中心距：mm D为传动轴轴管外直径：mm d为传动轴轴管直径：mm 各参数取值如下：D＝φ27mm，d＝0mm 取安全系数K=n e/n max，其中n max为最高车速时的传动轴转速，取安全系数K＝n e/n max=1.2～2.0。 实际上传动轴的最大转速n max＝n c/（i g×i0），r/min 其中：n c－发动机的额定最大转速，r/min； i g－变速器传动比； i0－主减速器传动比。
1.2 轴管的扭转应力的校核 校核扭转应力： τ＝ ][164 4τπ≤) -(d D DT J （N/mm 2） ][τ……许用应力，取][τ＝539N/mm 2[高合金钢（40Cr 、40MnB 等）、中频淬火抗拉 应力≥980 N/mm 2，工程应用中扭转应力为抗拉应力的0.5～0.6，取该系数为0.55，由此可取扭转应力为539 N/mm 2，参考GB 3077-88] 式中： T j ……传动系计算转矩，N ·mm ，2/k i i T T d g0g1x ema j η= N ·m T emax －发动机最大转矩N ·mm ； i g1－变速器一档传动比或倒档传动比； i g0－主减速器传动比 k d －动载系数 η-传动效率 1.3 传动轴花键齿侧挤压应力的校核 传动轴花键齿侧挤压应力的校核 ][)2 )(4(2121j j ZL D D D D T σσ≤-+= （N/mm 2 ） 式中：T j －计算转矩，N ·mm ； D 1,D 2－花键的外径和径，mm ； Z ………花键齿数 L ………花键有效长度