【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 響 。 疲勞裂紋常常發(fā)生在表面最粗糙的地方 。 ? 為提高軸的疲勞強(qiáng)度 ， 可采用 表面強(qiáng)化處理 ， 如碾壓 、噴丸 、 氮化 、 滲碳 、 淬火等方法 ， 可顯著提高軸的承載能力 。 SEUQRM 32 Design and Calculation of Shafts 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)軸的失效形式 ， 對(duì)軸的計(jì)算內(nèi)容通常為 ? 強(qiáng)度 (strength)計(jì)算 —— ? 剛度 (stiffness)計(jì)算 —— 軸受載后發(fā)生 彎曲 、 扭轉(zhuǎn)等變形 。 如果變形過(guò)大 ， 超過(guò)允許變形范圍 ， 軸上零件就不能正常工作 ， 甚至影響機(jī)器的性能 。 因此 ， 對(duì)于有剛度要求的軸 ， 必須進(jìn)行剛度校核 。軸的剛度分為 彎曲剛度 和 扭轉(zhuǎn)剛度 。 ? 臨界轉(zhuǎn)速 (critical rotating speed)計(jì)算 —— 若軸受載荷作用引起的強(qiáng)迫 振動(dòng)頻率 與軸的 固有頻率 相同或接近 時(shí) ， 將產(chǎn)生 共振 現(xiàn)象 ，以至于軸或軸上零件乃至整個(gè)機(jī)器遭到破壞 。 發(fā)生共振時(shí)軸的轉(zhuǎn)速稱(chēng)為 臨界轉(zhuǎn)速 。 因此 ， 對(duì)于重要的軸 ， 尤其是高速軸或受周期性外載作用的軸 ， 都必須計(jì)算其臨界轉(zhuǎn)速 ， 并使 軸的工作轉(zhuǎn)速避開(kāi)臨界轉(zhuǎn)速 。 SEUQRM 33 Strength Calculation of Shafts 軸的強(qiáng)度計(jì)算 三種方法 —— 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算 ， 按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算 ， 安全系數(shù)校核計(jì)算 。 1. 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算 —— 只需知道 轉(zhuǎn)矩 大小 ， 方法簡(jiǎn)便 ， 但計(jì)算 精度低 。 它主要用于下列情況： (1) 傳遞轉(zhuǎn)矩或以轉(zhuǎn)矩為主的 傳動(dòng)軸 ； (2) 對(duì)于 彎矩尚不能確定的 轉(zhuǎn)軸 ， 初步估算軸徑 ， 將其作為 最小直徑 ， 以便進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； (3) 不重要的 轉(zhuǎn)軸 的最終計(jì)算 。 SEUQRM 34 對(duì)于實(shí)心圓軸 —— ][/6TTTT WnPWT ?? ????扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件 —— T — 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 (N?mm)； WT — 軸的抗扭截面系數(shù) (mm3)， 表 ； P — 軸傳遞的功率 (kW)； n — 軸的轉(zhuǎn)速 (r/min)； [?T] — 許用切應(yīng)力 (MPa)， 表 。 3 6 ][???33 ?? ?336/][ nPAnPdT????當(dāng)截面上有 鍵槽 時(shí) ， 可按圓軸計(jì)算 ， 并適當(dāng)增大軸徑 。 對(duì)于 直徑小于 100的軸 ， 單鍵增大 5~7%， 雙鍵增大 10~15%； 對(duì)于 直徑大于 100的軸 ， 單鍵增大 3%， 雙鍵增大 7%。 表 SEUQRM 35 2. 按彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算 —— 適用前提 —— 在 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后 ， 軸的主要結(jié)構(gòu)形狀和尺寸 、軸上零件的位置 、 外載荷和支反力的作用位置均已確定 。 適用對(duì)象 —— 同時(shí)受彎矩和轉(zhuǎn)矩的 轉(zhuǎn)軸 ， 僅受彎矩的 心軸 。 方法特點(diǎn) —— 同時(shí)考慮彎 、 扭 ， 按強(qiáng)度理論進(jìn)行合成 ， 對(duì)軸的危險(xiǎn)截面 (即彎矩 、 扭矩大的截面 )進(jìn)行強(qiáng)度校核 。 一般的軸用此方法已足夠可靠 。 SEUQRM 36 根據(jù) 第三強(qiáng)度理論 ， 轉(zhuǎn)軸 計(jì)算截面 彎扭合成 強(qiáng)度條件為 ][44 12222???????????????????? ????Tc WTWM M — 軸所受的 合成 彎矩 (N?mm)； T — 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 (N?mm)； W — 軸的抗彎截面系數(shù) (mm3)， 表 ； WT — 軸的抗扭截面系數(shù) (mm3)， 表 ； ?c — 當(dāng)量彎曲應(yīng)力 (MPa)； [?1] — 對(duì)稱(chēng)循環(huán) 狀態(tài)下軸材料的 許用彎曲應(yīng)力 (MPa)， 表 。 上式針對(duì) 彎矩 產(chǎn)生的 彎曲應(yīng)力 是 對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力 ， 而由 轉(zhuǎn)矩 產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn) 切應(yīng)力 往往 不是對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力 。 為了考慮兩者循環(huán)特性的不同 ， 引入 換算系數(shù) ? ， 稱(chēng)為應(yīng)力 修正系數(shù) SEUQRM 37 ][ ][11 ???????對(duì)于不變的轉(zhuǎn)矩 —— 對(duì)于脈動(dòng)的轉(zhuǎn)矩 —— ][][01 ?? ????對(duì)于對(duì)稱(chēng)循環(huán)的轉(zhuǎn)矩 —— 1][ ][11 ??????? 所謂 不變的轉(zhuǎn)矩 只是理論上可以這么認(rèn)為 ， 實(shí)際上機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不可能完全均勻 ， 且有扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的存在 ， 故為安全計(jì) ， 常 按脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩 計(jì)算 。 ][4 122?????????????????? ???Tc WTWM][4 122?????????????????? ??Tc WTWMSEUQRM 38 ][)(1322???? ???dTMc22 )( TMM c ???—— 當(dāng)量彎矩 相當(dāng)于將轉(zhuǎn)矩折算為彎矩 對(duì)于實(shí)心圓軸 —— 33 ?? ?WddW T ??? ?][4 122?????????????????? ???Tc WTWM313 ][???dMd c使用場(chǎng)合 —— 彎曲應(yīng)力作 對(duì)稱(chēng)循環(huán) 變化的 轉(zhuǎn)軸 。 當(dāng)截面上有 鍵槽 時(shí) ， 可按圓軸計(jì)算 ， 應(yīng) 適當(dāng)增大軸徑 ，其增大值同于按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算的增大值 。 SEUQRM 39 313 ][???dMd c? 對(duì)于 心軸 ， 因其只承受彎矩而不承受扭矩 ， 則在應(yīng)用上式時(shí) ， 應(yīng)取 T=0。 ? 轉(zhuǎn)動(dòng)心軸 —— 彎曲應(yīng)力為對(duì)稱(chēng)循環(huán)變應(yīng)力 ， 故其許用彎曲應(yīng)力應(yīng) 取 [?1]； ? 固定心軸 —— 當(dāng) 載荷變化 （ 經(jīng)常啟動(dòng) 、 停車(chē) ） 時(shí) ，因其彎曲應(yīng)力可視為 脈動(dòng)應(yīng)力 ， 則其許用彎曲應(yīng)力應(yīng) 取 [?0]；但對(duì)于 載荷平穩(wěn) 的固定心軸 ， 其彎曲應(yīng)力可視為 靜應(yīng)力 ， 則其許用彎曲應(yīng)力應(yīng)取 [?+1]。 22 )( TMM c ???SEUQRM 40 軸的一般設(shè)計(jì)過(guò)程： 估算軸徑 初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)