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正文內(nèi)容

軸的強(qiáng)度校核例題及方法-文庫吧資料

2024-08-18 17:03本頁面
  

【正文】 設(shè)計過程中,除合理選材外還可從結(jié)構(gòu)安排和工藝等方面采取措施來提高軸的承載能力。曲軸和輪軸一般用球墨鑄鐵和一些高強(qiáng)度鑄鐵。當(dāng)采用合金鋼時,應(yīng)優(yōu)先選用符合國家資源結(jié)構(gòu)情況的硅錳鋼、硼鋼等。軸的常用的材料是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,如345和50,其中以45號鋼最為常見。對于直徑較小的軸,可用圓鋼制造;有條件的可以直接用冷軋鋼材;對于重要的,大直徑或階梯直徑變化較大的軸,采用鍛坯。mm為軸的危險截面上所受的最大的軸向力,N A 為軸的危險截面的面積,分別為危險截面的抗彎和抗扭截面系數(shù),.通過以上幾種校核強(qiáng)度的方法完成軸的設(shè)計,如果校核結(jié)果如不滿足承載要求時,則必須修改原結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果,再重新校核。根據(jù)軸材料的屈服強(qiáng)度和軸上作用的最大瞬時載荷,計算軸危險截面處的靜強(qiáng)度安全系數(shù)。A、aa截面上的應(yīng)力:彎曲應(yīng)力幅:扭轉(zhuǎn)應(yīng)力幅:彎曲平均應(yīng)力:扭轉(zhuǎn)平均應(yīng)力:B、材料的疲勞極限:根據(jù),查表71附注得:          ,C、aa截面應(yīng)力集中系數(shù):查附表71得:       ,D、表面狀態(tài)系數(shù)及尺寸系數(shù):查附表7附表74, 得:          ,E、分別考慮彎矩或扭矩作用時的安全系數(shù):故安全。公式如下:其中: 為只考慮彎矩作用時的安全系數(shù) 為只考慮扭矩作用時的安全系數(shù) [S]為按疲勞強(qiáng)度計算的許用安全系數(shù):見下表。這種校核計算的實質(zhì)在于確定變應(yīng)力情況下軸的安全程度。計算抗扭截面系數(shù)W根據(jù)彎矩圖可知道,危險截面在齒輪段的軸上,因此截面形狀如下所示:圖5 一級圓柱齒輪減速器輸出軸危險截面圖查表154可得:分別帶如圖示所示的數(shù)據(jù),可得:根據(jù)危險截面分析,取M=5912000 強(qiáng)度的計算:將以上數(shù)據(jù)分別帶入上式中可得:前面已經(jīng)選定軸的材料為45鋼,由表151查得,所以,故軸安全。T軸所受的扭矩。圖3 一級圓柱齒輪減速器輸出軸零件圖首先,作出軸的扭矩圖如下:圖4 一級圓柱齒輪減速器輸出軸扭矩圖按照上面提到的第三強(qiáng)度理論公式:式中:軸的計算應(yīng)力,單位為Mpa。mmT 為軸所受的扭矩N求各分力的彎矩合成: 軸的載荷分析圖如下:圖2 軸的載荷分析圖(3)校核軸的強(qiáng)度通過以上計算得到得彎矩M和扭矩T后,可針對某些危險截面(即彎矩和扭矩大而軸徑小可能斷的截面)做彎扭合成強(qiáng)度的校核計算。但在此處剪力圖沒有變化。在此處彎矩圖則形成一個尖角。分段寫出剪力方程和彎矩方程,然后繪出剪力圖和彎矩圖。作剪力圖和彎矩圖的幾條規(guī)律取梁的左端點為坐標(biāo)原點,x 軸向右為正;剪力圖向上為正;彎矩圖向下為正。彎矩 : 正值彎矩畫在x軸的下側(cè);負(fù)值彎矩畫在x軸上側(cè)。剪力方程和彎矩方程 :以梁的左端點為坐標(biāo)原點,x 軸與梁的軸線重合, 找出橫截面上剪力和彎矩與橫截面位置的關(guān)系 , 這種關(guān)系稱為剪力方程和彎矩方程。③剪力圖和彎矩圖都是函數(shù)圖形,其橫坐標(biāo)表示梁的截面位置,縱坐標(biāo)表示相應(yīng)的剪力和彎矩。列剪力方程和彎矩方程 ,畫剪力圖和彎矩圖①梁的不同截面上的內(nèi)力是不同的,即剪力和彎矩是隨截面的位置而變化。利用上述結(jié)論來計算某一截面上的內(nèi)力是非常簡便的,此時不需畫脫離體的受力圖和列平衡方程,只要梁上的外力已知,任一截面上的內(nèi)力均可根據(jù)梁上的外力逐項寫出。彎矩符號:當(dāng)橫截面上的彎矩使考慮的脫離體凹向上彎曲(下半部受拉,上半部受壓)時,橫截面上的彎矩為正;反之凹向下彎曲(上半部受拉,下半部受壓)為負(fù)。橫截面上的彎矩在數(shù)值上等于此橫截面的左側(cè)或右側(cè)梁段上的外力(包括外力偶)對該截面形心的力矩之代數(shù)和 。外力正負(fù)號的規(guī)定與剪力正負(fù)號的規(guī)定相同。(2)做出彎矩圖在進(jìn)行軸的校核過程中最大的難度就是求剪力和彎矩,畫出剪力圖和彎矩圖,因此在此簡單介紹下求剪力和彎矩的簡便方法。通過軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸軸上零件位置及外載荷和支反力的作用位置,計算出軸上各處的載荷。mmW 為危險截面抗扭截面系數(shù)()~17.為脈動循環(huán)應(yīng)力時許用彎曲應(yīng)力(MPa)由于前期軸的設(shè)計過程中,軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸軸上零件位置及外載荷和支反力的作用位置均已經(jīng)確定,則軸上載荷可以求得,因而可按彎扭合成強(qiáng)度條件對軸進(jìn)行強(qiáng)度校核計算。:由于考慮啟動、停車等影響,彎矩在軸截面上鎖引起的應(yīng)力可視為脈動循環(huán)變應(yīng)力。例如,在設(shè)計一級圓柱齒輪減速器時,假設(shè)高速軸輸入功率P1=,輸入轉(zhuǎn)速n1=960r/min,則可根據(jù)上式進(jìn)行最小直徑估算,若最小直徑軸段開有鍵槽,還要考慮鍵槽對軸的強(qiáng)度影響。實心軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為:由上式可得軸的直徑為 為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,MPa式中:T為軸多受的扭矩,N:這種方法是根據(jù)軸所受的扭矩來計算軸的強(qiáng)度,對于軸上還作用較小的彎矩時,通常采用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法予以考慮。對于心軸應(yīng)按彎曲強(qiáng)度條件計算。進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計算時,應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況,采取相應(yīng)的計算方法,并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。強(qiáng)度校核就是對材料或設(shè)備的力學(xué)性能進(jìn)行檢測并調(diào)節(jié)的一種方式,如抗沖擊強(qiáng)度,抗彎曲強(qiáng)度等,并且這種方式以不破壞材料或設(shè)備性能為前提。強(qiáng)度是衡量零件本身承載能力(即抵抗失效能力)的重要指標(biāo)。研究軸的強(qiáng)度校核方法有助于我們更好的掌握軸的強(qiáng)度校核原理,并進(jìn)一步與計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)相結(jié)合,提高設(shè)計水平。研究軸的強(qiáng)度校核方法對于提高機(jī)械設(shè)備可靠性具有重要意義。例如轉(zhuǎn)軸一般都是工作在彎曲與扭轉(zhuǎn)共同作用的復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下,對它的強(qiáng)度校核,一般是采用當(dāng)量應(yīng)力法或疲勞安全裕度的方法。對于不同類型的軸,在工作中常常受到多個載荷作用,這些載荷產(chǎn)生的應(yīng)力計算是軸的強(qiáng)度計算中的重要內(nèi)容。校核結(jié)果如不滿足承載要求時,則必須修改原結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果,再重新校核。因此軸的強(qiáng)度校核尤為重要,通過校核來確定軸的設(shè)計是否能達(dá)到使用要求,最終實現(xiàn)產(chǎn)品的完整設(shè)計。⑵從加工來考慮:當(dāng)軸的某段須磨削加工或有螺紋時,須設(shè)計砂輪越程槽或退刀槽;根據(jù)表面安裝零件的配合需要,合理確定表面粗糙度和加工方法;為改善軸的抗疲勞強(qiáng)度,減小軸徑變化處的應(yīng)力集中,應(yīng)適當(dāng)增大其過渡圓角半徑,但同時要保證零件的可靠定位,過渡圓角半徑又必須小于與之相配的零件的圓角半徑或倒角尺寸。4)、軸的結(jié)構(gòu)工藝性⑴從裝配來考慮:應(yīng)合理的設(shè)計非定位軸肩,使軸上不同零件在安裝過程中盡量減少不必要的配合面;為了裝配方便,軸端應(yīng)設(shè)計45176。鍵
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