轴的弯扭合成强度计算
完成轴的结构设计后,作用在轴上外载荷(转矩和弯矩)的大小、方向、作用点、载荷种类及支点反力等就已确定,可按弯扭合成的理论进行轴危险截面的强度校核。
进行强度计算时通常把轴当作置于铰链支座上的梁,作用于轴上零件的力作为集中力,其作用点取为零件轮毂宽度的中点。支点反的作用点一般可近似地取在轴承宽度的中点上。具体的计算步骤如下:
(1)画出轴的空间力系图。将轴上作用力分解为水平面和垂直面分力,并求出水平面和垂直面上的支点反力。
(2)分别作出水平面上的弯矩(MH)图和垂直面上的弯矩(Mv)图。
(3)计算出合成弯矩M= M2H+M2v,绘出合成弯矩图。
(4)作出转矩(T)图。
(5)计算当量弯矩Me= M2H+(aT)2,绘出当量弯矩图。式中α为考虑弯曲应力与扭转剪力循环特性的不同而引入的修正系数。通常弯曲应力为对称循环变化应力,而扭转剪应力随工作情况的变化而变化。对于不变转矩取α=[σ-1b]/[σ+1b]≈0.3;对于脉动循环转矩取α=[σ-1b]/[σ+0b]≈0.6;对于对称循环转矩取α=1。其中[σ-1b]、[σ0b]、[σ+1b]分别为对称循环、脉动循环及静应力状态下的许用弯曲应力,其值列于表9.2中。
对正反转频繁的轴,可将转矩T看成是对称循环变化。当不能确切知道载荷的性质时,一般轴的转矩可按脉动循环处理。
(6)校核危险截面的强度。根据当量弯矩图找出危险截面,进行轴的强度校核,其公式如下:
式中W为轴的抗弯截面系数,单位为mm3;M、T、Me的单位均为N·mm;d的单位为mm;σe为当量弯曲应力,单位为MPa。
开始设计轴时,通常还不知道轴上零件的位置及支点位置,无法确定轴的受力情况,只有待轴的结构设计基本完成后,才能对轴
完成轴的结构设计后,作用在轴上外载荷(转矩和弯矩)的大小、方向、作用点、载荷种类及支点反力等就已确定,可按弯扭合成的理论进行轴危险截面的强度校核。
进行强度计算时通常把轴当作置于铰链支座上的梁,作用于轴上零件的力作为集中力,其作用点取为零件轮毂宽度的中点。支点反的作用点一般可近似地取在轴承宽度的中点上。具体的计算步骤如下:
(1)画出轴的空间力系图。将轴上作用力分解为水平面和垂直面分力,并求出水平面和垂直面上的支点反力。
(2)分别作出水平面上的弯矩(MH)图和垂直面上的弯矩(Mv)图。
(3)计算出合成弯矩M= M2H+M2v,绘出合成弯矩图。
(4)作出转矩(T)图。
(5)计算当量弯矩Me= M2H+(aT)2,绘出当量弯矩图。式中α为考虑弯曲应力与扭转剪力循环特性的不同而引入的修正系数。通常弯曲应力为对称循环变化应力,而扭转剪应力随工作情况的变化而变化。对于不变转矩取α=[σ-1b]/[σ+1b]≈0.3;对于脉动循环转矩取α=[σ-1b]/[σ+0b]≈0.6;对于对称循环转矩取α=1。其中[σ-1b]、[σ0b]、[σ+1b]分别为对称循环、脉动循环及静应力状态下的许用弯曲应力,其值列于表9.2中。
对正反转频繁的轴,可将转矩T看成是对称循环变化。当不能确切知道载荷的性质时,一般轴的转矩可按脉动循环处理。
(6)校核危险截面的强度。根据当量弯矩图找出危险截面,进行轴的强度校核,其公式如下:
式中W为轴的抗弯截面系数,单位为mm3;M、T、Me的单位均为N·mm;d的单位为mm;σe为当量弯曲应力,单位为MPa。
