对于同时承受弯矩和转矩的转轴,结构确定后,轴上零件相对于轴的位置便已确定,即支点位置及轴上所受载荷的大小、方向和作用点已定,这样即可求出支承反力,画出弯矩图和转矩图,从而按弯扭合成进行强度校核。
计算时,将轴上零件传至轴的载荷简化为集中力,集中力的作用点取为轮毂宽度的中点,如图7-12所示。过盈配合的轴毂连接,力的作用点可按图7-13所示方法简化,轴上转矩则从传动件轮毂宽度的中点算起。轴的支承一般看作铰链支座,支承反力的作用点可根据轴承的类型和布置方式按图7-14确定,图中a的数值可查滚动轴承标准。
图7-12 一般配合时轴上受力的简化
图7-13 过盈配合时轴上受力的简化
这里仍以图7-3所示减速器输出轴为例,介绍弯扭合成强度计算的一般方法和步骤(参见图7-15)。
①作出轴的计算简图,即将轴上受力零件的载荷分解为水平面和垂直面中的分力(如图7-15中斜齿轮上的Ft、Fr、Fa),并求出水平面及垂直面内的支承反力[图7-15(a)]。
②分别作出垂直面和水平面内的受力图,并求出这两个面内的支承反力[图7-15(b)]。
图7-14 轴上支承点的位置
滑动轴承:当l/d≤1时,e=0.5l;当l/d>1时,e=0.5d,但e≥(0.25~0.35)l调心轴承:e=0.5l
图7-15 轴的载荷分布
③分别作出水平面内的弯矩(MH)图与垂直面内的弯矩(MV)图[图7-15(c)]。(www.daowen.com)
④计算合成弯矩,作出合成弯矩图[图7-15(d)]。
⑤作出转矩(T)图[图7-15(e)]。
⑥按强度理论求出当量弯矩Md=,并作出当量弯矩图[图7-15(f))]。
考虑到转轴上由弯矩产生的弯曲应力是对称循环变应力,而转矩产生的扭转切应力往往不是对称循环应力,故在求当量弯矩Md时引入校正系数α。对于不变的转矩,α≈0.3;对于脉动循环转矩,α≈0.6;对于对称循环转矩,α=1。若转矩变化规律不清,一般按脉动循环处理。
⑦校核轴的强度,危险截面应满足以下强度条件:
式中,σd——轴的当量弯曲应力,MPa;
Wz——轴的抗弯截面系数,mm3,对于直径为d的实心圆轴,Wz≈0.1d3;
[σ-1]——轴的许用弯曲应力,MPa,其值按表7-2选用。
当计算只承受弯矩的心轴时,可利用公式(7-3),但此时T=0。
对于一般用途的轴,按上述方法计算已足够可靠。对于重要的轴,尚需用安全系数法作进一步的强度校核,其计算方法可查阅相关文献。
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