【结构设计校核方法】 【校对原则】 ※ 能按建筑设计意图将结构骨架搭建起来 ※ 在搭建过程中注意不与建筑、设备发生冲突，做到不错不漏，不碰不缺 ※ 注意结构自身合理性，不合理的要与建筑协商解决 ※ 将设计意图表示完全，表达清楚 ※ 一套图的设计参数是否统一 【校对顺序】 图面――模板――配筋――说明，检查完一项打一个勾。 【图面校对】 ○是否有异常文字和标注（文字为?号，大小不统一，标注与实际长度不符或非整数）； ○是否有多余文字、尺寸线和多余轴线； ○轴线、梁线等线型是否正确，线宽是否合适； ○文字是否被重叠，被覆盖； ○墙、柱、后浇带等是否有漏、多余填充或错误填充；不同类型是否用了相同的填充式样； ○出图比例是否异常，所注比例是否正确； ○图签中图名、图号、工程名称、出图时间是否正确。 ○文字表达是否通顺 【平面模板图校对】 ①轴线 ○轴号、尺寸是否有误、是否与建筑图对应 ○总尺寸是不是分尺寸之和 ○角度是否够精度，斜交轴网以长轴两端定位，避免以起点和角度定轴线 ○有没有未定位的轴线，有没有多余轴号 ○圆弧轴线有没有注明半径，圆心有没有定位 ②轮廓与标高 ○结构轮廓与建筑是否一致 ○结构平面各部分的标高是否标明，是否与建筑相应位置符合，注意建筑覆土范围、各层卫生间、室外露台，屋顶花园，台阶位置、电梯底坑、水池的吸水槽、公共厨房与肉菜市场等 需垫高的场所 ○结构变标高位置及反梁是否为实线，有没有实线与虚线相交的地方 ○天面、地下室平面是否为结构找坡，若建筑找坡是否考虑找坡荷载 ○与邻接区域的梁、板连接关系与分缝是否正确。 ○建筑、设备在板上开的洞有没有遗漏
③柱、墙位 ○下层墙柱有没有用虚粗线表示，是否画了不该升上的墙柱,是否画了梁上柱○墙柱是否与建筑一致，在位置和尺寸上是否有影响建筑使用 ○建筑、设备在混凝土墙上开的洞有没有漏 ○注意墙、柱顶标高是否满足建筑标高，是否满足梁板的搭接要求 ④梁 ○房屋周圈梁是否等高，注意其与建筑周圈墙的关系 ○逐条检查梁的定位、编号、尺寸和跨数以及梁顶标高与板面标高关系是否正确 ○梁高宽是否异常。如悬挑梁高小于跨度的1/6，一般梁高小于跨度的1/15，梁尺寸过大影 响建筑开门窗或楼梯间等。 ○有没有高梁搭在矮梁上 ○有没有梁位置不妥，如跨过厅房等。梁布置是否影响了建筑美观○梁平齐的优先顺序：厅、主房、客房、楼梯通道、厨厕、储物间等。 ⑤楼电梯 ○有没有注上编号 ○电梯底坑标高有无遗漏，机房部位是否封板，机房顶部是否加吊钩 ○楼梯柱是否已表示且定位 ○楼梯起步位置有没有表示 ⑥开洞与井沟 ○风井，水电井、烟道是否遗漏 ○洞的定位、大小与洞边加强处理（洞边长大于12倍板厚的需加梁） ○集水井、沟、天面排水沟是否遗漏，定位与大小是否与建筑一致 ⑦大样、构造柱 ○外飘窗台，女儿墙，立面要求的构造柱、墙，雨蓬等是否与主体结构有效连接（以主体结 构为支座）在平面上的投影是否正确。 ○其定位、尺寸是否完整 ○大样详图在平面上是否有表示，是否与编号对应，标高、定位轴线与平面是否对应 ⑧大样引出号 注意剖切方向和索引图号。索引位置是否正确。相应大样是否存在 ⑨后浇带 后浇带间距是否大于55米，是否定位，是否穿过框架梁等重要结构及受力较大部位。地下 室平面与侧墙后浇带定位是否一致 ⑩模板图说明 ○楼层基本标高是否明确，混凝土强度等级抗渗等级 ○特殊楼板厚有没有说明
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
直齿锥齿轮传动是以大端参数为标准值的。在强度计算时，则以齿宽中 点处的当量齿轮作为计算的依据。对轴交角 刀=90。的直齿锥齿轮传动，其齿数 比u 、锥距&图＜直齿锥齿轮传动的几何参数 ＞）、分度圆直d i , d 2、平均分度圆直 径d mi, d m2当量齿轮的分度圆直径d vi , d v2之间的关系分别为： Zj "亠 =■? 现以g 表示当量直齿圆柱齿轮的模数，亦即锥齿轮平均分度圆上轮齿 的模数（简称平均模数），则当量齿数 z v 为 (a) 丘二胆*勇诃娠屁丙pl 2 2 1 _________________ R (b) V 2 2 _ dm2 _ R - ~ = ~R - 令? R =b/R,称为锥齿轮传动的齿宽系数，通常取 ? R =0.25-0.35,最常用的值为 ~c = ? R =1/3 由右图可 找出当量 直齿圆柱 齿轮得分 度圆半径 r v 与平均 分度圆直 径d m 的关 系式为 AjIL 2cos8 --(e) 直齿锥齿轮传动的几何参数
(0 显然，为使锥齿轮不至发生根切，应使当量齿数不小于直齿圆柱齿轮 的根切齿数。另外，由式(d)极易得出平均模数mm和大端模数m的关系为 111^=111(1-0.5^)------------------------------------ (h) 、直齿圆锥齿轮的背锥及当量齿数 为了便于设计和加工，需要用平面曲线来近似球面曲线，如下图 OAB为分度圆锥，和为轮齿在球面上的齿顶高和齿根高，过点A作直线AO丄AO与圆锥齿轮轴线交于点O,设想以OO为轴线，OA为母线作一圆锥OAB,称为直齿圆锥齿轮的背锥。由图可见A、B附近背锥面与球面非常接近。因此，可以用背锥上的齿形近似地代替直齿圆锥齿轮大端球面上的齿形。从而实现了平面近似球面。
1 V带轮结构设计和张紧装置 一、V带轮设计 1、V带轮设计的要求 质量小、结构工艺性好、无过大的铸造内应力；质量分布均匀，转速高时要经过动平衡；轮槽工作面要精细加工(表面粗糙度一般应为3.2)，以减小带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀。 2、带轮的材料 带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为HT150或HT200；转速较高时宜采用铸钢(或用钢板冲压后焊接而成)；小功率时可用铸铝或塑料。 3、结构形式 铸铁制V带轮的典型结构形式有三种： (a)实心式(b)腹板式(c)轮辐式 图5-11 带轮的结构形式 (1)实心式：带轮基准直径小于3d(d为轴的直径)时； (2)腹板式：带轮基准直径小于300～350mm时；
(3)轮辐式：带轮基准直径大于300～350mm时。 带轮的结构设计主要是根据带轮的基准直径选择结构形式，并根据带的型号及根数确定轮缘宽度，根据带的型号确定轮槽尺寸(表5-9)。 表5-9 V带轮的轮槽尺寸
二、V带传动的张紧装置 各种材质的V带都不是完全的弹性体，在预紧力的作用下，经过一定时间的运转后，就会由于塑性变形而松弛，使初拉力降低。为了保证带传动的能力，应定期检查初拉力的数值。如发现不足时，必须重新张紧，才能正常工作。常见的张紧装置有以下几种： 1、定期张紧装置 图5-12 定期张紧 采用定期改变中心距的方法来调节带的预紧力，使带重新张紧。 2、自动张紧装置 图5-13 自动张紧
将装有带轮的电动机安装在浮动的摆架上，利用带轮的自重，使带轮随同电动机绕固定轴摆动，以自动保持张紧力。 3、采用张紧轮的装置 图5-13 张紧轮张紧 当中心距不能调节时，可采用张紧轮将带张紧。张紧轮一般应放在松边内侧，使带只受单向弯曲，同时张紧轮还应尽量靠近大轮，以免过份影响小带轮的包角。若张紧轮置于松边外侧，则应尽量靠近小带轮。张紧轮的轮槽尺寸与带轮的相同，且直径小于小带轮的直径。 二、普通V带传动设计 1、确定设计功率 ＝ 式中：K A为工况系数(表5-6)； P为所需传递的功率。 表5-6 工况系数K A
压力容器开孔接管处的应力分类 及补强设计方法的比较 王 磊Ξ (南通职业大学) 摘 要 针对压力容器在开孔部位尤其大开孔接管部位具有严重的应力集中现象,从应力分类的基本原理出发,分析了开孔边缘的复杂应力状态,并对大开孔有限元应力分析结果的应力分类评定提出建议;比较分析了几种大开孔补强方法的异同点,阐述了工程设计中如何进行应力分类和选择合适的补强方法,对一些有争议的问题提出了作者的观点。 关键词 应力分类 分析设计 开孔补强方法 有限元分析 AS ME法 中图分类号 T Q05113 文献标识码 A 文章编号 025426094(2004)0520307205 应力分类概念在压力容器设计中应用已相当广泛,应力分类的方法主要用于压力容器的分析设计,对某些结构,在常规设计标准G B15021998或G B15121999中也引入了应力分类的概念。对于压力容器,由于工艺流程的需要,不可避免地要在主要受压件上开孔,由此必然会在开孔边缘形成比较复杂的应力状态。如何正确地进行应力分析及采取相应的应力分类方法,是工程设计人员首先要考虑的。本文从应力分类的基本原理出发,阐述如何对压力容器开孔接管处的应力进行分类,以及相应的补强方法。 1 应力分类的基本思想 按应力分类准则[1],应力分为以下3类: a.一次应力是为平衡外加的机械载荷而在容器受压元件中直接产生的正应力或剪应力,其基本特征是无自限性。一次应力对应静力强度问题,控制一次应力是为了保证结构在一次加载条件下的总体静力强度,是必须首先满足的。 b.二次应力是为满足外部约束条件或结构自身变形连续要求所需的正应力或剪应力,其基本特征是具有自限性。二次应力对应安定性问题,控制二次应力是为了保证相邻元件在变形协调过程中,避免产生过大的塑性变形,以防止在多次加载条件下发生拉伸与压缩交替的塑性变形而产生大应变疲劳破坏。局部薄膜应力虽然也有二次应力的特点,但该应力沿整个壁厚方向是均布的,故仍保守地视为一次应力,但在工程应用中允许其达到屈服限。 c.峰值应力是由局部结构不连续或局部热应力影响而引起的附加于一次加二次应力的应力增量,其特征是同时具有自限性与局部性。峰值应力对应疲劳强度,控制峰值应力是保证结构局部高应力区域不会在频繁加载条件下发生从裂纹萌生、扩展直至造成断裂的疲劳破坏。因此,仅在需进行疲劳设计的场合才计算峰值应力。 自限性是区分3类应力的核心。无自限应力为一次应力;有自限的应力根据所满足的变形协调的意义分为二次应力和峰值应力。满足板壳理论中面变形协调条件,即总体结构连续要求产生的应力为二次应力;满足局部结构连续要求产生的应力为峰值应力,通常发生于夹角处。 2 壳体开孔接管处的应力分类 按照文献[1]的应力分类法,压力容器开孔后,接管与壳体连接部位引起的应力有:沿壁厚方 Ξ王 磊,女,1968年7月生,工程师。江苏省南通市,226007。
一、轴的分类 按承受的载荷不同, 轴可分为： 转轴——工作时既承受弯矩又承受扭矩的轴。如减速器中的轴。虚拟现实。 心轴——工作时仅承受弯矩的轴。按工作时轴是否转动，心轴又可分为： 转动心轴——工作时轴承受弯矩，且轴转动。如火车轮轴。 固定心轴——工作时轴承受弯矩，且轴固定。如自行车轴。虚拟现实。 传动轴——工作时仅承受扭矩的轴。如汽车变速箱至后桥的传动轴。 固定心轴转动心轴
转轴 传动轴 二、轴的材料 轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。 由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造尤为广泛，其中最常用的是45号钢。 合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。 必须指出：在一般工作温度下（低于200℃），各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不多，因此在选择钢的种类和决定钢的热处理方法时，所根据的是强度与耐磨性，而不是轴的弯曲或扭转刚度。但也应当注意，在既定条件下，有时也可以选择强度较低的钢材，而用适当增大轴的截面面积的办法来提高轴的刚度。
各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以及表面强化处理（如喷丸、滚压等），对提高轴的抗疲劳强度都有着显著的效果。 高强度铸铁和球墨铸铁容易作成复杂的形状，且具有价廉，良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，可用于制造外形复杂的轴。 轴的常用材料及其主要力学性能见表。
压力容器常用开孔补强方法对比分析 压力容器一旦发生事故，危害很大，因此压力容器的开孔补强设计显得尤为重要。对于压力容器的开孔补强计算方法一般有两种：一是等面积法，二是分析法。本文对这两种方法作以比较和分析。 在石油化工行业中，压力容器上的开孔是不可避免的，如要开进料口、出料口、人孔等。容器开孔后，一方面由于器壁承受载荷截面被削弱，引起局部应力的增加和容器承载能力的减弱；另一方面，器壁开孔和接管也破坏了原有结构的连续性，在工艺操作条件下，接管处将产生较大的弯曲应力，开孔边缘会出现很高的应力集中，形成了压力容器的薄弱环节。因此，设计上必须对开孔采取有效的补强措施，使被削弱的部分得以补偿。 开孔补强基本原理 2.1.等面积法 该法是以受拉伸的开孔大平板作为计算模型的，即仅考虑容器壳体中存在的拉伸薄膜应力，且以补强壳体的一次总体平均应力作为补强原则。当开孔较小时，开孔边缘的局部应力是以薄膜性质的应力为主的，但随着壳体开孔直径增大，开孔边缘不仅存在很大的薄膜应力，
而且还产生很高的弯曲应力。 等面积法的开孔补强结构所形成的应力集中在某一区域内，当离孔边缘的距离越大，越接近薄膜应力。它的特点是：角焊缝，具有应力突变，易产生应力集中点，受力状态不好。 2.2.分析法 这种补强方法是以壳体极限分析为基础的，相对等面积法合理得多，但须受开孔壳体和补强接管的尺寸限制。这种方法优点是：克服等面积法的缺点，在转角处采用圆滑过渡，减少结构形状的突变，减小应力集中程度。将补强面积集中在应力最高点，充分利用补强面积，使补强更经济、合理。 对比分析 3.1.等面积法 等面积法顾名思义：壳体截面因开孔被削弱的承受强度的面积，须有补强材料予以等面积补偿，其实质是壳体截面因开孔丧失的强度，即被削弱的“强度面积”A乘以壳体材料在设计温度下的许用应力[σ]t，即A[σ]t，应由补强材料予以补偿，当补强材料与壳体材料相同时，
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
专业综合训练任务书： 49.9米150吨冷藏船结构设计及总纵强度计算 一、综合训练目的 1、通过综合训练，进一步巩固所学基础知识，培养学生分析解决实际工程问题的能力，掌握静水力曲线的计算与绘制方法。 2、通过综合训练，培养学生耐心细致的工作作风和重视实践的思想。 3、为后续课程的学习和走上工作岗位打下良好的基础。 二、综合训练任务 1.150吨冷藏船结构设计，提供主要构件的计算书。 2.参考该船图纸和相关静水力资料、邦戎曲线图，按照《钢质内河船舶建造规范》的要求进行总纵 强度计算，提供总纵强度计算书。 3.参考资料： 1)中国船级社. 钢质海船入级与建造规范 2009 2)王杰德等. 船体强度与结构设计北京：国防工业出版社，1995 3)聂武等. 船舶计算结构力学哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2000 三、要求： 1、专业综合训练学分重，应予以足够重视； 2、计算书格式要符合要求； 如船体结构设计计算书应包括：（a）对设计船特征（船型、主尺度、结构形式等）的概述，设计所根据的规范版本的说明等；（b）应按船底、船侧、甲板的次序，分别写出确定每一构件尺寸的具体过程，并明确标出所选用的尺寸。（c）计算书应简明、清晰、便于检查。 3、强度计算： a)按第一、二章的要求和相关表格做，如静水平衡计算，静水弯矩计算等； b)波浪弯矩等可按规范估算； c)相关表格用计算器计算，表格绘制于“课程设计”本上 注意：请班长到教材室领取课程设计的本子和资料袋（档案袋），各位同学认真填写资料袋封面。 4、专业综合训练总结：300~500字。 四、组织方式和辅导计划： 1、参考资料： a)船体强度与结构设计教材 b)某船的构件设计书 c)某船的总纵强度计算书 d)《钢质内河船舶建造规范》，最好2009版 2、辅导答疑地点：等学校安排。 五、考核方式和成绩评定： 1、平时考核成绩：参考个人进度。 2、须经老师验收合格，故应提前一周交资料，不合格的则需回去修改。 3、第18周星期三下午4：00前必须交资料，资料目录见第2页。 4、一旦发现打印、复印、数据格式完全相同等抄袭现象，均按规定以不及格计。 5、成绩由指导教师根据学生完成质量以及学生的工作态度与表现综合评定，分为优、良、中、及格、 不及格五个等级。 六、设计进度安排： 1、有详细辅导计划，但具体进度可根据个人情况可以自己定。 附录：档案袋内资料前2页如下
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
发动机结构与设计各类计算与校核结构设计 一、摩托车发动机结构与设计 （一）、发动机机体 １．气缸体 气缸体的作用除形成气缸工作容积外，还用作活塞运动导向，其圆柱形空腔称为气缸。 由于气缸壁表面经常与高温高压燃气接触，活塞在汽缸内作高速运动（最高速度可达100km/s ）并施加侧压力，以及气缸壁与活塞环几活塞外圆表面之间反复摩擦，而其润滑条件由较差，所以气缸体必须耐高温、耐高压、耐腐蚀，还应具有足够的刚度和强度。 气缸体的材料一般用优质灰铸铁，为了提高气缸的耐磨性，可以在铸铁中加入少量的合金元素，如镍、铬、钼、磷、硼等。 汽缸内壁按二级精度珩磨加工，其工作表面有较高的关洁度，并且形状和尺寸精度也都比较高。 为了保证气缸壁表面能在高温下正常工作，必须对汽缸体和气缸盖随时加以冷却。发动机有风冷和水冷两种。用风冷却时，在汽缸体和气缸盖外表面铸有许多散热片，易增大冷却面积，保证散热充分。用水冷却时在汽缸体内制有水套。 １.1 气缸直径 气缸直径是指气缸内径，与活塞相配合，是发动机的重要参数，许多主要的尺寸如曲柄销直径、气门直径、活塞结构参数等，都要根据气缸直径来选取。 参数设计： 气缸直径已标准化，其直径值按一个优先系列合一个常用系列来选取。根据有关资料可确定气缸的直径D. 1.2 气缸工作容积、燃烧室容积和气缸总容积 上止点和下止点之间的气缸容积，称为气缸工作容积（也称为总排量）（图1）。气缸工作容积与气缸直径的平方、活塞冲程的大小成正比。气缸直径越大、工作容积越大、发动机的功率也就相应地增大。 气缸工作容积的计算公式为 N S D V n ??=42 π 式中： V n ——气缸工作容积(ml); D —— 气缸直径（mm ）; S —— 活塞行程（mm;） N —— 气缸数目。 参数设计： 因设计要求的是单缸发动机的排气量V n 为100ml ，那么其活塞行程为： 2 4n S V d π= 同时活塞行程S =2r ；r 为曲轴半径 那么：2S r = 1.3压缩比 图1 气缸燃烧室容积和工作室容积 （a ）燃烧室容积 （b ）工作室容积
Mechanical Engineering and Technology 机械工程与技术, 2017, 6(2), 116-127 Published Online June 2017 in Hans. https://www.doczj.com/doc/4a11154267.html,/journal/met https://https://www.doczj.com/doc/4a11154267.html,/10.12677/met.2017.62017 文章引用: 刘京东, 钱才富. 平板矩形大开孔结构补强设计及效果研究[J]. 机械工程与技术, 2017, 6(2): 116-127. Study of the Reinforcement Design and Effects on the Structure of a Plate with a Large Rectangular Opening Jingdong Liu, Caifu Qian College of Mechanical and Electrical Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing Received: May 23rd , 2017; accepted: Jun. 4th , 2017; published: Jun. 9th , 2017 Abstract In this paper, finite element method is applied to simulate the stress distribution at the structure of a plate with a large retangular opening under the transverse pressure with the concentration on the reinforcement methods and effects. It is found that the maximum stress occurs at the round corner of the nozzle at the opening and the stress is mainly the bending one. Unlike on a cylinder, a reinforcement ring is not effective to reinforce the plate with rectangular opening. By increasing the bending stiffness, adding the nozzle thickness or applying reinforcement ribs can effectively reinforce the strength of the plate with opening. Specifically, when the reinforcement ribs are parallel to the short edge of the nozzle at the opening and close to the round corner, the reinforcing effect is the most significant. Keywords Plate with Opening, Reinforcement Design, Stress Analysis 平板矩形大开孔结构补强设计及效果研究 刘京东，钱才富 北京化工大学，机电工程学院，北京 收稿日期：2017年5月23日；录用日期：2017年6月4日；发布日期：2017年6月9日 摘 要 本文采用有限元法，模拟了带有矩形大开孔的平板在压力作用下的应力分布及特点，并研究了强度补强方法与补强效果，发现最大应力出现在大开孔接管圆弧拐角处，结构上的应力主要是弯曲应力；和圆筒体开孔结构不同，平板补强圈补强没有明显效果，甚至适得其反；而由于增加了结构的弯曲刚度，厚壁
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 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。 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
复习题 第一章（重点复习局部载荷分配、静水剪力弯矩的计算绘制） 1、局部载荷是如何分配的？ （2理论站法、3理论站法以及首尾理论站外的局部重力分布计算） P P P =+21 a P L P P ?=?+)(2 121 由此可得： ?? ? ?? ?? ?-=?+=)5.0()5.0(21L a P P L a P P 分布在两个理论站距内的重力 2、浮力曲线是如何绘制的？ 浮力曲线通常按邦戎曲线求得，下图表示某计算状态下水线为W-L 时，通常 根据邦戎曲线来绘制浮力曲线。为此，首先应进行静水平衡浮态计算，以确定船舶在静水中的艏、艉吃水。
帮戎曲线确定浮力曲线 3、M、N曲线有何特点？ (1) M曲线：由于船体两端是完全自由的，因此艏、艉端点处的弯矩应为零，亦即弯矩曲线在端点处是封闭的。此外，由于两端的剪力为零，即弯矩曲线在两端的斜率为零，所以弯矩曲线在两端与纵坐标轴相切。 (2) N曲线：由于船体两端是完全自由的，因此艏、艉端点处的剪力应为零，亦即剪力曲线在端点处是封闭的。在大多数情况下，载荷在船舯前和舯后大致上是差不多的，所以剪力曲线大致是反对称的，零点在靠近船舯的某处，而在离艏、艉端约船长的1/4处具有最大正值或负值。 5、计算波的参数是如何确定的？ 计算波为坦谷波，计算波长等于船长，波峰在船舯和波谷在船舯。 采用的军标GJB64.1A中波高h按下列公式确定： 当λ≥120m时， 当60m≤λ≤120m时，当λ≤60m时， 20 λ = h（m） 2 30 + = λ h（m） 1 20 + = λ h（m） 6、船由静水到波浪中，其状态是如何调整的？ 船舶由静水进入波浪，其浮态会发生变化。若以静水线作为坦谷波的轴线，当船舯位于波谷时，由于坦谷波在波轴线以上的剖面积比在轴线以下的剖面积小，同时船体中部又较两端丰满，所以船在此位置时的浮力要比在静水中小， 因而不能处于平衡，船舶将下沉ξ值；而当船舯在波峰时，一般船舶要上浮一些。 另外，由于船体艏、艉线型不对称，船舶还将发生纵倾变化。 7、麦卡尔假设的含义。 麦卡尔方法是利用邦戎曲线来调整船舶在波浪上的平衡位置。因此，在计算 时，要求船舶在水线附近为直壁式，同时船舶无横倾发生。根据实践经验，麦 卡尔法适用于大型运输船舶。 第二章 （重点复习计算剖面的惯性矩、最小剖面模数是如何的计算、折减系数、极限弯矩的计算）1、危险剖面的确定。 危险剖面： 可能出现最大弯曲应力的剖面，由总纵弯曲力矩曲线可知，最大弯矩一般在 船中0.4倍船长范围的，所以计算剖面一般应是此范围内的最弱剖面—既有最大
?布袋除尘器结构设计及强度计算 2009-9-28 2:05:30 ?前言 低压脉冲布袋除尘器广泛应用于电厂脱硫除尘及一般钢厂除尘中（应用于钢厂及电厂的主要区别是除尘器外表是否需要保温、烟气对钢板的腐蚀程度及滤料的选择等），脱硫后的烟尘经过该除尘器后，其排放到大气中的浓度基本控制在20～30mg/m3，低于国家环保部门规定的50mg/m3。 低压脉冲布袋除尘器的工作原理：含尘气体由导流管进入各单元，大颗粒粉尘经分离后直接落入灰斗、其余粉尘随气流进入中箱体过滤区，过滤后的洁净气体透过滤袋经上箱体、排风管排出。随着过滤工况的进行，当滤袋表面积尘达到一定量时，由清灰控制装置(差压或定时、手动控制)按设定程序打开电磁脉冲阀喷吹，抖落滤袋上的粉尘。落入灰斗中的粉尘借助输灰系统排出。 低压脉冲除尘器的主要结构组成如下：底柱组件、滑块组件、顶柱组件、灰斗组件（含三通及风量调节阀，如果有的话）、进风装置、中箱体、上箱体、喷吹系统、离线装置、内旁路装置（外旁路，可供选择）、平台扶梯、防雨棚、气路配管及控制元件等组成。其结构简图如下： 除尘器的设计过程中，应当对除尘器的载荷（包括静载、动载、风载、雪载及地震载荷等，单位KN）、除尘器承受的设计负压（单位Pa）、板件材料的屈服极限及抗拉伸极限等（单位
MPa），要有一定程度的了解。必要时，结构设计人员可以查阅相关的机械设计手册，以加深自己对这方面的理解。 如下的设计过程仅供除尘设备制造厂家及相关设计 单位参考。 1．除尘器载荷的确定： 1.1静载的确定：G静载=∑Gi（i=1～5） 式中，G1本体钢结构部分的重量，G2滤袋总重，G3袋笼总重，G4滤袋表面积灰5mm的重量，G5灰斗允许积灰重量。按本公司多年来的设计经验，静载荷在除尘器基础上的分布，一般是，最外面一圈基础柱桩的载荷为总静载分布在所有柱桩上的平均值Gp的110%。次外圈一圈柱桩的载荷为Gp的120～200%，以此类推，直到最内圈载荷。内圈载荷高于外圈载荷，但内外圈载荷最大差别不得超过300KN。这样设计载荷的目的是保证本体结构系统的地基稳定性。关于载荷部分的详细分配及计算过程可以参考《建筑荷载设计规范》手册。 1.2动载的确定 按楼面及屋面活荷载取标准值2.5KN/m2（检修平台按4KN/m2）来计算。 除尘器总动载荷：F=KA0A1＋KA1A2，KA1检修平台活荷载取标准值，A1除尘器平面投影面积，A2平台扶梯平面投影面积。 设计时，单个承载点荷载值是平均值的100～120%左右。具体分布时，可以是平台扶梯结构多的部分取偏大值，结构少的部分取较小
结构设计原理案例计算步骤 一、单筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算 计算公式： ——水平力平衡 （）——所有力对受拉钢筋合力作用点取矩（） （）——所有力对受压区砼合力作用点取矩（）使用条件： 注：/，&& 计算方法： ㈠截面设计yy 1、已知弯矩组合设计值，钢筋、混凝土强度等级及截面尺寸b、h，计算。 ①由已知查表得：、、、； ②假设； ③根据假设计算； ④计算（力矩平衡公式：）； ⑤判断适用条件：（若，则为超筋梁，应修改截面尺寸或提 高砼等级或改为双筋截面）； ⑥计算钢筋面积（力平衡公式：）； ⑦选择钢筋，并布置钢筋（若 ，则按一排布置）； 侧外 ⑧根据以上计算确定（若与假定值接近，则计算，否则以的确定值作 为假定值从③开始重新计算）； ⑨以的确定值计算； ⑩验证配筋率是否满足要求（，）。 2、已知弯矩组合设计值，材料规格，设计截面尺寸、和钢筋截面面积。 ①有已知条件查表得：、、、； ②假设，先确定； ③假设配筋率（矩形梁，板）； ④计算（，若，则取）； ⑤计算（令，代入）； ⑥计算（，&&取其整、模数化）； ⑦确定（依构造要求，调整）； ⑧之后按“1”的计算步骤计算。 ㈡承载力复核 已知截面尺寸b、，钢筋截面面积，材料规格，弯矩组合设计值，
所要求的是截面所能承受的最大弯矩，并判断是否安全。 ①由已知查表得：、、、； ②确定； ③计算； ④计算（应用力平衡公式：，若，则需调整。令， 计算出，再代回校核）； ⑤适用条件判断（，，）； ⑥计算最大弯矩（若，则按式计算最大弯矩） ⑦判断结构安全性（若，则结构安全，但若破坏则破坏受压区，所以应以受压区控制设计；若,则说明结构不安全，需进行调整——修改尺寸或提高砼等级或改为双筋截面）。 二、双筋矩形截面梁承载力计算 计算公式： ， ，（）+（） 适用条件： （1） （2） 注：对适用条件的讨论 ①当&&时，则应增大截面尺寸或提高砼等级或增加的用量（即 将当作未知数重新计算一个较大的）；当时，算得的即为安全要 求的最小值，且可以有效地发挥砼的抗压强度，比较经济； ②当&&时，表明受压区钢筋之布置靠近中性轴，梁破坏时应变较 小，抗压钢筋达不到其设计值，处理方法： a.《公桥规》规定：假定受压区混凝土压应力的合力作用点与受压区钢筋合力作用 点重合，并对其取矩，即 令2，并 （） 计算出； b.再按不考虑受压区钢筋的存在（即令），按单筋截面梁计算出。 将a、b中计算出的进行比较，若是截面设计计算则取其较小值，若是承载能力复核则取其较大值。 计算方法： ㈠截面设计 1.已知截面尺寸b、h，钢筋、混凝土的强度等级，桥梁结构重要性系数，弯矩组合 设计值，计算和。 步骤： ①根据已知查表得：、、、、； ②假设、（一般按双排布置取假设值）； ③计算；
一、轴分类 按承受载荷不同，轴可分为： 转轴——工作时既承受弯矩又承受扭矩轴。如减速器中轴。虚拟现实。心轴——工作时仅承受弯矩轴。按工作时轴与否转动，心轴又可分为：转动心轴——工作时轴承受弯矩，且轴转动。如火车轮轴。 固定心轴——工作时轴承受弯矩，且轴固定。如自行车轴。虚拟现实。传动轴——工作时仅承受扭矩轴。如汽车变速箱至后桥传动轴。 固定心轴转动心轴 转轴
传动轴 二、轴材料 轴材料重要是碳钢和合金钢。钢轴毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有则直接用圆钢。 由于碳钢比合金钢价廉，相应力集中敏感性较低，同步也可以用热解决或化学热解决办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造尤为广泛，其中最惯用是45号钢。 合金钢比碳钢具备更高力学性能和更好淬火性能。因而，在传递大动力，并规定减小尺寸与质量，提高轴颈耐磨性，以及处在高温或低温条件下工作轴，常采用合金钢。 必要指出：在普通工作温度下（低于200℃），各种碳钢和合金钢弹性模量均相差不多，因而在选取钢种类和决定钢热解决办法时，所依照是强度与耐磨性，而不是轴弯曲或扭转刚度。但也应当注意，在既定条件下，有时也可以选取强度较低钢材，而用恰当增大轴截面面积办法来提高轴刚度。 各种热解决（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以及表面强化解决（如喷丸、滚压等），对提高轴抗疲劳强度均有着明显效果。 高强度铸铁和球墨铸铁容易作成复杂形状，且具备价廉，良好吸振性和耐磨性，以及相应力集中敏感性较低等长处，可用于制造外形复杂轴。 轴惯用材料及其重要力学性能见表。
三、轴构造设计 轴构造设计涉及定出轴合理外形和所有构造尺寸。 轴构造重要取决于如下因素：轴在机器中安装位置及形式；轴上安装零件类型、尺寸、数量以及和轴联接办法；载荷性质、大小、方向及分布状况；轴加工工艺等。由于影响轴构造因素较多，且其构造形式又要随着详细状况不同而异，因此轴没有原则构造形式。设计时，必要针对不同状况进行详细分析。但是，无论何种详细条件，轴构造都应满足：
直齿锥齿轮传动是以大端参数为标准值的。在强度计算时，则以齿宽中 点处的当量齿 轮作为计算的依据。对轴交角 刀=90。的直齿锥齿轮传动，其齿数 比u 、锥距R （图＜直齿锥齿轮传动的几何参数 ＞）、分度圆直d i , d 2、平均分度圆直 径d m1 d m2当量齿轮的分度圆直径d v1, d v2之间的关系分别为： —=cotO| =tan5j di 2 ' 2 】2 也亠= R-0.5b 亠05丄 _______________________________ 右 dj R R 令? R =b/R,称为锥齿轮传动的齿宽系数，通常取 ? R =0.25-0.35,最常用的值为 于是《^二即-0?5備 ------------------------------- （d ） 由右图可 找出当量 直齿圆柱 齿轮得分 度圆半径 r v 与平均 分度圆直 径d m 的关 系式为 q= d 脏 V 2cos6 现以m m 表示当量直齿圆柱齿轮的模数，亦即锥齿轮平均分度圆上轮齿 的模数（简称平均模数），则当量齿数 Z v 为 (h) R =1/3 O V) R 2 巧 i ■ A & ... = 直齿锥齿轮传动的几何参数
山 2片 Z J =—=—=—--- m 肌 cos5 U =匹=乞.沁 V c Z 屮] Z] COSO 士 显然，为使锥齿轮不至发生根切，应使当量齿数不小于直齿圆柱齿轮 的根切齿数。另外，由式（d ）极易得出平均模数m 和大端模数m 的关系为 叫二呗―05 虬） -------------------------------------- （11） 、直齿圆锥齿轮的背锥及当量齿数 为了便于设计和加工，需要用平面曲线来近似球面曲线，如下图。 OAB 为分度圆锥，总』和用为轮齿在球面上的齿顶高和齿根高， 过点A 作直线AO 丄AO 与圆锥齿轮轴线交于点 O ,设想以OO 为轴线，OA 为母线作一圆锥OAB,称为直齿圆锥齿轮的背锥。由图可见A B 附近背锥 面与球面非常接近。因此，可以用背锥上的齿形近似地代替直齿圆锥齿轮大 端球面上的齿形。从而实现了平面近似球面。 (g)