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销轴强度校核

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销轴强度校核

第三节 销轴连接

销轴连接是起重机⾦属结构常⽤的连接形式，例如起重机臂架根部的连接（图4-30a ）以及拉杆或撑杆的连接等（图4-30b ），通常都采⽤销轴连接。

图4-30 销轴连接⽰例 (a ) 臂架根部；(b ) 拉杆。

⼀、销轴计算

（⼀）销轴抗弯强度验算[]W W W

M

σσ≤=

（4-43）

式中 M ──销轴承受的最⼤弯矩； 323

d W π=

──销轴抗弯截⾯模数；[]W σ──许⽤弯曲应⼒，对于45号钢[]W σ = 360MPa 。

（⼆）销轴抗剪强度验算[]τππτ≤?=

=

=2

43max 3166412d Q d d d Q Ib QS （4-44）

式中 Q ──把销轴当作简⽀梁分析求得的最⼤剪⼒；[]τ──销轴许⽤剪应⼒，45号钢[]τ=125MPa 。

⼆、销孔拉板的计算 （⼀）销孔壁承压应⼒验算[]c c d Pσδ

σ≤?=

（4-45）

式中 P ──构件的轴向拉⼒，即销孔拉板通过承压传给销轴的⼒； δ──销孔拉板的承压厚度；d ──销孔的直径；

[]c σ──销孔拉板的承压许⽤应⼒，[][]σσ4.1=c 。

（⼆）销孔拉板的强度计算

⾸先根据销孔拉板承受的最⼤拉⼒P 求出危险截⾯（图4-31a 中的⽔平截⾯b -b 及垂直截⾯a -a ）上的内⼒，然后⽤弹性曲梁公式求出相应的应⼒，并进⾏强度校核。

图4-31 销孔拉板计算简图1. 内⼒计算

拉板承受的拉⼒P 是通过销孔壁以沿孤长分布压⼒P 的形式传给销轴，假定P 沿弧长按正弦规律分布，即sin max =p p

（4-46）

由图4-31a ，根据拉板的平衡条件可得 2sin 2sin 2

max

20

2max 20

rp d r

p rd p P π=

==?

π

π

则r

P p π=

2max

（4-47）

根据拉板结构和受⼒的对称性，可知拉板上反对称的内⼒（即剪⼒）等于零。

若沿销孔中⼼线截开拉板，则截⾯上只有轴⼒N b 及弯矩M b ，如图4-31b 所⽰。 根据平衡条件0=∑Y ，得2

P N b =

（4-48）

由于根据平衡⽅程解不出M b ，故是⼀次超静定问题，须根据变形条件求M b 。为此需列出与⽔平线成α⾓的任⼀截⾯的弯程⽅程：()()?α?αα---+=?

sin cos 10

R d r p R N M M b b

将2P N b =及?π?sin 2sin max ?=?=r

P p p 代⼊上式，得

()()??α?π

ααd PR PR M M b ?-?--+=?sin sin 2

cos 1210

()()αααπ

αc o s s i n 1c o s 121?---+=PR PR M b

（4-49）

令2πα=，即得a -a 截⾯的弯矩：PR PR M M b a π

121-+

= （4-50）

因为拉板的结构和受⼒是对称的，故a -a 截⾯的转⾓θa 应等于零，即

ππ=α

==

θ2020

0EI

Rd M EI

dSM a 将式（4-49）代⼊上式 ()()ααααπαπ

d cos sin 1cos 12120

---+?

PR PR M EI

R b 02

221=??

- ??+?=

PR PR M EI

R

b ππ

则PR PR M b 095.02142-=

-=π

（4-51）

将式（4-51）代⼊式（4-50），得PR PR M a 087.0142=

-=ππ

（4-52）

由图4-31b ，根据平衡条件0=∑X ，得P P

P rd p N a 32.0d cos sin 2

cos 20

20

==

=

=π

π

π

π

（4-53）2. 强度计算

应⽤弹性曲梁公式求危险截⾯的应⼒y

R y ARK M AR M A N i i i y +?

++=

σ （4-54）

式中 A ──计算截⾯积，对于矩形⾯积δh A =； K ──与计算截⾯形状有关的系数，对于矩形截⾯122ln --+?=h

R h R h R K （4-55）

b —b 截⾯：

y

R y

ARK M AR M A N b b b b y +?

++=

σ +-=+--=

y R y K h P

y R y K h P h P h P 095.0405.0095.0095.05.0δ

δδδ （4-56）2

h

y -

=代⼊得内侧应⼒

[]σ≤??

-?+δ?=

σh R h K h P b n 2095.0405.0

（4-57）2

h

y +

=代⼊得外侧应⼒

[]σδ

σ≤??? ?

+?-?=

h R h K h P

b w 2095.0405.0

（4-58）a —a 截⾯： y

R y

ARK M AR M A N a a a a y +?++=σ

++=+++=

y R yK h P

y R y K h P h P h P 087.0407.0087.0087.032.0δ

δδδ （4-59）2

h

y -

=代⼊得内侧应⼒

[]σδσ≤??

-?-?=

h R h K h P a n 2087.0407.0

（4-60）2

h y +

=代⼊得外侧应⼒

[]σ≤??

+?+δ?=

σh R h K h P a w 2087.0407.0

（4-61）

例题 已知73.5m m 25mm , m m ,63 kN,200==δ==R h P ，试求危险截⾯的应⼒。拉板材料为16Mn 。 【解】 069.01635.73263

5.732ln 635.73122ln =--?+??=--+?=

h R h R h R K

-?+δ?=

σh R h K h P b n 2095.0405.0[]MPa

26333

.1MPa 6.182635.73263069.0095.0405.025********==

<=?

-+?=

s

σσ

+?-δ?=σh R h K h P b w 2095.0405.0MPa 02.1635.73263069.0095.0405.025********-=

+-?=

-?-δ=σh R h K h P a n 2087.0407.0

MPa 4.68635.73263069.0087.0407.025********-=

--?=

+?+δ?=σh R h K h P a w 2087.0407.0

[]263MPa

MPa 7.99635.73263069.0087.0407.025********=σ<=?

++?=

销孔拉板危险截⾯上应⼒的分布如图4-32所⽰。

图4-32图4-33

习 题4-1 设计图4-33所⽰桁架杆件与节点板的连接焊缝。已知杆件由等肢双⾓钢81001002??∠制成，节点板厚m m 10=δ，材料均为Q235，焊条型号E43，焊缝许⽤应⼒MPa 100][=h τ。轴⼼拉⼒KN 500=N 。

图4-34

图4-354-2 计算图4-34所⽰周边焊缝的侧焊缝长度a 。设焊脚尺⼨mm 16=δ=f h ，所受⼒矩

m kN 14?=M ，材料Q235，焊条型号E43，焊缝许⽤应⼒MPa 100][=h τ。

4-3 ⽀托与柱焊接（图4-35），材料Q235，焊条型号E43，焊缝许⽤应⼒MPa 100][=h τ，

MPa 140][=h σ，⽀托承受载荷F ，偏⼼距m m 80=e ：

（1）⽀托⽤贴⾓焊缝，焊脚尺⼨mm 6=f h ；

（2）⽀托开坡⼝焊透，并按焊脚尺⼨mm 6=f h 的⾓焊缝封底。

试求两种情况的最⼤允许载荷F 。

图4-36

图4-374-4 试设计计算L 型单梁龙门起重机主梁与⽀腿的连接螺栓（图-36）。已知：螺栓均布，螺

栓数z=32，采⽤45#钢精制螺栓。连接⾯所受内⼒：P=200KN，M x=400KN·m，M y=600 KN·m。4-5 如图4-37所⽰⼯字钢梁在某截⾯处拼接，该截⾯内⼒M x=170KN·m，剪⼒F=140KN，采⽤45#钢M20摩擦型⾼强度螺栓连接，接触⾯喷砂处理，试设计翼缘板螺栓数，并验算腹板螺栓强度。

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轴的强度校核方法

轴的强度校核方法

轴的强度校核方法

摘要

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。轴的设计时应考虑多方面因素和要求，其中主要问题是轴的选材、结构、强度和刚度。其中对于轴的强度校核尤为重要，通过校核来确定轴的设计是否能达到使用要求，最终实现产品的完整设计。

本文根据轴的受载及应力情况采取相应的计算方法,对于1、仅受扭矩的轴2、仅受弯矩的轴3、既承受弯矩又承受扭矩的轴三种受载情况的轴的强度校核进行了具体分析，并对如何精确计算轴的安全系数做了具体的简绍.

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.

轴的强度校核方法可分为四种：

1） 按扭矩估算

2） 按弯矩估算

3） 按弯扭合成力矩近视计算

4） 精确计算(安全系数校核）

关键词：安全系数;弯矩；扭矩

目录

第一章引言-——---————-————--—--—-—————-————-—--—-- 1

1.1轴的特点——————-—--—-—-————-—————-——-—--—--——-—-——-——-1

1.2轴的种类---————-————--——-——————-—-—-—--———-———---—-——1

1.3轴的设计重点———-—-—————-——-———-----—--—-—--———-————-—1

第二章轴的强度校核方法———-——---————-—--—-—--——--——4

2。1强度校核的定义--—————-———————-------—----———-——————4

2.2轴的强度校核计算—--———--—---————--—————--———---———-4

2。3几种常用的计算方———-———--————-———---—-—-—-—-———————5

2。3。1按扭转强度条件计算——-——-—-———---—-—-———-—-----———5

第4章 强度校核

第4章 强度校核

第4章 强度校核

4.1 销轴强度校核

图4-1所需校核的销轴

1.外力偶矩Me的计算

已知轴的传递功率P及转速n,测外力偶矩的计算式为：

mNnPM51098.324/10009550/9550

式中M ---外力偶矩，单位为牛顿米（N·m）；

P---轴的传递功率，单位为千瓦（kW）；

n---转速，单位为转/分（r/min）。

输入力偶矩为主动力偶矩，其转向与轴的转向相同，输出力偶矩为阻力偶矩，其转向与轴的转向相反。

2.扭矩的计算

在求出作用于轴上的力偶矩后，即可以对其进行整体分析，因为整体平衡必然部分平衡。外载荷是一个力偶，又因为力偶只能和力偶平衡，所以必然有一个力偶与平衡，此力偶用表示，又平衡方程

求出

N·m

式中 ----扭矩，其单位为牛顿米（N·m），它和大小相等，转向相反。

3.销轴剪切强度

轴承座所受压力

其中由

可得

N

（1）销轴截面的剪切强力

式中---单个销轴的工作剪力，N；

---铰孔直径，mm;

---销轴的剪切工作面数；

---销轴材料的许用剪应力，MPa，由数据查得，。

（2）销轴的挤压强度

销轴与孔壁间的挤压应力

式中 ---销轴与孔壁间的最小接触长度，mm，。

可取。

---销轴材料许用挤压用力，Mpa，查表得。

4.2 螺栓组强度校核

计算各螺栓受力分析假设：（1）同一螺栓组的各螺栓直径、长度、材料和预紧力FY均相同。（2）被联接件为刚体，即在受载前后接合面保持为平面。（3）螺栓的应力不超过屈服极限。

1. 受横向载荷的螺栓组联接

螺栓组受外载荷的作用方向与螺栓的轴线垂直，为横向载荷。又载荷通过螺栓组的行心，所以外载荷R对螺栓的作用只有横向力，无力矩作用。普通螺栓联接中，靠摩擦力传递载荷，其工作原理是：在装配时拧紧螺栓，由螺栓的预紧力在接合面间产生压紧力，靠摩擦力传递载荷。

计算时，可以假设每个螺栓所受横向载荷是相同的，由此可得每个螺栓的工作载荷Fs为

轴强度校核方法

轴强度校核方法

轴的强度校核方法

摘要

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。轴的设计时应考虑多方面因素和要求，其中主要问题是轴的选材、结构、强度和刚度。其中对于轴的强度校核尤为重要，通过校核来确定轴的设计是否能达到使用要求，最终实现产品的完整设计。

本文根据轴的受载及应力情况采取相应的计算方法，对于1、仅受扭矩的轴2、仅受弯矩的轴3、既承受弯矩又承受扭矩的轴三种受载情况的轴的强度校核进行了具体分析，并对如何精确计算轴的安全系数做了具体的简绍。

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。

轴的强度校核方法可分为四种：

1） 按扭矩估算

2） 按弯矩估算

3） 按弯扭合成力矩近视计算

4） 精确计算（安全系数校核）

关键词：安全系数；弯矩；扭矩

目录

第一章引言--------------------------------------- 1

1.1轴的特点---------------------------------------------1

1.2轴的种类---------------------------------------------1

1.3轴的设计重点-----------------------------------------1

第二章轴的强度校核方法----------------------------4

2.1强度校核的定义-------------------------------------4

2.2轴的强度校核计算-----------------------------------4

2.3几种常用的计算方-----------------------------------5

2.3.1按扭转强度条件计算-------------------------------5

2020年关于转向纵拉杆、转向垂臂、球头销强度校核规范(新)

2020年关于转向纵拉杆、转向垂臂、球头销强度校核规范(新)

第1页共21页 关于转向纵拉杆、转向垂臂、

球头销强度校核规范（设计参考）

一、转向传动机构设计总体要求

转向垂臂、转向节臂和梯形臂由中碳钢或中碳合金钢如35Cr、40、40Cr和40CrNi用模锻加工制成。多采用沿其长度变化尺寸的椭圆形或矩形截面以合理地利用材料和提高其强度与刚度。转向垂臂与转向垂臂轴用渐开线花键联接，且花键轴与花键孔具有一定的锥度以得到无隙配合，装配时花键轴与孔应按标记对中以保证转向垂臂的正确安装位置。转向垂臂的长度与转向传动机构的布置及传动比等因素有关，一般在初选时对小型汽车可取100～150mm；中型汽车可取150～200mm；大型汽车可取300～400mm。

转向传动机构的杆件应选用刚性好、质量小的20、30或35号钢（低碳钢）的无缝钢管制造，其沿长度方向的外形可根据总布置的需要确定。

转向传动机构的各元件间采用球形铰接。球形铰接的主要特点是能够消除由于铰接处的表面磨损而产生的间隙，也能满足两铰接件间复杂的相对运动。在现代球形铰接的结构中均是用弹簧将球头与衬垫压紧。横拉杆左右边杆外端的球形铰接应作为单独组件，组装好后以其壳体上的螺纹旋到杆的端部，以使杆长可调以便用于调节前束。球头与衬垫需润滑，并应采用有效结构措施保持住润滑材料及防止灰尘污物进入。

球销与衬垫均采用低碳合金钢如12CrNi3A、18MnTi或40Cr制造，工作表面经（高频常用）渗碳（慢时间长）淬火处理，渗碳层深1.5—3.0mm，表面硬度HRC56—63，允许采用中碳钢40或45制造并经高频淬火处理，球销的过渡圆角处则用滚压工艺增强。球形铰接的壳体则用钢35或40制造。 为了提高球头和衬垫工作表面的耐磨性，可采用等离子或气体等离子金属喷镀工艺。

二、转向纵拉杆、转向垂臂、球头销校核规范

（一）纵拉杆校核规范

纵拉杆应有较小的质量和足够的刚度。纵拉杆的形状应符合布置要求，有时不得不做成弯的，这就减小了纵向刚度。拉杆用20、30或40钢无缝钢管制成。