《轴设计计算程序编制》

大庆石油学院机械系机械设计教研室1轴设计计算程序的编制1. 程序的使用范围a) 本程序可以对转轴进行受力分析、弯扭合成校核和疲劳强度精确校核。b) 可进行多个危险截面的校核，若校核不合格、可根据加大直径或改进材料重新计算，直至合格为止。2数学模型的建立、数表和线图的公式化a) 绝对尺寸系数的拟合公式31793. 0558869364. 2d（1）式中d为轴的截面直径，mm.b) 圆截面钢材的扭转剪切尺寸系数(2)de310867. 19513. 0式中d为轴的截面直径，mm.c) 钢材的敏性系数 (3) 323232323232016709. 0139645. 039766. 033835. 0)()(0139. 011988. 035439. 041319. 0)()(0179332. 0142175. 0377568. 046663. 0)()(0183968. 0143857. 0371525. 051812. 0)()(01257435. 01 . 02711768. 06547196. 0)()(00886175. 0069183. 0176398. 0814. 0)()(rrrqqfrrrqqerrrqqdrrrqqcrrrqqbrrrqqa式中 r 为圆角半径，mm;序号(a)(f)代表的材料强度极限见表 1,B表 1 轴的材料强度极限、（MPa）BB序号(a)(b)(c)(d)(e)(f)备注B1400980700560420350计算qB1250840560420-计算q若轴的材料强度极限不等于表 1 中的值时，可按插入法计算。Bd) 弯曲疲劳的表面质量系数的拟合公式2(4) )(4647815.38)()(000001825987. 0)()(0002575974. 0)()(000075. 0963. 0)()( 1)(6442821499. 0未加工粗车精车磨削抛光BBBBedcba扭转剪切疲劳的表面质量系数如无试验资料时，可取。e) 轴上键槽处的有效应力集中系数的拟合公式)(kk(5) 0.0019 . 0k0.0011kBB f) 轴肩圆角处的理论应力集中系数的数表程序化见子程序 DKA 和子程序)(DKB。g) 零件与轴过盈配合处的值的数表程序化 见子程序 DKA 和子程序 DKB。)( kkh) 支反力的计算公式轴上所受外力情况常见的可分为三类（见图 1、图 2、图 3）：HHtHHtiHVVriVVriVQRFRLLLLLQLFRRQFRLLMLLLQLFRka11232323311232132331)()() 1( 1).(见图(1) 4(2) HHtHHtiHVVriVVriVQRFRLLQLLFRRQFRLLQMLLFRkb1122321112231211)()()2(2).(见图2112321323211223212132321)()()3(3).(tHtHttiHVrriVVriVFRFRLLLLFLLFRRFFRLLLMMLFLLFRkc见图(3)5i) 轴的弯矩计算公式轴的弯矩计算公式简图如图 4 所示。现给出轴上各段的弯矩计算公式。（a）第一段（）1Lx （4） xRMxRMMHHVV11101式中 x 为所计算的截面到轴左端点的距离，mm，为轴左端上的集中弯矩。0M(b) 第二段（）211LLxL（5） )()(121112112LxRMMLxRMMMHHHVVV（c）第三段（）32121LLLxLL（6） )()(21323212223LLxRMMLLxRMMMHHHVVV说明：在求 K=1，2，3 中的某一种情况的弯矩时，应根据轴的受力简图对照轴的弯矩计算简图（图 4）做相应的外力代换。如 K=3 时，式（3） 、 （4） 、 （5）中的外力根据轴的受力简图（3）代换为6, 00M,23VVFR,23tHFR。,12tHFR,12VVFR11HHRRd) 总弯矩 M 的计算公式i=1,2,322ViHiMMMe) 计算弯矩的计算公式caM22)( TMMca式中 为折算系数，见教材第 375 页；T 为扭矩，,/1055. 95nPT单位为 N·Mpa。3 确定轴的强度校核计算程序变量名轴的强度校核计算程序变量名列于表 1 中。名称程序变量名公式符号单位备注轴传递的功率轴的转速齿轮齿数齿轮模数法向压力角齿轮螺旋角圆锥齿轮分度圆锥角圆锥齿轮齿宽系数带（链）轮的压轴力压轴力与水平面的夹角轮齿径向力轮齿圆周力轴上集中弯矩轴的计算长度轴上扭矩垂直面支反力水平面支反力总弯矩PNZ1，Z2CM1,CM2ALPHANBETA1BETA2DELTADRQALPHAQFR1,FR2FT1,FT2M1,M2L1,L2,L3TRV1,RV2RH1,RH2MXL,MXRPnz1,z2m1,m2n1,2RQFr1,Fr2Ft1,Ft2M1,M2L1,L2,L3TRV1,RV2RH1,RH2MkWr/minmm(°)(°)(°)N(°)NNN.mmmmN.mmNNN.mm实型量法向模数R =0.250.35实型量实型量L、R 表示有集中弯8弯矩计算弯矩最大计算弯矩垂直面弯矩折算系数轴上所受外力情况轴上外力方向HVQQ轴上外力Ft1Ft2方向 轴上外力Fr1Fr2方向轴上集中弯矩M1,M2方向轴 径危险截面位置材料强度极限材料许用弯曲疲劳极限材料弯曲疲劳极限材料剪切疲劳极限轴截面上的弯曲应力轴截面上的扭转切应力轴肩圆角半径轴肩直径比弯扭合成应力应力幅平均应力切应力幅平均切应力MH,MVMC1,MC2MCAMVAALPHAKQ1,Q2E1,E2C1,C2S1,S2DXSIGMBSIGMABSIGM1TAU1SIGMBBTAUTRDDSIGMCASIGMASIGMMTAUATAUMMH,MVMcaMcaMVdxB-1b-1-1bTrD/daamamN.mmN.mmN.mmN.mmmmmmMPaMpaMpaMpaMpaMpaMmMpaMpaMpaMpaMpa矩的左、右截面MH,MV 分别为水平和垂直面弯矩 x 处截面右侧弯矩K=1,2,3与轴受力简图同向，赋正 1与轴受力简图同向，赋正 1与轴受力简图同向，赋正 1与轴受力简图同向，赋正 1距轴左端点的距离9理论应力集中系数理论应力集中系数敏性系数敏性系数有效应力集中系数有效应力集中系数绝对尺寸系数绝对尺寸系数表面质量系数表面质量系数综合系数强化系数计算公式选择系数数据文件选择系数综合系数材料特性系数材料特性系数法向应力计算安全系数 扭转切应力计算安全系数 计算安全系数 设计安全系数ASIGMATAUQSQTKSKTESETBSBTKSIGMBEATQKBKKKTAUPSPTSS ST SCA SqqkkKqKS S Sca S对正应力对切应力对正应力对切应力实型量，对正应力实型量，对切应力对正应力对切应力对正应力对切应力对正应力，实型量见附表 3-9KB=1、2、3、4、5的含义见式（4）KK=1、2、3 的含义见图 1对切应力，实型量对正应力对切应力4轴的强度校核计算程序框图10图 1 。轴的强度校核计算程序框图输入：Q, P, N, CM1, CM2, Z1, Z2, K, L1L2, L3, ALPHN, BETA, SIGMAB输入：K2, XSIGMCA=10*MCA/D*3计算 MC1, MC2, MCASIGMCA<SIGMAB打印：弯扭合成校核结果BA计算 RV1, RV2, RH1, RH2计算 FR1, FR2, FT1, FT2, M1, M2, T输入：D开 始NY11A输入新的 X？（X/Y）是 Y？输入：K2K2=？输入： SIGMB,SIGM1,TAU1,BEATQ,SK3=?计算 SS，ST，SCA计算 ES,ET,KS/ES,KT/ET计算键槽的 KS，KTSCAS打印：计算结果BENDDCEF计算 KS，KT计算 BS，BT输入：KBNYYN01321图 1。轴的强度计算程序设计框图（续 1） 125. 较典型的程序段在数组 DK（8，11）中用插值法查找已存入的系数 ()或 /（/)的子程序 DKB。输入：C计算 q , q打开 数据文件输入：R， DD用子程序 DK 读 用子程序 DKB 查 打开 数据文件用子程序 DK 读 用子程序 DKB 查 计算 K，KEDKK=？打开直径 50 的 数据文件 k打开直径 30 的 数据文件 k打开直径大于 100 的数据文件 k用子程序 DK 读（） k k用子程序 DKB 查（） k kF输入：KK，C132图 1。轴的强度计算程序设计框图（续 2）13DX 为已知的圆角半径与轴径的比值 r/d，或轴上零件与轴配合种类；DY 为轴肩直径比 D/d，或材料的强度极限 B；KD 为在数组 DK（8，11）中所存元素的最大列数；DK 为已读入系数的数组。输出DA、DB 为查得的系数，若 KD=11 时，DA 为所求值；否则 DB 为所求值。6上机计算1) 题目：见教材第 238 页例题。 2) 输入数据：启动程序后，由键盘输入以下数据：Q=0.0, ALPHAQ=0.0, P=9.4, N=93.6,CM1=4.0, CM2=0.0, Z1=95.0, Z2=0.0,BETA1=9.11, BETA2=0.0, DELTA=0.0, DR=0.0,L1=106.0, L2=79.0, L3=149.0, K=1,ALPHA=0.59, SIGMAB=650.0 3）输出计算打印结果如下：FIRSTHAND DATA Q=？ P=？ N=？ ALPHAQ=？ CM1=？ CM2=？ BETA1=？ BETA2=？ DELTA=？ L1=？ L2=？ L3=？K=？ ALPHA=？ SIGMAB=？ T=？DESIGN RESULDFR1=？ FT1=？ FR2=？ FT2=？ M1=？ M2=？ FV1=？ FV2=？ FH1=？ FH2=？X=？ MH=？ MV=？ MC1=？ MC2=？MCA=？D=？ SIGMCA=？ SIGMAB=？ SS=？ ST=？ SCA=？