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e = 2.558869364 d -0.31793(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e = 0.9513 e -1.867 X 10 -3 d(2)T式中d为轴的截面直径，mm.c) 钢材的敏性系数(a)q (b)q (c)q(d) q(e) q ( f )q(q )二 0.814 + 0.176398 r - 0.069183 r 2 + (qT )二 0.6547196+ 0.2711768 r - 0.1 r 2 +(qT )二0.51812+0.371525 r - 0.143857r 2(qT )二0.46663+0.377568 r - 0.142175r 2(q T)二0.41319+0.35439 r - 0.11988 r 2+(q )二 0.33835+ 0.39766 r - 0.139645 r20.00886175 r3 0.01257435 r3 + 0.0183968 r 3 + 0.0179332 r 3 0.0139 r3+ 0.016709 r3(3)式中r为圆角半径，mm;序号(a)(f)代表的材料强度极限0 ,见表1B表1轴的材料强度极限o、t (MPa)BB序号(a)(b)(c)(d)(e)(f)备注OB1400980700560420350计算q0tB1250840560420一一计算qt若轴的材料强度极限不等于表1中的o值时，可按插入法计算。Bd)弯曲疲劳的表面质量系数卩的拟合公式O(a) P 二 1(抛光)(b邛。二 0.963 - 0.000075 o (磨削)(c) p 二 0.974 - 0002575 o B (精车)(d) p 二 0.987 - 000001825 Bo (粗车)(e) p 0 二 38.4647815 o - 0 .6442821499 (未加工)|e)f)扭转剪切疲劳的表面质量系数卩如无试验资料时，可取卩 轴上键槽处的有效应力集中系数 k (k ) 的拟合公式oTk= 1 + 0.001 oko = 0.9 + 0.001 O jTB轴肩圆角处的理论应力集中系勲(a )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的k(J值的数表程序化见子程序DKA和子程序DKB。Th)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)(a).k 二 1(见图 1)F L + Q (L + L + L ) - Mri3V3231L + L(1)23F + Q - Rri V V 1F L + Q (L + L + L )ti3H323L + L23F - R + Qt1H1HFtlFrl广MiQl.L, Ji|2.黠圃卿豳二2(b) .k = 2(见图 2)RV1F (L + L ) - M - Q L )ri121V3L(2)2R = F + Q - RV 2riVV 1F (L + L ) - Q Lti12H3H1L2R = F - R + QH 2t1H1H(c) .k = 3(见图 3)R_ F (L+2L ) +3F V 2L)M31M2V1L+ L+ L123R_F+FRV2rir2V1F(L+L ) +F LR_ti23t 23H1L+ L +L123R_FR+ FH2t1H1t2i) 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。第一段(x M= R x丿(b) 第二段( L 1xL1+ L)2M_M+ M R ( x L )V2V11V21M_MR( x L )H 1H 1式中x为所计算的截面到轴左端点的距离，mm,M为轴左端上的集中弯矩。0H1H1H21（c）第三段（L+ L x M MR(xLL )_H3H2H312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R = F ,H 3 t2R R 。H 1 H 1M = 0,R = F0 V3 V 2R = F , R = FH 2 t 1 V 2 V 1d) 总弯矩M的计算公式i=1,2,3e）计算弯矩m的计算公式caMcaM 2 + (a T ) 2式中a为折算系数，见教材第375页；T为扭矩，T 9.55 x 10 5 P / n,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PPkW轴的转速Nnr/min实型量齿轮齿数Zl, Z2z , z1 2齿轮模数CM1,CM2m, m1 2mm法向模数法向压力角ALPHANan( )齿轮螺旋角BETA1B ,012( )BETA2圆锥齿轮分度圆锥角DELTA6( )圆锥齿轮齿宽系数DR(PR(p =0.25 0.35R带（链）轮的压轴力QQN压轴力与水平面的夹角ALPHAQ()轮齿径向力FR1,FR2F ,Fr1r2N轮齿圆周力FT1,FT2F ,Ft1t2N轴上集中弯矩M1,M2M,M1 2N.mm实型量轴的计算长度L1,L2,L3L,L,L123mm实型量轴上扭矩TTN.mm垂直面支反力RV1,RV2R ,RV1V2N水平面支反力RH1,RH2R ,RHlH2N总弯矩MXL,MXRMN.mmL、R表示有集中弯矩的左、右截面弯矩M,MH VMH,MV分别为水平和MH,MVN.mm垂直面弯矩计算弯矩MC1,MC2McaN.mm最大计算弯矩MCAMcaN.mmx处截面右侧弯矩垂直面弯矩MVAMVN.mm折算系数ALPHAa轴上所受外力情况KK=l,2,3轴上外力QQ方向Q1,Q2与轴受力简图冋向，VH赋正1轴上外力FF方向t1t2E1,E2与轴受力简图冋向，赋正1轴上外力FF方向r1r2C1,C2与轴受力简图冋向，赋正1轴上集中弯矩M,M方向1 2S1,S2与轴受力简图冋向，赋正1轴径Ddmm危险截面位置Xxmm距轴左端点的距离材料强度极限SIGMBzBMPa材料许用弯曲疲劳极限SIGMABq11TH1011Mpa材料弯曲疲劳极限SIGM1z-1Mpa材料剪切疲劳极限TAU1n-1Mpa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SIGMBBTAUTRbTrMpaMpaMm轴肩直径比DDD/d弯扭合成应力SIGMCAaMpa应力幅SIGMAaMpa平均应力SIGMMmMpa切应力幅TAUAaMpa平均切应力TAUMmMpa理论应力集中系数ASIGMa对正应力理论应力集中系数ATAUa对切应力敏性系数QSq对正应力敏性系数QTq对切应力有效应力集中系数KSk实型量，对正应力有效应力集中系数KTk实型量，对切应力绝对尺寸系数ESE对正应力绝对尺寸系数ETE对切应力表面质量系数BSB对正应力表面质量系数BTB对切应力综合系数KSIGMK对正应力，实型量强化系数BEATQB q见附表3-9计算公式选择系数KBKB=1、 2、 3、 4、 5的含义见式（4）数据文件选择系数KKKK=1、2、3的含义见图1综合系数KTAUK对切应力，实型量材料特性系数PS对正应力材料特性系数PT申对切应力法向应力计算安全系数SSS扭转切应力计算安全系数STS计算安全系数SCAS设计安全系数ScaS4轴的强度校核计算程序框图D31KK=?2Fk打开直径50的亠数据文件输入：KK, Ck k用子程序DK读亠(-) OTk k用子程序DKB查亠（亠） OTk打开直径30的亠 数据文件k打开直径大于100的亠数据文件图1。轴的强度计算程序设计框图（续2）5. 较典型的程序段) 的子程序 DKB。 T在数组DK (8, 11)中用插值法查找已存入的系数a (a )或 /(KOTOOT输入：DX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O ；BKD 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=650.03)输出计算打印结果如下：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=？X=？FH2=？MH=？MV=？MC1=？MCA=？MC2=？D=？SIGMCA=？SIGMAB=SS=？ST=？SCA=？D=？S=？SIGMCA=？SIGMAB=SS=？ST=？SCA=？S=？FIRSTHANDDATA?H5.典型的程序段、输出计算结果I,監岀膜备果2数学模型的建立、数表和图线的公式化3. 轴强度校核计算程序的变量名4. 轴强度校核计算程序框图1 5：典塞的曙段厂性F U S6 上机题目7 输灭 输入、