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轴的常用材料及性能讲述
轴常用材料及主要力学性能
转轴:支承传动机件又传递转矩,既同时承受弯矩和扭矩的作用。
心轴:只支承旋转机件而不传递转矩,既承受弯矩作用。
(转动心轴:工作时转动;固定心轴:工作时轴不转动);
传动轴:主要传递转矩,既主要承受扭矩,不承受或承受较小的弯矩。
花键轴、空心轴:为保持尺寸稳定性和减少热处理变形可选用铬钢;
轴常用材料是优质碳素结构钢,如35、45和50,其中45号钢最为常用。不太重要及受载较小的轴可用Q235、Q275等普通碳素结构钢;受力较大,轴尺寸受限制,可用合金结构钢。受载荷大的轴一般用调质钢。
调质钢调质处理后得到的是索氏体组织,它比正火或退火所得到的铁素体混合组织,具有更好的综合力学性能,有更高的强度,较高的冲击韧度,较低的脆性转变温度和较高的疲劳强度。
调质钢:35、45、40Cr、45Mn2、40MnB、35CrMo、30CrMnSi、40CrNiMo;
大截面非常重要的轴可选用铬镍钢;高温或腐蚀条件下工作的轴可选用耐热钢或不锈钢;
在一般工作温度下,合金结构钢的弹性模量与碳素结构钢相近,为了提高轴的刚度而选用合金结构钢是不合适的。
轴的强度计算
轴的强度计算一般可分为三种:
1:按扭转强度或刚度计算;
2:按弯扭合成强度计算;
3:精确强度校核计算
1:按扭转强度或刚度计算
按扭转强度及刚度计算轴径的公式 表6―1―18
轴的类型
按 扭 转 强 度 计 算
按 扭 转 刚 度 计 算
实心轴
空心轴
说 明
d:轴端直径 mm τP:许用扭转剪应力MPa ,按表6-1-19选取
T:轴所传递的扭矩 N m ¢P:许用扭转角°/m,按表6-1-20选取
A:系数,按表6-1-19选取
P:轴所传递的功率,kW B:系数,按表6-1-20选取
n:轴的工作转速 r/min (空心轴内径d1与外径d之比)
注:当截面上有键槽时,应将求得的轴径增大,其增大值见表6-1-22。
剪切弹性模量G=79.4GPa时的B值 表6―1―20
¢P(°)/m
0.25
0.5
1
1.5
2
2.5
B
129
109
91.5
82.7
77
72.8
注:1.表中¢P值为每米轴长允许的扭转角;
2.许用扭转角的选用,应按实际而定。参考的范围如下:要求精密,稳定的传动,取¢P=0.25~0.5 (°)/m
一般传动,取¢P=0. 5~1 (°)/m;要求不高的传动,可取¢P大于1 (°)/m;
起重机传动轴¢P=15′~20′/m;
几种常用轴材料的τP及A值 表6―1―19
轴的材料
Q235―A; 20
Q275; 20
1Cr18Ni9Ti
45
40Cr;35SiMn;42SiMn;40MnB;38SiMnMO;3Cr13;
τP MPa
15 ~ 25
20 ~ 35
25 ~ 45
35 ~ 55
A
149 ~ 126
135 ~ 112
126 ~ 103
112 ~ 97
注:1. 表中τP值是考虑了弯曲影响而降低了的许用扭转剪应力。
2. 在下列情况下τP取较大值、A取较小值:弯矩较小或只受扭矩作用、载荷较平稳、无轴向载荷或只有较小的轴向载荷、减速器的低速轴、轴单向旋转。反之,τP取较小值,A取较大值。
3. 在计算减速器的中间轴的危险截面处(安装小齿轮处)的直径时,若轴的材料为45号钢:取A=130 ~ 165。其中二级减速器的中间轴及三级减速器的高速中间轴取A=155~165。
三级减速器的低速中间轴取A=130。
2:按弯扭合成强度计算;
按弯扭合成强度计算轴径的公式 表6―1―21
计算公式
心 轴
转 轴
实 心 轴
实 心 轴
空 心 轴
空 心 轴
许用应力
转动心 轴
校正系数
单向旋 转
Ψ = 0.3或Ψ = 0.6
固定心 轴
载荷平稳:
载荷变化:
双向旋 转
Ψ = 1
说明
d:轴的直径 mm σ+1P、σ0P、σ-1P:轴的许用弯曲应力MPa ,按表6-1-1
M:轴在计算截面所受弯矩,N.m 注4的说明取
T:轴在计算截面所受的扭矩 N m
(空心轴内径d1与外径d之比)
注:校正系数Ψ值是由扭应力的变化来决定的;
扭应力不变时≈0.3;扭应力按脉动循环变化时≈
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