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1、精品 料推荐大庆石油学院机械系机械设计教研室0精品 料推荐1精品 料推荐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30.9513 ? e 1.867 10? d(2)式中 d 为轴的截面直径， mm.c) 钢材的敏性系数( a) q( q )0.8140.
2、176398r0.069183r 20.00886175r 3(b) q( q )0.65471960.2711768r0.1r 20.01257435r 3(c) q( q )0.518120.371525r0.143857r 20.0183968r 3(3)( d ) q( q )0.466630.377568r0.142175r 20.0179332r 3(e) q(q )0.413190.35439r0.11988r 20.0139r 3( f ) q( q )0.338350.39766r0.139645r 20.016709r 3式中 r为圆角半径， mm;序号 (a) (f) 代
3、表的材料强度极限B ,见表 1表 1 轴的材料强度极限B、B（）MPa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B 值时，可按插入法计算。d)弯曲疲劳的表面质量系数的拟合公式(a)1(抛光 )(b)0.9630.000075 B ( 磨削 )(c)0.9740002575 B(精车 )(4)(d )0.987000001825 B (粗车 )(e)38.4647815 B0.6442821499(未加工 )2精品 料推荐扭转剪切疲劳的表面质量系数如无试验资料时，可取。e)
4、轴上键槽处的有效应力集中系数 k ( k ) 的拟合公式k10.001 B(5)k0.90.001Bf) 轴肩圆角处的理论应力集中系数()的数表程序化见子程序和子程序。DKADKBk kg) 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。h) 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).k1(见图1)RV 1Fri? L 3QV ( L3L 2L 3 ) M 1L 2L3RV 2FriQVRV 1(1)RH 1Fti? L3Q H ( L3L 2L3 )L2L 3RH 2Ft 1RH 1Q H3精品 料推荐(b).k2(
5、见图 2)RV 1Fri ( L1L 2 ) M 1QV ? L3 )L 2RV 2F riQVRV 1(2)RH 1Fti ( L1L 2 ) Q H? L 3L 2RH 2Ft 1RH 1Q H4精品 料推荐(c).k3(见图 3)RV 1Fri ( L 2L 3 ) FV 2? L3 ) M 1 M 2L1L 2L3RV 2FriF r 2RV 1(3)RH 1Fti ( L2L 3 )F t 2? L3L1L 2L 3RH 2Ft 1RH 1Ft 2i) 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（ xL1 ）M V 1M 0RV 1
6、 ? x（4）M H 1RH 1? x式中 x 为所计算的截面到轴左端点的距离，mm，M 0 为轴左端上的集中弯矩。(b) 第二段（ L1xL1L 2 ）M V 2M V 1M 1RV 2 ( x L1 )（5）M H 1M H 1RH 2 ( x L1 )5精品 料推荐（c）第三段（ L1L 2xL1 L 2L3）M V 3M V 2M 2RV 2 ( x L1L 2 )（6）M H 3M H 2RH 3 ( x L1L2)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
7、根据轴的受力简图（ 3）代换为M 00,RV 3FV 2 ,RH 3Ft 2 ,RH 2Ft 1 ,RV 2FV 1 ,RH 1RH 1 。d) 总弯矩 M的计算公式22MM HiM Vii=1,2,3e) 计算弯矩 M ca 的计算公式M caM 2( T ) 2式中为折算系数，见教材第375 页；T 为扭矩， T9.55105 P / n,单位为 NMpa。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Z1，Z2z ,z21齿轮模数CM1,CM2m1,m2mm法向模数法向压力角
8、ALPHANn( )齿轮螺旋角BETA11, 2( )BETA2圆锥齿轮分度圆锥角DELTA( )圆锥齿轮齿宽系数DRRR =0.25 0.35带（链）轮的压轴力QQN6精品 料推荐压轴力与水平面的夹角ALPHAQ轮齿径向力FR1,FR2Fr1 ,F r2轮齿圆周力FT1,FT2Ft1 ,F t2轴上集中弯矩M1,M2M1,M2轴的计算长度L1,L2,L3L1,L 2,L 3轴上扭矩TT垂直面支反力RV1,RV2RV1,RV2水平面支反力RH1,RH2R ,RH2H1总弯矩MXL,MXRM弯矩MH,MVMH,MV计算弯矩MC1,MC2Mca最大计算弯矩MCAMca垂直面弯矩MVAMV折算系数A
9、LPHA轴上所受外力情况K轴上外力 QV? QH 方向Q1,Q2轴上外力 Ft1 Ft2 方向E1,E2轴上外力 FF 方向C1,C2r1r2轴上集中弯矩 M1,M2 方向S1,S2轴 径Dd危险截面位置Xx材料强度极限SIGMBB材料许用弯曲疲劳极限SIGMAB -1 b材料弯曲疲劳极限SIGM1-1材料剪切疲劳极限TAU1-1( )NNN.mm实型量mm实型量N.mmNNN.mmL、R表示有集中弯矩的左、右截面MH,MV分别为水平和N.mm垂直面弯矩N.mmN.mmN.mmx 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
10、简图同向，赋正 1mmmm距轴左端点的距离MPaMpaMpaMpa7精品 料推荐轴截面上的弯曲应力SIGMBBbMpa轴截面上的扭转切应力TAUTTMpa轴肩圆角半径RrMm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ASIGM对正应力理论应力集中系数ATAU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ES对正应力绝对尺寸系数ET对切应力表面质量系数BS对正应力表面质量系数BT
11、对切应力综合系数KSIGMK对正应力，实型量强化系数BEATQq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SCASca设计安全系数SS8精品 料推荐4轴的强度校核计算程序框图开始输入： Q, P, N, CM1, CM2, Z1, Z2, K, L1L2, L3, ALPHN, BETA, SIGMAB计算 FR1, FR2, FT1, FT2, M1
12、, M2, T计算RV1, RV2, RH1, RH2B输入： K2,X计算MC1, MC2, MCA输入： DSIGMCA=10*MCA/D*3NSIGMCASIGMABY打印：弯扭合成校核结果A图 1 。轴的强度校核计算程序框图9精品 料推荐A输入新的X ？（ X/Y ）Y是 Y ？B图 1。轴的强度计算N程序设计框图（续 1）END输入： K20K2= ？1输入：SIGMB,SIGM1,TAU1,BEATQ,S13CK3=?D计算 BS， BT2计算 KS， KT计算键槽的 KS ， KTE计算 SS， ST， SCA计算 ES,ET,KS/ES,KT/ETNFSCA S输入： KBY打
13、印：计算结果10精品 料推荐DC输入： KK ， C输入： R， DD13KK= ？计算 q , q2k打开直径50 的数据文件打开 数据文件用子程序DK 读 k打开直径30 的数据文件用子程序DKB 查 打开 数据文件k打开直径大于100 的数据文件用子程序DK 读 kk用子程序DK 读（）用子程序DKB 查 计算 K ， K kk用子程序DKB 查（）EF图 1。轴的强度计算程序设计框图（续2）11精品 料推荐5. 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：DX 为已知的圆角半径与轴径的比值 r/d ，或轴上零件与轴
14、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=650.03）输出计算打印结果如下：FIRSTHAND DATAQ=？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=？S=？D=？SIGMCA=？SIGMAB=？SS=？ST=？SCA=？S=？12精品 料推荐13