轴的安全系数校核计算方法

1）轴的疲劳强度安全系数校核计算

疲劳强度安全系数校核计算就是确定变应力作用下轴的安全程度。通常在轴的弯扭合成强度校核满足要求后，对于重要的轴，需要确定一个或几个危险截面，进行疲劳强度安全系数校核计算。计算的一般步骤：首先，根据轴的结构、尺寸及载荷特征，分别求得各危险截面处的最大、最小弯曲正应力和扭转切应力，以及这两种循环应力的平均应力σm及τm和应力幅σa及τa；然后，综合考虑轴的表面状态、应力集中、绝对尺寸等的影响，分别计算仅有弯曲正应力时的安全系数Sσ和仅有扭转切应力时的安全系数Sτ；最后，校核弯扭联合作用下轴的疲劳强度安全系数Sca。有公式为

式中　Sca——计算安全系数；

［S］——设计许用安全系数；

σ-1、τ-1——材料在对称循环弯变应力下的弯曲和扭转疲劳强度（MPa）；

Ψσ、Ψτ——试件受循环弯曲应力和切应力时的材料系数，取值见第2章式（2-11）或表2-3；

Kσ、Kτ——弯曲和扭转疲劳极限的综合影响系数，Kσ=kσ/（εσβ），Kτ=kτ/（ετβ），零件的有效应力集中系数Kσ和Kτ、绝对尺寸系数εσ和ετ、表面质量系数β的确定方法见第2章有关图表。

［S］可按下述情况选取：①材料均匀，载荷与应力计算精确时，［S］=1.3～1.5；②材料不够均匀，计算精度较低时，［S］=1.5～1.8；③材料均匀性及计算精度都很低，或轴的直径d＞200 mm时，［S］=1.8～2.5。对于破坏后会引起重大事故乃至人身伤亡的重要的轴，应适当增大［S］值。

2）轴的静强度安全系数校核计算

静强度校核计算是为了保证轴具有足够的抵抗塑性变形的能力。当轴上瞬时过载严重或应力循环的不对称性较为严重时，轴在瞬时峰尖载荷作用下易产生过度塑性变形，影响轴的正常工作。这种情况下，应根据轴上作用的最大瞬时峰尖载荷进行轴的静强度校核，公式为

式中　SSca——危险截面静强度的计算安全系数；

［SS］——以屈服极限作为极限应力时的许用安全系数，见表12-11；

SSσ——仅考虑弯矩和轴向力时的计算安全系数，由式（12-10）确定；SSτ为仅考虑扭矩时的计算安全系数，由式（12-11）确定。(www.xing528.com)

式中　σs、τs——该轴材料的抗弯和抗扭屈服极限（MPa），τs=（0.55～0.62）σs；

Mmax、Tmax——轴的危险截面上所受的最大弯矩和最大扭矩（N·mm）；

Famax——轴的危险截面上所受的最大轴向力（N）；

A——轴的危险截面的面积（mm2）。

表12-11　屈服强度的许用安全系数

例12-2　根据例12-1中设计出的轴的结构与装配草图（图12-16），试对该轴进行强度校核，并绘制其零件工作图。

解：前面已得到轴的计算简图（图12-16）。为了明晰起见，仍然以表格形式表示出该轴的强度校核过程（表12-12）。

表12-12　圆锥-圆柱齿轮减速器输出轴的强度校核

（续表）

（续表）

图12-19　轴的零件工作图