轴的设计需要考虑哪些强度问题？

轴的强度计算，尤其是转轴和心轴的强度计算，通常是在初步完成轴的结构设计之后进行的。对于不同受载和应力性质的轴，应采用不同的计算方法。其中传动轴按扭转强度计算；心轴按弯曲强度计算；转轴按弯扭合成强度进行计算。

1.传动轴的强度计算

传动轴工作时受扭，由材料力学知，圆截面轴的抗扭强度条件为

液压动力头岩心钻机设计与使用

计算轴的直径时，式（2-13）可以写成

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式中：τ_T为轴的扭应力，MPa；T为轴传递的转矩，N·mm；W_T为轴的抗扭截面系数，mm³；P为轴传递的功率，kW；n为轴的转速，r/min；d为轴的直径，mm；［τ］_T为轴材料的许用扭应力，MPa，见表2-8；C为与轴材料有关的系数，见表2-8。

表2-8 轴常用材料的［τ］_T值和C值

注：1.当弯矩作用相对于转矩很小或只传递转矩时，［τ］_T取较大值，C取较小值；反之，［τ］_T取较小值，C取较大值。

2.当用35SiMn钢时，［τ］_T取较小值，C取较大值。

按式（2-14）求得的直径，还应考虑轴上键槽会削弱轴的强度。一般情况下，开一个键槽，轴径应增大3％；开两个键槽，增大7％，然后取标准直径。

在转轴的设计中，常用式（2-14）作结构设计前轴径的初步估算，把估算的直径作为轴上受扭段的最细直径（有时也可作轴的最细直径）。对于弯矩的影响，常采用降低许用扭应力的方法予以修正，见表2-8注。

2.心轴的强度计算

在一般情况下，作用在轴上的载荷方向不变，故心轴的抗弯强度条件为

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计算轴的直径时，式（2-15）可以写成

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式中：d为轴的计算直径，mm；M为作用在轴上的弯矩，N·mm；W为轴的抗弯截面系数，mm³；［σ］_W为轴材料的许用弯曲应力，MPa。轴固定时，若载荷长期作用，取静应力状态下的许用弯曲应力［σ_＋1］_W；若载荷时有时无，取脉动循环的许用弯曲应力［σ₀］_W。轴转动时，取对称循环的许用弯曲应力［σ_-1］_W。［σ_＋1］_W、［σ₀］_W、［σ_-1］_W取值见表2-9。

表2-9 轴的许用弯曲应力（MPa）

注：σb为材料抗拉强度。

3.转轴的强度计算

转轴的结构设计初步完成后，轴的支点位置及轴上所受载荷的大小、方向和作用点均为已知。此时，即可求出轴的支承反力，画出弯矩图和转矩图，按弯曲和扭转合成强度条件计算轴的直径。

轴的支点位置，对于滑动轴承和滚动轴承都不全是在轴承宽度的中点上，其中滑动轴承可按表2-10确定，滚动轴承可查轴承样本或有关手册。但是，为了简化计算，通常均可将支点位置取在轴承宽度的中点上。

表2-10 滑动轴承支点位置的确定

由弯矩图和转矩图可初步判断轴的危险截面。根据危险截面上产生的弯曲应力σ_W和扭应力为τ_T，可用第三强度理论求出钢制轴在复合应力作用下危险截面的当量弯曲应力σ_eW，其强度条件为

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对于一般转轴，σ_W为对称循环变应力；而τ_T的循环特性则随转矩T的性质而定。考虑弯曲应力与扭应力变化情况的差异，将上式中的转矩T乘以校正系数α，即

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式中：M_e为当量弯矩， α为应力校正系数，对于不变的转矩，取 对于脉动循环的转矩， 对于对称循环的转矩，取 ^{为脉动循环时材料的许用弯曲应力，见表2-9。}

计算轴的直径时，式（2-16）可以写成

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式中：d为轴的计算直径，mm；M_e为当量弯矩，N·mm；［σ_-1］_W为对称循环下的材料的许用弯曲应力，MPa。

轴上有键槽时，为了补偿对轴强度的削弱，按式（2-19）求得的直径应增大4％～7％，单键槽时取较小值，双键槽时取较大值。

综上所述，常用转轴的设计步骤是：先按照转矩估算轴径，作为轴上受扭段的最细直径；再按照结构设计的要求，进行轴的初步结构设计，确定轴的外形和尺寸；然后按弯扭合成强度条件校核轴的直径。若初定轴的直径较小，不能满足强度要求，则需修改结构设计，直到满足强度要求为止；若初定轴的直径较大，一般先不修改设计，通常是在计算完轴承后再综合考虑是否修改设计。

对于一般用途的轴，按照上述方法设计计算即能满足使用要求。对于重要的轴，尚须考虑应力集中、表面状态以及尺寸的影响，用安全系数法作进一步的强度校核，其计算方法见有关机械设计教材或参考书。

15061582372：轴的结构设计要考虑哪些问题
胡詹答：轴的设计从受力分析的角度要考虑的因素是载荷压力、弯矩和扭矩。从材料的角度要考虑的因素是材料的力学性能和化学成分要与工况相吻合。从配合的角度要考虑的因素是公差配合和表面光洁度。从设计指标的角度要考虑的因素是轴的强度、刚度和稳定性；轴的寿命；轴的工艺性；轴的经济性等指标。

15061582372：轴的结构设计主要取决于哪些因素,应满足什么条件
胡詹答：轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸，轴的结构主要取决轴在机器中的安装位置及形式，轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴联接的方法，载荷的性质、大小、方向及分布情况，轴的加工工艺等。由于影响轴的结构的因素较多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构...

15061582372：提高传动轴的强度和刚度主要有哪些措施?
胡詹答：1、尽量避免截面形状的突然变化，在截面尺寸变化处尽量采用较大的圆角，尽量避免在轴上开横孔、切口或凹槽。在重要结构中，可采用凹切圆角。或用肩环来增大轴肩圆角半径。2、用盘铣刀要比用端铣刀铣出的键槽槽低过渡平缓，因而应力集中小。3、过盈配合的轴，可通过增大配合处的直径、在轴上或轮毂上...

15061582372：什么是传动轴轴的强度计算?
胡詹答：齿轮轴属于传动轴，是只承受扭矩而不承受弯矩的轴。对齿轮轴进行强度校核主要进行轴的强度设计、刚度设计，对于转速较高的轴还要进行振动稳定性的计算。具体的校核方法如下图所示：常用的轴的强度校核计算方法有：按扭转强度条件计算；按弯曲强度条件计算；按弯扭合成强度条件计算；精确计算（安全系数校核计算...

15061582372：进行轴的结构设计时,应考虑哪些问题?
胡詹答：【答案】：1.便于轴上零件的装配;2.保证轴上零件的准确定位和可靠固定;3.轴的加工和装配工艺性好;4.减少应力集中，改善轴的受力情况

15061582372：轴的结构设计包括哪些内容?
胡詹答：轴是穿在轴承中间或车轮中间或齿轮中间的圆柱形物件，也有少部分是方型的。轴是支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。轴的结构设计原则为：1、节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状；2、易于轴上零件精确定位、稳固、装配、拆卸和调整；3、采用...

15061582372：轴有哪几种强度计算方法
胡詹答：主要应用于设计传动轴，初步估算轴径以便进行结构设计等。（2）按弯扭合成强度条件计算，主要应用于计算一般重要的、弯扭复合的轴。（3）按疲劳强度条件进行精确校核，主要应用于重要的、计算精度较高的轴。（4）按静强度条件进行校核，主要应用于瞬时过载很大或应力循环的不对称性较为严重的轴。

15061582372：设计轴心受压构件应满足哪些要求
胡詹答：强度条件:压应力小于允许应力 刚度条件：一般满足强度条件，即可满足刚度条件 稳定条件：压应力小于临界允许压应力

15061582372：轴在什么条件下会发生疲劳破坏,如何提高轴的疲劳强度
胡詹答：如下所示：1、结构设计强度、热处理组织和热处理质量、机加工缺陷等。2、轴在旋转过程中承受交变载荷，在轴肩、键槽、圆角等处易出现应力集中，会提高轴的疲劳强度3、配合表面的质量、安装时的误差以及运行中的冲击等均会导致轴出现疲劳裂纹。

15061582372：轴的结构设计主要应考虑哪些因素?
胡詹答：【答案】：在进行轴的结构设计时，应使轴上零件定位准确，固定可靠;轴应具有良好的工艺性;应使轴受力合理，尽量减少应力集中，有利于提高轴的强度和刚度，并有利于节约材料和减轻重量。