空心轴和实心轴的抗弯强度怎么计算？或者什么规格的空心轴的抗弯强度相当于10mm的实心轴的抗弯强度？_百度知道
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空心轴和实心轴的抗弯强度怎么计算？或者什么规格的空心轴的抗弯强度相当于10mm的实心轴的抗弯强度？
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心轴和实心轴的抗弯强度的大小，主要看截面系数W的大小。10mm实心轴的 W=πd^3/32
=3.^3/32=0.098cm3壁厚3mm的10mm空心轴的 W=(πd^3/32)*(1-a^4)
=(3.^3/32)*(1-0.4^4)=0.096cm3a=d/D=0.4/1=0.410mm实心轴的 W=0.098cm3与壁厚3mm的10mm空心轴的 W=0.096cm3差不多，所以外径相同的轴只要空心轴壁厚适当与实心轴抗弯强度差不多
^3是3次方的意思吗？^4这是4次方？
在这里不能编辑上下标，只能用此方法，是3次方和4次方。
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二轴重量相同时，空心轴的强度和刚度比实心轴好，为什么实际机械中使用实心轴较多？
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更多的时候考虑的是尺寸 重量不是主要的项目 另外在没必要减重的时候做空心增加加工费用空心轴热处理更容易变形
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加工难度！比如说汽车的主传动轴，要加工成空心轴要多耗费很多工时。
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空心圆轴和实心圆轴的外径相同时，截面的抗扭截面模量较大的是（）。 A.空心轴B.实心轴C.一样大D.
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空心圆轴和实心圆轴的外径相同时，截面的抗扭截面模量较大的是（）。A.空心轴B.实心轴C.一样大D.不能确定请帮忙给出正确答案和分析，谢谢！
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1设图示两根圆截面梁的直径分别为d和2d，许可荷载分别为[P1]和[P2]。若两梁的材料相同，则[P2]/[P1]等于（　　）。A.2B.4C.8D.162A.2B.4C.8D.163框架结构地基变形的主要特征是（　　）。A.沉降量B.沉降差C.倾斜D.局部倾斜4某项目从银行贷款500万元，期限5年，年利率5%，采取等额还本利息照付方式还本付息，每年末还本付息一次，第2年应付利息是（　　）万元。A.5B.20C.23D.25
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大直径空心轴转子结构设计及机械强度计算
２００５．Ｎｏ．１大直径空心轴转子结构设计及机械强度计算大直径空心轴转子结构设计及机械强度计算陈明镜谢宝昌 上海交通大学摘要：针对大直径高转矩电机制造难度大且造价高的问题，本文介绍了用于钢铁厂轧机的大型电机空心轴转子结构设计和机械强度计算。与同功率实心轴转子相比较，结果显示空心轴具有明显的优越性。关键词：电机大型空心轴机械强度计算结构设计１．前言ＺＤ３１５／１３４和ＺＤ３１５／１４２的基本技术参数，其中括 号中的数据为型号ＺＤ３１５／１４２的参数；转子轴空心 轴（实心轴）结构（如图１和２所示），额定功率４１００ｋｗ（５７５０ｋＷ），额定电压７５０Ｖ（１０００Ｖ）；基速随着电机的单机容量及整机尺寸越来越大，但 受电机制造工艺及装备的影响，较多地采用双电枢 或双电机串联传动方式。这种结构方式由于存在电 磁及负荷不平衡乃至不同步，且联接结构复杂、轴系 较长、占地面积大、使用维护工作量增加，因而总体 投资及后续费用与单电机相比也不经济合理。因此 迫切需要直接传动的低速大直径、短铁心结构电动 机，避免大直径高速电机加齿轮箱减速的方案，以减 少电机的传动损耗和占地面积，还可以减少整个设 备的成本和维护费用，提高运转的可靠性。 对大直径、大转矩的电动机来说，电机制造难度、造价的增加主要还在于转子轴及转子支架。因４０ｒ／ｍｉｎ，基速及以下恒转矩调压调速，２．５倍额定电 流过载，２．７５倍额定电流切断；高速８０ｒ／ｍｉｎ，基速至 高速恒功率弱磁调速，１．８倍额定电流过载，２倍额 定电流切断；他励３００Ｖ（１００Ｖ），绝缘等级为Ｆ级绝 缘和Ｂ级温升考核，ｓ１工作制连续运行；总重量 １３３３００ｋｇ（２１１０００ｋｇ），转子单件重量６１２２０ｋｇ （８９６００ｋｇ），转子直径口３１５０ｍｍ，转子铁心长度１３４０ｍｍ（１４２０ｍｍ），转子总长度６７８５ｍｍ（７４００ｍｍ）。中空轴部分为转轴要锻造、轴径要粗，还要有充分的冷却，转子 铁心压装要求高，加工困难。因此如何改进电机的 结构，特别是改进电机转子、转子轴的结构已成为电 机行业的一大课题。上海电机厂于二十世纪六十年 代末就对转子空心轴的结构在大型直流电机上的应 用进行攻关研究，最近为国内钢铁厂热轧工程轧机生产的大型直流电机（ＺＤ３１５／１３４，４１００ｋＷ）上采用图１电机转子轴的空心轴结构了国内外罕见的空心轴结构，获得了较为良好的制造和使用效果。本文就此结合直流电机空心轴转子图２电机转子轴的实心轴结构制造实例对空心轴结构和机械强度设计计算进行探 讨。２．电机的基本技术参数 为了便于比较给出了两种型号大型直流电机由上述数据可看出，电机转子直径相同，总长及铁心本体长度相差不大（约６％），转子单件重相差２８３８０ｋｇ，空心轴与实心轴相比轻达３１．７％，因此采用空心轴结构即使不计其性能改善，仅节约材料及－－－――９?－－――万 　 方数据上海大中型电机轴承承重性能改善也是很显著的。３．空心轴结构转子制造特点 转子空心轴结构大致可分为二种：一是空心轴 中间圆筒制成后，两端配法兰连接，然后用螺栓和圆度，该电机的制造只能采用组合式空心轴结构。组合 式空心轴选用材料方便，容易找到两种焊接性能差别 不大的材料来做空－１、５＇轴圆筒和空心轴法兰盘，且焊接 时占地空间、面积小，对设备的要求不是很高。但是 组合式空心轴结构要比全焊接空心轴结构多一次两 侧实心轴的装、拆轴工艺。这种结构必须要有大量的 高强度螺栓、圆柱销等配合连接零件，且金加工工序 多、周期长、精度高、技术难度大，同时要严格控制转子轴系加工、连接及装配产生的误差。 空心轴的中间部分圆筒加工由于大型滚圆机的柱销将两端实心轴配合紧固成一体，国外也有采用 螺栓和圆柱销合二为一的锥形超级把合螺栓紧固 的，这种空心轴结构简称为“组合式空心轴”（见图３和４）。应用变得非常简单，且只须根据机械强度和电机制造工艺的要求，选用一定厚度、规格、品种的厚钢板 滚圆成一定的直径并焊接拼缝即可。这种结构的空心轴，与同直径的实心轴相比，飞轮转矩小，结构牢图３组合式空心轴固和强度好，承受重负荷能力强。 根据ＺＤ３１５／１３４，４１００ｋＷ，４０／８０ｒ／ｍｉｎ电机的实 际工况，最终确定电机空心轴的本体是由三段两种不同材料组成，其中中间圆筒部分由９０ｍｍ厚的 Ｑ２３５一Ａ普通厚钢板滚圆成内径为巧１７４０ｍｍ的圆 筒。要求滚圆后圆度控制在２ｍｍ左右，否则将会影 响到转子的动、静平衡校正及圆筒上的焊接和加工。而与空心轴圆筒相配的两端法兰材料则采用１６Ｍｎ优质合金锻钢。这种材料经过调质及回火处理，机图４螺栓、销钉连接械强度高，焊接性能好，便于与圆筒部分的焊接。 以上三段材料分别经过端部坡口、定位止口加 工后，采用自动埋弧焊的工艺焊接，焊接时的工艺流 程同全焊接空心轴相类似。但由于两端法兰是平底 圆盘结构且轴向尺寸较短，因此其对加热、旋转等所 需设备要求相对较低，但焊接时同样要求保持工件 加热、旋转。焊接结束后，还须经多次焊缝探伤检 查，证实焊接良好，无砂孔、夹杂或虚焊。 由于空心轴结构是一种大直径的薄壳圆筒结 构，因此它与转子支架的配合就不宜采用热套过盈 配合的结构。根据转子支架上需叠压的转子扇形冲 片的结构，采用了在空心轴圆筒上焊接１５件“板凳” 式支架筋的方式。且这些“板凳”式支架筋均是预先 采用自动埋弧焊的方式焊接成形后再采用自动埋弧 焊焊接到空心轴圆筒本体上去的（见图５和６）。１５ 件“板凳”式支架筋之间焊接有立筋，且在换向器端 一侧焊接有一块整圆幅板，以使１５根支架筋相互连另一种转子空心轴结构是将空心轴的中间空心 圆筒制成后直接和两端实心轴相焊接，这种空心轴 结构称为“全焊接空心轴”。这种结构与组合式空心 轴相比，结构较为简单，其中间空心轴部分其实就是 一个空心薄壁圆筒，设计时只须在两侧加工好焊接 用的坡口即可，但对焊接的技术要求很高。 现代大型电机的制造均要求转子采用绝缘性能 优越、能提高绝缘强度和机械强度、减小吊装、浸漆吨 位及尺寸的真空压力整体浸漆工艺。上海电机厂拥 有目前亚洲最大的０４８００ｍｍ真空压力整体浸漆罐，但 该罐及其附属设备也只能浸漆５０吨以下，单体总长不超过５２００ｍｍ的电机转子。而ＺＤ３１５／１３４ ４１００ｋＷ电机若设计采用实心轴的话，其转子总重量将达８０ 吨，总长为６７８５ｒｒａｎ，为此只能采用空心轴结构。全焊 接空心轴因为在浸漆前就已将两端的两段实心轴部 分联接在一起，因此加大了转子浸漆的吨位及整体长 一１０一万 　 方数据２００５．Ｎｏ．１大直径空心轴转子结构设计及机械强度计算 根据图５和６电机的空心轴结构，且空心轴圆成一体，增强结构强度。幅板的结构设计又起到根 据电机总体设计需要在电机支架间挡风及调配风 量、调节风路的作用。筒的两侧均焊接有两段法兰圆筒，因此该空心轴圆 筒的受力状况可看作是一个圆环受对称集中扭矩的作用，见图７和８。图７电机转子的力矩图架筋掺呜画图８空心轴圆筒的受力示意图图６Ｊ卜Ａ剖面图表１给出了机械强度设计计算结果。从表中不 难发现，对于同一材质的轴而言，断面系数可说明同 样外形尺寸的电机，若设计成空心轴结构可用于传 递２～４倍或更大的力矩。或换句话来说，空心轴材 料选用的强度可大大低于实心轴材料。在某些特殊 场合，电机实心轴通常须采用合金钢锻造，而空心轴 则选用普遍钢板制作，可降低成本。４．空心轴的机械强度计算 电机结构设计优劣不仅体现电机结构美观、工 艺流程合理、电磁数据正确配置，而且通过分析主要 部件的受力情况和强度计算进行科学地定型和选 材。下面对电机空心轴的结构强度进行分析计算。 １．空心轴圆筒的受力计算表１ 项目 电枢总重量 电枢重量 换向器重量 轴体重量 空心轴６１２２０ｋｇＺＤ３１５／１３４、４１００ｋＷ电机转子强度计算参数及结果比较 实心轴７０７２０ｋｇ项目 空心轴内径 单边磁拉力 轴中心点挠度空心轴１７４ｅｍ实心轴０ｃｍ４０４３０ｋｇ（不包括两端实心轴及换向器）４１００ｋｇ ２７２８０ｋｇ１４４００ｋｇ（考虑最大偏心６％）０．０１０４ｃｍ ３３１０ｒ／ｒａｉｎ ０．０４０９ＣｔｑＯ． １５１３ｒ／ｍｉｎ转轴的临界转速 轴承支撑力 总集中扭矩有效铁心长度空心圆筒长度 主极气隙长度 气隙磁通密度 转子外径 电机额定基速 电机额定高速 转轴外径１１７ｅｒａ１１７ｅｒａ非传动端３８８ｋＮ 传动端３５３ｋＮ２９４０ｋＮｍ１７３ｃｍ０．７ｅｒａ结合处弯矩断面系数 圆筒扭矩 圆筒弯矩 合成应力１００ｃｍ非传动端５５１ｋＮｍ 传动端５１７ｋＮｍ０．１９９ｍ３ ４６１ｋＮｍ ９８ｋＮｍ １ １５５０ｋＮ／ｍ２１．０３１７丁 ３１５ｅｍ ４０ｒ／ｍｉｎ ８０ｒ／ｍｉｎ １９０ｅｍ０．０９８２ｍ３扭转角３．４１ｅ一３度万 　 方数据上海大中型电机从转子总的挠度对比结果看，空心轴结构整个 轴总的挠度只有０．１０４ｍｍ，仅占主极气隙长度的 １．４９％，几乎可以忽略不计。实心轴由于电枢重量太重，导致轴的挠度０．４０９ｍｍ已接近或达到国家标力全部落在圆形截面上。由于电机所传递的较矩较大，因此所用销钉的直径也较大。若用这种轴向打 人的销子，由于已有２４只Ｍ３６的螺钉圆周布置，再 分布销钉空间就显得较为紧张。为此采用直径小、准所容许的最高限度６％，在实际操作中已无法很好 的加以控制。从临界转速来看，空心轴的临界转速是 实心轴的一倍多，更能适用于很高的转速。若不考虑 电机所用的换向器、换向火花的话，则空心轴转子所能应用的转速范围是极广的。随着电机容量的放大，长度长且纵向矩形截面受力的圆柱销钉，在空心轴 法兰与实心轴结合面处径向打人圆柱销钉。根据设 计计算结果传动端侧共有２４只Ｍ５×１００的圆柱销 钉，非传动端侧共有８只Ｍ５×１００的圆柱销钉。５结论交一交变频同步电机或异步电机取代大直流电机，空心轴结构也能在交流电机中应用。由于交流电机没 有换向器，因此更适合于采用空心轴的结构。本文介绍了用于大直径转子电机的空心轴结构 及强度计算。大型直流电机的传动轴采用空心轴结 构，不仅机械强度好，结构刚度高，而且重量轻，实心 轴分段锻造成本低，比整体实心轴结构更有优越性。 众所周知，同步电机转子是凸极式结构，空心轴结构直径大，适于人进入空腔内操作紧固同步电机磁极在最大偏心气隙６％的假设下，单边磁拉力相同， 空心轴转子完全能满足机械强度的要求，而且无论从断面系数、总挠度和临界转速还是节省材料来看空心轴比实心轴结构具有很大的优越陛。２螺钉及销钉的受力计算 根据空心轴的结构特点，对全焊接空心轴来说， 主要计算空心轴与两端实心轴的焊接工艺和强度计 算，而对组合式空心轴而言，除了空心轴的中间圆筒与法兰盘焊接外，还要考虑螺钉、销钉连接的强度问螺钉，因此同步电机更加适合于空心轴结构的应用。 以合作制造的交流３３００Ｖ，额定功率７５００ｋＷ，转速４０～８０ｒ／ｍｉｎ，ＳＦＳ―ＥＣ７５００―１６交直交同步调速电机为例，该电机的转子直径尽管只有谚３０３０ｍｍ，但组 合式空心轴结构的空心轴圆筒内径尺寸却达到 ０２１９０ｍｍ，电机总重达２４０吨。据测算，若该电机设 计采用实心轴结构的话，电机总重量要达到２９９吨，比空心轴电机重２５％。与直流电机转子直径 邸１５０ｍｍ，空心轴圆筒内径巧１７４０ｍｍ相比显得更为题。若螺钉、销钉的强度不够，就可能会产生螺钉、 销钉破碎飞出并落入电机内部。由于电机内部均是 带电绝缘绕组或裸落铜排，金属杂物的进入极易导 致绕组的短路乃至放炮烧毁。 根据图４只要计算螺钉承受弯矩和圆柱销钉承 受的剪切应力。考虑到设计制造时两端实心轴与空心轴法兰盘配合面直径ｅｌｌ５０处有１２ｍｍ的止口。优越。因此，随着电机技术及电机传动控制技术的 发展，交流和直流电机单机容量和转子尺寸不断增 大，空心轴结构必将会得到更加广泛的应用。参考文献［１］陈明镜．空心轴结构在大型直流电机中的应用．上电科技情报， １９９９，（３） ［２］陈明镜．（１９６３），男，上海交通大学硕士研究生，主要研究直流电 机结构．运行控制和制造工艺等进行整体设计布置时，在直径０１２５０ｍｍ的圆周上， 每个结合面处各均匀分布有３５＃钢制成的２４只Ｍ３６×１６０镀锌钢六角螺栓。通常圆柱销钉都是采用轴向打人且所受的剪切?信息点滴? 德２００４年新装太阳能发电设备容量世界第一计容量３００亿瓦，高于日本的２８０亿瓦和美国的９０ 亿瓦。德国去年太阳能业的总产值达到２０亿欧元，比前年增长６０％。据德国太阳能业联合会公布的最新数据，德国 ２００４年新装置的太阳能发电设备容量首次超过日本，居世界第一位。该联合会主席预测，从长期看，全球市场的太阳 能产业规模将超过１０００亿欧元。德国在太阳能板 的生产方面具有优势，可以拓展出口市场。索引号：２００５１０３去年，德国共装配１０万台新的太阳能设备，合 一１２一万 　 方数据大直径空心轴转子结构设计及机械强度计算作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 陈明镜， 谢宝昌 上海交通大学 上海大中型电机 SHANGHAI DAZHONGXING DIANJI 2005(1)参考文献(2条) 1.陈明镜 男,上海交通大学硕士研究生,主要研究直流电机结构,运行控制和制造工艺等 1963 2.陈明镜 空心轴结构在大型直流电机中的应用 1999(03)本文链接：http://d..cn/Periodical_shdzxdj.aspx