钢丝绳式电梯UCMP的评估标准指南驱动装置强度标准篇第二版2009-06-05中文

1、钢丝绳式电梯开门运行保护装置的评估标准指南驱动装置强度标准篇第2版（2009年06月05日发行）（社团法人）日本电梯协会70/69（社团法人）日本电梯协会前言本指南根据2008年9月19日颁布的新施行令第129条10第4项涉及的关于钢丝绳式电梯的安全装置的评估标准（业务规则），就电动机轴上设有制动器的驱动装置的齿轮、电动轴等、动力传递机构的强度、疲劳安全系数的计算标准和判定标准，由日本电梯协会内所设的驱动装置强度标准研究工作组研究具体的详细方案，汇编成日本电梯协会的技术资料，与（财团法人）日本建筑设备和升降机中心（以下简称“BEEC”）共同发行。法令第129条10第3项第一款规定必须配备“驱动

2、装置和控制器发生故障时，如轿厢的位置发生明显移动或在轿厢和井道的门全关闭前轿厢发生升降，能够停止轿厢运行的装置”（开门运行保护装置（以下称UCMP-Unintended Car Movement Protection）。同时，法令第129条10第4项还规定，确保UCMP功能的装置为国土交通大臣规定的结构方式或者经大臣认定。但本项由于未颁布相关告示，因此必须取得大臣认定，汇总了该认定标准、试验方法等内容的业务规则已由BEEC公布。业务规则举例说明了要实现钢丝绳式电梯的UCMP功能，就要配备备用型双重制动装置和平时工作型双重制动装置中的任一种制动装置。对于平时工作型双重制动器，允许在驱动装置的电动

3、轴侧设双重制动器，而对于开头所述的动力传递机构，则要求确保充分的强度、疲劳安全系数。钢丝绳式电梯的驱动装置，大致包括蜗杆曳引机、斜齿轮曳引机、无齿轮曳引机，本资料分别列举了计算方法、计算示例、所需安全系数，并考虑到了能够判定驱动装置是否具有充分的强度。但由于曳引机的构成因各厂商而异，因此，至今难以制定统一标准，但UCMP的评估标准必须具备，所以，根据各家厂商的曳引机设计思想、过去的问题事例的分析结果等条件，制定了符合现实的标准。请各厂商根据各类曳引机的构成以及在各厂商进行的实机试验的结果数据等内容，在适当调整后，采用各计算标准。完目 录1. 概述42. 载荷计算方法42.1计算蜗杆曳引机的轴载

4、荷52.2计算斜齿轮曳引机的轴载荷172.3计算无齿轮曳引机的轴载荷293. 轴的强度计算标准323.1疲劳强度323.2长时间载荷的静态强度373.3短时间载荷的静态强度383.4计算示例394. 齿轮的强度计算标准424.1适用424.2计算方法42（1）涡轮42（2）斜齿轮475. 制动盘的强度标准525.1对均匀作用于制动盘圆周方向的应力强度525.2对作用于制动盘临界断面的应力强度546. 键的强度计算标准567. 压配传递力矩的计算标准588. 轴接头（联轴器）的强度计算标准609. 花键的强度计算标准61解释说明关于安全系数的依据651 概述由于备用型双重制动器假定了一个直接作用

5、于钢丝绳、绳轮、轿厢等部位的制动装置，因此，无需考虑到驱动装置的强度不足等风险，而一般的钢丝绳式电梯系统，在制动器发生故障时，仍能够使轿厢保持静止（通过附加制动器监控功能以确保安全），由于要排除错误运作时乘客进入轿厢的风险，因此，建议将平时工作型双重制动器作为最佳系统。如采用平时工作型双重制动器，在电动机轴侧设有制动器时，需确认齿轮、传递轴等动力传递机构的强度、疲劳强度安全系数足够高，而本资料中，由于各种余量、偏差等数据是包含在安全系数内的，因此，如果满足各章所示的必要安全系数，则可以说各部位的强度是充分安全的。本指南针对关键传递部件，即各曳引机的轴和涡轮、螺旋齿轮（斜齿轮）、制动盘、花键，列

6、示了其强度计算的方法、计算示例、所需安全系数，第2章叙述了作用于各曳引机各部位的载荷计算方法，第3章记述了轴、第4章记述了齿轮、第5章记述了制动盘、第6章记述了花键的各相关强度标准。运用时，首先，结构参照第2章，以作用力矩、轴载荷作为输入条件，计算出各部位的作用力、反力和力矩，然后可将这些数值用于第3章以后各因素的计算。2 载荷计算方法轴上施加的载荷計算方法施加在入出轴上载荷要考慮垂吊载荷、入出轴上的扭力、及歯輪的反力。但是对扭力对而言应考慮井道効率和歯輪効率。计算对轴施加的载荷的流程图如图2-1所示：开始计算载荷计算出齿轮作用力齿轮参数，输入输出轴力矩计算出支反力轴尺寸，绳轮轴载荷计算出力矩

7、载荷计算结束图2-1 计算载荷的流程图对输入输出轴施加的载荷，要考虑到悬吊载荷、输入输出力矩和齿轮反力。对于力矩，应考虑到井道效率和齿轮效率。2.1 计算蜗杆曳引机的轴载荷（1）输入条件绳轮轴载荷Q：作用于100载重量绳轮轴的悬吊载荷静止力矩（输出轴）Ts：保持0或100载重量轿厢的绳轮轴力矩加速力矩（输出轴）Ta：100载重量加速运行中的绳轮轴力矩制动器力矩（输出轴）Tb：紧急制动时的绳轮轴力矩静止力矩（输入轴）Ts：保持0或100载重量轿厢的蜗杆轴力矩制动器力矩（输入轴）Tb：紧急制动时的蜗杆轴力矩（2）各参数（绳轮轴尺寸、蜗杆尺寸）绳轮轴和蜗杆尺寸：见下图齿轮参数涡轮节圆半径：r蜗杆节圆

8、直径：d法向压力角：n超前角：齿轮间摩擦系数：蜗杆轴涡轮绳轮轴绳轮图2-2 绳轮单柱式蜗杆轴涡轮绳轮轴绳轮图2-3 绳轮双柱式蜗杆轴涡轮绳轮轴绳轮图2-4 绳轮轴双柱式图2-5 整体型绳轮绳轮轴涡轮蜗杆轴（3）作用于蜗杆轴的力矩计算示例作用于蜗杆轴的力矩计算示例如下所示：作用于各支撑点的反力和力矩，因轴的旋转方向而变化，因此，计算时要考虑到旋转方向。输入项目项目符号值单位静止力矩（输出轴）加速力矩（输出轴）制动器力矩（输出轴）静止力矩（输入轴）加速力矩（输入轴）制动器力矩（输入轴）蜗杆轴尺寸涡轮PCD半径法向压力角超前角蜗杆间距PCD齿轮摩擦系数项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位切向

9、力作用于齿面的载荷作用于涡轮半径方向的力涡轮的轴推力齿轮作用力支撑点的反力支点A齿轮作用力的各成分项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位切向半径方向推力方向项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位旋转方向Y成分Z成分项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位切向半径方向推力方向项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位旋转方向Y成分Z成分临界断面x260mm项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位旋转方向Y方向Z方向合成e-b区间临界断面x260mm项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位旋转方向Y方向Z方向合成扭矩项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位a-e间e-

10、b间Ex旋转方向：CW，静止力矩，Y方向支点上的各成分支点B齿轮作用力的各成分支点上的各成分力矩弯矩a-e区间（4）作用于绳轮轴的力矩计算示例作用于绳轮轴的力矩计算示例如下所示：作用于各支撑点的反力和力矩，因轴的旋转方向而变化，因此，计算时要考虑到旋转方向。1）绳轮单柱式输入项目项目符号轴载荷静止力矩（输出轴）加速力矩（输出轴）制动器力矩（输出轴）绳轮轴尺寸涡轮PCD半径法向压力角超前角齿轮摩擦系数值单位齿轮作用力项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位切向力作用于齿面的载荷作用于涡轮半径方向的力涡轮的轴推力支撑点的反力支点C齿轮作用力和轴载荷的各成分项目符号计算公式计算值静止时加速时急停

11、时单位切向半径方向推力方向轴载荷支点上的各成分项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位旋转方向X成分Y成分支点D齿轮作用力和轴载荷的各成分项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位切向半径方向推力方向轴载荷支点上的各成分项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位旋转方向X成分Y成分力矩弯矩c-f区间临界断面x100mm旋转方向：CW，静止力矩，合成f-d区间临界断面x370mmd-g区间临界断面x370mm扭矩项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时旋转方向X方向Y方向合成项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位旋转方向X方向Y方向合成单位项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时旋

12、转方向单位项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位Y方向c-f间f-d间d-g间2）绳轮双柱式输入项目支撑点的反力支点C齿轮作用力和轴载荷的各成分支点上的各成分支点D齿轮作用力和轴载荷的各成分支点上的各成分齿轮作用力项目符号轴载荷静止力矩（输出轴）加速力矩（输出轴）制动器力矩（输出轴）绳轮轴尺寸涡轮PCD半径法向压力角超前角齿轮摩擦系数值单位项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位切向力作用于齿面的载荷作用于涡轮半径方向的力涡轮的轴推力项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位切向半径方向推力方向轴载荷项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位旋转方向X成分Y成分项目符号计算公式计

13、算值静止时加速时急停时单位旋转方向X成分Y成分项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位切向半径方向推力方向轴载荷力矩弯矩f-c区间临界断面x100mmc-g区间临界断面x137mmg-d区间临界断面x300mm扭矩旋转方向：CW，静止力矩，合成项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位f-c间c-g间g-d间项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位旋转方向X方向Y方向合成项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位旋转方向X方向Y方向合成项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位旋转方向X方向Y方向合成3）绳轮轴双柱式输入项目支撑点的反力支点C齿轮作用力和轴载荷的各成分支点上的各成

14、分支点D齿轮作用力和轴载荷的各成分支点上的各成分齿轮作用力项目符号轴载荷静止力矩（输出轴）加速力矩（输出轴）制动器力矩（输出轴）绳轮轴尺寸涡轮PCD半径法向压力角超前角齿轮摩擦系数值单位项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位切向力作用于齿面的载荷作用于涡轮半径方向的力涡轮的轴推力项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位切向半径方向推力方向轴载荷项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位旋转方向X成分Y成分项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位切向半径方向推力方向轴载荷项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位旋转方向X成分Y成分力矩弯矩c-f区间临界断面x162mmf-g区

15、间临界断面x362mmg-d区间临界断面x362mm扭矩旋转方向：CW，静止力矩，合成项目符号计算公式f-c间c-g间g-d间项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位旋转方向X方向Y方向合成项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位旋转方向X方向Y方向合成项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位旋转方向X方向Y方向合成计算值静止时加速时急停时单位4）整体型输入项目支撑点的反力支点上的各成分支点D齿轮作用力和轴载荷的各成分支点上的各成分齿轮作用力支点C齿轮作用力和轴载荷的各成分项目符号轴载荷静止力矩（输出轴）加速力矩（输出轴）制动器力矩（输出轴）绳轮轴尺寸涡轮PCD半径法向压力角超前角

16、齿轮摩擦系数值单位项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位计算值静止时加速时急停时单位计算值静止时加速时急停时单位计算值静止时加速时急停时单位项目符号计算公式项目符号计算公式项目符号计算公式项目符号计算公式旋转方向旋转方向切向力作用于齿面的载荷作用于涡轮半径方向的力涡轮的轴推力X成分Y成分X成分Y成分切向半径方向推力方向轴载荷切向半径方向推力方向轴载荷计算值静止时加速时急停时单位力矩弯矩c-f区间临界断面x160mmf-g区间临界断面x360mmg-d区间临界断面x360mm扭矩旋转方向：CW，静止力矩，合成项目符号计算公式c-f间f-g间g-d间项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单

17、位旋转方向X方向Y方向合成项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位旋转方向X方向Y方向合成项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位旋转方向X方向Y方向合成计算值静止时加速时急停时单位2.2 计算斜齿轮曳引机的轴载荷（1）输入条件绳轮轴载荷Q：作用于100载重量绳轮轴的悬吊载荷静止力矩Ts：保持0或100载重量轿厢的绳轮轴力矩加速力矩Ta：100载重量加速运行中的绳轮轴力矩制动器力矩Tb：紧急制动时的绳轮轴力矩（2）各参数（轴尺寸、齿轮尺寸）轴尺寸：见下图图2-6 绳轮单柱式齿轮绳轮轴主绳轮左旋转齿轮中间轴齿轮右旋转输入轴电动机齿轮左旋转图2-7 绳轮双柱式齿轮绳轮轴主绳轮左旋转齿轮中间

18、轴齿轮右旋转电动机输入轴齿轮左旋转图2-8 绳轮轴双柱式齿轮绳轮轴主绳轮左旋转齿轮中间轴齿轮右旋转电动机输入轴齿轮左旋转项目符号单位项目符号单位第一档小齿轮齿数z11第二档小齿轮齿数Z21小齿轮PCDdo11mm小齿轮PCDdo21mm齿轮齿数z12齿轮齿数z22齿轮PCDdo12mm齿轮PCDdo22mm啮合压力角n1°啮合压力角n2°啮合扭转角ßo1°啮合扭转角ßo2°扭转方向p1扭转方向p2减速比p1减速比p2（3）作用于输入轴的力矩计算示例作用于输入轴的力矩计算示例如下所示：作用于各支撑点的反力和力矩，因轴的旋转方向而变化，因

19、此，计算时要考虑到旋转方向。输入项目项目符号值单位轴载荷静止力矩加速力矩制动器力矩规格条件第一档第二档各轴的尺寸小齿轮齿数小齿轮PCD齿轮齿数齿轮PCD啮合压力角啮合扭转角扭转方向减速比小齿轮齿数小齿轮PCD齿轮齿数齿轮PCD啮合压力角啮合扭转角扭转方向减速比输入轴齿轮作用力项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位输入轴力矩切向力反力推力支撑点的反力A部各成分项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位Fu1引起的Fr1引起的Fa1引起的Y成分Z成分（左旋转）Z成分（右旋转）B部各成分项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位Fu1引起的Fr1引起的Fa1引起的Y成分Z成分（左旋转）Z成

20、分（右旋转）力矩弯矩a-g区间临界断面150mm项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时b-g区间临界断面X方向Z方向合成项目符号计算公式X方向Z方向合成计算值静止时加速时急停时单位计算值静止时加速时急停时单位项目符号计算公式扭矩旋转方向：CW，静止力矩，Z方向a-g区间g-b区间单位（4）作用于中间轴的力矩计算示例作用于中间轴的力矩计算示例如下所示：作用于各支撑点的反力和力矩，因轴的旋转方向而变化，因此，计算时要考虑到旋转方向。输入项目项目符号数值单位规格条件轴载荷Q30700N静止力矩Ts1600N·m加速力矩Ta2080N·m制动器力矩Tb2400N·m第一

21、档小齿轮齿数z1122小齿轮PCDdo1134.164mm齿轮齿数z12147齿轮PCDdo12228.278mm啮合压力角n120°啮合扭转角ßo115°扭转方向p1RH减速比n10.14966第二档小齿轮齿数z2120小齿轮PCDdo2151.764mm齿轮齿数Z22125齿轮PCDdo22323.524mm啮合压力角n220°啮合扭转角ßo215°扭转方向p2LH减速比n20.16各轴的尺寸中间轴L480mmL570mmL680mmL7230mm齿轮作用力项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位中间轴力矩切向力反力推力支撑点

22、的反力C部各成分第一档第二档切向力反力推力项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位Fu1引起的Fr1引起的Fa1引起的Y成分Z成分（左旋转）Z成分（右旋转）Fu2引起的Fr2引起的Fa2引起的D部各成分项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位Fu1引起的Fr1引起的Fa1引起的Y成分Z成分（左旋转）Z成分（右旋转）Fu2引起的Fr2引起的Fa2引起的力矩弯矩c-h区间临界断面150mm项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位Y方向Z方向合成h-i区间临界断面80mm项目符号计算公式Y方向Z方向合成计算值静止时加速时急停时单位i-d区间临界断面项目符号计算公式80mmY方向Z方向合成

23、计算值静止时加速时急停时单位计算值静止时加速时急停时单位项目符号计算公式扭矩旋转方向：CCW，静止力矩，合成c-h区间h-i区间i-d区间（5）作用于绳轮轴的力矩计算作用于绳轮轴的力矩计算示例如下所示：作用于各支撑点的反力和力矩，因轴的旋转方向而变化，因此，计算时要考虑到旋转方向。1）绳轮单柱式输入项目项目符号数值单位规格条件轴载荷Q30700N静止力矩Ts1600N·m加速力矩Ta2080N·m制动器力矩Tb2400N·m第一档小齿轮齿数z1122小齿轮PCDdo1134.164mm齿轮齿数z12147齿轮PCDdo12228.278mm啮合压力角n120

24、76;啮合扭转角ßo115°扭转方向p1RH减速比n10.1496599第二档小齿轮齿数z2120小齿轮PCDdo2151.764mm齿轮齿数Z22125齿轮PCDdo22323.524mm啮合压力角n220°啮合扭转角ßo215°扭转方向p2LH减速比n20.16各轴的尺寸绳轮轴L8150mmL980mmL10150mmL11230mm项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位输出轴力矩支撑点的反力E部各成分第二档切向力反力推力齿轮作用力F部各成分项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位Fu2引起的Fr2引起的Fa2引起的Z成分（左旋转

25、）Z成分（右旋转）轴载荷引起的Y成分（左旋转）Y成分（右旋转）项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位Fu2引起的Fr2引起的Fa2引起的Z成分（左旋转）Z成分（右旋转）轴载荷引起的Y成分（左旋转）Y成分（右旋转）力矩弯矩e-j区间临界断面230mm项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位Y方向Z方向合成Y方向Z方向合成j-f区间临界断面230mm项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位计算值静止时加速时急停时单位计算值静止时加速时急停时单位项目符号计算公式项目符号计算公式f-k区间临界断面Y方向扭矩旋转方向：CW，静止力矩，Y方向e-j区间j-f区间f-k区间2）绳轮双柱式输入项

26、目项目符号数值单位规格条件轴载荷Q30700N静止力矩Ts1600N·m加速力矩Ta2080N·m制动器力矩Tb2400N·m第一档小齿轮齿数z1122小齿轮PCDdo1134.164mm齿轮齿数z12147齿轮PCDdo12228.278mm啮合压力角n120°啮合扭转角ßo115°扭转方向p1RH减速比n10.1496599第二档小齿轮齿数z2120小齿轮PCDdo2151.764mm齿轮齿数Z22125齿轮PCDdo22323.524mm啮合压力角n220°啮合扭转角ßo215°扭转方向p2LH减速

27、比n20.16各轴的尺寸绳轮轴L880mmL9150mmL10150mmL11300mm项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位输出轴力矩支撑点的反力E部各成分第二档切向力反力推力齿轮作用力计算值静止时加速时急停时单位计算值静止时加速时急停时单位F部各成分项目符号计算公式Fu2引起的Fr2引起的Fa2引起的Z成分（左旋转）Z成分（右旋转）轴载荷引起的Y成分（左旋转）Y成分（右旋转）Fu2引起的Fr2引起的Fa2引起的Z成分（左旋转）Z成分（右旋转）轴载荷引起的Y成分（左旋转）Y成分（右旋转）项目符号计算公式力矩弯矩e-j区间临界断面300mm项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位Y方

28、向Z方向合成扭矩旋转方向：CW，静止力矩，Y方向e-j区间k-e区间临界断面150mm项目符号计算公式Y方向Z方向合成计算值静止时加速时急停时单位f-k区间临界断面项目Y方向Z方向合成计算公式150mm计算值静止时加速时急停时单位计算值静止时加速时急停时单位符号项目计算公式符号k-e区间f-k区间3）绳轮轴双柱式输入项目项目符号数值单位规格条件轴载荷Q30700N静止力矩Ts1600N·m加速力矩Ta2080N·m制动器力矩Tb2400N·m第一档小齿轮齿数z1122小齿轮PCDdo1134.164mm齿轮齿数z12147齿轮PCDdo12228.278mm啮合压

29、力角n120°啮合扭转角ßo115°扭转方向p1RH减速比n10.1496599第二档小齿轮齿数z2120小齿轮PCDdo2151.764mm齿轮齿数Z22125齿轮PCDdo22323.524mm啮合压力角n220°啮合扭转角ßo215°扭转方向p2LH减速比n20.16各轴的尺寸绳轮轴L8150mmL9170mmL10150mmL11470mm项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位输出轴力矩支撑点的反力E部各成分第二档切向力反力推力齿轮作用力计算值静止时加速时急停时单位项目符号计算公式Fu2引起的Fr2引起的Fa2引起的Z成

30、分（左旋转）Z成分（右旋转）轴载荷引起的Y成分（左旋转）Y成分（右旋转）F部各成分计算值静止时加速时急停时单位项目符号计算公式Fu2引起的Fr2引起的Fa2引起的Z成分（左旋转）Z成分（右旋转）轴载荷引起的Y成分（左旋转）Y成分（右旋转）力矩弯矩e-j区间临界断面320mm项目符号计算公式计算值静止时加速时急停时单位Y方向Z方向合成扭矩旋转方向：CW，静止力矩，合成e-j区间j-f区间临界断面Y方向Z方向合成项目符号计算公式150mm计算值静止时加速时急停时单位计算值静止时加速时急停时单位计算值静止时加速时急停时单位f-k区间临界断面项目符号计算公式150mmY方向Z方向合成项目符号计算公式j

31、-f区间f-k区间2.3 计算无齿轮曳引机的轴载荷（1）输入条件绳轮轴载荷Q：作用于100载重量绳轮轴的载荷静止力矩Ts：保持0或100载重量轿厢的绳轮轴力矩加速力矩Ta：100载重量加速运行中的绳轮轴力矩制动器力矩Tb：紧急制动时的绳轮轴力矩（2）轴参数绳轮绳轮电动机制动器图2-9 绳轮单柱式电动机制动器图2-10 绳轮双柱式（3）作用于轴的力矩计算示例作用于轴的力矩计算示例如下所示：1）绳轮单柱式输入项目项目数值符号单位轴载荷静止力矩加速力矩制动器力矩轴尺寸支撑点的反力项目符号计算公式计算值单位d点反力b点反力力矩弯矩项目符号计算公式断面位置计算值单位a-b间b-c间c-d间d-e间扭矩项

32、目符号计算公式力矩静止时加速时急停时单位a-b间b-c间c-d间d-e间2）绳轮双柱式输入项目项目数值符号单位轴载荷静止力矩加速力矩制动器力矩轴尺寸支撑点的反力项目符号计算公式计算值单位a点反力b点反力项目符号计算公式断面位置计算值单位a-b间b-c间c-d间力矩弯矩扭矩项目符号计算公式力矩静止时加速时急停时单位a-b间b-c间c-d间3 轴的强度标准轴的强度需考虑到对长时间载荷的强度（以下称“疲劳强度”）、以及对长时间时间载荷与短时间载荷的静态强度。本章中，根据第2章所示的按载荷条件计算得出的作用于轴的应力，将按照如下所示步骤进行的计算，规定为轴的强度计算标准指南。3.1 疲劳强度（1）计算

33、疲劳强度的流程图计算疲劳强度的流程图如图3-1所示：开始计算疲劳强度设定使用材料的拉伸强度计算出平滑件的疲劳强度计算出缺口件的疲劳强度设定各系数设定临界断面判定疲劳安全系数计算出实际工作应力疲劳强度计算结束图3-1计算疲劳强度的流程图（2）计算疲劳强度的方法计算疲劳强度的前提，是不设计有限寿命。根据3.1节（1）所示的流程图，对各项加以详细说明，并就计算方法加以说明。1）设定使用材料的拉伸强度使用引用自JIS等的数值。拉伸强度：B（MPa）2）计算出平滑件的疲劳强度如未显示平滑件疲劳强度的充分数据，疲劳强度未知，则一般使用如下所示的公式，作为以95的可靠性给定疲劳强度下限值的公式。（引用：疲劳

34、强度的设计资料I日本机械学会编）但如果疲劳试验数据具有可靠性，能够出示设定了疲劳极限的依据，则不在此限。機械構造用炭素鋼、構造用合金鋼時平滑件的旋转弯曲疲劳极限平滑件的交变扭转疲劳极限3）计算出缺口件的疲劳强度a）设定临界断面计算缺口件的疲劳强度时，将具备以下条件的断面设定为临界断面：阶梯部键槽加工部压配部载荷的作用点弯矩最大的位置b）设定各系数设定临界断面后，对导致疲劳极限降低的原因的各系数进行设定。尺寸效应系数因尺寸效应的影响而导致疲劳极限降低的系数。精加工系数因表面情况、腐蚀作用等的影响而导致疲劳极限降低的系数。缺口系数因阶梯、键槽、压配等的应力集中而导致疲劳极限降低的系数。各系数的数值

35、和公式汇总在表3-1中，应参照。表3-1导致疲劳极限降低的各系数系数名称符号数值或公式尺寸效应系数1 旋转弯曲时 交变扭转时d：轴的直径（mm）（引用：疲劳强度的设计资料I 日本机械学会编）系数名称符号数值或公式精加工系数2旋转弯曲、交变扭转均使用以下数值：i）研磨：ii）磨削：iii）切削：上述）和iii）是拉伸强度约为40MPa140MPa时的数值，均是拉伸强度越高，则系数成直线变小。（引用：疲劳强度的设计资料I 日本机械学会编）缺口系数ß 旋转弯曲时 交变扭转时k：键槽系数p：压配系数m：旋转弯曲的阶梯缺口系数t：交变扭转的阶梯缺口系数以下就键槽、压配、阶梯单独或复合存在于临界

36、断面时的缺口系数的值或计算公式加以说明。i）键槽键槽系数：其他系数：ii）仅压配压配系数：其他系数：系数名称符号数值或公式缺口系数ßiii）仅阶梯： 旋转弯曲的阶梯缺口系数 交变扭转的阶梯缺口系数d：阶梯部细处的直径（mm）D：阶梯部粗处的直径（mm）：阶梯部的角焊缝直径（mm）（引用：疲劳强度的设计资料I 日本机械学会编）其他系数：iv）键槽与压配组合键槽系数：压配系数：阶梯缺口系数：v）键槽与阶梯组合键槽系数：b：键槽的宽度（mm）t：键槽的深度（mm）d：轴的直径（mm）（引用：机械工程便览）阶梯缺口系数：见iii）压配系数：系数名称符号数值或公式缺口系数ßvi）压配

37、与阶梯组合：压配系数：阶梯缺口系数：见iii）键槽系数：vii）键槽、压配、阶梯组合键槽系数：见）压配系数：阶梯缺口系数：见iii）c）缺口件疲劳极限的计算公式给定缺口件疲劳极限的公式，可用公式（3-1）、公式（3-2）和表3-1所示的各系数表示如下：缺口件的旋转弯曲疲劳极限缺口件的交变扭转疲劳极限4）计算实际工作应力考虑到轴载荷和加速力矩，根据第2章所示的载荷条件，计算出作用于各临界断面的应力。计算应力时，对于延性材料，一般采用最大剪应力理论或剪切应变能力理论，而对于脆性材料注3-1），则一般采用最大主应力理论。以下是根据各理论计算应力的计算公式：根据最大剪应力理论计算出的最大剪应力根据剪切

38、应变能力理论计算出的相应应力根据最大主应力理论计算出的最大主应力注3-1）脆性材料的定义为伸长率低于14的材料。（引用：ASME）補充該強度基準是、脆性材料的定義是以為基準、延伸应定在未満14。但是如铬钼鋼這種高強度材料也作為脆性材料来定義的話、就不実際了。（因此書本上一般記載的是脆性材料是在5以内的金属。）的意見是如下、請作参考。延伸14以上应定義為延伸材料。延伸5以下应定義為脆性材料。延伸超5以上在14以下应根拠使用部位、条件進行個別判断。5）判定疲劳安全系数 疲劳安全系数的判定标准安全系数为1.2以上。根据最大剪应力理论进行判定（用于判定延性材料）根据剪切应变能力理论进行判定（用于判定延

39、性材料）根据最大主应力理论进行判定（用于判定脆性材料）此外，对于延性材料的疲劳安全系数的评估，满足公式（3-8）的标准或公式（3-9）的标准之一即可。3.2 长时间载荷的静态强度对长时间载荷的静态强度，考虑到轴载荷和静态不平衡力矩（额定不平衡力矩）后，使用第2章所示的载荷条件和3.1节（2）中4）所示的计算实际工作应力的公式，计算出在临界断面的安全系数，来进行评估。 长时间载荷的静态安全系数的判定标准注3-2）1）延性材料安全系数为8以上。2）脆性材料安全系数为10以上。1）根据以下公式判定延性材料的安全系数：根据最大剪应力理论进行判定根据剪切应变能力理论进行判定此外，对于延性材料的长时间载荷

40、静态安全系数的评估，满足公式（3-11）的标准或公式（3-12）的标准之一即可。2）根据以下公式判定脆性材料的安全系数：根据最大主应力理论进行判定注3-2）本标准为推荐标准，以便通过计算疲劳强度来进行严格探讨。3.3 短时间载荷的静态强度对短时间载荷的静态强度，考虑到轴载荷和制动器力矩后，使用第2章所示的载荷条件和3.1节（2）中4）所示的计算实际工作应力的公式，计算出在临界断面的安全系数，来进行评估。 短时间载荷的静态安全系数的判定标准1）延性材料安全系数为3以上。2）脆性材料安全系数为4以上。1）根据以下公式判定延性材料的安全系数：根据最大剪应力理论进行判定根据剪切应变能力理论进行判定此外

41、，对于延性材料的短时间载荷静态安全系数的评估，满足公式（3-14）的标准或公式（3-15）的标准之一即可。2）根据以下公式判定脆性材料的安全系数：根据最大主应力理论进行判定3.4 计算示例根据前述思想计算疲劳强度和静态强度的计算示例如下：（1）轴的模型使用图3-2所示的轴，作为进行计算的轴的模型。齿轮轴载荷作用点绳轮0点支点2支点1图3-2 轴的模型（2）载荷条件和轴材输出轴力矩静止力矩：1200Nm（额定力矩）加速力矩：2400Nm（额定力矩×200%）制动器力矩：3000Nm（额定力矩×250）轴载荷：35000N轴载荷y方向：34468N轴载荷x方向：6078N作用于

42、轴承的载荷支点1轴承y方向：35845N支点1轴承x方向：1416N支点2轴承y方向：-48788N支点2轴承x方向：-3751N使用材料：SCM435（淬火回火）拉伸强度：930MPa（3）计算结果1）疲劳强度计算结果输入轴尺寸和各种条件项目符号单位断面1断面2断面3断面4断面5断面6断面7断面8临界断面位置xmm-105-550254565105125小的直径dmm7070757575757070大的直径Dmm7075757575808070角焊缝半径pmm01000110键宽度bmm200020202000键深度tmm7.5007.57.57.500各种条件压配-有有无有有有无无槽键-有

43、无无有有有无无阶梯-无有无无无有有无设定各系数项目符号断面1断面2断面3断面4断面5断面6断面7断面8尺寸效应系数旋转弯曲10.9380.9380.9370.9370.9370.9370.9380.938交变扭转0.9320.9320.9310.9310.9310.9310.9320.932精加工系数20.900.900.900.900.900.900.900.90缺口系数旋转弯曲ß2.0002.0761.0002.0002.0002.4292.7151.000交变扭转2.0001.6481.0002.0002.0001.9531.6381.000键槽系数yk0.601.001.000.600.600.841.001.00压配系