受扭钢丝软轴的设计计算.pdf

(机械设计)1999年l1月№“壅型皇丝里!苎章部件设计35

文章编号：I~01—2354I1999111一oo∞

受扭钢丝软轴的设计计算
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蚴t
(昆明理工大学建设工程及力学系，云南昆明650093)—rfz?

擅要：本文杜措圆柱螺旋钢丝受扭的应力厦变形膺式．导出软轴的强度书件利用揞定的基本参敷，确定钢丝
软轴的其它参数。最终导出等强度条件下软轴各层钢丝几何参数之间的关系．荻得了软轴的设计参敷。

中：图要分类号：苎TH生140竿．1文献⋯标识⋯码：A}⋯旦{}一壁3、强I／)．
参数之间的关系及其确定方法等问题，几乎未见报
1引言道。

钢丝软轴由于其具有良好的挠性及抗冲击性，2钢丝软轴的几何参数
因而被广泛应用于可移式机械化工具、混凝土振动
器、砂轮机、医疗器械以及里程表、遥控仪表等传动钢丝软轴是由多层钢丝(一般是3～5层)分层
中。缠绕成如螺旋弹簧状而成，而每一层又由若干根相
长期以来，钢丝软轴设计计算往往采用粗略的同直径的钢丝嵌套组成。
经验方法。有关设计手册均未给出软轴钢丝的应力对单层钢丝软轴而言，形如普通圆柱螺旋弹簧。
强度条件和变形刚度条件。至于软轴各层钢丝几何其基本参数为：螺旋线圆柱的中径D2；螺旋线升角

()3O。角到DC2位置，取A82=ABI。值，图解设计曲柄摇杆机构，都可以运用辅助圆法。
所求机构的连杆(BC)L2=B1C1·=83．5在工程实践中，辅助圆法较之辅助线法更简捷、明
mill，摇杆(DC)L3=DC1·=146．2mm。确，作图精度也较高。在摇杆尺寸未知的情况下，如
果=2-，如文献[3]中的例1，则辅助圆002
的圆心都重台于摇杆转动点D；那么，摇杆L3与机
架杆L必然相等。如果=，剐摇杆转动点D与
连杆转动极M点重合；如果<，=(蜘)为负
值，则D点落于两辅助圆之外(见图4)，这时只要满
足有曲柄的条件，都可以用机构运动倒置分析的方
法．利用辅助圆图解设计出所需的曲柄摇杆机构。

参考文献
田4■助圆圈■设计锕二
[1]华大年机械原理．北京：高等教育出版社1994．
4结束语[2]孙担，陈作模．机械原理．北京：高等教育出版社，1994．
[3j胡建平．有急回运动特性的曲柄播杆机{句的圈解哇设计方{圭

通过以上分析和实例可以看到：凡给定行程速研究．机械设计，1998．
度变化系数()和摇杆摆角尘，不论给定L3或L4【4]黄橱恺．郑文纬．机械原理北京：高等教育出版社，1989．

·收一日期：1998—12—28；謦订日期{1999—04—22
基金珥目：中国有色盘属总盛司留学回国^员科拄资助项目
作者倩介：姚文斌(1964一)，男．硬士．剐教授主要从事：柔性结构的设计、计算及耐试等方面的研究

36零部件设计实例分析与经验交流(机械设计)1999年l1月№11

；螺旋线长度z；螺旋线头数Z。f=(tad)(7)
根据以上基本参数，便可确定如下参数：
每根螺旋钢丝单位长度的扭转刚度为
螺旋线的节距：=tga(1a)
EZd5
设钢丝直径为d，则：=“(1b)“KT=而⋯=64D2n=6—一4—D2(LN)(8)

螺旋线的圈数：=(2)
螺旋的高度(软轴的长度)：=r=lsinn(3)4钢丝软轴的强度、刚度条件
螺旋线的曲率半径：P丽u2(4)
设钢丝软轴共有层螺旋钢丝，第i层钢丝由
软轴外径：DD：十d(5a)
根相同直径的钢丝并非紧密缠绕而成，螺旋钢丝
软轴内径：D：D一d(5b)
中径为D2(i=1，2，⋯，)。
根据各层钢丝端部扭转角应相等的条件。即有
妒I=2=。⋯，则：

=：⋯=
{鼢；Ed⋯(9)
注意到各层钢丝的并紧长度相等，即：
zl”】d】=z22d2_--=z：Ho(10)
各层钢丝外加扭矩之和应等于总的外加扭矩，
即：z1M】十M2十一zM：M(11)
将式(1O)代人式(9)得：
圈l技辅奠奢I苣奠最
zd=d⋯⋯(12)
。}z2lz；z⋯
3受扭圆柱螺旋钢丝的
M(，2，．m)(13)

应力及变形公式将式(13)代人式(11)得：

图2为一承受扭矩M的圆柱形扭转螺旋钢丝，蕊⋯)
取螺旋钢丝任意圆形剖面B—B分析。设每根螺旋钢
从而得第i层螺旋钢丝的弯曲应力：
丝受到扭矩M的作用，则扭矩M对此剖面作用的
载荷为一引起弯曲应力的力矩Meosa及一引起扭’⋯‘蕊32Z~d{M(15)
转剪切应力的扭矩T=Msina，囡口很小，故T可忽
略。而Mcos~≈M，即螺旋钢丝剖面上的应力。可近钢丝软轴端部扭转角为：
似地按受弯矩M作用的曲梁来计算。则钢丝的最大
：(16)
弯曲应力为：蕊Zd(tad)

-(6)
(17)
式中：K——謦正系数．见文献[2】K=％；；蕊
c～辅，：了D2钢丝软轴单位长度的扭转刚度为：
。