Design av en aksel som tåler kombinerte belastningsforhold krever å forstå hvilke typer stress som er involvert og hvordan de samhandler. Ingeniører bruker spesifikke beregninger for å sikre akselens styrke og holdbarhet under ulike krefter.

Typer av belastninger på en skaft

Shafts opplever ofte flere typer belastninger samtidig, inkludert torsjon, bøying og aksialkrefter. Hver belastning bidrar til den generelle stress som akselen opplever.

Beregne kombinerte stress

For å bestemme den maksimale stress, beregner ingeniører de individuelle spenningene fra torsjon, bøying og aksial belastninger. Disse kombineres deretter ved hjelp av prinsippet om overposisjon. Den kombinerte stress kontrolleres mot materialets tillatte grenser.

Eksempelberegning

Anta at en aksel opplever et torsionalt skjærstress på 50 MPa, et bøyingsstress på 30 MPa og et aksialt stress på 20 MPa. Ekvivalent stress kan estimeres ved hjelp av von Mises-kriteriet:

CAS tilsvarende = ⁇ b] + CAS]a])2 + 3τ2]

Hvor:

  • CAS] b = bøyingsspenning = 30 MPa
  • CAS]a = aksialt stress = 20 MPa
  • τ = skjærstress = 50 MPa

Beregning:

CAS ekvivalent = ⁇ [(30 + 20)2 + 3(50)2] = ⁇ [502 + 3×2500] = ⁇ [2500 + 7500] = ⁇ 10000 = 100 MPa

Akselens materiale må ha en tillatt stress som er større enn 100 MPa for å sikre sikkerhet under disse kombinerte belastningene.