Att utforma en axel som kan motstå kombinerade lastförhållanden kräver att man förstår de typer av stress som är inblandade och hur de interagerar. Ingenjörer använder specifika beräkningar för att säkerställa axelns styrka och hållbarhet under olika krafter.
Typer av laster på en axel
Axlar upplever ofta flera typer av belastningar samtidigt, inklusive torsion, böjning och axialkrafter. Varje belastning bidrar till den övergripande stressen som upplevs av axeln.
Beräkna kombinerade stress
För att bestämma den maximala stressen beräknar ingenjörerna de enskilda stresserna från torsion, böjning och axiella belastningar. Dessa kombineras sedan med hjälp av principen om överlägsenhet. Den kombinerade stressen kontrolleras mot materialets tillåtna gränser.
Exempel Beräkning
Anta en axelupplevelser en torsionell skjuvstress på 50 MPa, en böjning stress på 30 MPa, och en axial stress på 20 MPa. Den motsvarande stressen kan uppskattas med von Mises kriterium:
√[[]]]]] = √[[[[[]]]]]]]]]] + ≤]]]]]] 2 + 3א2]]
Var:
- Δ]]]b = böjningsstress = 30 MPa
- Δ]a = axial stress = 20 MPa
- ¤ = skjuvstress = 50 MPa
Beräkning:
√[]]]ekvivalent[[] = √[(30 + 20)2 + 3(50)2] = √[502 + 3×2500] = √[2500 + 7500] = √10000 = 100 MPa
Axelns material måste ha en tillåten stress större än 100 MPa för att säkerställa säkerheten under dessa kombinerade belastningar.