中华人民共和国国家标准：圆锥形轴伸

电机轴伸出问题的几率很小，只是在电机修理厂偶尔会遇见断轴的情况。Ms.参非常清楚轴伸何等重要，却也不曾想轴伸或轴伸键强度会出现问题，觉得地球人都知道的标准电机轴伸结构，几何尺寸标准限死、材质历经好几十年从未改变，没必要花功夫研究。哪知凡事有这么个规律：料想不可能而忽略、心中始终有些忐忑的问题，总是会“碰巧”出现。这不，专门从事电机售后服务的朋友小H找Ms.参，咨询为什么最近有个别规格的电机轴伸老出问题。

Ms.参的直觉意识到：轴伸问题既然发生了，这不是小事，可能是设计环节有重要元素疏忽了。Ms.参先打问清楚具体情况：轴伸键受损、键槽变形；个别轴伸齐根断掉。接下来，开始对照标准轴伸尺寸、核实额定功率。果不其然，轴伸易出问题的电机安装尺寸非标、功率输出有1.2倍服务系数要求。

事实上，类似满足特定用户专用设备的非标安装尺寸的情况愈来愈普遍。许多技术实力雄厚的电机配套户为抢占市场份额，一方面竭力压缩设备外形尺寸、一方面想方设法大幅提升设备潜能，带动了体积小、性能强的高功率密度电机的需求。然而，设计电机的性能虽非常完美地实现了这一目标，却高估了电机轴的机械特性，未进行严密的强度计算。

轴类零件设计很有讲究，涉及多方面问题。第一，材质的选取和所选材料特性的研究；第二，确定安全系数；第三，强度计算。任一设计因素的忽略，都会招致致命后果。Ms.参结合朋友小H的案例，简要谈谈电机轴伸强度校核计算。

材质和所选材料特性

电机轴和轴伸键通常为45钢，常温、静载和一般工作条件下的许用应力为186MPa。

在拉伸和压缩时(常温、静载)的机械性质具体为：屈服极限353 MPa，强度极限597 MPa，塑型性质：延伸率16%、断面收缩率40%。

因延伸率大于5%，45钢属于塑性材料。按碳的质量百分数，含碳0.45%（介于0.25%和0.60%之间），为中碳钢；按钢的质量（含硫≤0.040％，含磷≤0.040％)，为优质碳素钢。

安全系数

安全系数与很多因素有关。过大的安全系数，会浪费材料；太小的安全系数，则可能使构件不安全。一般应考虑以下几方面：

（1）载荷估计的准确性；

（2）简化过程和计算方法的精确性；

（3）材料的均匀性；

（4）构建的重要性；

（5）零件工作条件、减轻自重和其他因素等。一般构件取值为：塑性材料按屈服极限规定为1.5～2.0; 脆性材料按强度极限规定为2.0～5.0。以上许用应力为186MPa，表明安全系数为353/186=1.9。

电机轴伸强度校核计算

许用应力确定

轴和轴伸键为45钢，许用应力（拉伸和压缩）[σ]=186MPa。许用剪应力 [τ]=(0.6～0.8)×[σ]=112MPa, 许用挤压应力 [σjy] =(1.7～2.0)×[σ]=316MPa。

强度校核计算步骤

1 电机额定数据：功率P，转速n，服务系数SF。

2 轴伸和轴伸键参数为：轴径d,键宽b，键高h，键长l。

3 轴截面积F=πd2/4。

4 扭矩M=P×SF/Ω,其中Ω=2πn/60。

5 轴的抗扭截面系数W=πd3/16。

6 轴伸强度条件：τ= M/W <= [τ]

7 轴伸键槽及轴伸键强度条件：σjy = 2M/d/Fjy<=[σjy]，式中Fjy = l×h/2。