滚珠丝杠及导轨使用寿命T=15000h机械制造制造加工工艺_机械制造-制造加工工艺.pdf

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1、已知条件：工作台的有效行程为 Lx=300mm,Lz=1600mm,取 X、Z 轴脉冲 当量为 0.0025mm,快速进给速度为 15000mm/min,进给速度范围为：112000mm/mi n,设定快速定位速度为 4m/min。初步确定工作台尺寸及重量；滚珠丝杠螺母副的设计计算和选型；滚动导轨 的设计计算和选型；步进电机的参数计算和 选型；联轴器的选择；丝杠支承座 的选择。（1）初步确定工作台尺寸及其重量 根据机床能够加工的最大工件尺寸 240 x 260mm,最大重量 200kg。根据给定的有效行程，画出工作台简图，估算 X 向和丫向工作台承载重量 WX 和 WY。估算：取 X 向导轨为

2、南京艺工装备制造有限公司的铝合金结构数控单坐标工作台 DZQH320，简图如下：X 向拖板（上拖板）尺寸为：简图 C1*C2*高=124x 124X（78-47）=476656mm3 重量:按重量=体积*材料比重估算为：Wx=476656mm3 X 2.8g/cm3 X 10N/kg=13.346368N 13.35N 丫向拖板（下拖板）尺寸为：重量 WY=124X 124X 31mm3X 2.8g/cm3X 10N/kg=13.346368N 13.35N 上导轨，材料为 20Cr，重量为 工作台 CX L?X H?=124X 510X 47=291400mm3 台尺寸及重量滚珠丝杠螺母副的

3、设计计算和选型滚动导轨的设计计算和选型步进电机的参数计算和选型联轴器的选择丝杠支承座的选择初步确定工作台尺寸及其重量根据机床能够加工的最大工件尺寸最大重量根据给定的有效行程画标工作台简图如下向拖板上拖板尺寸为简图高工作台重量按重量体积材料比重估算为丫向拖板下拖板尺寸为重量上导轨材料为重量为重量按重量体积材料比重估算为切焊机及液压缸电机等重量约工作台运动部分总重量为取初选滚珠其中丝杠转速二最大动载荷第二章滚珠丝杠的选择结构形式和主要参数初选向滚珠丝杠为内循环插管式双螺母垫片式调整定位滚珠丝杠型级精度入螺纹右旋工作转速和等效转速亠而则转速在与之间变化时故轴向工作载荷和等效轴向寿命值:60nT 6

4、10，其中丝杠转速 Vmax(r/mi n)vmax l0 2000 5 二 400r/min 60 400 15000=360 重量:按重量=体积*材料比重估算为：W?=291400mm3X 7.82g/cm3X 10N/kg=22.78748022.79N 切焊机及液压缸、电机等重量约 200N X-Y工作台运动部分总重量为：W=13.35+13.35+22.79+200=249.49N 取 W=300N 初选滚珠丝杠材质：GCr15 钢，HRC=5860,Z 向滚珠丝杠的导程：l=5mm (1)强度计算 丝杠轴向力：Fmax=KFx,y f(Fz Wx,y)(N)其中：K=1.15，滚动

5、导轨摩擦系数 f=0.0030005;在车床车削外圆时：Fx=(0.10.6)Fz，Fy=(0.150.7)Fz，可取 Fx=0.5Fz，Fy=0.6Fz计算。取 f=0.004,FZ=400 则:FX=0.5FZ=0.5 2000=1000N FY=0.6FZ=0.6 2000=1200N Fxmax=1.15 1000 0.004(2000 671.58)=1045.686 N FY=1.15X200+0.004(2000+655.2)=1252.621N 1 max T=15000h 106 最大动载荷：LfH fwF 第二章滚珠丝杠的选择 1.1 结构形式和主要参数 初选 X、Z 向滚

6、珠丝杠为内循环插管式双螺母垫片式调整定位滚珠丝杠 FFZD3205-3 型，3 级精度。P=5，d0=32mm，Dw=3.5mm，j k=1 3，入=2o51 rs=0.52Dw=1.82，螺纹右旋。台尺寸及重量滚珠丝杠螺母副的设计计算和选型滚动导轨的设计计算和选型步进电机的参数计算和选型联轴器的选择丝杠支承座的选择初步确定工作台尺寸及其重量根据机床能够加工的最大工件尺寸最大重量根据给定的有效行程画标工作台简图如下向拖板上拖板尺寸为简图高工作台重量按重量体积材料比重估算为丫向拖板下拖板尺寸为重量上导轨材料为重量为重量按重量体积材料比重估算为切焊机及液压缸电机等重量约工作台运动部分总重量为取初选

7、滚珠其中丝杠转速二最大动载荷第二章滚珠丝杠的选择结构形式和主要参数初选向滚珠丝杠为内循环插管式双螺母垫片式调整定位滚珠丝杠型级精度入螺纹右旋工作转速和等效转速亠而则转速在与之间变化时故轴向工作载荷和等效轴向nm=0.5(n max 亠 n min)而 n=0,则 Vmax nmax i 4 1000 n max=5*,(1-1)(1-2)Fm=|(2Fmax+F min)(1-3)Ca KhKFKHKL Kn fm 1.2 工作转速 n 和等效转速 nm 转速在 nmax与 nmin之间变化时，故 nmax=800r/min,nm=0.5 800=400(r/min)1.3 轴向工作载荷 F

8、和等效轴向载荷 Fm 轴向载荷在 Fmax 和 Fmin 之间作周期性变化时,而 Fmin=0,工作时无切削力，故 Fmax为最大静摩擦力；取 Wx=1000N，Wz=2000N,滚动直线导轨副的 fT=0.005，则 FmaxX=0.005 1000=5(N)F max z=0.005 2000=10N)故Fm X Fm X=(2X 5+0)/3 3.333N,Fm Z=(2 X 10+0)/3 6.667N。、寿命计算（一）基本额定动载荷 由表 6.2-13 知 Ca=11.7kN=117000N。（二）寿命条件 Kh 寿命系数，Kh=(L h/500)1/3=(15000/500)1/3

9、 3.107,Lh工作寿命，查表 6.210,取 15000h;KF载荷系数，表 6.2-11,取 1.0;KH 动载荷硬度影响系数，表 6.2-14,取 1.0;KL短行程系数，表 6.2-15,取 1.0;Kn 转速系数,Kn=(33.3/nm)1/3=(33.3/400)1/3 0.437。台尺寸及重量滚珠丝杠螺母副的设计计算和选型滚动导轨的设计计算和选型步进电机的参数计算和选型联轴器的选择丝杠支承座的选择初步确定工作台尺寸及其重量根据机床能够加工的最大工件尺寸最大重量根据给定的有效行程画标工作台简图如下向拖板上拖板尺寸为简图高工作台重量按重量体积材料比重估算为丫向拖板下拖板尺寸为重量上

10、导轨材料为重量为重量按重量体积材料比重估算为切焊机及液压缸电机等重量约工作台运动部分总重量为取初选滚珠其中丝杠转速二最大动载荷第二章滚珠丝杠的选择结构形式和主要参数初选向滚珠丝杠为内循环插管式双螺母垫片式调整定位滚珠丝杠型级精度入螺纹右旋工作转速和等效转速亠而则转速在与之间变化时故轴向工作载荷和等效轴向故 CaX=117000N(3.107X 1.0X 1.0X 1.0X 3.333-0.437)N23.697N,Caz=117000N(3.107X 1.0X 1.0X 1.0X 6.667 十 0.437)N 48.061N,均满足寿命要求。五、静载荷条件（一）基本额定静载荷 由表 6.2-

11、13 知 Coa=31400N（二）静载荷条件 Coa KFKH Fm KH 静载荷硬度影响系数，查表 6.2-14,取 KH=1.0 则 Coax=31400N(1.0X 1.0X 3.333)N=3.333N,Coaz=31400N(1.0X 1.0X 6.667)N=6.667N,均满足寿命要求。六、丝杠的强度（一）螺旋传动的转矩 T T=Fmdta n（入+T）/2 fT滚珠丝杠副的当量摩擦系数，取 0.005;T当量摩擦角，由 fT=0.005 得 T=17C 贝U TX=3.333X 32 X tan(2 51+17)/2 2.919(N mm),Tz=6.667X 32X tan

12、(2 51+17)/2 5.839(N mm)。(二)当量应力(T CT 二 由产品列表知 d2=28.9mm,贝 U 台尺寸及重量滚珠丝杠螺母副的设计计算和选型滚动导轨的设计计算和选型步进电机的参数计算和选型联轴器的选择丝杠支承座的选择初步确定工作台尺寸及其重量根据机床能够加工的最大工件尺寸最大重量根据给定的有效行程画标工作台简图如下向拖板上拖板尺寸为简图高工作台重量按重量体积材料比重估算为丫向拖板下拖板尺寸为重量上导轨材料为重量为重量按重量体积材料比重估算为切焊机及液压缸电机等重量约工作台运动部分总重量为取初选滚珠其中丝杠转速二最大动载荷第二章滚珠丝杠的选择结构形式和主要参数初选向滚珠丝杠

13、为内循环插管式双螺母垫片式调整定位滚珠丝杠型级精度入螺纹右旋工作转速和等效转速亠而则转速在与之间变化时故轴向工作载荷和等效轴向TX=(4 X3.333)2 3 X(2.919_)2 5.190X 103(MPa)n8.92 0.2 X28.93 台尺寸及重量滚珠丝杠螺母副的设计计算和选型滚动导轨的设计计算和选型步进电机的参数计算和选型联轴器的选择丝杠支承座的选择初步确定工作台尺寸及其重量根据机床能够加工的最大工件尺寸最大重量根据给定的有效行程画标工作台简图如下向拖板上拖板尺寸为简图高工作台重量按重量体积材料比重估算为丫向拖板下拖板尺寸为重量上导轨材料为重量为重量按重量体积材料比重估算为切焊机及

14、液压缸电机等重量约工作台运动部分总重量为取初选滚珠其中丝杠转速二最大动载荷第二章滚珠丝杠的选择结构形式和主要参数初选向滚珠丝杠为内循环插管式双螺母垫片式调整定位滚珠丝杠型级精度入螺纹右旋工作转速和等效转速亠而则转速在与之间变化时故轴向工作载荷和等效轴向(FFmLj EA 0.972X 10-5(mm)砂（4 心667）2 3 当 5.839）2 io.382xiO3（MPa）X n8.92 0.2 X28.93（三）强度条件 cW （c丝杠材料的许用应力，由表 6.2-7 选材料为 GCr15,HRC=5860;由 表 6.1-15 知 c=（0.0.33）s=（0.20.33）X 480=（

15、96158.4）（MPa）故 c c,c c,均满足强度条件。七、丝杠的刚度（一）轴向载荷 F 产生的轴向变形量S F 采用一端固定，另一端铰支的支承方式，则 Lj丝杠的计算长度，有效行程 Lu=L+L1,工作台行程 Lx=300mm,Lz=1600m m，螺母长度 L1=85mm，取 Lj x=Lu x=385mm，Lj z=Lu z=1685mm；E丝杠材料的弹性模量，钢材的 E=2.07X 105MPa；A丝杠的计算截面积，A=n(d-Dw)2/4=n(32-3.5)2/4637.616(mm2)。3.333 X385 5 2.07 X105 X337.616 6.667 1685-5

16、SZ=5 8.511X 10(mm)2.07 105 637.616(二)转矩 T 产生的轴向变形量S T 舟-TIP S=2nTP G丝杠材料的切变模量，钢材的 G=8.3X 104MPa；IP丝杠计算截面的极惯性矩，lp=8590,则 F0=2.54,K S K s K 丝杠允许的轴向刚度，点位控制的数控机床 K 2（1820）X 104（N/mm）故 KxK s,K zK s 均满足刚度条件。八、丝杠的稳定性（一）柔度入r 入=（jLw/i 厂长度系数，查表 6.1-17,j=0.7;Lw丝杠的最大工作长度，Lwx=385mm,Lwz=1685mm；i 丝杠危险截面的惯性半径，i=d2/

17、4=28.9/4=7.225（mm）入X=y|5-37.301 由于k XV 40,故可不验算 Fo,即 X 向丝杠满足稳定性条件。（二）临界载荷 F0 2 2 A丝杠危险截面的面积(mm2),AZ=业=n 28.9655.640(mm2)4 4 十,汉 2 07 汉 105 汉 655 640 5 则 F0Z=n2.07 10 2 0.502X 10(N)。163.256(三)稳定性的合格条件 故 Z 向丝杠也满足稳定性条件。九、传动效率（一）由转动变为移动时 台尺寸及重量滚珠丝杠螺母副的设计计算和选型滚动导轨的设计计算和选型步进电机的参数计算和选型联轴器的选择丝杠支承座的选择初步确定工作台

18、尺寸及其重量根据机床能够加工的最大工件尺寸最大重量根据给定的有效行程画标工作台简图如下向拖板上拖板尺寸为简图高工作台重量按重量体积材料比重估算为丫向拖板下拖板尺寸为重量上导轨材料为重量为重量按重量体积材料比重估算为切焊机及液压缸电机等重量约工作台运动部分总重量为取初选滚珠其中丝杠转速二最大动载荷第二章滚珠丝杠的选择结构形式和主要参数初选向滚珠丝杠为内循环插管式双螺母垫片式调整定位滚珠丝杠型级精度入螺纹右旋工作转速和等效转速亠而则转速在与之间变化时故轴向工作载荷和等效轴向P 2.919 400 10 9550 0.909 0.135X 10-3(kW)p 5.839 400 10 9550 0.

19、909 0.269X 10-3(kW)尸 tan 入=喻 2 51O.9O9 tan（入 妒）tan（2 51 17）十、驱动功率（一）由转动变为移动时 P=Tmnm 10，9550n n从动力源到丝杠间的机械效率，取 0.909。卜一、润滑 滚珠丝杠副的润滑一般多采用润滑脂（锂基脂）充填在螺母内部及涂在 丝杠螺纹滚道上，或滴油润滑（20 或 30 号机械油）。十二、防护 由于滚珠丝杠螺母副在机床上外露，故采用封闭式的防护罩，选择螺旋弹簧 钢带套管防护罩 台尺寸及重量滚珠丝杠螺母副的设计计算和选型滚动导轨的设计计算和选型步进电机的参数计算和选型联轴器的选择丝杠支承座的选择初步确定工作台尺寸及其

20、重量根据机床能够加工的最大工件尺寸最大重量根据给定的有效行程画标工作台简图如下向拖板上拖板尺寸为简图高工作台重量按重量体积材料比重估算为丫向拖板下拖板尺寸为重量上导轨材料为重量为重量按重量体积材料比重估算为切焊机及液压缸电机等重量约工作台运动部分总重量为取初选滚珠其中丝杠转速二最大动载荷第二章滚珠丝杠的选择结构形式和主要参数初选向滚珠丝杠为内循环插管式双螺母垫片式调整定位滚珠丝杠型级精度入螺纹右旋工作转速和等效转速亠而则转速在与之间变化时故轴向工作载荷和等效轴向则传 步进电动机的计算选择 设拟选用三相、0.6。步距角的 型步进电动机，使用直接驱动方式,动比 i=1。、轴向力 由于无外力，故轴向

21、力仅为摩擦力,F=M 工作台重量，X 向为 100kg,Z 向为 200kg。厂工作台摩擦系数，取 0.005。故 Fx=0.005X 100=0.5kg Fz=0.005X 200=1.0kg、换算到电动机轴上的负载转矩 Ti=FP pFP 2nn 2 n P导程，5mm=0.5cm；n 驱动系统的效率，0.909；丝杠螺母的摩擦系数，0.10.3,取 0.3;F0螺母的预压载荷，取 1F0 3 0 3汉1:0 5疋0 5 则口 X=20S909+.3 0048(kg Cm)1 03汇丄 1：0 5 1_05+-生-0.096(kg cm)2n 0.909 2n 三、滚珠丝杠螺母的惯量 JB

22、=P_BDB4 32 台尺寸及重量滚珠丝杠螺母副的设计计算和选型滚动导轨的设计计算和选型步进电机的参数计算和选型联轴器的选择丝杠支承座的选择初步确定工作台尺寸及其重量根据机床能够加工的最大工件尺寸最大重量根据给定的有效行程画标工作台简图如下向拖板上拖板尺寸为简图高工作台重量按重量体积材料比重估算为丫向拖板下拖板尺寸为重量上导轨材料为重量为重量按重量体积材料比重估算为切焊机及液压缸电机等重量约工作台运动部分总重量为取初选滚珠其中丝杠转速二最大动载荷第二章滚珠丝杠的选择结构形式和主要参数初选向滚珠丝杠为内循环插管式双螺母垫片式调整定位滚珠丝杠型级精度入螺纹右旋工作转速和等效转速亠而则转速在与之间变

23、化时故轴向工作载荷和等效轴向厂材料密度，钢一般取 7.8 x 10-3kg/cm3;LB螺母长，85mm=8.5cm;台尺寸及重量滚珠丝杠螺母副的设计计算和选型滚动导轨的设计计算和选型步进电机的参数计算和选型联轴器的选择丝杠支承座的选择初步确定工作台尺寸及其重量根据机床能够加工的最大工件尺寸最大重量根据给定的有效行程画标工作台简图如下向拖板上拖板尺寸为简图高工作台重量按重量体积材料比重估算为丫向拖板下拖板尺寸为重量上导轨材料为重量为重量按重量体积材料比重估算为切焊机及液压缸电机等重量约工作台运动部分总重量为取初选滚珠其中丝杠转速二最大动载荷第二章滚珠丝杠的选择结构形式和主要参数初选向滚珠丝杠为

24、内循环插管式双螺母垫片式调整定位滚珠丝杠型级精度入螺纹右旋工作转速和等效转速亠而则转速在与之间变化时故轴向工作载荷和等效轴向TAC=JL.2n g ts S步数/转,s=耙 2000 0.18(步/转);空载起动频率 f=4000 60 0.0025 26666.667(Hz)可知需加减速驱动方式 七、需要的电动机的转矩 T=TAC+TI DB 丝杠公称直径，32mm=3.2cm。JB=3n 7.8 10J 8.5 3.24 0.682(kg-cm2)四、工作台惯量 P 2 Jt=M(P)2 2 n 故 Jrx=100X(0.5)2 0.634(kg-cm2)2 n 0 5 2 2 Jt z=

25、200X(X)2 1.268(kg cm2)2n 五、负载惯量 JL=JB+Jt 则 JL X=0.682+0.634=1.316(kg cm2)JL Z=0.682+1.268=1.950(kg cm2)根据以上计算可初步选步进电动机，其惯量为 4.5kg cm2 fs=1600Hz,空载运行频率为 30kHz。六、由要求转速可求出运行频率 f=v/l v移动速度，vmax=4m/min=4000mm/min；l 脉冲当量，0.0025o 台尺寸及重量滚珠丝杠螺母副的设计计算和选型滚动导轨的设计计算和选型步进电机的参数计算和选型联轴器的选择丝杠支承座的选择初步确定工作台尺寸及其重量根据机床能

26、够加工的最大工件尺寸最大重量根据给定的有效行程画标工作台简图如下向拖板上拖板尺寸为简图高工作台重量按重量体积材料比重估算为丫向拖板下拖板尺寸为重量上导轨材料为重量为重量按重量体积材料比重估算为切焊机及液压缸电机等重量约工作台运动部分总重量为取初选滚珠其中丝杠转速二最大动载荷第二章滚珠丝杠的选择结构形式和主要参数初选向滚珠丝杠为内循环插管式双螺母垫片式调整定位滚珠丝杠型级精度入螺纹右旋工作转速和等效转速亠而则转速在与之间变化时故轴向工作载荷和等效轴向TAC X=1.316 980 2n 26666.667 0.025 2000 宀 宀 6.664(kg cm)运行所需转矩=崙 3.W0 t Tl

27、 其中,X 轴安全系数=宁 6 4.546 9.8 10,=13.468 Z 轴安全系数=宁 6 6.76 9.8 10=9.179 t加速时间，取 t=0.025s；、2 2 g重力加速度，9.8m/s=980cm/s f最大驱动频率，26666.667Hz。r=1.950 2n26666667 AC Z=980 0.025 2000 故 TX=TAC X+TI x=4.498+0.048=4.546(kg cm)TZ=TAC Z+TI Z=6.664+0.096=6.760(kg cm)故所选 90BYG350C型混合式步进电动机和 KND-BD3H 驱动器能满足要求 八、验证 则 Tx，

28、=1.3寫4.5 3.14 舄.18 26666.667 0.04819.925(kg cm)980 180 0.025 匕)1.95 4.5 3.14 0.18 26666.667 TZ=0.096 22.140(kg cm)980 180 0.025 a 而 6N m=-6 102N m=61.224N m,均能满足 X、Z 电动机所需转矩。9.8 中间夹具滑动螺杆 一、耐磨性(一)螺杆中径 d2 d2=F/QP F轴向力（N）;台尺寸及重量滚珠丝杠螺母副的设计计算和选型滚动导轨的设计计算和选型步进电机的参数计算和选型联轴器的选择丝杠支承座的选择初步确定工作台尺寸及其重量根据机床能够加工的

29、最大工件尺寸最大重量根据给定的有效行程画标工作台简图如下向拖板上拖板尺寸为简图高工作台重量按重量体积材料比重估算为丫向拖板下拖板尺寸为重量上导轨材料为重量为重量按重量体积材料比重估算为切焊机及液压缸电机等重量约工作台运动部分总重量为取初选滚珠其中丝杠转速二最大动载荷第二章滚珠丝杠的选择结构形式和主要参数初选向滚珠丝杠为内循环插管式双螺母垫片式调整定位滚珠丝杠型级精度入螺纹右旋工作转速和等效转速亠而则转速在与之间变化时故轴向工作载荷和等效轴向书一螺母长度 I与螺杆中径 d2之比，整体式螺母的 沪 1.21.5,取 1.2;P许用压强（MPa）,见表 6.1-14,螺杆材料选 45 钢，调质，23

30、0250HBS,P=11 18MPa,取 11MPa。/700 贝 U d2=0.8 刈 1.2 x 11 P.826（二）公称直径 d 和螺距 P 据 d2 查表 GBT5796.3-86 取 d=20mm,P=5mm,则 d2=17.5mm。（三）螺纹导程 Ph Ph=ZP z螺纹线数，取 Z=1。故 Ph=1 X5=5（mm）。（四）螺母旋合长度 I l=书 d2=1.2 为 7.5=21（mm）（五）旋合圈数 m m=l/P=21/5=4.2 10（六）螺纹工作高度 H1（h）梯形螺纹 H1=0.5P=0.5X 5=2.5（mm）（七）螺纹表面工作压强 P P=F 700 1.213（

31、MPa）d2H1m n 17.5 2.5 4.2（八）压强校核 P=1.213MPa P=11MPa 二、验算自锁（一）螺纹升角入 台尺寸及重量滚珠丝杠螺母副的设计计算和选型滚动导轨的设计计算和选型步进电机的参数计算和选型联轴器的选择丝杠支承座的选择初步确定工作台尺寸及其重量根据机床能够加工的最大工件尺寸最大重量根据给定的有效行程画标工作台简图如下向拖板上拖板尺寸为简图高工作台重量按重量体积材料比重估算为丫向拖板下拖板尺寸为重量上导轨材料为重量为重量按重量体积材料比重估算为切焊机及液压缸电机等重量约工作台运动部分总重量为取初选滚珠其中丝杠转速二最大动载荷第二章滚珠丝杠的选择结构形式和主要参数初

32、选向滚珠丝杠为内循环插管式双螺母垫片式调整定位滚珠丝杠型级精度入螺纹右旋工作转速和等效转速亠而则转速在与之间变化时故轴向工作载荷和等效轴向入=arctan（Ph/：d2）=arctan（冗 仃 5 戸 5.199 5 12（二）当量摩擦角 三、螺杆强度 四、螺纹牙强度 五、螺杆的稳定性 六、螺杆的刚度 七、螺杆的横向振动 八、动力计算 台尺寸及重量滚珠丝杠螺母副的设计计算和选型滚动导轨的设计计算和选型步进电机的参数计算和选型联轴器的选择丝杠支承座的选择初步确定工作台尺寸及其重量根据机床能够加工的最大工件尺寸最大重量根据给定的有效行程画标工作台简图如下向拖板上拖板尺寸为简图高工作台重量按重量体积材料比重估算为丫向拖板下拖板尺寸为重量上导轨材料为重量为重量按重量体积材料比重估算为切焊机及液压缸电机等重量约工作台运动部分总重量为取初选滚珠其中丝杠转速二最大动载荷第二章滚珠丝杠的选择结构形式和主要参数初选向滚珠丝杠为内循环插管式双螺母垫片式调整定位滚珠丝杠型级精度入螺纹右旋工作转速和等效转速亠而则转速在与之间变化时故轴向工作载荷和等效轴向