吉林大學(xué)_材料力學(xué)_課程設(shè)計(jì)_傳動(dòng)軸

1、材 料 力 學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書設(shè)計(jì)題目：五種傳動(dòng)軸的靜強(qiáng)度、變形及疲勞強(qiáng)度的計(jì)算題號(hào)：7-10-d-17學(xué)號(hào)：姓名：陳興鵬指導(dǎo)教師：麻凱目錄一， 材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的目的 3二，材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求 4 1，設(shè)計(jì)計(jì)算說明書的要求 4 2，分析討論及說明部分的要求 5 3，程序計(jì)算部分的要求 5三，設(shè)計(jì)題目 5四，設(shè)計(jì)過程 7 1，繪制傳動(dòng)軸的受力簡(jiǎn)圖 7 2，傳動(dòng)軸內(nèi)力圖 8 3，根據(jù)強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸直徑 9五，計(jì)算齒輪處軸的撓度 11 1，y方向撓度 11 2，z方向撓度 13六，階梯傳動(dòng)軸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 14七，個(gè)人感想 29八，參考文獻(xiàn) 29一，材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的目的 本

2、課程設(shè)計(jì)是在系統(tǒng)學(xué)完材料力學(xué)課程之后，結(jié)合工程實(shí)際中的問題，運(yùn)用材料力學(xué)的基本理論和設(shè)計(jì)方法，獨(dú)立地計(jì)算工程中的典型零部件，以達(dá)到綜合運(yùn)用材料力學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際問題的目的。同時(shí)，可以使學(xué)生將材料力學(xué)的理論和現(xiàn)代計(jì)算方法及手段融為一體，既從整體上掌握了基本理論和現(xiàn)代計(jì)算方法，又提高了分析問題、解決問題的能力；既是對(duì)以前所學(xué)知識(shí)（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計(jì)算機(jī)和材料力學(xué)等）的綜合運(yùn)用，又為后續(xù)課程（機(jī)械設(shè)計(jì)、專業(yè)課等）的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，并初步掌握工程設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，使實(shí)際工作能力有所提高。具體有以下六項(xiàng)：使所學(xué)的材料力學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化、完整化。在系統(tǒng)全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用材料力學(xué)知

3、識(shí)解決工程實(shí)際中的問題。由于選題力求結(jié)合專業(yè)實(shí)際，因而課程設(shè)計(jì)可以把材料力學(xué)知識(shí)與專業(yè)需要結(jié)合起來。綜合運(yùn)用以前所學(xué)的各門課程的知識(shí)（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計(jì)算機(jī)等），使相關(guān)學(xué)科的知識(shí)有機(jī)地聯(lián)系起來。初步了解和掌握工程實(shí)踐中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。二，材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求參加設(shè)計(jì)者要系統(tǒng)復(fù)習(xí)材料力學(xué)課程的全部基本理論和方法，獨(dú)立分析、判斷設(shè)計(jì)題目的已知條件和所求問題，畫出受力分析計(jì)算簡(jiǎn)圖和內(nèi)力圖，列出理論依據(jù)并導(dǎo)出計(jì)算公式，獨(dú)立編制計(jì)算程序，通過計(jì)算機(jī)給出計(jì)算結(jié)果，并完成設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。1，設(shè)計(jì)計(jì)算說明書的要求設(shè)計(jì)計(jì)算說明書是該題目設(shè)計(jì)思想、設(shè)

4、計(jì)方法和設(shè)計(jì)結(jié)果的說明，要求書寫工整，語言簡(jiǎn)練，條理清晰-、明確，表達(dá)完整。具體內(nèi)容應(yīng)包括：設(shè)計(jì)題目的已知條件、所求及零件圖。畫出構(gòu)件的受力分析計(jì)算簡(jiǎn)圖，按比例標(biāo)明尺寸、載荷及支座等。靜不定結(jié)構(gòu)要畫出所選擇的基本靜定系統(tǒng)及與之相應(yīng)的全部求解過程。畫出全部?jī)?nèi)力圖，并表面可能的各危險(xiǎn)截面。各危險(xiǎn)截面上各種應(yīng)力的分布規(guī)律圖及由此判定各危險(xiǎn)點(diǎn)處的應(yīng)力狀態(tài)圖。各危險(xiǎn)點(diǎn)的主應(yīng)力大小及主平面的位置。選擇強(qiáng)度理論并建立強(qiáng)度條件。列出全部計(jì)算過程的理論依據(jù)、公式推導(dǎo)過程及必要的說明。對(duì)變形及剛度分析要寫明所用的能量法計(jì)算過程及必要的內(nèi)力圖和單位力圖。疲勞強(qiáng)度計(jì)算部分要說明循環(huán)特征，max，min，r，m，a的計(jì)

5、算，所查各系數(shù)的，,，依據(jù)，疲勞強(qiáng)度校核過程及結(jié)果，并繪出構(gòu)件的持久曲線。2，分析討論及說明部分的要求分析計(jì)算結(jié)果是否合理，并討論其原因、改進(jìn)措施。提出改進(jìn)設(shè)計(jì)的初步方案及設(shè)想。提高強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的措施及建議。3，程序計(jì)算部分的要求程序框圖。計(jì)算機(jī)程序（含必要的說明語言及標(biāo)識(shí)符說明）。打印結(jié)果（數(shù)據(jù)結(jié)果要填寫到設(shè)計(jì)計(jì)算說明書上）。三，設(shè)計(jì)題目傳動(dòng)軸的材料均為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（牌號(hào)45），許用應(yīng)力=80MPa，經(jīng)高頻淬火處理，b=650MPa，-1=300MPa，-1=155MPa。磨削軸的表面，鍵槽均為端銑加工，階梯軸過度圓弧r均為2mm，疲勞安全系數(shù)n=2。1.傳動(dòng)軸力學(xué)簡(jiǎn)圖2.傳動(dòng)軸零件

6、圖3.設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)P/kWP1/kWn/（r/min）D/mmD1/mmD2/mmG2/NG1/N/mm()25.78.125080035024080040040045要求：1. 繪出傳動(dòng)軸的受力簡(jiǎn)圖。2. 作扭矩圖及彎矩圖。3. 根據(jù)強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)等直軸的直徑。4. 計(jì)算齒輪處軸的撓度。5. 對(duì)階梯傳動(dòng)軸進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算（若不滿足，采取改進(jìn)措施使其滿足疲勞強(qiáng)度要求）。6. 對(duì)所選數(shù)據(jù)的理論依據(jù)作必要的說明。四， 設(shè)計(jì)過程1，繪制傳動(dòng)軸的受力簡(jiǎn)圖根據(jù)已知條件，將軸受力情況進(jìn)行簡(jiǎn)化，如下圖示： 傳動(dòng)軸受力簡(jiǎn)圖其中， Me3=F2=9549P/n Me2=F1=9549P1/n Me1+Me2=Me

7、3 Me1=Fy1 Fy1=FCos Fz1=FSin由上式可解得：F =7922.1NFy1=5601.8NFz1=5601.8NF1=1768NF2=2454NMe1=672.2NmMe2=309.4NmMe3=981.6Nm2，傳動(dòng)軸內(nèi)力圖（1）求支座反力FyB=5182.8NFyA=6923NFzA=5953.8NFzB=7010N（2）作內(nèi)力圖彎矩圖1 彎矩圖2扭矩圖3，根據(jù)強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸直徑由傳動(dòng)軸內(nèi)力圖可知，傳動(dòng)軸上可能的危險(xiǎn)截面為C、D截面右截面，E截面左截面，所以以三個(gè)截面出發(fā)設(shè)計(jì)軸的直徑。.C截面右截面W=r3=由上解得：377.9mm.D截面右截面W=r3=由上解得：

8、184.7mm.E截面左截面W=r3=由上解得：377.3mm又由1/2=2/3=1.1 得：194.3mm故可取1=94mm五， 計(jì)算齒輪處軸的撓度1，y方向撓度（1）畫出傳動(dòng)軸在單個(gè)力作用下的內(nèi)力圖Fy1單獨(dú)作用下的內(nèi)力圖3F1+G1單獨(dú)作用下的內(nèi)力圖G2單獨(dú)作用下的內(nèi)力圖（2）加單位力后軸的內(nèi)力圖（3）計(jì)算過程 （圖乘法）E=200GPa 此時(shí)可以利用圖形互乘法求齒輪處該軸沿y軸方向的撓度m2，z方向撓度（1）畫出傳動(dòng)軸在單個(gè)力作用下的內(nèi)力圖Fz1單獨(dú)作用下的內(nèi)力圖3F2單獨(dú)作用下的內(nèi)力圖（2）加單位力后軸的內(nèi)力圖（3）計(jì)算過程 （圖乘法）E=200GPa 此時(shí)可以利用圖形互乘法求齒輪處

9、該軸沿z軸方向的撓度所以：六，階梯傳動(dòng)軸疲勞強(qiáng)度計(jì)算由于疲勞強(qiáng)度校核需校核多個(gè)截面，故可利用利用C語言程序進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算，程序框圖如下：開始根據(jù)提示輸入各參數(shù)是否進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核？Me是否為零？是否結(jié)束否計(jì)算n、n、n、n計(jì)算n、n判斷是否滿足疲勞強(qiáng)度，并輸出詢問是否進(jìn)行下一疲勞強(qiáng)度校核程序如下：#include#include /*全局變量*/#define PI 3.14 /*宏定義*/ void main() /*主函數(shù)*/float d1,M,W,zylMax,zylMin,r1,Me,Wp,qylMax,qylMin,qylA,qylM,r2,Kzyl,Kqyl,Ezyl,Eqyl

10、,ccxs,Yqyl;float zyl,qyl,n1,n2,n12,n3, zylS, zylR3,n;char key;float x; /*定義變量*/printf(是否進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核？輸入Y/Nn);scanf(%c,&key);while(key=Y|key=y) /*循環(huán)，判斷條件*/printf(輸入需校核平面距y軸距離為a的倍數(shù)n);scanf(%f,&x);printf(輸入該截面對(duì)應(yīng)軸的直徑(單位cm)n);scanf(%f,&d1);printf(輸入該截面的彎矩：n);scanf(%f,&M);printf(輸入該截面的扭矩：n);scanf(%f,&Me);prin

11、tf(輸入K,K：n);scanf(%f,&Kzyl);scanf(%f,&Kqyl);printf(輸入,：n);scanf(%f,&Ezyl);scanf(%f,&Eqyl);printf(輸入：n);scanf(%f,&ccxs);printf(輸入：n);scanf(%f,&Yqyl);printf(輸入-1：n);scanf(%f,&zyl);printf(輸入-1：n);scanf(%f,&qyl);printf(輸入屈服強(qiáng)度s：n);scanf(%f,&zylS);printf(輸入n：n);scanf(%f,&n); if(Me!=0) /*扭矩不為零時(shí)*/ W=PI*d1*d

12、1*d1/32;zylMax=M/W;zylMin=0-zylMax;r1=-1;Wp=PI*d1*d1*d1/16;qylMax=Me/Wp;qylMin=0;r2=0;qylA=qylM=qylMax/2;n1=zyl/(Kzyl*zylMax); n1= n1*Ezyl*ccxs; /*計(jì)算n*/n2=qyl/(Kqyl*qylA/(Eqyl*ccxs)+Yqyl*qylM); /*計(jì)算n*/n12=n1*n2/sqrt(n1*n1+n2*n2); /*計(jì)算n*/zylR3=sqrt(zylMax*zylMax+4*qylMax*qylMax);n3=zylS/zylR3; /*計(jì)算n*

13、/printf(n=%fn,n1);printf(n=%fn,n2);printf(n=%fn,n12);printf(n=%fn,n3);if(n12n)printf(nnn);printf(該截面(x=%2.1fa)滿足疲勞強(qiáng)度要求n,x);else if (n12n)printf(nn)printf(nnn);printf(該截面(x=%2.1fa)滿足靜強(qiáng)度要求n,x);else if (n3n)printf(n=n&n3=n)printf(該截面(x=%2.1fa)滿足強(qiáng)度要求n,x);else printf(該截面(x=%2.1fa)不滿足強(qiáng)度要求n,x);printf(n);el

14、se /*扭矩為零時(shí)*/ W=PI*d1*d1*d1/32;zylMax=M/W;zylMin=0-zylMax;r1=-1;n1=zyl/(Kzyl*zylMax);n1= n1*Ezyl*ccxs;printf(n=%2.1fn,n1);if(n1=n)printf(nnn);printf(該截面(x=%2.1fa)滿足疲勞強(qiáng)度要求n,x);elseprintf(nnn);printf(該截面(x=%2.1fa)不滿足疲勞強(qiáng)度要求n,x);printf(n);printf(n);printf(n);printf(是否進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核？輸入Y/Nn); /*是否進(jìn)行下一校核*/ scanf(

15、%c,&key); scanf(%c,&key); 傳動(dòng)軸零件圖由題知，需要校核的截面有，（x=）、（x=1.5）、（x=2.5）、（x=3）、（x=3.5）。本題中，s取355Mpa。各截面參數(shù)如下：截面（x=）直徑d=7.80cmK=1.8， K=1.6；表面質(zhì)量系數(shù)=2.5，=0.07；尺寸系數(shù)=0.75，=0.73；M=3651.9Nm；Me=672.2；截面（x=1.5）直徑d=7.80cmK=2.1， K=1.5；表面質(zhì)量系數(shù)=2.5，=0.07；尺寸系數(shù)=0.75，=0.73；M=3904.4Nm；Me=672.2Nm；截面（x=2.5）直徑d=8.60cmK=2.0， K=1.

16、6；表面質(zhì)量系數(shù)=2.5，=0.07；尺寸系數(shù)=0.73，=0.72；M=4409.4Nm；Me=672.2Nm；截面（x=3）直徑d=9.4cmK=1.8， K=1.6；表面質(zhì)量系數(shù)=2.5，=0.07；尺寸系數(shù)=0.70，=0.70；M=4661.9Nm；Me=981.6Nm；截面（x=3.5）直徑d=7.8cmK=2.6， K=1.8；表面質(zhì)量系數(shù)=2.5，=0.07；尺寸系數(shù)=0.75，=0.73；M=4580.6Nm；Me=981.6Nm；程序運(yùn)行結(jié)果如下：截面（x=）截面（x=1.5）截面（x=2.5）截面（x=3）截面（x=3.5）由上可知，傳動(dòng)軸各截面均滿足疲勞強(qiáng)度要求，傳動(dòng)軸安全。7.個(gè)人感想通過本次課程設(shè)計(jì)，很好地復(fù)習(xí)了上學(xué)期的課程，在設(shè)計(jì)過程中，以設(shè)計(jì)題目為核心，系統(tǒng)地應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，全面地考慮問題，完成了改傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)。在課程設(shè)計(jì)中，遇到了很多困難，但是在克服困難后我體會(huì)到了成功的喜悅，在其他方面我也獲得了很多，從整體上掌握了基本理論和現(xiàn)代的計(jì)算方法，提高了分析問題，解決問題的能力，把以前所學(xué)的知識(shí)（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計(jì)算機(jī)和材料力學(xué)等）綜合運(yùn)用，初步掌握工程中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，提高了實(shí)際的工作能力。另外也進(jìn)一步熟練使用Word/CAD /Mi