材力課設(shè)_傳動(dòng)軸_c

1、材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)題 目五種傳動(dòng)軸靜強(qiáng)度、變形及疲勞強(qiáng)度的計(jì)算姓名胡啟元所在學(xué)院汽車工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)工科試驗(yàn)班（車輛工程）學(xué)號(hào)42120707指導(dǎo)教師孟廣偉目錄 :一、材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的目的二、材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求三、設(shè)計(jì)題目（ 傳動(dòng)軸靜強(qiáng)度、變形及疲勞強(qiáng)度計(jì)算）四、受力簡圖及軸徑選擇五、撓度計(jì)算六、疲勞校核七、心得體會(huì)八、計(jì)算程序一、材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的目的本課程設(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)的基本理論和計(jì)算方法， 獨(dú)立的計(jì)算工程中的典型零部件，以達(dá)到綜合利用材料力學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際問題的目的。同時(shí)，可以是同學(xué)將材料力學(xué)的理論和現(xiàn)代的計(jì)算方法，又提

2、高了分析問題、解決問題的能力；既是對以前所學(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）的綜合應(yīng)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)：1. 使所學(xué)的材料力學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化、完整化。2. 在系統(tǒng)全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用材料力學(xué)解決工程實(shí)際中的問題。3. 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。4. 綜合運(yùn)用以前所學(xué)的各門課程知識(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)的聯(lián)系起來。5. 初步了解和掌握工程實(shí)踐中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)

3、計(jì)方法。6. 為后續(xù)課程的教學(xué)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)課程的全部的基本理論和方法，獨(dú)立分析、判斷設(shè)計(jì)題目的已知條件和所求問題， 畫出受力分析簡圖和力圖，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。三、設(shè)計(jì)題目（ 傳動(dòng)軸靜強(qiáng)度、變形及疲勞強(qiáng)度計(jì)算）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 80MP ，經(jīng)高頻淬火處理， b 650 MPa ， 1 300MPa， 1 155MPa 。磨削軸的表面，鍵槽斷面均為端銑加工，階梯軸過渡圓弧 r 均為 2 mm ，疲勞安全系數(shù) n 2 。要求

4、：1. 繪出傳動(dòng)軸的受力簡圖。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。4. 計(jì)算齒輪處軸的撓度（均按直徑 1 的等直桿計(jì)算）。5. 對階梯傳動(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. 對所取數(shù)據(jù)的理論根據(jù)作必要的說明。說明：（1）齒輪上的力 F 均與節(jié)圓相切。（ ） 為直徑為的帶輪傳遞的功率，P為直徑 D的帶輪傳遞的功率。 12PD11G為小帶輪的重量， G2 為大帶輪的重量。Fa2aaa F 22DD1F 12F1D2F2P1P傳動(dòng)軸力學(xué)簡圖a2aaa43421傳動(dòng)軸零件圖1 為靜強(qiáng)度條件所確定的軸徑，以 mm為單位，并取偶數(shù)。 設(shè)1321.12

5、43設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)PP1NDD1D2G2G1aa/kW/kW/(r/min)/mm/mm/mm/N/N/mm( °)8.83.7300100030015090050050045四、受力簡圖及軸徑選擇G1+3F 1G2yMeFz3F2xzMe2Me1Fy受力簡圖Me1=9549*P1/n=117.771 N*mMe2=9549*P/n=280.104 N*mMe2=M e1+M e所以 M e=M e2-Me1=162.333 N*m即可得彎矩圖：M x280.104162.333x3a5a彎矩圖F=Me/(D 2/2)=2164.44 NF1=M e1/(D 1/2)=1185.14

6、NF2=M e2/(D/2)=560.208 N所以對于 xy平面F cos單獨(dú)作用時(shí)如圖M Fcos a4a 5ax765.129G13F1 單獨(dú)作用時(shí)如圖M G1+3F1854.45xa3a 4a 5aG2單獨(dú)作用時(shí)如圖M G2a4a 5ax450對于 xz平面F sin單獨(dú)作用時(shí)如圖1-8M Fsin 765.129xa4a3 F 2 單獨(dú)作用時(shí)如圖1-93F 2840.312合力矩 xy和 yz方向分別如圖M y854.45aa4a4ax3a5a5a450765.129840.31765.129故最危險(xiǎn)點(diǎn)為 D(4a)處MD=sqrt（M Dy2+M Dz2）=1065.403N*MM

7、Dx=280.104 N*M等直軸由第三強(qiáng)度理論得r 31M Dx2M D2 WW d 332故d 3M Dx2M D232=50.4mm取 52mm 1=52mm1321.1243 2=47mm 3 =43mm 4=39mm五、撓度計(jì)算1M ya4axa1M zaxa4a撓度計(jì)算在 xy面內(nèi)=（ 1/2× a× 765.129 ×2/3× a+1/2× 765.129 ×3a× 2/3× a-1/2× 840.312 × 3a× 1/2× a+1/2× 450&#

8、215; 3a× 1/3× a） /EI=a2× 614.938/EI=2.04mm在 xz平面內(nèi)=(1/2× a× 765.129× 2/3× a+1/2× 765.129 ×3a× 2/3× a+1/2× 840.312 × 3a× 1/3× a)/EI=a2× 1428.328/EI=4.7mm=5.160mm六、疲勞校核1) 校核的相關(guān)數(shù)據(jù)b650MPa ，1300MPa，1155MPa，過渡圓弧 r2 mm，安全系數(shù) n2 。

9、2) 校核類型的確定校核的軸有鍵槽、 軸肩，這些部位易引起應(yīng)力集中， 故易形成疲勞裂紋， 故需要校核。 共七處。a2aaa13923474526397435由傳動(dòng)軸的工作特點(diǎn)知， 其處于彎扭組合的交變應(yīng)力狀態(tài)， 其中彎曲正應(yīng)力按對稱循環(huán)變化，切應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化。對于彎曲正應(yīng)力M maxmaxminW zmaxr1minmaxminm2maxmina2交變扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力及其循環(huán)特征M x ,maxmaxWpmin0r0maxminm2maxmina2有效應(yīng)力集中系數(shù)（ 材料力學(xué)第二版 ）值系 數(shù)點(diǎn)1234567k1.811.571.611.811.722.161.81k1.641.311.341.

10、641.411.581.640.880.880.840.840.810.810.880.810.810.780.780.760.760.8111111113) 相關(guān)計(jì)算公式彎曲對稱循環(huán)：扭轉(zhuǎn)脈動(dòng)循環(huán)：1nkmax1nkam彎扭組合交變應(yīng)力下的安全系數(shù)： nn nn2n24) 各點(diǎn)校核對于 1 點(diǎn)，Wz=× d3/32=5.82cm3,Wp =11.64cm3 該點(diǎn)受彎曲正應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。max =Mx,max/W p=162.333/11.64=13.946Mpamin =0r=0m=(max+min )/2=6.973Mpaa=(max-min)/2=6.973Mpa故滿足疲勞條

11、件。對于 2 點(diǎn)， Wz=5.82 cm3 ,Wp=11.64 cm3 該點(diǎn)受彎曲正應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。=sqrt(382.562+382.562) )/5.82=1.809=13.938Mpa=6.969Mpa=6.969Mpa=12.951=1.79<2故不滿足疲勞條件 。需要進(jìn)行高頻淬火，當(dāng)時(shí)，n>2 ，滿足疲勞條件。對于 3 點(diǎn)，Wz=7.80cm3,Wp=15.60cm3 該點(diǎn)受彎曲正應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。故滿足疲勞條件。=109.877Mpa=1.425=10.406Mpa=5.203Mpa=5.203Mpa=16.387=16.449>2故滿足疲勞條件。對于 4 點(diǎn)，

12、Wz=10.18cm3,Wp=20.36cm3 該點(diǎn)受彎曲正應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。故滿足疲勞條件。= sqrt(790.192+37.1362)/10.18) =77.72Mpa=1.792=8.73=4.37Mpa=4.37Mpa=16.104=1.78 2故此處不滿足疲勞強(qiáng)度條件。需采用高頻淬火。當(dāng)=2.5 時(shí)， n>2對于 5 點(diǎn)，Wz=13.80cm3,Wp=27.60cm3 該點(diǎn)受彎曲正應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。故滿足疲勞條件。= sqrt(827.7822+225.02)/13.80) =62.16Mpa=2.286=6.441Mpa=3.220Mpa=3.220Mpa=24.619=2

13、.27>2故此處滿足疲勞強(qiáng)度條件。對于 6 點(diǎn)，Wz=13.80cm3,Wp=27.60cm3 該點(diǎn)受彎曲正應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。=10.93MPa=10.293=6.441Mpa=3.220Mpa=3.220Mpa=22.092=9.33>2故滿足疲勞條件。對于 7 點(diǎn)， Wz=5.82cm3,Wp=11.64cm3 該點(diǎn)不受彎曲正應(yīng)力，只受扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。因此為扭轉(zhuǎn)脈動(dòng)循環(huán)。max =Mx,max/W p=15.272Mpamin =0r=0m=(max +min )/2=7.636Mpaa=(max -min)/2=7.636Mpa故滿足疲勞條件。綜上，該軸滿足疲勞強(qiáng)度條件。七、心得

14、體會(huì)通過本次課程設(shè)計(jì)，讓我對材料力學(xué)知識(shí)有了更深入的認(rèn)識(shí)， 并且有了一定的提高，同時(shí)，也在完成的過程中了解到了一般零件的設(shè)計(jì)校核過程。在設(shè)計(jì)過程中，使用了 autocad，matlab，visualc+等軟件，使自己對這些軟件更加熟練， 也發(fā)現(xiàn)了自己這方面的不足， 今后需要進(jìn)一步努力。在設(shè)計(jì)過程中，自己查閱了一些機(jī)械方面的資料，擴(kuò)展了自己的視野，同時(shí)也培養(yǎng)了自己對專業(yè)的興趣。 也為自己后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。八、計(jì)算程序#include<stdio.h>#include<math.h>main()float P,P1,n,D,D1,D2,G2,G1,a,ang,x

15、u;float Me2,Me1,Me;float F2,F1,F;float Mfcos,Mg13f1,Mg2,Mfsin,M3F2,Md,Mdx,d;long double E,I,fay,faz,fa;int d0,d1,d2,d3,d4,number;float t1,k2,e2,b,ta,u,wp1;float q1,tm,n2,e1,k1,n1,n12,w,q;printf("input P=");scanf("%f",&P);printf("input P1=");scanf("%f",&

16、;P1);printf("input n=");scanf("%f",&n);printf("input D=");scanf("%f",&D);printf("input D1=");scanf("%f",&D1);printf("input D2=");scanf("%f",&D2);printf("input G2=");scanf("%f",&G2)

17、;printf("input G1=");scanf("%f",&G1);printf("input a=");scanf("%f",&a);printf("input ang=");scanf("%f",&ang);printf("input xu=");scanf("%f",&xu);printf("%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%fn",P,P1,n,D,

18、D1,D2,G2,G1,a,ang);Me1=9549*P1/n;Me2=9549*P/n;Me=Me2-Me1;F=Me/D2*2*1000;F1=Me1/D1*2*1000;F2=Me2/D*2*1000;printf("%f,%f,%f,%f,%f,%fn",Me2,Me1,Me,F2,F1,F);Mfcos=a/1000*F*cos(ang/180*3.1415926);Mg13f1=0.666666667*(G1+3*F1)*a/1000;Mg2=G2*a/1000;M3F2=3*F2*a/1000;Md=sqrt(Mg2*Mg2+M3F2*M3F2);Mdx=M

19、e1+Me;d=pow(32/3.1415926/xu/1000/1000*sqrt(Md*Md+Mdx*Mdx),0.);d0=d;d2=d0/1.21;d3=d0/1.1;d4=d0/1.21/1.1;printf("the available d is d0=%dn",d0);printf("d=%fn",d);E=200.00*1000*1000*1000;I=3.1415926*d*d*d*d/64.000;fay=(0.5*(a/1000)*(a/1000)*Mfcos*0.66666667+Mfcos*(a/1000)*(a/1000)-0

20、.75*(a/1000)*(a/1000)*Mg13f1+0.5*(a/1000)*(a/1000)*Mg2)/(E*I);printf("fay=%fn",fay);faz=(a/1000.0)*(a/1000.0)*0.33333333*Mfsin+(a/1000.0)*(a/1000.0)*Mfsin+(a/1000.0)*(a /1000)*0.5*M3F2)/(E*I);printf("faz=%fn",faz);fa=sqrt(fay*fay+faz*faz);printf("fa=%fn",fa);printf(&quo

21、t;please put in the point's number ");scanf("%f",&number);if(number=1|number=7)printf("input t1=");scanf("%f",&t1);printf("input k2=");scanf("%f",&k2);printf("input e2=");scanf("%f",&e2);printf("input

22、 b=");scanf("%f",&b);printf("input ta=");scanf("%f",&ta);printf("input u=");scanf("%f",&u);printf("input wp1=");scanf("%f",&wp1);tm=0.5*(Me/wp1);n2=t1/(k2/e2/b*ta+u*tm)if(n2>=2.000) printf("it is safe");else printf("it is not safe");elseswitch(number)case'2':wp1=3.1415926