材料綜合設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸強(qiáng)度設(shè)計(jì)及變形計(jì)算

1、材料力學(xué)綜合設(shè)計(jì)材料力學(xué)綜合設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸強(qiáng)度設(shè)計(jì)及變形計(jì)算 單 位： 班 級(jí)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 目 錄1 緒 論.21.1 設(shè)計(jì)的目的及意義.21.2 工程應(yīng)用背景簡(jiǎn)介.21.4 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容.22 力學(xué)模型.32.1 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù).32.2 載荷簡(jiǎn)化.32.3 力學(xué)模型.43 內(nèi)力分析.44 強(qiáng)度分析.44.1 應(yīng)力分析.44.2 傳動(dòng)軸直徑設(shè)計(jì).45 變形計(jì)算.45.1 疊加法.45.2 齒輪處的撓度.4總 結(jié).4參考文獻(xiàn).5任務(wù)分工.51 緒 論1.1 設(shè)計(jì)的目的及意義本綜合設(shè)計(jì)的目的是在于學(xué)習(xí)材料力學(xué)之后，能結(jié)合工程中的實(shí)際問(wèn)題，運(yùn)用材料力學(xué)的基本理論和計(jì)算方法，對(duì)工程中的典型零部件

2、進(jìn)行內(nèi)力、應(yīng)力變形位移計(jì)算等，進(jìn)一步鞏固和加深材料力學(xué)課程中的基本理論知識(shí)，達(dá)到綜合運(yùn)用材料力學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的目的，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。通過(guò)本次設(shè)計(jì)從整體上掌握了基本理論，提高了分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，又為后繼課程如專業(yè)課等打下基礎(chǔ)，并初步掌握工程中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，對(duì)實(shí)際工作能力有所提高。具體的有以下四項(xiàng)：（1）使學(xué)生的材料力學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化完整化；（2）在全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用材料力學(xué)知識(shí)解決工程中的實(shí)際問(wèn)題；（3）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；（4）為后續(xù)課程的教學(xué)打下基礎(chǔ)。1.2 工程應(yīng)用背景簡(jiǎn)介（簡(jiǎn)單的介紹你所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在工程的使用，比如哪些領(lǐng)域，有何作

3、用）傳動(dòng)軸是由軸管、伸縮套和萬(wàn)向節(jié)組成。傳動(dòng)軸連接或裝配各項(xiàng)配件，而又可移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的圓形物體配件。它是汽車傳動(dòng)系中傳遞動(dòng)力的重要部件，它的作用是與變速箱、驅(qū)動(dòng)橋一起將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給車輪，使汽車產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。專用汽車傳動(dòng)軸主要用在油罐車，灑水車，吸污車，消防車，道路清障車，高空作業(yè)車，垃圾車等車型上。傳動(dòng)軸是汽車傳動(dòng)系中傳遞動(dòng)力的重要部件，它的作用是與變速箱、驅(qū)動(dòng)橋一起將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給車輪，使汽車產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。1.4 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容傳動(dòng)軸的材料為 45 號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素鋼，=80MPa，E=200Gpa，結(jié)構(gòu)與輪位置如圖 1 所示，A 處和 B 處均為向心軸承。齒輪 D2上的力 F2與節(jié)圓相切。直

4、徑為D 的帶輪傳遞的功率為 P，直徑為 D1的小帶輪傳遞的功率為 P1，G1為小帶輪的重量，G2為齒輪的重量，帶輪上受到力 F1，F(xiàn) 作用。圖 1 傳動(dòng)軸示意圖（1）建立傳動(dòng)軸的力學(xué)模型圖；（2）畫(huà)出傳動(dòng)軸的內(nèi)力圖；（3）根據(jù)第三強(qiáng)度理論設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸的直徑；（4）用疊加法計(jì)算傳動(dòng)軸在齒輪處的撓度。2 力學(xué)模型 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表 1 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)P(kW)P1(kW)n(r/min)D(mm)D1(mm)D2（mm）G2（N）G1（N）a（mm）1507003501008004005002.2 載荷簡(jiǎn)化 (1)12FDM MD=9550p/n=95506.6/150=420.2N/m=FD/2F=1200N

5、MD11D1/2F1=1055N|MD2|=|MD+MD12D2/2F2NDDGG16004422112.3 力學(xué)模型圖 1 傳動(dòng)軸的力學(xué)模型Ma=0 -(3F1-G1)a-(F2+G2)a+FB3a-(3F+G)4a=0Fy=0 (3F1-G1)+FA+FB=F2+G2+3F+G解得： NFA83.3176 NFB22.121553 內(nèi)力分析圖 2 簡(jiǎn)力圖圖 3 彎矩圖圖 4 扭矩圖由扭矩圖和彎矩圖可得：傳動(dòng)軸齒輪截面有最大扭矩值和最大彎矩值：2D ，mNT16.420|maxmNM15.4353|max所以，該傳動(dòng)軸危險(xiǎn)截面為齒輪處D2截面。4 強(qiáng)度分析4.1 應(yīng)力分析圖 5 切應(yīng)力分布圖

6、圖 6 正應(yīng)力分布圖在危險(xiǎn)截面上，與扭矩對(duì)應(yīng)的最大切應(yīng)力發(fā)生在圓周表面各點(diǎn)，與2Dmax|T彎矩對(duì)應(yīng)的最大正應(yīng)力發(fā)生在上下兩頂點(diǎn)。max| M由此可知，危險(xiǎn)點(diǎn)為上下兩頂點(diǎn)。圖 7 上頂點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài) 圖 8 下頂點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)由于 45 號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素鋼為塑性材料，抗拉與抗壓性能相同，所以這兩點(diǎn)同等危險(xiǎn)。任取一點(diǎn)研究。計(jì)算主應(yīng)力x=32M/D3=8.0107paxy=16T/D3=-4.0106pa max=x+y/2+ （2）22yx/2-xymax= min=x+y/2- （3）22yx/2-xymin=可知: 1=79.5Mpa 2 3=04.2 傳動(dòng)軸直徑設(shè)計(jì) (4)|42max2max423WT

7、MrW=d3/32=32/d380103pa224204353 可知:d82.3mm 5 變形計(jì)算 5.1 疊加法 計(jì)算梁在幾個(gè)載荷共同作用下引起的變形，則可分別求出各個(gè)載荷單獨(dú)作用時(shí)引起的變形，然后計(jì)算其代數(shù)和，即可得到各載荷共同作用時(shí)梁的變形，這種計(jì)算變形的方法稱為疊加法。5.2 齒輪處的撓度 (1) 載荷分解將軸上的載荷分解為下圖(9)、(10)、(11)所示單一載荷的情況。圖(9)：力單獨(dú)作用，將其余部分視為剛性的；2F圖(10)：力單獨(dú)作用，將力向支座簡(jiǎn)化，得一集中力與集中力偶1F1FAAF，將其余部分視為剛性的；aFMA1圖(11)：力單獨(dú)作用，將力向支座簡(jiǎn)化，得一集中力與集中力偶

8、FFBBF，將其余部分視為剛性的；aFMB圖 9 力單獨(dú)作用2F對(duì)于圖(9)，查表得，力在齒輪處引起的撓度為2FW1=-PbX（L2-X2-b2)/6EIL=1.59mm4333 .821020095004644 .12895圖 10 力單獨(dú)作用1F對(duì)于圖(10)，查表得，集中力偶在齒輪處引起的撓度為AMW2=-MaX(L-X)(2L-X)/6EIL=4333 .8210200950082.2764320圖 11 力單獨(dú)作用F對(duì)于圖(11)，查表得，集中力偶在齒輪處引起的撓度為BMW3=Mbx(L2-X2)/6EIL=4333 .8210200950035.5201256上述三種載荷同時(shí)作用時(shí)

9、，在齒輪處引起的撓度為：2Dmmwwwwcba38. 164. 043. 059. 1總 結(jié)通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)材料力學(xué)方面的知識(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中雖然遇到了一些問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知，通過(guò)親自動(dòng)手制作，使我們掌握的知識(shí)不再是紙上談兵。過(guò)而能改，善莫大焉。在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲齲最終的檢測(cè)調(diào)試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過(guò)而能改，善莫大焉”的知行觀我們認(rèn)為，在這學(xué)期的實(shí)驗(yàn)中，在收獲知識(shí)的同時(shí)，還收獲了閱歷，收獲了成熟，在此過(guò)程中，我們通過(guò)查找大量資料，請(qǐng)教老師，以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨(dú)立思考、動(dòng)手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更重要的是，在實(shí)驗(yàn)課上，我們學(xué)會(huì)了很多學(xué)習(xí)的方法。而這是日后最實(shí)用的，真的是受益匪淺。要面對(duì)社會(huì)的挑戰(zhàn)，只有不斷的學(xué)習(xí)、實(shí)踐，再學(xué)習(xí)、再實(shí)踐。在今后材料力學(xué)學(xué)習(xí)實(shí)踐過(guò)程中，一定要不懈努力