大學(xué)材料力學(xué)課程設(shè)計報告74車床主軸設(shè)計

1、-材料力學(xué)課程設(shè)計設(shè)計計算說明書設(shè)計題目：7.4車床主軸設(shè)計*:41111330：樸玲錦指導(dǎo)教師：媛教師目錄一、 課程設(shè)計目的 -03二、 課程設(shè)計任務(wù)和要求-03三、 課程設(shè)計題目-04四、 課程設(shè)計計算過程1. 對主軸靜定情況校核-05A. 根據(jù)第三強度理論校核-07B. 根據(jù)剛度進展校核-07C. 疲勞強度校核-142. 對主軸超靜定情況校核-14A. 根據(jù)第三強度理論校核-17B. 根據(jù)剛度進展校核-17C. 疲勞強度校核-23五、 循環(huán)計算程序-24六、 課程設(shè)計總結(jié)-28一、 課程設(shè)計目的材料力學(xué)課程設(shè)計的目的是在于系統(tǒng)的學(xué)習(xí)材料力學(xué)之后，能結(jié)合工程中的實際問題，運用材料力學(xué)設(shè)計的

2、根本原理和計算方法，獨立計算工程中的典型零部件，以到達綜合運用材料力學(xué)的知識解決工程實際問題的目的。同時，可以使我們將材料力學(xué)的理論和現(xiàn)代的計算方法及手段融為一體。既從整體上掌握了根本理論和現(xiàn)代的計算方法，又提高了分析問題，解決問題的能力；既是對以前學(xué)到的知識高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計算機和材料力學(xué)等的綜合運用，又為以后學(xué)習(xí)的課程機械設(shè)計、專業(yè)課等打下了根底，并初步掌握了工程中的設(shè)計思想和設(shè)計方法，對實際工作能力有所提高。具體有以下六項：1. 使我們的材料力學(xué)知識系統(tǒng)化，完整化。2. 在系統(tǒng)的全面的復(fù)習(xí)的根底上，運用材料力學(xué)的知識解決工程中的實際問題。3. 由于選題力求結(jié)合專業(yè)

3、實際，因而課程設(shè)計可以把材料力學(xué)的知識和專業(yè)需要結(jié)合起來。4. 綜合運用以前所學(xué)的各門課程知識高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計算機等，是相關(guān)學(xué)科知識有機的聯(lián)系起來。5. 初步了解和掌握工程實踐中的設(shè)計思想和設(shè)計方法。6. 為以后課程的學(xué)習(xí)打下根底。二、 課程設(shè)計任務(wù)和要求參加設(shè)計者要系統(tǒng)復(fù)習(xí)材料力學(xué)課程的全部根本理論和方法，獨立分析、判斷設(shè)計題目的條件和所求問題，畫出受力分析計算簡圖和力圖，列出理論依據(jù)并導(dǎo)出計算公式，獨立編制計算程序，通過計算機給出計算結(jié)果，并完成設(shè)計計算說明書。三、 課程設(shè)計題目設(shè)計題目：車床主軸設(shè)計*車床主軸尺寸及受力情況如圖7-8所示。在A、B、C三個支座的中

4、間支座B處，軸承與軸承座之間有間隙，正常工作時，B處軸承不起支撐作用，此時軸處于A、C兩支座下的靜定狀態(tài)。當B截面處彎曲變形大于間隙時，軸處于A、B、C三支座下的靜不定狀態(tài)。軸截面E處裝有斜齒輪，其法向壓力角為，螺旋角為，工作處的切削力有、在進展強度、剛度計算時，可以不計軸向力的影響，而以彎曲、扭轉(zhuǎn)變形為主。軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼45鋼，外表磨削加工，氮化處理。其他數(shù)據(jù)見表7-7。1. 試按靜定梁A、C支撐的強度、剛度條件設(shè)計等截面空心圓軸外徑D(值可見數(shù)據(jù)表2)，并計算這時軸上B截面處的實際位移。2. 在安裝齒輪的E截面處有一銑刀加工的鍵槽，試校核此截面處的疲勞強度。規(guī)定的平安系數(shù)n=3=

5、420，=240。3. 對靜不定情況A、B、C支撐，同時根據(jù)強度、剛度條件設(shè)計外徑D，并用疲勞強度理論校核。設(shè)計數(shù)據(jù)：表7-7：20101500.0028注意：設(shè)計中不考慮軸的旋轉(zhuǎn)靜定要求和熱變形的影響，并且將各軸承視為剛體，且不產(chǎn)生剛體位移，不考慮制造工藝和尺寸鏈等因素。表2：設(shè)計計算數(shù)據(jù)表880.180.540.170.150.180.148454005.30.6545002300圖7-8：四、 課程設(shè)計計算過程1. 對主軸靜定情況校核由公式可知=126.52=903.74N由斜齒輪受力分析得： =333.97N則有：=404.54N=878.78N=22000.18=414=45000.

6、18=810由圖1受力分析求支座反力、: 解上面的方程，則有:=2103.22N，=-1301.13N，=-7007.76N，=2722.35N根據(jù)分別作出Y、Z方向的剪力圖與彎矩圖，如以下圖所示：由剪力圖及彎矩圖可知C點為危險點且：=1753.15131.30A. 根據(jù)第三強度理論校核忽略剪力：代入數(shù)據(jù)解得：B. 由剛度對軸進展校核：利用圖乘法對各點進展剛度校核：1) 根據(jù)D點剛度計算軸徑，在D點分別沿y、z軸加一單位力,有彎矩圖如下:787.51575.001198.84=341.67=0.089=179.83 =0.152=28.212=0.158=133.88 =0.085=66.93

7、8 =0.113-402.5-805.000-741.64=211.367 =0.089=112.246 =0.152=4.75=0.158=68.43 =0.085=34.21 =0.1132) 根據(jù)E點剛度計算軸徑，在E點分別沿y、z軸加一單位力,有彎矩圖如下:787.51575.55-741.641198.84=341.67=0.08=179.81 =0.06=28.212 =0.04=211.367 =0.08=112.246 =0.06=4.75=0.043) 根據(jù)C點剛度計算軸徑，在C點處加一單位力偶,有彎矩圖如下:787.51575.001198.84=341.67=179.81

8、 =28.212-402.5-805.00-741.64=211.367 =112.246 =4.75綜上所述：當時，計算B點的實際位移：應(yīng)用圖乘法787.51575.001198.84=34.072 =0.093=147.64=0.09=159.95=0.073=179.82 =0.02=28.215=0.013-402.5-805.00-741.64=20.31 =0.093=91.22 =0.09=98.81=0.073=111.24 =0.02=4.75=0.013C. 疲勞強度校核：假設(shè)不計鍵槽對抗彎截面系數(shù)的影響，則危險截面處抗彎截面系數(shù)： 由彎矩M不變可知該循環(huán)為對稱循環(huán)，則有：

9、 查表確定銑加工的鍵槽危險截面處疲勞強度的影響系數(shù)：則：故E處滿足疲勞強度要求。2. 對超靜定情況進展校核由，故此軸為超靜定，且為一次靜不定。由變形協(xié)調(diào)條件可知： 。分別沿y、z軸加一單位力并作、及單位力的彎矩圖有： 并且： 代入上式有：并且： 代入上式有：從而求A、C點的支反力有：做剪力圖、如下所示：45003762.423357.881660.731779.482300262.911141.691575.00做彎矩圖、如以下圖所示：298.94787.51575.001010.63765.56402.5805.00320.30由上圖有：C點為危險點A. 第三強度理論校核有：且 代入數(shù)據(jù)解得

10、：B. 由剛度對軸進展校核：利用圖乘法對各點進展剛度校核：1) 根據(jù)D點的剛度對主軸進展校核，分別沿y、z軸加一單位力得到如以下圖所示彎矩圖：=26.90 =0.029=13.13 =0.05=167.83=0.111=151.59 =0.152=42.32=0.158=137.7 =0.085=66.938=0.113=28.827=134.526=93.504=0.093=120.75=2.958 =0.029=0.089=0.104=0.152=0.146=68.425 =0.085=34.21=0.1132) 根據(jù)E點的剛度對主軸進展校核，分別沿y、z軸加一單位力得到如以下圖所示彎矩圖

11、：=26.90=13.13 =167.83=151.59 =42.32=0.027=0.047=0.10=0.06=0.08=28.827=0.027=134.526 =0.08=93.504=0.093=120.75 =0.06=2.958 =0.083) 根據(jù)C點剛度計算軸徑，在C點處加一單位力偶,有彎矩圖如下:=26.90 =13.13=167.83=151.59=42.33=28.83=134.53 =91.61=114.83 =2.958綜上所述：C. 疲勞強度校核：假設(shè)不計鍵槽對抗彎截面系數(shù)的影響，則危險截面處抗彎截面系數(shù)： 由彎矩M不變可知該循環(huán)為對稱循環(huán)，則有： 查表確定銑加工

12、的鍵槽危險截面處疲勞強度的影響系數(shù)：則：故滿足強度條件。五.循環(huán)計算程序*include<stdio.h>*include<math.h>*define pi 3.141592654*define ip 0.017453292double L1,L2,L3,a,b,A0=45,n=400,P=5.5,i,R=0.14,Fy,Fz,Fby=0,Fbz=0,Fay,Faz,Fcy,Fdz,Fdy,Fcz,Fey,Fez,Me,Mby,Mbz,Mdy,Mdz,Mcy,Mcz,Mey,Mez,Md,Mc,*=150,eee=0.21,ddd,fby0,fbz0,fby1,fbz

13、1,fffe=0.00035,fffd=0.00033,aaac=0.0028,aMb,aMc,aMe,aaaac,fffb=0.00005,fffbb,big,SM,SN,B1,SD,FFF;void zaihe()long double Ft,Fy,An=20.0,Bn=10.0; Me=9549*P/n; Ft=Me/R; Fy=Ft*tan(An*ip)/(cos(Bn*ip); Fey=Ft*sin(A0*ip)-Fy*cos(A0*ip); Fez=Ft*cos(A0*ip)+Fy*sin(A0*ip); Md=-Me;Fdy=Fy;Fdz=-Fz; Mdy=Fdy*b;Mdz=F

14、dz*b;void waili() Fay=(Fdy*L3+Mdy-Fey*a)/(L1+L2); Fcy=(-Fdy*(L1+L2+L3)-Mdy-Fey*(L1+L2-a)/(L1+L2); Faz=(-Fdz*L3-Mdz-Fez*a)/(L1+L2); Fcz=(Fdz*(L1+L2+L3)+Mdz-Fez*(L1+L2-a) /(L1+L2); Mby=Fay*L1;Mbz=Faz*L1; Mey=Fay*(L1+L2-a)+Fby*(L2-a);Mez=Faz*(L1+L2-a)+Fbz*(L2-a); Mcy=Fay*(L1+L2)+Fby*L2+Fey*a;Mcz=Faz*(L

15、1+L2)+Fbz*L2+Fez*a;void qiangdu()long double *ma*,Mma*,*ma*1,*ma*3,*ma*2=0.0; Mc=sqrt(Mcy*Mcy+Mcz*Mcz);*ma*=Mc/;Mma*=Me/(2*); *ma*3=-*ma*/2-sqrt(*ma*/2)*(*ma*/2)+Mma*Mma*); *ma*1=-*ma*/2+sqrt(*ma*/2)*(*ma*/2)+Mma*Mma*); ddd=sqrt(*ma*1-*ma*2)*(*ma*1-*ma*2)+(*ma*2-*ma*3)*(*ma*2-*ma*3)+(*ma*3-*ma*1)*(*

16、ma*3-*ma*1)/2)/*; ddd=pow(ddd,0.3333);ddd=ddd/100; ddd=(float)ddd;void naodu()long double fffd1,fffdy,fffdz; fffdy=L1*Mby*L1*aMc/(L1+L2)/0.147/eee; fffdy+=(L2-a)*(Mby*(2*aMc*L1/(L1+L2)+aMc*(L1+L2-a)/(L1+L2)+Mey*(2*aMc*(L1+L2-a)/(L1+L2)+aMc*L1/(L1+L2)/(0.294*eee); fffdy+=a*(Mey*(2*aMc+(L1+L2-a)*aMc/(

17、L1+L2)+aMc)+Mcy*(2*aMc+(L1+L2-a)*aMc/( L1+L2)/(0.294*eee); fffdy+=L3*aMc*(Mdy-2*Mcy)/(0.294*eee); fffdz=L1*Mbz*L1*aMc/(L1+L2)/0.147/eee; fffdz+=(L2-a)*(Mbz*(2*aMc*L1/(L1+L2)+aMc*(L1+L2-a)/(L1+L2)+Mez*(2*aMc*(L1+L2-a)/(L1+L2)+aMc*L1/(L1+L2)/(0.294*eee); fffdz+=a*(Mez*(2*aMc+(L1+L2-a)*aMc/(L1+L2)+aMc)

18、+Mez*(2*aMc+(L1+L2-a)*aMc/(L1+L2)/(0.294*eee); fffdz+=L3*aMc*(Mdz+2*Mcz)/(0.294*eee); fffd1=pi*sqrt(fffdy*fffdy+fffdz*fffdz)/32/fffd; ddd=pow(fffd1,0.25);ddd=ddd/1000;ddd=(float)ddd; void naodue()long double fffe1,fffey,fffez; fffey=L1*Mby*L1*aMe/(L1+L2-a)/0.147/eee; fffey+=(L2-a)*(Mby*(2*aMe*L1/(L1

19、+L2-a)+aMe)+Mey*(2*aMe*aMe*L1/(L1+L2-a)/ 0.294/eee;fffey+=a*aMe*(Mcy+2*Mey)/(0.294*eee); fffez=L1*Mbz*L1*aMe/(L1+L2-a)/0.147/eee; fffez+=(L2-a)*(Mbz*(2*aMe*L1/(L1+L2-a)+aMe)+Mez*(2*aMe*L1/(L1+L2-a)/(0.294*eee); fffez+=a*aMe*(Mcz-2*Mez)/(0.294*eee); fffe1=pi*sqrt(fffey*fffey+fffez*fffez)/32/eee; ddd=

20、pow(fffe1,0.25);ddd=ddd/1000;ddd=(float)ddd;void zhuanjiaoc()long double aaac1,aaacy,aaacz; aaacy=L1*Mby*L1*aaac/(L1+L2)/0.147/eee;aaacy+=(L2-a)*(Mby*(2*aaaac*L1/(L1+L2)+aaaac*(L1+L2-a)/(L1+L2)+Mey*(2*aaaac*(L1+L2-a)/(L1+L2)+aaaac*L1/(L1+L2)/(0.294*eee); aaacy+=a*(Mey*(2*(L1+L2-a)*aaaac/(L1+L2)+aaaa

21、c)+Mcy*(2*aaaac+(L1+L2-a)/(L1+L2) )/(0.294*eee); aaacz=L1*Mbz*L1*aaac/(L1+L2)/0.147/eee; aaacz+=(L2-a)*(Mbz*(2*aaaac*L1/(L1+L2)+aaaac*(L1+L2-a)/(L1+L2)+Mez*(2*aaaac*(L1+L2-a)/(L1+L2)+aaaac*L1/(L1+L2)/(0.294*eee); aaacz+=a*(Mez*(2*(L1+L2-a)*aaaac/(L1+L2)+aaaac)+Mcz*(2*aaaac+(L1+L2-a)/( L1+L2) )/(0.29

22、4*eee); aaac1=pi*sqrt(aaacy*aaacy+aaacz*aaacz)/32/aaac; ddd=pow(aaac1,0.25);ddd=ddd/1000;ddd=(float)ddd; void fanlib()long double fffb1,fffby,fffbz; fffby=L1*Mby*aMb/0.147/eee; fffby+=(L1+L2-a)*(Mby*(2*aMb+(L2-a)/L2*aMb)+Mey*(2*(L2-a)/L2*aMb+aMb)/0.294/eee; fffby+=a*(L2-a)*aMb*(Mcz+2*Mey)/(0.294*eee

23、); fffbz=L1*Mbz*aMb/0.147/eee; fffbz+=(L1+L2-a)*(Mbz*(2*aMb+(L2-a)/L2*aMb)+Mez*(2*(L2-a)/L2*aMb+aMb)/ (0.294*eee); fffbz+=a*(L2-a)/L2*aMb*(Mcz+2*Mez)/(0.294*eee); fby0=fffby;fbz0=fffbz; fffb1=pi*sqrt(fffby*fffby+fffbz*fffbz)*pi/big/big/big/big/640e11; fffbb=(float)fffb1; printf("B點的實際位移：S=%fmn&

24、quot;,fffbb);/*void waili() Fby=fffb*SD*SD*SD*SD*(1-i*i*i*i)/FFF*10e12; Fbz=Fby*fbz0/fby0;*/void*unhuan()double AAAA, big1,big2,big3,big4;dowaili(); qiangdu(); big1=ddd;big=big1; naodue(); big2=ddd; if(big<big1) big=big2; naodue(); big3=ddd; if(big<big3) big=big3; zhuanjiaoc(); big4=(float)ddd

25、; if(big<big4) big=big4; SM=SN;SN=big;SD=(SN+SM)/2;AAAA=fabs(SD-big); fanlib(); while(AAAA>=0.0001); printf("在超靜定情況下的直徑 :D=%fmn",big);voidmain() float big1=0,big2,big3,big4; printf(" 輸入原始數(shù)據(jù):n"); scanf("%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f",&L1,&L2,&L3,&

26、amp;a,&b,&R,&A0,&n,&P,&i,&Fy,&Fz); printf(" 所輸入數(shù)據(jù)為:nL1=%fm,L2=%fm,L3=%fm,a=%fm,b=%fm,R=%fm,A0=%fn",L1,L2,L3,a,b,R,A0); printf("n=%fr/min,P=%fKW,i=%f,Fy=%fN,Fz=%fNn",n,P,i,Fy,Fz); aMc=1*L3; aMe=(L1+L2-a)*a/(L1+L2)*1; aaaac=1; aMb=1*L1*12/(L1+L2); =p

27、i*(1-i*i*i)/32; zaihe(); waili(); printf("輔助計算外力靜定:nFay=%fN,Faz=%fN,Fby=%fN,Fbz=%fN,Fcy=%fN,Fcz=%fN,",Fay,Faz,Fby,Fbz,Fcy,Fcz); printf("Fdy=%fN,Fdz=%fN,Fey=%fN,Fez=%fN,Mby=%fN.m,Mbz=%fN.m,Mcy=%fN.m,Mcz=%fN.m ",Fdy,Fdz,Fey,Fez,Mby,Mbz,Mcy,Mcz); printf("Mdy=%fN.m,Mdz=%fN.m,Mey=%fN.m,Mez=%fN.m,Me=%fN.m,Md=%fN