吉林大學(xué)材料力學(xué)課程設(shè)計7.6 e e軸設(shè)計 23

1、材料力學(xué) 課程設(shè)計材料力學(xué)課程設(shè)計說明書設(shè)計題目五種傳動軸的靜強度、變形及疲勞強度的計算機械科學(xué)與工程學(xué)院工業(yè)工程專業(yè)411113班設(shè)計者 ： 學(xué)號 41111303 卡號 201101088092013 年 9 月 12 日- 1 -目錄:設(shè)計目的1設(shè)計任務(wù)及要求.2問題重述4傳動軸受力簡圖6彎矩扭矩圖.7設(shè)計等軸的直徑.10計算齒輪處軸的撓度.11疲勞強度計算.13參考文獻19設(shè)計感想.19（附：相應(yīng)的c語言求解程序）一、設(shè)計目的本課程設(shè)計是在系統(tǒng)學(xué)完材料力學(xué)課程之后，結(jié)合工程實際中的問題，運用材料力學(xué)的基本理論和計算方法，獨立地計算工程中的典型零部件，以達到綜合運用材料力學(xué)知識解決工程實

2、際問題的目的。同時，可以使學(xué)生將材料力學(xué)的理論和現(xiàn)代計算方法及手段溶為一體，即從整體上掌握了基本理論和現(xiàn)代的計算方法，又提高了分析問題，解決問題的能力；即是對以前所學(xué)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，又為后續(xù)課程（機械設(shè)計、專業(yè)課等）的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，并初步掌握工程設(shè)計思想和設(shè)計方法，使實際工作能力有所提高。具體有以下六項：1. 使所學(xué)的材料力學(xué)知識系統(tǒng)化、完整化。2. 在系統(tǒng)全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運用材料力學(xué)知識解決工程實際中的問題。3. 由于選題力求結(jié)合專業(yè)實際，因而課程設(shè)計可以把材料力學(xué)知識與專業(yè)需求結(jié)合起來。4. 綜合運用以前所學(xué)的各門課程的知識（

3、高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計算機等），使相關(guān)學(xué)科的知識有機地聯(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. 為后續(xù)課程的教學(xué)打下基礎(chǔ)。二、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)課程的全部基本理論和方法，獨立分析、判斷設(shè)計題目的已知條件和所求問題，畫出受力分析計算簡圖和內(nèi)力圖，理出理論依據(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。2.1設(shè)計計算說明書的要求 設(shè)計計算說明書是該題目設(shè)計思想、設(shè)計方法和設(shè)計結(jié)果的說明，要求書寫工整，語言簡練，條理清晰、明確，表達完整。具體內(nèi)容應(yīng)包括：1.設(shè)計題目的已知條件、所求及零件圖。2.

4、畫出構(gòu)件的受力分析計算簡圖，按比例標(biāo)明尺寸、載荷及支座等。3.靜不定結(jié)果要畫出所選擇的基本靜不定系統(tǒng)及與之相應(yīng)的全部求解過程。4.畫出全部內(nèi)力圖，并標(biāo)明可能的各危險截面。5.危險截面上各種應(yīng)力的分布規(guī)律圖及由此判定各危險點處的應(yīng)力狀態(tài)圖。6.各危險點的主應(yīng)力大小及主平面位置。7.選擇強度理論并建立強度條件。8.列出全部計算過程的理論根據(jù)、公式推導(dǎo)過程以及必要的說明。9.對變形及剛度分析要寫明所用的能量法計算過程及必要的內(nèi)力圖和單位力圖。10.疲勞強度計算部分要說明循環(huán)特征，r，的計算，所查k，各系數(shù)的依據(jù)，疲勞強度校核過程及結(jié)果，并繪出構(gòu)件的持久極限曲線。2.2分析討論及說明部分的要求1.分析

5、計算結(jié)果是否合理，并討論其原因、改進措施。2.提出改進設(shè)計的初步方案及設(shè)想。3.提高強度、剛度及穩(wěn)定性的措施及建議。2.3程序計算部分的要求1.程序框圖2.計算機程序（含必要的語言說明及標(biāo)識符說明）。3.打印結(jié)果（數(shù)據(jù)結(jié)果要填寫到設(shè)計說明書上）。2.4材料力學(xué)課程設(shè)計的一般過程材料力學(xué)課程設(shè)計與工程中的一般設(shè)計過程相似，從分析設(shè)計方案開始到進行必要的計算，并對結(jié)構(gòu)的合理性進行分析，最后得出結(jié)論。應(yīng)合理安排時間，避免前松后緊，甚至不能按時完成設(shè)計任務(wù)。材料力學(xué)課程設(shè)計可大致分為以下幾個階段：1. 設(shè)計準(zhǔn)備階段。認(rèn)真閱讀材料力學(xué)課程設(shè)計指導(dǎo)書，明確設(shè)計要求，結(jié)合設(shè)計題目復(fù)習(xí)材料力學(xué)課程的有關(guān)理論知

6、識，制定設(shè)計的步驟、方法以及時間分配方案等。2. 從外力及變形分析入手，分析計算內(nèi)力、應(yīng)力及變形，繪制各種內(nèi)力圖及位移、轉(zhuǎn)角曲線。3. 建立強度、剛度條件，并進行相應(yīng)的設(shè)計計算以及必要的公式推導(dǎo)。4. 編制計算機程序并調(diào)通程序。5. 上機計算，并打印出結(jié)果。6. 整理數(shù)據(jù)結(jié)果并書寫設(shè)計計算說明書。7. 分析討論設(shè)計和計算的合理性、優(yōu)缺點，以及相應(yīng)的改進意見和措施。3、 問題重述傳動軸的材料均為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（牌號45），許用應(yīng)力=80MPa，經(jīng)高頻淬火處理，。磨削軸的表面，鍵槽均為端銑加工，階梯軸過渡圓弧均為2mm，疲勞安全系數(shù)。3.1要求：1. 繪出傳動軸的受力簡圖。2. 做扭矩圖及彎矩圖。

7、3. 根據(jù)強度條件設(shè)計等直軸的直徑。4. 計算齒輪處軸的撓度（均按直徑的等直桿計算）。5. 對階梯傳動軸進行疲勞強度計算。（若不滿足，采取改進措施使其滿足疲勞強度要求）。6. 對所取數(shù)據(jù)的理論根據(jù)做必要的說明。3.2說明：（1） 坐標(biāo)的選取均按圖所示。（2） 齒輪上的力F與節(jié)圓相切。（3） 表中P為直徑為D的帶輪傳遞的功率，為直徑為的帶輪傳遞的功率。為小帶輪的重量，為大帶輪的重量。（4） 為靜強度條件所確定的軸徑，以mm為單位，并取偶數(shù)。設(shè)設(shè)計計算數(shù)據(jù)：P/kW/kWn/(r/min)D/mm/mm/mm/N/Na/mm()13.28.1100080035028080026060045四、設(shè)計

8、計算過程4.1傳動軸受力簡圖求支座反力： , ，.4.2彎矩圖及扭矩圖4.2.1彎矩圖XOY面各分力單獨作用：合彎矩圖：XOZ面各分力單獨作用：合彎矩圖4.2.2扭矩圖：4.3設(shè)計等直軸軸的直徑根據(jù)第三強度理論：77.362+02+782.22分析最大截面：46.4mm 解得：126.062+4272+411.42分析B截面：42.5mm 解得：77.362+1802+6092分析D截面：43.4mm 解得：綜上所述，取，由取；經(jīng)校核各軸均滿足靜強度的要求。4.4求齒輪軸的撓度=48mm已知： 根據(jù)圖乘法：XOY平面：Y方向：XOZ平面：各力彎矩圖：Z方向：綜上：與XOY面得夾角為4.5對階梯

9、傳動軸進行疲勞強度計算（若不滿足，采取改進措施使其滿足疲勞強度）問題分析及數(shù)據(jù)的搜集： 因為該軸鍵槽為端銑加工，b=650MPa，所以根據(jù)材料力學(xué)表13-10a可查得=1.81，根據(jù)材料力學(xué)13-10b可查得=1.62。因為該軸經(jīng)高頻淬火處理，b=650MPa，=1.81，所以根據(jù)材料力學(xué)表13-4可查得=2.4。由于此傳動軸工作在彎扭組合交變應(yīng)力狀態(tài)下，因此在進行疲勞強度計算時疲勞強度條件可寫成。，。，故彎矩循環(huán)系數(shù)r=-1,循環(huán)特征為對稱循環(huán)；，故扭矩循環(huán)系數(shù)r=0,循環(huán)特征為脈動循環(huán)。所以，。其中，。參照材料力學(xué)表13-5可選取。4.5.1 在B截面?zhèn)忍帲?，傳動軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（

10、牌號45），根據(jù)材料力學(xué)表13-2可查得，。 4.5.2 在D截面處：，傳動軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（牌號45），根據(jù)材料力學(xué)表13-2可查得，。4.5.3 在F截面處：，傳動軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（牌號45），根據(jù)材料力學(xué)表13-2可查得，。，疲勞強度計算由于b=650MPa，,，階梯軸過渡圓弧r均為2mm，根據(jù)材料力學(xué)表13-9a，表13-9c，表13-9d，表13-9e可查得：在P截面處在Q截面處在V截面處在W截面處在P截面處：，傳動軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（牌號45），根據(jù)材料力學(xué)表13-2可查得，。在Q截面處：，傳動軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（牌號45），根據(jù)材料力學(xué)表13-2可查得

11、，。在V截面處：，傳動軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（牌號45），根據(jù)材料力學(xué)表13-2可查得，。在W截面處：，傳動軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（牌號45），根據(jù)材料力學(xué)表13-2可查得，。五、參考文獻（1）聶玉琴，孟廣偉主編. 材料力學(xué)（第二版）M. 北京：機械公業(yè)出版社，2008.（2）譚浩強主編. C程序設(shè)計（第三版）M. 北京：清華大學(xué)出版社，2006.（3）侯洪生，焦永和主編，計算機繪圖實用教程M. 北京：科學(xué)出版社，2005.六、設(shè)計感想通過此次設(shè)計，我在知識上得以鞏固，方法上開闊了思路，為以后學(xué)習(xí)、科研以及工作都打下了良好的基礎(chǔ)。材料力學(xué)課程設(shè)計，建立在材料力學(xué)、c語言編程、高等數(shù)學(xué)、工程

12、圖學(xué)及CAD制圖等基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用，在設(shè)計中，還涉及到數(shù)據(jù)的查詢、分析、整理以及電子說明書的排版工作，都是理論學(xué)習(xí)遠遠不夠的。整個設(shè)計，首先審題，分析試題類型，此題涉及受力分析、應(yīng)力分析、強度計算、撓度計算、強度校核、疲勞極限校核等等，需要熟悉運用圖乘法等常見方法；之后根據(jù)分析結(jié)果，進行縝密的計算，涉及參數(shù)的過程采用查找材料力學(xué)、機械設(shè)計手冊和上網(wǎng)查詢的方法，補充數(shù)據(jù)；并根據(jù)設(shè)計要求，運用C語言編程，編制出計算疲勞強度的相應(yīng)程序，大大減小了計算量；然后，運用工程圖學(xué)和CAD，繪出設(shè)計中涉及到的圖；最后，運用wps將所有過程匯總整合，完整的制作出電子版的課程設(shè)計。在這次設(shè)計中，遇到了不少問題，知

13、識的遺忘，數(shù)據(jù)的查詢等等，但通過不懈的努力都一一克服了，總之，這次課程設(shè)計讓我從整體上體會了設(shè)計的縝密性，使我受益匪淺。附：相應(yīng)的c語言求解程序#include#include#define PI 3.141592653#define n 2 /* 規(guī)定的安全系數(shù)*/#define sigma_1 300e6 /*正應(yīng)力的持久極限*/#define tao_1 155e6 /*切應(yīng)力的持久極限*/#define t 15 /*數(shù)組的大小*/void main()int m,i;float dt,Myt,Mzt,Mxt,k_sigmat,k_taot,ipxl_sigmat,ipxl_taot,

14、beitat,pusai_taot; /*直徑d的單位為m*/float Mt,Wt,Wpt,sigma_maxt,tao_maxt,n_sigmat,n_taot,n_sigma_taot;printf(共有幾組數(shù)據(jù):m=);scanf(%d,&m); /*m為需要校核的截面數(shù)，即數(shù)據(jù)的組數(shù)*/for(i=0;im;i+)printf(請輸入第%d組相關(guān)數(shù)據(jù):n,i+1);printf( );printf(圓軸直徑d:); scanf(%f,&di); printf(n);printf( );printf(彎矩My:); scanf(%f,&Myi); printf(n);printf( )

15、;printf(彎矩Mz:); scanf(%f,&Mzi); printf(n);printf( );printf(扭矩Mx:); scanf(%f,&Mxi); printf(n);printf( );printf(正應(yīng)力的有效應(yīng)力集中系數(shù)k_sigma:);scanf(%f,&k_sigmai); printf(n);printf( );printf(切應(yīng)力的有效應(yīng)力集中系數(shù)k_tao:); scanf(%f,&k_taoi); printf(n);printf( );printf(正應(yīng)力的尺寸系數(shù)ipxl_sigma:); scanf(%f,&ipxl_sigmai);printf(n

16、);printf( );printf(切應(yīng)力的尺寸系數(shù)ipxl_tao:); scanf(%f,&ipxl_taoi); printf(n);printf( );printf(表面質(zhì)量系數(shù)beita:); scanf(%f,&beitai); printf(n);printf( );printf(敏感系數(shù)pusai_tao:); scanf(%f,&pusai_taoi); printf(n);di=0;Myi=0;Mzi=0;Mxi=0;k_sigmai=0;k_taoi=0;ipxl_sigmai=0;ipxl_taoi=0;beitai=0;pusai_taoi=0;for(i=0;in

17、)printf( 在第%d個截面處,n_sigma_tao=%fn=2,滿足疲勞強度要求n,i+1,n_sigma_taoi);elseprintf( 在第%d個截面處,n_sigma_tao=%fn=2,不不滿足疲勞強度要求n,i+1,n_sigma_taoi);i+;printf(n);if(i=m)printf(所校核的截面均滿足疲勞強度要求);/*求彎矩的函數(shù)，M=sqrt(My*My+Mz*Mz)*/float wanju(float My,float Mz)return(sqrt(My*My+Mz*Mz);/*求抗彎截面系數(shù)的函數(shù),W=1.0/32*PI*pow(d,3)*/flo

18、at kwjmxs(float d)return(1.0/32*PI*pow(d,3);/*求抗扭截面系數(shù)的函數(shù),Wp=1.0/16*PI*pow(d,3)*/float knjmxs(float d)return(1.0/16*PI*pow(d,3);/*求最大正應(yīng)力的函數(shù)，sigma_max=M/W*/float max_zhengyl(float M,float W)return(M/W);/*求最大切應(yīng)力的函數(shù)，tao_max=Mx/Wp*/float max_qieyl(float Mx,float Wp)return(Mx/Wp);/*求正應(yīng)力作用下構(gòu)件的安全工作因數(shù)，n_sigma=sigma_1/(k_sigma*sigma_max/(ipxl_sigma*beita)*/float zhengylaqys(float k_sigma,float ipxl_sigma,float beita,float sigm