材料力學課程設計

材料力學課程設計PAGEPAGE18材料力學課程設計2015-3-29

目錄一設計目的…………2二設計題目…………2三設計內(nèi)容…………3（1）繪出傳動軸的受力簡圖………3（2）傳動軸扭矩圖和彎矩圖………4（3）設計等直軸的直徑……………6（4）設計D2輪軸處的撓度………7（5）對傳動軸進行強度校核………10四程序計算…………14五改進措施…………17六設計體會…………18七參考文獻…………18一.設計目的本課程設計的目的是在于系統(tǒng)學習完材料力學之后，能結合工程中的實際問題，運用材料力學的基本理論和計算方法，獨立的計算工程中的典型零部件，以達到綜合運用材料力學的知識解決實際問題的目的。同時，可以使學生將材料力學的理論和現(xiàn)代計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)代的計算方法，又提高了分析問題、解決問題的能力，又為后繼課程（零件、專業(yè)課等）打下基礎，并初步掌握工程中的設計思想和設計方法，對實際工作能力有所提高。具體的有以下六項：使學生的材料力學知識系統(tǒng)化完整化；在全面復習的基礎上，運用材料力學知識解決工程中的實際問題；由于選題力求結合專業(yè)實際，因而課程設計可以把材料力學知識與專業(yè)需要結合起來；綜合運用以前所學習的各門課程的知識，使相關學科的只是有機的聯(lián)系起來；初步了解和掌握工程實踐中的設計思想和設計方法；為后續(xù)課程的教學打下基礎。二．設計題目傳動軸的材料均為優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼（牌號45），許用應力[σ]=80MPa,經(jīng)高頻淬火處理，σb=650MPa,σ-1=300Mpa，τ-1=155MPa。磨削面的表面，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。要求：繪出傳動軸的受力簡圖；作出扭矩圖和彎矩圖；根據(jù)強度條件設計等直軸的直徑；計算齒輪處軸的撓度（均按直徑的等直桿計算）；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）；對所采取數(shù)據(jù)的理論根據(jù)作必要的說明。說明：坐標的選取按圖所示；齒輪上的力F與節(jié)圓相切；表中P為直徑為D的帶輪的傳遞的功率，P1為直徑為D1的帶輪傳遞的功率。G1為小帶輪的重量，G2為大帶輪的重量；為靜強度條件所確定的軸徑，以mm為單位，并取偶數(shù)。表一：設計計算數(shù)據(jù)P/kWP1/kWN/(r/min)D/mmD1/mmD2/mmG2/NG1/Na/mma(°)6.62.915070035010080040050030圖一：傳動軸力學圖圖二：傳動軸零件圖三．設計內(nèi)容（1）繪出傳動軸的受力簡圖此傳動軸受彎扭組合變形，把各力分解，使每組力只產(chǎn)生一種變形，如圖。（2）作扭矩圖和彎矩圖根據(jù)力矩與功率的關系式：{}N·m=9549，以及力矩的平衡：==9549==9549==9549扭矩圖=X-Y平面支反力求解：=0代入數(shù)據(jù)解得：又因為：內(nèi)力圖和彎矩圖：X-Z平面支反力求解代入數(shù)據(jù)解得：代入數(shù)據(jù)解得：內(nèi)力圖和彎矩圖：（3）根據(jù)強度條件設計等直軸的直徑由彎矩圖及扭矩圖可以看出來，危險截面可能是D、D1兩個截面處。其截面處合成彎矩大小如下：D輪處：N.mD1輪處：N.m根據(jù)此兩個截面處的扭矩與合成彎矩，分別比較其大小可知，D1截面為危險截面。因為傳動軸為受彎扭組合變形的圓軸，所以，由第三強度理論有：即由題目要求?。?）計算D2輪處軸的撓度應用疊加原理來求解D2輪處軸的撓度，則在X-Y平面內(nèi)如圖所示3F1+G1單獨作用下=單獨作用下G2單獨作用下若規(guī)定撓度沿坐標軸正方向為正，則在X-Y平面內(nèi)D2輪處軸的撓度為：在X-Z平面內(nèi)如圖所示單獨作用下單獨作用下若規(guī)定撓度沿坐標軸正方向為正，則在X-Z平面內(nèi)D2輪處軸的撓度為：綜上總撓度(5)對傳動軸進行強度計算：由零件圖可知，要對此傳動軸進行疲勞校核，必須對軸肩處和鍵槽處進行校核。又則該傳動軸受力為彎扭交變應力狀態(tài)，由于轉(zhuǎn)動，所以彎曲正應力按對稱循環(huán)變化，當軸正常工作時扭轉(zhuǎn)切應力基本不變，由于機器時開時停，所以扭轉(zhuǎn)切應力時有時無，可視為脈動循環(huán)變化。其中其中正應力是對稱循環(huán)，切應力是脈動循環(huán)，故用以下公式進行疲勞強度校核其中左端軸軸中點為坐標原點（即左支點為原點），建立坐標系，對軸肩處進行校核。疲勞強度校核時查表得代入公式得：此截面滿足疲勞強度要求時查表得切應力是脈動循環(huán)r=0故此截面不滿足疲勞強度要求，需要進行強化，對此傳動軸采用高頻淬火，此時，取帶入公式則此時截面滿足疲勞要求。時查表得故此截面不滿足疲勞強度要求，需要進行強化，對此傳動軸采用高頻淬火,取，則此時截面滿足疲勞要求。時查表得故此截面不滿足疲勞強度要求，需要進行強化，對此傳動軸采用高頻淬火,取，則此時截面滿足疲勞要求。時查表得代入公式得：此截面滿足疲勞強度要求鍵槽處的校核時查表得故此截面不滿足疲勞強度要求，需要進行強化，對此傳動軸采用高頻淬火,取，則此時截面滿足疲勞要求。⑦時查表得故此截面不滿足疲勞強度要求，需要進行強化，對此傳動軸采用高頻淬火,取，則此時截面滿足疲勞要求。⑧時查表得故此截面不滿足疲勞強度要求，需要進行強化，對此傳動軸采用高頻淬火,取，則此時截面滿足疲勞要求。四．程序設計1.求撓度#include<stdio.h>#include<math.h>#defineEI382.200/*定義EI的大小*/main(){doublefxy1,fxy2,fxy3,fxz1,fxz2,fxy,fxz,f,a=0.5;fxy1=1.0/9*4757.77*0.8*a*a*a+4.0/9*4757.77*0.8*a*a*a+1.0/2*4757.77*0.8*a*a*a+1.0/3*4757.77*0.8*a*a*a;fxy2=1.0/3*160*0.8*a*a*a+1.0/2*480*0.8*a*a*a+80*3*a*a*a+128.0/3*a*a*a;fxy3=1.0/3*3768.67*0.8*a*a*a+1.0/3*3768.67*4*0.8*a*a*a;fxy=(fxy1+fxy2+fxy3)/EI;fxz1=1.0/3*1884.36*0.8*a*a*a+1.0/3*1884.36*4*0.8*a*a*a;fxz2=1.0/12*2881.07*0.8*a*a*a+5.0/8*2881.07*0.4*a*a*a+1.0/4*2881.07*1.5*a*a*a+1.0/3*2881.07*0.2*a*a*a;fxz=(fxz1+fxz2)/EI;f=sqrt(fxy*fxy+fxz*fxz);/*求總撓度*/printf("fxy=%5.2m\n\nfxz=%5.f=%5.2}2.疲勞強度校核#include<math.h>#include<stdio.h>#definePI3.14#defineN2 /*定義疲勞安全系數(shù)n=2*/#defineB2.4 /*定義并令=2.4*/#definePF0.1 /*定義并令=0.1*/#definea1300000000.0 /*定義σ-1并令σ-1=300MPa*/#definet1155000000.0 /*定義τ-1并令τ-1=155MPa*/floata[8],t[8];/*定義、 */floatw[8],wp[8];/*定義W、Wp*/floatNa[8],Nt[8],Nat[8];/*定義、、*/floatKa[8]={1.80,1.84,1.87,2.35,1.80,1.82,1.82,1.82};/*定義并輸入的數(shù)值*/floatKt[8]={0,1.47,1.49,1.65,0,1.63,1.63,1.63}; /*定義并輸入的數(shù)值 */floatEa[8]={0.81,0.78,0.75,0.78,0.81,0.78,0.75,0.78}; /*定義并輸入的數(shù)值 */floatEt[8]={0,0.74,0.73,0.74,0,0.74,0.73,0.74}; /*定義并輸入的數(shù)值 */floatd[8]={0.060,0.056,0.060,0.066,0.064,0.060,0.078,0.066}; /*定義并輸入d的數(shù)值 */floatm[8]={0,184.61,184.61,420.16,0,184.61,420.16,420.16};/*定義并輸入My的數(shù)值 */floatM[8]={1393.86,3005.04,3441.25,3006.03,1214.26,2787.74,3659.94,2428.53}; /*定義并輸入Myz的數(shù)值 */main(){inti,count;count=0;for(i=0;i<8;i++) {w[i]=PI*pow(d[i],3.0)/32; /*計算W */ wp[i]=PI*pow(d[i],3.0)/16; /*計算Wp */ a[i]=M[i]/w[i];/*計算 */t[i]=m[i]/wp[i]; /*計算 */Na[i]=a1*Ea[i]*B/(Ka[i]*a[i]); /*計算 */ Nt[i]=t1/(Kt[i]*t[i]/(Et[i]*B)+PF*t[i]);/*計算 */if(a[i]==0)Nat[i]=Nt[i];elseNat[i]=Na[i]*Nt[i]/pow(Na[i]*Na[i]+Nt[i]*Nt[i],0.5); /*計算 */ } for(i=0;i<8;i++) if(Nat[i]<N) {printf("第%d個位置處的疲勞強度不足\n",i+1); count++; /*校核是否滿足疲勞強度條件*/ } if(count==0) /*輸出程序校核疲勞強度的結果*/printf("\n\n疲勞校核結果:\n\n所有位置疲勞強度均滿足要求\n\n"); elseprintf("\n\n疲勞校核結果:\n\n共有%d處的疲勞強度不足\n\n",count);}本次校核是傳動軸經(jīng)高頻淬火后的校核，由程序運行結果可知，所有位置的疲勞強度均滿足要求，所以軸工作時安全。當軸的工作環(huán)境該變時，只需要確定軸在新工作環(huán)境下的所受到的扭矩、彎矩以及其他相應參數(shù)，在程序相應位置進行重新輸入數(shù)據(jù)，就可以校核軸在新工作環(huán)境下的疲勞強度。五．改進措施針對傳動軸的強度校核而言，有六個截面處多有不滿足疲勞強度要求，可以采取的措施：通過合理選材，改進結構和工藝，表面強化，表面防護，合理操作來提高構件的疲勞強度。就本次設計可以采取在軸肩處加大圓角R，以此減小應力集中對傳動軸的影響；還可以通過增大軸徑達到提高疲勞強度的目的，但要注意避免尖角。六．設計體會經(jīng)過這次材料力學的課程設計，對設計中每個數(shù)據(jù)的查詢、計算、校核、處理，加強了對彎矩、撓度、疲勞校核等知識的練習，對于材料力學的知識在復習整理的基礎上有了進一步的掌握，奠定了我的專業(yè)知識基礎和獨立設計的基礎，為以后的學習、設計以及工作做了一次很好的預習。另外，這次課程設計中綜合應用了Word、CAD、MathType、C++、理論力學等一系列的軟件知識以及編程知識，在實際應用的過程中提高了自己的能力，對于以后的學習和工作有很大的幫助。在復習以及完成課程設計的過程中也遇到了一些問題，使我認識到了自己在理論學習上的不足，通過老師和同學的幫助，終于獨立完成了本次課程設計，雖然過程也比較辛苦，但是收獲更多?；仡櫿麄€設計過程，深有感觸的就是自己在理論聯(lián)系實際中的不足，在以后的學習生活中，我一定會更加虛心努力的學習，爭取在學業(yè)上更上一層樓，同時也會更加注意理論與實際的融合，學以致用。最后，謝謝孟老師對我們的辛勤教導。七．參考文獻《材料力學》聶毓琴孟廣偉主編機械工業(yè)出版社《材料力學實驗與課程設計》聶毓琴吳宏主編機械工業(yè)出版社《計算機繪圖實用教程》侯洪生主編科學出版社《機械設計》譚慶昌趙洪志主編高等教育出版社《C程序設計》譚浩強主編清華大學出版社目錄目錄第一章總論 1一、項目概述 1二、可行性研究報告編制依據(jù)和范圍 2三、項目主要經(jīng)濟技術指標 3四、******國家森林公園概況 3第二章項目背景及必要性 8一、項目背景 8二、項目建設的必要性與可行性 10第三章項目選址分析 13一、項目選址 13二、項目城市概況 13三、經(jīng)濟發(fā)展概況 14四、公共設施依托條件及施工條件 17第四章需求分析與建設規(guī)模 18一、****國家森林公園現(xiàn)狀與存在問題分析 18二、****國家森林公園日容量預測 19三、****國家森林公園景區(qū)廁所需求面積分析 20四、****國家森林公園景區(qū)廁所建設規(guī)模的確定 20第五章項目建設方案 21一、景區(qū)廁所工程建設方案 21二、景區(qū)引水上山工程建設方案 27三、基礎設施工程建設方案 32第六章環(huán)境保護與勞動衛(wèi)生安全 34一、環(huán)境保護 34二、勞動衛(wèi)生與安全 35第七章節(jié)約能源 36一、節(jié)能的相關法律及設計規(guī)范 36二、節(jié)約資源措施