傳動軸課程設計

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文檔簡介

1、　　材料力學課程設計　　學院：機械科學與工程　　班級：機械三班　　學號： 　　目錄

2、　　材料力學課程設計的目的………………………………1　　2.材料力學課程設計的任務和要求………………………2　　2.1設計計算說明書的要求……………………………2　　2.2分析討論及說明部分的要求………………………3 2.3程序計算部分的要求…………………………………3<

3、/p>　　3.設計題目…………………………………………………3　　4.設計過程…………………………………………………5　　4.1繪制傳動軸的受力簡圖……………………………5　　4.2傳動軸內力圖………………………………………6　　4.3

4、根據(jù)強度條件設計傳動軸直徑……………………7　　5.計算齒輪處軸的撓度……………………………………8 　　5.1 y方向撓度…………………………………………8　　5.2 z方向撓度…………………………………………10　　6.階梯傳動軸疲勞強度計算………………………

5、………12　　7.個人感想…………………………………………………30　　8.參考文獻…………………………………………………30　　1.材料力學課程設計的目的　　本課程設計是在系統(tǒng)學完材料力學課程之后，結合工程實際中的問題，運用材料力學的基本理論和設計方法，獨立地計算

6、工程中的典型零部件，以達到綜合運用材料力學知識解決工程實際問題的目的。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)代計算方法，又提高了分析問題、解決問題的能力；既是對以前所學知識（高等數(shù)學、工程圖學、理論力學、算法語言、計算機和材料力學等）的綜合運用，又為后續(xù)課程（機械設計、專業(yè)課等）的學習打下基礎，并初步掌握工程設計思想和設計方法，使實際工作能力有所提高。具體有以下六項：

7、;　?、攀顾鶎W的材料力學知識系統(tǒng)化、完整化。　?、圃谙到y(tǒng)全面復習的基礎上，運用材料力學知識解決工程實際中的問題。　?、怯捎谶x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。　?、染C合運用以前所學的各門課程的知識（高等數(shù)學、工程圖學、理論力學、算法語言、計算機等），使相關

8、學科的知識有機地聯(lián)系起來。　?、沙醪搅私夂驼莆展こ虒嵺`中的設計思想和設計方法。　?、蕿楹罄m(xù)課程的學習打下基礎。　　2.材料力學課程設計的任務和要求　　參加設計者要系統(tǒng)復習材料力學課程的全部基本理論和方法，獨立分析、判斷設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

9、力圖，列出理論依據(jù)并導出計算公式，獨立編制計算程序，通過計算機給出計算結果，并完成設計計算說明書。　　2.1設計計算說明書的要求　　設計計算說明書是該題目設計思想、設計方法和設計結果的說明，要求書寫工整，語言簡練，條理清晰-、明確，表達完整。具體內容應包括：　?、旁O計題目的已知條件、所求及零件圖。</p&g

10、t;　?、飘嫵鰳嫾氖芰Ψ治鲇嬎愫唸D，按比例標明尺寸、載荷及支座等。　?、庆o不定結構要畫出所選擇的基本靜定系統(tǒng)及與之相應的全部求解過程。　?、犬嫵鋈績攘D，并表面可能的各危險截面。　?、筛魑ｋU截面上各種應力的分布規(guī)律圖及由此判定各危險點處的應力狀態(tài)圖。<p&g

11、t;　?、矢魑ｋU點的主應力大小及主平面的位置。　?、诉x擇強度理論并建立強度條件。　?、塘谐鋈坑嬎氵^程的理論依據(jù)、公式推導過程及必要的說明。　?、蛯ψ冃渭皠偠确治鲆獙懨魉玫哪芰糠ㄓ嬎氵^程及必要的內力圖和單位力圖。　　⑽疲勞強度計算部分要說明循環(huán)特征，бmax，бmin，

12、r，бm，бa的計算，所查各系數(shù)的，ｋ,ε，β依據(jù)，疲勞強度校核過程及結果，并繪出構件的持久曲線。　　2.2分析討論及說明部分的要求　?、欧治鲇嬎憬Y果是否合理，并討論其原因、改進措施。　　⑵提出改進設計的初步方案及設想。　?、翘岣邚姸?、剛度及穩(wěn)定性的措施及建議。</

13、p>　　2.3程序計算部分的要求　?、懦绦蚩驁D。　?、朴嬎銠C程序（含必要的說明語言及標識符說明）。　?、谴蛴〗Y果（數(shù)據(jù)結果要填寫到設計計算說明書上）。　　設計題目<

14、;/p>　　傳動軸的材料均為優(yōu)質碳素結構鋼（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。磨削軸的表面，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。　　1.傳動軸力學簡圖　　2

15、.傳動軸零件圖　　3.設計計算數(shù)據(jù)　　要求：　　繪出傳動軸的受力簡圖。　　作扭矩圖及彎矩圖。

16、根據(jù)強度條件設計等直軸的直徑。　　計算齒輪處軸的撓度。　　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）。　　對所選數(shù)據(jù)的理論依據(jù)作必要的說明。　　設計過程　　4.

17、1繪制傳動軸的受力簡圖　　根據(jù)已知條件，將軸受力情況進行簡化，如下圖示：　　傳動軸受力簡圖　　其中， 　　Me3=F2×=9549P/n

18、　Me2=F1×=9549P1/n　　Me1+Me2=Me3　　Me1=Fy1×　　Fy1=FCosα　　Fz1=FSinα</p&

19、gt;　　由上式可解得：　　F =2048.2N　　Fy1=1023.1N　　Fz1=1773.8N　　F1=350N<b&g

20、t;　　F2=417.3N　　Me1=117.8N·m　　Me2=70N·m　　Me3=187.8N·m　　4.2傳動軸內力圖

21、　　求支座反力　　FyB=1724.6N　　FyA=1548.5N　　FzA=1669.4N　　FzB=1356.4N　　2.作內力圖

22、;　　彎矩圖1　　彎矩圖2　　扭矩圖　　4.3根據(jù)強度條件設計傳動軸直徑　　由傳動軸內力圖可知，傳動軸上可能的危險截

23、面為C、D截面右截面，E截面左截面，所以以三個截面出發(fā)設計軸的直徑。　　Ⅰ.C截面右截面　　W=　　σr3===≤[σ]　　由上解得：

24、　　φ3≥44.5mm　　Ⅱ.D截面右截面　　W=　　σr3===≤[σ]　　由上解得：</p&

25、gt;　　Φ1≥48.8mm　　Ⅲ.E截面左截面　　W=　　σr3===≤[σ]　　由上解得：&l

26、t;/p>　　Φ3≥44.3mm　　又由Φ1/Φ2=Φ2/Φ3得：　　Φ1≥53.8mm　　故可取　　Φ1=54

27、mm　　計算齒輪處軸的撓度　　5.1 y方向撓度　　畫出傳動軸在單個力作用下的內力圖　　（1）Fy1單獨作用下的內力圖　?。?）3F1

28、+G1單獨作用下的內力圖　　（3）G2單獨作用下的內力圖　　2.加單位力后軸的內力圖　　3.計算過程（圖乘法）　　E=200GPa I=　　fcy==（·ɑ··

29、Fy1·ɑ×·ɑ+·4·ɑ··Fy1·ɑ×··ɑ+ɑ··（3F1+G1）ɑ×··ɑ+2ɑ··（3F1+G1）ɑ×··ɑ+·2·ɑ··（3F1+G1）ɑ×··ɑ+

30、×2ɑ·（3F1+G1）·ɑ·×·ɑ+·ɑ··G2·ɑ×··ɑ+3ɑ··　　G2·ɑ×··ɑ+··ɑ·G2·3ɑ×··ɑ）</p&g

31、t;　　=[Fy1ɑ3+(3F1+G1)ɑ3+G2ɑ3]　　=1.17 ×104m　　=1.17 mm　　5.2 z方向撓度　　1.畫出傳動軸在單個力作用下的內力圖

32、　?。?）Fz1單獨作用下的內力圖　　（2）3F2單獨作用下的內力圖　　2.加單位力后軸的內力圖　　6.階梯傳動軸疲勞強度計算　　由于疲勞強度校核需校核多個截面，故可利用利用C語言程序進行疲勞強度計算，程序框圖如下：</p&

33、gt;　　程序如下：　　#include<stdio.h>　　#include<math.h> /*全局變量*/　　#define PI 3.14

34、 /*宏定義*/ 　　void main() /*主函數(shù)*/　　{float d1,M,W,zylMax,zylMin,r1,Me,Wp,qylMax,qylMin,qylA,qylM,r2,Kzyl,Kqyl,Ezyl,Eqyl,ccxs,Yqyl;&

35、lt;p>　　float zyl,qyl,n1,n2,n12,n3, zylS, zylR3,n;　　char key;　　float x; /*定義變量*/　　printf("是否進行疲勞強

36、度校核？輸入Y/N\n");　　scanf("%c",&key);　　while(key=='Y'||key=='y') /*循環(huán)，判斷條件*/　　{printf("輸入需校核平面距y軸距離為a的

37、倍數(shù)\n");　　scanf("%f",&x);　　printf("輸入該截面對應軸的直徑(單位cm)\n");　　scanf("%f",&d1);　　printf("輸入該截

38、面的彎矩：\n");　　scanf("%f",&M);　　printf("輸入改截面的扭矩：\n");　　scanf("%f",&Me);　　printf("輸入Kσ,Kτ：\

39、n");　　scanf("%f",&Kzyl);　　scanf("%f",&Kqyl);　　printf("輸入εσ,ετ：\n");　　scanf("%f",&am

40、p;Ezyl);　　scanf("%f",&Eqyl);　　printf("輸入β：\n");　　scanf("%f",&ccxs);　　printf("輸入ψτ：\n");&

41、lt;/p>　　scanf("%f",&Yqyl);　　printf("輸入σ-1：\n");　　scanf("%f",&zyl);　　printf("輸入τ-1：\n");</p&g

42、t;　　scanf("%f",&qyl);　　printf("輸入屈服強度σs：\n");　　scanf("%f",&zylS);　　printf("輸入n：\n");&l

43、t;p>　　scanf("%f",&n); 　　if(Me!=0) /*扭矩不為零時*/ 　　{W=PI*d1*d1*d1/32;　　zylMax=M/W;

44、　　zylMin=0-zylMax;　　r1=-1;　　Wp=PI*d1*d1*d1/16;　　qylMax=Me/Wp;　　qylMin=0;</

45、p>　　r2=0;　　qylA=qylM=qylMax/2;　　n1=zyl/(Kzyl*zylMax); 　　n1= n1*Ezyl*ccxs; /*計算nσ*/<

46、p>　　n2=qyl/(Kqyl*qylA/(Eqyl*ccxs)+Yqyl*qylM); /*計算nτ*/　　n12=n1*n2/sqrt(n1*n1+n2*n2); /*計算nστ*/　　zylR3=sqrt(zylMax*zylMax+4*qylMax*qylMax);<p&g

47、t;　　n3=zylS/zylR3; /*計算n'στ*/　　printf("nσ=%f\n",n1);　　printf("nτ=%f\n",n2);　　printf("nστ=%f\n",

48、n12);　　printf("n'στ=%f\n",n3);　　if(n12>n)　　{printf("nστ>n\n");　　printf("該截面(x=%2.1

49、fa)滿足疲勞強度要求\n",x);　　}　　else if (n12<n)　　{printf("nστ<n\n");　　printf("該截面(x=%2.1fa)不滿足疲勞強度要求

50、\n",x);　　}　　else　　{printf("nστ=n\n");　　printf("該截面(x=%2.1fa)滿足疲勞強度要求\n",x

51、);　　}　　if(n3>n)　　{printf("n'στ>n\n");　　printf("該截面(x=%2.1fa)滿足靜強度要求\n&quo

52、t;,x);　　}　　else if (n3<n)　　{printf("n'στ<n\n");　　printf("該截面(x=%2.1fa)不滿足靜強度要求\n",x);&l

53、t;/p>　　}　　else　　{printf("n'στ=n\n");　　printf("該截面(x=%2.1fa)滿足靜強度要求\n",x);</p&g

54、t;　　}　　if(n12>=n&&n3>=n)　　printf("該截面(x=%2.1fa)滿足強度要求\n",x);　　else <p

55、>　　printf("該截面(x=%2.1fa)不滿足強度要求\n",x);　　printf("\n");}　　else /*扭矩為零時*/ 　　{W=PI*d1*d1*d1/32;

56、　　zylMax=M/W;　　zylMin=0-zylMax;　　r1=-1;　　n1=zyl/(Kzyl*zylMax);　　n1= n1*Ezyl*ccxs;　　pri

57、ntf("nσ=%2.1f\n",n1);　　if(n1>=n)　　{printf("nσ>n\n");　　printf("該截面(x=%2.1fa)滿足疲勞強度要求\n",x);

58、　　}　　else　　{printf("nσ<n\n");　　printf("該截面(x=%2.1fa)不滿足疲勞強度要求\n",x);<p&g

59、t;　　}}　　printf("\n");　　printf("\n");　　printf("\n");　　printf("是否進行疲勞強度校核？輸入Y/N\n&qu

60、ot;); /*是否進行下一校核*/ 　　scanf("%c",&key); 　　scanf("%c",&key);　　}

61、;　　} 　　傳動軸零件圖　　由題知，需要校核的截面有，Ⅰ（x=ɑ）、Ⅱ（x=1.5ɑ）、Ⅲ（x=2.5ɑ）、Ⅳ（x=3ɑ）、Ⅴ（x=3.5ɑ）。本題中，σs取355Mpa。各截面參數(shù)如下：　　⑴截面Ⅰ（x=ɑ）&

62、lt;/b>　　直徑d=8.8cm　　Kσ=1.8， Kτ=1.6；　　表面質量系數(shù)β=2.5，ψτ=0.07；　　尺寸系數(shù)εσ=0.73，ετ=0.72；　　M=801.0N·

63、;m；Me=188.9；　?、平孛姊颍▁=1.5ɑ）　　直徑d=8.80cm　　Kσ=2.00， Kτ=1.5；　　表面質量系數(shù)β=2.5，ψτ=0.07；　　尺寸系數(shù)εσ=0.73，ετ=0.72；<

64、;p>　　M=960.2N·m；Me=188.9N·m；　　⑶截面Ⅲ（x=2.5ɑ）　　直徑d=9.70cm　　Kσ=1.9， Kτ=1.5；　　表面質量系數(shù)β=2.5，ψτ=0.07；　　尺寸系數(shù)εσ=

65、0.73，ετ=0.72；　　M=1280N·m；Me=188.9N·m；　?、冉孛姊簦▁=3ɑ）　　直徑d=10.7cm　　Kσ=1.8， Kτ=1.6；　　表面質量系數(shù)β=2.5，ψτ=0.07；</

66、p>　　尺寸系數(shù)εσ=0.70，ετ=0.70；　　M=1440N·m；Me=297.1N·m；　?、山孛姊酰▁=3.5ɑ）　　直徑d=8.8cm　　Kσ=2.6， Kτ=1.7；<

67、;/p>　　表面質量系數(shù)β=2.5，ψτ=0.07；　　尺寸系數(shù)εσ=0.73，ετ=0.72；　　M=1296.2N·m；Me=297.1N·m；　　程序運行結果如下：

68、;　　⑴截面Ⅰ（x=ɑ）　?、平孛姊颍▁=1.5ɑ）　?、墙孛姊螅▁=2.5ɑ）　　⑷截面Ⅳ（x=3ɑ）　?、山孛姊酰▁=3.5ɑ）　　由上可知，傳動軸各截面均滿足疲勞強度要求，傳動軸安全。

69、　　7.個人感想　　通過本次課程設計，很好地復習了上學期的課程，在設計過程中，以設計題目為核心，系統(tǒng)地應用所學知識，全面地考慮問題，完成了改傳動軸的設計。該過程在雖然遇到了一些困難，但是最終圓滿完成了任務。另外也進一步熟練使用Word/CAD /Microsoft Visual C++ 6.0等軟件的使用。其中印象最深的就是Micros

70、oft Visual C++ 6.0的使用，它將繁瑣的計算省略，只需輸入必要參數(shù)，大大簡化了設計過程。但是，最為重要的是加深了對材料力學課程的理解與認識，熟悉了工程設計步驟，為以后的進一步學習和科研工作做準備。　　8.參考文獻　　[1]聶毓琴，孟廣偉 .材料力學.（第四版）北京：機械工業(yè)出版社，2004.2.<

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