材料力學(xué)課程設(shè)計說明書(傳動軸)

1、<p><b>　　2015-3-29</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一 設(shè)計目的…………………………………………2</p><p>　　二 設(shè)計題目…………………………………………2</p><p>　　三 設(shè)計內(nèi)容…………………………………………

2、3</p><p>　?。?）繪出傳動軸的受力簡圖………………………3</p><p>　?。?）傳動軸扭矩圖和彎矩圖………………………4</p><p>　?。?）設(shè)計等直軸的直徑……………………………6</p><p>　?。?）設(shè)計D2輪軸處的撓度……………………… 7</p><p>　?。?）對傳動軸進行強度

3、校核………………………10</p><p>　　四 程序計算…………………………………………14</p><p>　　五 改進措施…………………………………………17</p><p>　　六 設(shè)計體會…………………………………………18</p><p>　　七 參考文獻…………………………………………18</p><p&g

4、t;<b>　　一.設(shè)計目的</b></p><p>　　本課程設(shè)計的目的是在于系統(tǒng)學(xué)習(xí)完材料力學(xué)之后，能結(jié)合工程中的實際問題，運用材料力學(xué)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(xué)的知識解決實際問題的目的。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

5、件、專業(yè)課等）打下基礎(chǔ)，并初步掌握工程中的設(shè)計思想和設(shè)計方法，對實際工作能力有所提高。具體的有以下六項：</p><p>　　使學(xué)生的材料力學(xué)知識系統(tǒng)化完整化；</p><p>　　在全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運用材料力學(xué)知識解決工程中的實際問題；</p><p>　　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)需要結(jié)合起來；</p><

6、;p>　　綜合運用以前所學(xué)習(xí)的各門課程的知識，使相關(guān)學(xué)科的只是有機的聯(lián)系起來；</p><p>　　初步了解和掌握工程實踐中的設(shè)計思想和設(shè)計方法；</p><p>　　為后續(xù)課程的教學(xué)打下基礎(chǔ)。</p><p><b>　　二．設(shè)計題目</b></p><p>　　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)

7、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。</p><p><b>　　要求：</b></p><p>　　繪出傳動軸的受力簡圖；</p><p>　　作出扭矩圖和彎矩圖；</p>

8、<p>　　根據(jù)強度條件設(shè)計等直軸的直徑；</p><p>　　計算齒輪處軸的撓度（均按直徑的等直桿計算）；</p><p>　　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）；</p><p>　　對所采取數(shù)據(jù)的理論根據(jù)作必要的說明。</p><p><b>　　說明：</b>&

9、lt;/p><p>　　坐標(biāo)的選取按圖所示；</p><p>　　齒輪上的力F與節(jié)圓相切；</p><p>　　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；</p><p>　　為靜強度條件所確定的軸徑，以mm為單位，并取偶數(shù)。</p><p><b&

10、gt;　　表一：設(shè)計計算數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　圖一：傳動軸力學(xué)圖</b></p><p><b>　　圖二：傳動軸零件圖</b></p><p><b>　　三．設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　（1）繪出傳動軸的受力簡圖</p>

11、<p>　　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。</p><p>　?。?）作扭矩圖和彎矩圖</p><p>　　根據(jù)力矩與功率的關(guān)系式：{}N·m =9549 ，以及力矩的平衡：</p><p>　　== 9549 </p><p>　　== 9549

12、 </p><p>　　== 9549 </p><p><b>　　扭矩圖</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　X-Y平面</b></p><p><b>　　支反力求解

13、：</b></p><p>　　=0 </p><p>　　代入數(shù)據(jù)解得： </p><p><b>　　又因為：</b></p><p>　　內(nèi)力圖和彎矩圖： </p><p><b>　　X-Z平面</b></p>&l

14、t;p><b>　　支反力求解</b></p><p>　　代入數(shù)據(jù)解得： </p><p>　　代入數(shù)據(jù)解得： </p><p><b>　　內(nèi)力圖和彎矩圖：</b></p><p>　　（3）根據(jù)強度條件設(shè)計等直軸的直徑</p><p>　　由彎

15、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：</p><p><b>　　D輪處： N.m</b></p><p><b>　　D1輪處：N.m</b></p><p>　　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。</p><p&

16、gt;　　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：</p><p><b>　　即</b></p><p><b>　　由題目要求取</b></p><p>　　（4）計算D2輪處軸的撓度</p><p>　　應(yīng)用疊加原理來求解D2輪處軸的撓度，則</p><p

17、><b>　　在X-Y平面內(nèi)</b></p><p><b>　　如圖所示</b></p><p>　　3F1+G1單獨作用下</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　單獨作用下</b></p><p&

18、gt;<b>　　G2單獨作用下</b></p><p>　　若規(guī)定撓度沿坐標(biāo)軸正方向為正，則在X-Y平面內(nèi)D2輪處軸的撓度為： </p><p><b>　　在X-Z平面內(nèi)</b></p><p><b>　　如圖所示</b></p><p><b>　　單獨作用下

19、</b></p><p><b>　　單獨作用下</b></p><p>　　若規(guī)定撓度沿坐標(biāo)軸正方向為正，則在X-Z平面內(nèi)D2輪處軸的撓度為： </p><p><b>　　綜上</b></p><p><b>　　總撓度 </b></p><

20、p>　　(5)對傳動軸進行強度計算：</p><p>　　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。</p><p><b>　　又 則</b></p><p>　　該傳動軸受力為彎扭交變應(yīng)力狀態(tài)，由于轉(zhuǎn)動，所以彎曲正應(yīng)力按對稱循環(huán)變化，當(dāng)軸正常工作時扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力基本不變，由于機器時開時停，所以扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力時有時無

21、，可視為脈動循環(huán)變化。</p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　其中</b></p><p>　　正應(yīng)力是對稱循環(huán)，切應(yīng)力是脈動循環(huán)，故用以下公式進行疲勞強度校核</p><p><b>　　其中 </b></p><p&

22、gt;　　左端軸軸中點為坐標(biāo)原點（即左支點為原點），建立坐標(biāo)系，對軸肩處進行校核。</p><p><b>　　疲勞強度校核</b></p><p><b>　　時 </b></p><p><b>　　查表得 </b></p><p>　　代入公式得： &

23、lt;/p><p>　　此截面滿足疲勞強度要求</p><p><b>　　時 </b></p><p><b>　　查表得 </b></p><p>　　切應(yīng)力是脈動循環(huán)r=0</p><p>　　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

24、頻淬火，此時，取 帶入公式</p><p><b>　　則 </b></p><p>　　此時截面滿足疲勞要求。</p><p><b>　　時 </b></p><p><b>　　查表得 </b></p><p>　　故此截面不

25、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 </p><p>　　此時截面滿足疲勞要求。</p><p><b>　　時 </b></p><p><b>　　查表得 </b></p><p>　　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

26、火,取，則 </p><p>　　此時截面滿足疲勞要求。</p><p><b>　　時 </b></p><p><b>　　查表得 </b></p><p>　　代入公式得： </p><p>　　此截面滿足疲勞強度要求</p>

27、;<p><b>　　鍵槽處的校核</b></p><p><b>　　時 </b></p><p><b>　　查表得 </b></p><p>　　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 </p><p>

28、;　　此時截面滿足疲勞要求。</p><p><b>　?、邥r </b></p><p><b>　　查表得 </b></p><p>　　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。</p><p><b>　?、鄷r

29、 </b></p><p><b>　　查表得 </b></p><p>　　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。</p><p><b>　　四．程序設(shè)計</b></p><p><b>　　1.

30、求撓度</b></p><p>　　#include<stdio.h></p><p>　　#include<math.h></p><p>　　#define EI 382.200 /* 定義EI的大小 */</p><p><b>　　main()</b></

31、p><p><b>　　{</b></p><p>　　double fxy1,fxy2,fxy3,fxz1,fxz2,fxy,fxz,f,a=0.5;</p><p>　　fxy1=1.0/9*4757.77*0.8*a*a*a+4.0/9*4757.77*0.8*a*a*a</p><p>　　+1.0/2*4757.7

32、7*0.8*a*a*a+1.0/3*4757.77*0.8*a*a*a;</p><p>　　fxy2=1.0/3*160*0.8*a*a*a+1.0/2*480*0.8*a*a*a</p><p>　　+80*3*a*a*a+128.0/3*a*a*a;</p><p>　　fxy3=1.0/3*3768.67*0.8*a*a*a+1.0/3*3768.67*4*

33、0.8*a*a*a;</p><p>　　fxy=(fxy1+fxy2+fxy3)/EI;</p><p>　　fxz1=1.0/3*1884.36*0.8*a*a*a+1.0/3*1884.36*4*0.8*a*a*a;</p><p>　　fxz2=1.0/12*2881.07*0.8*a*a*a+5.0/8*2881.07*0.4*a*a*a</p>

34、;<p>　　+1.0/4*2881.07*1.5*a*a*a+1.0/3*2881.07*0.2*a*a*a;</p><p>　　fxz=(fxz1+fxz2)/EI;</p><p>　　f=sqrt(fxy*fxy+fxz*fxz); /* 求總撓度 */ </p><p>　　printf("fxy=%5.2m\n\nfxz=%

35、5.2mm\n\n </p><p>　　f=%5.2mm\n",fxy,fxz,f);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　2. 疲勞強度校核</b></p><p>　　#include<math.h></p><p>

36、;　　#include<stdio.h></p><p>　　#define PI 3.14</p><p>　　#define N 2/* 定義疲勞安全系數(shù)n=2 */</p><p>　　#define B 2.4/* 定義 并令 =2.4 */</p><p>　　#define

37、 PF 0.1/* 定義 并令 =0.1 */</p><p>　　#define a1 300000000.0/* 定義σ-1并令σ-1=300MPa */</p><p>　　#define t1 155000000.0/* 定義τ-1并令τ-1=155MPa */</p><p>　　float a[8],t[8];

38、 /* 定義、 */</p><p>　　float w[8],wp[8]; /* 定義W、Wp */</p><p>　　float Na[8],Nt[8], Nat[8]; /* 定義、、 */</p><p>　　float Ka[8]={1.80,1.8

39、4, 1.87,2.35,1.80,1.82,1.82,1.82};</p><p>　　/* 定義并輸入 的數(shù)值 */</p><p>　　float Kt[8]={0,1.47,1.49,1.65,0,1.63,1.63,1.63};</p><p>　　/* 定義并輸入的數(shù)值 */</p><p>　　float Ea[8

40、]={0.81,0.78,0.75,0.78,0.81,0.78,0.75,0.78};</p><p>　　/* 定義并輸入的數(shù)值 */</p><p>　　float Et[8]={0,0.74,0.73,0.74,0,0.74,0.73,0.74};</p><p>　　/* 定義并輸入的數(shù)值 */</p><p>　　fl

41、oat d[8]={0.060,0.056,0.060,0.066,0.064,0.060,0.078,0.066};</p><p>　　/* 定義并輸入d的數(shù)值 */</p><p>　　float m[8]={0,184.61,184.61,420.16,0,184.61,420.16,420.16};</p><p>　　/* 定義并輸入My的數(shù)值

42、 */</p><p>　　float M[8]={1393.86,3005.04,3441.25,3006.03,1214.26,2787.74,</p><p>　　3659.94,2428.53};</p><p>　　/* 定義并輸入Myz的數(shù)值 */</p><p><b>　　main()</b&g

43、t;</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　int i,count;</p><p><b>　　count=0;</b></p><p>　　for(i=0;i<8;i++)</p><p><b>　　{</b><

44、;/p><p>　　w[i]=PI*pow(d[i],3.0)/32; /* 計算W */</p><p>　　wp[i]= PI*pow(d[i],3.0)/16; /* 計算Wp*/</p><p>　　a[i]=M[i]/w[i]; /* 計算 */</p><

45、;p>　　t[i]=m[i]/wp[i]; /* 計算 */</p><p>　　Na[i]= a1*Ea[i]*B/(Ka[i]*a[i]); /* 計算*/</p><p>　　Nt[i]=t1/(Kt[i]*t[i]/(Et[i]*B)+PF*t[i]); </p><p><b>　　/* 計算 */</b

46、></p><p>　　if(a[i]==0)</p><p>　　Nat[i]=Nt[i];</p><p><b>　　else </b></p><p>　　Nat[i]=Na[i]*Nt[i]/pow(Na[i]* Na[i]+Nt[i]* Nt[i],0.5);</p><p>

47、<b>　　/* 計算*/</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　for(i=0;i<8;i++)</p><p>　　if(Nat[i]<N)</p><p>　　{printf("第%d個位置處的疲勞強度不足\n",i+1);<

48、;/p><p>　　count++; /* 校核 是否滿足疲勞強度條件*/</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(count==0)</p><p>　　/* 輸出程序校核疲勞強度的結(jié)果*/</p><p>　　printf("\n\n 疲勞校

49、核結(jié)果:\n\n 所有位置疲勞強度均滿足要求\n\n");</p><p><b>　　else</b></p><p>　　printf("\n\n 疲勞校核結(jié)果:\n\n 共有%d處的疲勞強度不足\n\n ",count);</p><p><b>　　}</b></p&

50、gt;<p>　　本次校核是傳動軸經(jīng)高頻淬火后的校核，由程序運行結(jié)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。</p><p>　　當(dāng)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(yīng)參數(shù)，在程序相應(yīng)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。</p><p><b>　　五．改進措施</b><

51、;/p><p>　　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(jié)構(gòu)和工藝，表面強化，表面防護，合理操作來提高構(gòu)件的疲勞強度。</p><p>　　就本次設(shè)計可以采取在軸肩處加大圓角R，以此減小應(yīng)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。</p><p><b>　　六

52、．設(shè)計體會</b></p><p>　　經(jīng)過這次材料力學(xué)的課程設(shè)計，對設(shè)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(xí)，對于材料力學(xué)的知識在復(fù)習(xí)整理的基礎(chǔ)上有了進一步的掌握，奠定了我的專業(yè)知識基礎(chǔ)和獨立設(shè)計的基礎(chǔ)，為以后的學(xué)習(xí)、設(shè)計以及工作做了一次很好的預(yù)習(xí)。</p><p>　　另外，這次課程設(shè)計中綜合應(yīng)用了Word、CAD、MathType、

53、C++、理論力學(xué)等一系列的軟件知識以及編程知識，在實際應(yīng)用的過程中提高了自己的能力，對于以后的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。</p><p>　　在復(fù)習(xí)以及完成課程設(shè)計的過程中也遇到了一些問題，使我認(rèn)識到了自己在理論學(xué)習(xí)上的不足，通過老師和同學(xué)的幫助，終于獨立完成了本次課程設(shè)計，雖然過程也比較辛苦，但是收獲更多。</p><p>　　回顧整個設(shè)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

54、以后的學(xué)習(xí)生活中，我一定會更加虛心努力的學(xué)習(xí)，爭取在學(xué)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(xué)以致用。</p><p>　　最后，謝謝孟老師對我們的辛勤教導(dǎo)。</p><p><b>　　七．參考文獻</b></p><p>　　《材料力學(xué)》 聶毓琴 孟廣偉 主編 機械工業(yè)出版社</p&g

55、t;<p>　　《材料力學(xué)實驗與課程設(shè)計》 聶毓琴 吳宏 主編 機械工業(yè)出版社</p><p>　　《計算機繪圖實用教程》 侯洪生 主編 科學(xué)出版社</p><p>　　《機械設(shè)計》 譚慶昌 趙洪志 主編 高等教育出版社</p><p>　　《C程序設(shè)計》