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文檔簡介
1、<p><b> 材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b> 目錄</b></p><p> 一 設(shè)計(jì)目的…………………………………………2 </p><p> 二 設(shè)計(jì)題目…………………………………………2 </p><p> 三 設(shè)計(jì)內(nèi)容………………………………………
2、…3 </p><p> (1)繪出傳動(dòng)軸的受力簡圖………………………3 </p><p> ?。?)傳動(dòng)軸扭矩圖和彎矩圖………………………4 </p><p> ?。?)設(shè)計(jì)等直軸的直徑……………………………6 </p><p> (4)設(shè)計(jì)D2輪軸處的撓度……………………… 7 </p><p> ?。?)對(duì)傳
3、動(dòng)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核………………………1</p><p> 四 程序計(jì)算…………………………………………14 </p><p> 五 改進(jìn)措施…………………………………………17 </p><p> 六 設(shè)計(jì)體會(huì)…………………………………………18 </p><p> 七 參考文獻(xiàn)…………………………………………18 </p>
4、<p><b> 一.設(shè)計(jì)目的:</b></p><p> 本課程設(shè)計(jì)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(shí)際問題,運(yùn)用材料力學(xué)的基本理論和計(jì)算方法,獨(dú)立的計(jì)算工程中的典型零部件,以達(dá)到綜合運(yùn)用材料力學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際問題的目的。同時(shí),可以使學(xué)生將材料力學(xué)的理論和現(xiàn)代計(jì)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(jì)算方法,又提高了分析問題、解決問題的能
5、力,又為后繼課程(零件、專業(yè)課等)打下基礎(chǔ),并初步掌握工程中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法,對(duì)實(shí)際工作能力有所提高。具體的有以下六項(xiàng): </p><p> 1. 使學(xué)生的材料力學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化完整化; </p><p> 2. 在全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上,運(yùn)用材料力學(xué)知識(shí)解決工程中的實(shí)際問題; </p><p> 3. 由于選題力求結(jié)合專業(yè)實(shí)際,因而課程設(shè)計(jì)可以把材料力學(xué)知識(shí)與專業(yè)
6、需要結(jié)合起來; </p><p> 4. 綜合運(yùn)用以前所學(xué)習(xí)的各門課程的知識(shí),使相關(guān)學(xué)科的只是有機(jī)的聯(lián)系起來; </p><p> 5. 初步了解和掌握工程實(shí)踐中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法; </p><p> 6. 為后續(xù)課程的教學(xué)打下基礎(chǔ)。 </p><p><b> 二.設(shè)計(jì)題目:</b></p>
7、<p> 傳動(dòng)軸的材料均為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(牌號(hào)45),許用應(yīng)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> 1. 繪出傳動(dòng)軸的受力簡圖;</p
8、><p> 2. 作出扭矩圖和彎矩圖; </p><p> 3. 根據(jù)強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)等直軸的直徑;</p><p> 4. 計(jì)算齒輪處軸的撓度(均按直徑Φ1的等直桿計(jì)算); </p><p> 5. 對(duì)階梯傳動(dòng)軸進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算。(若不滿足,采取改進(jìn)措施使其滿足疲勞強(qiáng)度要求); </p><p> 6. 對(duì)所采取數(shù)
9、據(jù)的理論根據(jù)作必要的說明。</p><p><b> 說明:</b></p><p> 1.坐標(biāo)的選取按圖1所示。</p><p> 2.齒輪上的力F與節(jié)圓相切。</p><p> 3.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&g
10、t;<p> 4. Φ1為靜強(qiáng)度條件所確定的軸徑,以mm為單位,并取偶數(shù)。設(shè)Φ1/Φ2=Φ3/Φ4=Φ2/Φ3=1.1</p><p><b> 圖一:轉(zhuǎn)動(dòng)軸力學(xué)圖</b></p><p> 表一:設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)表</p><p><b> 圖二:傳動(dòng)軸零件圖</b></p><p&
11、gt;<b> 三.設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p> ?。?)繪出傳動(dòng)軸的受力簡圖:</p><p> 此傳動(dòng)軸為彎扭組合變形,將各力分解得到上圖。</p><p> ?。?)作扭矩圖和彎矩圖:</p><p> 由力矩與功率關(guān)系式:Me=9549·得,</p><p> Mx
12、=F2·=9549· F2=1075.10N</p><p> Mx1= F1·=9549· F1=1490.22N</p><p> Mx2=F·= Mx- Mx1 F=1258.73N</p><p><b> 扭矩圖:</b></p><p><b
13、> Mx= </b></p><p> X-Y平面受力分析:</p><p> 在x=a處列力矩方程,得Fy2·3a+G1·a=F·cosα·a+G2·4a+F1·a</p><p> 解得:Fy2=1499.77N</p><p> 由Y方向受力平
14、衡得,F(xiàn)1 +Fy2=G1+F·cosα+G2+Fy1</p><p> 解得,F(xiàn)y1=1130.89N</p><p><b> 剪力圖:</b></p><p><b> 彎矩圖:</b></p><p><b> Mz=</b></p>&
15、lt;p> X-Z平面受力分析:</p><p> 在x=a處列彎矩方程得,</p><p> F·sinα·a+3F2·4a=Fz2·3a 解得:Fz2=4621.81N</p><p> 由沿z方向受力平衡得,</p><p> Fz1+F·sinα+3F2= Fz2
16、 解得:Fz1=432.27N</p><p><b> 剪力圖:</b></p><p><b> 彎矩圖:</b></p><p><b> My=</b></p><p> (3)根據(jù)強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)等直軸的直徑 :</p><p>
17、由彎矩圖及扭矩圖可以看出,危險(xiǎn)截面在x=4a處,合成彎矩為:</p><p> M==·N·m=1316.06N·m</p><p> 由第三強(qiáng)度理論得,σ=·≤ [σ]</p><p> 即·[σ]≥ 得φ1≥55.760mm 取φ1=56mm</p><p> (4)計(jì)算
18、D2輪處軸的撓度:</p><p> X-Y平面內(nèi):(單位載荷法)</p><p> 在x=2a處加向下的單位載荷,其單獨(dú)作用下彎矩圖為:</p><p><b> ·</b></p><p> F1-G1單獨(dú)作用下彎矩圖:</p><p> F·cosα單獨(dú)作用下彎
19、矩圖:</p><p> G2單獨(dú)作用下彎矩圖:</p><p> ∴在X-Y平面內(nèi)x=2a處的撓度為</p><p> f1=·(··1090.22a+··1090.22a+··809.10a+··809.10a+··650a+··
20、;650a)</p><p> =·2150.95a3</p><p> 在X-Z平面內(nèi):(單位載荷法)</p><p> 沿z軸在x=2a處加一單位載荷,其單獨(dú)作用下彎矩圖為:</p><p> F·sinα單獨(dú)作用下彎矩圖:</p><p> 3F2單獨(dú)作用下彎矩圖:</p>
21、;<p> 在X-Z平面內(nèi)x=2a處的撓度為:</p><p> f2=·(·964.24a2·a+·964.24a·2a·a+·3225.30a2·a+·3225.30·2a2·a)</p><p> =·3114.44a3</p>&
22、lt;p><b> 綜上,</b></p><p> f==·3785.01a3=··0.43</p><p><b> =2.39mm</b></p><p> (5)對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算:</p><p> 由Φ1/Φ2=Φ3/Φ4=Φ2/Φ3=1.
23、1</p><p> 得:Φ2=50.91mm,Φ3=46.28mm,Φ4=42.07mm</p><p> 對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核,主要考慮軸肩和鍵槽處。傳動(dòng)軸在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,正應(yīng)力為對(duì)稱交變應(yīng)力,rσ=1,切應(yīng)力為脈動(dòng)交變應(yīng)力,rτ=0。</p><p> 與彎矩圖一致,以最左邊的軸中間為零點(diǎn)。</p><p><b>
24、 彎矩圖:</b></p><p><b> x=0鍵槽處:</b></p><p> σmax=σmin=0 τmax===8.63MPa τmin=0</p><p> τa=τm=τmax/2=4.31MPa,</p><p> 查表得,Kτ=1.48,ετ=0.76,β=1,Ψτ=0.
25、08</p><p> nτ===17.74≥2</p><p> 該截面滿足疲勞要求。</p><p> x=0.5a軸肩處:</p><p> σmax ===16.83MPa,τmax=8.63MPa,τmin=0, τa=τm=τmax/2=4.31MPa</p><p> =1.1,=0.04&
26、lt;/p><p> 查表得,Kσ=1.70,εσ=0.81,β=1, Kτ=1.25,</p><p> ετ=0.76,Ψτ=0.08</p><p><b> nσ===8.49</b></p><p><b> nτ==20.85</b></p><p> nσ
27、τ==7.86≥2</p><p> 此截面滿足強(qiáng)度要求。</p><p> x=1.5a軸肩處:</p><p> σmax==25.32MPa,τmax=6.48MPa,τmin=0, τa=τm=τmax/2=3.24MPa,=1.1,=0.036</p><p> 查表得,Kσ=1.72,εσ=0.81,β=1, Kτ=1
28、.2,</p><p> ετ=0.76,Ψτ=0.08</p><p> nσ==5.58,nτ==28.84,</p><p> nστ==5.48≥2</p><p> 此截面滿足強(qiáng)度要求。</p><p><b> x=2a鍵槽處:</b></p><p>
29、; σmax==19.79MPa,τmax=7.61MPa,τmin=0, τa=τm=τmax/2=3.81MPa,</p><p> 查表得,Kσ=1.81,εσ=0.78,β=1, Kτ=1.62,</p><p> ετ=0.74,Ψτ=0.08</p><p> nσ==16.99,nτ==17.93</p><p>
30、 nστ==12.33≥2</p><p> 此截面滿足強(qiáng)度要求。</p><p> x=2.5a軸肩處:</p><p> σmax==25.89MPa,τmax=8.75MPa,τmin=0, τa=τm=τmax/2=4.38MPa,=1.05,=0.034</p><p> 查表得,Kσ=1.76,εσ=0.81,β=1,
31、 Kτ=1.23,</p><p> ετ=0.76,Ψτ=0.08</p><p> nσ==5.33,nτ==20.84</p><p> nστ==5.16≥2</p><p> 此截面滿足強(qiáng)度要求。</p><p> x=3.5a軸肩處:</p><p> σmax==58.
32、85MPa,τmax=10.13MPa,τmin=0, τa=τm=τmax/2=5.07MPa,=1.05,=0.036</p><p> 查表得,Kσ=1.75,εσ=0.81,β=1, Kτ=1.25,</p><p> ετ=0.76,Ψτ=0.08</p><p> nσ==2.36,nτ==17.73</p><p>
33、 nστ==2.34≥2</p><p> 此截面滿足強(qiáng)度要求。</p><p> x=4.5a軸肩處:</p><p> σmax==50.80MPa,τmax=13.49MPa,τmin=0, τa=τm=τmax/2=6.74MPa,=1.1,=0.039</p><p> 查表得,Kσ=1.7,εσ=0.81,β=1, K
34、τ=1.23,</p><p> ετ=0.76,Ψτ=0.08</p><p> nσ==2.81,nτ==14.39</p><p> nστ==2.76≥2</p><p> 此截面滿足強(qiáng)度要求。</p><p> x=5a鍵槽處:σmax=σmin=0,τmax=τmin=0</p>&
35、lt;p> 此截面滿足強(qiáng)度要求。</p><p><b> 四.程序設(shè)計(jì)</b></p><p><b> 1.撓度計(jì)算:</b></p><p><b> 2.疲勞強(qiáng)度計(jì)算:</b></p><p> #include<math.h> </p
36、><p> #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 a 0.4 /*定義長度a*/</p><p> doubl
37、e Mx(int o) /*定義扭矩函數(shù)Mx*/</p><p> {if(o>=0&&o<2*a)return(223.53);</p><p> else if(o>=2*a&&o<=4*a)return(349.40);</p><p> else return(0);</p>
38、<p><b> } </b></p><p> double Mz(int p) /*定義彎矩函數(shù)Mz*/</p><p> {if(p>=0&&p<=a)return(1090.22*p);</p><p> else if(p>a&&p<=2*a)retur
39、n(-40.675*p+452.36);</p><p> else if(p>2*a&&p<4*a)return(-849.775*p+1099.64);</p><p> else return(650*p-1300);</p><p><b> }</b></p><p> do
40、uble My(int q) /*定義彎矩函數(shù)My*/</p><p> {if(q>=0&&q<=2*a)return(0);</p><p> else if(q>a&&q<=2*a)return(432.275*q-172.91);</p><p> else if(q>2*a&&
41、amp;q<=4*a)return(1396.5125*q-944.3);</p><p> else return(-3225.3*q+6450.6);</p><p><b> }</b></p><p> double D[8]={0.05091,0.05091,0.056,0.0616,0.0588,0.056,0.0509
42、1,0.05091}; /*定義各個(gè)位置的直徑*/</p><p> double W[8]; /*定義W*/</p><p> double Wp[8]; /*定義Wp*/</p><p> void main()</p><p><b> {int i,j;</b></p>&l
43、t;p> double x[8];</p><p> double max1[8],max2[8]; /*定義最大應(yīng)力*/</p><p> double K1[8]={0,1.70,1.72,1.81,1.76,1.75,1.7,0}; /*定義Kσ*/</p><p> double K2[8]={1.48,1.25,1.2,1.62,
44、1.23,1.25,1.23,0}; /*定義Kτ*/</p><p> double E1[8]={0,0.81,0.81,0.78,0.81,0.81,0.81,0}; /*定義εσ*/</p><p> double E2[8]={0.76,0.76,0.76,0.74,0.76,0.76,0.76,0}; /*定義ετ*/</p><p&g
45、t; double B,Y; /*兩個(gè)系數(shù)*/</p><p> double n1=0,n2=0,n3=0; /*定義3個(gè)安全系數(shù)*/</p><p> double m=300000000.0,n=155000000.0; /*設(shè)為兩個(gè)對(duì)稱疲勞極限*/</p><p><b> B=1.0;</b></p>&l
46、t;p><b> Y=0.08;</b></p><p> for(j=0,i=0;j<=10;j++)</p><p> {if(j==2||j==6||j==8)continue;</p><p><b> else {</b></p><p> x[i]=0.5*a*j;
47、</p><p><b> i++;}}</b></p><p> for(i=0;i<8;i++)</p><p> { W[i]=PI*pow(D[i],3)/32;</p><p> Wp[i]=PI*pow(D[i],3)/16;</p><p> max1[i]=sqrt
48、(Mz(x[i])*Mz(x[i])+My(x[i])*My(x[i]))/W[i];</p><p> max2[i]=Mx(x[i])/Wp[i];</p><p> if(max1[i]==0&&max2[i]==0)n3=3;</p><p> else if(max1[i]==0)n3=n/(K2[i]/(E2[i]*B)*max2[
49、i]/2+Y*max2[i]/2);</p><p> else if(max2[i]==0)n3=m*E1[i]*B/(K1[i]*max1[i]);</p><p> else {n1=m*E1[i]*B/(K1[i]*max1[i]);</p><p> n2=n/(K2[i]/(E2[i]*B)*max2[i]/2+Y*max2[i]/2);</
50、p><p> n3=n1*n2/sqrt(n1*n1+n2*n2);}</p><p> if(n3>=2)printf("在x=%fa處截面滿足疲勞要求\n",x[i]/a);</p><p> else printf("在x=%fa處截面不滿足疲勞要求\n",x[i]/a);</p><p>
51、;<b> }}</b></p><p> 當(dāng)軸的工作環(huán)境改變時(shí),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(jìn)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(qiáng)度。</p><p><b> 五.改進(jìn)措施</b></p><p> 若有不滿足疲勞強(qiáng)度要求,可以采取的措施:通過合理
52、選材,改進(jìn)結(jié)構(gòu)和工藝,表面強(qiáng)化,表面防護(hù),合理操作來提高構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度。</p><p> 就本次設(shè)計(jì)可以采取在軸肩處加大圓角R,以此減小應(yīng)力集中對(duì)傳動(dòng)軸的影響;還可以通過增大軸徑達(dá)到提高疲勞強(qiáng)度的目的,但要注意避免尖角。</p><p><b> 六.設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><p> 這次材料力學(xué)的課程設(shè)計(jì),通過對(duì)設(shè)計(jì)中每個(gè)數(shù)據(jù)的查詢
53、、計(jì)算、校核、處理,加強(qiáng)了對(duì)彎矩、撓度、疲勞校核等知識(shí)的練習(xí),對(duì)于材料力學(xué)的知識(shí)在復(fù)習(xí)整理的基礎(chǔ)上有了進(jìn)一步的掌握,奠定了我的專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)和獨(dú)立設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),為以后的學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)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(jì)中綜合應(yīng)用了Word、AutoCAD、C++、理論力學(xué)等一系列的軟件知識(shí)以及編程知識(shí),在實(shí)際應(yīng)用的過程中提高了自己的能力,對(duì)于以后的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。</p>
54、;<p> 在復(fù)習(xí)以及完成課程設(shè)計(jì)的過程中也遇到了一些問題,使我認(rèn)識(shí)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(dú)立完成了本次課程設(shè)計(jì),雖然過程也比較辛苦,但是收獲更多。</p><p> 回顧整個(gè)設(shè)計(jì)過程,深有感觸的就是自己在理論聯(lián)系實(shí)際中的不足以及在學(xué)習(xí)中的嚴(yán)謹(jǐn)和耐心問題。在以后的學(xué)習(xí)生活中,我一定會(huì)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(shí)也會(huì)更加注意理論與實(shí)際的融合,學(xué)以
55、致用。</p><p><b> 七.參考文獻(xiàn)</b></p><p> 《材料力學(xué)》 聶毓琴 孟廣偉 主編 機(jī)械工業(yè)出版社</p><p> 《材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》 聶毓琴 吳宏 主編 機(jī)械工業(yè)出版社</p><p> 《C程序設(shè)計(jì)》
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