材料力学课程设计-五种传动轴设计.doc

材料力学课程设计 题目： 五种传动轴设计(题7.6、 a图、第7组数据)姓名： 所在学院： 专业班级： 学号： 指导教师： 目录：一、材料力学课程设计的目的3二、材料力学课程设计的任务和要求3三、设计题目（传动轴静强度、变形及疲劳强度计算）3设计题目（7.6）、a图、7号数据3四、分析计算过程51、传动轴受力简图：52、作出扭矩图及弯矩图。53、根据强度条件设计等直轴的直径。84、计算齿轮处轴的挠度（均按直径的等直杆计算）。95、对阶梯传动轴进行疲劳强度计算。105.1 校核的相关数据105.2 校核类型的确定115.3 有效应力集中系数125.4 相关计算公式125.5 各点校核：13五、课程设计总结：25六、（附）c语言程序261、流程图262、程序代码27一、材料力学课程设计的目的本课程设计是在系统学完材料力学课程之后，结合工程实际中的问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立的计算工程中的典型零部件，以达到综合利用材料力学知识解决工程实际问题的目的。同时，可以是同学将材料力学的理论和现代的计算方法，又提高了分析问题、解决问题的能力；既是对以前所学知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机和材料力学等）的综合应用，又为后续课程（机械设计、专业课等）的学习打下基础，并初步掌握工程设计思想和设计方法，使实际工作能力有所提高。具体有以下六项：1、使所学的材料力学知识系统化、完整化。2、在系统全面复习的基础上，运用材料力学解决工程实际中的问题。 3、由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可以把材料力学知识与专业需要结合起来。 4、综合运用以前所学的各门课程知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机等），使相关学科的知识有机的联系起来。5、初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法。6、为后续课程的教学打下基础。二、材料力学课程设计的任务和要求参加设计者要系统复习材料力学课程的全部的基本理论和方法，独立分析、判断设计题目的已知条件和所求问题，画出受力分析简图和内力图，列出理论依据并导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。三、设计题目（传动轴静强度、变形及疲劳强度计算）设计题目（7.6）、a图、7号数据传动轴的材料均为优质碳素结构钢（牌号45），许用应力，经高频淬火处理，。磨削轴的表面，键槽断面均为端铣加工，阶梯轴过渡圆弧均为，疲劳安全系数。要求：1、绘出传动轴的受力简图。2、作扭矩图及弯矩图。3、根据强度条件设计等直轴。4、计算齿轮处轴的挠度（均按直径的等直杆计算）。5、对阶梯传动轴进行疲劳强度计算。（若不满足，采取改进措施使其满足疲劳强度要求）。6、对所取数据的理论根据作必要的说明。说明：（1） 齿轮上的力均与节圆相切。（2） 为直径为的带轮传递的功率，为直径的带轮传递的功率。为小带轮的重量，为大带轮的重量。传动轴力学简图传动轴零件图为静强度条件所确定的轴径，以为单位，并取偶数。设设计计算数据（第7组） 四、分析计算过程1、传动轴受力简图：将外载荷向轴线简化，得下图：2、作出扭矩图及弯矩图。外力偶矩：在此处键入公式。 在xy平面上有：在xz平面上有：3、根据强度条件设计等直轴的直径。由已有的数学证明可知合成弯矩不是直线便是凹形的曲线，极值弯矩截面有b、e两截面，由， 由内力图可知危险点为e点。 4、计算齿轮处轴的挠度（均按直径的等直杆计算）。 由图形互乘法，在xy平面内，对b点施加一单位力： 同理，在xz平面上： 5、对阶梯传动轴进行疲劳强度计算。5.1 校核的相关数据，过渡圆弧，安全系数。直径的确定：由 ， ；可计算得出：5.2 校核类型的确定在交变应力作用下，构件的持久极限由三大因素决定：1、构件外形的影响。在轴的键槽、轴肩，这些部位易引起应力集中，故易形成疲劳裂纹，相应校核点为第1、2、3、4、5、7、8，共7点。2、构件尺寸影响。大试件中处于高应力状态的晶粒比小试件多，所以大试件形成疲劳裂纹的机会更多，相应校核点为第6点。3构件表面质量的影响。对上述8个点均造成影响。 图1- 1由于传动轴在不变的弯矩作用下旋转并受到同一方向间歇性的扭矩，所以轴处于弯扭组合的交变应力状态，其中弯曲正应力按对称循环变化，切应力按脉动循环变化。对于弯曲正应力及循环特征 ； ； 对于交变扭转切应力及其循环特征 ； ； ； 5.3 有效应力集中系数（查机械设计手册得）数系值点1234567 81.521.801.551.801.6011.851.801.281.621.301.621.3211.401.620.880.880.880.880.840.840.880.880.810.810.810.810.780.780.810.812.52.52.52.52.51.62.52.55.4 相关计算公式弯曲对称循环：扭转脉动循环：弯扭组合交变应力下的安全系数：对碳钢扭转变形，取最大敏感系数查表可知45号碳素结构钢的屈服极限5.5 各点校核：对于1点，该点不受扭转切应力，只存在弯曲正应力。因此为弯曲对称循环。 故满足疲劳强度条件。 故满足静强度条件。对比利用编程计算的结果：对于2点，该点受到弯曲正应力和扭转切应力，因此为弯扭组合交变应力状态。 故满足疲劳条件。故满足静强度条件。对比利用编程计算的结果：对于3点，受到弯曲正应力和扭转切应力，因此为弯扭组合交变应力状态。 故满足疲劳条件。 故满足静强度条件。对比利用编程计算的结果：对于4点，受到弯曲正应力和扭转切应力，因此为弯扭组合交变应力状态，4点右侧有最大切应力。 故满足疲劳条件。故满足静强度条件。对比利用编程计算的结果：对于5点，受到弯曲正应力和扭转切应力，因此为弯扭组合交变应力状态。 故满足静强度条件。对比利用编程计算的结果：故满足疲劳条件。对于6点，受到弯曲正应力和扭转切应力，因此为弯扭组合交变应力状态。 故满足疲劳条件。故满足静强度条件。对比利用编程计算的结果：对于7点，受到弯曲正应力和扭转切应力，因此为弯扭组合交变应力状态。 故满足疲劳条件。故满足静强度条件。对比利用编程计算的结果：对于8点，在左侧受到扭转切应力，为扭转脉动循环。 故满足疲劳条件。故满足静强度条件。对比利用编程计算的结果：五、课程设计总结： 通过这次材料力学课程设计，我较全面地复习了上学期所学的内容，结合传动轴这个题目，不仅让我系统地运用了材料力学的基本理论和计算方法来解决实际问题，还从中熟悉了一些基本软件的使用，如在画受力分析图、零件图、内力图的过程中运用了autocad 2004，在书写计算过程中运用了math type和word 2007，在编程时运用了microsoft visual 2010 。其中印象最深的是用c语言编写的程序来代替阶梯传动轴疲劳强度和静强度的计算，这样一来，只需按提示输入相应的参数计算，免去计算每个截面过程中重复书写的公式，简化了设计过程。但是这个程序也存在着问题，它要求输入的不能为零，因为在程序的开始阶段没有剔除的情况，由公式 ，可知当分母为0时，结果会出现错误。这次材料力学课程设计与工程中的一般设计过程相似，从分析设计方案开始到进行必要的计算，并对结构的合理性进行分析，最后得出结论。从中，我熟悉了工程的设计步骤，为以后的进一步学习和科研工作做准备。六、（附）c语言程序 1、流程图开始 是否进行疲劳强度校核否是根据提示输入参数结束是否为零否是计算计算判断是否满足疲劳强度，并输出询问是否进行下一个疲劳强度校核2、程序代码#include#include /*全局变量*/#define pi 3.14 /*宏定义*/ void main() /*主函数*/ float d1,m,w,zylmax,zylmin,r1,me,wp,qylmax,qylmin,qyla,qylm,r2,kzyl, kqyl,ezyl,eqyl,ccxs,yqyl; float zyl,qyl,n1,n2,n12,n3, zyls, zylr3,n; char key; /*定义变量*/ float x; printf(是否进行疲劳强度校核？输入 y/nn); scanf(%c,&key); while(key=y|key=y) /*循环，判断条件*/ printf(输入需校核平面距 y 轴距离为 a 的倍数n); scanf(%f,&x); printf(输入该截面对应轴的直径(单位 cm)n); scanf(%f,&d1); printf(输入该截面的弯矩：n); scanf(%f,&m); printf(输入该截面的扭矩：n); scanf(%f,&me); printf(输入 k,k：n); scanf(%f,&kzyl); scanf(%f,&kqyl); printf(输入 ,：n); scanf(%f,&ezyl); scanf(%f,&eqyl); printf(输入 ：n); scanf(%f,&ccxs); printf(输入 ：n); scanf(%f,&yqyl); printf(输入 -1：n); scanf(%f,&zyl); printf(输入 -1：n); scanf(%f,&qyl); printf(输入屈服强度s：n); scanf(%f,&zyls); printf(输入 n：n); scanf(%f,&n); if(me!=0) /*扭矩不为零时*/ w=pi*d1*d1*d1/32; zylmax=m/w; zylmin=0-zylmax; r1=-1; wp=pi*d1*d1*d1/16; qylmax=me/wp; qylmin=0; r2=0; qyla=qylm=qylmax/2; n1=zyl/(kzyl*zylmax); n1= n1*ezyl*ccxs; /*计算 n*/ n2=qyl/(kqyl*qyla/(eqyl*ccxs)+yqyl*qylm); /*计算 n*/ n12=n1*n2/sqrt(n1*n1+n2*n2); /*计算 n*/ zylr3=sqrt(zylmax*zylmax+4*qylmax*qylmax); n3=zyls/zylr3; /*计算 n*/ printf(n=%fn,n1); printf(n=%fn,n2); printf(n=%fn,n12); printf(n=%fn,n3); if(n12n) printf(nnn); printf(该截面(x=%2.1fa)满足疲劳强度要求n,x); else if (n12n) printf(nn) printf(nnn); printf(该截面(x=%2.1fa)满足静强度要求n,x); else if (n3n) printf(n=n&n3=n) printf(该截面(x=%2.1fa)满足强度要求n,x); else printf(该截面(x=%2.1fa)不满足强度要求n,x); printf(n); else /*扭矩为零时*/ w=pi*d1*d1*d1/32; zylmax=m/w; zylmin=0-zylmax; r1=-1; n1=zyl/(kzyl*zylmax); n1= n1*ezyl