材力课设.doc

吉林大学材料力学课程设计 吉林大学材料力学课程设计 设计题目：五种传动轴静强度、变形及疲劳强度计算 设计题号：7-6-1-传动轴b 设计者姓名： 设计者学号： 指导老师：李峰 目录 1 设计目的3二设计任务和要求3三设计题目3四设计数据5五受力简图5六扭矩图和弯矩图5七设计等直轴直径7八计算齿轮处轴的挠度8九疲劳强度计算9十程序设计13十一设计感想20十二改进措施20十三参考文献20一、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）1) 设计题目（7.6.1）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。2）转动轴受力简图 3)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 四、设计数据P kw P1 kw n (r/min) D mm D1 mm D2 mm G1N G2N amm （）16.9 11.0 700 600 300 750200600600 45 五、绘传动轴受力简图 故扭矩图如图1.所示6、 做扭矩图以及弯矩图 1.扭矩图： 图1.已知扭矩，根据力学简图，则可以求出： 2.弯矩图： 图2.在xy平面当 单独作用时，弯矩图如图2.所示 图3. 当单独作用时， 由理论力学平衡方程可以求得 其弯矩图如图3.所示当单独作用时，弯矩图如图4.所示综上用叠加法做出弯矩图如图5.所示在xz平面当单独作用时， 由理论力学平衡方程可以求得 其弯矩图如图6.所示当单独作用时，弯矩图如图7.所示综上用叠加法做出弯矩图如图8.所示 图4. 图5. 图6. 图7. 图8. 七、根据强度条件设计等直轴直径由扭矩图以及弯矩图可知传动轴的危险点为B（x=4a）处由第三强度理论可得： 所以 由零件图可知对于：已知 ，所以可取或 对应的轴分两段 取最危险部分： 根据第三强度理论： 当时，有，不满足条件 舍去 当时，有，所以有对于1.05：，所以可取或 此段 根据第三强度理论： 当时，有，不满足条件 舍去 当时，有，所以对于：，所以可取或首先确定危险截面： 处： 处： 经过比较，危险截面为处，所以只需对此处进行校核 根据第三强度理论： 当时，有，不满足 舍去 当时，有，所以八、计算齿轮处轴的挠度（按直径的等直杆计算）在平面，处在处加单位力1，弯矩图均如图所示 用图乘法： 在xz平面在处加单位力1，弯矩图均如图所示 所以 9、 对阶梯传动轴进行疲劳强度计算 疲劳强度计算相关数据： 由传动轴的工作性质可知，其处于弯扭组合的交变应力状态 当轴正常工作时弯曲正应力按对称循环变化，而扭转切应力基本不变，但由于机器时开 时停，所以扭转切应力时有时无，故属于脉动循环。 由传动轴零件图可知，需要对其轴肩和键槽处进行疲劳强度校核计算，共如图所示8处 对于弯曲正应力： 对于扭转切应力： 所用数据查表可以得：校核点参数类型初始应力集中系数尺寸系数表面质量系数敏感系数使用直径d（mm）1轴肩1.701.100.810.762.40.15421.751.430.810.762.40.15831.831.170.780.742.40.16241.751.150.810.762.40.15851.701.100.810.762.40.1546键槽1.811.610.810.762.40.15471.811.610.780.742.40.16481.811.610.810.762.40.1541.对肩轴处进行校核： （1）对于1点（）处 所以满足疲劳条件 （2）对于2点（）处 所以满足疲劳条件 （3）对于3点（）处 所以满足疲劳条件 （4）对于4点（）处 所以满足疲劳条件 （5）对于5点（）处 所以满足疲劳条件2. 对键槽处进行校核 （6）对于6点（）处 此处由弯矩图可知弯矩为0，所以只需校核扭转切应力。 所以满足疲劳条件 （7）对于7点（）处 在左侧 所以满足疲劳条件 在右侧 所以满足疲劳条件 （8）对于8点（）处 此处由弯矩图可知弯矩为0，所以只需校核扭转切应力。 所以满足疲劳条件十、程序设计1.程序流程图2.程序#include#include#define PI 3.141592653#define n 2 #define sigma_1 300e6 #define tao_1 150e6 #define t 15 void main()int m,i;float dt,Myt,Mzt,Mxt,k_sigmat,k_taot,ipxl_sigmat,ipxl_taot,beitat,pusai_taot; float Mt,Wt,Wpt,sigma_maxt,tao_maxt,n_sigmat,n_taot,n_sigma_taot;printf(共有几组数据:m=);scanf(%d,&m);for(i=0;im;i+)printf(请输入第%d组相关数据:n,i+1);printf( );printf(圆轴直径d:); scanf(%f,&di); printf(n);printf( );printf(弯矩My:); scanf(%f,&Myi); printf(n);printf( );printf(弯矩Mz:); scanf(%f,&Mzi); printf(n);printf( );printf(扭矩Mx:); scanf(%f,&Mxi); printf(n);printf( );printf(正应力的有效应力集中系数k_sigma:);scanf(%f,&k_sigmai); printf(n);printf( );printf(切应力的有效应力集中系数k_tao:); scanf(%f,&k_taoi); printf(n);printf( );printf(正应力的尺寸系数ipxl_sigma:); scanf(%f,&ipxl_sigmai);printf(n);printf( );printf(切应力的尺寸系数ipxl_tao:); scanf(%f,&ipxl_taoi); printf(n);printf( );printf(表面质量系数beita:); scanf(%f,&beitai); printf(n);printf( );printf(敏感系数pusai_tao:); scanf(%f,&pusai_taoi); printf(n);di=0;Myi=0;Mzi=0;Mxi=0;k_sigmai=0;k_taoi=0;ipxl_sigmai=0;ipxl_taoi=0;beitai=0;pusai_taoi=0;for(i=0;in)printf( 在第%d个截面处,n_sigma_tao=%fn=2,满足疲劳强度要求n,i+1,n_sigma_taoi);elseprintf( 在第%d个截面处,n_sigma_tao=%fn=2,不不满足疲劳强度要求n,i+1,n_sigma_taoi);i+;printf(n);if(i=m)printf(所校核的截面均满足疲劳强度要求);/*求弯矩的函数，M=sqrt(My*My+Mz*Mz)*/float wanju(float My,float Mz)return(sqrt(My*My+Mz*Mz);/*求抗弯截面系数的函数,W=1.0/32*PI*pow(d,3)*/float kwjmxs(float d)return(1.0/32*PI*pow(d,3);/*求抗扭截面系数的函数,Wp=1.0/16*PI*pow(d,3)*/float knjmxs(float d)return(1.0/16*PI*pow(d,3);/*求最大正应力的函数，sigma_max=M/W*/float max_zhengyl(float M,float W)return(M/W);/*求最大切应力的函数，tao_max=Mx/Wp*/float max_qieyl(float Mx,float Wp)return(Mx/Wp);/*求正应力作用下构件的安全工作因数，n_sigma=sigma_1/(k_sigma*sigma_max/(ipxl_sigma*beita)*/float zhengylaqys(float k_sigma,float ipxl_sigma,float beita,float sigma_max)float n_sigma;n_sigma=sigma_1/(k_sigma*sigma_max/(ipxl_sigma*beita);return(n_sigma);/*求切应力作用下构件的安全工作因数，n_tao=tao_1/(k_tao*tao_a/(ipxl_tao*beita)+pusai_tao*tao_m)*/float qieylaqys(float k_tao,float ipxl_tao,float beita,float pusai_tao,float tao_max)float tao_a,tao_m,n_tao;tao_a=tao_max/2.0;tao_m=tao_max/2.0;n_tao=tao_1/(k_tao*tao_a/(ipxl_tao*beita)+pusai_tao*tao_m);return(n_tao);/*求弯扭组合作用下构件的安全因数，n_sigma_tao=n_sigma*n_tao/sqrt(n_sigma*n_sigma+n_tao*n_tao)*/float wnzhaqys(float n_sigma,float n_tao)float n_sigma_tao;n_sigma_tao=n_sigma*n_tao/sqrt(n_sigma*n_sigma+n_tao*n_tao);return(n_sigma);16十一、设计感想通过这次材料力学课程设计，使我对课本知识有了更深刻的认识，正如弹性力学老师上课时说过，材料力学这本说每次看都会有不同的新的收获，当时学习的时候更多是从考试的角度出发，但经过课程设计后，也相应的提高了运用所学的材料力学知识对一个工程实际问题进行分析和解决的能力，为以后更专业的设计打下了扎实的基础。 当然，设计过程中也提高了运用电脑软件进行设计的能力，分别用到了Word,Autocad,MathType,VC6.0等软件，并且认实到了软件设计的优点，高效率，高质量，为以后更深入的设计奠定了良好的基础。 这是一个学习与提高的过程，不仅重新将学过的知识拾回，也对现在与