五种传动轴的静强度、变形及疲劳强度的计算.doc

材料力学课程设计说明书 材 料 力 学课 程 设 计 说 明 书设计题目 五种传动轴的静强度、变形及疲劳强度的计算 学院 专业 班设计者 学号 题号 76e22指导教师 2012 年 10 月 18 日目录一 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4三 材料力学课程设计的题目 4四 设计内容6 1.传动轴的受力简图 6 2.作扭矩图和弯矩图 73.根据强度条件设计等直轴的直径 84.计算D2轮处轴的挠度 95.阶梯轴疲劳强度的计算 116.C语言流程图 17 7.（附）C语言程序 188. 设计总结及体会 219. 参考文献 22一材料力学课程设计的目的本课程设计的目的是在于系统学完材料力学之后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题之目的。同时，可以使学生将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。既从整体上掌握了基本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；既把以前所学的知识（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）综合运用，又为后继课程（机械设计、专业课等）打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。具体的有以下六项：1.使学生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，运用材料力学知识解决工程中的实际问题；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和专业需要结合起来；4.综合运用了以前所学的个门课程的知识（高数、制图、理力、 算法语言、计算机等等）使相关学科的知识有机地联系起来；5.初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法；6.为后继课程的教学打下基础。二材料力学课程设计的任务和要求要求参加设计者，要系统地复习材料力学的全部基本理论和方法，独立分析、判断、设计题目的已知条件和所求问题。画出受力分析计算简图和内力图，列出理论依据和导出计算公式，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。三材料力学课程设计的题目7.6传动轴的强度、变形及疲劳强度计算7.6.1 设计题目传动轴的材料为优质碳素结构钢（牌号45），许用应力=80MPa，经高频淬火处理，其b=650MPa，1=300MPa,1=155MPa,磨削轴的表面，键槽均为端铣加工，阶梯轴过渡圆弧r均为2，疲劳安全系数n=2。 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的直径；4） 计算齿轮处轴的挠度；（按直径1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）；6） 对所取数据的理论根据作必要的说明。 说明：（1）坐标的选取均按图710a所示。（2）齿轮上的力F均与节圆相切。（3）表中P为直径为D的带轮传递的功率，为直径为的带轮传递的功率。（4）为静强度条件所确定的轴径，以mm为单位，并取偶数。设 62传动轴的力学简图本次课程设计采用第22组数据。P=9.6 kW , P1=19.1kW , n=900r/min , D=700mm , D1=280mm , D2=250mm , G2=650N , G1=300N , a=400mm , =30。传动轴零件图 四、设计内容1、传动轴的受力简图求支反力：由MB=F2D/2=9549P/n=95499.6/900=101.856Nm F2=291.02N由ME=F1D1/2=9549P1/n=954919.1/900=202.651Nm F1=1447.51N由Mx=0 MBMCME=0 MC=MBME=100.795Nm又Mc=FD2/2， F=2Mc/D2=806.36N求支反力： 在xoy平面内 求得=5441.92N，=847.72N在xoz平面内 求得FDz=520.65N FAz=755.59N2、作扭矩图和弯矩图：XOY面 ：剪力图弯矩图XOZ 面 ：剪力图弯矩图扭矩图3、根据强度条件设计等直轴的直径比较B(右侧)、C（左侧）、D三个截面的受力情况。B（右侧）截面：MB= =NmMC = = =1564.487NmMD = =1868.055Nm可知D截面为危险截面由第三强度理论：r3 = d=61.95mm d取62mm 即1=62mm4、计算D2轮处轴的挠度等直轴为圆轴，EIY=EIZ=EIEI = E =200109=1.45105以下用图乘法求出挠度在xoy平面内，在C处加上单位力1，简图如下对应的内力图为对比方便将原内力图重画于此、C处的挠度：=339.088a339.0882a（1537.264339.088）2a1537.264a（1857.031537.264）a=（28.257+339.088+2054.016+576.474+79.942）=3.4mm在xoz平面内，在D处加上单位力1，如图所示对应的内力图如下:对应的原内力图如下=（25.189+39.168+208.26+52.065）=0.36mmD = =3.42mm5.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）I首先对传动轴键槽进行疲劳强度计算 因为该轴键槽为端铣加工，=650MPa，所以根据材料力学表13-10a可查得=1.81，根据材料力学13-10b可查得=1.62。 因为该轴经高频淬火处理，=650MPa，=1.81，所以根据材料力学表13-4可查得=2.4。 由于此传动轴工作在弯扭组合交变应力状态下，因此在进行疲劳强度计算时疲劳强度条件可写成。，。，故弯矩循环系数r=-1,循环特征为对称循环；，故扭矩循环系数r=0,循环特征为脉动循环。所以，。其中，参照材料力学表13-5可选取。I对传动轴键槽处截面进行疲劳强度计算： 在B截面侧处：，传动轴的材料为优质碳素结构钢（牌号45），根据材料力学表13-2可查得，。，则，安全。在D截面处：，传动轴的材料为优质碳素结构钢（牌号45），根据材料力学表13-2可查得，。，则，安全。在G截面处：，传动轴的材料为优质碳素结构钢（牌号45），根据材料力学表13-2可查得，。，则，安全。II再对传动轴阶梯轴进行疲劳强度计算由于，,，阶梯轴过渡圆弧r均为2mm，根据材料力学表13-9a，表13-9c，表13-9d，表13-9e可查得：在A截面处，所以，；在C截面处，所以，；在E截面处，所以，；在F截面处，所以，；在A截面处：，传动轴的材料为优质碳素结构钢（牌号45），根据材料力学表13-2可查得，。，则，安全。在C截面处：，传动轴的材料为优质碳素结构钢（牌号45），根据材料力学表13-2可查得，。，则，安全。在E截面处：，传动轴的材料为优质碳素结构钢（牌号45），根据材料力学表13-2可查得，。，则，安全。在F截面处：，传动轴的材料为优质碳素结构钢（牌号45），根据材料力学表13-2可查得，。，则，安全。现将各校核截面参数整理后列表如下：校核点参数初始应力集中系数尺寸系数表面质量 系数敏感系数直径mm B1.811.620.810.762.40.1052302.263-339.088101.856D1.811.62 0.810.76 2.40.1058208.261537.264202.651G1.811.620.840.78 2.40.104800202.651A1.741.380.840.78 2.40.1048151.118-169.5440C1.721.410.810.76 2.40.1052278.742-638.632101.856E1.771.430.810.76 2.40.1058104.131697.147202.651F2.091.520.840.78 2.40.10480-928.515202.651各校核截面结算结果如下：校核点 (MPa)（MPa）A20.922016.613+16.613C50.4783.6896.71796.2566.701E88.7675.2903.71266.2923.706F85.5209.3323.38432.4263.366B32.9053.6899.79285.0419.728D80.9875.2903.97959.33.970G09.332+34.4134.416.C程序流程图：7.（附）C预言程序:由于支反力，直径和挠度的求解比较简单，这里不再用C程序重复计算，而对于疲劳强度计算因为相关系数多，计算较复杂，这里用程序来计算，疲转劳强度计算编程，源程序如下：#include#includemain()float b=300000000,t=155000000,m=0.1,Pi=3.141592;Float Kb,Kt,Eb,Et,B,d,My,Mz,Mx,W,bm,Tm,Ta,nb,nt,nbt;char a=A;printf(生物学院，王德强，学号45100101n);printf(输入数据：（按Kb,Kt,Eb,Et,B,d,My,Mz,Mx顺序依次输入）n);for(a=A;aH;a+) printf(%c:n,a);scanf(%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,&Kb,&Kt,&Eb,&Et,&B,&d,&My,&Mz,&Mx);W=Pi*d*d*d/(32000000000);bm=sqrt(My*My+Mz*Mz)/W;if(bm!=0)nb=b/(Kb*bm/(Eb*B); if(Mx!=0) Tm=Ta=Mx/(2*W); nt=t/(Kt*Ta/(Et*B)+m*Tm); nbt=nb*nt/sqrt(nb*nb+nt*nt); printf(nbt=%fn,nbt);else printf(nbt=%fn,nb);elseif(Mx!=0) Tm=Ta=Mx/(2*W); nt=t/(Kt*Ta/(Et*B)+m*Tm); printf(nbt=%fn,nt);else printf(数据有问题，请重新输入！n);注： Kb,Kt,Eb,Et,B,d,My,Mz,Mx,W,bm,Tm,Ta,nb,nt,nbt,b,t,m;b,t疲劳强度系数；m敏感系数；Pi圆周率；d所校核处直径；Mx扭矩；My,Mz弯矩；Kb,Kt有效应力集中系数；Eb,Et尺寸系数；B表面质量系数；W抗弯（扭）截面系数；bm最大工作应力；Ta交变切应力幅；Tm平均切应力；nl,nt单作用安全系数；nlt复合安全系数；程序运行结果：以上工作安全系数均大于2，因此认为该轴在交变应力下是安全的。8. 设计总结及体会： 本次课程设计持续做了两周左右，从前期的数据计算，到输入数据，调试C程序，发现自己遗忘了很多知识