材料力学课程设计车床主轴设计

1、教学号： 答辩成绩： 设计成绩：材料力学课程设计设计计算说明书 设计题目：车床主轴设计 题号: 7812 教学号: 姓名： 指导教师： 完成时间： 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 -3四、 对主轴静定情况校核 -51. 根据第三强度理论校核 - -72. 根据刚度进行校核 -83. 疲劳强度校核 - 12五、 对主轴超静定情况校核 -131. 根据第三强度理论校核 -152. 根据刚度进行校核 -163. 疲劳强度校核 -19六、 循环计算程序 -19七、 课程设计总结 -26 一、设计目的材料力学课程设计的目的是在于系统的学习材料

2、力学之后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学设计的基本原理和计算方法，独立计算工程中的典型零部件，已达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题的能力。同时，可以使我们将材料力学的理论和现代的计算方法及手段融为一体。即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；即把以前学到的知识综合的运用，又为以后的学习打下了基础，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。1. 使我们的材料力学知识系统化，完整化。2. 在系统的全面的复习的基础上，运用材料力学的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的知识和专业需要

3、结合起来。4. 综合运用以前所学的各门课程知识，是相关学科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方法，为以后打下基础。二、设计的任务和要求1. 画出受力分析计算简图和内力图2. 列出理论依据和导出的计算公式3. 独立编制计算机程序，通过计算机给出计算结果4. 完成设计说明书。三、设计题目车床主轴设计-某车床主轴尺寸及受力情况如图1所示。在a、b、c三个支座的中间支座b处，轴承与轴承座之间有间隙，正常工作时，b处轴承不起支撑作用，此时轴处于a、c两支座下的静定状态。当b截面处弯曲变形大于间隙时，轴处于a、b、c三支座下的静不定状态。轴截面e处装有斜齿轮，其法向压力角为，螺

4、旋角为，工作处的切削力有fx、fy、fz（在进行强度、刚度计算时，可以不计轴向力fx的影响，而以弯曲、扭转变形为主）。轴的材料为优质碳素结构钢（45钢），表面磨削加工，氮化处理。其他已知数据见表1。1、 试按静定梁（a、c支撑）的强度、刚度条件设计等截面空心圆轴外径d(d/d值可见数据表2)，并计算这时轴上b截面处的实际位移。2、 在安装齿轮的e截面处有一铣刀加工的键槽，试校核此截面处的疲劳强度。规定的安全系数n=3（=420，=240）。3、 对静不定情况（a、b、c支撑），同时根据强度、刚度条件设计外径d，并用疲劳强度理论校核。表1： 20100.5150028注意：设计

5、中不考虑轴的旋转静定要求和热变形的影响，并且将各轴承视为刚体，且不产生刚体位移，不考虑制造工艺和尺寸链等因素。表2：（设计计算数据表12）/m/m/ma/mb/mr/m(n/(r/min)p/kw/n/n120.160.460.12455005.40.7040002500图一：一、 对主轴静定情况校核由公式可知me=9549= =103.13n f= =859.41n 由斜齿轮受力分析得： f=317.59n则有：f=fsin-fcos=383.12n f=fcos+fsin=832.26n fb= fb=40000.16=640nm fb= fb=25000.16=4

6、00nm 由图1受力分析求支座反力f、f、f、f：= f(l+l)+fa-640- fl=0 f=2091.30n= f(l+l)+ f(l+l-a)+640+ f( l+l+l)=0 f=-6241.32n= f(l+l)+ fa+400+ f l=0 f=-1157.53n= f(l+l)+ f(l+l-a)-400- f( l+l+l)=0 f=2681.14n根据已知分别作出y、z方向的剪力图与弯矩图，如下图所示： 由剪力图及弯矩图可知c点为危险点且： mc=1574.19nm me=81.17nm1.根据第三强度理论校核： 且 代入数据解得： dm2.由刚度对轴进行校核：利用图乘法对

7、各点进行刚度校核：1) 根据d点刚度计算轴径，在d点分别沿y、z轴加一单位力有扭矩图如下图 e=210 i= m2) 根据e点刚度计算轴径，在e点分别沿y、z轴加一单位力有扭矩图如下图 即： 解得：d3m3）根据c点刚度计算直径，在c点处加一单位力偶得如下图所示弯矩图： 即： 解得：m 综上所述：d=maxd、d、d、d=7.84m当d= 6.97m时，计算b点的实际位移：（应用图乘法） =-3.疲劳强度校核: 若不计键槽对抗弯截面系数的影响，则危险截面处抗弯截面系数： 由弯矩m不变可知该循环为对称循环，则有： 查表确定铣加工的键槽危险截面处疲劳强度的影响系数： 则： 故e处满足疲劳强度要求。

8、二、 对超静定情况进行校核由，故此轴为超静定，且为一次静不定。由变形协调条件可知： 。分别沿y、z轴加一单位力并作、及单位力的弯矩图有： 又; 代入上式有： 又;代入上式有：从而求a、c点的支反力有： 做剪力图、 如下所示：做弯矩图、如下图所示：由上图有： 故c点为危险点1）.第三强度理论校核有： 且 代入数据解得：2）.由刚度对轴进行校核：利用图乘法对各点进行刚度校核：1. 根据d点的刚度对主轴进行校核，分别沿y、z轴加一单位力得到如下图所示弯矩图：则： 解得：2. 根据e点的刚度对轴校核：有静定情况可知3. 根据c点的刚度对轴校核：在c点分别加一绕y、z方向的单位偶有扭矩图如下： 则： 解

9、得：综上所述：3）疲劳强度校核：查机械手册得到： 则：； ；故满足强度条件。三、 循环计算程序#include#include#define pi 3.141592654#define ip 0.017453292floatl1,l2,l3,a,b,a0,n,p,i,fy,fz,fby=0,fbz=0,fcy,fcz,fey,fez,mby,mbz,mcy,mcz,mey,mez,md,mc,www,xxx=150,eee=0.21,ddd,fby0,fbz0,fby1,fbz1,fffe=0.00035,fffd=0.00033,aaac=0.0028,amb,amc,ame,aaaac,f

10、ffb=0.00005,fffbb,big,sm,sn,b1,sd,fff;void zaihe() long double ft,fy,an=20.0,bn=10.0; ft=30*p*1000/(n*pi*r); fy=ft*tan(an*ip)/(cos(bn*ip); fey=ft*sin(a0*ip)-fy*cos(a0*ip; fez=ft*cos(a0*ip)+fy*sin(a0*ip); me=ft*r;md=-me;fdy=fy;fdz=-fz; mdy=fdy*b;mdz=fdz*b;void waili()fay=(fdz*l3+mdz-fez*a-fbz*l2)/(l1

11、+l2);fcy=(-fdy*(l1+l2+l3)-mdy-fey(l1+l2-a)/(l1+l2);faz=(fdy*l3+mdy-fey*a-fby*l2)/(l1+l2);fcz=(-fdz*(l1+l2+l3)-mdz-fez(l1+l2-a) /(l1+l2); mby=fay*l1;mbz=faz*l1; mey=fay*(l1+l2-a)+fby*(l2-a);mez=faz*(l1+l2-a)+fbz*(l2-a); mcy=fay*(l1+l2)+fby*l2+fey*a;mcz=faz*(l1+l2)+fbz*l2+fez*a;void qiangdu() long dou

12、ble xmax,mmax,xmax1,xmax3,xmax2=0.0; mc=sqrt(mcy*mcy+mcz*mcz);xmax=mc/www;mmax=me/(2*www); xmax3=-xmax/2-sqrt(xmax/2)*(xmax/2)+mmax*mmax); xmax1=-xmax/2+sqrt(xmax/2)*(xmax/2)+mmax*mmax);ddd=sqrt(xmax1-xmax2)*(xmax1-xmax2)+(xmax2-xmax3)*(xmax2-xmax3)+(xmax3-xmax1)*(xmax3-xmax1)/2)/xxx;ddd=pow(ddd,0.3

13、33333333333333333333);ddd=ddd/100;ddd=(float)ddd;voidnaodu()longdoublefffd1,fffdy,fffdz;fffdy=l1*mby*l1*amc/(l1+l2)/0.147/eee;fffdy+=(l2-a)*(mby*(2*amc*l1/(l1+l2)+amc*(l1+l2-a)/(l1+l2)+mey*(2*amc*(l1+l2-a)/(l1+l2)+amc*l1/(l1+l2)/(0.294*eee);fffdy+=a*(mey*(2*amc+(l1+l2-a)*amc/(l1+l2)+amc)+mcy*(2*amc+

14、(l1+l2-a)*amc/( l1+l2)/(0.294*eee);fffdy+=l3*mac*(mdy-2*mcy)/(0.294*eee);fffdz=l1*mbz*l1*amc/(l1+l2)/0.147/eee;fffdz+=(l2-a)*(mbz*(2*amc*l1/(l1+l2)+amc*(l1+l2-a)/(l1+l2)+mez*(2*amc*(l1+l2-a)/(l1+l2)+amc*l1/(l1+l2)/(0.294*eee); fffdz+=a*(mez*(2*amc+(l1+l2-a)*amc/(l1+l2)+amc)+mez*(2*amc+(l1+l2-a)*amc/

15、(l1+l2)/(0.294*eee); fffdz+=l3*mac*(mdz+2*mcz)/(0.294*eee); fffd1=pi*sqrt(fffdy*fffdy+fffdz*fffdz)/www/32/fffd; ddd=pow(fffd1,0.25);ddd=ddd/1000;ddd=(float)ddd; void naodue() long double fffe1,fffey,fffez; fffey=l1*mby*l1*ame/(l1+l2-a)/0.147/eee;fffey+=(l2-a)*(mby*(2*ame*l1/(l1+l2-a)+ame)+mey*(2*ame

16、*ame*l1/(l1+l2-a)/ 0.294/eee; fffey+=a*ame*(mcy+2*mey)/(0.294*eee); fffez=l1*mbz*l1*ame/(l1+l2-a)/0.147/eee; fffdz+=(l2-a)*(mbz*(2*ame*l1/(l1+l2-a)+ame)+mez*(2*ame*l1/(l1+l2-a)/(0.294*eee); fffdz+=a*ame*(mcz-2*mez)/(0.294*eee); fffe1=pi*sqrt(fffey*fffey+fffez*fffez)/www/32/eee; ddd=pow(fffe1,0.25);d

17、dd=ddd/1000;ddd=(float)ddd;void zhuanjiaoc() long double aaac1,aaacy,aaacz; aaacy=l1*mby*l1*aaac/(l1+l2)/0.147/eee; aaacy+=(l2-a)*(mby*(2*aaaac*l1/(l1+l2)+aaaac*(l1+l2-a)/(l1+l2)+mey*(2*aaaac*(l1+l2-a)/(l1+l2)+aaaac*l1/(l1+l2)/(0.294*eee); aaacy+=a*(mey*(2*(l1+l2-a)*aaaac/(l1+l2)+aaaac)+mcy*(2*aaaac

18、+(l1+l2-a)/(l1+l2) )/(0.294*eee); aaacz=l1*mbz*l1*aaac/(l1+l2)/0.147/eee; aaacz+=(l2-a)*(mbz*(2*aaaac*l1/(l1+l2)+aaaac*(l1+l2-a)/(l1+l2)+mez*(2*aaaac*(l1+l2-a)/(l1+l2)+aaaac*l1/(l1+l2)/(0.294*eee); aaacz+=a*(mez*(2*(l1+l2-a)*aaaac/(l1+l2)+aaaac)+mcz*(2*aaaac+(l1+l2-a)/( l1+l2) )/(0.294*eee); aaac1=p

19、i*sqrt(aaacy*aaacy+aaacz*aaacz)/www/32/aaac; ddd=pow(aaac1,0.25);ddd=ddd/1000;ddd=(float)ddd; void fanlib() long double fffb1,fffby,fffbz; fffby=l1*mby*amb/0.147/eee; fffby+=(l1+l2-a)*(mby*(2*amb+(l2-a)/l2*amb)+mey*(2*(l2-a)/l2*amb+amb)/0.294/eee; fffby+=a*(l2-a)*amb*(mcz+2*mey)/(0.294*eee); fffbz=l

20、1*mbz*amb/0.147/eee; fffbz+=(l1+l2-a)*(mbz*(2*amb+(l2-a)/l2*amb)+mez*(2*(l2-a)/l2*amb+amb)/ (0.294*eee); fffbz+=a*(l2-a)/l2*amb*(mcz+2*mez)/(0.294*eee); fby0=fffby;fbz0=fffbz; fffb1=pi*sqrt(fffby*fffby+fffbz*fffbz)*pi/www/big/big/big/big/640e11; fffbb=(float)fffb1; printf(b点的实际位移：s=%fmn,fffbb)voidwa

21、ili()fby=fffb*sd*sd*sd*sd*(1-i*i*i*i)/fff*10e12; fbz=fby*fbz0/fby0;voidxunhuan()double aaaa;fkoat big1,big2,big3,big4; do waili(); qiangdu(); big1=ddd;big=big1; naodud(); big2=ddd;if(bigbig1) big=big2; naodue(); big3=ddd;if(bigbig3) big=big3; zhuanjiaoc(); big4=(float)ddd;if(big=0.0001); printf(在超静定

22、情况下的直径 :d=%fmn,big);voidmain()float big1,big2,big3,big4; printf( 输入原始数据:n);scanf(%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,&l1,&l2,&l3,&a,&b,&r,&a0,&n,&p,&i,&fy,&fz); printf( 所输入数据为:nl1=%fm,l2=%fm,l3=%fm,a=%fm,b=%fm,r=%fm,a0=%fn,l1,l2,l3,a,b,r,a0); printf(n=%fr/min,p=%fkw,i=%f,fy=%fn,fz=%fnn,n,p,i,fy,fz);

23、 amc=1*l3; ame=(l1+l2-a)*a/(l1+l2)*1; aaaac=1; amb=1*l1*12/(l1+l2); www=pi*(1-i*i*i)/32; zaihe(); waili(); printf(辅助计算外力（静定）:nfay=%fn,faz=%fn,fby=%fn,fbz=%fn,fcy=%fn,fcz=%fn,fay,faz,fby,fbz,fcy,fcz);printf(fdy=%fn,fdz=%fn,fey=%fn,fez=%fn,mby=%fn.m,mbz=%fn.m,mcy=%fn.m,mcz=%fn.m, ,fdy,fdz,fey,fez,mby,mb