材料力学课程设计五种传动轴.

1、材料力学课程设计材料力学课程设计五种传动轴静强度、变形及疲劳强度计算(b)班级：11级机械城轨二班姓名：林胜军学号：20116552指导老师：任小平2013年6月目录一.设计目的： 3.二.材料力学课程设计的任务和要求 3.三设计题目： 3.四设计内容 5.五程序设计 2.0.六、课程设计总结 2.34一.设计目的：本课程设计的目的是在于系统学习完材料力学之后， 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， 独立的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实际问题的目的。 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

2、论和现代的 计算方法，又提高了分析问题、解决问题的能力，又为后继课程（零件、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与 专业需要结合起来；4. 综合运用以前所学习的各门课程的知识， 使相关学科的只是有机的联 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全部

3、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 并导出计算公式， 独立编制计算程序， 通过计算机给出输出结果， 并完成设计计 算说明书。三设计题目：传动轴的材料均为优质碳素结构钢（牌号 45），许用应力（7 =80MPa,经高 频淬火处理，7 =650MPa,e =300MPa, ti =155MPa。磨削面的表面，键 槽均为 端铣加工，阶梯轴过度圆弧r均为2mm,疲劳安全系数n =2。要求：1. 绘出传动轴的受力简图；2作出扭矩图和弯矩图；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（均按直径 1的等直杆计算）；5.

4、 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. 对所采取数据的理论根据作必要的说明。说明：1. 坐标的选取按图1所示。2. 齿轮上的力F与节圆相切。3. 表中P为直径为D的带轮的传递的功率，P1为直径为D1的带轮传递的功 率。G1为小带轮的重量，G2为大带轮的重量；4. 1为静强度条件所确定的轴径，以 mm为单位，并取偶数。设 1/02= 3/ 4=0 2/ 3=1.1图一：转动轴力学图材料力学课程设计3表一：设计计算数据表组 P/KWP1/KWn/(r/min)D/ mmD1/mmD2/ mG2/NG1/Na/ ma / 数据2722634229.61

5、9.190070028025065030040030图二：传动轴零件图四设计内容(1) 绘出传动轴的受力简图：5材料力学课程设计此传动轴为弯扭组合变形，将各力分解得到上图。由力矩与功率关系式：M=9549-得，nMX=F2 D =9549 - -9.6 =101.85(N m)二 F2=291.07N 2900ni19 1Mi= Fi D1 =9549 -=202.65 = Fi=1447.51N2900D2MX2=F D= Mx- Mxi=-100.80= F=-806.36N2X-Y平面受力分析：在 x=a 处列弯矩方程，得 3Fi a -Gi a-Fy2 3a+F - cos a a+G

6、 4a=0 解得：Fy2=1981.40N由 丫方向受力平衡得，3Fi +Fy2-Fyi-Gi G2 -F cos a 2=0解得，Fyi=6072.26NX-Z平面受力分析：在x=a处列弯矩方程得，F sin a a+3F 4a-Fz2 3a=0 解得：Fz2=1029.89N由沿z方向受力平衡得，Fz汁F sin a +3F2- F z2 =0 解得：Fzi=559.86N(2) 作扭矩图和弯矩图:扭矩图:绕x轴的扭矩图剪力图在xoy平面内：y轴方向的剪力在yoz平面内:z轴方向的剪力弯矩图：在xoy平面内的弯矩，由Fy在xoz平面内的弯矩，由Fz产生:(3) 根据强度条件设计等直轴的直径

7、： 求解 1判断 1直径轴危险截面(1) 当 x=a 时，Mx=202.65 N m,My=0,Mz=1617.0 N mM； M； M 2 =1629.66 N m(2) 当 x=4a 时,Mx=101.85 N m,My=349.28 N m,Mz=260 N m.M； M； M 2=47.18 N m所以 1直径轴的危险截面在x=a处由第三强度理论，(T 3= JM：+M；+My ? M2 + M f + M y 得 1 59.21mm 取 321=60mm 求解 2已知 1/ 2=1.1,得 2=54.55 mm,所以可能 2 取 54 mm 或 56 mm判断 2直径轴危险截面当 x

8、=0.5a 时,Mx=202.65 N m,My=0,Mz=808.50 N m,M； M 2=833.51 N m当 x=4.5a 时,Mx=101.85 N m,My=147.64 N m,Mz=130 N m.M； M ； M 2 =240.36 N m所以 2直径轴的危险截面在x=0.5a处由第三强度理论，(T 3 = 訓：+ M 2 + M ： M； M； M；32得 247.35mm所以 2=54mm符合强度条件 求解1.05 i1.05 i=63 mm,所以可取 62 mm或 64 mm1.05 i直径轴危险截面在x=2.5a处,Mx=101.85 N m,My=255.28 N

9、 m,Mz=538.84 N m由第三强度理论，(T 3= m2 m2 mJ 32:M； My得 1.05 1 42.55mm,所以1.05 1=62mm符合强度条件 求解1.1 11.1 1=66 mm,1.1 1直径轴危险截面在x=1.5a处,Mx=202.65 N m,My=111.97 N m,Mz=1211.07 N m1I由第三强度理论3=wM2 M2 M2 53.95mm,即話 T m2 M； M；所以1.1 1=66mm符合强度条件(4) 计算D2轮处轴的挠度:X-Y平面内：在x=2a处加向下的单位载荷，其单独作用下弯矩图为:ANllT.t3Fi-Gi单独作用下弯矩图:M2 1

10、J . - xzJ/TrrI I I I 丨 I j i *F COS a单独作用下弯矩图:材料力学课程设计196414G2单独作用下弯矩图:在X-Y平面内x=2a处的挠度为fi =EI2 1 2 1617.01+-92 1a23 34-1617.01 2a a-0.5 279.33 a a-0.5 991617.01279.33 2a 4 a-1 1923260a 411122a- 260 2a a-a2 260 9232 391El106.58=210 10二：106.58=0.8mm材料力学课程设计在X-Z平面内:沿z轴在x=2a处加一单位载荷（沿z轴负方向），其单独作用下弯矩图为:F

11、sin a单独作用下弯矩图:3F2单独作用下弯矩图:29在X-Z平面内1f2= (-0.5El1a- 一3349.281書 (-36.31)=x=2a处的挠度为:4411107.51a a-0.5 107.51 2a a- 349.28 -9 2 322a1a-22a349.28-(-36.31)=0.27mm210 10964综上，f= . f； f22 =0.84mm(5)对传动轴进行强度计算：在本题中，考虑到材料通过了高频淬火处理，所以通过心部强度表面质量系数P强化方高应力集法/MPa光轴低应力集中系中系数数Kt 1.8 K 1.520高频淬6008001.5 1.71.6 1.72.4

12、 2.8火8010001.3 1.5可知，与应力集中的系数有关，所以通过插值法求得本题中材料的（T b =650MPa当a 1.5时，由线性插值得：B =1.625当K， g x =6.98 n=2所以,一 n2 n2在x=0.5a处的截面满足疲劳强度要求。一丄当 x=1.5a 时：d =1.1，d =0.03，d=60mm查表知：K=1.85, a =0.81, B =2.5,Kt =1.45, t=0.76, Wt =0.08(T max=57.14MPa,得 na =5.75T a= T m= T max/2=1一=12.40maxT max=MjL=2.18MPaWpT min=0 ,

13、T a= T m= T max/2MxT max=4.78MPa, T min=0,Wp得 nT =76.91K叫mn _ nnT =:=5.73n=2所以，在x=1.5a处的截面满足疲劳强度要求 n： n2Dr当 x=2.5a时：d =1.05，d =0.03，d=62mm查表知：Ka=1.85, a=0.78, B =2.5,t=0.74, Wt =0.08Kt =1.45,Jm；+m ya 代=25.50MPa，得 n得n”=J=164.81K T +屮 7; .mn aT -二X =12.37 n=2,所以，在x=2.5a处的截面满足疲劳 n2强度要求当 x=3.5a 时：D=1.05

14、 , - =0.03 , d=60mm d查表知：K,=1.85, a =0.81,B =2.5 ,Kt =1.45 ,e t =0.76 ,屮 t=0.08(7 max2 2wMy=13.60Mpa得 nff =24.15P max=MXX maxWp=14.09MPa,得 na =26.13T max=Mx=3.30MPa, TWpmin =0 , T a= T m= T max/2=2.18MPa, T min=0? T a= T n= T max/2得nT=168.84T +屮 T:a. mn_ = n_ =23.91 n=2,所以，在x=3.5a处的截面满足要求 nl n2当 x=4

15、.5a时：D=1.1， - =0.03， d=54mmdd查表知：Ka=1.65 , a =0.81 , B =2.5 ,K t =1.4 , t=0.76 ,屮 t =0.08Jm； +M 2(T max=W得nT ：=4=115.15K - - -； a mn a t -= =25.48 n=2,所以，在x=4.5a处的截面满足疲劳强度要求对轴肩处进行校核所需的数据:xd/mmMxMyMzk.Kte .e t3Wt0.5a54202.650808.501.651.40.810.762.50.081.5a60202.65111.971211.11.851.450.810.762.50.082

16、.5a62101.85255.28538.841.851.450.780.742.50.083.5a60101.85286.612601.851.450.810.762.50.084.5a54101.85174.641301.651.40.810.762.50.082. 对键槽处进行校核：x=0键槽处：d=54mm,由于此处的弯曲正应力为，所以只需校核扭转切应力查表得，K t =1.63 , =0.76 ,屮 t =0.08(7 max= (T min=0,T ma)=M =6.56MPa,Wp1=50.40 n=2K +屮I; a -m所以，在x=0处的截面满足疲劳强度要求。x=2a键槽处：

17、d=66mm,查表知：Kt = 1.81 , e t =0.78 , 3 =2.5 ,K t =1.63 e t =74,屮 t =0.082 2 _(7 maxz y =29.62MPa 得 nff =11.32wAc -max在x=2a左侧:t ma)=3.59MPa, t min=0 t a= t n= t ma)/2Wp=89.85得nT =n_ = nn =10.83 n=2,所以，在x=2a左侧处的截面满足2 2n；n疲劳强度要求。在x=2a右侧：a= T n= T max/2T ma= x =1.81MPa, T min=O, TWp得nT =178.21n_ = 宜乜=10.8

18、9 n=2,所以，在x=2a右侧处的截面满足 nl n2疲劳强度要求。x=5a键槽处:d=54mm,由于此处的弯曲正应力为，所以只需校核扭转切应力查表得，Kt =1.63 , et =0.76 ,屮t =0.08(7 max= (T min=0,T max=业=3.30MPa,Wpnj=1=100.29 n=2K T + 屮 T； 3 - m所以，在=5a处的截面满足疲劳强度要求。综上，该传动轴各处均满足疲劳强度要求 对键槽处进行校核所需数据：xd/mmMxMyMzCTKt TWt054202.65001.810.811.630.762.50.082a66左：202.65右：101.85805

19、.12223.941.810.781.630.742.50.085a54101.85001.810.811.630.762.50.08以上八个地方不包括x=a处，虽然x=a处有最大正应力，但无应力集中，经计算也符合条件五程序设计疲劳强度计算：#in clude#in clude#defi ne PI 3.14#define N 2/*定义疲劳安全系数n=2*/#define a 0.4/* 定义长度 a*/double Mx(double o) /* 定义扭矩函数 Mx*/if(o=0&o=2*a&o=0&pv=a)return(4042.53*p);else if(pa&pv=2*a)ret

20、urn(-2029.73*p+2428.90);else if(p2*a&p=0&qa&q2*a&q=4*a)return(-156.68*q-98.59);else return(873.21*q-1746.42);double D8=0.054,0.054,0.060,0.066,0.062,0.062,0.054,0.054; /* 定义各个位置的直径 */double W8; /* 定义 W*/double Wp8; /* 定义 Wp*/void main()int i,j;double x8;double max18,max28; /* 定义最大应力 */double K18=1.81,1.65,1.85,