材料力学课程设计

1、一、设计目的本课程设计的目的是在系统学习完材料力学课程之后，能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）的综合运用，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. 在系统

2、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、所用材料基本性质传动轴的材料均为优质碳素钢

3、（牌号为45），许用应力=80MPa,经高频淬火处理，=650MPa,=300MPa,=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2mm，疲劳安全系数n=2。、设计要求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（均按直径的等直杆计算）。5、 对阶梯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。)、设计说明1、 坐标的选取按图所示。2、 齿轮上的力F，与节圆相切。3、 P为直径为D的带轮传递的功率，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。、设计数据P

4、/kwP1/kwn/(r/min)D/mmD1/mmD2/mmG2/NG1/NA/mm()13.28.1100080035028080026060045、传动轴零件图、传动轴力学简图四、传动轴受力简图332F13F1XM2XMXMYYY23F2G1GZZZ12F五、传动轴受力求解六、传动轴内力图1.扭矩图2剪力图3.弯矩图4.确定危险截面位置由扭矩图和弯矩图可知，危险截面在处。七危险截面处的应力状态八、设计等直轴直径本设计中，构件的材料是优质碳素结构钢，为塑性材料，所以根据最大切应力理论，即第三强度理论可知:九、计算齿轮处的挠度采用图形互乘法，在计算时，考虑到线性时，乘积的互换性，以简化计算。

5、1.计算在xoy平面内的挠度Xoy平面内外力作用时的弯矩图在xoy平面内齿轮处施加一单位力，方向如图所示。1xy单位1的力产生的弯矩图为：2.计算在xoz平面内的挠度Xoy平面内外力作用时的弯矩图在xoy平面内齿轮处施加一单位力，方向如图所示。单位1的力产生的弯矩图为：十、疲劳强度的计算由该零件图可知，需要对其轴肩处和键槽处进行疲劳强度校核。该传动轴受到弯扭组合交变应力作用，由于转动，故弯曲正应力按对称循环变化；当轴正常工作时扭转切应力基本不变，但是由于机器时开时停，所以扭转切应力时有时无，故扭转切应力可视为脉动循环变化。对轴肩处进行校核：Xd/mmMyMzKMxK0.5a420319.551

6、.590.84177.31.220.780.071.5a4645.3501.81.700.84177.31.250.780.072.5a48209.7154.21.700.841126.01.250.780.073.5a46447.9268.21.700.841126.01.250.780.074.5a42283.52401.590.841126.01.220.780.07对键槽处进行校核：综上，该传动轴各处均满足疲劳强度要求。Xd/mmMyMzKMxK042001.820.84177.31.630.780.072a5090.6364.51.820.841左：77.3右：126.01.630.

7、780.075a42001.820.841126.01.630.780.07十一、程序设计1.在程序中要用到的相关数据：第i个截面Xd/mMyMzMxKK100.0420077.31.821.630.840.7810.0720.5a0.0420319.5577.31.591.220.840.7810.0731.5a0.04645.3501.877.31.71.250.840.7810.0742a左截面0.0590.6364.577.31.821.630.840.7810.0752a右截面0.0590.6364.51261.821.630.840.7810.0762.5a0.048209.715

8、4.21261.71.250.840.7810.0773.5a0.046447.9268.21261.71.250.840.7810.0784.5a0.042283.52401261.591.220.840.7810.0795a0.042001261.821.630.840.7810.072.程序流程图3.计算程序#include<stdio.h>#include<math.h>#define PI 3.141592653#define n 2#define sigma_1 300e6 /*正应力的持久极限*/#define tao_1 150e6 /*切应力的持久极限

9、*/#define t 15void main()intm,i;float dt,Myt,Mzt,Mxt,k_sigmat,k_taot,ipxl_sigmat,ipxl_taot,beitat,pusai_taot; /*直径d的单位为m*/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); /*m为需要校核的截面数，即数据的组数*/for(i=0;i<m;i+) /*输入相关的值*/pri

10、ntf("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(&qu

11、ot;%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(&

12、quot;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",&

13、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=&

14、#39;0'Mxi='0'k_sigmai='0'k_taoi='0'ipxl_sigmai='0'ipxl_taoi='0'beitai='0'pusai_taoi='0'/*数组以'0'结尾*/for(i=0;i<m;i+) /*计算n_sigma_tao*/float wanju(float My,floatMz); /*调用求弯矩的函数*/float kwjmxs(float d); /*调用求抗弯截面系数的函数*/float knjmxs(fl

15、oat d); /*调用求抗扭截面系数的函数*/float max_zhengyl(float M,float W); /*调用求最大正应力的函数*/float max_qieyl(float Mx,floatWp); /*调用求最大切应力的函数*/float zhengylaqys(float k_sigma,floatipxl_sigma,floatbeita,floatsigma_max); /*调用求正应力作用下构件的安全工作因数的函数*/float qieylaqys(float k_tao,floatipxl_tao,floatbeita,floatpusai_tao,floatt

16、ao_max); /*调用求切应力作用下构件的安全工作因数的函数*/float wnzhaqys(float n_sigma,floatn_tao); /*调用求弯扭组合作用下构件的安全因数的函数*/Mi=wanju(Myi,Mzi);Wi=kwjmxs(di);Wpi=knjmxs(di);sigma_maxi=max_zhengyl(Mi,Wi); /*计算最大正应力*/tao_maxi=max_qieyl(Mxi,Wpi); /*计算最大切应力*/n_sigmai=zhengylaqys(k_sigmai,ipxl_sigmai,beitai,sigma_maxi); /*计算在单一正应

17、力作用下的安全因数*/n_taoi=qieylaqys(k_taoi,ipxl_taoi,beitai,pusai_taoi,tao_maxi); /*计算在单一切应力作用下的安全因数*/n_sigma_taoi=wnzhaqys(n_sigmai,n_taoi); /*计算在弯扭组合条件下的构件的安全因数*/if(Myi=0&&Mzi=0)n_sigma_taoi=n_taoi;if(Mxi=0)n_sigma_taoi=n_sigmai;Mi='0'Wi='0'Wpi='0'sigma_maxi='0'tao_

18、maxi='0'n_sigmai='0'n_taoi='0'n_sigma_taoi='0'/*数组以'0'结尾*/i=0;while(n_sigma_taoi!='0') /*校核*/printf("校核结论如下:nn");printf("在第%d个截面处n",i+1);printf(" ");if(Myi=0&&Mzi=0)printf("tao_max%d=%gn n_tao%d=%gn n_sigma_ta

19、o%d=%gn",i+1,tao_maxi,i+1,n_taoi,i+1,n_sigma_taoi);elseprintf("sigma_max%d=%gn tao_max%d=%gn n_sigma%d=%gn n_tao%d=%gn n_sigma_tao%d=%gn",i+1,sigma_maxi,i+1,tao_maxi,i+1,n_sigmai,i+1,n_taoi,i+1,n_sigma_taoi);if(n_sigma_taoi>n)printf(" 在第%d个截面处,n_sigma_tao=%f>n=2,满足疲劳强度要求n&q

20、uot;,i+1,n_sigma_taoi);elseprintf(" 在第%d个截面处,n_sigma_tao=%f<n=2,不不满足疲劳强度要求n",i+1,n_sigma_taoi);i+;/*以下是被调用的函数*/*求弯矩的函数，M=sqrt(My*My+Mz*Mz)*/floatwanju(float My,floatMz)return(sqrt(My*My+Mz*Mz);/*求抗弯截面系数的函数,W=1.0/32*PI*pow(d,3)*/floatkwjmxs(float d)return(1.0/32*PI*pow(d,3);/*求抗扭截面系数的函数,

21、Wp=1.0/16*PI*pow(d,3)*/floatknjmxs(float d)return(1.0/16*PI*pow(d,3);/*求最大正应力的函数，sigma_max=M/W*/floatmax_zhengyl(float M,float W)return(M/W);/*求最大切应力的函数，tao_max=Mx/Wp*/floatmax_qieyl(float Mx,floatWp)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)*/floatzhengyl

22、aqys(float k_sigma,floatipxl_sigma,floatbeita,floatsigma_max)floatn_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)*/floatqieylaqys(float k_tao,floatipxl_tao,floatbeita,floatpusai_tao,floattao_m

23、ax)floattao_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)*/floatwnzhaqys(float n_sigma,floatn_tao)floatn_sigma_tao;n_sigma_tao=n_sigma*n_tao/sqrt

24、(n_sigma*n_sigma+n_tao*n_tao);return(n_sigma);4.程序执行结果5.截屏内容：共有几组数据:m=9请输入第1组相关数据:圆轴直径d:0.042弯矩My:0弯矩Mz:0扭矩Mx:77.3正应力的有效应力集中系数k_sigma:1.82切应力的有效应力集中系数k_tao:1.63正应力的尺寸系数ipxl_sigma:0.84切应力的尺寸系数ipxl_tao:0.78表面质量系数beita:1敏感系数pusai_tao:0.07请输入第2组相关数据:圆轴直径d:0.042弯矩My:0弯矩Mz:319.55扭矩Mx:77.3正应力的有效应力集中系数k_sig

25、ma:1.59切应力的有效应力集中系数k_tao:1.22正应力的尺寸系数ipxl_sigma:0.84切应力的尺寸系数ipxl_tao:0.78表面质量系数beita:1敏感系数pusai_tao:0.07请输入第3组相关数据:圆轴直径d:0.046弯矩My:45.3弯矩Mz:501.8扭矩Mx:77.3正应力的有效应力集中系数k_sigma:1.7切应力的有效应力集中系数k_tao:1.25正应力的尺寸系数ipxl_sigma:0.84切应力的尺寸系数ipxl_tao:0.78表面质量系数beita:1敏感系数pusai_tao:0.07请输入第4组相关数据:圆轴直径d:0.05弯矩My:

26、90.6弯矩Mz:364.5扭矩Mx:77.3正应力的有效应力集中系数k_sigma:1.82切应力的有效应力集中系数k_tao:1.63正应力的尺寸系数ipxl_sigma:0.84切应力的尺寸系数ipxl_tao:0.78表面质量系数beita:1敏感系数pusai_tao:0.07请输入第5组相关数据:圆轴直径d:0.05弯矩My:90.6弯矩Mz:364.5扭矩Mx:126正应力的有效应力集中系数k_sigma:1.82切应力的有效应力集中系数k_tao:1.63正应力的尺寸系数ipxl_sigma:0.84切应力的尺寸系数ipxl_tao:0.78表面质量系数beita:1敏感系数p

27、usai_tao:0.07请输入第6组相关数据:圆轴直径d:0.048弯矩My:209.7弯矩Mz:154.2扭矩Mx:126正应力的有效应力集中系数k_sigma:1.7切应力的有效应力集中系数k_tao:1.25正应力的尺寸系数ipxl_sigma:0.84切应力的尺寸系数ipxl_tao:0.78表面质量系数beita:1敏感系数pusai_tao:0.07请输入第7组相关数据:圆轴直径d:0.046弯矩My:447.9弯矩Mz:268.2扭矩Mx:126正应力的有效应力集中系数k_sigma:1.7切应力的有效应力集中系数k_tao:1.25正应力的尺寸系数ipxl_sigma:0.8

28、4切应力的尺寸系数ipxl_tao:0.78表面质量系数beita:1敏感系数pusai_tao:0.07请输入第8组相关数据:圆轴直径d:0.042弯矩My:283.5弯矩Mz:240扭矩Mx:126正应力的有效应力集中系数k_sigma:1.59切应力的有效应力集中系数k_tao:1.22正应力的尺寸系数ipxl_sigma:0.84切应力的尺寸系数ipxl_tao:0.78表面质量系数beita:1敏感系数pusai_tao:0.07请输入第9组相关数据:圆轴直径d:0.042弯矩My:0弯矩Mz:0扭矩Mx:126正应力的有效应力集中系数k_sigma:1.82切应力的有效应力集中系数

29、k_tao:1.63正应力的尺寸系数ipxl_sigma:0.84切应力的尺寸系数ipxl_tao:0.78表面质量系数beita:1敏感系数pusai_tao:0.07校核结论如下:在第1个截面处tao_max1=5.31376e+006n_tao1=26.1407n_sigma_tao1=26.1407在第1个截面处,n_sigma_tao=26.140703>n=2,满足疲劳强度要求校核结论如下:在第2个截面处sigma_max2=4.3933e+007tao_max2=5.31376e+006n_sigma2=3.60755n_tao2=34.5494n_sigma_tao2=3

30、.60755在第2个截面处,n_sigma_tao=3.607550>n=2,满足疲劳强度要求校核结论如下:在第3个截面处sigma_max3=5.27254e+007tao_max3=4.04461e+006n_sigma3=2.81146n_tao3=44.3468n_sigma_tao3=2.81146在第3个截面处,n_sigma_tao=2.811460>n=2,满足疲劳强度要求校核结论如下:在第4个截面处sigma_max4=3.06059e+007tao_max4=3.14949e+006n_sigma4=4.52401n_tao4=44.1041n_sigma_ta

31、o4=4.52401在第4个截面处,n_sigma_tao=4.524013>n=2,满足疲劳强度要求校核结论如下:在第5个截面处sigma_max5=3.06059e+007tao_max5=5.1337e+006n_sigma5=4.52401n_tao5=27.0575n_sigma_tao5=4.52401在第5个截面处,n_sigma_tao=4.524013>n=2,满足疲劳强度要求校核结论如下:在第6个截面处sigma_max6=2.39738e+007tao_max6=5.80252e+006n_sigma6=6.18322n_tao6=30.9116n_sigma_tao6=6.18322在第6个截面处,n_sigma_tao=6.183225>n=2,满足疲劳强度要求校核结论如下:在第7个截面处sigma_max7=5.46319e+007tao_max7=6.59276e+