材料力学课程设计

材料力学课程设计PAGEPAGE19材料力学课程设计2015-3-29

目录一设计目的…………2二设计题目…………2三设计内容…………3（1）绘出传动轴的受力简图………3（2）传动轴扭矩图和弯矩图………4（3）设计等直轴的直径……………6（4）设计D2轮轴处的挠度………7（5）对传动轴进行强度校核………10四程序计算…………14五改进措施…………17六设计体会…………18七参考文献…………18一.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：使学生的材料力学知识系统化完整化；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；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；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；初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法；为后续课程的教学打下基础。二．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[σ]=80MPa,经高频淬火处理，σb=650MPa,σ-1=300Mpa，τ-1=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：绘出传动轴的受力简图；作出扭矩图和弯矩图；根据强度条件设计等直轴的直径；计算齿轮处轴的挠度（均按直径的等直杆计算）；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）；对所采取数据的理论根据作必要的说明。说明：坐标的选取按图所示；齿轮上的力F与节圆相切；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；为静强度条件所确定的轴径，以mm为单位，并取偶数。表一：设计计算数据P/kWP1/kWN/(r/min)D/mmD1/mmD2/mmG2/NG1/Na/mma(°)6.62.915070035010080040050030图一：传动轴力学图图二：传动轴零件图三．设计内容（1）绘出传动轴的受力简图此传动轴受弯扭组合变形，把各力分解，使每组力只产生一种变形，如图。（2）作扭矩图和弯矩图根据力矩与功率的关系式：{}N·m=9549，以及力矩的平衡：==9549==9549==9549扭矩图=X-Y平面支反力求解：=0代入数据解得：又因为：内力图和弯矩图：X-Z平面支反力求解代入数据解得：代入数据解得：内力图和弯矩图：（3）根据强度条件设计等直轴的直径由弯矩图及扭矩图可以看出来，危险截面可能是D、D1两个截面处。其截面处合成弯矩大小如下：D轮处：N.mD1轮处：N.m根据此两个截面处的扭矩与合成弯矩，分别比较其大小可知，D1截面为危险截面。因为传动轴为受弯扭组合变形的圆轴，所以，由第三强度理论有：即由题目要求取（4）计算D2轮处轴的挠度应用叠加原理来求解D2轮处轴的挠度，则在X-Y平面内如图所示3F1+G1单独作用下=单独作用下G2单独作用下若规定挠度沿坐标轴正方向为正，则在X-Y平面内D2轮处轴的挠度为：在X-Z平面内如图所示单独作用下单独作用下若规定挠度沿坐标轴正方向为正，则在X-Z平面内D2轮处轴的挠度为：综上总挠度(5)对传动轴进行强度计算：由零件图可知，要对此传动轴进行疲劳校核，必须对轴肩处和键槽处进行校核。又则该传动轴受力为弯扭交变应力状态，由于转动，所以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，由于机器时开时停，所以扭转切应力时有时无，可视为脉动循环变化。其中其中正应力是对称循环，切应力是脉动循环，故用以下公式进行疲劳强度校核其中左端轴轴中点为坐标原点（即左支点为原点），建立坐标系，对轴肩处进行校核。疲劳强度校核时查表得代入公式得：此截面满足疲劳强度要求时查表得切应力是脉动循环r=0故此截面不满足疲劳强度要求，需要进行强化，对此传动轴采用高频淬火，此时，取带入公式则此时截面满足疲劳要求。时查表得故此截面不满足疲劳强度要求，需要进行强化，对此传动轴采用高频淬火,取，则此时截面满足疲劳要求。时查表得故此截面不满足疲劳强度要求，需要进行强化，对此传动轴采用高频淬火,取，则此时截面满足疲劳要求。时查表得代入公式得：此截面满足疲劳强度要求键槽处的校核时查表得故此截面不满足疲劳强度要求，需要进行强化，对此传动轴采用高频淬火,取，则此时截面满足疲劳要求。⑦时查表得故此截面不满足疲劳强度要求，需要进行强化，对此传动轴采用高频淬火,取，则此时截面满足疲劳要求。⑧时查表得故此截面不满足疲劳强度要求，需要进行强化，对此传动轴采用高频淬火,取，则此时截面满足疲劳要求。四．程序设计1.求挠度#include<stdio.h>#include<math.h>#defineEI382.200/*定义EI的大小*/main(){doublefxy1,fxy2,fxy3,fxz1,fxz2,fxy,fxz,f,a=0.5;fxy1=1.0/9*4757.77*0.8*a*a*a+4.0/9*4757.77*0.8*a*a*a+1.0/2*4757.77*0.8*a*a*a+1.0/3*4757.77*0.8*a*a*a;fxy2=1.0/3*160*0.8*a*a*a+1.0/2*480*0.8*a*a*a+80*3*a*a*a+128.0/3*a*a*a;fxy3=1.0/3*3768.67*0.8*a*a*a+1.0/3*3768.67*4*0.8*a*a*a;fxy=(fxy1+fxy2+fxy3)/EI;fxz1=1.0/3*1884.36*0.8*a*a*a+1.0/3*1884.36*4*0.8*a*a*a;fxz2=1.0/12*2881.07*0.8*a*a*a+5.0/8*2881.07*0.4*a*a*a+1.0/4*2881.07*1.5*a*a*a+1.0/3*2881.07*0.2*a*a*a;fxz=(fxz1+fxz2)/EI;f=sqrt(fxy*fxy+fxz*fxz);/*求总挠度*/printf("fxy=%5.2m\n\nfxz=%5.f=%5.2}2.疲劳强度校核#include<math.h>#include<stdio.h>#definePI3.14#defineN2 /*定义疲劳安全系数n=2*/#defineB2.4 /*定义并令=2.4*/#definePF0.1 /*定义并令=0.1*/#definea1300000000.0 /*定义σ-1并令σ-1=300MPa*/#definet1155000000.0 /*定义τ-1并令τ-1=155MPa*/floata[8],t[8];/*定义、 */floatw[8],wp[8];/*定义W、Wp*/floatNa[8],Nt[8],Nat[8];/*定义、、*/floatKa[8]={1.80,1.84,1.87,2.35,1.80,1.82,1.82,1.82};/*定义并输入的数值*/floatKt[8]={0,1.47,1.49,1.65,0,1.63,1.63,1.63}; /*定义并输入的数值 */floatEa[8]={0.81,0.78,0.75,0.78,0.81,0.78,0.75,0.78}; /*定义并输入的数值 */floatEt[8]={0,0.74,0.73,0.74,0,0.74,0.73,0.74}; /*定义并输入的数值 */floatd[8]={0.060,0.056,0.060,0.066,0.064,0.060,0.078,0.066}; /*定义并输入d的数值 */floatm[8]={0,184.61,184.61,420.16,0,184.61,420.16,420.16};/*定义并输入My的数值 */floatM[8]={1393.86,3005.04,3441.25,3006.03,1214.26,2787.74,3659.94,2428.53}; /*定义并输入Myz的数值 */main(){inti,count;count=0;for(i=0;i<8;i++) {w[i]=PI*pow(d[i],3.0)/32; /*计算W */ wp[i]=PI*pow(d[i],3.0)/16; /*计算Wp */ a[i]=M[i]/w[i];/*计算 */t[i]=m[i]/wp[i]; /*计算 */Na[i]=a1*Ea[i]*B/(Ka[i]*a[i]); /*计算 */ Nt[i]=t1/(Kt[i]*t[i]/(Et[i]*B)+PF*t[i]);/*计算 */if(a[i]==0)Nat[i]=Nt[i];elseNat[i]=Na[i]*Nt[i]/pow(Na[i]*Na[i]+Nt[i]*Nt[i],0.5); /*计算 */ } for(i=0;i<8;i++) if(Nat[i]<N) {printf("第%d个位置处的疲劳强度不足\n",i+1); count++; /*校核是否满足疲劳强度条件*/ } if(count==0) /*输出程序校核疲劳强度的结果*/printf("\n\n疲劳校核结果:\n\n所有位置疲劳强度均满足要求\n\n"); elseprintf("\n\n疲劳校核结果:\n\n共有%d处的疲劳强度不足\n\n",count);}本次校核是传动轴经高频淬火后的校核，由程序运行结果可知，所有位置的疲劳强度均满足要求，所以轴工作时安全。当轴的工作环境该变时，只需要确定轴在新工作环境下的所受到的扭矩、弯矩以及其他相应参数，在程序相应位置进行重新输入数据，就可以校核轴在新工作环境下的疲劳强度。五．改进措施针对传动轴的强度校核而言，有六个截面处多有不满足疲劳强度要求，可以采取的措施：通过合理选材，改进结构和工艺，表面强化，表面防护，合理操作来提高构件的疲劳强度。就本次设计可以采取在轴肩处加大圆角R，以此减小应力集中对传动轴的影响；还可以通过增大轴径达到提高疲劳强度的目的，但要注意避免尖角。六．设计体会经过这次材料力学的课程设计，对设计中每个数据的查询、计算、校核、处理，加强了对弯矩、挠度、疲劳校核等知识的练习，对于材料力学的知识在复习整理的基础上有了进一步的掌握，奠定了我的专业知识基础和独立设计的基础，为以后的学习、设计以及工作做了一次很好的预习。另外，这次课程设计中综合应用了Word、CAD、MathType、C++、理论力学等一系列的软件知识以及编程知识，在实际应用的过程中提高了自己的能力，对于以后的学习和工作有很大的帮助。在复习以及完成课程设计的过程中也遇到了一些问题，使我认识到了自己在理论学习上的不足，通过老师和同学的帮助，终于独立完成了本次课程设计，虽然过程也比较辛苦，但是收获更多。回顾整个设计过程，深有感触的就是自己在理论联系实际中的不足，在以后的学习生活中，我一定会更加虚心努力的学习，争取在学业上更上一层楼，同时也会更加注意理论与实际的融合，学以致用。最后，谢谢孟老师对我们的辛勤教导。七．参考文献《材料力学》聂毓琴孟广伟主编机械工业出版社《材料力学实验与课程设计》聂毓琴吴宏主编机械工业出版社《计算机绘图实用教程》侯洪生主编科学出版社《机械设计》谭庆昌赵洪志主编高等教育出版社《C程序设计》谭浩强主编清华大学出版社基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发\t"_blan