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1、教学号：教学号： 答辩成绩：答辩成绩：设计成绩：设计成绩：材料力学课程设计材料力学课程设计设计计算说明书设计计算说明书设计题目：设计题目：车床主轴设计车床主轴设计 题号题号: : 7 78 81212 教学号教学号: : 姓名：姓名： 指导教师：指导教师： 完成时间：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-13 1. 根据第三强度理论校核-15 2. 根据刚度进行校核-16 3. 疲劳强度校核-19六、
2、循环计算程序-19七、 课程设计总结-26一、设计目的一、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
3、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
4、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（
5、=420，=240） 。1aMP1aMP3、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：)()(m/MPa/ mfD/ mfE/ radc/ 20100.54101503.34103.54100.0028注意：设计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。表表 2 2：（设计计算数据表：（设计计算数据表1212）1l/m2l/m3l/mA/mB/mR/m() n/(r/min)P/kwDdyHF/NZHF/N120.160.480.150.120.160.12455005
6、.40.7040002500图一：图一：一、一、对主轴静定情况校核对主轴静定情况校核由公式可知 Me=9549= =103.13Nmin/rkw np9549 5.4 500mF = =859.41Nt103.13 0.12由斜齿轮受力分析得： F =317.59Nrttan cosF 859.41 0.364 0.985则有：F=F sin-F cos=383.12NyEtrF=F cos+F sin=832.26N ZEtrF b= Fb=40000.16=640N m yHyF b= Fb=2500 0.16=400N m ZHz由图 1 受力分析求支座反力 F、F、F、F：AyAzCy
7、Cz= F(L +L )+Fa-640- F L =0 )(FMCzAy12Eyy3F=2091.30NAy= F(L +L )+ F(L +L -a)+640+ F ( L +L +L )=0)(FMAzCy12Ey12y123F=-6241.32NCy= F(L +L )+ Fa+400+ F L =0 )(FMCyAz12ZEZ3F=-1157.53NAz= F(L +L )+ F(L +L -a)-400- F( L +L +L )=0 )(FMAyCz12Ez12z123F=2681.14NCz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
8、危险点且：Mc=1574.19N m 227041408 Me=81.17N m1.1.根据第三强度理论校核：根据第三强度理论校核：且 WMer223Mc )1 (3243DW代入数据解得： Dm139. 52102.2.由刚度对轴进行校核：由刚度对轴进行校核：利用图乘法对各点进行刚度校核： nicii EIM11)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Dyf149. 078.25714. 021128. 03222.115055. 0211 EI3216. 070416. 02122.115014. 016. 0128. 021EI89.67 2116
9、. 016. 0704EIEIfDz99.3616. 03235216. 02108. 035216. 069. 03214. 055. 0 64.63670414. 02169. 062. 016. 064.63614. 0128. 03264.63655. 0211 E=21022 DzDyDfffEI63.78mfD4103 . 3Pa910I= 44403. 0)1 (64DDm494 103 . 303. 01021063.78D2 21084. 7D2) 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 EIEIfEy63.4122.115014081
10、4. 021140. 03122.115014. 0140. 0211EIEIfEz80.2214. 03164.63670414. 02114. 064.63614. 02164.6363214. 055. 0211即：46.4722 EEzEyEfEIfff4 49105 . 303. 01021046.47D解得：D3m21081. 63）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：EIEIcy39.495 114. 0)22.11501408(21155. 022.1150211EIEICz92.268 114. 0)70464.636(21164.63655
11、. 0211即：0028. 067.56322CczcyCEI0028. 003. 01021067.56349D解得：m4D21052. 7综上所述：D=maxD 、D 、D 、D =7.84m1234210当 D= 6.97m 时，计算 B 点的实际位移：（应用图乘法）210128. 052. 007. 0 2122.115014. 052. 038. 03114. 0128. 038. 022.115019. 055. 038. 052. 033. 0128. 038. 022.115055. 017. 055. 017. 017. 03222.1150128. 0211 EIfBy=E
12、I06.25128. 052. 014. 0312164.63670414. 0128. 052. 007. 064.63614. 0128. 052. 038. 03114. 064.63655. 038. 019. 052. 019. 014. 0128. 064.63655. 017. 038. 055. 017. 0128. 03264.63617. 0211EIfBz=-EI50.17mEIfffBzByB4 429221028. 1)1084. 7(03. 01021057.3057.30 3.3.疲劳强度校核疲劳强度校核: :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：3643 1032.32)1 (32mD由弯矩 M 不变可知该循环为对称循环，则有：MPaPaWM68.401032.3264.63622.1150622minmaxMPaPaWMPX26. 11065.6417.816max查表确定铣加工的键槽危险截面处疲
