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1、题 目 五种传动轴设计 C 轴姓 名 曲智铎所在学院 汽车学院专业班级 421314学 号 42131422目录:一、课程设计的目的4二、课程设计的任务和要求.4三、题目.4四、设计计算数据表5五、受力简图及轴径选择.5六、计算挠度9七、疲劳校核11八、心得体会16九、matlab 程序17一、课程设计的目的本课程设计是在系统学完材料力学课程之后，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，以达到综合利用材料力学知识解决工程实际问题的目的。同时，可以是同学将材料力学的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、
2、工程图学、理论力学、算法语言、计算机和材料力学等）的综合应用，又为后续课程（机械设计、专业课等）的学习打下基础，并初步掌握工程设计思想和设计方法，使实际工作能力有所提高。具体有以下六项：1.使所学的材料力学知识系统化、完整化。2.在系统全面复习的基础上，运用材料力学解决工程实际中的问题。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.综合运用以前所学的各门课程知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机等），使相关学科的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设计方法。6.为后续课程的教学打下基础。二、课程设计的任务和要求参加设计
3、者要系统复习材料力学课程的全部的基本理论和方法，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，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。三、题目（C 传动轴静强度、变形及疲劳强度计算）传动轴的材料均为优质碳素结构钢（牌号 45），许用应力=80MPa，经高频淬火处理，b=650MPa，-1=300MPa，-1=155MPa。磨削轴的表面，键槽断面均为端铣加工，阶梯轴过渡圆弧r 均为2mm，疲劳安全系数n=2。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。4.计算齿轮处轴的挠度（均按直径
4、1的等直杆计算）。5.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.对所取数据的理论根据作必要的说明。说明：（1）齿轮上的力F 均与节圆相切。（2）P 为直径为D 的带轮传递的功率， P1为直径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。传动轴简图41234aa2aa传动轴零件图1为静强度条件所确定的轴径，以mm 为单位，并取偶数。设3122431.1 四、设计计算数据表/MPab/MPa-1/MPa-1/MPa过度圆弧r/mm疲劳安全系数n8065030015522五、受力简图及轴径选择P/kWP1/kWn/(r/min)D/mmD1/
5、mmD2/mmG2/NG1/Na/mm/25.78.125080035024080040040045.Mx1=9549*P1/n=309.4N*m Mx2=9549*P/n=981.7N*mMx2=Mx1+MxMx=Mx2-Mx1=672.3N*m即可得扭矩图：F=Mx/(D2/2)=5602.3NF1=Mx1/(D1/2)=1768NF2=Mx2/(D/2)=2454.3NFy=F cos=3961.4NFz=F sin=3961.4N根据叠加法作弯矩图：对于xy 平面Fy单独作用时弯矩如图：G1+3F1单独作用时弯矩如图：受力简图Fya=1584.6672.27981.7)3(32 11F
6、Ga1521G2单独作用时弯矩如图：对于xz 平面Fz 单独作用时弯矩如图：3F2单独作用时弯矩如图：xy 方向的力产生z 方向的弯矩：Mz=MFy+MG1+3F1+MG2779.5G2a=3203F2a=2945.3Fza=1584.6xz 方向的力产生y 方向的弯矩：My=MFz+M3F2用 matlab 作出 My与 Mz的合成力矩|Myz|图进行定性分析可知4a 处|Myz|最大，故先设计4a 处的直径1 =2962.3N*m 22 444ayzayazMMMM4ax=981.7N*m等直轴由第三强度理论得22 r3441 ayzaxMMW3 32Wd故1584.6320.02962.
7、322412077.42610.61584.6294522 44332 ayzaxMMd = 73.5mm 取 1 = 80.8mm（取73.5mm 时3a 处不符合强度要求）由算出：3122431.1 2=73.5mm，3=66.8mm，4=60.7mm由公式 校核22 r3x1 yzMMW2a 处校核：356 rMPa3a 处校核：369 rMPa4a 处校核：360 rMPa强度满足要求。由AutoCAD 简单绘画所得图像：六、计算挠度使用图形互乘法计算挠度，将 Mz分割为六份分别计算1584.6779.5320.0a2.3425a3.71a1234 561将 My分割为四份分别计算由图
8、形互乘法计算挠度，查得 45 号钢的弹性模量 E=210GPa由 ，和 _1iniciiMEI 644I22 AzAyAfff得fAy=0.459mmfAz=1.305mmfA = 1.384mm1584.62945789101七、疲劳校核1) 校核的相关数据b=650MPa，-1=300MPa，-1=155MPa，过渡圆弧r=2mm，安全系数n=2。2) 校核类型的确定校核的轴有键槽、轴肩，这些部位易引起应力集中，故易形成疲劳裂纹，故需要校核。共七处。由传动轴的工作特点知，其处于弯扭组合的交变应力状态，其中弯曲正应力按对称循环变化，切应力按脉动循环变化。对于弯曲正应力max maxmin z
9、M W maxmin1r maxmin 2mmaxmin 2a交变扭转切应力及其循环特征,max maxxpMWmin0maxmin 2mmaxmin 2a12345673) 根据传动轴的材料为碳素结构钢（牌号 45），经高频淬火处理，b=650MPa，磨削轴的表面，键槽断面为端铣加工，阶梯轴过渡圆弧 r为 2mm，查表得1234567k1.801.791.821.801.852.271.80k1.631.451.471.631.491.641.630.780.780.780.750.750.780.780.740.740.740.730.730.740.742.42.42.42.42.52.
10、82.40.10.10.10.10.10.10.14) 相关计算公式弯曲对称循环： 1maxnk 扭转脉动循环： 1amnk 弯扭组合交变应力下的安全系数： 22n nn nn 5) 各点校核1.对于 1 点，Wz=43/32=21.97cm3，Wp=43.94cm3该点弯矩为 0，受扭转切应力，为扭转脉动循环。max=Mx,max/Wp=15.3MPamin=0m=(max+min)/2=7.65MPaa=(max-min)/2=7.65MPa点值系数1amnk =19.92故满足疲劳条件。2.对于 2 点，Wz=21.97cm3,Wp=43.94cm3该点受弯曲正应力和扭转切应力。zWMm
11、axminmax=51MPa1maxnk =6.2,max maxxpMW=15.3MPamin=0m=(max+min)/2=7.65MPaa=(max-min)/2=7.65MPa1amnk =22.122n nn nn =5.92故满足疲劳条件。3.对于 3 点，Wz=d33/32=29.24cm3，Wp=58.49cm3该点受弯曲正应力和扭转切应力。zWMmaxminmax=70.6MPa1maxnk =4.4,max maxxpMW=11.5MPamin=0m=(max+min)/2=5.75MPaa=(max-min)/2=5.75MPa1amnk =29.122n nn nn =
12、4.32故满足疲劳条件。4.对于 4 点，Wz=23/32=38.92cm3，Wp=77.85cm3该点受弯曲正应力和扭转切应力。zWMmaxminmax=67.1MPa1maxnk =4.5,max maxxpMW=8.6MPamin=0m=(max+min)/2=4.3MPaa=(max-min)/2=4.3MPa1amnk =34.822n nn nn =4.442故满足疲劳条件。5.对于5 点，Wz=23/32=38.92cm3，Wp=77.85cm3该点受弯曲正应力和扭转切应力。zWMmaxminmax=70.1MPa1maxnk =4.3,max maxxpMW=12.6MPami
13、n=0 m=(max+min)/2=6.3MPaa=(max-min)/2=6.3MPa1amnk =26.822n nn nn =4.282故满足疲劳条件。6.对于6 点，Wz=43/32=21.97cm3，Wp=43.94cm3该点受弯曲正应力和扭转切应力。zWMmaxminmax=67.4MPa1maxnk =4.3,max maxxpMW=22.3MPamin=0m=(max+min)/2=11.2MPaa=(max-min)/2=11.2MPa1amnk =15.622n nn nn =4.12故满足疲劳条件。7.对于 7 点，W=43/32=21.97cm3，Wp=43.94cm3
14、该点不受弯曲正应力，只受扭转切应力，因此为扭转脉动循环。max=Mx,max/Wp=22.3MPamin=0 m=(max+min)/2=11.2MPa a=(max-min)/2=11.2MPa1amnk =13.632故满足疲劳条件。综上，该轴满足疲劳强度条件。八、心得体会通过本次课程设计，我复习了材料力学的知识，加深了对零件设计和校核过程的理解。在设计过程中，我使用了AutoCAD，MATLAB 等一系列软件，体会到了机算机以及机算机软件对于零件设计乃至机械设计的重要性，认识到机械设计需要有跨专业知识，今后要继续在加深专业学习的同时， 一定要学习一些其它专业的知识，为今后的学习和工作奠定良好的基础。九、MATLAB 程序%axle_c.m degree=pi/180; p=25.7; p1=8.1; n=250; d=800/1000; d1=350/1000; d2=240/1000; g2=800; g1=400; a=400/1000;alpha=45*degree; sigma=80*1000000; sigma_1=300; tau_1=155;fprintf(请输入:n);p=input(P/Kw=); p1=input(P1/Kw=); n
