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1、- 1 - 1 材料力学课程设计的目的 本课程设计的目的是在于系统学完材料力学之后，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，独立地计算 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工程实 际问题之目的。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；既把以前所学的知识 （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）综合运用，又为后继课程（机械设计、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
2、学生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 和专业需要结合起来； 4综合运用了以前所学的个门课程的知识（高数、制图、理力、算 法语言、计算机等等）使相关学科的知识有机地联系起来； 5初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法； 6为后继课程的教学打下基础。 2材料力学课程设计的任务和要求 - 2 - 要求参加设计者，要系统地复习材料力学的全部基本理论和方 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，列出理论依据和导出计算公式，独立编制
3、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。 3材料力学课程设计题目 传动轴的强度、变形及疲劳强度计算 3-1 设计题目 传动轴的材料为优质碳素结构钢（牌号45），许用应力为= 80MPa，经高频淬火处理，=650MPa,1=300MPa,1=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2，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的直径； 4) 计算齿轮处轴的挠度；（按直径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）； 6) 对所
4、取数据的理论根据作必要的说明。 说明： 1) 坐标的选取均按下图61所示； 2) 齿轮上的力F与节圆相切； - 3 - 3) 数据表中 P 为直径 D 的皮带轮传递的功率，P1为直径为 D1 的皮 带轮传递的功率。G1为小带轮的重量，G2为大带轮的重量。本次课 程设计采用第 1 组数据。 3-2 传动轴的零件图 1 为静强度条件所确定的轴径，尺寸最后一位数准确到 mm，并 取偶数。 设 1 2 = 2 3 = 3 4 =1.1 4.材料力学课程设计的具体设计方案 4-1绘出传动轴的受力简图 P kW P1 kW n r/min D mm D1 mm D2 mm G2 N G1 N a mm 5
5、.9 2.9 200 800 400 200 1000 600 400 20 - 4 - 首先对如图所示传动轴进行受力分析，轴共受 7 个力作用，分 别为皮带轮 D 对传动轴的力2和 22，皮带轮1对传动轴的力1 和 21，齿轮2对传动轴的力 F，还有皮带轮 D 的重力2和皮带轮 1的重力 G1，由受力分析可知，支座 A，B 处受到两个方向上的约 束反力。受力简图如下图所示: 4-2作扭矩图和弯矩图 1.求支反力 1)在 XOY 面上传动轴受力简图如下 由己知条件可以求出: M1=9549 P 1 =138.46 Nm - 5 - 2=9549 = 281.70 Nm (方向M1与M2相反)
6、根据扭矩平衡可知: M+1+2 = 0 可得:M= 2-M1=143.24 Nm 又有: 1=1 1 2 2= 2 2 M= 2 2 求出: 1=692.3N 2=704.25N F=1432.4N 根据受力平衡关系，可列平衡方程: ()=31+1cos+BY324=0 =31+1cos2=0 联立两式，可得:=1405.19N =2274.31N 2)在XOZ面上，传动轴的受力简图如下: 根据受力平衡，可列平衡方程: ()= sin324+3=0 = +sin32=0 - 6 - 联立两式，可得：= 377.64N，= 2274.31N 2.和弯矩图和扭矩图 - 7 - 4-3.根据强度条件
7、设计等直轴的直径 1. 确定危险截面 I I II II IIIIII - 8 - 比较截而I、II、III的合成弯矩大小: =1628.24Nm =619.442+ 151.062 =637.6 Nm =400 + 845.12 =934.98 N.m 由计算可知III截面的合成弯矩最大，根据扭矩图可知III截面的扭矩 也是最大，所以传动轴的危险截面在III截面。 2.根据强度条件设计直径 此题为圆轴弯扭组合变形，而传动轴的材料是碳素钢，是塑性材 料，则适用第三强度理论。 3= 1 2 + 2+ 2 第三强度理论公式： = 3 32 dIII 322+2+2 3 =281.70Nm =845
8、.1 Nm =400 Nm - 9 - 由上述子式可以得出：dIII 49.9mm 因为1必须取整数，所以半径dIII =50mm,即1=50mm 3.校核传动轴不同直径各段的强度; 校核2的强度 由1 2 =1.1得2 =45.45mm 则2取45mm 或46mm 校核2 = 45mm 左端最大弯矩为590.76 2 =295.38Nm，扭矩为138.46Nm， 则2+ 2+ 2=326.22Nm 右端最大弯矩为2002+ 422.552 =467.49Nm，扭矩为 281.70Nm 则2+ 2+ 2=545.81 Nm 取右端 根据第三强度理论 3= 1 2 2 + 22+ 22 解得 3
9、=61.01MPa #include int main() int d; float p = 3.14; float a8; float t8; float Na8; float Nt8; float Nat8; float Nat28; float s = 353; float beta = 2.4; float psi = 0.1; float sigma = 300; float tau = 155; float Ka8 = 1.82, 1.75, 1.80, 1.82, 1.85, 1.80, 1.75, 1.82 ; float Kt8 = 1.63, 1.43, 1.45, 1.6
10、3, 1.47, 1.45, 1.43, 1.63 ; float Ea8 = 0.84, 0.84, 0.84, 0.81, 0.81, 0.84, 0.84, 0.84 ; float Et8 = 0.78, 0.78, 0.78, 0.76, 0.76, 0.78, 0.78, 0.78 ; float Myz8 = 0, 295.38, 609.80, 637.59, 238.26, 687.09, 467.49, 0 ; float Mx8 = 138.46, 138.46, 138.46, 281.70, 281.70, 281.70, 281.70, 281.70, ; int
11、i, j; for (i = 0; i 2 else printf(“该截面不安全n“); printf(“*nn“); C程序运行结果截图 - 18 - - 19 - - 20 - 6.心得体会 首先，必须承认课程设计对我们是有极大的益处的，它就好比 是对一个实际的小工程的理论实践，让我们对材料力学及相关学科 有了更深刻，广泛的了解。 着手计算之前对书本的复习巩固了我们的理论知识，着手开 算，锻炼了我们应用知识的能力。对题目的思考需要逻辑能力，数 据的计算需要耐力，这都是工科生必须具备的。题目设计完毕后编 成文档又让我们熟悉和学习了 word 的运用。编程部分让我们学习的 C 语言派上了用场。 设计中也会遇到问题，应用网络和向老师与同学求助，拓宽了 我们的视野，也锻炼了解决问题的能力。而问题解决后的成就感也 油然而生。理论的奥妙之处与计算机的博大精深结合，在工程上发 挥作用，堪称是一件完美的事。我们的兴趣也因之大大提高。 这百利而无一害的事，是不是应该多做呢。可以在教学中适当 的降低难度，让理论即刻得到应用，是多么美妙的一件事。而老师 与学校也应加大重视，把这当成是学生离开学校前的实战，让它历 练出更优秀的学生。
