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1、材料力学课程设计说明书设计题目五种传动轴的静强度、变形及疲劳强度的计算学院专业班设计者学号指导教师-年月-日目录一设计目的3二设计任务和要求4三设计题目4四设计内容6五程序计算18六改进措施21七设计体会22八参考文献22一. 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
2、（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。二.
3、 材料力学课程设计的任务和要求要求参加设计者，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. 材料力学课程设计的题目传动轴的强度、变形及疲劳强度计算6-1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 o=80MPa，经高频淬火处理，其 Ob=650MPa，。j300MPa, t -i=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，要求：1）绘出传动轴的受力简图
4、；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；（按直径勺等直杆计算）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）对所取数据的理论根据作必要的说明。说明：a）坐标的选取均按下图710b所示;b）齿轮上的力F与节圆相切;c）数据表中P为直径D的皮带轮传递的功率，马为直径为q的皮 带轮传递的功率。1取偶数。711传动轴的零件图设计数据表格:P/kWPi/kWn/(r/min)D/mmDi/mmD2/mmG2/NG1/Na/mma( )15070035010080040050030四. 设计内容(1) 绘出传动轴的受力简图I此
5、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：Me N m =9549 ，以及力矩的平 r / min衡：Mx = D = 9549竺=N- mn F = 1200.46 N2 1502M 1x = F1 D1 = 9549 29 = N - m n F = 1054.97 N121501Mx = F-D2 = 9549 踞2.9 = N - m n F = 4710.80 N2150扭矩图X-Y平面:支反力求解:Z Mz =0(3F 1 - G1) - a + F cos a - a 一 F 2 y - 3a + G2 - 4a
6、 = 0代入数据解得:F 2y = 3348.20 N又因为:3F1-G1 + F 1 y - F cos a + F 2 y - G2 = 0F =-1233.44N1 y内力图和弯矩图:X-Z平面:支反力求解Z My = 0-F sin a - a + F 2z - 3a - 3F 2 - 4a = 0代入数据解得:F2 = 5586.97 NF 1z - F sin a + F 2z - 3F 2 = 0代入数据解得：F = 369.81 N内力图和弯矩图:（3）根据强度条件设计等直轴的直径I由弯矩图及扭矩图可以看出来，危险截面可能是B、C、E 三个截面处。其截面处合成弯矩大小如下：B
7、处：Mb = mb 2 + MB 2 =（02 +1382.462 = 1382.46N.mC 处：MC = Mc2 + M： =y 184.912 + 2148.192 = 2156.13N.mE 处：Me =4M2+m2z = s4002 +1800.692 = 1844.58N.m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：b = Jm 2 + Mx2 - M 2 + M 232Larb xb01 56.21mmC处:n(1.1 )32白仞c2 + Mxc201 59.45mmE处:01 62.22mm截面:由题目要求取01= 64 mm444由 41=42=43234=
8、58mm2II再校核42轴是否满足静强度条件。此时需校核P和WMpy = 0 N .mMpz = 691.23N .mMpx = 一 184.62N .mMwy = -900.35N .m Mwz = -200N .mMwx = -420.16N .mMw,max =气:M2wy + M2wz + M2wx = 1013.50N.m Mp,maxax =守=41013.50 血=80MPa 22得4 50.53mm 2取4 = 52mm 58mm2故4之轴满足静强度条件。综上：4 = 64mm1(4) 计算D2轮处轴的挠度E=210GPa兀4 4Iy = Iz = 64在X-Y平面内=4 1
9、(1382.46ax& 214&19-心46、ax2x四 , 214819x 1.68ax土 EI EI323 3222a40010.322a、1 .x 一x 0.32a x xx )=1494.85a 2 = 2.161mm3 2323EI在X-Z平面内1a 2 2a 184.912 0.06 2a 1800.69=(184.91x x x +x 0.18a xx EI 2 3 32232x1.82a x 淄 x 2 a x 1 = 2 =0.404mm233 EI所以：fc = 0TminT =Ta mmax2MT =max JWP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
10、对称 由于机器时开时停，所以扭转1=兀巾316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n = 1b k b 0 maxbT1kFTT aTT mT其中 b = 300MPa-1t 1 = 155MPa=650MPa疲劳强度校核a.传动轴键槽因为该轴键槽为端铣加工，气=650MPa，根据材料力学（机械工业出 版社）P369页图13-10a查得k =1.8，P369页图13-10b查得孔=1.62。因为该轴经高频淬火处理气=650MPa，孔=1.8根据材料力学（机械工 业出版社）P370页表13-4查得p = 2.4。根据材料力学（机械工业出版社）P373页表13-5查得= 0
11、.10Qc截面处。=1.181= 70mm传动轴为优质碳素钢（牌号45），根据材料力学（机械工业出版社）P369页表13-2查得 = 0.78 e = 0.74Mcy = 184.91MmMcz = 2148.19 N .mMcx = -420.16N .mb = . ：M2cy + M2cz =芝扣184.912 + 2148.192 = 64.03MPac max W兀 8 3t c max = = ； x 420.16 = 6.24 MPa pn = 1 =1 q 拘。=4.87 n = 2b与 b1.8 x 64.03e p max 0.78 x 2.4t155n = 1= = 49.
12、08 n = 2t k w /1.62 八八、6.24-t +Wt (+ 0.10) xe p a t m、0.74x 2.42n nn bT4.87 x 49.08=4.85 n = 2n 2 + n 24.872 + 49.082此截面满足疲劳强度要求。Qa截面处8=82 = 58mm传动轴为优质碳素钢（牌号45），根据材料力学（机 械工业出版社）P369页表13-2查得 e = 0.76MAy = MAZ = NmMAx = 184.62N .mMAWpx 184.62 = 4.82 MPa 丸。3155= 65.9 n = 2,1.62 八八、4.82(+ .1) x.76 x 2.42n = 1q kFT a + m T此截面满足疲劳强度要求。械工业出版社）P369页表13-2查得s = .76MFx=42.16 N .mTF , maxMFxWp16兀e 342.16 = 1.97 MPa小=巾2= 58mm 传动轴为优质碳素钢（牌号45），根据材料力学（机Tn =1T k帝 a + mT155= 28.6 n = 2,1.62 八皿、1.97(+ .1) x.76 x 2.42此截面满足疲劳强度要求。b .传动轴阶梯轴e = 64mm e = 58mm阶梯轴过度圆弧r=2mm根据材料力学（机械工业出版社）P368页图13-9a,图13-9c,图1
