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1、材料力学课程设计 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
2、，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：1. 使学生的材料力学知识系统化完整化；2. 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；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. 综合运用以前所学习的各门课程的知识，使相关学科的只是有机的联系起来；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 =80MPa,经高频淬火处理，b
3、=650MPa,-1 =300Mpa，-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：1. 绘出传动轴的受力简图；2. 作出扭矩图和弯矩图；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（均按直径的等直杆计算）；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. 对所采取数据的理论根据作必要的说明。说明：1. 坐标的选取按图所示；2. 齿轮上的力F与节圆相切；3. 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；4.
4、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：Nm =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
5、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
6、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
7、=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。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
8、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。四程序设计1. 求挠度#include#include#define EI 382.200 /* 定义EI的大小 */main()double fxy1,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*
9、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)/E
10、I;f=sqrt(fxy*fxy+fxz*fxz); /* 求总挠度 */ printf(fxy=%5.2mnnfxz=%5.2mmnn f=%5.2mmn,fxy,fxz,f); 2. 疲劳强度校核#include#include#define PI 3.14#define N 2/* 定义疲劳安全系数n=2 */#define B 2.4/* 定义 并令 =2.4 */#define PF 0.1/* 定义 并令 =0.1 */#define a1 300000000.0/* 定义-1并令-1=300MPa */#define t1 155000000.0/* 定义-1并令-1=155MP
11、a */float a8,t8; /* 定义、 */float w8,wp8; /* 定义W、Wp */float Na8,Nt8, Nat8; /* 定义、 */float Ka8=1.80,1.84, 1.87,2.35,1.80,1.82,1.82,1.82; /* 定义并输入 的数值 */float Kt8=0,1.47,1.49,1.65,0,1.63,1.63,1.63;/* 定义并输入的数值 */float Ea8=0.81,0.78,0.75,0.78,0.81,0.78,0.75,0.78;/* 定义并输入的数值 */float Et8=0,0.74,0.73,0.74,0,0.74,0.73,0.74;/* 定义并输入的数值 */float d8=0.060,0.056,0.060,0.066,0.0
