吉林大学_材料力学_课程设计_传动轴

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题号：7-10-d-17学号：42091201姓名：陈兴鹏指导教师：麻凯2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…………………41，设计计算说明书的要求…………………………42，分析讨论及说明部分的要求……………………53，程序计算部分的要求……………………………5三，设计题目……………………………………………5四，设计过程……………………………………………71，绘制传动轴的受力简图…………………………72，传动轴内力图……………………………………83，根据强度条件设计传动轴直径…………………9五，计算齿轮处轴的挠度………………………………111，y方向挠度………………………………………112，z方向挠度………………………………………13六，阶梯传动轴疲劳强度计算…………………………14七，个人感想……………………………………………29八，参考文献……………………………………………293一，材料力学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设计方法，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知识解决工程实际问题的目的。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、工程图学、理论力学、算法语言、计算机和材料力学等）的综合运用，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：⑴使所学的材料力学知识系统化、完整化。⑵在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际中的问题。⑶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。⑷综合运用以前所学的各门课程的知识（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地联系起来。⑸初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法。⑹为后续课程的学习打下基础。4二，材料力学课程设计的任务和要求参加设计者要系统复习材料力学课程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。1，设计计算说明书的要求设计计算说明书是该题目设计思想、设计方法和设计结果的说明，要求书写工整，语言简练，条理清晰-、明确，表达完整。具体内容应包括：⑴设计题目的已知条件、所求及零件图。⑵画出构件的受力分析计算简图，按比例标明尺寸、载荷及支座等。⑶静不定结构要画出所选择的基本静定系统及与之相应的全部求解过程。⑷画出全部内力图，并表面可能的各危险截面。⑸各危险截面上各种应力的分布规律图及由此判定各危险点处的应力状态图。⑹各危险点的主应力大小及主平面的位置。⑺选择强度理论并建立强度条件。⑻列出全部计算过程的理论依据、公式推导过程及必要的说明。⑼对变形及刚度分析要写明所用的能量法计算过程及必要的内力图和单位力图。⑽疲劳强度计算部分要说明循环特征，бmax，бmin，r，бm，бa的计算，5所查各系数的，ｋ,ε，β依据，疲劳强度校核过程及结果，并绘出构件的持久曲线。2，分析讨论及说明部分的要求⑴分析计算结果是否合理，并讨论其原因、改进措施。⑵提出改进设计的初步方案及设想。⑶提高强度、刚度及稳定性的措施及建议。3，程序计算部分的要求⑴程序框图。⑵计算机程序（含必要的说明语言及标识符说明）。⑶打印结果（数据结果要填写到设计计算说明书上）。三，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[σ]=80MPa，经高频淬火处理，σb=650MPa，σ-1=300MPa，τ-1=155MPa。磨削轴的表面，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。61.传动轴力学简图2.传动轴零件图3.设计计算数据P/kWP1/kWn/（r/min）D/mmD1/mmD2/mmG2/NG1/Nɑ/mmα(°)25.78.125080035024080040040045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。75.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.对所选数据的理论依据作必要的说明。四，设计过程1，绘制传动轴的受力简图根据已知条件，将轴受力情况进行简化，如下图示：传动轴受力简图其中，Me3=F2×2D=9549P/nMe2=F1×2D1=9549P1/nMe1+Me2=Me3Me1=Fy1×2D2Fy1=FCosαFz1=FSinα由上式可解得：F=7922.1N8Fy1=5601.8NFz1=5601.8NF1=1768NF2=2454NMe1=672.2N·mMe2=309.4N·mMe3=981.6N·m2，传动轴内力图（1）求支座反力FyB=5182.8NFyA=6923NFzA=5953.8NFzB=7010N（2）作内力图弯矩图19弯矩图2扭矩图3，根据强度条件设计传动轴直径由传动轴内力图可知，传动轴上可能的危险截面为C、D截面右截面，E截面左截面，所以以三个截面出发设计轴的直径。Ⅰ.C截面右截面W=3233σr3=22)(4WMMpMe）（=W1222MeMzMy≤[σ]10由上解得：φ3≥77.9mmⅡ.D截面右截面W=σr3=22)(4WMMpMe）（=W1222MeMzMy≤[σ]由上解得：Φ1≥84.7mmⅢ.E截面左截面W=3233σr3=22)(4WMMpMe）（=W1222MeMzMy≤[σ]由上解得：Φ3≥77.3mm又由Φ1/Φ2=Φ2/Φ3=1.1得：Φ1≥94.3mm故可取Φ1=94mm11五，计算齿轮处轴的挠度1，y方向挠度（1）画出传动轴在单个力作用下的内力图Fy1单独作用下的内力图3F1+G1单独作用下的内力图12G2单独作用下的内力图（2）加单位力后轴的内力图13（3）计算过程（图乘法）E=200GPa6441zyII此时可以利用图形互乘法求齿轮处该轴沿y轴方向的挠度mmMaMMaMMMaMMaMMMaMMaMEIfEyEyDyEyByDyByByzy8.2]6121125)(2183322)(214323221[1m2，z方向挠度（1）画出传动轴在单个力作用下的内力图Fz1单独作用下的内力图3F2单独作用下的内力图14（2）加单位力后轴的内力图（3）计算过程（图乘法）E=200GPa6441zyII此时可以利用图形互乘法求齿轮处该轴沿z轴方向的挠度mmMaMMaMMMaMMaMEIfEzBzEzBzBzyz2.2]6121213)(218533221[1所以：mmmmfffzy56.32.28.22222六，阶梯传动轴疲劳强度计算由于疲劳强度校核需校核多个截面，故可利用利用C语言程序进行疲劳强度计算，程序框图如下：15开始根据提示输入各参数是否进行疲劳强度校核？Me是否为零？是否结束否计算nσ、nτ、nστ、n'στ计算nσ、n'στ判断是否满足疲劳强度，并输出询问是否进行下一疲劳强度校核16程序如下：#includestdio.h#includemath.h/*全局变量*/#definePI3.14/*宏定义*/voidmain()/*主函数*/{floatd1,M,W,zylMax,zylMin,r1,Me,Wp,qylMax,qylMin,qylA,qylM,r2,Kzyl,Kqyl,Ezyl,Eqyl,ccxs,Yqyl;floatzyl,qyl,n1,n2,n12,n3,zylS,zylR3,n;charkey;floatx;/*定义变量*/printf(是否进行疲劳强度校核？输入Y/N\n);scanf(%c,&key);while(key=='Y'||key=='y')/*循环，判断条件*/{printf(输入需校核平面距y轴距离为a的倍数\n);scanf(%f,&x);printf(输入该截面对应轴的直径(单位cm)\n);scanf(%f,&d1);printf(输入该截面的弯矩：\n);scanf(%f,&M);printf(输入该截面的扭矩：\n);scanf(%f,&Me);17printf(输入Kσ,Kτ：\n);scanf(%f,&Kzyl);scanf(%f,&Kqyl);printf(输入εσ,ετ：\n);scanf(%f,&Ezyl);scanf(%f,&Eqyl);printf(输入β：\n);scanf(%f,&ccxs);printf(输入ψτ：\n);scanf(%f,&Yqyl);printf(输入σ-1：\n);scanf(%f,&zyl);printf(输入τ-1：\n);scanf(%f,&qyl);printf(输入屈服强度σs：\n);scanf(%f,&zylS);printf(输入n：\n);scanf(%f,&n);if(Me!=0)/*扭矩不为零时*/{W=PI*d1*d1*d1/32;zylMax=M/W;zylMin=0-zylMax;18r1=-1;Wp=PI*d1*d1*d1/16;qylMax=Me/Wp;qylMin=0;r2=0;qylA=qylM=qylMax/2;n1=zyl/(Kzyl*zylMax);n1=n1*Ezyl*ccxs;/*计算nσ*/n2=qyl/(Kqyl*qylA/(Eqyl*ccxs)+Yqyl*qylM);/*计算nτ*/n12=n1*n2/sqrt(n1*n1+n2*n2);/*计算nστ*/zylR3=sqrt(zylMax*zylMax+4*qylMax*qylMax);n3=zylS/zylR3;/*计算n'στ*/printf(nσ=%f\n,n1);printf(nτ=%f\n,n2);printf(nστ=%f\n,n12);printf(n'στ=%f\n,n3);if(n12n){printf(nστn\n);printf(该截面(x=%2.1fa)满足疲劳强度要求\n,x);}elseif(n12n){printf(nστn\n);19printf(该截面(x=%2.1fa)不满足疲劳强度要求\n,x);}else{printf(nστ=n\n);printf(该截面(x=%2.1fa)满足疲劳强度要求\n,x);}if(n3n){printf(n'στn\n);printf(该截面(x=%2.1fa)满足静强度要求\n,x);}elseif(n3n){printf(n'στn\n);printf(该截面(x=%2.1fa)不满足静强度要求\n,x);}else{printf(n'στ=n\n);printf(该截面(x=%2.1fa)满足静强度要求\n,x);}if(n12=n&&n3=n)printf(该截面(x=%2.1fa)满足强度要求\n,x);elseprintf(该截面(x=%2.1fa)不满足强度要求\n,x);20printf(\n);}else/*扭矩为零时*/{W=PI*d1*d1*d1/32;zylMax=M/W;zylMin=0-zylMax;r1=-1;n1=zyl/(Kzyl*zylMax);n1=n1*Ezyl*ccxs;printf(nσ=%2.1f\n,n1);if(n1=n){printf(nσn\n);printf(该截面(x=%2.1fa)满足疲劳强度要求\n,x);}else{printf(nσn\n);printf(该截面(x=%2.1fa)不满足疲劳强度要求\n,x)