材料力学课程设计通用模板格式

1吉林大学《材料力学》课程设计说明书题目：传动轴静强度、变形及疲劳强度计算作者姓名：班级：学号：指导教师：数据号：7.6-a-232目录一、设计目的…………………………………………………1二、设计的任务和要求………………………………………X三、设计题目…………………………………………………X四、设计方法…………………………………………………X五、设计结果…………………………………………………X六、分析讨论…………………………………………………X七、程序计算…………………………………………………X八、理论与程序结果对比……………………………………X九、设计结论与展望…………………………………………X3一、设计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，即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的综合运用，又为后续课程学习打下基础，并初步掌握工程设计思想和设计方法，使实际工作能力提高。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，运用材料力学知识解决工程实际问题。3.由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可以吧材料力学知识与专业所需结合起来。4.综合运用所学知识(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.为后续课程的教学打下基础。4二、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，通过计算机给出的计算结果，并完成设计计算说明书。5二、设计题目传动轴静强度，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MPa80，经高频淬火处理，MPaMPaMPa155,300,65011b。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。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（均按直径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要求）。6.对所取数据的理论根据作必要的说明。说明：（1）坐标的选取均按图所示。6（2）齿轮上的力F，除图7-10a中与节圆不相切，其余各图均与节圆相切。（3）表7-11中P为直径为D的带轮传递的功率，P1为直径为D1的带轮传递的功率。G1为小带轮的重量，G2为大轮的重量。1为静强度条件所确定的轴径，以mm为单位，并取偶数。设1.1324321设计计算数据P/kW=13.2P1/kW=8.1n/(r/min)=1000D/mm=800D1/mm=350D2/mm=280G2/N=800G1/N=2607a/mm=600=458三、设计方法传动轴受力简图：yzxFsinαFcosαG13F13F2G2Me3Me1Me2Fy1Fz1Fy2Fz2a2aaa𝑀𝑒2=𝐹2×𝐷2=9549𝑃𝑛=126.0468𝑁∙𝑚𝑀𝑒1=𝐹1×𝐷12=9549𝑃1𝑛=77.3469𝑁∙𝑚M𝑒3=𝐹×√2𝐷24=𝑀𝑒2−𝑀𝑒1=48.6999𝑁∙𝑚∑𝐹𝑦=0𝐹𝑦1+𝐹𝑦2+𝐹𝑠𝑖𝑛𝛼−𝐺1−3𝐹1−𝐺2=0∑𝐹𝑧=0𝐹𝑧1+𝐹𝑧2+3𝐹2−𝐹𝑐𝑜𝑠𝛼=09∑𝑀𝑦=0𝑎𝐹𝑐𝑜𝑠𝛼−4𝑎𝐹𝑧2−5𝑎×3𝐹2=0∑𝑀𝑧=0𝑎𝐹𝑠𝑖𝑛𝛼−(𝐺1+3𝐹1)×3𝑎+𝐹𝑦2×4𝑎−5𝑎𝐺2=0𝐹1=441.9823𝑁𝐹2=315.117𝑁𝐹=491.9433𝑁𝐹𝑦2=2102.4961𝑁𝐹𝑧2=−1094.7246𝑁𝐹𝑧1=497.23𝑁𝐹𝑦1=−64.4056𝑁扭矩图：Mx/N*ma2a2a48.6999126.0468xXOY面：10yxa2aaaFsinα3F1+G1G2`xFQ-64.41283.45-1302.50800111.2257a3.3854ax-38.32301.28480.49ABCMzXOZ面：zxFcos∂3F2aa3a12497.23149.37945.35xFQMyx298.34477.59AC根据强度条件设计等直轴的直径：由已有数学证明可知𝑀合=√(𝑀𝑧2+𝑀𝑦2)由内力图知道危险点为C点的位置𝑀𝐶=√(𝑀𝑧2+𝑀𝑦2)=√(480.492+477.592)=677.468𝑁∙𝑚扭矩𝑀𝐶𝑋=126.05N∙m碳素结构钢为塑性材料，由第三强度理论知：13𝛿𝑟3=1𝑊∙√(𝑀𝐶2+𝑀𝐶𝑋2)≤[𝛿]（塑性材料制成的圆轴，在等弯曲扭转组合变形下使用）32𝜋𝑑3∙√(677.472+126.052)≤80×106d≥0.0444355m≈44.436mm取d=44mm即𝜙1=44𝑚𝑚计算齿轮处轴的挠度（均按直径𝜙1的等直杆计算）由图形互乘法，在xoy平面内，对A点施加一单位力：1Ma4a34a14𝑓𝐴𝑦=∑𝜔𝑖𝑀̅𝑒𝑖𝐸𝐼𝑖𝑛𝑖=1=1𝐸𝐼∙[0.5×38.32×0.5×𝑎2+0.2257×38.32×0.5×0.75×0.2257×23+23×𝑎2−0.5×1.7743×301.28×13(3−1.2257)+13×0.75×𝑎2−0.5×0.3854×301.28×23×0.3854+1−0.38543×0.75×𝑎2+0.5×(1−0.3854)×480.49×13(1−0.3854)3×0.75×𝑎2]=−99.52𝑎2𝐸𝐼=−0.9273×10−3𝑚=−0.9273𝑚𝑚同理，对于xoz面，对A点施加一个单位力151Ma4a34a𝑓𝐴𝑍=∑𝜔𝑖𝑀̅𝑒𝑖𝐸𝐼𝑖𝑛𝑖=1=1𝐸𝐼∙[−298.34×0.5×a×0.5×a−298.34×3a×3𝑎8−(477.59−298.34)×3a×0.5×0.25a]=−477.44𝑎2𝐸𝐼=−4.4486×10−3𝑚=−4.4486𝑚𝑚𝑓=√𝑓𝐴𝑦2+𝑓𝐴𝑧2=√0.92732+4.44862=4.5442𝑚𝑚16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）𝜎𝑏=650𝑀𝑃𝑎,𝜎−1=300𝑀𝑃𝑎,𝜏−1=155𝑀𝑃𝑎磨削轴的表面，键槽均为端铣加工，阶梯轴过渡圆弧r均为2mm，疲劳安全系数n=2已知1.1324321，𝜙1为静强度条件所确定的轴径，以mm为单位，并取偶数。由上面过程确定𝜙1=44𝑚𝑚𝜙2=𝜙11.1=40𝑚𝑚;𝜙3=𝜙21.1=36.364𝑚𝑚;𝜙4=𝜙31.1=33.058𝑚𝑚取𝜙3=38𝑚𝑚;𝜙4=34𝑚𝑚确定校核类型：构件外形的影响：在轴的键槽，轴肩，这些部位容易应力集中，造成疲劳裂纹，相应校核点为1,2,3,4,5,7,8。共七个点。构件尺寸的影响：在静强度相同的条件下，随着试件横截面尺寸的增17大，持久极限相应地降低。大试件中处于高应力状态的晶粒比小试件的多，所以大试件形成疲劳裂纹的机会也就更多。图中相应的校核点为6点。构件表面质量的影响：对图中8个点均造成影响。对于该轴来说，受力特点为弯扭组合交变应力状态。由于转动，故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，但是由于机器的开停，所以扭转切应力时有时无，故扭转切应力可视为脉动循环变化。对于弯曲正应力及循环特征W=𝜋𝑑332𝜎𝑚𝑎𝑥=𝜎𝑚𝑖𝑛=𝑀𝑚𝑎𝑥𝑊𝑟=𝜎𝑚𝑖𝑛𝜎𝑚𝑎𝑥=−1𝜎𝑚=𝜎𝑚𝑎𝑥+𝜎𝑚𝑖𝑛2=0𝜎𝑎=𝜎𝑚𝑎𝑥−𝜎𝑚𝑖𝑛2=𝜎𝑚𝑎𝑥18对于交变扭转切应力及循环特征𝑊𝑃=𝜋𝑑316𝜏𝑚𝑎𝑥=𝑊𝑥,𝑚𝑎𝑥𝑊𝑃𝜏𝑚𝑖𝑛=0𝑟=0𝜏𝑚=𝜏𝑎=𝜏𝑚𝑎𝑥212345678𝐾𝜎1.521.801.551.801.6011.851.80𝐾𝜏1.281.621.301.621.3211.401.62𝘀𝜎0.880.880.880.880.840.840.880.88𝘀𝑟0.810.810.810.810.780.780.810.81β2.52.52.52.52.51.62.52.5弯曲对称循环：𝑛𝜎=𝜎−1𝐾𝜎𝘀𝜎𝜎𝑚𝑎𝑥≥𝑛𝑛𝜏=𝜏−1𝐾𝜏𝘀𝜏𝜏𝑚𝑎𝑥≥𝑛19扭转脉动循环：𝑛𝜎=𝜎𝜎𝜎≥𝑛𝑛𝜏=𝜏𝜏𝜏≥𝑛弯扭组合交变应力下的安全系数：𝑛𝜎𝜏=𝑛𝜎𝑛𝜏√𝑛𝜎2+𝑛𝜏2≥𝑛静载荷安全系数：𝑛𝜎𝜏′=𝜎𝑠𝜎𝑟≥𝑛𝜎𝑟3=√𝜎𝑚𝑎𝑥2+4𝜏𝑚𝑎𝑥2对碳钢扭转变形，取最大敏感系数Ψ𝜏=0.1查表可知45号碳素结构钢的屈服极限𝜎𝑠=355𝑀𝑃𝑎对于8个点进行计算:1.𝑀𝑚𝑎𝑥=√(298.342)2+(38.322)22.𝑀𝑚𝑎𝑥=√298.342+38.3223.𝑀𝑚𝑎𝑥=√(301.28×0.5−0.22570.5−0.2257+1.5)2+[298.34+(477.59−298.34)×16]24.𝑀𝑚𝑎𝑥=√301.282+[(477.59−298.34)×23+298.34]25.𝑀𝑚𝑎𝑥=√[298.34+(477.59−298.34)×56]2+[0.5−0.38540.5−0.3854+0.5×480.49]2206.𝑀𝑚𝑎𝑥=√477.592+480.4927.𝑀𝑚𝑎𝑥=√(477.592)2+(480.492)2经过计算得𝑊𝑧𝑐𝑚3𝑊𝑦𝑐𝑚3𝑊𝑃𝑐𝑚3𝑀𝑚𝑎𝑥N∙m𝑀𝑥,𝑚𝑎𝑥𝑁∙𝑚13.8573.8577.713150.395025.3845.38410.769300.79148.735.3845.38410.769331.50348.746.2806.28012.560515.131126.04756.2806.28012.560456.591126.04768.3598.35916.717677.468126.04775.3845.38410.769338.734126.04785.3845.38410.7690126.047通过c语言编程计算：1点212点223点4点235点246点257点268点27程序：#includestdio.h28#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;/*定义变量*/floatx;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