1、完整版 吉林大學(xué)材料力學(xué)課程設(shè)計 傳動軸 課 程 設(shè) 計 說 明 書 材料力學(xué)課程設(shè)計設(shè)計題目： 五種傳動軸強(qiáng)度、變形及疲勞強(qiáng)度計算指導(dǎo)教師：設(shè)計者：學(xué)號：院系：機(jī)械科學(xué)與工學(xué)院專業(yè)：機(jī)械工程及自動化序號：69題號：7.6 圖7-10 e數(shù)據(jù)號：6 2021.10.13材料力學(xué) 課程設(shè)計 - 1 - 目錄 設(shè)計目的2 設(shè)計任務(wù)及要求.3 設(shè)計題目 5 傳動軸受力簡圖7 彎矩扭矩圖.9設(shè)計等軸的直徑.13計算齒輪處軸的撓度.14 階梯傳動軸進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算16數(shù)據(jù)說明20設(shè)計感想.21上機(jī)程序及計算結(jié)果截圖.22 - 1 -材料力學(xué) 課程設(shè)計 - 2 - 一、材料力學(xué)課程設(shè)計的目的 本課程設(shè)計是

2、在系統(tǒng)學(xué)完材料力學(xué)課程之后，結(jié)合工程實(shí)際中的問題，運(yùn)用材料力學(xué)的根本理論和計算方法，獨(dú)立地計算工程中的典型零部件，以到達(dá)綜合運(yùn)用材料力學(xué)知識解決工程實(shí)際問題的目的。同時，可以使學(xué)生將材料力學(xué)的理論和現(xiàn)代計算方法及手段溶為一體，即從整體上掌握了根本理論和現(xiàn)代的計算方法，又提高了分析問題，解決問題的能力；即是對以前所學(xué)知識高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計算機(jī)和材料力學(xué)等的綜合運(yùn)用，又為后續(xù)課程機(jī)械設(shè)計、專業(yè)課等的學(xué)習(xí)打下根底，并初步掌握工程設(shè)計思想和設(shè)計方法，使實(shí)際工作能力有所提高。具體有以下六項：1. 使所學(xué)的材料力學(xué)知識系統(tǒng)化、完整化。2. 在系統(tǒng)全面復(fù)習(xí)的根底上，運(yùn)用材料力學(xué)知識解

3、決工程實(shí)際中的問題。3. 由于選題力求結(jié)合專業(yè)實(shí)際，因而課程設(shè)計可以把材料力學(xué)知識與專業(yè)需求結(jié)合起來。4. 綜合運(yùn)用以前所學(xué)的各門課程的知識高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計算機(jī)等，使相關(guān)學(xué)科的知識有機(jī)地聯(lián)系起來。5. 初步了解和掌握工程實(shí)踐中的設(shè)計思想和設(shè)計方法。6. 為后續(xù)課程的教學(xué)打下根底。 - 2 -材料力學(xué) 課程設(shè)計 - 3 -二、材料力學(xué)課程設(shè)計的任務(wù)和要求 參加設(shè)計者要系統(tǒng)復(fù)習(xí)材料力學(xué)課程的全部根本理論和方法，獨(dú)立分析、判斷設(shè)計題目的條件和所求問題，畫出受力分析計算簡圖和內(nèi)力圖，理出理論依據(jù)并導(dǎo)出計算公式，獨(dú)立編制計算程序，通過計算機(jī)給出計算結(jié)果，并完成設(shè)計計算說明書。

4、1、設(shè)計計算說明書的要求設(shè)計計算說明書是該題目設(shè)計思想、設(shè)計方法和設(shè)計結(jié)果的說明，要求書寫工整，語言簡練，條理清晰、明確，表達(dá)完整。具體內(nèi)容應(yīng)包括：1.設(shè)計題目的條件、所求及零件圖。2.畫出構(gòu)件的受力分析計算簡圖，按比例標(biāo)明尺寸、載荷及支座等。3.靜不定結(jié)果要畫出所選擇的根本靜不定系統(tǒng)及與之相應(yīng)的全部求解過程。4.畫出全部內(nèi)力圖，并標(biāo)明可能的各危險截面。5.危險截面上各種應(yīng)力的分布規(guī)律圖及由此判定各危險點(diǎn)處的應(yīng)力狀態(tài)圖。6.各危險點(diǎn)的主應(yīng)力大小及主平面位置。7.選擇強(qiáng)度理論并建立強(qiáng)度條件。8.列出全部計算過程的理論根據(jù)、公式推導(dǎo)過程以及必要的說明。- 3 -材料力學(xué) 課程設(shè)計 - 4 -9.對

5、變形及剛度分析要寫明所用的能量法計算過程及必要的- 4 -材料力學(xué) 課程設(shè)計驟、方法以及時間分配方案等。 - 5 -從外力及變形分析入手，分析計算- 5 -材料力學(xué) 課程設(shè)計滿足疲勞強(qiáng)度要求。對所取數(shù)據(jù)的理論根據(jù)做必要的說明。 說明：坐標(biāo)的選取均按圖所示。 齒輪上的力F與節(jié)圓相切。- 6 -表中P為直徑為D的帶輪傳遞的功率，P1為直徑為D1的帶輪傳遞的功率。G1為小帶輪的重量，G2為大帶輪的重量。f1為靜強(qiáng)度條件所確定的軸徑，以mm為單位，并取偶數(shù)。f1f3f2=1.1f設(shè)2f4f3 設(shè)計計算數(shù)據(jù) - 6 -材料力學(xué) 課程設(shè)計 - 7 - 四、設(shè)計過程1.傳動軸受力 - 7 -材料力學(xué) 課程設(shè)

6、計 求支座反力方程： åFy=0 , Fy1-G2-cosaF+Fy2-G1-3F1=0 åFz=0 ，F(xiàn)z1+3F2-sinaF+Fz2=0 åM(z)=0，-G2a-3acosaF+4aFy2-5a(G1+3F1)=0åM(y)=0，-3F2a+3asinaF-4aFz2=0 求解得： F=1717.3 N F1=618.3 N F2=792.3 N Fy1=385.2 N Fz1=-1602.3 N Fy2=4165.3 N Fz2=-53.3 NMe1=297.1 N*m Me2=188.9 N*m Me3=108.2 N*m - 8 - - 8

7、 -材料力學(xué) 課程設(shè)計- 9 -2.彎矩圖及扭矩圖XOY面： G2單獨(dú)作用： F.cos a單獨(dú)作用 - 9 -材料力學(xué) 課程設(shè)計 G1+3F1單獨(dú)作用：- 10 - 合彎矩圖： - 10 -材料力學(xué) 課程設(shè)計 XOZ面： - 11 - 3F2單獨(dú)作用： - 11 -材料力學(xué) 課程設(shè)計 F.sin a單獨(dú)作用：- 12 - 合彎矩圖： - 12 -材料力學(xué) 課程設(shè)計 扭矩圖： - 13 - 3.設(shè)計等直軸軸的直徑 - 13 -材料力學(xué) 課程設(shè)計 - 14 -根據(jù)第三強(qiáng)度理論：sr3=£s分析最大截面B：Mz.b=1634.2 N*mMy.b=480.7 N*mMx.b=297 N*m

8、解得：60.4mm由于取偶數(shù)，故取1=62mm ，那么2=56mm 3=52mm 4=46mm 經(jīng)校核各軸均滿足靜強(qiáng)度的要求。 4.求齒輪軸的撓度根據(jù)圖乘法：XOY平面： - 14 -材料力學(xué) 課程設(shè)計 - 15 - XOZ平面：- 15 -材料力學(xué) 課程設(shè)計 - 16 - 取 Iy=Iz=pf1464 E=200 GPa可得撓度：fy=0.41mm fz=0.20mm那么 f=(fy²+fz²)=0.5mm5.對階梯傳動軸進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算假設(shè)不滿足，采取改良措施使其滿足疲勞強(qiáng)度 I首先對傳動軸鍵槽進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算因為該軸鍵槽為端銑加工，b=650MPa，所以根據(jù)?材料力學(xué)

9、?表13-10a可查得Ks=1.81，根據(jù)?材料力學(xué)?13-10b可查得Kt的值。 - 16 -材料力學(xué) 課程設(shè)計- 17 -因為該軸經(jīng)高頻淬火處理，b=650MPa，Ks=1.81，所以根據(jù)?材料力學(xué)?表13-4可查得b=2.4。由于此傳動軸工作在彎扭組合交變應(yīng)力狀態(tài)下，因此在進(jìn)行疲勞nst=nsntns+nt22³n=2強(qiáng)度計算時疲勞強(qiáng)度條件可寫成smaxM=max=WMy+MzW22.，tmax33Mxpfpf=W=WP=WP，32，16。smin=-smax，故彎矩循環(huán)系數(shù)r=-1,循環(huán)特征為對稱循環(huán)； tmin=0，故扭矩循環(huán)系數(shù)r=0,循環(huán)特征為脈動循環(huán)。ns=s-1Ks

10、nt=t-1Kt所以esbsmax.，yt=etbta+yttm.。t-1-02t0其中ta=tmax12，tm=tmax12，。參照?材料力學(xué)?表13-5可選取yt=0.10。 在B截面?zhèn)忍帲?=51mm，傳動軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號45，根據(jù)?材料力學(xué)?表13-2可查得es=0.81，et=0.76。 根據(jù)公式 得：n=5.924 n=18.700 n=5.647>2 ， 故平安。同理對D、F截面進(jìn)行校核均平安，數(shù)據(jù)見下表。 II對傳動軸階梯軸進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算由于b=650MPa,1=62mm ，2=56mm，3=52mm，4=46mm， - 17 -材料力學(xué) 課程設(shè)計

11、- 18 -f1f2f3=1.1f2f3f4，階梯軸過渡圓弧r均為2mm，根據(jù)?材料力學(xué)?表13-9a，表13-9c，表13-9d，表13-9e及r/D的值可查得：在P截面處，所以Ks=1.65，Kt=1.37；，傳動軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號45，根據(jù)?材料力學(xué)?表13-2可查得es=0.81，et=0.76。根據(jù)公式可得： n=11.804 n=11.804 n=>2 故平安。同理可得Q、V、W截面處校核均平安，數(shù)據(jù)見下表。 各校核截面參數(shù)及計算結(jié)果如下兩表： - 18 -材料力學(xué) 課程設(shè)計 - 19 - 提高疲勞強(qiáng)度的主要措施：一、提高構(gòu)件外表質(zhì)量一般情況下，應(yīng)力集中大多

12、發(fā)生在構(gòu)件的外表層。而構(gòu)件外表的刀痕或損傷又將引起應(yīng)力集中，容易形成疲勞失效。所以，提高構(gòu)件外表加工質(zhì)量對提高構(gòu)件的疲勞極限有顯著的作用。尤其是高強(qiáng)度鋼 - 19 -材料力學(xué) 課程設(shè)計 - 20 -對外表粗糙度更為敏感，只有采用精加工方法，才能有利于發(fā)揮材料的高強(qiáng)度性能。在使用中也要注意，盡量防止構(gòu)件外表受到機(jī)械碰傷如刀痕、打記號和化學(xué)損傷如腐蝕、氧化脫碳、生銹等。二、提高外表層材料的強(qiáng)度提高外表層材料的強(qiáng)度可采用外表熱處理和化學(xué)熱處理，如外表高頻淬火、滲碳、氮化等，都可顯著提高構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度。操作時應(yīng)嚴(yán)格控制工藝規(guī)程，勿造成外表微細(xì)裂紋；否那么，反而會降低疲勞極限。另外還可以采用外表滾壓和噴

13、丸處理等方法，使構(gòu)件外表層出現(xiàn)剩余壓應(yīng)力，阻礙微裂縫形成及擴(kuò)展。 五、對所取數(shù)據(jù)的理論根據(jù)作必要的說明 本次課程設(shè)所取的數(shù)據(jù)均取于參考文獻(xiàn)。1聶玉琴，孟廣偉主編. 材料力學(xué)第二版. 北京：機(jī)械公業(yè)出版社，2021.2譚浩強(qiáng)主編. C程序設(shè)計第三版. 北京：清華大學(xué)出版社，2006.3侯洪生，焦永和主編，計算機(jī)繪圖實(shí)用教程. 北京：科學(xué)出版社，2005. - 20 -材料力學(xué) 課程設(shè)計 - 21 -六、設(shè)計感想通過這次課程設(shè)計，我對于材料力學(xué)的認(rèn)識和掌握進(jìn)一步加深了。首先對軸的受力分析是屬于前期的準(zhǔn)備工作，根據(jù)的受力情況我計算出了軸在各個點(diǎn)的受力情況，以及在各個端面的扭矩、彎矩，然后根據(jù)強(qiáng)度理論

14、計算出許用直徑，再根據(jù)疲勞強(qiáng)度的相關(guān)知識進(jìn)行強(qiáng)度校核，這就是課設(shè)的整個幾本思路。前期的計算過程很費(fèi)周折，由于假期的關(guān)系我對一些公式、理論有些不熟悉，不得不翻閱材料力學(xué)課本以及相關(guān)書籍查詢，可見我對材料力學(xué)的掌握還遠(yuǎn)不夠扎實(shí)，這也給我以后的學(xué)習(xí)提了個醒，一定要學(xué)以致用才能學(xué)有所獲。后面的疲勞強(qiáng)度計算在我們上課的時候不是考察的重點(diǎn)，所以這次又重新把有關(guān)的知識穩(wěn)固了一遍，并自己摸索出相關(guān)表格的查詢數(shù)據(jù)的方法。最后在運(yùn)用c語言進(jìn)行相關(guān)編程的時候又遇到了一些困難，我請教了這方面知識比擬好的同學(xué)，在他的幫助下我順利完成了編程。這次課程設(shè)計總的來說讓我受益匪淺，不僅掌握了材料力學(xué)這門課程的更多知識，還鍛煉了

15、動手學(xué)習(xí)的能力，與同學(xué)的合作能力，與老師的溝通能力。 - 21 -材料力學(xué) 課程設(shè)計七、上機(jī)程序及計算結(jié)果截圖 1、程序設(shè)計： #include<stdio.h>#include<math.h>float K1,K2,E1,E2,b=2.4,q=0.10,D,N1,N2,n,N12,omax,tmax,O1=300.0,T1=155.0,i=1; void main()while (i<10)printf("input K1:");scanf("%f",

16、&K1);printf("input K2:");scanf("%f",&K2);printf("input E1:");scanf("%f",&E1);printf("input E2:");scanf("%f",&E2);printf("input omax:");scanf("%f",&omax);printf("input tmax:&qu