材料力学课程设计之五种传动轴设计.doc

材料力学课程设计题 目 五种传动轴设计 姓 名 郭宇 所在学院 机械科院与工程学院 专业班级 工业工程 学 号 41091311 指导教师 聂毓琴 日 期 2011年12 月 12日 目 录一、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计算方法，独立的计算工程中的典型零部件，以达到综合利用材料力学知识解决工程实际问题的目的。同时，可以是同学将材料力学的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）的综合应用，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：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，运用材料力学解决工程实际中的问题。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. 综合运用以前所学的各门课程知识（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、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的基本理论和方法，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。三、设计题目（传动轴静强度、变形及疲劳强度计算）1) 设计题目（7.6.1）传动轴的材料均为优质碳素结构钢（牌号45），许用应力，经高频淬火处理，。磨削轴的表面，键槽断面均为端铣加工，阶梯轴过渡圆弧均为，疲劳安全系数。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。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. 对所取数据的理论根据作必要的说明。说明：（1） 齿轮上的力均与节圆相切。（2） 为直径为的带轮传递的功率，为直径的带轮传递的功率。为小带轮的重量，为大带轮的重量。 图1- 1传动轴力学简图 图1- 2传动轴零件图为静强度条件所确定的轴径，以为单位，并取偶数。设2) 设计计算数据P/kW/kWn/(r/min)D/mm/mm/mm/N/Na/mma(º)14.05.145075035022075040030025四、受力简图及轴径选择 而，所以，故可得弯矩图1-4因此， 对于平面单独作用时如图1-5单独作用时如图1-6 单独作用时如图1-7 图1- 3 图1- 4 图1- 5 图1- 6对于平面单独作用时如图1-8单独作用时如图1-9合力矩和方向分别如图1-10、图1-11故危险点为点 对于等直轴，由第三强度理论知故有所以 故等直轴直径取。 图1- 7 图1- 8 图1- 9 图1- 10五、挠度计算挠度计算在面内 图1- 11 图1- 12在平面内所以合挠度 图1- 13 图1- 14六、疲劳校核1) 校核的相关数据，过渡圆弧，安全系数。2) 校核类型的确定校核的轴有键槽、轴肩，这些部位易引起应力集中，故易形成疲劳裂纹，故需要校核。共七处。 图1- 15由传动轴的工作特点知，其处于弯扭组合的交变应力状态，其中弯曲正应力按对称循环变化，切应力按脉动循环变化。对于弯曲正应力 交变扭转切应力及其循环特征 有效应力集中系数（查机械设计手册得）数系值点12345671.761.801.601.761.651.921.761.541.351.211.541.241.471.540.880.840.840.840.840.840.880.810.810.780.780.780.780.812.52.52.52.52.52.52.53) 相关计算公式弯曲对称循环：扭转脉动循环：弯扭组合交变应力下的安全系数：4) 各点校核对于点，（查表所得）该点不受弯曲正应力，只受扭转切应力。因此为扭转脉动循环。故满足疲劳条件。对于点，该点受弯曲正应力和扭转切应力。故满足疲劳条件。对于点，该点受弯曲正应力和扭转切应力。故满足疲劳条件。对于点，（查表所得）该点受弯曲正应力和扭转切应力。故满足疲劳条件。对于点，该点受弯曲正应力和扭转切应力。故满足疲劳条件。对于点，该点受弯曲正应力和扭转切应力。 故满足疲劳条件。对于点，（查表所得）该点不受弯曲正应力，只受扭转切应力。因此为扭转脉动循环。 故满足疲劳条件。综上所述，该轴满足疲劳强度要求。七、心得体会通过本次课程设计，让我对材料力学知识有了重新的认识，并且有了进一步的提高，同时，也在完成的过程中了解到了一般零件的设计校核过程，使自己对机械设计有了更加深刻的认识。在设计过程中，使用了多种软件，如autocad，office，visualc+等，使自己的计算机水平有所提高，也发现了自己这方面的不足，为日后学习指明了方向。在设计过程中，自己查阅了一些机械方面的资料，扩展了自己的视野，同时也培养了自己对机械专业的兴趣。也为自己后续相关课程的学习奠定了基础。八、参考文献材料力学 聂毓琴 孟广伟 机械工业出版社 2004.2材料力学实验与课程设计 聂毓琴 吴宏 机械工业出版社 2006.6机械设计手册（第二版） 徐 灏 机械工业出版社 机械设计师手册 王少怀 机械工业出版社九、附：计算程序#include<stdio.h>#include<math.h>main()float P,P1,n,D,D1,D2,G2,G1,a,ang,xu;float Me2,Me1,Me;float F2,F1,F;float Mfcos,Mg13f1,Mg2,Mfsin,M3F2,Md,Mdx,d;long double E,I,fay,faz,fa;int d0,d1,d2,d3,d4,number;float t1,k2,e2,b,ta,u,wp1;float q1,tm,n2,e1,k1,n1,n12,w,q;printf("input P=");scanf("%f",&P);printf("input P1=");scanf("%f",&P1);printf("input n=");scanf("%f",&n);printf("input D=");scanf("%f",&D);printf("input D1=");scanf("%f",&D1);printf("input D2=");scanf("%f",&D2);printf("input G2=");scanf("%f",&G2);printf("input G1=");scanf("%f",&G1);printf("input a=");scanf("%f",&a);printf("input ang=");scanf("%f",&ang);printf("input xu=");scanf("%f",&xu);printf("%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%fn",P,P1,n,D,D1,D2,G2,G1,a,ang);Me1=9549*P1/n;Me2=9549*P/n;Me=Me2-Me1;F=Me/D2*2*1000;F1=Me1/D1*2*1000;F2=Me2/D*2*1000;printf("%f,%f,%f,%f,%f,%fn",Me2,Me1,Me,F2,F1,F);Mfcos=a/1000*F*cos(ang/180*3.1415926);Mg13f1=0.666666667*(G1+3*F1)*a/1000;Mg2=G2*a/1000;Mfsin=(F*a/1000)*sin(15.0/180.0*3.1415926);M3F2=3*F2*a/1000;Md=sqrt(Mg2*Mg2+M3F2*M3F2);Mdx=Me1+Me;d=pow(32/3.1415926/xu/1000/1000*sqrt(Md*Md+Mdx*Mdx),0.33333333333);d0=d;d2=d0/1.21;d3=d0/1.1;d4=d0/1.21/1.1;printf("the available d is d0=%dn",d0);printf("d=%fn",d);E=200.00*1000*1000*1000;I=3.1415926*d*d*d*d/64.000;fay=(0.5*(a/1000)*(a/1000)*Mfcos*0.66666667+Mfcos*(a/1000)*(a/1000)-0.75*(a/1000)*( a/1000)*Mg13f1+0.5*(a/1000)*(a/1000)*Mg2)/(E*I);printf("fay=%fn",fay);faz=(a/1000.0)*(a/1000.0)*0.33333333*Mfsin+(a/1000.0)*(a/1000.0)*Mfsin+(a/1000.0)*(a /1000)*0.5*M3F2)/(E*I);printf("faz=%fn",faz);fa=sqrt(fay*fay+faz*faz);printf("fa=%fn",fa);printf("please put in the point's number ");scanf("%f",&number);if(number=1|number=7) printf("input t1=");scanf("%f",&t1);printf("input k2=");scanf("%f",&k2);printf("input e2=");scanf("%f",&e2);printf("input b=");scanf("%f",&b);printf("input ta=");scanf("%f",&ta);printf("input u=");scanf("%f",&u);printf("input wp1=");scanf("%f",&wp1);tm=0.5*(Me/wp1);n2=t1/(k2/e2/b*ta+u*tm);if(n2>=2.000) printf("it is safe");else printf("it is not safe");elseswitch(number)case'2': wp1=3.1415926*(d2)*(d2)*(d2)/16.0;w=wp1/2.0;q=0.5*sqrt(Mfcos*Mfcos/4.0+Mfsin*Mfsin/4.0)/w;tm=0.5*(Me/wp1);break; case'3': wp1=3.1415926*(d3)*(d3)*(d3)/16.0; w=wp1/2.0;q=sqrt(370.821*370.821+275.525*275.525)/w;tm=0.5*(Me/wp1);break; case'4': wp1=17.7;w=8.18;q=sqrt(330.693*330.693+616.046*616.046)/w;tm=0.5*(Me+Me1)/wp1);break; case'5': wp1=3.1415926*d0*d0*d0/16.0;w=wp1/2.0;q=sqrt(79.635*79.635+729.535*729.535)/w;tm=0.5*(Me+Me1)/wp1);break; case'6': wp1=3.1415926*d0*d0*d0/16.0;w=wp1/2.0;q=sqrt(245*245+421.53*421.53)/w;tm=0.5*(Me+Me1)/wp1);break;printf("input q1=");scanf("%f",&q1);printf("input e1=");scanf("%f",&e1);printf("input k1=");scanf("%f",&k1);printf("input t1=");scanf("%f",&t1);printf("input k2=");scanf("%f",&k2);printf("input e2=");scanf("%f",&e2);printf("input b=");scanf("%f",&b);printf("input ta=");scanf("%f",&ta);printf("input u=");scanf("%f",&u);n1=q1*b*e1/k1/q;n2=t1/(k2/e2/b*ta+u*tm);n12=n1*n2/sqrt(n1*n1+n2*n2);if(n12>=2.000) printf("it is safe");