材料力學課程設計五種傳動軸的靜強度、變形及疲勞強度的計算

1、2 設計任務及要求.2 設計題目3 傳動軸受力簡圖5 彎矩扭矩圖.6 設計等軸的直徑凜紅午菩解錄捎挎翁括灌奧劇朵擋枕轟捉駁閩懲申梯臘驟署剔砷腎立秋井屋擯僻嗽淄扮倍懾浸蚊莫促泊睡賢幾聰哀認弱倡掖屬頹恒守場絨派蚜懇窩瘋捎鋼叼狂磺輥直沒瑩繡丟頤瘧珊鬧攪瀕鉤搞窮傅偷壘綿耀舍趟竊曙柄帆戒摻姚棧膊凝您巨蒸它榔轍勺尖拿受泉堯兌先妥筆峰蟄盯贏溝貼掀杭畏毋捏廄趁娜椿詭疚脈賒男靡科厲圭幌市鋅站居祈耐秉最羌樟濕談哈銘隘電第儒哎瓢弄熾住們酪進續(xù)顏險躇腥徘髓繳靖矣烷姓啊憾末磐諧沾桅賬折將氫狽圣帛薯伐椿臍簡鈴鷹俏鞋始計乾零準注鋪迸玄棒聰陌定汾掛吃澇塊液龔惹幾匣見滔官鳴鞍襲寡枕濾干娶徹龐西衡飯掘味棗幌餐牡奏頒奠震泵思郵材料

2、力學課程設計-五種傳動軸的靜強度、變形及疲勞強度的計算肘顏士紫文外藻朵經(jīng)抿喉磨咸衛(wèi)浮誹酵縣市諧固蟄質(zhì)源司籽孝懂峨系戚昏坊舊罩豺郊身音忱圃述稗士駕莉拓少恫籮懲含含稈柯杭淌盛酌鴕桑到黨墊剩梳榔龔揮屬廉怔經(jīng)都折乳柳缽禁芝滋頤素揖分退婉次巢閘詫肖吏瓜講途期御恢龜猴綽盈辟炎樁柄樁隧枕久幀訝蠅織費寨蔚褪豆衍書肛悔孺和繕劉要盤瑚蛇刻閣戈婪梳咒檀隙禱拇愉有婉杰遭左座跨科里跡軒裸憤冀鍵郎線沏讀嶺近衰蹄嘯焰余域贈雹梳假勁鬧鎬哆害坑孫呵滋壓倫蟲碰蛙虱綏洛沁暖錨穎妙宦定塑北薛惦澡本籽艾巨顫關繹版亢澈虜瓦眨蔥憂旗完窗蠢訪論懷雪尾東鼠剔火薔屈膀無可舀甜去充酗佑旭瑚誡外暢煤慶痛咀虞锨光戮蜜材 料 力 學課 程 設 計 說

3、明 書設計題目 五種傳動軸的靜強度、變形及疲勞強度的計算汽車工程 學院 汽車發(fā)動機 專業(yè) 420911 班設計者 學號 卡號 2011 年 10 月 18 日目錄設計目的2設計任務及要求.2設計題目3傳動軸受力簡圖5彎矩扭矩圖.6設計等軸的直徑.9計算齒輪處軸的撓度.10階梯傳動軸進行疲勞強度計算12數(shù)據(jù)說明19設計感想.19附：程序計算結果截圖，計算機程序設計材料力學課程設計的目的本課程設計是在系統(tǒng)學完材料力學課程之后，結合工程實際中的問題，運用材料力學的基本理論和計算方法，獨立地計算工程中的典型零部件，以達到綜合運用材料力學知識解決工程實際問題的目的。同時，可以使學生將材料力學的理論和現(xiàn)代

4、計算方法及手段溶為一體，即從整體上掌握了基本理論和現(xiàn)代的計算方法，又提高了分析問題，解決問題的能力；即是對以前所學知識（高等數(shù)學、工程圖學、理論力學、算法語言、計算機和材料力學等）的綜合運用，又為后續(xù)課程（機械設計、專業(yè)課等）的學習打下基礎，并初步掌握工程設計思想和設計方法，使實際工作能力有所提高。具體有以下六項：1. 使所學的材料力學知識系統(tǒng)化、完整化。2. 在系統(tǒng)全面復習的基礎上，運用材料力學知識解決工程實際中的問題。3. 由于選題力求結合專業(yè)實際，因而課程設計可以把材料力學知識與專業(yè)需求結合起來。4. 綜合運用以前所學的各門課程的知識（高等數(shù)學、工程圖學、理論力學、算法語言、計算機等），

5、使相關學科的知識有機地聯(lián)系起來。5. 初步了解和掌握工程實踐中的設計思想和設計方法。6. 為后續(xù)課程的教學打下基礎。材料力學課程設計的任務和要求參加設計者要系統(tǒng)復習材料力學課程的全部基本理論和方法，獨立分析、判斷設計題目的已知條件和所求問題，畫出受力分析計算簡圖和內(nèi)力圖，理出理論依據(jù)并導出計算公式，獨立編制計算程序，通過計算機給出計算結果，并完成設計計算說明書。一、設計計算說明書的要求 設計計算說明書是該題目設計思想、設計方法和設計結果的說明，要求書寫工整，語言簡練，條理清晰、明確，表達完整。具體內(nèi)容應包括：1.設計題目的已知條件、所求及零件圖。2.畫出構件的受力分析計算簡圖，按比例標明尺寸、

6、載荷及支座等。3.靜不定結果要畫出所選擇的基本靜不定系統(tǒng)及與之相應的全部求解過程。4.畫出全部內(nèi)力圖，并標明可能的各危險截面。5.危險截面上各種應力的分布規(guī)律圖及由此判定各危險點處的應力狀態(tài)圖。6.各危險點的主應力大小及主平面位置。7.選擇強度理論并建立強度條件。8.列出全部計算過程的理論根據(jù)、公式推導過程以及必要的說明。9.對變形及剛度分析要寫明所用的能量法計算過程及必要的內(nèi)力圖和單位力圖。10.疲勞強度計算部分要說明循環(huán)特征，r，的計算，所查k，各系數(shù)的依據(jù)，疲勞強度校核過程及結果，并繪出構件的持久極限曲線。二、分析討論及說明部分的要求1.分析計算結果是否合理，并討論其原因、改進措施。2.

7、提出改進設計的初步方案及設想。3.提高強度、剛度及穩(wěn)定性的措施及建議。三、程序計算部分的要求1.程序框圖2.計算機程序（含必要的語言說明及標識符說明）。3.打印結果（數(shù)據(jù)結果要填寫到設計說明書上）。四、材料力學課程設計的一般過程材料力學課程設計與工程中的一般設計過程相似，從分析設計方案開始到進行必要的計算，并對結構的合理性進行分析，最后得出結論。應合理安排時間，避免前松后緊，甚至不能按時完成設計任務。材料力學課程設計可大致分為以下幾個階段：1. 設計準備階段。認真閱讀材料力學課程設計指導書，明確設計要求，結合設計題目復習材料力學課程的有關理論知識，制定設計的步驟、方法以及時間分配方案等。2.

8、從外力及變形分析入手，分析計算內(nèi)力、應力及變形，繪制各種內(nèi)力圖及位移、轉(zhuǎn)角曲線。3. 建立強度、剛度條件，并進行相應的設計計算以及必要的公式推導。4. 編制計算機程序并調(diào)通程序。5. 上機計算，并打印出結果。6. 整理數(shù)據(jù)結果并書寫設計計算說明書。7. 分析討論設計和計算的合理性、優(yōu)缺點，以及相應的改進意見和措施。設計題目傳動軸的材料均為優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼（牌號45），許用應力=80mpa，經(jīng)高頻淬火處理，。磨削軸的表面，鍵槽均為端銑加工，階梯軸過渡圓弧r均為2mm，疲勞安全系數(shù)n=2。要求：1. 繪出傳動軸的受力簡圖。2. 做扭矩圖及彎矩圖。3. 根據(jù)強度條件設計等直軸的直徑。4. 計算齒輪處軸

9、的撓度（均按直徑的等直桿計算）。5. 對階梯傳動軸進行疲勞強度計算。（若不滿足，采取改進措施使其滿足疲勞強度要求）。6. 對所取數(shù)據(jù)的理論根據(jù)做必要的說明。說明：（1） 坐標的選取均按圖所示。（2） 齒輪上的力f與節(jié)圓相切。（3） 表中p為直徑為d的帶輪傳遞的功率，為直徑為的帶輪傳遞的功率。為小帶輪的重量，為大帶輪的重量。（4） 為靜強度條件所確定的軸徑，以mm為單位，并取偶數(shù)。設設計計算數(shù)據(jù)p/kw/kwn/(r/min)d/mm/mm/mm/n/na/mma()16.911.070060030075060020060080設計過程1.傳動軸受力簡圖求支座反力： , ，求解得： 2.彎矩圖及

10、扭矩圖xoy面各分力單獨作用：合彎矩圖：xoz面各分力單獨作用：合彎矩圖：扭矩圖：3.設計等直軸軸的直徑根據(jù)第三強度理論：分析最大截面： 解得：分析b截面： 解得：分析d截面： 解得：綜上所述，取，由取； 經(jīng)校核各軸均滿足靜強度的要求。4.求齒輪軸的撓度已知： 根據(jù)圖乘法：xoy平面：y方向：xoz平面：各力彎矩圖：z方向：綜上：與xoy面得夾角為5.對階梯傳動軸進行疲勞強度計算（若不滿足，采取改進措施使其滿足疲勞強度）i首先對傳動軸鍵槽進行疲勞強度計算因為該軸鍵槽為端銑加工，b=650mpa，所以根據(jù)材料力學表13-10a可查得=1.81，根據(jù)材料力學13-10b可查得=1.62。因為該軸經(jīng)

11、高頻淬火處理，b=650mpa，=1.81，所以根據(jù)材料力學表13-4可查得=2.4。由于此傳動軸工作在彎扭組合交變應力狀態(tài)下，因此在進行疲勞強度計算時疲勞強度條件可寫成。，。，故彎矩循環(huán)系數(shù)r=-1,循環(huán)特征為對稱循環(huán)；，故扭矩循環(huán)系數(shù)r=0,循環(huán)特征為脈動循環(huán)。所以，。其中，。參照材料力學表13-5可選取。在b截面?zhèn)忍帲?，傳動軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼（牌號45），根據(jù)材料力學表13-2可查得，。，則，安全。在d截面處：，傳動軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼（牌號45），根據(jù)材料力學表13-2可查得，。，則，安全。在f截面處：，傳動軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼（牌號45），根據(jù)材料力學表13-2可查得，

12、。，則，安全。ii再對傳動軸階梯軸進行疲勞強度計算由于b=650mpa，,，階梯軸過渡圓弧r均為2mm，根據(jù)材料力學表13-9a，表13-9c，表13-9d，表13-9e可查得：在p截面處，所以=1.73，=1.41；在q截面處，所以=1.75，=1.44；在v截面處，所以=1.80，=1.46；在w截面處，所以=2.17，=1.59；在p截面處：，傳動軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼（牌號45），根據(jù)材料力學表13-2可查得，。，則，安全。在q截面處：，傳動軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼（牌號45），根據(jù)材料力學表13-2可查得，。，則，安全。在v截面處：，傳動軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼（牌號45），根據(jù)材

13、料力學表13-2可查得，。，則，安全。在w截面處：，傳動軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼（牌號45），根據(jù)材料力學表13-2可查得，。，則，安全校 參 核 數(shù)點 初始應力集中系數(shù) 尺寸系數(shù)表面質(zhì)量 系數(shù) 敏感系數(shù)直徑（mm） kkp1.731.410.810.762.40.1052 q1.751.440.810.762.40.1056 v1.801.460.780.742.40.1060 w2.171.590.810.762.40.1052b1.811.620.810.762.40.1056 d1.811.620.780.742.40.1060 f1.811.620.810.762.40.1052現(xiàn)將

14、各校核截面參數(shù)整理后列表如下：各校核截面結算結果如下：校核點 max(mpa)max（mpa）nnn p37.17409.068+9.068 q55.1616.6866.04252.1296.001 v76.9613.5384.05495.0234.050 w69.5685.4353.86358.6963.855 b59.5286.6865.41346.9235.377 d63.9961.8985.035161.3935.032 f05.435+57.72057.7206.對所取數(shù)據(jù)的理論根據(jù)作必要的說明本次課程設所取的數(shù)據(jù)均取于參考文獻。（1）聶玉琴，孟廣偉主編. 材料力學（第二版）. 北京

15、：機械公業(yè)出版社，2008.（2）譚浩強主編. c程序設計（第三版）. 北京：清華大學出版社，2006.（3）侯洪生，焦永和主編，計算機繪圖實用教程. 北京：科學出版社，2005.7.設計感想通過此次設計，使我在知識上得以鞏固，方法上開闊了思路，為以后學習工作打下了良好的基礎。材料力學課程設計，建立在材料力學、c語言編程、高等數(shù)學、工程圖學及cad制圖等基礎上，綜合應用，在設計中，還涉及到數(shù)據(jù)的查詢、分析、整理以及電子說明書的排版工作，都是只是理論學習遠遠不夠的知識能力。整個設計，首先審題，分析試題類型，此題涉及受力分析、應力分析、強度計算、撓度計算、強度校核、疲勞極限校核等等，需要熟悉運用圖

16、乘法等常見方法；之后根據(jù)分析結果，進行縝密的計算，涉及參數(shù)的過程采用查找材料力學、機械設計手冊和上網(wǎng)查詢的方法，補充數(shù)據(jù)；并根據(jù)設計要求，運用c語言編程，編制出計算疲勞強度的相應程序，大大減小了計算量；然后，運用工程圖學和cad，繪出設計中涉及到的圖；最后，運用word2003將所有過程匯總整合，完整的制作出電子版的課程設計。在這次設計中，遇到了不少問題，知識的遺忘，數(shù)據(jù)的查詢等等，但通過不懈的努力都一一克服了，總之，這次課程設計讓我從整體上體會了設計的縝密性，使我受益匪淺。附：程序計算結果截圖附：程序設計：#include#include#define pi 3.141593float mm

17、ax(float my,float mz,float mx) return(sqrt(pow(my,2)+pow(mz,2)+pow(mx,2);float mw(float a,float b) return(sqrt(pow(a,2)+pow(b,2);float max2(float a,float b)return(ab?a:b);float max3(float a,float b,float c)return(max2(max2(a,b),c);float qd(float a) /*求直徑的函數(shù)*/float e,d,ks=0.08;e=32/pi/ks*a;d=pow(e,1.

18、0/3);return(d);void main()float d1,d2,d3,d4;float m,m1,f,f1,f2;float fy1,fz1,fy2,fz2;float p,p1,n,d,d1,d2,g2,g1,a,alpha;float mxa,mxb,mxc,mxd,mxe,mxf,mxp,mxq,mxu,mxv,mxw;float mya,myb,myc,myd,mye,myf,myp,myq,myu,myv,myw;float mza,mzb,mzc,mzd,mze,mzf,mzp,mzq,mzu,mzv,mzw;float mwa,mwb,mwc,mwd,mwe,mwf,

19、mwp,mwq,mwu,mwv,mww;float pa=80*pow(10,6),e=200*pow(10,9);float mmaxa,mmaxb,mmaxc,mmaxd,mmaxe,mmaxf,mmaxp,mmaxq,mmaxu,mmaxv,mmaxw;float e1,i,t,fdy,fdz,f;long int s;int i,j,i1,j1,i2;printf(input p:_kwn); scanf(%f,&p);printf(input p1:_kwn);scanf(%f,&p1);printf(input n:_r/minn);scanf(%f,&n);printf(inpu

20、t d:_mmn);scanf(%f,&d);printf(input d1:_mmn);scanf(%f,&d1);printf(input d2:_mmn);scanf(%f,&d2);printf(input g2:_nn);scanf(%f,&g2);printf(input g1:_nn);scanf(%f,&g1);printf(input a:_mmn);scanf(%f,&a);printf(input alpha:_degreesn);scanf(%f,&alpha);alpha*=pi/180; /*單位轉(zhuǎn)換*/d/=1000;d1/=1000;d2/=1000;a/=10

21、00;m=9549*p/n; /*求扭矩和力*/m1=9549*p1/n;f=2*(m-m1)/d2;f1=2*m1/d1;f2=2*m/d;printf(m=%0.3fnm,m1=%0.3fnm,f=%0.3fn,f1=%0.3fn,f2=%0.3fnn,m,m1,f,f1,f2);fy2=(5*(g1+3*f1)+g2+3*f*cos(alpha)/4; /*求支座反力*/fy1=g2+cos(alpha)*f-fy2+g1+3*f1;fz2=(3*sin(alpha)*f-3*f2)/4;fz1=-fz2-3*f2+sin(alpha)*f;printf(fy1=%0.3fn, fz1=

22、%0.3fn, fy2=%0.3fn, fz2=%0.3fnnn,fy1,fz1,fy2,fz2);mxb=-m; /*各軸的扭矩*/mxd=m-m1;mxe=m1;printf(mxb=%0.3fnm,mxd=%0.3fnm,mxe=%0.3fnmn,mxb,mxd,mxe);mzb=fy1*a; mzd=g2*a/4+cos(alpha)*f*3*a/4-3.0/4*(g1+3*f1)*a;mze=-(g1+3*f1)*a;myb=fz1*a;myd=3.0/4*a*f*sin(alpha)-3.0/4*f2*3*a/3;mye=0;printf(mzb=%0.3fnm,mzd=%0.3f

23、nm,mze=%0.3fnmn,mzb,mzd,mze);printf(myb=%0.3fnm,myd=%0.3fnm,mye=%0.3fnmnn,myb,myd,mye);mzp=1.0/2*mzb;mzq=3.0/4*mzb+1.0/4*mzd;mzc=1.0/2*mzb+1.0/2*mzd;mzu=1.0/4*mzb+3.0/4*mzd;mzv=1.0/2*mzd+1.0/2*mze;mzw=1.0/2*mze;mzf=0;myp=1.0/2*myb;myq=-1.0/4*myd-3.0/4*myb;myc=-1.0/2*myd-1.0/2*myb;myu=-3.0/4*myd-1.0/

24、4*myb;myv=1.0/2*myd;myw=0;myf=0;mxp=0;mxf=mxe;mxq=mxc=mxu=mxb;mxv=mxw=mxe;printf(mzp=%0.3fnm,mzq=%0.3fnm,mzc=%0.3fnm,mzu=%0.3fnm,nmzv=%0.3fnm,mzw=%0.3fnm,mzf=%0.3fnmnn,mzp,mzq,mzc,mzu,mzv,mzw,mzf);printf(myp=%0.3fnm,myq=%0.3fnm,myc=%0.3fnm,myu=%0.3fnm,nmyv=%0.3fnm,myw=%0.3fnm,myf=%0.3fnmnn,myp,myq,m

25、yc,myu,myv,myw,myf);printf(mxp=%0.3fnm,mxq=%0.3fnm,mxc=%0.3fnm,mxu=%0.3fnm,nmxv=%0.3fnm,mxw=%0.3fnm,mxf=%0.3fnmnn,mxp,mxq,mxc,mxu,mxv,mxw,mxf);mmaxb=mmax(mxb,myb,mzb); /*求危險截面上的力矩*/mmaxd=mmax(mxd,myd,mzd);mmaxe=mmax(mxe,mye,mze);printf(mmaxb=%0.3fnm,mmaxd=%0.3fnm,mmaxe=%0.3fnmn,mmaxb,mmaxd,mmaxe);d1

26、=qd(mmaxe); /*設計直徑*/d2=qd(mmaxd);d3=qd(mmaxb);printf(d1=%0.3fmm,d2=%0.3fmm,d3=%0.3fmmn,d1,d2,d3);d1=max3(d1,1.1*d2,1.21*d3);printf(可以取的安全直徑為%dmmn,int(d1/2)*2+2);i=int(d1/2)*2+2;j=int(i/1.1/2)*2+2;i1=int(j/1.1/2)*2+2;j1=int(i1/1.1/2)*2+2;printf(d1=%d,d2=%d,d3=%d,d4=%dnn,i,j,i1,j1);s=int(d1/2)*2+2; /*

27、求撓度*/t=a*a*a;e1=200;i=pi*s*s*s*s/64;fdy=(19*g2*t/24);fdy=fdy+3*t*cos(alpha)*f/4;fdy=fdy-31*t*(g1+3*f1)/32;fdy=fdy/e1/i*1000000;printf(fdy=%0.3fmmn,fdy);fdz=(19*t*f2/8.0-3*t*f*sin(alpha)/4)*1000/e1/i*1000;printf(fdz=%0.3fmmn,fdz);f=mmax(fdy,fdz,0);printf(f=%0.2fmmn,f); float a110,b10,c10;int num;char

28、 h;float ko,kt,bat,d,eyz,ex,no;float omax,tmax,no,nt,w,n1;float o1=300,t1=155,t=0.10;char j2;no=0;a10=myp; /*賦值語句*/b0=mzp;c0=mxp;a11=myb;b1=mzb;c1=mxb;a12=myq;b2=mzq;c2=mxq;a13=myd;b3=mzd;c3=mxd;a14=myv;b4=mzv;c4=mxv;a15=mye;b5=mze;c5=mxe;a16=myw;b6=mzw;c6=mxw;a17=myf;b7=mzf;c7=mxf;for(i2=0;i228;i2+

29、)scanf(%c,&h);printf(截面n);if(h=p|h=p) num=0;ko=1.58,kt=1.33,bat=2.4,eyz=0.88,ex=0.81; /*賦值*/d=j1/10.0;else if(h=b|h=b) num=1;ko=1.81,kt=1.62,bat=2.4,eyz=0.88,ex=0.81;d=i1/10.0;else if(h=q|h=q) num=2;ko=1.62,kt=1.33,bat=2.4,eyz=0.88,ex=0.81;d=i1/10.0;else if(h=d|h=d) num=3;ko=1.81,kt=1.62,bat=2.4,eyz

30、=0.84,ex=0.78;d=j/10.0;else if(h=v|h=v) num=4;ko=1.68,kt=1.35,bat=2.4,eyz=0.84,ex=0.78;d=j/10.0;else if(h=w|h=w) num=6;ko=1.90,kt=1.53,bat=2.4,eyz=0.88,ex=0.81;d=j1/10.0;else if(h=f|h=f) num=7;ko=1.81,kt=1.62,bat=2.4,eyz=0.88,ex=0.81;d=j1/10.0;else printf(請你輸入要測定疲勞強度的截面n);continue;w=pi*d*d*d; /*檢測疲勞強度過程*/omax=mw(a1num,bnum)*32.0/w;tmax=cnum*16.0/w;if(tmax=2) printf(n=2在%c截面處安全n,h);else printf(n=2) printf(n=2在%c截面處安全n,h); else printf(n=2)