材料力學課程設計

1、一、設計目的本課程設計的目的是在系統學習完材料力學課程之后，能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，獨立的計算工程中的典型零部件，以達到綜合運用材料力學的知識解決實際問題的目的。同時，可以使學生將材料力學的理論和現代計算方法及手段融為一體。既從整體上掌握了基本理論和現代的計算方法，又提高了分析問題、解決問題的能力；既是對以前所學知識（高等數學、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，又為后繼課程（零件、專業(yè)課等）打下基礎，并初步掌握工程中的設計思想和設計方法，對實際工作能力有所提高。具體的有以下六項：1. 使學生的材料力學知識系統化、完整化；2. 在系統

2、全面復習的基礎上，運用材料力學知識解決工程中的實際問題；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)需要結合起來；4. 綜合運用以前所學習的各門課程的知識，使相關學科的只是有機的聯系起來；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。二、材料力學課程設計的任務和要求參加設計者要系統復習材料力學課程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力圖列出理論依據并導出計算公式，獨立編制計算程序，通過計算機給出輸出結果，并完成設計計算說明書。三、設計題目、所用材料基本性質傳動軸的材料均為優(yōu)質碳素鋼

3、（牌號為45），許用應力=80MPa,經高頻淬火處理，=650MPa,=300MPa,=155MPa。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n=2。、設計要求1、 繪出傳動軸的受力簡圖。2、 作扭矩圖及彎矩圖。3、 根據強度條件設計等直軸的直徑。4、 計算齒輪處軸的撓度（均按直徑的等直桿計算）。5、 對階梯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。)、設計說明1、 坐標的選取按圖所示。2、 齒輪上的力F，與節(jié)圓相切。3、 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。、設計數據P

4、/kwP1/kwn/(r/min)D/mmD1/mmD2/mmG2/NG1/NA/mm()13.28.1100080035028080026060045、傳動軸零件圖、傳動軸力學簡圖四、傳動軸受力簡圖332F13F1XM2XMXMYYY23F2G1GZZZ12F五、傳動軸受力求解六、傳動軸內力圖1.扭矩圖2剪力圖3.彎矩圖4.確定危險截面位置由扭矩圖和彎矩圖可知，危險截面在處。七危險截面處的應力狀態(tài)八、設計等直軸直徑本設計中，構件的材料是優(yōu)質碳素結構鋼，為塑性材料，所以根據最大切應力理論，即第三強度理論可知:九、計算齒輪處的撓度采用圖形互乘法，在計算時，考慮到線性時，乘積的互換性，以簡化計算。

5、1.計算在xoy平面內的撓度Xoy平面內外力作用時的彎矩圖在xoy平面內齒輪處施加一單位力，方向如圖所示。1xy單位1的力產生的彎矩圖為：2.計算在xoz平面內的撓度Xoy平面內外力作用時的彎矩圖在xoy平面內齒輪處施加一單位力，方向如圖所示。單位1的力產生的彎矩圖為：十、疲勞強度的計算由該零件圖可知，需要對其軸肩處和鍵槽處進行疲勞強度校核。該傳動軸受到彎扭組合交變應力作用，由于轉動，故彎曲正應力按對稱循環(huán)變化；當軸正常工作時扭轉切應力基本不變，但是由于機器時開時停，所以扭轉切應力時有時無，故扭轉切應力可視為脈動循環(huán)變化。對軸肩處進行校核：Xd/mmMyMzKMxK0.5a420319.551

6、.590.84177.31.220.780.071.5a4645.3501.81.700.84177.31.250.780.072.5a48209.7154.21.700.841126.01.250.780.073.5a46447.9268.21.700.841126.01.250.780.074.5a42283.52401.590.841126.01.220.780.07對鍵槽處進行校核：綜上，該傳動軸各處均滿足疲勞強度要求。Xd/mmMyMzKMxK042001.820.84177.31.630.780.072a5090.6364.51.820.841左：77.3右：126.01.630.

7、780.075a42001.820.841126.01.630.780.07十一、程序設計1.在程序中要用到的相關數據：第i個截面Xd/mMyMzMxKK100.0420077.31.821.630.840.7810.0720.5a0.0420319.5577.31.591.220.840.7810.0731.5a0.04645.3501.877.31.71.250.840.7810.0742a左截面0.0590.6364.577.31.821.630.840.7810.0752a右截面0.0590.6364.51261.821.630.840.7810.0762.5a0.048209.715

8、4.21261.71.250.840.7810.0773.5a0.046447.9268.21261.71.250.840.7810.0784.5a0.042283.52401261.591.220.840.7810.0795a0.042001261.821.630.840.7810.072.程序流程圖3.計算程序#include<stdio.h>#include<math.h>#define PI 3.141592653#define n 2#define sigma_1 300e6 /*正應力的持久極限*/#define tao_1 150e6 /*切應力的持久極限

9、*/#define t 15void main()intm,i;float dt,Myt,Mzt,Mxt,k_sigmat,k_taot,ipxl_sigmat,ipxl_taot,beitat,pusai_taot; /*直徑d的單位為m*/float Mt,Wt,Wpt,sigma_maxt,tao_maxt,n_sigmat,n_taot,n_sigma_taot;printf("共有幾組數據:m=");scanf("%d",&m); /*m為需要校核的截面數，即數據的組數*/for(i=0;i<m;i+) /*輸入相關的值*/pri

10、ntf("請輸入第%d組相關數據:n",i+1);printf(" ");printf("圓軸直徑d:"); scanf("%f",&di); printf("n");printf(" "); printf("彎矩My:"); scanf("%f",&Myi); printf("n");printf(" ");printf("彎矩Mz:"); scanf(&qu

11、ot;%f",&Mzi); printf("n");printf(" ");printf("扭矩Mx:"); scanf("%f",&Mxi); printf("n");printf(" ");printf("正應力的有效應力集中系數k_sigma:");scanf("%f",&k_sigmai); printf("n");printf(" ");printf(&

12、quot;切應力的有效應力集中系數k_tao:"); scanf("%f",&k_taoi); printf("n");printf(" ");printf("正應力的尺寸系數ipxl_sigma:"); scanf("%f",&ipxl_sigmai);printf("n");printf(" ");printf("切應力的尺寸系數ipxl_tao:"); scanf("%f",&

13、ipxl_taoi); printf("n");printf(" ");printf("表面質量系數beita:"); scanf("%f",&beitai); printf("n");printf(" ");printf("敏感系數pusai_tao:"); scanf("%f",&pusai_taoi); printf("n");di='0'Myi='0'Mzi=&

14、#39;0'Mxi='0'k_sigmai='0'k_taoi='0'ipxl_sigmai='0'ipxl_taoi='0'beitai='0'pusai_taoi='0'/*數組以'0'結尾*/for(i=0;i<m;i+) /*計算n_sigma_tao*/float wanju(float My,floatMz); /*調用求彎矩的函數*/float kwjmxs(float d); /*調用求抗彎截面系數的函數*/float knjmxs(fl

15、oat d); /*調用求抗扭截面系數的函數*/float max_zhengyl(float M,float W); /*調用求最大正應力的函數*/float max_qieyl(float Mx,floatWp); /*調用求最大切應力的函數*/float zhengylaqys(float k_sigma,floatipxl_sigma,floatbeita,floatsigma_max); /*調用求正應力作用下構件的安全工作因數的函數*/float qieylaqys(float k_tao,floatipxl_tao,floatbeita,floatpusai_tao,floatt

16、ao_max); /*調用求切應力作用下構件的安全工作因數的函數*/float wnzhaqys(float n_sigma,floatn_tao); /*調用求彎扭組合作用下構件的安全因數的函數*/Mi=wanju(Myi,Mzi);Wi=kwjmxs(di);Wpi=knjmxs(di);sigma_maxi=max_zhengyl(Mi,Wi); /*計算最大正應力*/tao_maxi=max_qieyl(Mxi,Wpi); /*計算最大切應力*/n_sigmai=zhengylaqys(k_sigmai,ipxl_sigmai,beitai,sigma_maxi); /*計算在單一正應

17、力作用下的安全因數*/n_taoi=qieylaqys(k_taoi,ipxl_taoi,beitai,pusai_taoi,tao_maxi); /*計算在單一切應力作用下的安全因數*/n_sigma_taoi=wnzhaqys(n_sigmai,n_taoi); /*計算在彎扭組合條件下的構件的安全因數*/if(Myi=0&&Mzi=0)n_sigma_taoi=n_taoi;if(Mxi=0)n_sigma_taoi=n_sigmai;Mi='0'Wi='0'Wpi='0'sigma_maxi='0'tao_

18、maxi='0'n_sigmai='0'n_taoi='0'n_sigma_taoi='0'/*數組以'0'結尾*/i=0;while(n_sigma_taoi!='0') /*校核*/printf("校核結論如下:nn");printf("在第%d個截面處n",i+1);printf(" ");if(Myi=0&&Mzi=0)printf("tao_max%d=%gn n_tao%d=%gn n_sigma_ta

19、o%d=%gn",i+1,tao_maxi,i+1,n_taoi,i+1,n_sigma_taoi);elseprintf("sigma_max%d=%gn tao_max%d=%gn n_sigma%d=%gn n_tao%d=%gn n_sigma_tao%d=%gn",i+1,sigma_maxi,i+1,tao_maxi,i+1,n_sigmai,i+1,n_taoi,i+1,n_sigma_taoi);if(n_sigma_taoi>n)printf(" 在第%d個截面處,n_sigma_tao=%f>n=2,滿足疲勞強度要求n&q

20、uot;,i+1,n_sigma_taoi);elseprintf(" 在第%d個截面處,n_sigma_tao=%f<n=2,不不滿足疲勞強度要求n",i+1,n_sigma_taoi);i+;/*以下是被調用的函數*/*求彎矩的函數，M=sqrt(My*My+Mz*Mz)*/floatwanju(float My,floatMz)return(sqrt(My*My+Mz*Mz);/*求抗彎截面系數的函數,W=1.0/32*PI*pow(d,3)*/floatkwjmxs(float d)return(1.0/32*PI*pow(d,3);/*求抗扭截面系數的函數,

21、Wp=1.0/16*PI*pow(d,3)*/floatknjmxs(float d)return(1.0/16*PI*pow(d,3);/*求最大正應力的函數，sigma_max=M/W*/floatmax_zhengyl(float M,float W)return(M/W);/*求最大切應力的函數，tao_max=Mx/Wp*/floatmax_qieyl(float Mx,floatWp)return(Mx/Wp);/*求正應力作用下構件的安全工作因數，n_sigma=sigma_1/(k_sigma*sigma_max/(ipxl_sigma*beita)*/floatzhengyl

22、aqys(float k_sigma,floatipxl_sigma,floatbeita,floatsigma_max)floatn_sigma;n_sigma=sigma_1/(k_sigma*sigma_max/(ipxl_sigma*beita);return(n_sigma);/*求切應力作用下構件的安全工作因數，n_tao=tao_1/(k_tao*tao_a/(ipxl_tao*beita)+pusai_tao*tao_m)*/floatqieylaqys(float k_tao,floatipxl_tao,floatbeita,floatpusai_tao,floattao_m

23、ax)floattao_a,tao_m,n_tao;tao_a=tao_max/2.0;tao_m=tao_max/2.0;n_tao=tao_1/(k_tao*tao_a/(ipxl_tao*beita)+pusai_tao*tao_m);return(n_tao);/*求彎扭組合作用下構件的安全因數，n_sigma_tao=n_sigma*n_tao/sqrt(n_sigma*n_sigma+n_tao*n_tao)*/floatwnzhaqys(float n_sigma,floatn_tao)floatn_sigma_tao;n_sigma_tao=n_sigma*n_tao/sqrt

24、(n_sigma*n_sigma+n_tao*n_tao);return(n_sigma);4.程序執(zhí)行結果5.截屏內容：共有幾組數據:m=9請輸入第1組相關數據:圓軸直徑d:0.042彎矩My:0彎矩Mz:0扭矩Mx:77.3正應力的有效應力集中系數k_sigma:1.82切應力的有效應力集中系數k_tao:1.63正應力的尺寸系數ipxl_sigma:0.84切應力的尺寸系數ipxl_tao:0.78表面質量系數beita:1敏感系數pusai_tao:0.07請輸入第2組相關數據:圓軸直徑d:0.042彎矩My:0彎矩Mz:319.55扭矩Mx:77.3正應力的有效應力集中系數k_sig

25、ma:1.59切應力的有效應力集中系數k_tao:1.22正應力的尺寸系數ipxl_sigma:0.84切應力的尺寸系數ipxl_tao:0.78表面質量系數beita:1敏感系數pusai_tao:0.07請輸入第3組相關數據:圓軸直徑d:0.046彎矩My:45.3彎矩Mz:501.8扭矩Mx:77.3正應力的有效應力集中系數k_sigma:1.7切應力的有效應力集中系數k_tao:1.25正應力的尺寸系數ipxl_sigma:0.84切應力的尺寸系數ipxl_tao:0.78表面質量系數beita:1敏感系數pusai_tao:0.07請輸入第4組相關數據:圓軸直徑d:0.05彎矩My:

26、90.6彎矩Mz:364.5扭矩Mx:77.3正應力的有效應力集中系數k_sigma:1.82切應力的有效應力集中系數k_tao:1.63正應力的尺寸系數ipxl_sigma:0.84切應力的尺寸系數ipxl_tao:0.78表面質量系數beita:1敏感系數pusai_tao:0.07請輸入第5組相關數據:圓軸直徑d:0.05彎矩My:90.6彎矩Mz:364.5扭矩Mx:126正應力的有效應力集中系數k_sigma:1.82切應力的有效應力集中系數k_tao:1.63正應力的尺寸系數ipxl_sigma:0.84切應力的尺寸系數ipxl_tao:0.78表面質量系數beita:1敏感系數p

27、usai_tao:0.07請輸入第6組相關數據:圓軸直徑d:0.048彎矩My:209.7彎矩Mz:154.2扭矩Mx:126正應力的有效應力集中系數k_sigma:1.7切應力的有效應力集中系數k_tao:1.25正應力的尺寸系數ipxl_sigma:0.84切應力的尺寸系數ipxl_tao:0.78表面質量系數beita:1敏感系數pusai_tao:0.07請輸入第7組相關數據:圓軸直徑d:0.046彎矩My:447.9彎矩Mz:268.2扭矩Mx:126正應力的有效應力集中系數k_sigma:1.7切應力的有效應力集中系數k_tao:1.25正應力的尺寸系數ipxl_sigma:0.8

28、4切應力的尺寸系數ipxl_tao:0.78表面質量系數beita:1敏感系數pusai_tao:0.07請輸入第8組相關數據:圓軸直徑d:0.042彎矩My:283.5彎矩Mz:240扭矩Mx:126正應力的有效應力集中系數k_sigma:1.59切應力的有效應力集中系數k_tao:1.22正應力的尺寸系數ipxl_sigma:0.84切應力的尺寸系數ipxl_tao:0.78表面質量系數beita:1敏感系數pusai_tao:0.07請輸入第9組相關數據:圓軸直徑d:0.042彎矩My:0彎矩Mz:0扭矩Mx:126正應力的有效應力集中系數k_sigma:1.82切應力的有效應力集中系數

29、k_tao:1.63正應力的尺寸系數ipxl_sigma:0.84切應力的尺寸系數ipxl_tao:0.78表面質量系數beita:1敏感系數pusai_tao:0.07校核結論如下:在第1個截面處tao_max1=5.31376e+006n_tao1=26.1407n_sigma_tao1=26.1407在第1個截面處,n_sigma_tao=26.140703>n=2,滿足疲勞強度要求校核結論如下:在第2個截面處sigma_max2=4.3933e+007tao_max2=5.31376e+006n_sigma2=3.60755n_tao2=34.5494n_sigma_tao2=3

30、.60755在第2個截面處,n_sigma_tao=3.607550>n=2,滿足疲勞強度要求校核結論如下:在第3個截面處sigma_max3=5.27254e+007tao_max3=4.04461e+006n_sigma3=2.81146n_tao3=44.3468n_sigma_tao3=2.81146在第3個截面處,n_sigma_tao=2.811460>n=2,滿足疲勞強度要求校核結論如下:在第4個截面處sigma_max4=3.06059e+007tao_max4=3.14949e+006n_sigma4=4.52401n_tao4=44.1041n_sigma_ta

31、o4=4.52401在第4個截面處,n_sigma_tao=4.524013>n=2,滿足疲勞強度要求校核結論如下:在第5個截面處sigma_max5=3.06059e+007tao_max5=5.1337e+006n_sigma5=4.52401n_tao5=27.0575n_sigma_tao5=4.52401在第5個截面處,n_sigma_tao=4.524013>n=2,滿足疲勞強度要求校核結論如下:在第6個截面處sigma_max6=2.39738e+007tao_max6=5.80252e+006n_sigma6=6.18322n_tao6=30.9116n_sigma_tao6=6.18322在第6個截面處,n_sigma_tao=6.183225>n=2,滿足疲勞強度要求校核結論如下:在第7個截面處sigma_max7=5.46319e+007tao_max7=6.59276e+