材料力学课程设计通用模板格式(共39页).docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上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-23专心-专注-专业目录一、 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X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

2、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。二 、设计的任务和要求要求参加设计者，要

3、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。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，经高频淬火处理，。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

4、，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。（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。为静强度条件所确定的轴径，以mm为单位，并取偶数。设设计计算数据P/kW=13.2P1/kW=8.1n/(r/min)=1000D/mm=800D1/mm=350D2/mm=280G2/N=800G1/N=260a/mm=600=45三、 设计方法传动轴受力简图：Me2=F2D2=9549

5、Pn=126.0468NmMe1=F1D12=9549P1n=77.3469NmMe3=F2D24=Me2-Me1=48.6999NmFy=0 Fy1+Fy2+Fsin-G1-3F1-G2=0Fz=0 Fz1+Fz2+3F2-Fcos=0My=0 aFcos-4aFz2-5a3F2=0Mz=0 aFsin-G1+3F13a+Fy24a-5aG2=0 F1=441.9823N F2=315.117N F=491.9433N Fy2=2102.4961N Fz2=-1094.7246N Fz1=497.23N Fy1=-64.4056N扭矩图：XOY面：XOZ面：根据强度条件设计等直轴的直径：由已

6、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=677.468Nm由已有的数学证明可知合成弯矩不是直线便是凹形的曲线，极值弯矩截面有B、E两截面，由M合=（Mz2+My2）;MEMB， 由内力图可知危险点为E点。扭矩MCX=126.05Nm碳素结构钢为塑性材料，由第三强度理论知：r3=1WMC2+MCX2（塑性材料制成的圆轴，在等弯曲扭转组合变形下使用）32d3677.472+126.05280106d0.m44.436mm取d=44mm即1=44mm计算齿轮处轴的挠度（均按直径1的等直杆计算）由图形互乘法，在xoy平面内

7、，对A点施加一单位力：fAy=i=1niMeiEIi=1EI0.538.320.5a2+0.225738.320.50.750.225723+23a2-0.51.7743301.28133-1.2257+130.75a2-0.50.3854301.28230.3854+1-0.385430.75a2+0.51-0.3854480.49131-0.385430.75a2=-99.52a2EI=-0.927310-3m=-0.9273mm同理，对于xoz面，对A点施加一个单位力fAZ=i=1niMeiEIi=1EI-298.340.5a0.5a-298.343a3a8-477.59-298.343

8、a0.50.25a=-477.44a2EI=-4.448610-3m=-4.4486mmf=fAy2+fAz2=0.92732+4.44862=4.5442mm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）b=650MPa,-1=300MPa,-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1=44mm2=11.1=40mm;3=21.1=36.364mm;4=31.1=33.058mm取3=38mm;4=34mm确定校核类型：构件外形的影响：在轴

9、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=d332 max=min=MmaxW r=m

10、inmax=-1m=max+min2=0 a=max-min2=max对于交变扭转切应力及循环特征WP=d316 max=Wx,maxWP min=0 r=0 m=a=max2 12345678K1.521.801.551.801.6011.851.80K1.281.621.301.621.3211.401.620.880.880.880.880.840.840.880.88r0.810.810.810.810.780.780.810.812.52.52.52.52.51.62.52.5弯曲对称循环：n=-1Kmaxn n=-1Kmaxn扭转脉动循环： n=-1Ka+mn n=-1Ka+mn

11、弯扭组合交变应力下的安全系数：n=nnn2+n2n静载荷安全系数：n=srn r3=max2+4max2对碳钢扭转变形，取最大敏感系数=0.1查表可知45号碳素结构钢的屈服极限s=355MPa对于8个点进行计算:1.Mmax=298.3422+38.32222.Mmax=298.342+38.3223.Mmax=(301.280.5-0.22570.5-0.2257+1.5)2+298.34+(477.59-298.34)1624.Mmax=301.282+(477.59-298.34)23+298.3425.Mmax=298.34+(477.59-298.34)562+0.5-0.38540

12、.5-0.3854+0.5480.4926.Mmax=477.592+480.4927.Mmax=(477.592)2+(480.492)2经过计算得Wz cm3Wy cm3WP cm3MmaxNm Mx,max Nm13.8573.8577.713150.395025.3845.38410.769300.79148.735.3845.38410.769331.50348.746.2806.28012.560515.131126.04756.2806.28012.560456.591126.04768.3598.35916.717677.468126.04775.3845.38410.7693

13、38.734126.04785.3845.38410.7690126.047通过c语言编程计算：1点2点3点4点5点6点7点8点程序：#include#include /*全局变量*/#define PI 3.14 /*宏定义*/ void main() /*主函数*/ float d1,M,W,zylMax,zylMin,r1,Me,Wp,qylMax,qylMin,qylA,qylM,r2,Kzyl, Kqyl,Ezyl,Eqyl,ccxs,Yqyl; float zyl,qyl,n1,n2,n12,n3, zylS, zylR3,n; char key; /*定义变量*/ float x

14、; printf(是否进行疲劳强度校核？输入 Y/Nn); scanf(%c,&key); while(key=Y|key=y) /*循环，判断条件*/ printf(输入需校核平面距 y 轴距离为 a 的倍数n); scanf(%f,&x); printf(输入该截面对应轴的直径(单位 cm)n); scanf(%f,&d1); printf(输入该截面的弯矩：n); scanf(%f,&M); printf(输入该截面的扭矩：n); scanf(%f,&Me); printf(输入 K,K：n); scanf(%f,&Kzyl); scanf(%f,&Kqyl); printf(输入 ,：

15、n); scanf(%f,&Ezyl); scanf(%f,&Eqyl); printf(输入 ：n); scanf(%f,&ccxs); printf(输入 ：n); scanf(%f,&Yqyl); printf(输入 -1：n); scanf(%f,&zyl); printf(输入 -1：n); scanf(%f,&qyl); printf(输入屈服强度s：n); scanf(%f,&zylS); printf(输入 n：n); scanf(%f,&n); if(Me!=0) /*扭矩不为零时*/ W=PI*d1*d1*d1/32; zylMax=M/W; zylMin=0-zylMax

16、; r1=-1; Wp=PI*d1*d1*d1/16; qylMax=Me/Wp; qylMin=0; r2=0; qylA=qylM=qylMax/2; n1=zyl/(Kzyl*zylMax); n1= n1*Ezyl*ccxs; /*计算 n*/ n2=qyl/(Kqyl*qylA/(Eqyl*ccxs)+Yqyl*qylM); /*计算 n*/ n12=n1*n2/sqrt(n1*n1+n2*n2); /*计算 n*/ zylR3=sqrt(zylMax*zylMax+4*qylMax*qylMax); n3=zylS/zylR3; /*计算 n*/ printf(n=%fn,n1);

17、 printf(n=%fn,n2); printf(n=%fn,n12); printf(n=%fn,n3); if(n12n) printf(nnn); printf(该截面(x=%2.1fa)满足疲劳强度要求n,x); else if (n12n) printf(nn) printf(nnn); printf(该截面(x=%2.1fa)满足静强度要求n,x); else if (n3n) printf(n=n&n3=n) printf(该截面(x=%2.1fa)满足强度要求n,x); else printf(该截面(x=%2.1fa)不满足强度要求n,x); printf(n); else

18、 /*扭矩为零时*/ W=PI*d1*d1*d1/32; zylMax=M/W; zylMin=0-zylMax; r1=-1; n1=zyl/(Kzyl*zylMax); n1= n1*Ezyl*ccxs; printf(n=%2.1fn,n1); if(n1=n) printf(nnn); printf(该截面(x=%2.1fa)满足疲劳强度要求n,x); elseprintf(nnn); printf(该截面(x=%2.1fa)不满足疲劳强度要求n,x); printf(n); printf(n); printf(n); printf(是否进行疲劳强度校核？输入 Y/Nn); /*是否进

19、行下一校核*/ scanf(%c,&key); scanf(%c,&key); 计算n,n,n,n计算n n课程设计总结： 通过这次材料力学课程设计，我较全面地复习了上学期所学的内容，结合传动轴这个题目，不仅让我系统地运用了材料力学的基本理论和计算方法来解决实际问题，还从中熟悉了一些基本软件的使用，如在画受力分析图、零件图、内力图的过程中运用了VISO2010，在书写计算过程中运用了Math type和Word 2013，在编程时运用了Microsoft Visual 。其中印象最深的是用C语言编写的程序来代替阶梯传动轴疲劳强度和静强度的计算，这样一来，只需按提示输入相应的参数计算，免去计算每个截面过程中重复书写的公式，简化了设计过程。但是这个程序也存在着问题，它要求输入的不能为零，因为在程序的开始阶段没有剔除的情况，由公式 ，可知当分母为0时，结果会出现错误。这次材料力学课程设计与工程中的一般设计过程相似，从分析设计方案开始到进行必要的计算，并对结构的合理性进行分析，最后得出结论。从中，我熟悉了工程的设计步骤，为以后的进一步学习和科研工作做准备。