吉林大学材料力学课程设计76_(b)__第二组数据轴设计说明.docx

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1、吉林大学材料力学课程设计76_(b)_第二组数据轴设计说明 设计题目 传动轴的材料均为优质碳素结构钢（牌号45），许用应力=80MPa ，经高频淬火处理， 650b MPa =，1300MPa -=，1155MPa -=。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. 做扭矩图及弯矩图。 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，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做必要的说明。 说明：

2、 （1） 坐标的选取均按图所示。 （2） 齿轮上的力F 与节圆相切。 （3） 表中P 为直径为D 的带轮传递的功率，1P 为直径为1D 的带轮传递的功率。1G 为小 带轮的重量，2G 为大带轮的重量。 （4） 1为静强度条件所确定的轴径，以mm 为单位，并取偶数。 设 312 243 1.1= 设计计算数据 传动轴零件图 设计计算数据表 设计过程 1.传动轴受力简图 首先对传动轴进行受力分析，轴共受 7 个力作用，分别为皮带轮 D 对传动轴的力2和，皮带轮1对传动轴的力1和 21，齿轮2对传动轴的力 F，还有皮带轮 D 的 重力2和皮带轮1的重力G 1，且M1与M2方向相反， P/kW 1P/

3、kW n/(r/min ) D/mm 1 D/mm 2 D/mm 2 G/N 1 G/N a/mm a(o ) 6.6 2.9 150 700 350 100 800 400 500 30 受力简图如下图所示 列公式求得： M 1=184.61NM M 2=420.16NM M= M 2- M 1=235.55NM 2.弯矩图及扭矩图 1)在 XOY 面上传动轴受力简图如下: 2)在 XOZ 面上传动轴受力简图如下: F AY M 2=F 2*D/2 M 1=F 1*D 1/2 M=F*D 2/2 根据受力平衡，可列平衡方程： 12+=0M M M + 0y F = , 3F 1-F ay +

4、F by -G 1-Fcos -G 2=0 0Fz = ，F bz -F az -Fsin -3F 2=0 ()0y M =,3F 1 *a-G 1 *a+Fcos *a-F by *3a+G 2*4a=0 ()0z M =，Fsin *a+3F 2 *4a-F bz *3a=0 求解得： F= 4711N F1 =1054.91N F2=1200.46N Fay=1233.15N Fby=3348.15N Faz=-369.87N Fbz=5587.01N 由以上各条件，可得扭矩图如下： A B F az F bz Fsin 3F 2 弯矩图如下： M y 弯矩图： Mz 弯矩图： 184.

5、61 420.16 a 4a 5a 3a 2a 184.94 1800.69 M y /(N m) 3.设计等直轴轴的直径 1) 确定危险截面 a 2a 4a 5a 3a 1382.37 2148.15 400 M z /(N m) 比较截而 A 、B 、C 的合成弯矩大小: =1382.37N m =22184.94+2148.15=2156.10N m =221800.69+400=1844.58N .m 由计算可知 B 截面的合成弯矩最大，根据扭矩图可知B 截面的扭矩也是最大，所以传动轴的危险截面在B 截面。 A C B 2)根据强度条件设计直径 此题为圆轴弯扭组合变形，而传动轴的材料是

6、碳素钢，是塑性材料，则适用第三强度理论。 22222314r x y z M M M W =+= + 其中 3 d 32 W = ， 则 3 2 2 2 32d Z Y X B M M M + M X =420.16N m M Y =184.94 N m M Z =2148.15 N m 解得： d B =1.1 165mm 159.09mm 3)校核传动轴不同直径各段的强度; 校核2的强度 左端最大弯矩为1382.37 N m, 扭矩为184.61N m 右端最大弯矩为1844.58 N m, 扭矩为420.16N m 取右端 根据第三强度理论。 22222 314r x y z M M M

7、 W =+= + 3 d 32 W = ， 222 3 232Y Z X M M M + 解得： 262.2mm 由圆整取偶得： 2=64mm 1=1.12=70.4mm 则取1=70mm 59.09mm 综上，1=70mm, 2=64mm 4.计算2D 轮处的挠度 d= 70mm E=200GPa I=*d4/64=1.18*10-6 1).求 Y 方向的挠度 在2轮处加一沿 Y 方向的单位力 1，并绘制出单位力 1 作用下 的弯矩图如下： 将上述两个图对应图乘: 112212-a 184.94233210.74 219.74219.7419.742184.9421800.690.29310

8、.7410.743210.74310.743y z a f a EI a a a mm = ?-?+?+?= ? ? z M - 23 a X 2).求 Z 方向的挠度 将上述两个图对应图乘: 3).将 Y, Z 方向的挠度进行合成 22220.29 2.05 2.07y z f f f mm mm = +=+= 即传动轴的总挠度是2.07mm z M - 23 a X 1122 (1382.37(2148.151382.37)233 1 5.37 2 5.3711111222148.1524002 6.37 3 6.37 6.372 6.373 6.3732.07z y f a a EI a

9、 a a mm = ?+-?+?+-? ?= 5.对阶梯传动轴进行疲劳强度计算 I 首先对传动轴键槽进行疲劳强度计算 因为该轴键槽为端铣加工，b =650MPa ，所以根据材料力学（机械工业出版社）P369页图13-10a 可查得K =1.8，根据材料力学（机械工业出版社）P369页图13-10b 可查得K =1.48。 因为该轴经高频淬火处理，b =650MPa ，K =1.8，所以根据材料力学（机械工业出版社）P370页表13-4可查得=2.4。 由于此传动轴工作在弯扭组合交变应力状态下，因此在进行疲劳强度计算时疲劳强度条件可写成2=+= 2 2n n n n n n 。 W M M W

10、M z y 2 2 max max +=，P x W M =max ，323=W ，163 =P W 。 max min -=，故弯矩循环系数r=-1,循环特征为对称循环； 0min =，故扭矩循环系数r=0,循环特征为脉动循环。 所以max 1 K n -= ，m a K n += -1 。 其中max 21= a ，max 2 1 =m ，2 20 1-=-。 参照材料力学（机械工业出版社）P373页表13-5可选取10.0=。 在左起第一个键槽： mm 64=2，传动轴的材料为优质碳素结构钢（牌号45），根据材料力学（机 械工业出版社）P369页表13-2可查得78.0=，74.0=。