傳動(dòng)軸課程設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸疲勞強(qiáng)度計(jì)算

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1、材料力學(xué)課程設(shè)計(jì) 目錄1. 材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的目的12.材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求2 2.1設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)的要求2 2.2分析討論及說(shuō)明部分的要求3 2.3程序計(jì)算部分的要求33.設(shè)計(jì)題目34.設(shè)計(jì)過(guò)程5 4.1繪制傳動(dòng)軸的受力簡(jiǎn)圖5 4.2傳動(dòng)軸內(nèi)力圖6 4.3根據(jù)強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸直徑75.計(jì)算齒輪處軸的撓度8 5.1 y方向撓度8 5.2 z方向撓度106.階梯傳動(dòng)軸疲勞強(qiáng)度計(jì)算127.個(gè)人感想308.參考文獻(xiàn)301.材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的目的 本課程設(shè)計(jì)是在系統(tǒng)學(xué)完材料力學(xué)課程之后，結(jié)合工程實(shí)際中的問(wèn)題，運(yùn)用材料力學(xué)的基本理論和設(shè)計(jì)方法，獨(dú)立地計(jì)算工程中的典型零部件，以達(dá)到綜合運(yùn)用材料力

2、學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的目的。同時(shí)，可以使學(xué)生將材料力學(xué)的理論和現(xiàn)代計(jì)算方法及手段融為一體，既從整體上掌握了基本理論和現(xiàn)代計(jì)算方法，又提高了分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力；既是對(duì)以前所學(xué)知識(shí)（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)和材料力學(xué)等）的綜合運(yùn)用，又為后續(xù)課程（機(jī)械設(shè)計(jì)、專(zhuān)業(yè)課等）的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，并初步掌握工程設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，使實(shí)際工作能力有所提高。具體有以下六項(xiàng)：使所學(xué)的材料力學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化、完整化。在系統(tǒng)全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用材料力學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際中的問(wèn)題。由于選題力求結(jié)合專(zhuān)業(yè)實(shí)際，因而課程設(shè)計(jì)可以把材料力學(xué)知識(shí)與專(zhuān)業(yè)需要結(jié)合起來(lái)。綜合運(yùn)用以前所學(xué)的各門(mén)課程的知識(shí)（高等數(shù)學(xué)、

3、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)等），使相關(guān)學(xué)科的知識(shí)有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)。初步了解和掌握工程實(shí)踐中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。2.材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求參加設(shè)計(jì)者要系統(tǒng)復(fù)習(xí)材料力學(xué)課程的全部基本理論和方法，獨(dú)立分析、判斷設(shè)計(jì)題目的已知條件和所求問(wèn)題，畫(huà)出受力分析計(jì)算簡(jiǎn)圖和內(nèi)力圖，列出理論依據(jù)并導(dǎo)出計(jì)算公式，獨(dú)立編制計(jì)算程序，通過(guò)計(jì)算機(jī)給出計(jì)算結(jié)果，并完成設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。2.1設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)的要求設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)是該題目設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)結(jié)果的說(shuō)明，要求書(shū)寫(xiě)工整，語(yǔ)言簡(jiǎn)練，條理清晰-、明確，表達(dá)完整。具體內(nèi)容應(yīng)包括：設(shè)計(jì)題目的已知條件、所求及零件圖。畫(huà)出構(gòu)件的受力分

4、析計(jì)算簡(jiǎn)圖，按比例標(biāo)明尺寸、載荷及支座等。靜不定結(jié)構(gòu)要畫(huà)出所選擇的基本靜定系統(tǒng)及與之相應(yīng)的全部求解過(guò)程。畫(huà)出全部?jī)?nèi)力圖，并表面可能的各危險(xiǎn)截面。各危險(xiǎn)截面上各種應(yīng)力的分布規(guī)律圖及由此判定各危險(xiǎn)點(diǎn)處的應(yīng)力狀態(tài)圖。各危險(xiǎn)點(diǎn)的主應(yīng)力大小及主平面的位置。選擇強(qiáng)度理論并建立強(qiáng)度條件。列出全部計(jì)算過(guò)程的理論依據(jù)、公式推導(dǎo)過(guò)程及必要的說(shuō)明。對(duì)變形及剛度分析要寫(xiě)明所用的能量法計(jì)算過(guò)程及必要的內(nèi)力圖和單位力圖。疲勞強(qiáng)度計(jì)算部分要說(shuō)明循環(huán)特征，max，min，r，m，a的計(jì)算，所查各系數(shù)的，,，依據(jù)，疲勞強(qiáng)度校核過(guò)程及結(jié)果，并繪出構(gòu)件的持久曲線。2.2分析討論及說(shuō)明部分的要求分析計(jì)算結(jié)果是否合理，并討論其原因、改

5、進(jìn)措施。提出改進(jìn)設(shè)計(jì)的初步方案及設(shè)想。提高強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的措施及建議。2.3程序計(jì)算部分的要求程序框圖。計(jì)算機(jī)程序（含必要的說(shuō)明語(yǔ)言及標(biāo)識(shí)符說(shuō)明）。打印結(jié)果（數(shù)據(jù)結(jié)果要填寫(xiě)到設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)上）。3. 設(shè)計(jì)題目傳動(dòng)軸的材料均為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（牌號(hào)45），許用應(yīng)力=80MPa，經(jīng)高頻淬火處理，b=650MPa，-1=300MPa，-1=155MPa。磨削軸的表面，鍵槽均為端銑加工，階梯軸過(guò)度圓弧r均為2mm，疲勞安全系數(shù)n=2。1.傳動(dòng)軸力學(xué)簡(jiǎn)圖2.傳動(dòng)軸零件圖3.設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)P/kWP1/kWn/（r/min）D/mmD1/mmD2/mmG2/NG1/N/mm()11.84.46009004

6、0023085035030060要求：1. 繪出傳動(dòng)軸的受力簡(jiǎn)圖。2. 作扭矩圖及彎矩圖。3. 根據(jù)強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)等直軸的直徑。4. 計(jì)算齒輪處軸的撓度。5. 對(duì)階梯傳動(dòng)軸進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算（若不滿(mǎn)足，采取改進(jìn)措施使其滿(mǎn)足疲勞強(qiáng)度要求）。6. 對(duì)所選數(shù)據(jù)的理論依據(jù)作必要的說(shuō)明。4. 設(shè)計(jì)過(guò)程4.1繪制傳動(dòng)軸的受力簡(jiǎn)圖根據(jù)已知條件，將軸受力情況進(jìn)行簡(jiǎn)化，如下圖示： 傳動(dòng)軸受力簡(jiǎn)圖其中， Me3=F2=9549P/n Me2=F1=9549P1/n Me1+Me2=Me3 Me1=Fy1 Fy1=FCos Fz1=FSin由上式可解得：F =2048.2NFy1=1023.1NFz1=1773.8NF

7、1=350NF2=417.3NMe1=117.8NmMe2=70NmMe3=187.8Nm4.2傳動(dòng)軸內(nèi)力圖1. 求支座反力FyB=1724.6NFyA=1548.5NFzA=1669.4NFzB=1356.4N2.作內(nèi)力圖彎矩圖1 彎矩圖2扭矩圖4.3根據(jù)強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸直徑由傳動(dòng)軸內(nèi)力圖可知，傳動(dòng)軸上可能的危險(xiǎn)截面為C、D截面右截面，E截面左截面，所以以三個(gè)截面出發(fā)設(shè)計(jì)軸的直徑。.C截面右截面W=r3=由上解得：344.5mm.D截面右截面W=r3=由上解得：148.8mm.E截面左截面W=r3=由上解得：344.3mm又由1/2=2/3得：153.8mm故可取1=54mm5. 計(jì)算齒輪

8、處軸的撓度5.1 y方向撓度1. 畫(huà)出傳動(dòng)軸在單個(gè)力作用下的內(nèi)力圖（1）Fy1單獨(dú)作用下的內(nèi)力圖（2）3F1+G1單獨(dú)作用下的內(nèi)力圖（3）G2單獨(dú)作用下的內(nèi)力圖2.加單位力后軸的內(nèi)力圖3.計(jì)算過(guò)程 （圖乘法）E=200GPa I=fcy=（Fy1+4Fy1+（3F1+G1）+2（3F1+G1）+2（3F1+G1）+2（3F1+G1）+G2+3G2+G23）=Fy13+(3F1+G1)3+G23=1.17 104m=1.17 mm5.2 z方向撓度1.畫(huà)出傳動(dòng)軸在單個(gè)力作用下的內(nèi)力圖（1）Fz1單獨(dú)作用下的內(nèi)力圖（2）3F2單獨(dú)作用下的內(nèi)力圖2.加單位力后軸的內(nèi)力圖6.階梯傳動(dòng)軸疲勞強(qiáng)度計(jì)算開(kāi)始

9、根據(jù)提示輸入各參數(shù)是否進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核？Me是否為零？是否結(jié)束否由于疲勞強(qiáng)度校核需校核多個(gè)截面，故可利用利用C語(yǔ)言程序進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算，程序框圖如下： 是計(jì)算n、n、n、n計(jì)算n、n判斷是否滿(mǎn)足疲勞強(qiáng)度，并輸出詢(xún)問(wèn)是否進(jìn)行下一疲勞強(qiáng)度校核程序如下：#include#include /*全局變量*/#define PI 3.14 /*宏定義*/ void main() /*主函數(shù)*/float d1,M,W,zylMax,zylMin,r1,Me,Wp,qylMax,qylMin,qylA,qylM,r2,Kzyl,Kqyl,Ezyl,Eqyl,ccxs,Yqyl;float zyl,qyl,n

10、1,n2,n12,n3, zylS, zylR3,n;char key;float x; /*定義變量*/printf(是否進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核？輸入Y/Nn);scanf(%c,&key);while(key=Y|key=y) /*循環(huán)，判斷條件*/printf(輸入需校核平面距y軸距離為a的倍數(shù)n);scanf(%f,&x);printf(輸入該截面對(duì)應(yīng)軸的直徑(單位cm)n);scanf(%f,&d1);printf(輸入該截面的彎矩：n);scanf(%f,&M);printf(輸入改截面的扭矩：n);scanf(%f,&Me);printf(輸入K,K：n);scanf(%f,&Kzyl

11、);scanf(%f,&Kqyl);printf(輸入,：n);scanf(%f,&Ezyl);scanf(%f,&Eqyl);printf(輸入：n);scanf(%f,&ccxs);printf(輸入：n);scanf(%f,&Yqyl);printf(輸入-1：n);scanf(%f,&zyl);printf(輸入-1：n);scanf(%f,&qyl);printf(輸入屈服強(qiáng)度s：n);scanf(%f,&zylS);printf(輸入n：n);scanf(%f,&n); if(Me!=0) /*扭矩不為零時(shí)*/ W=PI*d1*d1*d1/32;zylMax=M/W;zylMin=

12、0-zylMax;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; /*計(jì)算n*/n2=qyl/(Kqyl*qylA/(Eqyl*ccxs)+Yqyl*qylM); /*計(jì)算n*/n12=n1*n2/sqrt(n1*n1+n2*n2); /*計(jì)算n*/zylR3=sqrt(zylMax*zylMax+4*qylMax*qylMax);n3=zylS/zylR3; /*計(jì)算n*/printf(n=%fn,n1);printf(n

13、=%fn,n2);printf(n=%fn,n12);printf(n=%fn,n3);if(n12n)printf(nnn);printf(該截面(x=%2.1fa)滿(mǎn)足疲勞強(qiáng)度要求n,x);else if (n12n)printf(nn)printf(nnn);printf(該截面(x=%2.1fa)滿(mǎn)足靜強(qiáng)度要求n,x);else if (n3n)printf(n=n&n3=n)printf(該截面(x=%2.1fa)滿(mǎn)足強(qiáng)度要求n,x);else printf(該截面(x=%2.1fa)不滿(mǎn)足強(qiáng)度要求n,x);printf(n);else /*扭矩為零時(shí)*/ W=PI*d1*d1*d1

14、/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(該截面(x=%2.1fa)滿(mǎn)足疲勞強(qiáng)度要求n,x);elseprintf(nnn);printf(該截面(x=%2.1fa)不滿(mǎn)足疲勞強(qiáng)度要求n,x);printf(n);printf(n);printf(n);printf(是否進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核？輸入Y/Nn); /*是否進(jìn)行下一校核*/ scanf(%c,&key); scanf(%c,&key);

15、傳動(dòng)軸零件圖由題知，需要校核的截面有，（x=）、（x=1.5）、（x=2.5）、（x=3）、（x=3.5）。本題中，s取355Mpa。各截面參數(shù)如下：截面（x=）直徑d=8.8cmK=1.8， K=1.6；表面質(zhì)量系數(shù)=2.5，=0.07；尺寸系數(shù)=0.73，=0.72；M=801.0Nm；Me=188.9；截面（x=1.5）直徑d=8.80cmK=2.00， K=1.5；表面質(zhì)量系數(shù)=2.5，=0.07；尺寸系數(shù)=0.73，=0.72；M=960.2Nm；Me=188.9Nm；截面（x=2.5）直徑d=9.70cmK=1.9， K=1.5；表面質(zhì)量系數(shù)=2.5，=0.07；尺寸系數(shù)=0.73

16、，=0.72；M=1280Nm；Me=188.9Nm；截面（x=3）直徑d=10.7cmK=1.8， K=1.6；表面質(zhì)量系數(shù)=2.5，=0.07；尺寸系數(shù)=0.70，=0.70；M=1440Nm；Me=297.1Nm；截面（x=3.5）直徑d=8.8cmK=2.6， K=1.7；表面質(zhì)量系數(shù)=2.5，=0.07；尺寸系數(shù)=0.73，=0.72；M=1296.2Nm；Me=297.1Nm；程序運(yùn)行結(jié)果如下：截面（x=）截面（x=1.5）截面（x=2.5）截面（x=3）截面（x=3.5）由上可知，傳動(dòng)軸各截面均滿(mǎn)足疲勞強(qiáng)度要求，傳動(dòng)軸安全。7.個(gè)人感想通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，很好地復(fù)習(xí)了上學(xué)期的課程，

17、在設(shè)計(jì)過(guò)程中，以設(shè)計(jì)題目為核心，系統(tǒng)地應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，全面地考慮問(wèn)題，完成了改傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)。該過(guò)程在雖然遇到了一些困難，但是最終圓滿(mǎn)完成了任務(wù)。另外也進(jìn)一步熟練使用Word/CAD /Microsoft Visual C+ 6.0等軟件的使用。其中印象最深的就是Microsoft Visual C+ 6.0的使用，它將繁瑣的計(jì)算省略，只需輸入必要參數(shù)，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程。但是，最為重要的是加深了對(duì)材料力學(xué)課程的理解與認(rèn)識(shí)，熟悉了工程設(shè)計(jì)步驟，為以后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和科研工作做準(zhǔn)備。8.參考文獻(xiàn)1聶毓琴，孟廣偉 .材料力學(xué).（第四版）北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.2.2聶毓琴，吳宏. 材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.6. 3譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì).（第三版）北京：清華大學(xué)出版社，2005.7.