传动轴课程设计传动轴疲劳强度计算

材料力学课程设计 目录1. 材料力学课程设计的目的12.材料力学课程设计的任务和要求2 2.1设计计算说明书的要求2 2.2分析讨论及说明部分的要求3 2.3程序计算部分的要求33.设计题目34.设计过程5 4.1绘制传动轴的受力简图5 4.2传动轴内力图6 4.3根据强度条件设计传动轴直径75.计算齿轮处轴的挠度8 5.1 y方向挠度8 5.2 z方向挠度106.阶梯传动轴疲劳强度计算127.个人感想308.参考文献301.材料力学课程设计的目的 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设计方法，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，既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（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机和材料力学等）的综合运用，又为后续课程（机械设计、专业课等）的学习打下基础，并初步掌握工程设计思想和设计方法，使实际工作能力有所提高。具体有以下六项：使所学的材料力学知识系统化、完整化。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中的问题。由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可以把材料力学知识与专业需要结合起来。综合运用以前所学的各门课程的知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机等），使相关学科的知识有机地联系起来。初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法。为后续课程的学习打下基础。2.材料力学课程设计的任务和要求参加设计者要系统复习材料力学课程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，列出理论依据并导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。2.1设计计算说明书的要求设计计算说明书是该题目设计思想、设计方法和设计结果的说明，要求书写工整，语言简练，条理清晰-、明确，表达完整。具体内容应包括：设计题目的已知条件、所求及零件图。画出构件的受力分析计算简图，按比例标明尺寸、载荷及支座等。静不定结构要画出所选择的基本静定系统及与之相应的全部求解过程。画出全部内力图，并表面可能的各危险截面。各危险截面上各种应力的分布规律图及由此判定各危险点处的应力状态图。各危险点的主应力大小及主平面的位置。选择强度理论并建立强度条件。列出全部计算过程的理论依据、公式推导过程及必要的说明。对变形及刚度分析要写明所用的能量法计算过程及必要的内力图和单位力图。疲劳强度计算部分要说明循环特征，max，min，r，m，a的计算，所查各系数的，,，依据，疲劳强度校核过程及结果，并绘出构件的持久曲线。2.2分析讨论及说明部分的要求分析计算结果是否合理，并讨论其原因、改进措施。提出改进设计的初步方案及设想。提高强度、刚度及稳定性的措施及建议。2.3程序计算部分的要求程序框图。计算机程序（含必要的说明语言及标识符说明）。打印结果（数据结果要填写到设计计算说明书上）。3. 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，b=650MPa，-1=300MPa，-1=155MPa。磨削轴的表面，键槽均为端铣加工，阶梯轴过度圆弧r均为2mm，疲劳安全系数n=2。1.传动轴力学简图2.传动轴零件图3.设计计算数据P/kWP1/kWn/（r/min）D/mmD1/mmD2/mmG2/NG1/N/mm()11.84.460090040023085035030060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。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. 对所选数据的理论依据作必要的说明。4. 设计过程4.1绘制传动轴的受力简图根据已知条件，将轴受力情况进行简化，如下图示： 传动轴受力简图其中， 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=1773.8NF1=350NF2=417.3NMe1=117.8NmMe2=70NmMe3=187.8Nm4.2传动轴内力图1. 求支座反力FyB=1724.6NFyA=1548.5NFzA=1669.4NFzB=1356.4N2.作内力图弯矩图1 弯矩图2扭矩图4.3根据强度条件设计传动轴直径由传动轴内力图可知，传动轴上可能的危险截面为C、D截面右截面，E截面左截面，所以以三个截面出发设计轴的直径。.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. 计算齿轮处轴的挠度5.1 y方向挠度1. 画出传动轴在单个力作用下的内力图（1）Fy1单独作用下的内力图（2）3F1+G1单独作用下的内力图（3）G2单独作用下的内力图2.加单位力后轴的内力图3.计算过程 （图乘法）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方向挠度1.画出传动轴在单个力作用下的内力图（1）Fz1单独作用下的内力图（2）3F2单独作用下的内力图2.加单位力后轴的内力图6.阶梯传动轴疲劳强度计算开始根据提示输入各参数是否进行疲劳强度校核？Me是否为零？是否结束否由于疲劳强度校核需校核多个截面，故可利用利用C语言程序进行疲劳强度计算，程序框图如下： 是计算n、n、n、n计算n、n判断是否满足疲劳强度，并输出询问是否进行下一疲劳强度校核程序如下：#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;float x; /*定义变量*/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(输入改截面的扭矩：n);scanf(%f,&Me);printf(输入K,K：n);scanf(%f,&Kzyl);scanf(%f,&Kqyl);printf(输入,：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;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);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 /*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); /*是否进行下一校核*/ scanf(%c,&key); scanf(%c,&key); 传动轴零件图由题知，需要校核的截面有，（x=）、（x=1.5）、（x=2.5）、（x=3）、（x=3.5）。本题中，s取355Mpa。各截面参数如下：截面（x=）直径d=8.8cmK=1.8， K=1.6；表面质量系数=2.5，=0.07；尺寸系数=0.73，=0.72；M=801.0Nm；Me=188.9；截面（x=1.5）直径d=8.80cmK=2.00， K=1.5；表面质量系数=2.5，=0.07；尺寸系数=0.73，=0.72；M=960.2Nm；Me=188.9Nm；截面（x=2.5）直径d=9.70cmK=1.9， K=1.5；表面质量系数=2.5，=0.07；尺寸系数=0.73，=0.72；M=1280Nm；Me=188.9Nm；截面（x=3）直径d=10.7cmK=1.8， K=1.6；表面质量系数=2.5，=0.07；尺寸系数=0.70，=0.70；M=1440Nm；Me=297.1Nm；截面（x=3.5）直径d=8.8cmK=2.6， K=1.7；表面质量系数=2.5，=0.07；尺寸系数=0.73，=0.72；M=1296.2Nm；Me=297.1Nm；程序运行结果如下：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，传动轴各截面均满足疲劳强度要求，传动轴安全。7.个人感想通过本次课程设计，很好地复习了上学期的课程，在设计过程中，以设计题目为核心，系统地应用所学知识，全面地考虑问题，完成了改传动轴的设计。该过程在虽然遇到了一些困难，但是最终圆满完成了任务。另外也进一步熟练使用Word/CAD /Microsoft Visual C+ 6.0等软件的使用。其中印象最深的就是Microsoft Visual C+ 6.0的使用，它将繁琐的计算省略，只需输入必要参数，大大简化了设计过程。但是，最为重要的是加深了对材料力学课程的理解与认识，熟悉了工程设计步骤，为以后的进一步学习和科研工作做准备。8.参考文献1聂毓琴，孟广伟 .材料力学.（第四版）北京：机械工业出版社，2004.2.2聂毓琴，吴宏. 材料力学实验与课程设计.北京：机械工业出版社，2006.6. 3谭浩强.C程序设计.（第三版）北京：清华大学出版社，2005.7.