本科毕业论文---材料力学课程设计.doc

材料力学课程设计 材料力学课程设计 2015-3-29目录一 设计目的2二 设计题目2三 设计内容3（1）绘出传动轴的受力简图3（2）传动轴扭矩图和弯矩图4（3）设计等直轴的直径6（4）设计D2轮轴处的挠度 7（5）对传动轴进行强度校核10四 程序计算14五 改进措施17六 设计体会18七 参考文献18一.设计目的本课程设计的目的是在于系统学习完材料力学之后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立的计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学的知识解决实际问题的目的。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的计算方法，又提高了分析问题、解决问题的能力，又为后继课程（零件、专业课等）打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。具体的有以下六项：1. 使学生的材料力学知识系统化完整化；2. 在全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程中的实际问题；3. 由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可以把材料力学知识与专业需要结合起来；4. 综合运用以前所学习的各门课程的知识，使相关学科的只是有机的联系起来；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。磨削面的表面，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。 要求：1. 绘出传动轴的受力简图；2. 作出扭矩图和弯矩图；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. 对所采取数据的理论根据作必要的说明。说明：1. 坐标的选取按图所示；2. 齿轮上的力F与节圆相切；3. 表中P为直径为D的带轮的传递的功率，P1为直径为D1的带轮传递的功率。G1为小带轮的重量，G2为大带轮的重量；4. 为静强度条件所确定的轴径，以mm为单位，并取偶数。表一：设计计算数据P/kWP1/kWN/(r/min)D/mmD1/mmD2/mmG2/NG1/Na/mma ()6.62.915070035010080040050030图一：传动轴力学图图二：传动轴零件图三设计内容 （1）绘出传动轴的受力简图 此传动轴受弯扭组合变形，把各力分解，使每组力只产生一种变形，如图。（2）作扭矩图和弯矩图 根据力矩与功率的关系式：Nm =9549 ，以及力矩的平衡： = 9549 = 9549 = 9549 扭矩图 =X-Y平面支反力求解：=0 代入数据解得： 又因为：内力图和弯矩图： X-Z平面支反力求解 代入数据解得： 代入数据解得： 内力图和弯矩图：（3）根据强度条件设计等直轴的直径由弯矩图及扭矩图可以看出来，危险截面可能是D、D1两个截面处。其截面处合成弯矩大小如下：D轮处： N.mD1轮处：N.m根据此两个截面处的扭矩与合成弯矩，分别比较其大小可知，D1截面为危险截面。因为传动轴为受弯扭组合变形的圆轴，所以，由第三强度理论有： 即 由题目要求取（4）计算D2轮处轴的挠度应用叠加原理来求解D2轮处轴的挠度，则在X-Y平面内如图所示3F1+G1单独作用下 =单独作用下G2单独作用下若规定挠度沿坐标轴正方向为正，则在X-Y平面内D2轮处轴的挠度为： 在X-Z平面内如图所示单独作用下单独作用下若规定挠度沿坐标轴正方向为正，则在X-Z平面内D2轮处轴的挠度为： 综上总挠度 (5)对传动轴进行强度计算： 由零件图可知，要对此传动轴进行疲劳校核，必须对轴肩处和键槽处进行校核。 又 则 该传动轴受力为弯扭交变应力状态，由于转动，所以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，由于机器时开时停，所以扭转切应力时有时无，可视为脉动循环变化。 其中 其中正应力是对称循环，切应力是脉动循环，故用以下公式进行疲劳强度校核 其中 左端轴轴中点为坐标原点（即左支点为原点），建立坐标系，对轴肩处进行校核。疲劳强度校核 时 查表得 代入公式得： 此截面满足疲劳强度要求 时 查表得 切应力是脉动循环r=0 故此截面不满足疲劳强度要求，需要进行强化，对此传动轴采用高频淬火，此时，取 带入公式则 此时截面满足疲劳要求。 时 查表得 故此截面不满足疲劳强度要求，需要进行强化，对此传动轴采用高频淬火,取，则 此时截面满足疲劳要求。 时 查表得 故此截面不满足疲劳强度要求，需要进行强化，对此传动轴采用高频淬火,取，则 此时截面满足疲劳要求。 时 查表得 代入公式得： 此截面满足疲劳强度要求键槽处的校核 时 查表得 故此截面不满足疲劳强度要求，需要进行强化，对此传动轴采用高频淬火,取，则 此时截面满足疲劳要求。时 查表得 故此截面不满足疲劳强度要求，需要进行强化，对此传动轴采用高频淬火,取，则 此时截面满足疲劳要求。 时 查表得 故此截面不满足疲劳强度要求，需要进行强化，对此传动轴采用高频淬火,取，则 此时截面满足疲劳要求。四程序设计1. 求挠度#include#include#define EI 382.200 /* 定义EI的大小 */main()double fxy1,fxy2,fxy3,fxz1,fxz2,fxy,fxz,f,a=0.5;fxy1=1.0/9*4757.77*0.8*a*a*a+4.0/9*4757.77*0.8*a*a*a+1.0/2*4757.77*0.8*a*a*a+1.0/3*4757.77*0.8*a*a*a;fxy2=1.0/3*160*0.8*a*a*a+1.0/2*480*0.8*a*a*a+80*3*a*a*a+128.0/3*a*a*a;fxy3=1.0/3*3768.67*0.8*a*a*a+1.0/3*3768.67*4*0.8*a*a*a;fxy=(fxy1+fxy2+fxy3)/EI;fxz1=1.0/3*1884.36*0.8*a*a*a+1.0/3*1884.36*4*0.8*a*a*a;fxz2=1.0/12*2881.07*0.8*a*a*a+5.0/8*2881.07*0.4*a*a*a+1.0/4*2881.07*1.5*a*a*a+1.0/3*2881.07*0.2*a*a*a;fxz=(fxz1+fxz2)/EI;f=sqrt(fxy*fxy+fxz*fxz); /* 求总挠度 */ printf(fxy=%5.2mnnfxz=%5.2mmnn f=%5.2mmn,fxy,fxz,f); 2. 疲劳强度校核#include#include#define PI 3.14#define N 2/* 定义疲劳安全系数n=2 */#define B 2.4/* 定义 并令 =2.4 */#define PF 0.1/* 定义 并令 =0.1 */#define a1 300000000.0/* 定义-1并令-1=300MPa */#define t1 155000000.0/* 定义-1并令-1=155MPa */float a8,t8; /* 定义、 */float w8,wp8; /* 定义W、Wp */float Na8,Nt8, Nat8; /* 定义、 */float Ka8=1.80,1.84, 1.87,2.35,1.80,1.82,1.82,1.82; /* 定义并输入 的数值 */float Kt8=0,1.47,1.49,1.65,0,1.63,1.63,1.63;/* 定义并输入的数值 */float Ea8=0.81,0.78,0.75,0.78,0.81,0.78,0.75,0.78;/* 定义并输入的数值 */float Et8=0,0.74,0.73,0.74,0,0.74,0.73,0.74;/* 定义并输入的数值 */float d8=0.060,0.056,0.060,0.066,0.064,0.060,0.078,0.066;/* 定义并输入d的数值 */float m8=0,184.61,184.61,420.16,0,184.61,420.16,420.16;/* 定义并输入My的数值 */float M8=1393.86,3005.04,3441.25,3006.03,1214.26,2787.74,3659.94,2428.53; /* 定义并输入Myz的数值 */main() int i,count;count=0; for(i=0;i8;i+)wi=PI*pow(di,3.0)/32; /* 计算W */ wpi= PI*pow(di,3.0)/16; /* 计算Wp*/ ai=Mi/wi; /* 计算 */ ti=mi/wpi; /* 计算 */Nai= a1*Eai*B/(Kai*ai); /* 计算*/ Nti=t1/(Kti*ti/(Eti*B)+PF*ti); /* 计算 */if(ai=0) Nati=Nti;else Nati=Nai*Nti/pow(Nai* Nai+Nti* Nti,0.5); /* 计算*/for(i=0;i8;i+) if(NatiN)printf(第%d个位置处的疲劳强度不足n,i+1); count+; /* 校核 是否满足疲劳强度条件*/if(count=0)/* 输出程序校核疲劳强度的结果*/ printf(nn 疲劳校核结果:nn 所有位置疲劳强度均满足要求nn);else printf(nn 疲劳校核结果:nn 共有%d处的疲劳强度不足nn ,count); 本次校核是传动轴经高频淬火后的校核，由程序运行结果可知，所有位置的疲劳强度均满足要求，所以轴工作时安全。当轴的工作环境该变时，只需要确定轴在新工作环境下的所受到的扭矩、弯矩以及其他相应参数，在程序相应位置进行重新输入数据，就可以校核轴在新工作环境下的疲劳强度。五改进措施针对传动轴的强度校核而言，有六个截面处多有不满足疲劳强度要求，可以采取的措施：通过合理选材，改进结构和工艺，表面强化，表面防护，合理操作来提高构件的疲劳强度。就本次设计可以采取在轴肩处加大圆角R，以此减小应力集中对传动轴的影响；还可以通过增大轴径达到提高疲劳强度的目的，但要注意避免尖角。六设计体会经过这次材料力学的课程设计，对设计中每个数据的查询、计算、校核、处理，加强了对弯矩、挠度、疲劳校核等知识的练习，对于材料力学的知识在复习整理的基础上有了进一步的掌握，奠定了我的专业知识基础和独立设计的基础，为以后的学习、设计以及工作做了一次很好的预习。另外，这次课程设计中综合应用了Word、CAD、MathType、C+、理论力学等一系列的软件知识以及编程知识，在实际应用的过程中提高了自己的能力，对于以后的学习和工作有很大的帮助。在复习以及完成课程设计的过程中也遇到了一些问题，使我认识到了自己在理论学习上的不足，通过老师和同学的帮助，终于独立完成了本次课程设计，虽然过程也比较辛苦，但是收获更多。回顾整个设计过程，深有感触的就是自己在理论联系实际中的不足，在以后的学习生活中，我一定会更加虚心努力的学习，争取在学业上更上一层楼，同时也会更加注意理论与实际的融合，学以致用。最后，谢谢孟老师对我们的辛勤教导。七参考文献 材料力学 聂毓琴 孟广伟 主编 机械工业出版社 材料力学实验与课程设计 聂毓琴 吴宏 主编 机械工业出版社计算机绘图实用教程 侯洪生 主编 科学出版社 机械设计 谭庆昌 赵洪志 主编 高等教育出版社C程序设计 谭浩强 主编 清华大学出版社 18