吉林大学材料力学专业课程设计第二组数据轴设计.doc

设计题目传动轴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，。磨削轴表面，键槽均为端铣加工，阶梯轴过渡圆弧r均为2mm，疲惫安全系数n=2。要求：1. 绘出传动轴受力简图。2. 做扭矩图及弯矩图。3. 依据强度条件设计等直轴直径。4. 计算齿轮处轴挠度（均按直径等直杆计算）。5. 对阶梯传动轴进行疲惫强度计算。（若不满足，采取改善方法使其满足疲惫强度要求）。6. 对所取数据理论依据做必需说明。说明：（1） 坐标选择均按图所表示。（2） 齿轮上力F和节圆相切。（3） 表中P为直径为D带轮传输功率，为直径为带轮传输功率。为小带轮重量，为大带轮重量。（4） 为静强度条件所确定轴径，以mm为单位，并取偶数。设设计计算数据 传动轴零件图设计计算数据表P/kW/kWn/(r/min)D/mm/mm/mm/N/Na/mma()6.62.915070035010080040050030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 对传动轴力𝐹2和，皮带轮𝐷1对传动轴力𝐹1和 2𝐹1，齿轮𝐷2对传动轴力 F，还有皮带轮 D 重力𝐺2和皮带轮𝐷1重力G，且M和M方向相反，受力简图以下图所表示列公式求得：M=184.61NM M=420.16NM M= M- M=235.55NM2.弯矩图及扭矩图1)在 XOY 面上传动轴受力简图以下: F2)在 XOZ 面上传动轴受力简图以下:3FFFFsinBAM2=F2*D/2M1=F1*D1/2M=F*D/2依据受力平衡，可列平衡方程： , 3F-F+F-G-Fcos-G=0 ，F-F-Fsin-3F=0,3F*a-G*a+Fcos*a-F*3a+G*4a=0，Fsin*a+3F*4a-F*3a=0求解得： F= 4711N F1 =1054.91N F2=1200.46N Fay=1233.15N Fby=3348.15NFaz=-369.87N Fbz=5587.01N由以上各条件，可得扭矩图以下：420.16184.61弯矩图以下： M弯矩图：M/(Nm)1800.69184.942a4a3a5aaMz弯矩图：M/(Nm)4002148.151382.37 5a4a3a2aa3.设计等直轴轴直径1) 确定危险截面 CBA比较截而 A、B、C 合成弯矩大小:𝑀𝐴=1382.37Nm𝑀𝐵=2156.10Nm𝑀𝐶=1844.58N.m由计算可知 B截面合成弯矩最大，依据扭矩图可知B截面扭矩也是最大，所以传动轴危险截面在B截面。2)依据强度条件设计直径此题为圆轴弯扭组合变形，而传动轴材料是碳素钢，是塑性材料，则适用第三强度理论。其中 ，则 M=420.16Nm M=184.94 Nm M=2148.15 Nm解得： =1.1 65mm 59.09mm3)校核传动轴不一样直径各段强度;校核𝜙2强度左端最大弯矩为1382.37 Nm, 扭矩为184.61Nm右端最大弯矩为1844.58 Nm, 扭矩为420.16Nm取右端依据第三强度理论。，解得：62.2mm 由圆整取偶得：=64mm=1.1=70.4mm则取=70mm59.09mm综上，=70mm, =64mm4.计算轮处挠度d= 70mm E=200GPa I=*d4/64=1.18*101).求 Y 方向挠度在𝐷2轮处加一沿 Y 方向单位力 1，并绘制出单位力 1 作用下弯矩图以下：X 将上述两个图对应图乘:2).求 Z 方向挠度X将上述两个图对应图乘:3).将 Y, Z 方向挠度进行合成即传动轴总挠度是2.07mm5.对阶梯传动轴进行疲惫强度计算I首先对传动轴键槽进行疲惫强度计算因为该轴键槽为端铣加工，b=650MPa，所以依据材料力学（机械工业出版社）P369页图13-10a可查得=1.8，依据材料力学（机械工业出版社）P369页图13-10b可查得=1.48。因为该轴经高频淬火处理，b=650MPa，=1.8，所以依据材料力学（机械工业出版社）P370页表13-4可查得=2.4。因为此传动轴工作在弯扭组合交变应力状态下，所以在进行疲惫强度计算时疲惫强度条件可写成。，。，故弯矩循环系数r=-1,循环特征为对称循环；，故扭矩循环系数r=0,循环特征为脉动循环。所以，。其中，。参考材料力学（机械工业出版社）P373页表13-5可选择。在左起第一个键槽：，传动轴材料为优质碳素结构钢（牌号45），依据材料力学（机械工业出版社）P369页表13-2可查得，。，则，安全。在左起第二个键槽左边，传动轴材料为优质碳素结构钢（牌号45），依据材料力学（机械工业出版社）P369页表13-2可查得，。，则，安全。在左起第二个键槽右边，则，安全。左起第三个键槽：，则，安全。II再对传动轴阶梯轴进行疲惫强度计算可利用c语言来求解因为b=650MPa，,数据表格以下表：已知条件过渡处（校核点）12345直径（mm）6470747064Y方向弯矩（KNm）092.4727.28860.15900.34Z方向弯矩（KNm）691.191765.26925.37202.19200扭矩（KNm）184.16184.16420.16420.16420.16初始应力集中系数1.902.351.871.851.901.481.421.481.481.48尺寸系数0.780.780.750.780.780.740.740.730.740.74敏感系数0.1表面质量系数2.4计算结果(MPa)26.8752.5223.2862.2535.85(MPa)3.592.745.286.248.1711.004.5512.4011.568.2492.56125.6662.1153.2140.6710.924.5512.1611.308.08是否安全是是是是是C语言运行截图以下：总而言之，阶梯传动轴各个截面符合疲惫强度条件。因为阶梯传动轴各个截面均符合疲惫强度条件，故本题不需要采取改善方法来改善疲惫强度。本题所编写C程序#include#include#define PI 3.14void main()float a,b,c,d,e,f,M,W,Mx,My,Mz,Wp,x,g,h,i,n1,n2,n12,j,k,n=2,Z1,Q1;Z1=300e6,Q1=155e6;printf(输入校核面坐标n);scanf(%f,&x);printf(输入对应轴直径（mm）:n);scanf(%f,&d);printf(输入该截面y方向弯矩（kNm）n);scanf(%f,&My);printf(输入该截面z方向弯矩（kNm）n);scanf(%f,&Mz);printf(输入该截面扭矩（kNm）n);scanf(%f,&Mx);printf(输入Kcgmn);scanf(%f,&a);printf(输入Ktn);scanf(%f,&b);printf(输入Ecgmn );scanf(%f,&c);printf(输入Etn);scanf(%f,&e);printf(输入Ytn);scanf(%f,&f);printf(输入Btan);scanf(%f,&i);W=PI*d*d*d/(32e9);Wp=PI*d*d*d/(16e9);M=sqrt(My*My+Mz*Mz);g=M/W;h=Mx/Wp;printf(校核面%fn,x);printf(Cmax=%fnTmax=%fn,g,h);n1=(Z1*c*i)/(g*a);j=0.5*h*b/(e*i)+0.5*h*f;n2=Q1/j;printf(n1=%fnn2=%fn,n1,n2);k=sqrt(n1*n1+n2*n2);n12=n1*n2/k;printf(n12=%fn,n12);if(n12=n)printf(该截面满足疲惫强度要求n);elseprintf(该截面不满足疲惫强度要求n);6.数据处理必需说明：此次设计使用软件：AutoCAD ；Microsoft Word ；Vc+ 6.0参考文件：聂毓琴，孟广伟.材料力学.（第二版）北京：机械工业出版社，.1.聂毓琴，吴宏.材料力学试验和课程设计.北京：机械工业出版社，.6谭浩强.C 程序设计.（第三版）北京：清华大学出版社，.7.材料力学课程设计体会和收获：经过这次课程设计，我深切体会到了材料力学在工程实际中作用，而且加深了对基础概念了解，巩固了所学知识。在课程设计中，起初很多不会，不过在经过翻书查阅、问询老师同学以后，还是一一克服了其中碰到种种问题。整个课程设计过程中，我从整体上掌握了基础理论和现代计算方法，提升了分析问题，处理问题能力，把以前所学知识（高等数学、工程图学、理论力学、c语言和材料力学等）又深入巩固了一遍，也让我对这些知识有了深入了解，我相信这一定会为我深入深造打下坚实基础。