傳動軸課程設(shè)計

1、<p><b>　　材料力學(xué)課程設(shè)計</b></p><p>　　學(xué)院：機械科學(xué)與工程</p><p><b>　　班級：機械三班</b></p><p><b>　　學(xué)號： </b></p><p><b>　　目錄</b></p>

2、<p>　　材料力學(xué)課程設(shè)計的目的………………………………1</p><p>　　2.材料力學(xué)課程設(shè)計的任務(wù)和要求………………………2</p><p>　　2.1設(shè)計計算說明書的要求……………………………2</p><p>　　2.2分析討論及說明部分的要求………………………3 2.3程序計算部分的要求…………………………………3<

3、/p><p>　　3.設(shè)計題目…………………………………………………3</p><p>　　4.設(shè)計過程…………………………………………………5</p><p>　　4.1繪制傳動軸的受力簡圖……………………………5</p><p>　　4.2傳動軸內(nèi)力圖………………………………………6</p><p>　　4.3

4、根據(jù)強度條件設(shè)計傳動軸直徑……………………7</p><p>　　5.計算齒輪處軸的撓度……………………………………8 </p><p>　　5.1 y方向撓度…………………………………………8</p><p>　　5.2 z方向撓度…………………………………………10</p><p>　　6.階梯傳動軸疲勞強度計算………………………

5、………12</p><p>　　7.個人感想…………………………………………………30</p><p>　　8.參考文獻…………………………………………………30</p><p>　　1.材料力學(xué)課程設(shè)計的目的</p><p>　　本課程設(shè)計是在系統(tǒng)學(xué)完材料力學(xué)課程之后，結(jié)合工程實際中的問題，運用材料力學(xué)的基本理論和設(shè)計方法，獨立地計算

6、工程中的典型零部件，以達到綜合運用材料力學(xué)知識解決工程實際問題的目的。同時，可以使學(xué)生將材料力學(xué)的理論和現(xiàn)代計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)代計算方法，又提高了分析問題、解決問題的能力；既是對以前所學(xué)知識（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計算機和材料力學(xué)等）的綜合運用，又為后續(xù)課程（機械設(shè)計、專業(yè)課等）的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，并初步掌握工程設(shè)計思想和設(shè)計方法，使實際工作能力有所提高。具體有以下六項：</p>

7、;<p>　?、攀顾鶎W(xué)的材料力學(xué)知識系統(tǒng)化、完整化。</p><p>　?、圃谙到y(tǒng)全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運用材料力學(xué)知識解決工程實際中的問題。</p><p>　?、怯捎谶x題力求結(jié)合專業(yè)實際，因而課程設(shè)計可以把材料力學(xué)知識與專業(yè)需要結(jié)合起來。</p><p>　?、染C合運用以前所學(xué)的各門課程的知識（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計算機等），使相關(guān)

8、學(xué)科的知識有機地聯(lián)系起來。</p><p>　?、沙醪搅私夂驼莆展こ虒嵺`中的設(shè)計思想和設(shè)計方法。</p><p>　?、蕿楹罄m(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。</p><p>　　2.材料力學(xué)課程設(shè)計的任務(wù)和要求</p><p>　　參加設(shè)計者要系統(tǒng)復(fù)習(xí)材料力學(xué)課程的全部基本理論和方法，獨立分析、判斷設(shè)計題目的已知條件和所求問題，畫出受力分析計算簡圖和內(nèi)

9、力圖，列出理論依據(jù)并導(dǎo)出計算公式，獨立編制計算程序，通過計算機給出計算結(jié)果，并完成設(shè)計計算說明書。</p><p>　　2.1設(shè)計計算說明書的要求</p><p>　　設(shè)計計算說明書是該題目設(shè)計思想、設(shè)計方法和設(shè)計結(jié)果的說明，要求書寫工整，語言簡練，條理清晰-、明確，表達完整。具體內(nèi)容應(yīng)包括：</p><p>　　⑴設(shè)計題目的已知條件、所求及零件圖。</p&g

10、t;<p>　?、飘嫵鰳?gòu)件的受力分析計算簡圖，按比例標(biāo)明尺寸、載荷及支座等。</p><p>　?、庆o不定結(jié)構(gòu)要畫出所選擇的基本靜定系統(tǒng)及與之相應(yīng)的全部求解過程。</p><p>　?、犬嫵鋈績?nèi)力圖，并表面可能的各危險截面。</p><p>　?、筛魑ｋU截面上各種應(yīng)力的分布規(guī)律圖及由此判定各危險點處的應(yīng)力狀態(tài)圖。</p><p&g

11、t;　?、矢魑ｋU點的主應(yīng)力大小及主平面的位置。</p><p>　?、诉x擇強度理論并建立強度條件。</p><p>　?、塘谐鋈坑嬎氵^程的理論依據(jù)、公式推導(dǎo)過程及必要的說明。</p><p>　?、蛯ψ冃渭皠偠确治鲆獙懨魉玫哪芰糠ㄓ嬎氵^程及必要的內(nèi)力圖和單位力圖。</p><p>　?、纹趶姸扔嬎悴糠忠f明循環(huán)特征，бmax，бmin，

12、r，бm，бa的計算，所查各系數(shù)的，ｋ,ε，β依據(jù)，疲勞強度校核過程及結(jié)果，并繪出構(gòu)件的持久曲線。</p><p>　　2.2分析討論及說明部分的要求</p><p>　?、欧治鲇嬎憬Y(jié)果是否合理，并討論其原因、改進措施。</p><p>　　⑵提出改進設(shè)計的初步方案及設(shè)想。</p><p>　?、翘岣邚姸?、剛度及穩(wěn)定性的措施及建議。</

13、p><p>　　2.3程序計算部分的要求</p><p><b>　?、懦绦蚩驁D。</b></p><p>　?、朴嬎銠C程序（含必要的說明語言及標(biāo)識符說明）。</p><p>　　⑶打印結(jié)果（數(shù)據(jù)結(jié)果要填寫到設(shè)計計算說明書上）。</p><p><b>　　設(shè)計題目</b><

14、;/p><p>　　傳動軸的材料均為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（牌號45），許用應(yīng)力[σ]=80MPa，經(jīng)高頻淬火處理，σb=650MPa，σ-1=300MPa，τ-1=155MPa。磨削軸的表面，鍵槽均為端銑加工，階梯軸過度圓弧r均為2mm，疲勞安全系數(shù)n=2。</p><p><b>　　1.傳動軸力學(xué)簡圖</b></p><p><b>　　2

15、.傳動軸零件圖</b></p><p><b>　　3.設(shè)計計算數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　要求：</b></p><p>　　繪出傳動軸的受力簡圖。</p><p><b>　　作扭矩圖及彎矩圖。</b></p><p>　　

16、根據(jù)強度條件設(shè)計等直軸的直徑。</p><p>　　計算齒輪處軸的撓度。</p><p>　　對階梯傳動軸進行疲勞強度計算（若不滿足，采取改進措施使其滿足疲勞強度要求）。</p><p>　　對所選數(shù)據(jù)的理論依據(jù)作必要的說明。</p><p><b>　　設(shè)計過程</b></p><p>　　4.

17、1繪制傳動軸的受力簡圖</p><p>　　根據(jù)已知條件，將軸受力情況進行簡化，如下圖示：</p><p><b>　　傳動軸受力簡圖</b></p><p><b>　　其中， </b></p><p>　　Me3=F2×=9549P/n</p><p>　

18、　Me2=F1×=9549P1/n</p><p>　　Me1+Me2=Me3</p><p><b>　　Me1=Fy1×</b></p><p><b>　　Fy1=FCosα</b></p><p><b>　　Fz1=FSinα</b></p&

19、gt;<p><b>　　由上式可解得：</b></p><p>　　F =2048.2N</p><p>　　Fy1=1023.1N</p><p>　　Fz1=1773.8N</p><p><b>　　F1=350N</b></p><p><b&g

20、t;　　F2=417.3N</b></p><p>　　Me1=117.8N·m</p><p><b>　　Me2=70N·m</b></p><p>　　Me3=187.8N·m</p><p><b>　　4.2傳動軸內(nèi)力圖</b></p>

21、<p><b>　　求支座反力</b></p><p>　　FyB=1724.6N</p><p>　　FyA=1548.5N</p><p>　　FzA=1669.4N</p><p>　　FzB=1356.4N</p><p><b>　　2.作內(nèi)力圖</b>

22、;</p><p><b>　　彎矩圖1</b></p><p><b>　　彎矩圖2</b></p><p><b>　　扭矩圖</b></p><p>　　4.3根據(jù)強度條件設(shè)計傳動軸直徑</p><p>　　由傳動軸內(nèi)力圖可知，傳動軸上可能的危險截

23、面為C、D截面右截面，E截面左截面，所以以三個截面出發(fā)設(shè)計軸的直徑。</p><p><b>　　Ⅰ.C截面右截面</b></p><p><b>　　W=</b></p><p>　　σr3===≤[σ]</p><p><b>　　由上解得：</b></p>

24、<p><b>　　φ3≥44.5mm</b></p><p><b>　?、?D截面右截面</b></p><p><b>　　W=</b></p><p>　　σr3===≤[σ]</p><p><b>　　由上解得：</b></p&

25、gt;<p><b>　　Φ1≥48.8mm</b></p><p><b>　?、?E截面左截面</b></p><p><b>　　W=</b></p><p>　　σr3===≤[σ]</p><p><b>　　由上解得：</b>&l

26、t;/p><p><b>　　Φ3≥44.3mm</b></p><p>　　又由Φ1/Φ2=Φ2/Φ3得：</p><p><b>　　Φ1≥53.8mm</b></p><p><b>　　故可取</b></p><p><b>　　Φ1=54

27、mm</b></p><p><b>　　計算齒輪處軸的撓度</b></p><p><b>　　5.1 y方向撓度</b></p><p>　　畫出傳動軸在單個力作用下的內(nèi)力圖</p><p>　?。?）Fy1單獨作用下的內(nèi)力圖</p><p>　?。?）3F1

28、+G1單獨作用下的內(nèi)力圖</p><p>　?。?）G2單獨作用下的內(nèi)力圖</p><p>　　2.加單位力后軸的內(nèi)力圖</p><p>　　3.計算過程 （圖乘法）</p><p>　　E=200GPa I=</p><p>　　fcy==（·ɑ··

29、Fy1·ɑ×·ɑ+·4·ɑ··Fy1·ɑ×··ɑ+ɑ··（3F1+G1）ɑ×··ɑ+2ɑ··（3F1+G1）ɑ×··ɑ+·2·ɑ··（3F1+G1）ɑ×··ɑ+

30、×2ɑ·（3F1+G1）·ɑ·×·ɑ+·ɑ··G2·ɑ×··ɑ+3ɑ··</p><p>　　G2·ɑ×··ɑ+··ɑ·G2·3ɑ×··ɑ）</p&g

31、t;<p>　　=[Fy1ɑ3+(3F1+G1)ɑ3+G2ɑ3]</p><p>　　=1.17 ×104m</p><p><b>　　=1.17 mm</b></p><p><b>　　5.2 z方向撓度</b></p><p>　　1.畫出傳動軸在單個力作用下的內(nèi)力圖

32、</p><p>　?。?）Fz1單獨作用下的內(nèi)力圖</p><p>　　（2）3F2單獨作用下的內(nèi)力圖</p><p>　　2.加單位力后軸的內(nèi)力圖</p><p>　　6.階梯傳動軸疲勞強度計算</p><p>　　由于疲勞強度校核需校核多個截面，故可利用利用C語言程序進行疲勞強度計算，程序框圖如下：</p&

33、gt;<p><b>　　程序如下：</b></p><p>　　#include<stdio.h></p><p>　　#include<math.h> /*全局變量*/</p><p>　　#define PI 3.14

34、 /*宏定義*/ </p><p>　　void main() /*主函數(shù)*/</p><p>　　{float d1,M,W,zylMax,zylMin,r1,Me,Wp,qylMax,qylMin,qylA,qylM,r2,Kzyl,Kqyl,Ezyl,Eqyl,ccxs,Yqyl;</p>&

35、lt;p>　　float zyl,qyl,n1,n2,n12,n3, zylS, zylR3,n;</p><p><b>　　char key;</b></p><p>　　float x; /*定義變量*/</p><p>　　printf("是否進行疲勞強

36、度校核？輸入Y/N\n");</p><p>　　scanf("%c",&key);</p><p>　　while(key=='Y'||key=='y') /*循環(huán)，判斷條件*/</p><p>　　{printf("輸入需校核平面距y軸距離為a的

37、倍數(shù)\n");</p><p>　　scanf("%f",&x);</p><p>　　printf("輸入該截面對應(yīng)軸的直徑(單位cm)\n");</p><p>　　scanf("%f",&d1);</p><p>　　printf("輸入該截

38、面的彎矩：\n");</p><p>　　scanf("%f",&M);</p><p>　　printf("輸入改截面的扭矩：\n");</p><p>　　scanf("%f",&Me);</p><p>　　printf("輸入Kσ,Kτ：\

39、n");</p><p>　　scanf("%f",&Kzyl);</p><p>　　scanf("%f",&Kqyl);</p><p>　　printf("輸入εσ,ετ：\n");</p><p>　　scanf("%f",&am

40、p;Ezyl);</p><p>　　scanf("%f",&Eqyl);</p><p>　　printf("輸入β：\n");</p><p>　　scanf("%f",&ccxs);</p><p>　　printf("輸入ψτ：\n");&

41、lt;/p><p>　　scanf("%f",&Yqyl);</p><p>　　printf("輸入σ-1：\n");</p><p>　　scanf("%f",&zyl);</p><p>　　printf("輸入τ-1：\n");</p&g

42、t;<p>　　scanf("%f",&qyl);</p><p>　　printf("輸入屈服強度σs：\n");</p><p>　　scanf("%f",&zylS);</p><p>　　printf("輸入n：\n");</p>&l

43、t;p>　　scanf("%f",&n); </p><p>　　if(Me!=0) /*扭矩不為零時*/ </p><p>　　{W=PI*d1*d1*d1/32;</p><p>　　zylMax=M/W;

44、</p><p>　　zylMin=0-zylMax;</p><p><b>　　r1=-1;</b></p><p>　　Wp=PI*d1*d1*d1/16;</p><p>　　qylMax=Me/Wp;</p><p><b>　　qylMin=0;</b></

45、p><p><b>　　r2=0;</b></p><p>　　qylA=qylM=qylMax/2;</p><p>　　n1=zyl/(Kzyl*zylMax); </p><p>　　n1= n1*Ezyl*ccxs; /*計算nσ*/</p><

46、p>　　n2=qyl/(Kqyl*qylA/(Eqyl*ccxs)+Yqyl*qylM); /*計算nτ*/</p><p>　　n12=n1*n2/sqrt(n1*n1+n2*n2); /*計算nστ*/</p><p>　　zylR3=sqrt(zylMax*zylMax+4*qylMax*qylMax);</p><p&g

47、t;　　n3=zylS/zylR3; /*計算n'στ*/</p><p>　　printf("nσ=%f\n",n1);</p><p>　　printf("nτ=%f\n",n2);</p><p>　　printf("nστ=%f\n",

48、n12);</p><p>　　printf("n'στ=%f\n",n3);</p><p><b>　　if(n12>n)</b></p><p>　　{printf("nστ>n\n");</p><p>　　printf("該截面(x=%2.1

49、fa)滿足疲勞強度要求\n",x);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if (n12<n)</p><p>　　{printf("nστ<n\n");</p><p>　　printf("該截面(x=%2.1fa)不滿足疲勞強度要求

50、\n",x);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　{printf("nστ=n\n");</p><p>　　printf("該截面(x=%2.1fa)滿足疲勞強度要求\n",x

51、);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　if(n3>n)</b></p><p>　　{printf("n'στ>n\n");</p><p>　　printf("該截面(x=%2.1fa)滿足靜強度要求\n&quo

52、t;,x);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if (n3<n)</p><p>　　{printf("n'στ<n\n");</p><p>　　printf("該截面(x=%2.1fa)不滿足靜強度要求\n",x);&l

53、t;/p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　{printf("n'στ=n\n");</p><p>　　printf("該截面(x=%2.1fa)滿足靜強度要求\n",x);</p&g

54、t;<p><b>　　}</b></p><p>　　if(n12>=n&&n3>=n)</p><p>　　printf("該截面(x=%2.1fa)滿足強度要求\n",x);</p><p><b>　　else </b></p><p

55、>　　printf("該截面(x=%2.1fa)不滿足強度要求\n",x);</p><p>　　printf("\n");}</p><p>　　else /*扭矩為零時*/ </p><p>　　{W=PI*d1*d1*d1/32;</p>

56、<p>　　zylMax=M/W;</p><p>　　zylMin=0-zylMax;</p><p><b>　　r1=-1;</b></p><p>　　n1=zyl/(Kzyl*zylMax);</p><p>　　n1= n1*Ezyl*ccxs;</p><p>　　pri

57、ntf("nσ=%2.1f\n",n1);</p><p><b>　　if(n1>=n)</b></p><p>　　{printf("nσ>n\n");</p><p>　　printf("該截面(x=%2.1fa)滿足疲勞強度要求\n",x);</p>

58、<p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　{printf("nσ<n\n");</p><p>　　printf("該截面(x=%2.1fa)不滿足疲勞強度要求\n",x);</p><p&g

59、t;<b>　　}}</b></p><p>　　printf("\n");</p><p>　　printf("\n");</p><p>　　printf("\n");</p><p>　　printf("是否進行疲勞強度校核？輸入Y/N\n&qu

60、ot;); /*是否進行下一校核*/ </p><p>　　scanf("%c",&key); </p><p>　　scanf("%c",&key);</p><p><b>　　}</b></p><p>

61、;<b>　　} </b></p><p><b>　　傳動軸零件圖</b></p><p>　　由題知，需要校核的截面有，Ⅰ（x=ɑ）、Ⅱ（x=1.5ɑ）、Ⅲ（x=2.5ɑ）、Ⅳ（x=3ɑ）、Ⅴ（x=3.5ɑ）。本題中，σs取355Mpa。各截面參數(shù)如下：</p><p><b>　?、沤孛姊瘢▁=ɑ）&

62、lt;/b></p><p><b>　　直徑d=8.8cm</b></p><p>　　Kσ=1.8， Kτ=1.6；</p><p>　　表面質(zhì)量系數(shù)β=2.5，ψτ=0.07；</p><p>　　尺寸系數(shù)εσ=0.73，ετ=0.72；</p><p>　　M=801.0N·

63、;m；Me=188.9；</p><p>　　⑵截面Ⅱ（x=1.5ɑ）</p><p>　　直徑d=8.80cm</p><p>　　Kσ=2.00， Kτ=1.5；</p><p>　　表面質(zhì)量系數(shù)β=2.5，ψτ=0.07；</p><p>　　尺寸系數(shù)εσ=0.73，ετ=0.72；</p><

64、;p>　　M=960.2N·m；Me=188.9N·m；</p><p>　?、墙孛姊螅▁=2.5ɑ）</p><p>　　直徑d=9.70cm</p><p>　　Kσ=1.9， Kτ=1.5；</p><p>　　表面質(zhì)量系數(shù)β=2.5，ψτ=0.07；</p><p>　　尺寸系數(shù)εσ=

65、0.73，ετ=0.72；</p><p>　　M=1280N·m；Me=188.9N·m；</p><p>　?、冉孛姊簦▁=3ɑ）</p><p>　　直徑d=10.7cm</p><p>　　Kσ=1.8， Kτ=1.6；</p><p>　　表面質(zhì)量系數(shù)β=2.5，ψτ=0.07；</

66、p><p>　　尺寸系數(shù)εσ=0.70，ετ=0.70；</p><p>　　M=1440N·m；Me=297.1N·m；</p><p>　?、山孛姊酰▁=3.5ɑ）</p><p><b>　　直徑d=8.8cm</b></p><p>　　Kσ=2.6， Kτ=1.7；<

67、;/p><p>　　表面質(zhì)量系數(shù)β=2.5，ψτ=0.07；</p><p>　　尺寸系數(shù)εσ=0.73，ετ=0.72；</p><p>　　M=1296.2N·m；Me=297.1N·m；</p><p><b>　　程序運行結(jié)果如下：</b></p><p><b>

68、;　?、沤孛姊瘢▁=ɑ）</b></p><p>　?、平孛姊颍▁=1.5ɑ）</p><p>　　⑶截面Ⅲ（x=2.5ɑ）</p><p>　?、冉孛姊簦▁=3ɑ）</p><p>　?、山孛姊酰▁=3.5ɑ）</p><p>　　由上可知，傳動軸各截面均滿足疲勞強度要求，傳動軸安全。</p>

69、<p><b>　　7.個人感想</b></p><p>　　通過本次課程設(shè)計，很好地復(fù)習(xí)了上學(xué)期的課程，在設(shè)計過程中，以設(shè)計題目為核心，系統(tǒng)地應(yīng)用所學(xué)知識，全面地考慮問題，完成了改傳動軸的設(shè)計。該過程在雖然遇到了一些困難，但是最終圓滿完成了任務(wù)。另外也進一步熟練使用Word/CAD /Microsoft Visual C++ 6.0等軟件的使用。其中印象最深的就是Micros

70、oft Visual C++ 6.0的使用，它將繁瑣的計算省略，只需輸入必要參數(shù)，大大簡化了設(shè)計過程。但是，最為重要的是加深了對材料力學(xué)課程的理解與認(rèn)識，熟悉了工程設(shè)計步驟，為以后的進一步學(xué)習(xí)和科研工作做準(zhǔn)備。</p><p><b>　　8.參考文獻</b></p><p>　　[1]聶毓琴，孟廣偉 .材料力學(xué).（第四版）北京：機械工業(yè)出版社，2004.2.<