傳動軸課程設(shè)計傳動軸疲勞強度計算

材料力學(xué)課程設(shè)計 目錄1. 材料力學(xué)課程設(shè)計的目的12.材料力學(xué)課程設(shè)計的任務(wù)和要求2 2.1設(shè)計計算說明書的要求2 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33.設(shè)計題目34.設(shè)計過程5 4.1繪制傳動軸的受力簡圖5 4.2傳動軸內(nèi)力圖6 4.3根據(jù)強度條件設(shè)計傳動軸直徑75.計算齒輪處軸的撓度8 5.1 y方向撓度8 5.2 z方向撓度106.階梯傳動軸疲勞強度計算127.個人感想308.參考文獻301.材料力學(xué)課程設(shè)計的目的 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：使所學(xué)的材料力學(xué)知識系統(tǒng)化、完整化。在系統(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。由于選題力求結(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。綜合運用以前所學(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)學(xué)科的知識有機地聯(lián)系起來。初步了解和掌握工程實踐中的設(shè)計思想和設(shè)計方法。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)計的任務(wù)和要求參加設(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)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。2.1設(shè)計計算說明書的要求設(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：設(shè)計題目的已知條件、所求及零件圖。畫出構(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。靜不定結(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。畫出全部內(nèi)力圖，并表面可能的各危險截面。各危險截面上各種應(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。各危險點的主應(yīng)力大小及主平面的位置。選擇強度理論并建立強度條件。列出全部計算過程的理論依據(jù)、公式推導(dǎo)過程及必要的說明。對變形及剛度分析要寫明所用的能量法計算過程及必要的內(nèi)力圖和單位力圖。疲勞強度計算部分要說明循環(huán)特征，max，min，r，m，a的計算，所查各系數(shù)的，,，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。2.2分析討論及說明部分的要求分析計算結(jié)果是否合理，并討論其原因、改進措施。提出改進設(shè)計的初步方案及設(shè)想。提高強度、剛度及穩(wěn)定性的措施及建議。2.3程序計算部分的要求程序框圖。計算機程序（含必要的說明語言及標(biāo)識符說明）。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）。3. 設(shè)計題目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=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，階梯軸過度圓弧r均為2mm，疲勞安全系數(shù)n=2。1.傳動軸力學(xué)簡圖2.傳動軸零件圖3.設(shè)計計算數(shù)據(jù)P/kWP1/kWn/（r/min）D/mmD1/mmD2/mmG2/NG1/N/mm()11.84.460090040023085035030060要求：1. 繪出傳動軸的受力簡圖。2. 作扭矩圖及彎矩圖。3. 根據(jù)強度條件設(shè)計等直軸的直徑。4. 計算齒輪處軸的撓度。5. 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）。6. 對所選數(shù)據(jù)的理論依據(jù)作必要的說明。4. 設(shè)計過程4.1繪制傳動軸的受力簡圖根據(jù)已知條件，將軸受力情況進行簡化，如下圖示： 傳動軸受力簡圖其中， 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=1773.8NF1=350NF2=417.3NMe1=117.8NmMe2=70NmMe3=187.8Nm4.2傳動軸內(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)強度條件設(shè)計傳動軸直徑由傳動軸內(nèi)力圖可知，傳動軸上可能的危險截面為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。.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. 計算齒輪處軸的撓度5.1 y方向撓度1. 畫出傳動軸在單個力作用下的內(nèi)力圖（1）Fy1單獨作用下的內(nèi)力圖（2）3F1+G1單獨作用下的內(nèi)力圖（3）G2單獨作用下的內(nèi)力圖2.加單位力后軸的內(nèi)力圖3.計算過程 （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.畫出傳動軸在單個力作用下的內(nèi)力圖（1）Fz1單獨作用下的內(nèi)力圖（2）3F2單獨作用下的內(nèi)力圖2.加單位力后軸的內(nèi)力圖6.階梯傳動軸疲勞強度計算開始根據(jù)提示輸入各參數(shù)是否進行疲勞強度校核？Me是否為零？是否結(jié)束否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： 是計算n、n、n、n計算n、n判斷是否滿足疲勞強度，并輸出詢問是否進行下一疲勞強度校核程序如下：#include<stdio.h>#include<math.h> /*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,n1,n2,n12,n3, zylS, zylR3,n;char key;float x; /*定義變量*/printf("是否進行疲勞強度校核？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);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("輸入屈服強度s：n");scanf("%f",&zylS);printf("輸入n：n");scanf("%f",&n); if(Me!=0) /*扭矩不為零時*/ 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; /*計算n*/n2=qyl/(Kqyl*qylA/(Eqyl*ccxs)+Yqyl*qylM); /*計算n*/n12=n1*n2/sqrt(n1*n1+n2*n2); /*計算n*/zylR3=sqrt(zylMax*zylMax+4*qylMax*qylMax);n3=zylS/zylR3; /*計算n*/printf("n=%fn",n1);printf("n=%fn",n2);printf("n=%fn",n12);printf("n=%fn",n3);if(n12>n)printf("n>nn");printf("該截面(x=%2.1fa)滿足疲勞強度要求n",x);else if (n12<n)printf("n<nn");printf("該截面(x=%2.1fa)不滿足疲勞強度要求n",x);else printf("n=nn");printf("該截面(x=%2.1fa)滿足疲勞強度要求n",x);if(n3>n)printf("n>nn");printf("該截面(x=%2.1fa)滿足靜強度要求n",x);else if (n3<n)printf("n<nn");printf("該截面(x=%2.1fa)不滿足靜強度要求n",x);else printf("n=nn");printf("該截面(x=%2.1fa)滿足靜強度要求n",x);if(n12>=n&&n3>=n)printf("該截面(x=%2.1fa)滿足強度要求n",x);else printf("該截面(x=%2.1fa)不滿足強度要求n",x);printf("n");else /*扭矩為零時*/ 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("n>nn");printf("該截面(x=%2.1fa)滿足疲勞強度要求n",x);elseprintf("n<nn");printf("該截面(x=%2.1fa)不滿足疲勞強度要求n",x);printf("n");printf("n");printf("n");printf("是否進行疲勞強度校核？輸入Y/Nn"); /*是否進行下一校核*/ scanf("%c",&key); scanf("%c",&key); 傳動軸零件圖由題知，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，=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，傳動軸各截面均滿足疲勞強度要求，傳動軸安全。7.個人感想通過本次課程設(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Microsoft 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。8.參考文獻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，2004.2.2聶毓琴，吳宏. 材料力學(xué)實驗與課程設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，2006.6. 3譚浩強.C程序設(shè)計.（第三版）北京：清華大學(xué)出版社，2005.7.