傳動軸課程設(shè)計傳動軸疲勞強度計算
材料力學課程設(shè)計 目錄1. 材料力學課程設(shè)計的目的12.材料力學課程設(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.材料力學課程設(shè)計的目的 本課程設(shè)計是在系統(tǒng)學完材料力學課程之后,結(jié)合工程實際中的問題,運用材料力學的基本理論和設(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知識解決工程實際問題的目的。同時,可以使學生將材料力學的理論和現(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;既是對以前所學知識(高等數(shù)學、工程圖學、理論力學、算法語言、計算機和材料力學等)的綜合運用,又為后續(xù)課程(機械設(shè)計、專業(yè)課等)的學習打下基礎(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:使所學的材料力學知識系統(tǒng)化、完整化。在系統(tǒng)全面復習的基礎(chǔ)上,運用材料力學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)計可以把材料力學知識與專業(yè)需要結(jié)合起來。綜合運用以前所學的各門課程的知識(高等數(shù)學、工程圖學、理論力學、算法語言、計算機等),使相關(guān)學科的知識有機地聯(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)課程的學習打下基礎(chǔ)。2.材料力學課程設(shè)計的任務(wù)和要求參加設(shè)計者要系統(tǒng)復習材料力學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,很好地復習了上學期的課程,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課程的理解與認識,熟悉了工程設(shè)計步驟,為以后的進一步學習和科研工作做準備。8.參考文獻1聶毓琴,孟廣偉 .材料力學.(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:清華大學出版社,2005.7.