材料力学课程设计说明书-传动轴静强度、变形及疲劳强度计算

材料力学课程设计1材料力学课程设计说明书设计题目：传动轴静强度、变形及疲劳强度计算学院：汽车工程学院专业：车辆工程学号：42100414姓名：齐世迁2目录一、设计目的....................................................................................................................3二、设计任务和要求........................................................................................................3三、设计题目....................................................................................................................3四、设计内容....................................................................................................................5（一）绘出传动轴的受力简图...........................................................................................5（二）作扭矩图及弯矩图...................................................................................................5（三）根据强度条件设计等直轴的直径...........................................................................7（四）计算齿轮处轴的挠度（按直径为1的等直杆计算）.........................................10（五）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。）.........................................................................................................................12五、程序计算..................................................................................................................18（一）程序框图.................................................................................................................18（二）计算机程序.............................................................................................................19（三）打印结果.................................................................................................................25六、课程设计总结..........................................................................................................26材料力学课程设计3一、设计目的本课程设计的目的是在于系统学完材料力学之后，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，独立地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工程实际问题之目的。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；既把以前所学的知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机和材料力学等）综合运用，又为后继课程（机械设计、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、在系统全面复习的基础上，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和专业需要结合起来。4、综合运用了以前所学的各门课程的知识（高数、制图、理力、算法语言、计算机等等）使相关学科的知识有机地联系起来。5、初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法。6、为后继课程的教学打下基础。二、设计任务和要求要求参加设计者，要系统地复习材料力学的全部基本理论和方法，独立分析、判断、设计题目的已知条件和所求问题。画出受力分析计算简图和内力图，列出理论依据和导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。三、设计题目传动轴静强度、变形及疲劳强度计算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，650bMPa，1300MPa，1155MPa。磨削轴的表面，键槽均为端铣加工，过度圆弧r均为2mm，疲劳安全系数2n。要求：1、绘出传动轴的受力图。2、作扭矩图及弯矩图。3、根据强度条件设计等直轴的直径。4、计算齿轮处的挠度（均按直径等于1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、对所取数据的理论根据作必要说明。4说明：（1）坐标的选取按图1所示。（2）齿轮上的力F与节圆相切。（3）表1中P为直径为D的带轮传递的功率，1P为直径为1D的带轮传递的功率。为1G小带轮的重量，2G为大带轮的重量。图1传动轴力学简图图2传动轴零件图1为静强度条件所确定的直径，以为mm单位，并取偶数。设3122431.1设计计算数据表（表1）：P/kW1P/kWn/(r/min)D/mm1D/mm2D/mm2G/N1G/Na/mm11.84.460090040023085035030060表1设计计算数据材料力学课程设计5四、设计内容（一）绘出传动轴的受力简图将带轮和齿轮上的力向传动轴的中心简化，可得传动轴的受力简图如下图3所示。图3传动轴的受力简图（二）作扭矩图及弯矩图1.外力分析（求支反力）根据式/min9549kWeNmrPMn，可得11.895499549187.80600ePMNmNmn又知22eFDM，则2322187.80417.3390010eMFNND同理有11114.49549954970.032600ePFDMNmNmn1350.15FN12211.84.495499549117.772600ePPFDMNmNmn1024.09FN由0zAM，得11121cos3(3)45yFFGFG11024.09cos603(350350.153)48505N1622.68N6由0zBM，得11214cos2(3)5yFFGFG141024.09cos602(350350.153)8505N1139.82N由0yAM，得121(sin12)5zFFF1(1024.09sin6012417.33)5N1178.97N由0yBM，得21(4sin3)5zFFF1(41024.09sin603417.33)5N959.91N2、作扭矩图图4传动轴扭矩图3、作弯矩图材料力学课程设计7图5传动轴弯矩图（三）根据强度条件设计等直轴的直径由于该传动轴为阶梯轴，因此需分段进行强度校核计算其直径。1、按直径为1的轴进行计算由弯矩图和扭矩图可以看出1段危险截面在3a处，其弯矩值和扭矩值为：1max1187.80xDxeMMMNm21max22()2(353.69287.97)287.97331.7833DyDyyDyMMMMNm1max1718.61zDzMMNm由于该传动轴的材料为优质碳素结构钢，故可采用第三强度理论计算。圆轴扭转和弯曲组合的强度条件为22231max1max1max11rxyzMMMW322211max1max1max132xyzMMM222311max1max1max32xyzMMM2223632187.80718.61331.783.1480108346.9710m取148mm。由3122341.1可求得，取244mm，340mm，436mm。2、按直径为2的轴进行计算由弯矩图和扭矩图可以看出2段危险截面在2.5a处，其弯矩值和扭矩值为：2max22117.77xDxeMMMNm22max353.69287.97320.8322DyDyyMMMNm122max23()3(718.61341.95)341.95624.4544DzDzzDzMMMMNm由于该传动轴的材料为优质碳素结构钢，故可采用第三强度理论计算。圆轴扭转和弯曲组合的强度条件为22232max2max2max21rxyzMMMW322222max2max2max132xyzMMM222322max2max2max32xyzMMM2223632117.77320.83624.453.148010344.9310m取246mm。由3122341.1可求得，取150mm，342mm，438mm。3、按直径为3的轴进行计算由弯矩图和扭矩图无法直接看出3段危险截面在何位置需对1.5a处、3.5a处和4a处进行比较经计算得危险截面在3.5a处，且危险截面处的弯矩值和扭矩值为3max187.80xeMMNm23max25()5(353.69287.97)287.97342.7466DyDyyDyMMMMNm材料力学课程设计913max718.61486.80602.7122DzDzzMMMNm由于该传动轴的材料为优质碳素结构钢，故可采用第三强度理论计算。圆轴扭转和弯曲组合的强度条件为22233max3max3max31rxyzMMMW322233max3max3max132xyzMMM222333max3max3max32xyzMMM2223632187.80342.74602.713.148010345.0610m取346mm。由3122341.1可求得，取156mm，250mm，442mm。4、按直径为4的轴进行计算由弯矩图和扭矩图可以看出4段危险截面在4.5a处，其弯矩值和扭矩值为：4max0xM，2max353.69176.8522DyyMMNm2max486.80243.422DzzMMNm由于该传动轴的材料为优质碳素结构钢，故可采用第三强度理论计算。圆轴扭转和弯曲组合的强度条件为22234