材料力学课程设计-五种传动轴.

材料力学课程设计五种传动轴静强度、变形及疲劳强度计算

(b)

班级：11级机械城轨二班

姓名：林胜军

学号：

指导老师：任小平

2013年6月

目录

一.设计目的： (3)

二.材料力学课程设计的任务和要求 (3)

三．设计题目： (3)

四．设计内容 (5)

五．程序设计 (20)

六、课程设计总结 (23)

一.设计目的：

本课程设计的目的是在于系统学习完材料力学之后，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，独立的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实际问题的目的。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，又为后继课程（零件、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与专业需要结合起来；

4. 综合运用以前所学习的各门课程的知识，使相关学科的只是有机的联系起来；

5. 初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法；

6. 为后续课程的教学打下基础

二.材料力学课程设计的任务和要求

参加设计者要系统复习材料力学课程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并导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出输出结果，并完成设计计算说明书。

三．设计题目：

传动轴的材料均为优质碳素结构钢（牌号45），许用应力[σ] =80MPa,经高频淬火处理，σb=650MPa,σ-1 =300MPa，τ-1 =155MPa。磨削面的表面，键槽均为端铣加工，阶梯轴过度圆弧r均为2mm，疲劳安全系数n =2。

要求：

1. 绘出传动轴的受力简图；

2. 作出扭矩图和弯矩图；

3. 根据强度条件设计等直轴的直径；

4. 计算齿轮处轴的挠度（均按直径Φ1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. 对所采取数据的理论根据作必要的说明。

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.表中P为直径为D的带轮的传递的功率，P1为直径为D1的带轮传递的功率。G1为小带轮的重量，G2为大带轮的重量；

4. Φ1为静强度条件所确定的轴径，以mm为单位，并取偶数。设Φ1/Φ2=Φ3/Φ4=Φ2/Φ3=1.1

图一：转动轴力学图

表一：设计计算数据表

组

数据

P/KW P1/KW n/(r/min) D/㎜D1/㎜D2/㎜G2/N G1/N a/㎜α/°

2

22 9.6 19.1 900

7

700

2

280

2

250

6

650

3

300

4

400

3

30

图二：传动轴零件图

四．设计内容

（1）绘出传动轴的受力简图：

此传动轴为弯扭组合变形，将各力分解得到上图。

由力矩与功率关系式：M

e

=9549·得，

M x =F

2

·=9549·=101.85(N·m) F2=291.07N

M x1= F

1

·=9549·=202.65 F

1

=1447.51N

M x2=F·= M

x

- M

x1

=-100.80 F=-806.36N

X-Y平面受力分析：

在x=a处列弯矩方程，得3F

1·a -G

1

·a-F

y2

·3a+F·cosα·a+G

2

·4a=0

解得：F

y2

=1981.40N

由Y方向受力平衡得，3F

1 +F

y2

-F

y1

-G

1

G

2

-F·cosα

2

=0

解得，F

y1

=6072.26N

X-Z平面受力分析：

在x=a处列弯矩方程得，

F·sinα·a+3F

2·4a-F

z2

·3a=0 解得：F

z2

=1029.89N

由沿z方向受力平衡得，

F z1+F·sinα+3F

2

- F

z2

=0 解得：F

z1

=559.86N

（2）作扭矩图和弯矩图：

扭矩图：

绕x 轴的扭矩图剪力图

在xoy 平面内：

y 轴方向的剪力在yoz 平面内:

z 轴方向的剪力弯矩图：

在xoy 平面内的弯矩，由Fy

在xoz 平面内的弯矩，由Fz 产生: