材料力学课程设计

材料力学课程设计

说明书

１

目录

一、课程设计目的---------------03

二、课程设计任务和要求---------------03

三、课程设计题目---------------04

四、课程设计计算过程

1.画出力学简图，求出外力 ---------------05

强度计算 ---------------07

刚度计算 ---------------08 B截面的实际位移 ---------------16 2.疲劳强度校核 ---------------19

3.超静定校核设计

超静定校核设计 ---------------20校核疲劳强度 ---------------22

五、循环计算程序---------------24

六、课程设计总结---------------30

七、参考文献---------------30

２

材料力学课程设计的目的是在于系统的学习材料力学之后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学设计的基本原理和计算方法，独立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的目的。同时，可以使我们将材料力学的理论和现代的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；既是对以前学到的知识（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）的综合运用，又为以后学习的课程（机械设计、专业课等）打下了基础，并初步掌握了工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。具体有以下六项：

1.使我们的材料力学知识系统化，完整化。

2.在系统的全面的复习的基础上，运用材料力学的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的知识和专业需要结合起来。

4.综合运用以前所学的各门课程知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机等），是相关学科知识有机的联系起来。

5.初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法。

6.为以后课程的学习打下基础。

二、课程设计任务和要求

参加设计者要系统复习材料力学课程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，列出理论依据并导出计算公式，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。

３

４

设计题目：车床主轴设计

某车床主轴尺寸及受力情况如图1所示。在A 、B 、C 三个支座的中间支座B 处，轴承与轴承座之间有间隙δ，正常工作时，B 处轴承不起支撑作用，此时轴处于A 、C 两支座下的静定状态。当B 截面处弯曲变形大于间隙δ时，轴处于A 、B 、C 三支座下的静不定状态。轴截面E 处装有斜齿轮，其法向压力角为α，螺旋角为β，工作处的切削力有x F 、y F 、z F （在进行强度、刚度计算时，可以不计轴向力x F 的影响，而以弯曲、扭转变形为主）。轴的材料为优质碳素结构钢（45钢），表面磨削加工，氮化处理。其他已知数据见表1。

1. 试按静定梁（A 、C 支撑）的强度、刚度条件设计等截面空心圆轴外径D(d/D

值可见数据表2)，并计算这时轴上B 截面处的实际位移。

2. 在安装齿轮的E 截面处有一铣刀加工的键槽，试校核此截面处的疲劳强

度。规定的安全系数n=3（1

-σ

=420MPa ，1

-τ

=240MPa ）。

3. 对静不定情况（A 、B 、C 支撑），同时根据强度、刚度条件设计外径D ，

并用疲劳强度理论校核。 设计数据：表1：

)(︒α )(︒β δ/m

[ζ]/MPa

m f D /][

m f E /][

rad c /][θ

20

10

4105.0-⨯

150

4103.3-⨯

4105.3-⨯

0.0028

注意：设计中不考虑轴的旋转静定要求和热变形的影响，并且将各轴承视为刚体，且不产生刚体位移，不考虑制造工艺和尺寸链等因素。 表2：（设计计算数据表Ⅰ-13）

m l 1 m l 2 m l 3

m a m b m R 0.16

0.49

0.15

0.12

0.16

0.12

()︒θ

()min r n kw P D d N F Hy N F Hz 45

500

5.0

0.70

4200

2000

５

图一：

四、 课程设计设计过程

1. 画出力学简图，求出外力

由公式可知min

/}{}

{9549r n kw p Me ⨯==m .5000.59549N ⨯=95.49N.m ∴R Me t F

==m 12.0m

.49.95N =795.75N

６

由斜齿轮受力分析得：

βαcos tan t F r F =

=010cos 0

20tan 75.795⨯=294.10N 则有：θθcos sin r F t F Ey

F -==354.72N

θθsin cos r F t F Ez

F +==770.64N 由工件DH 受力平衡及作用力与反作用力，代入N

H F N H F 2000z

,4200y

==求得：

N H F D F N H F D F 2000z

z ,4200y y ==== m .32016.0x 2000N N N b Hz

F Dy

M

===

m .672m 16.0x 4200N N b Hy

F Dz

M

===

强度计算，画出弯矩、扭转图

由受力分析求出A 点的支反力：

0321)(=--++=∑⎪⎭⎫ ⎝⎛l Hy F Dz M a Ey F l l Ay F F Cz M 0321)(=++++=∑⎪⎭

⎫ ⎝⎛l Hz F Dy M a Ez F l l Az F F Cy M 解上面的方程，则有:

N A F N Ay F 12.1096z

,59.1937-==