五种传动轴的静强度变形及疲劳强度的计算

材料力学

课程设计说明书

设计题目五种传动轴的静强度、变形及疲劳强度的计算

学院

专业班

设计者

学号

指导教师

_年月日

目录

一设计目的 (3)

二设计任务和要求 (4)

三设计题目 (4)

四设计内容 (6)

五程序计算 (18)

六改进措施 (21)

七设计体会 (22)

八参考文献 (22)

一．材料力学课程设计的目的

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个门课程的知识（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．材料力学课程设计的任务和要求

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．材料力学课程设计的题目

传动轴的强度、变形及疲劳强度计算

6－1 设计题目

传动轴的材料为优质碳素结构钢（牌号45），许用应力[σ]=80MPa，经高频淬火处理，其σb=650MPa，σ-1=300MPa,τ

磨削轴的表面，键槽均为端铣加工，阶梯轴过渡圆弧r均-1=155MPa,

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）计算齿轮处轴的挠度；（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）；

6）对所取数据的理论根据作必要的说明。

说明 ：

a) 坐标的选取均按下图7—10b 所示； b) 齿轮上的力F 与节圆相切；

c) 数据表中P 为直径D 的皮带轮传递的功率，1

P 为直径为D 1的皮

带轮传递的功率。

G1为小带轮重量，G2为大带轮重量。

y

x

z

图7-10b

Φ1 为静强度条件所确定的轴径，尺寸最后一位数准确到mm ，并取偶数。

设1.1

4

3

3

2

2

1=

=

=

φ

φ

φ

φ

φ

φ

7—11传动轴的零件图

图7-11

设计数据表格：

P

/kW

P1

/kW

n/

(r/min)

D

/mm

D1

/mm

D2

/mm

G2

/N

G1

/N

a

/mm

α

(°) 150 700 350 100 800 400 500 30

四．设计内容

（1）绘出传动轴的受力简图

此传动轴受弯扭组合变形，把各力分解，使每组力只产生一种

变形，如图。

（2）作扭矩图和弯矩图

根据力矩与功率的关系式：{Me }N ·m =9549 /min

{}

{}r P n ，以及力矩的平

衡：

2M x =

22F D ⋅= 95496.6

150=N m ⋅ 21200.46F ⇒=N 1M x =112F D ⋅= 95492.9

150 =N m ⋅ 11054.97F ⇒=N Mx =22F D ⋅= 95496.6 2.9

150-=N m ⋅ 4710.80F ⇒=N 扭矩图

X-Y 平面:

支反力求解：

Mz ∑=0

1122(3)cos 340

F G a F a F y a G a α-⋅+⋅-⋅+⋅=

代入数据解得： 23348.20F y N =

又因为： 111223cos 0F G F y F F y G α-+-+-= 11233.44y F N =-

内力图和弯矩图:

X-Z 平面： 支反力求解

0My =∑ 22sin 3340F a F z a F a α-⋅+⋅-⋅= 代入数据解得： 25586.97z F N =

0Fz =∑ 122sin 30z F z F F F α-+-=

代入数据解得： 1369.81z F N =

内力图和弯矩图：

（3）根据强度条件设计等直轴的直径

I 由弯矩图及扭矩图可以看出来，危险截面可能是B 、C 、E

三个截面处。其截面处合成弯矩大小如下：

B 处：222201382.461382.46.B By Bz M M M N m =+=+=

C 处: 2222184.912148.192156.13.C Cy Cz M M M N m ++ E 处：22224001800.691844.58.Ey Ez E M M M N m =++

因为传动轴为受弯扭组合变形的圆轴，所以，由第三强度理

论有：

[]2231M Mx W

σσ=

+