1、材料力学课程设计 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) 2013 年 6 月 材料力学课程设计 2 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 材料力学课程设计 3 一一.设计目的设计目的： 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
2、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 二二.材料力学课程设计的任务和要求材料力学课程设计的任务和要求 参
3、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。 三三设计题目设计题目： 传动轴的材料均为优质碳素结构钢（牌号 45），许用应力 =80MPa,经高 频淬火处理，b =650MPa,-1 =300MPa，-1 =155MPa。磨削面的表面，键槽均为 材料力学课程设计 4 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
4、设计等直轴的直径； 4. 计算齿轮处轴的挠度（均按直径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. 1为静强度条件所确定的轴径，以 mm 为单位，并取偶数。设1/2= 3/4=2/3=1.1 图一：转动轴力学图 材料力学课程设计 5 表一：设计计算数据表 组 数据 P/KW
5、P1/KW n/(r/min) D/ D1/ D2/ G2/N G1/N a/ / 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 四四设计内容设计内容 （1）绘出传动轴的受力简图： 材料力学课程设计 6 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：Me=9549 n P 得， Mx=F2 2 D =9549 900 6.9 =101.85(Nm) F2=291.07N Mx1= F1 2 1D =9549 900 1.19 =202.65 F1=1447.51N Mx2=F 2 2
6、D = Mx- Mx1=-100.80 F=-806.36N X-Y 平面受力分析： 在 x=a 处列弯矩方程，得 3F1a -G1a-Fy23a+Fcosa+G24a=0 解得：Fy2=1981.40N 由 Y 方向受力平衡得，3F1 +Fy2-Fy1-G1 G2 -Fcos2=0 解得，Fy1=6072.26N X-Z 平面受力分析： 在 x=a 处列弯矩方程得， Fsina+3F24a-Fz23a=0 解得：Fz2=1029.89N 由沿 z 方向受力平衡得， Fz1+Fsin+3F2- Fz2 =0 解得：Fz1=559.86N 材料力学课程设计 7 （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 材料力学课程设计 8 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: 材料力学课程设计 9 （3）根据强度条
