材料力学课程设计--车床主轴设计

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1、题目：车床主轴设计题目：车床主轴设计 一、一、 课程设计的目的课程设计的目的 材料力学课程设计的目的是在于系统学习材料力学后，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，可以使我们将 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综 合应用，又为后继课程打下基础，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。 1） 使所学的材料力学知识系统化， 完整化。 让我们在系统全面复习的基

2、础上， 运用材料力学知识解决工程实际问题。 2）综合运用以前所学的各门课程的知识（高等数学、工程图学、理论力学、 算法语言、计算机等） ，使相关学科的知识有机地联系起来。 3）使我们初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法，为后续课程的 学习打下基础。 二、二、 课程设计的任务和要求课程设计的任务和要求 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。 三、三、 设计题目设计题目 某车床主轴尺寸及受力情况如图 1 所示。在 A、B、

3、C 三个支座的中间支座 B 处，轴承与轴承座之间有间隙，正常工作时，B 处轴承不起支撑作用，此时主轴 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时， 主轴处于 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，螺旋 角为，工作处的切削力有、（在进行强度、刚度计算时，可以不计轴向 力的影响，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

4、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 =420 a MP， 1 =240 a MP） 。 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。 表 1： )( )( m/ MPa/ mf D / mf E / rad c / 20 10 0.5 4 10 150 3.3 4 10 3.5 4 10 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。 表表 2 2： （设计

5、计算数据表： （设计计算数据表1414） 1 l /m 2 l /m 3 l /m A /m B /m R /m ( ) n/(r/ min) P/kw D d y H F/N Z H F/N 14 0.1 6 0.5 0 0.1 5 0.1 2 0.1 6 0.1 2 45 500 5.0 0.70 4200 2100 图 1: 四对主轴静定情况校核四对主轴静定情况校核 由公式可知 Me=9549 *p+kw *n+r min = 95495.0 500 = 95.49N m 由Me= Ft R可得Ft= Me R = 95.49 0.12 = 795.75N 由斜齿轮受力分析得： Fr=

6、Ft tan cos = 795.75 0.364 0.985 = 294.06N 则有：FEy= Ftsin Frcos = 795.75 0.707 294.06 0.707 = 354.69N FEz= Ftcos+ Frsin = 795.75 0.707 +294.06 0.707 = 770.50N Fy= FHyFz= FHz M1= Fyb = FHyb = 4200 0.16 = 672Nm M2= Fzb = FHzb = 2100 0.16 = 336N m 由图 1 受力分析求支座反力FAy、FAz、FCy、FCz： MCz= FAy (L 1+ L2) +FEya M1 FyL3= 0 FAy= 1908.24N MAZ= FCy (L 1+L2) + FEy (L 1+ L2a) + M1+ Fy（L1+L2+L3） = 0