吉林大学材料力学课程设计-传动轴计

解得： 2 55.7 mm 综上所述，取 1=64 mm ，由 取 2 60mm ； 3
1 2 3 1.1 2 3 4
56mm ； 4 52 mm
经校核各轴均满足静强度的要求。
4.求齿轮轴的挠度
已知： d 1 64mm 根据图乘法： XOY 平面：
， Fz1 3F 2 sin F Fz 2 0
2 y2 1 1
M 0 ， G a 3a cos F 4aF 5a G 3F 0 M 0 ， 3F a 3a sin F 4aF 0
z
y
2 z2
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材料力学 课程设计
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材料力学 课程设计
说明： （1） 坐标的选取均按图所示。 （2） 齿轮上的力 F 与节圆相切。
P 1 为直径为 D 1 的带轮传递的功率。 G1 （3） 表中 P 为直径为 D 的带轮传递的功率，
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。
Mc EI
XOZ 平面： 各力弯矩图：
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Z 方向：
fz
1 (3a 3 F 2 /16 15a 3 F 2 /12 3a 3 F 2 / 4 3a 3 F 2 /16 EI 9a 3 F sin /16 3a 3 F sin /16) 1 (19a 3 F 2 / 8 3a 3 F sin / 4) EI 2.186 10 3 m 2.186 mm
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， 理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。 一、设计计算说明书的要求 设计计算说明书是该题目设计思想、设计方法和设计结果的说明，要求书写工整，语言 简练，条理清晰、明确，表达完整。具体内容应包括： 1.设计题目的已知条件、所求及零件图。 2.画出构件的受力分析计算简图，按比例标明尺寸、载荷及支座等。 3.静不定结果要画出所选择的基本静不定系统及与之相应的全部求解过程。 4.画出全部内力图，并标明可能的各危险截面。 5.危险截面上各种应力的分布规律图及由此判定各危险点处的应力状态图。 6.各危险点的主应力大小及主平面位置。 7.选择强度理论并建立强度条件。 8.列出全部计算过程的理论根据、公式推导过程以及必要的说明。 9.对变形及刚度分析要写明所用的能量法计算过程及必要的内力图和单位力图。 10.疲劳强度计算部分要说明循环特征， max ， min ，r， m ， a 的计算，所查 k，ε，
综上： f
Mc EI
f y2 f z2 3.4072 2.1862 4.05mm fy fz arctan 3.407 57.3 2.186
与 XOY 面得夹角为 arctan
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）
I．首先对传动轴键槽进行疲劳强度计算 因为该轴键槽为端铣加工，σ b=650MPa，所以根据《材料力学》表 13-10a 可查得
3 56mm ，传动轴的材料为优质碳素结构钢（牌号 45） ，根据《材料力学》表 13-2
可查得 0.81 ， 0.76 。
MyB 1005.8N m ， MzB 204.6 N m ， MxB 250.5 N m
合弯矩图：
XOZ 面
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各分力单独作用：
合弯矩图：
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扭矩图：
3.设计等直轴轴的直径
根据第三强度理论： r 3
2 4 2
1 W
2 M x2 M y M z2
分析最大截面： r 3

32 2 02 1920.9 150.12 80 MPa 3 d
K =1.81，根据《材料力学》13-10b 可查得 K =1.62。
因为该轴经高频淬火处理，σb=650MPa， K =1.81，所以根据《材料力学》表 13-4 可 查得 =2.4。 由于此传动轴工作在弯扭组合交变应力状态下， 因此在进行疲劳强度计算时疲劳强度条
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所以 n
K
1 max
， n
K
1 a m 1 0 2
。

其中 a

1 1 max ， m max ， 2 2
0 2 。
参照《材料力学》表 13-5 可选取 0.10 。
在 B 截面侧处：
件可写成 n
n n n n
2 2
n 2。
2 2
max
M max W
My Mz W
， max
Mx 3 3 ，W ， WP 。 WP 32 16
min max ，故弯矩循环系数 r=-1,循环特征为对称循环； min 0 ，故扭矩循环系数 r=0,循环特征为脉动循环。
Me1 F 2 D / 2 9550 P / n 230.6 N m
Me 2 F * D 2 / 2
Me3 F 1 * D1 / 2 9550* P1 / n 150 N m
Me1 Me 2 Me 3
求支座反力：
F 0 Fz 0
y
,
Fy1 G 2 cos F Fy 2 G1 3F 1 0
设
1 3 2 1.1 2 4 3
设计计算数据
P/kW 16.9
P 1 /kW
11.0
n/(r/min) 700
D/mm 600
D1 /mm
300
D2 /mm
750
G2 /N
600
G1 /N
200
a/mm 600
a(º) 80
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设计过程
1.传动轴受力简图
求解得： F 214.6 N
F 1 1000.5 N F 2 768.5 N Me 2 80.5 N m Fy1 341N Fz1 1676.2 N Fy 2 4179.3N Fz 2 417.8 N
2.弯矩图及扭矩图
XOY 面
各分力单独作用：
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E 200GPa
I
d4 64
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Y 方向：
fy
1 (G 2a 3 /16 5G 2a 3 /12 1G 2a 3 / 4 G 2a 3 /16 9a 3 cos F /16 3a 3 cos F /16 EI 9a 3 (G1 3F 1) /16 3a 3 (G1 3F 1) / 8 a 3 (G1 3F 1) / 32) 1 (19G 2a 3 / 24 3a 3 cos F / 4 31a 3 (G1 3F 1) / 32) EI 3.407 10 3 m 3.407 mm
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汽车工程 学院汽车源自动机 专业420911 班
设计者
学号
李根平
20090107200
42091117 卡号
2011 年 10 月 18 日
材料力学 课程设计
目录
设计目的…………………………………………………………………2 设计任务及要求……………….…………………………………………2 设计题目…………………………………………………………………3 传动轴受力简图…………………………………………………………5 弯矩扭矩图………………………………………….…………………...6 设计等轴的直径………………………………….………...……………9 计算齿轮处轴的挠度……………………………….…………………...10 阶梯传动轴进行疲劳强度计算…………………………………………12 数据说明…………………………………………………………………19 设计感想………………………………………………………………..19 附：程序计算结果截图，计算机程序设计
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β各系数的依据，疲劳强度校核过程及结果，并绘出构件的持久极限曲线。 二、分析讨论及说明部分的要求 1.分析计算结果是否合理，并讨论其原因、改进措施。 2.提出改进设计的初步方案及设想。 3.提高强度、刚度及稳定性的措施及建议。 三、程序计算部分的要求 1.程序框图 2.计算机程序（含必要的语言说明及标识符说明） 。 3.打印结果（数据结果要填写到设计说明书上） 。 四、材料力学课程设计的一般过程 材料力学课程设计与工程中的一般设计过程相似，从分析设计方案开始到进行必要的 计算，并对结构的合理性进行分析，最后得出结论。应合理安排时间，避免前松后紧，甚至 不能按时完成设计任务。 材料力学课程设计可大致分为以下几个阶段： 1. 设计准备阶段。认真阅读材料力学课程设计指导书，明确设计要求，结合设计题目 复习材料力学课程的有关理论知识，制定设计的步骤、方法以及时间分配方案等。 2. 从外力及变形分析入手，分析计算内力、应力及变形，绘制各种内力图及位移、转 角曲线。 3. 建立强度、刚度条件，并进行相应的设计计算以及必要的公式推导。 4. 编制计算机程序并调通程序。 5. 上机计算，并打印出结果。 6. 整理数据结果并书写设计计算说明书。 7. 分析讨论设计和计算的合理性、优缺点，以及相应的改进意见和措施。