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. . . 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,。磨削轴的表面,键槽均为端铣加工,阶梯轴过渡圆弧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. 做扭矩图及弯矩图。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(均按直径的等直杆计算)。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. 对所取数据的理论根据做必要的说明。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。(3) 表中P为直径为D的带轮传递的功率,为直径为的带轮传递的功率。为小带轮的重量,为大带轮的重量。(4) 为静强度条件所确定的轴径,以mm为单位,并取偶数。设设计计算数据 传动轴零件图设计计算数据表P/kW/kWn/(r/min)D/mm/mm/mm/N/Na/mma()6.62.915070035010080040050030设计过程1.传动轴受力简图首先对传动轴进行受力分析,轴共受 7 个力作用,分别为皮带轮 D 对传动轴的力2和,皮带轮1对传动轴的力1和 21,齿轮2对传动轴的力 F,还有皮带轮 D 的重力2和皮带轮1的重力G,且M与M方向相反,受力简图如下图所示列公式求得:M=184.61NM M=420.16NM M= M- M=235.55NM2.弯矩图及扭矩图1)在 XOY 面上传动轴受力简图如下: F2)在 XOZ 面上传动轴受力简图如下:3FFFFsinBAM2=F2*D/2M1=F1*D1/2M=F*D/2根据受力平衡,可列平衡方程: , 3F-F+F-G-Fcos-G=0 ,F-F-Fsin-3F=0,3F*a-G*a+Fcos*a-F*3a+G*4a=0,Fsin*a+3F*4a-F*3a=0求解得: F= 4711N F1 =1054.91N F2=1200.46N Fay=1233.15N Fby=3348.15NFaz=-369.87N Fbz=5587.01N由以上各条件,可得扭矩图如下:420.16184.61弯矩图如下: M弯矩图:M/(Nm)1800.69184.942a4a3a5aaMz弯矩图:M/(Nm)4002148.151382.37 5a4a3a2aa3.设计等直轴轴的直径1) 确定危险截面 CBA比较截而 A、B、C 的合成弯矩大小:=1382.37Nm=2156.10Nm=1844.58N.m由计算可知 B截面的合成弯矩最大,根据扭矩图可知B截面的扭矩也是最大,所以传动轴的危险截面在B截面。2)根据强度条件设计直径此题为圆轴弯扭组合变形,而传动轴的材料是碳素钢,是塑性材料,则适用第三强度理论。其中 ,则 M=420.16Nm M=184.94 Nm M=2148.15 Nm解得: =1.1 65mm 59.09mm3)校核传动轴不同直径各段的强度;校核2的强度左端最大弯矩为1382.37 Nm, 扭矩为184.61Nm右端最大弯矩为1844.58 Nm, 扭矩为420.16Nm取右端根据第三强度理论。,解得:62.2mm 由圆整取偶得:=64mm=1.1=70.4mm则取=70mm59.09mm综上,=70mm, =64mm4.计算轮处的挠度d= 70mm E=200GPa I=*d4/64=1.18*101).求 Y 方向的挠度在2轮处加一沿 Y 方向的单位力 1,并绘制出单位力 1 作用下的弯矩图如下:X 将上述两个图对应图乘:2).求 Z 方向的挠度X将上述两个图对应图乘:3).将 Y, Z 方向的挠度进行合成即传动轴的总挠度是2.07mm5.对阶梯传动轴进行疲劳强度计算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,b=650MPa,所以根据材料力学(机械工业)P369页图13-10a可查得=1.8,根据材料力学(机械工业)P369页图13-10b可查得=1.48。因为该轴经高频淬火处理,b=650MPa,=1.8,所以根据材料力学(机械工业)P370页表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件可写成。,。,故弯矩循环系数r=-1,循环特征为对称循环;,故扭矩循环系数r=0,循环特征为脉动循环。所以,。其中,。参照材料力学(机械工业)P373页表13-5可选取。在左起第一个键槽:,传动轴的材料为优质碳素结构钢(牌号45),根据材料力学(机械工业)P369页表13-2可查得,。,则,安全。在左起第二个键槽左边,传动轴的材料为优质碳素结构钢(牌号45),根据材料力学(机械工业)P369页表13-2可查得,。,则,安全。在左起第二个键槽右边,则,安全。左起第三个键槽:,则,安全。II再对传动轴阶梯轴进行疲劳强度计算可利用c语言来求解由于b=650MPa,,数据表格如下表:已知条件过渡处(校核点)12345直径(mm)6470747064Y方向弯矩(KNm)092.4727.28860.15900.34Z方向弯矩(KNm)691.191765.26925.37202.19200扭矩(KNm)184.16184.16420.16420.16420.16初始应力集中系数1.902.351.871.851.901.481.421.481.481.48尺寸系数0.780.780.750.780.780.740.740.730.740.74敏感系数0.1表面质量系数2.4计算结果(MPa)26.8752.5223.2862.2535.85(MPa)3.592.745.286.248.1711.004.5512.4011.568.2492.56125.6662.1153.2140.6710.924.5512.1611.308.08是否安全是是是是是C语言运行截图如下:综上所述,阶梯传动轴各个截面符合疲劳强度条件。由于阶梯传动轴各个截面均符合疲劳强度条件,故本题不需要采取改进措施来改善疲劳强度。本题所编写的C程序#include#include#define PI 3.14void main()float a,b,c,d,e,f,M,W,Mx,My,Mz,Wp,x,g,h,i,n1,n2,n12,j,k,n=2,Z1,Q1;Z1=300e6,Q1=155e6;printf(输入校核面坐标n);scanf(%f,&x);printf(输入对应轴直径(mm):n);scanf(%f,&d);printf(输入该截面y方向弯矩(kNm)n);scanf(%f,&My);printf(输入该截面z方向弯矩(kNm)n);scanf(%f,&Mz);printf(输入该截面扭矩(kNm)n);scanf(%f,&Mx);printf(输入Kcgmn);scanf(%f,&a);printf(输入Ktn);scanf(%f,&b);printf(输入Ecgmn );scanf(%f,&c);printf(输入Etn);scanf(%f,&e);printf(输入Ytn);scanf(%f,&f);printf(输入Btan);scanf(%f,&i);W=PI*d*d*d/(32e9);Wp=PI*d*d*d/(16e9);M=sqrt(My*My+Mz*Mz);g=M/W;h=Mx/Wp;printf(校核面%fn,x);printf(Cmax=%fnTmax=%fn,g,h);n1=(Z1*c*i)/(g*a);j=0.5*h*b/(e*i)+0.5*h*f;n2=Q1/j;printf(n1=%fnn2=%fn,n1,n2);k=sqrt(n1*n1+n2*n2);n12=n1*n2/k;printf(n12=%fn,n12);if(n12=n)printf(该截面满足疲劳强度要求n);elseprintf(该截面不满足疲劳强度要求n);6.数据处理的必要说明:本次设计使用软件:AutoCAD 2007;Microsoft Word 2007;Vc+ 6.0参考文献:聂毓琴,孟广伟.材料力学.(第二版):机械工业,2009.1.聂毓琴,吴宏.材料力学实验与课程设计.:机械工业,2006.6谭浩强.C 程序设计.(第三版):清华大学,2005.7.材料力学课程设计的体会和收获:通过这次课程设计,我深切体会到了材料力学在工程实际中的作用,并且加深了对基本概念的理解,巩固了所学的知识。在课程设计中,起初很多的不会,但是在通过翻书查阅、询问老师同学之后,还是一一克服了其中遇到的种种问题。整个课程设计的过程中,我从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法,提高了分析问题,解决问题的能力,把以前所学的知识(高等数学、工程图学、理论力学、c语言和材料力学
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