材料力學課程設計

1、<p><b>　　材料力學課程設計</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一 設計目的…………………………………………2 </p><p>　　二 設計題目…………………………………………2 </p><p>　　三 設計內(nèi)容………………………………………

2、…3 </p><p>　?。?）繪出傳動軸的受力簡圖………………………3 </p><p>　　（2）傳動軸扭矩圖和彎矩圖………………………4 </p><p>　?。?）設計等直軸的直徑……………………………6 </p><p>　　（4）設計D2輪軸處的撓度……………………… 7 </p><p>　?。?）對傳

3、動軸進行強度校核………………………1</p><p>　　四 程序計算…………………………………………14 </p><p>　　五 改進措施…………………………………………17 </p><p>　　六 設計體會…………………………………………18 </p><p>　　七 參考文獻…………………………………………18 </p>

4、<p><b>　　一.設計目的：</b></p><p>　　本課程設計的目的是在于系統(tǒng)學習完材料力學之后，能結合工程中的實際問題，運用材料力學的基本理論和計算方法，獨立的計算工程中的典型零部件，以達到綜合運用材料力學的知識解決實際問題的目的。同時，可以使學生將材料力學的理論和現(xiàn)代計算方法及手段融為一體。既從整體上掌握了基本理論和現(xiàn)代的計算方法，又提高了分析問題、解決問題的能

5、力，又為后繼課程（零件、專業(yè)課等）打下基礎，并初步掌握工程中的設計思想和設計方法，對實際工作能力有所提高。具體的有以下六項： </p><p>　　1. 使學生的材料力學知識系統(tǒng)化完整化； </p><p>　　2. 在全面復習的基礎上，運用材料力學知識解決工程中的實際問題； </p><p>　　3. 由于選題力求結合專業(yè)實際，因而課程設計可以把材料力學知識與專業(yè)

6、需要結合起來； </p><p>　　4. 綜合運用以前所學習的各門課程的知識，使相關學科的只是有機的聯(lián)系起來； </p><p>　　5. 初步了解和掌握工程實踐中的設計思想和設計方法； </p><p>　　6. 為后續(xù)課程的教學打下基礎。 </p><p><b>　　二．設計題目：</b></p>

7、<p>　　傳動軸的材料均為優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼（牌號45），許用應力[σ] =80MPa,經(jīng)高頻淬火處理，σb =650MPa,σ-1 =300MPa，τ-1 =155MPa。磨削面的表面，鍵槽均為端銑加工，階梯軸過度圓弧r均為2mm，疲勞安全系數(shù)n =2。</p><p><b>　　要求：</b></p><p>　　1. 繪出傳動軸的受力簡圖；</p

8、><p>　　2. 作出扭矩圖和彎矩圖； </p><p>　　3. 根據(jù)強度條件設計等直軸的直徑；</p><p>　　4. 計算齒輪處軸的撓度（均按直徑Φ1的等直桿計算）； </p><p>　　5. 對階梯傳動軸進行疲勞強度計算。（若不滿足，采取改進措施使其滿足疲勞強度要求）； </p><p>　　6. 對所采取數(shù)

9、據(jù)的理論根據(jù)作必要的說明。</p><p><b>　　說明：</b></p><p>　　1.坐標的選取按圖1所示。</p><p>　　2.齒輪上的力F與節(jié)圓相切。</p><p>　　3.表中P為直徑為D的帶輪的傳遞的功率，P1為直徑為D1的帶輪傳遞的功率。G1為小帶輪的重量，G2為大帶輪的重量； </p&g

10、t;<p>　　4. Φ1為靜強度條件所確定的軸徑，以mm為單位，并取偶數(shù)。設Φ1/Φ2=Φ3/Φ4=Φ2/Φ3=1.1</p><p><b>　　圖一：轉動軸力學圖</b></p><p>　　表一：設計計算數(shù)據(jù)表</p><p><b>　　圖二：傳動軸零件圖</b></p><p&

11、gt;<b>　　三．設計內(nèi)容</b></p><p>　?。?）繪出傳動軸的受力簡圖：</p><p>　　此傳動軸為彎扭組合變形，將各力分解得到上圖。</p><p>　?。?）作扭矩圖和彎矩圖：</p><p>　　由力矩與功率關系式：Me=9549·得，</p><p>　　Mx

12、=F2·=9549· F2=1075.10N</p><p>　　Mx1= F1·=9549· F1=1490.22N</p><p>　　Mx2=F·= Mx- Mx1 F=1258.73N</p><p><b>　　扭矩圖：</b></p><p><b

13、>　　Mx= </b></p><p>　　X-Y平面受力分析：</p><p>　　在x=a處列力矩方程，得Fy2·3a+G1·a=F·cosα·a+G2·4a+F1·a</p><p>　　解得：Fy2=1499.77N</p><p>　　由Y方向受力平

14、衡得，F(xiàn)1 +Fy2=G1+F·cosα+G2+Fy1</p><p>　　解得，F(xiàn)y1=1130.89N</p><p><b>　　剪力圖：</b></p><p><b>　　彎矩圖：</b></p><p><b>　　Mz=</b></p>&

15、lt;p>　　X-Z平面受力分析：</p><p>　　在x=a處列彎矩方程得，</p><p>　　F·sinα·a+3F2·4a=Fz2·3a 解得：Fz2=4621.81N</p><p>　　由沿z方向受力平衡得，</p><p>　　Fz1+F·sinα+3F2= Fz2

16、 解得：Fz1=432.27N</p><p><b>　　剪力圖：</b></p><p><b>　　彎矩圖：</b></p><p><b>　　My=</b></p><p>　?。?）根據(jù)強度條件設計等直軸的直徑 ：</p><p>　　

17、由彎矩圖及扭矩圖可以看出，危險截面在x=4a處，合成彎矩為：</p><p>　　M==·N·m=1316.06N·m</p><p>　　由第三強度理論得，σ=·≤ [σ]</p><p>　　即·[σ]≥ 得φ1≥55.760mm 取φ1=56mm</p><p>　　（4）計算

18、D2輪處軸的撓度：</p><p>　　X-Y平面內(nèi)：（單位載荷法）</p><p>　　在x=2a處加向下的單位載荷，其單獨作用下彎矩圖為：</p><p><b>　　·</b></p><p>　　F1-G1單獨作用下彎矩圖：</p><p>　　F·cosα單獨作用下彎

19、矩圖：</p><p>　　G2單獨作用下彎矩圖：</p><p>　　∴在X-Y平面內(nèi)x=2a處的撓度為</p><p>　　f1=·（··1090.22a+··1090.22a+··809.10a+··809.10a+··650a+··

20、;650a）</p><p>　　=·2150.95a3</p><p>　　在X-Z平面內(nèi)：（單位載荷法）</p><p>　　沿z軸在x=2a處加一單位載荷，其單獨作用下彎矩圖為：</p><p>　　F·sinα單獨作用下彎矩圖：</p><p>　　3F2單獨作用下彎矩圖：</p>

21、;<p>　　在X-Z平面內(nèi)x=2a處的撓度為：</p><p>　　f2=·（·964.24a2·a+·964.24a·2a·a+·3225.30a2·a+·3225.30·2a2·a）</p><p>　　=·3114.44a3</p>&

22、lt;p><b>　　綜上，</b></p><p>　　f==·3785.01a3=··0.43</p><p><b>　　=2.39mm</b></p><p>　　(5)對傳動軸進行強度計算：</p><p>　　由Φ1/Φ2=Φ3/Φ4=Φ2/Φ3=1.

23、1</p><p>　　得：Φ2=50.91mm，Φ3=46.28mm，Φ4=42.07mm</p><p>　　對傳動軸進行疲勞強度校核，主要考慮軸肩和鍵槽處。傳動軸在轉動過程中，正應力為對稱交變應力，rσ=1，切應力為脈動交變應力，rτ=0。</p><p>　　與彎矩圖一致，以最左邊的軸中間為零點。</p><p><b>　

24、　彎矩圖：</b></p><p><b>　　x=0鍵槽處：</b></p><p>　　σmax=σmin=0 τmax===8.63MPa τmin=0</p><p>　　τa=τm=τmax/2=4.31MPa，</p><p>　　查表得，Kτ=1.48，ετ=0.76，β=1，Ψτ=0.

25、08</p><p>　　nτ===17.74≥2</p><p>　　該截面滿足疲勞要求。</p><p>　　x=0.5a軸肩處：</p><p>　　σmax ===16.83MPa，τmax=8.63MPa，τmin=0， τa=τm=τmax/2=4.31MPa</p><p>　　=1.1，=0.04&

26、lt;/p><p>　　查表得，Kσ=1.70，εσ=0.81，β=1， Kτ=1.25，</p><p>　　ετ=0.76，Ψτ=0.08</p><p><b>　　nσ===8.49</b></p><p><b>　　nτ==20.85</b></p><p>　　nσ

27、τ==7.86≥2</p><p>　　此截面滿足強度要求。</p><p>　　x=1.5a軸肩處：</p><p>　　σmax==25.32MPa，τmax=6.48MPa，τmin=0， τa=τm=τmax/2=3.24MPa，=1.1，=0.036</p><p>　　查表得，Kσ=1.72，εσ=0.81，β=1， Kτ=1

28、.2，</p><p>　　ετ=0.76，Ψτ=0.08</p><p>　　nσ==5.58，nτ==28.84，</p><p>　　nστ==5.48≥2</p><p>　　此截面滿足強度要求。</p><p><b>　　x=2a鍵槽處：</b></p><p>

29、;　　σmax==19.79MPa，τmax=7.61MPa，τmin=0， τa=τm=τmax/2=3.81MPa，</p><p>　　查表得，Kσ=1.81，εσ=0.78，β=1， Kτ=1.62，</p><p>　　ετ=0.74，Ψτ=0.08</p><p>　　nσ==16.99，nτ==17.93</p><p>　

30、　nστ==12.33≥2</p><p>　　此截面滿足強度要求。</p><p>　　x=2.5a軸肩處：</p><p>　　σmax==25.89MPa，τmax=8.75MPa，τmin=0， τa=τm=τmax/2=4.38MPa，=1.05，=0.034</p><p>　　查表得，Kσ=1.76，εσ=0.81，β=1，

31、 Kτ=1.23，</p><p>　　ετ=0.76，Ψτ=0.08</p><p>　　nσ==5.33，nτ==20.84</p><p>　　nστ==5.16≥2</p><p>　　此截面滿足強度要求。</p><p>　　x=3.5a軸肩處：</p><p>　　σmax==58.

32、85MPa，τmax=10.13MPa，τmin=0， τa=τm=τmax/2=5.07MPa，=1.05，=0.036</p><p>　　查表得，Kσ=1.75，εσ=0.81，β=1， Kτ=1.25，</p><p>　　ετ=0.76，Ψτ=0.08</p><p>　　nσ==2.36，nτ==17.73</p><p>　

33、　nστ==2.34≥2</p><p>　　此截面滿足強度要求。</p><p>　　x=4.5a軸肩處：</p><p>　　σmax==50.80MPa，τmax=13.49MPa，τmin=0， τa=τm=τmax/2=6.74MPa，=1.1，=0.039</p><p>　　查表得，Kσ=1.7，εσ=0.81，β=1， K

34、τ=1.23，</p><p>　　ετ=0.76，Ψτ=0.08</p><p>　　nσ==2.81，nτ==14.39</p><p>　　nστ==2.76≥2</p><p>　　此截面滿足強度要求。</p><p>　　x=5a鍵槽處：σmax=σmin=0，τmax=τmin=0</p>&

35、lt;p>　　此截面滿足強度要求。</p><p><b>　　四．程序設計</b></p><p><b>　　1.撓度計算：</b></p><p><b>　　2.疲勞強度計算：</b></p><p>　　#include<math.h> </p

36、><p>　　#include<stdio.h> </p><p>　　#define PI 3.14 </p><p>　　#define N 2 /* 定義疲勞安全系數(shù)n=2 */ </p><p>　　#define a 0.4 /*定義長度a*/</p><p>　　doubl

37、e Mx(int o) /*定義扭矩函數(shù)Mx*/</p><p>　　{if(o>=0&&o<2*a)return(223.53);</p><p>　　else if(o>=2*a&&o<=4*a)return(349.40);</p><p>　　else return(0);</p>

38、<p><b>　　} </b></p><p>　　double Mz(int p) /*定義彎矩函數(shù)Mz*/</p><p>　　{if(p>=0&&p<=a)return(1090.22*p);</p><p>　　else if(p>a&&p<=2*a)retur

39、n(-40.675*p+452.36);</p><p>　　else if(p>2*a&&p<4*a)return(-849.775*p+1099.64);</p><p>　　else return(650*p-1300);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　do

40、uble My(int q) /*定義彎矩函數(shù)My*/</p><p>　　{if(q>=0&&q<=2*a)return(0);</p><p>　　else if(q>a&&q<=2*a)return(432.275*q-172.91);</p><p>　　else if(q>2*a&&

41、amp;q<=4*a)return(1396.5125*q-944.3);</p><p>　　else return(-3225.3*q+6450.6);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　double D[8]={0.05091,0.05091,0.056,0.0616,0.0588,0.056,0.0509

42、1,0.05091}; /*定義各個位置的直徑*/</p><p>　　double W[8]; /*定義W*/</p><p>　　double Wp[8]; /*定義Wp*/</p><p>　　void main()</p><p><b>　　{int i,j;</b></p>&l

43、t;p>　　double x[8];</p><p>　　double max1[8],max2[8]; /*定義最大應力*/</p><p>　　double K1[8]={0,1.70,1.72,1.81,1.76,1.75,1.7,0}; /*定義Kσ*/</p><p>　　double K2[8]={1.48,1.25,1.2,1.62,

44、1.23,1.25,1.23,0}; /*定義Kτ*/</p><p>　　double E1[8]={0,0.81,0.81,0.78,0.81,0.81,0.81,0}; /*定義εσ*/</p><p>　　double E2[8]={0.76,0.76,0.76,0.74,0.76,0.76,0.76,0}; /*定義ετ*/</p><p&g

45、t;　　double B,Y; /*兩個系數(shù)*/</p><p>　　double n1=0,n2=0,n3=0; /*定義3個安全系數(shù)*/</p><p>　　double m=300000000.0,n=155000000.0; /*設為兩個對稱疲勞極限*/</p><p><b>　　B=1.0;</b></p>&l

46、t;p><b>　　Y=0.08;</b></p><p>　　for(j=0,i=0;j<=10;j++)</p><p>　　{if(j==2||j==6||j==8)continue;</p><p><b>　　else {</b></p><p>　　x[i]=0.5*a*j;

47、</p><p><b>　　i++;}}</b></p><p>　　for(i=0;i<8;i++)</p><p>　　{ W[i]=PI*pow(D[i],3)/32;</p><p>　　Wp[i]=PI*pow(D[i],3)/16;</p><p>　　max1[i]=sqrt

48、(Mz(x[i])*Mz(x[i])+My(x[i])*My(x[i]))/W[i];</p><p>　　max2[i]=Mx(x[i])/Wp[i];</p><p>　　if(max1[i]==0&&max2[i]==0)n3=3;</p><p>　　else if(max1[i]==0)n3=n/(K2[i]/(E2[i]*B)*max2[

49、i]/2+Y*max2[i]/2);</p><p>　　else if(max2[i]==0)n3=m*E1[i]*B/(K1[i]*max1[i]);</p><p>　　else {n1=m*E1[i]*B/(K1[i]*max1[i]);</p><p>　　n2=n/(K2[i]/(E2[i]*B)*max2[i]/2+Y*max2[i]/2);</

50、p><p>　　n3=n1*n2/sqrt(n1*n1+n2*n2);}</p><p>　　if(n3>=2)printf("在x=%fa處截面滿足疲勞要求\n",x[i]/a);</p><p>　　else printf("在x=%fa處截面不滿足疲勞要求\n",x[i]/a);</p><p>

51、;<b>　　}}</b></p><p>　　當軸的工作環(huán)境改變時，只需要確定軸在新工作環(huán)境下的所受到的扭矩、彎矩以及其他相應參數(shù)，在程序相應位置進行重新輸入數(shù)據(jù)，就可以校核軸在新工作環(huán)境下的疲勞強度。</p><p><b>　　五．改進措施</b></p><p>　　若有不滿足疲勞強度要求，可以采取的措施：通過合理

52、選材，改進結構和工藝，表面強化，表面防護，合理操作來提高構件的疲勞強度。</p><p>　　就本次設計可以采取在軸肩處加大圓角R，以此減小應力集中對傳動軸的影響；還可以通過增大軸徑達到提高疲勞強度的目的，但要注意避免尖角。</p><p><b>　　六．設計體會</b></p><p>　　這次材料力學的課程設計，通過對設計中每個數(shù)據(jù)的查詢

53、、計算、校核、處理，加強了對彎矩、撓度、疲勞校核等知識的練習，對于材料力學的知識在復習整理的基礎上有了進一步的掌握，奠定了我的專業(yè)知識基礎和獨立設計的基礎，為以后的學習、設計以及工作做了一次很好的預習。</p><p>　　另外，這次課程設計中綜合應用了Word、AutoCAD、C++、理論力學等一系列的軟件知識以及編程知識，在實際應用的過程中提高了自己的能力，對于以后的學習和工作有很大的幫助。</p>

54、;<p>　　在復習以及完成課程設計的過程中也遇到了一些問題，使我認識到了自己在理論學習上的不足，通過老師和同學的幫助，終于獨立完成了本次課程設計，雖然過程也比較辛苦，但是收獲更多。</p><p>　　回顧整個設計過程，深有感觸的就是自己在理論聯(lián)系實際中的不足以及在學習中的嚴謹和耐心問題。在以后的學習生活中，我一定會更加虛心努力的學習，爭取在學業(yè)上更上一層樓，同時也會更加注意理論與實際的融合，學以

55、致用。</p><p><b>　　七．參考文獻</b></p><p>　　《材料力學》 聶毓琴 孟廣偉 主編 機械工業(yè)出版社</p><p>　　《材料力學實驗與課程設計》 聶毓琴 吳宏 主編 機械工業(yè)出版社</p><p>　　《C程序設計》