材料力学课程设计报告通用模板格式.docx
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材料力学课程设计报告通用模板格式
大学
《材料力学》课程设计说明书
题目:
传动轴静强度、变形及疲劳强度计算
作者姓名:
班级:
学号:
指导教师:
数据号:
7.6-a-23
一、设计目的…………………………………………………1
二、设计的任务和要求………………………………………X
三、设计题目…………………………………………………X
四、设计法…………………………………………………X
五、设计结果…………………………………………………X
六、分析讨论…………………………………………………X
七、程序计算…………………………………………………X
八、理论与程序结果对比……………………………………X
九、设计结论与展望…………………………………………X
一、设计目的
本课程设计是在系统学完材料力学课程之后,结合工程实际中的问题,运用材料力学的基本理论和计算法,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知识解决工程实际问题的目的。
同时,可以使学生将材料力学的理论和现代计算法及手段融为一体,即从整体上掌握了基本理论和现代计算法,又提高了分析问题,解决问题的能力,既是对以前所学知识的综合运用,又为后续课程学习打下基础,并初步掌握工程设计思想和设计法,使实际工作能力提高。
1.使所学的材料力学知识系统化,完整化。
2.在系统全面复习的基础上,运用材料力学知识解决工程实际问题。
3.由于选题力求结合专业实际,因而课程设计可以吧材料力学知识与专业所需结合起来。
4.综合运用所学知识(高等数学,工程图学,理论力学,算法语言,计算机等),使相关学科知识有机地联系起来。
5.初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计法。
6.为后续课程的教学打下基础。
二、设计的任务和要求
要求参加设计者,要系统地复习材料力学的全部基本理论和法,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力图,列出理论依据和导出计算公式,独立编制计算程序,通过计算机给出的计算结果,并完成设计计算说明书。
二、设计题目
传动轴静强度,变形及疲劳强度计算
传动轴的材料均为优质碳素结构钢(牌号45),用应力,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.作扭矩图及弯矩图。
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.对所取数据的理论根据作必要的说明。
说明:
(1)坐标的选取均按图所示。
(2)齿轮上的力F,除图7-10a中与节圆不相切,其余各图均与节圆相切。
(3)表7-11中P为直径为D的带轮传递的功率,P1为直径为D1的带轮传递的功率。
G1为小带轮的重量,G2为大轮的重量。
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
P/kW=13.2
P1/kW=8.1
n/(r/min)=1000
D/mm=800
D1/mm=350
D2/mm=280
G2/N=800
G1/N=260
a/mm=600
=45
三、设计法
传动轴受力简图:
扭矩图:
XOY面:
XOZ面:
根据强度条件设计等直轴的直径:
由已有数学证明可知由力图知道危险点为C点的位置
由已有的数学证明可知合成弯矩不是直线便是凹形的曲线,极值弯矩截面有B、E两截面,由,由内力图可知危险点为E点。
扭矩
碳素结构钢为塑性材料,由第三强度理论知:
取d=44mm
即
计算齿轮处轴的挠度(均按直径
由图形互乘法,在xoy平面,对A点施加一单位力:
同理,对于xoz面,对A点施加一个单位力
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)
已知,
,并取偶数。
由上面过程确定
取
确定校核类型:
构件外形的影响:
在轴的键槽,轴肩,这些部位容易应力集中,造成疲劳裂纹,相应校核点为1,2,3,4,5,7,8。
共七个点。
构件尺寸的影响:
在静强度相同的条件下,随着试件横截面尺寸的增大,持久极限相应地降低。
大试件中处于高应力状态的晶粒比小试件的多,所以大试件形成疲劳裂纹的机会也就更多。
图中相应的校核点为6点。
构件表面质量的影响:
对图中8个点均造成影响。
对于该轴来说,受力特点为弯扭组合交变应力状态。
由于转动,故弯曲正应力按对称循环变化。
当轴正常工作时扭转切应力基本不变,但是由于机器的开停,所以扭转切应力时有时无,故扭转切应力可视为脉动循环变化。
对于弯曲正应力及循环特征
对于交变扭转切应力及循环特征
1
2
3
4
5
6
7
8
1.52
1.80
1.55
1.80
1.60
1
1.85
1.80
1.28
1.62
1.30
1.62
1.32
1
1.40
1.62
0.88
0.88
0.88
0.88
0.84
0.84
0.88
0.88
0.81
0.81
0.81
0.81
0.78
0.78
0.81
0.81
2.5
2.5
2.5
2.5
2.5
1.6
2.5
2.5
弯曲对称循环:
扭转脉动循环:
弯扭组合交变应力下的安全系数:
静载荷安全系数:
对碳钢扭转变形,取最大敏感系数
查表可知45号碳素结构钢的屈服极限
对于8个点进行计算:
经过计算得
1
3.857
3.857
7.713
150.395
0
2
5.384
5.384
10.769
300.791
48.7
3
5.384
5.384
10.769
331.503
48.7
4
6.280
6.280
12.560
515.131
126.047
5
6.280
6.280
12.560
456.591
126.047
6
8.359
8.359
16.717
677.468
126.047
7
5.384
5.384
10.769
338.734
126.047
8
5.384
5.384
10.769
0
126.047
通过c语言编程计算:
1点
2点
3点
4点
5点
6点
7点
8点
程序:
#include
#include
#definePI3.14/*宏定义*/
voidmain()/*主函数*/
{
floatd1,M,W,zylMax,zylMin,r1,Me,Wp,qylMax,qylMin,qylA,qylM,r2,Kzyl,
Kqyl,Ezyl,Eqyl,ccxs,Yqyl;
floatzyl,qyl,n1,n2,n12,n3,zylS,zylR3,n;
charkey;/*定义变量*/
floatx;
printf("是否进行疲劳强度校核?
输入Y/N\n");
scanf("%c",&key);
while(key=='Y'||key=='y')/*循环,判断条件*/
{
printf("输入需校核平面距y轴距离为a的倍数\n");
scanf("%f",&x);
printf("输入该截面对应轴的直径(单位cm)\n");
scanf("%f",&d1);
printf("输入该截面的弯矩:
\n");
scanf("%f",&M);
printf("输入该截面的扭矩:
\n");
scanf("%f",&Me);
printf("输入Kσ,Kτ:
\n");
scanf("%f",&Kzyl);
scanf("%f",&Kqyl);
printf("输入εσ,ετ:
\n");
scanf("%f",&Ezyl);
scanf("%f",&Eqyl);
printf("输入β:
\n");
scanf("%f",&ccxs);
printf("输入ψτ:
\n");
scanf("%f",&Yqyl);
printf("输入σ-1:
\n");
scanf("%f",&zyl);
printf("输入τ-1:
\n");
scanf("%f",&qyl);
printf("输入屈服强度σs:
\n");
scanf("%f",&zylS);
printf("输入n:
\n");
scanf("%f",&n);
if(Me!
=0)/*扭矩不为零时*/
{W=PI*d1*d1*d1/32;
zylMax=M/W;
zylMin=0-zylMax;
r1=-1;
Wp=PI*d1*d1*d1/16;
qylMax=Me/Wp;
qylMin=0;
r2=0;
qylA=qylM=qylMax/2;
n1=zyl/(Kzyl*zylMax);
n1=n1*Ezyl*ccxs;/*计算nσ*/
n2=qyl/(Kqyl*qylA/(Eqyl*ccxs)+Yqyl*qylM);/*计算nτ*/
n12=n1*n2/sqrt(n1*n1+n2*n2);/*计算nστ*/
zylR3=sqrt(zylMax*zylMax+4*qylMax*qylMax);
n3=zylS/zylR3;/*计算n'στ*/
printf("nσ=%f\n",n1);
printf("nτ=%f\n",n2);
printf("nστ=%f\n",n12);
printf("n'στ=%f\n",n3);
if(n12>n)
{
printf("nστ>n\n");
printf("该截面(x=%2.1fa)满足疲劳强度要求\n",x);
}
elseif(n12 { printf("nστ printf("该截面(x=%2.1fa)不满足疲劳强度要求\n",x); } else { printf("nστ=n\n"); printf("该截面(x=%2.1fa)满足疲劳强度要求\n",x); } if(n3>n) { printf("n'στ>n\n"); printf("该截面(x=%2.1fa)满足静强度要求\n",x); } elseif(n3 { printf("n'στ printf("该截面(x=%2.1fa)不满足静强度要求\n",x); } else { printf("n'στ=n\n"); printf("该截面(x=%2.1fa)满足静强度要求\n",x); } if(n12>=n&&n3>=n) printf("该截面(x=%2.1fa)满足强度要求\n",x); elseprintf("该截面(x=%2.1fa)不满足
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