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材料力学课程设计 班级：2010级 作者： 题目：车床主轴设计 指导老师： 2012.6.10 一、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、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、设计题目 某车床主轴尺寸及受力情况如图1所示。在A、B、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，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Fx、Fy、Fz（在进行强度、刚度计算时，可以不计轴向力Fx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。 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截面处的实际位移。 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（=420，=240）。 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：固定数据表 20 10 0.5 150 3.3 3.5 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2：（设计计算数据表Ⅰ12） /m /m /m A /m B /m R /m ( n/ (r/min) P /kw /N /N 12 0.16 0.48 0.15 0.12 0.16 0.12 45 500 5.4 0.70 4000 2500 一、对主轴静定情况校核 由公式可知Me=9549= =103.13N F= =859.41N 由斜齿轮受力分析得： F===317.59N 则有：F=Fsin-Fcos=383.12N F=Fcos+Fsin=832.26N Fb= Fb=40000.16=640Nm Fb= Fb=25000.16=400Nm 由图1受力分析求支座反力F、F、F、F： = F(L+L)+Fa-640- FL=0 F=2091.30N = F(L+L)+ F(L+L-a)+640+ F( L+L+L)=0 F=-6241.32N = F(L+L)+ Fa+400+ F L=0 F=-1157.53N = F(L+L)+ F(L+L-a)-400- F( L+L+L)=0 F=2681.14N 根据已知分别作出Y、Z方向的剪力图与弯矩图，如下图所示： 由剪力图及弯矩图可知c点为危险点且： Mc==1574.19Nm Me=81.17Nm 1.根据第三强度理论校核： 且 代入数据解得： Dm 2.由刚度对轴进行校核： 利用图乘法对各点进行刚度校核： 根据D点刚度计算轴径，在D点分别沿y、z轴加一单位力有扭矩图如下图 E=210 I= m 2) 根据E点刚度计算轴径，在E点分别沿y、Z轴加一单位力有扭矩图如下图 即： 解得：D3m 3）根据C点刚度计算直径，在C点处加一单位力偶得如下图所示弯矩图： 即： 解得：m 综上所述：D=max[D、D、D、D]=7.84m 当D= 6.97m时，计算B点的实际位移：（应用图乘