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吉林大学 材料力学 五种传动轴设计之C轴
题 目 五种传动轴设计C轴
姓 名 曲智铎
所在学院 汽车学院
专业班级 421314
学 号目录:
一、课程设计的目的 4
二、课程设计的任务和要求 4
三、题目 4
四、设计计算数据表 5
五、受力简图及轴径选择 5
六、计算挠度 9
七、疲劳校核 11
八、心得体会 16
九、matlab程序 17
一、课程设计的目的
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方法,独立的计算工程中的典型零部件,以达到综合利用材料力学知识解决工程实际问题的目的。同时,可以是同学将材料力学的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;既是对以前所学知识(高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机和材料力学等)的综合应用,又为后续课程(机械设计、专业课等)的学习打下基础,并初步掌握工程设计思想和设计方法,使实际工作能力有所提高。具体有以下六项:
使所学的材料力学知识系统化、完整化。
在系统全面复习的基础上,运用材料力学解决工程实际中的问题。
由于选题力求结合专业实际,因而课程设计可以把材料力学知识与专业需要结合起来。
综合运用以前所学的各门课程知识(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的联系起来。
初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法。
为后续课程的教学打下基础。
二、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的基本理论和方法,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、题目(C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),许用应力[σ]=80MPa,
要求:
绘出传动轴的受力简图。
作扭矩图及弯矩图。
根据强度条件设计等直轴。
计算齿轮处轴的挠度(均按直径Φ1的等直杆计算)。
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)。
对所取数据的理论根据作必要的说明。
说明:
齿轮上的力F均与节圆相切。
P为直径为D的带轮传递的功率,P1为直径D1的带轮传递的功率。G1为小带轮的重量,G2为大带轮的重量。
传动轴简图
传动轴零件图
Φ1为静强度条件所确定的轴径,以mm为单位,并取偶数。设
P/kW P1/kW n/(r/min) D/mm D1/mm D2/mm G2/N G1/N a/mm α/° 25.7 8.1 250 800 350 240 800 400 400 45 四、设计计算数据表
[σ]/MPa σb/MPa σ-1/MPa τ-1/MPa 过度圆弧r/mm 疲劳安全系数n 80 650 300 155 2 2
五、受力简图及轴径选择
.
∵Mx1=9549*P1/n=309.4N*m
Mx2=9549*P/n=981.7N*m
Mx2=Mx1+Mx
∴Mx=Mx2-Mx1=672.3N*m
即可得扭矩图:
F=Mx/(D2/2)=5602.3N
F1=Mx1/(D1/2)=1768N
F2=Mx2/(D/2)=2454.3N
Fy=F cosα=3961.4N
Fz=F sinα=3961.4N
根据叠加法作弯矩图:
对于xy平面
Fy单独作用时弯矩如图:
G1+3F1单独作用时弯矩如图:
G2单独作用时弯矩如图:
对于xz平面
Fz单独作用时弯矩如图:
3F2单独作用时弯矩如图:
xy方向的力产生z方向的弯矩:
Mz=MFy+MG1+3F1+MG2
xz方向的力产生y方向的弯矩:
My=MFz+M3F2
用matlab作出My与Mz的合成力矩|Myz|图进行定性分析
可知4a处|Myz|最大,故先设计4a处的直径Φ1
=2962.3N*m
M4ax=981.7N*m
等直轴由第三强度理论得
故
= 73.5mm 取 Φ1 = 80.8mm(取73.5mm时3a处不符合强度要求)
由算出:
Φ2=73.5mm,Φ3=66.8mm,Φ4=60.7mm
由公式 校核
2a处校核:
3a处校核:
4a处校核:
强度满足要求。
由AutoCAD简单绘画所得图像:
六、计算挠度
使用图形互乘法计算挠度,将Mz分割为六份分别计算
将My分割为四份分别计算
由图形互乘法计算挠度,查得45号钢的弹性模量E=210GPa
由 ,和
得
fAy=0.459mm
fAz=1.305mm
fA = 1.384mm
七、疲劳校核
校核的相关数据
σb=650MPa,σ-1=3
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