吉林大学 材料力学 五种传动轴设计之C轴.doc

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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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