材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書—7.4車床主軸設(shè)計(jì).doc

材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書設(shè)計(jì)題目：7.4車床主軸設(shè)計(jì)目錄一、 課程設(shè)計(jì)目的 -03二、 課程設(shè)計(jì)任務(wù)和要求-03三、 課程設(shè)計(jì)題目-03四、 課程設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程1. 對(duì)主軸靜定情況校核-05a. 根據(jù)第三強(qiáng)度理論校核-07b. 根據(jù)剛度進(jìn)行校核-07c. 疲勞強(qiáng)度校核-162. 對(duì)主軸超靜定情況校核-17a. 根據(jù)第三強(qiáng)度理論校核-19b. 根據(jù)剛度進(jìn)行校核-20c. 疲勞強(qiáng)度校核-28五、 循環(huán)計(jì)算程序-29六、 課程設(shè)計(jì)總結(jié)-35一、 課程設(shè)計(jì)目的材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的目的是在于系統(tǒng)的學(xué)習(xí)材料力學(xué)之后，能結(jié)合工程中的實(shí)際問題，運(yùn)用材料力學(xué)設(shè)計(jì)的基本原理和計(jì)算方法，獨(dú)立計(jì)算工程中的典型零部件，以達(dá)到綜合運(yùn)用材料力學(xué)的知識(shí)解決工程實(shí)際問題的目的。同時(shí)，可以使我們將材料力學(xué)的理論和現(xiàn)代的計(jì)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(jì)算方法，又提高了分析問題，解決問題的能力；既是對(duì)以前學(xué)到的知識(shí)（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)和材料力學(xué)等）的綜合運(yùn)用，又為以后學(xué)習(xí)的課程（機(jī)械設(shè)計(jì)、專業(yè)課等）打下了基礎(chǔ)，并初步掌握了工程中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，對(duì)實(shí)際工作能力有所提高。具體有以下六項(xiàng)：1. 使我們的材料力學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化，完整化。2. 在系統(tǒng)的全面的復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用材料力學(xué)的知識(shí)解決工程中的實(shí)際問題。3. 由于選題力求結(jié)合專業(yè)實(shí)際，因而課程設(shè)計(jì)可以把材料力學(xué)的知識(shí)和專業(yè)需要結(jié)合起來(lái)。4. 綜合運(yùn)用以前所學(xué)的各門課程知識(shí)（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)等），是相關(guān)學(xué)科知識(shí)有機(jī)的聯(lián)系起來(lái)。5. 初步了解和掌握工程實(shí)踐中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。6. 為以后課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。二、 課程設(shè)計(jì)任務(wù)和要求參加設(shè)計(jì)者要系統(tǒng)復(fù)習(xí)材料力學(xué)課程的全部基本理論和方法，獨(dú)立分析、判斷設(shè)計(jì)題目的已知條件和所求問題，畫出受力分析計(jì)算簡(jiǎn)圖和內(nèi)力圖，列出理論依據(jù)并導(dǎo)出計(jì)算公式，獨(dú)立編制計(jì)算程序，通過(guò)計(jì)算機(jī)給出計(jì)算結(jié)果，并完成設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。三、 課程設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目：車床主軸設(shè)計(jì)某車床主軸尺寸及受力情況如圖1所示。在a、b、c三個(gè)支座的中間支座b處，軸承與軸承座之間有間隙，正常工作時(shí)，b處軸承不起支撐作用，此時(shí)軸處于a、c兩支座下的靜定狀態(tài)。當(dāng)b截面處彎曲變形大于間隙時(shí)，軸處于a、b、c三支座下的靜不定狀態(tài)。軸截面e處裝有斜齒輪，其法向壓力角為，螺旋角為，工作處的切削力有、（在進(jìn)行強(qiáng)度、剛度計(jì)算時(shí)，可以不計(jì)軸向力的影響，而以彎曲、扭轉(zhuǎn)變形為主）。軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（45鋼），表面磨削加工，氮化處理。其他已知數(shù)據(jù)見表1。1. 試按靜定梁（a、c支撐）的強(qiáng)度、剛度條件設(shè)計(jì)等截面空心圓軸外徑d(值可見數(shù)據(jù)表2)，并計(jì)算這時(shí)軸上b截面處的實(shí)際位移。2. 在安裝齒輪的e截面處有一銑刀加工的鍵槽，試校核此截面處的疲勞強(qiáng)度。規(guī)定的安全系數(shù)n=3（=420，=240）。3. 對(duì)靜不定情況（a、b、c支撐），同時(shí)根據(jù)強(qiáng)度、剛度條件設(shè)計(jì)外徑d，并用疲勞強(qiáng)度理論校核。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：表1：20101500.0028注意：設(shè)計(jì)中不考慮軸的旋轉(zhuǎn)靜定要求和熱變形的影響，并且將各軸承視為剛體，且不產(chǎn)生剛體位移，不考慮制造工藝和尺寸鏈等因素。表2：（設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)表9）90.180.550.170.150.180.149454005.20.6545002400圖一：四、 課程設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程1. 對(duì)主軸靜定情況校核由公式可知=124.14=886.71n由斜齒輪受力分析得： =327.68n則有：=395.29n=858.70n=24000.18=432=45000.18=810由圖1受力分析求支座反力、: 解上面的方程，則有:=2076.31n，=-1327.13n，=-6971.58n，=2868.42n根據(jù)已知分別作出y、z方向的剪力圖與彎矩圖，如下圖所示：由剪力圖及彎矩圖可知c點(diǎn)為危險(xiǎn)點(diǎn)且：124.14a. 根據(jù)第三強(qiáng)度理論校核（忽略剪力）： 代入數(shù)據(jù)解得：b. 由剛度對(duì)軸進(jìn)行校核：利用圖乘法對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行剛度校核：1) 根據(jù)d點(diǎn)剛度計(jì)算軸徑，在d點(diǎn)分別沿y、z軸加一單位力,有彎矩圖如下: 2) 根據(jù)e點(diǎn)剛度計(jì)算軸徑，在e點(diǎn)分別沿y、z軸加一單位力,有彎矩圖如下: 3) 根據(jù)c點(diǎn)剛度計(jì)算軸徑，在c點(diǎn)處加一單位力偶,有彎矩圖如下: 綜上所述：當(dāng)時(shí)，計(jì)算b點(diǎn)的實(shí)際位移：（應(yīng)用圖乘法） c. 疲勞強(qiáng)度校核：若不計(jì)鍵槽對(duì)抗彎截面系數(shù)的影響，則危險(xiǎn)截面處抗彎截面系數(shù)： 由彎矩m不變可知該循環(huán)為對(duì)稱循環(huán)，則有： 查表確定銑加工的鍵槽危險(xiǎn)截面處疲勞強(qiáng)度的影響系數(shù)：則：故e處滿足疲勞強(qiáng)度要求。2. 對(duì)超靜定情況進(jìn)行校核由，故此軸為超靜定，且為一次靜不定。由變形協(xié)調(diào)條件可知： 。分別沿y、z軸加一單位力并作、及單位力的彎矩圖有： 并且已知： 代入上式有：同理可得： 從而求a、c點(diǎn)的支反力有：做剪力圖、如下所示：由上圖有：c點(diǎn)為危險(xiǎn)點(diǎn)a. 第三強(qiáng)度理論校核有： 代入數(shù)據(jù)解得：b. 由剛度對(duì)軸進(jìn)行校核：利用圖乘法對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行剛度校核：1) 根據(jù)d點(diǎn)的剛度對(duì)主軸進(jìn)行校核，分別沿y、z軸加一單位力得到如下圖所示彎矩圖： 2) 根據(jù)e點(diǎn)的剛度對(duì)主軸進(jìn)行校核，分別沿y、z軸加一單位力得到如下圖所示彎矩圖： 3) 根據(jù)c點(diǎn)剛度計(jì)算軸徑，在c點(diǎn)處加一單位力偶,有彎矩圖如下: 綜上所述：c. 疲勞強(qiáng)度校核：若不計(jì)鍵槽對(duì)抗彎截面系數(shù)的影響，則危險(xiǎn)截面處抗彎截面系數(shù)：由彎矩m不變可知該循環(huán)為對(duì)稱循環(huán)，則有： 查表確定銑加工的鍵槽危險(xiǎn)截面處疲勞強(qiáng)度的影響系數(shù)：則：故滿足強(qiáng)度條件。五.循環(huán)計(jì)算程序#include#include#define pi 3.141592654#define ip 0.017453292floatl1,l2,l3,a,b,a0,n,p,i,r,fhy,fhz,fay,faz,fcy,fdz,fdy,fcz,fey,fez,me,mby,mbz,mdy,mdz,mcy,mcz,mey,mez,md,mc,d1,d2,d3,d4,d,xs,w,sjwyb,fby=0,fbz=0,e=210000000000,yl=150,fzby,fzbz,nde=0.00035,ndd=0.00033,zjc=0.0028,wyb=0.00005;intpd=0;void zaihe()float ft,fr,an=20.0,bn=10.0; me=9549*p/n; ft=me/r; fr=ft*tan(an*ip)/(cos(bn*ip); fey=ft*sin(a0*ip)-fr*cos(a0*ip); fez=ft*cos(a0*ip)+fr*sin(a0*ip); mdy=fhz*b; mdz=fhy*b;void waili() fay=(fhy*l3+mdz-fey*a-fby*l2)/(l1+l2); fcy=(-fhy*(l1+l2+l3)-mdz-fey*(l1+l2-a)-fby*l1)/(l1+l2); faz=(-fhz*l3-mdy-fez*a-fbz*l2)/(l1+l2); fcz=(fhz*(l1+l2+l3)+mdy-fez*(l1+l2-a)-fbz*l1)/(l1+l2); mby=fay*l1;mbz=faz*l1; mey=fay*(l1+l2-a)+fby*(l2-a);mez=faz*(l1+l2-a)+fbz*(l2-a); mcy=fay*(l1+l2)+fby*l2+fey*a;mcz=faz*(l1+l2)+fbz*l2+fez*a;/*對(duì)于靜定情況b點(diǎn)受力為0*/void qiangdu()float wb,wc,we,temp;wb=sqrt(mby*mby+mbz*mbz);wc=sqrt(mcy*mcy+mcz*mcz);we=sqrt(mey*mey+mez*mez);if (wbwc&wbwe)w=wb;else if (wcwb&wcwe)w=wc;else w=we;temp=32*sqrt(w*w+me*me)/(pi*(1-i*i*i*i)*yl);d1=pow(temp,0.3333333333333333333)/100;void naodu()float sum1,sum2,sum,mid1,mid2,mid3,sb=0.6666666667,dsb=0.333333333333;mid1=l1*l3/(l1+l2);mid2=(l1+(l2-a)*mby/(mby-mey)*l3/(l1+l2);mid3=l3*(l1+l2-a)/(l1+l2);if (pd=0)sum1=0.5*(l1+l2-a)*mey*sb*mid3;sum2=0.5*(l1+l2-a)*mez*sb*mid3;elsesum1=0.5*l1*mby*sb*mid1;sum1+=0.5*mby*mby/(fay-fby)*(dsb*(mid2-mid1)+mid1);sum1+=0.5*(l2-a-mby/(fay-fby)*mey*(sb*(mid3-mid2)+mid2);sum2=0.5*l1*mbz*sb*mid1;sum2+=mbz*(l2-a)*0.5*(mid1+mid3);sum2+=0.5*(l2-a)*(mez-mbz)*(sb*(mid3-mid1)+mid1);sum1+=mey*a*0.5*(mid3+l3);sum1+=0.5*a*(mcy-mey)*(sb*(l3-mid3)+mid3);sum1+=mdz*l3*0.5*l3;sum1+=0.5*l3*(mcy-mdz)*sb*l3;sum2+=mez*a*0.5*(mid3+l3);sum2+=0.5*a*(mcz-mez)*(sb*(l3-mid3)+mid3);sum2+=-mdy*l3*0.5*l3;sum2+=0.5*l3*(mcz+mdy)*sb*l3;sum=sqrt(sum1*sum1+sum2*sum2);d2=sum/(e*xs*ndd);d2=pow(d2,0.25); void naodue()float sum1,sum2,sum,top,mid1,mid2,sb=0.6666666667,dsb=0.333333333333;top=a*(l1+l2-a)/(l1+l2);mid1=l1*a/(l1+l2);mid2=(l1+mby/(fay-fby)*a/(l1+l2);if (pd=0)sum1=0.5*(l1+l2-a)*mey*sb*top;sum2=0.5*(l1+l2-a)*mez*sb*top;elsesum1=0.5*l1*mby*sb*mid1;sum1+=0.5*mby*mby/(fay-fby)*(dsb*(mid2-mid1)+mid1);sum1+=0.5*(l2-a-mby/(fay-fby)*mey*(sb*(top-mid2)+mid2);sum2=0.5*l1*mbz*sb*mid1;sum2+=mbz*(l2-a)*0.5*(mid1+top);sum2+=0.5*(l2-a)*(mez-mbz)*(sb*(top-mid1)+mid1);sum1+=mey*a*0.5*top;sum1+=0.5*a*(mcy-mey)*dsb*top;sum2+=mez*a*0.5*top;sum2+=0.5*a*(mcz-mez)*dsb*top;sum=sqrt(sum1*sum1+sum2*sum2);d3=sum/(e*xs*nde);d3=pow(d3,0.25);void zhuanjiaoc()float sum1,sum2,sum;if (pd=0)sum1=0.5*(l1+l2-a)*mey;sum2=0.5*(l1+l2-a)*mez;elsesum1=0.5*l1*mby;sum1+=0.5*mby*mby/(fay-fby);sum1+=0.5*(l2-a-mby/(fay-fby)*mey;sum2=0.5*l1*mbz;sum2+=mbz*(l2-a);sum2+=0.5*(l2-a)*(mez-mbz);sum1+=mey*a;sum1+=0.5*a*(mcy-mey);sum2+=mez*a;sum2+=0.5*a*(mcz-mez);sum=sqrt(sum1*sum1+sum2*sum2);d4=sum/(e*xs*zjc);d4=pow(d4,0.25); void weiyi()float sum1,sum2,sum,rat,sb=0.666666667,top,mid;rat=l1/(l1+l2-a);top=l1*l2/(l1+l2);mid=top*a/l2;sum1=0.5*l1*rat*mey*sb*top;sum1+=rat*mey*(l2-a)*0.5*(top+mid);sum1+=0.5*(l2-a)*(1-rat)*mey*sb*(top-mid);sum1+=mey*a*0.5*mid;sum1+=0.5*a*(mcy-mey)*sb*mid;fzby=sum1;sum2=0.5*l1*rat*mez*sb*top;sum2+=rat*mez*(l2-a)*0.5*(top+mid);sum2+=0.5*(l2-a)*(1-rat)*mez*sb*(top-mid);sum2+=mez*a*0.5*mid;sum2+=0.5*a*(mcz-mez)*sb*mid;fzbz=sum2;sum=sqrt(sum1*sum1+sum2*sum2);sjwyb=sum/(e*d*d*d*d*xs); printf(b點(diǎn)的實(shí)際位移：s=%fmn,sjwyb);voidfuzhi() /*此時(shí)應(yīng)該判定為超靜定，求出b點(diǎn)受力帶入上面的函數(shù)進(jìn)行判斷，得出超靜定的直徑d*/float gg,mid,sb=0.666666667;mid=l1*l2/(l1+l2);gg=0.5*sb*mid*mid*(l1+l2);fby=(fzby-wyb*e*d*d*d*d*xs)/gg;fbz=(-fzbz-wyb*e*d*d*d*d*xs)/gg;pd=1;voidmain()int pd=0; printf( 輸入原始數(shù)據(jù):n); scanf(%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,&l1,&l2,&l3,&a,&b,&r,&a0,&n,&p,&i,&fhy,&fhz); printf( 所輸入數(shù)據(jù)為:nl1=%fm,l2=%fm,l3=%fm,a=%fm,b=%fm,r=%fm,a0=%fn,l1,l2,l3,a,b,r,a0); printf(n=%fr/min,p=%fkw,d/d=%f,fhy=%fn,fhz=%fnn,n,p,i,fhy,fhz); xs=pi*(1-i*i*i*i)/64; zaihe(); waili(); printf(各點(diǎn)受力及力矩（靜定）：n); printf(各點(diǎn)外力（靜定）：na點(diǎn)：fay=%fn faz=%fntb點(diǎn)：fby=%fn fbz=%fnte點(diǎn)：fey=%fn fez=%fnnc點(diǎn)：fcy=%fn fcz=%fnn,fay,faz,fby,fbz,fey,fez,fcy,fcz); printf(各點(diǎn)力矩（靜定）：nb點(diǎn)：mby=%fn.m mbz=%fn.mte點(diǎn)：mey=%fn.m mez=%fn.mnc點(diǎn)：mcy=%fn.m mcz=%fn.mtd點(diǎn)：mdy=%fn.m mdz=%fn.mn,mby,mbz,mey,mez,mcy,mcz,mdy,mdz); qiangdu(); printf(第三強(qiáng)度理論校核：d1=%fmn,d1);d=d1; naodu(); printf(根據(jù)d點(diǎn)剛度校核：d2=%fmn,d2); if(dd2) d=d2; naodue(); printf(根據(jù)e點(diǎn)剛度校核：d3=%fmn,d3); if(dd3) d=d3; zhuanjiaoc(); printf(根據(jù)c點(diǎn)剛度校核：d4=%fmn,d4); if(dd4) d=d4; printf(確定空心圓軸外徑：d=%fmn,d); weiyi(); if(sjwyb=wyb) printf(可判定此結(jié)構(gòu)為靜定結(jié)構(gòu)n); else printf(可判定此結(jié)構(gòu)為超靜定結(jié)構(gòu)n); fuzhi(); waili(); printf(各點(diǎn)受力及力矩（超靜定）：n); printf(各點(diǎn)外力（超靜定）：na點(diǎn)：fay=%fn faz=%fnnb點(diǎn)：