吉林大學(xué)材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)7.4-車床主軸設(shè)計(jì)-Ⅱ-7

1、材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書設(shè)計(jì)題目：7.4車床主軸設(shè)計(jì)學(xué)號:41111317姓名：張振銘指導(dǎo)教師：魏媛老師目錄一、 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-04四、 課程設(shè)計(jì)計(jì)算過程1. 對主軸靜定情況校核-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-142. 對主軸超靜定情況校核-14A. 根據(jù)第三強(qiáng)度理論校核-17B. 根據(jù)剛度進(jìn)行校核-17C. 疲勞強(qiáng)度校核-23五、 循環(huán)計(jì)算程序-24六、 課程設(shè)計(jì)總結(jié)-28一、 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)

2、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；既是對以前學(xué)到的知識（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、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)的知識解決工程中的實(shí)際問題。3. 由于選

3、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)的知識和專業(yè)需要結(jié)合起來。4. 綜合運(yùn)用以前所學(xué)的各門課程知識（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計(jì)算機(jī)等），是相關(guān)學(xué)科知識有機(jī)的聯(lián)系起來。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，通過計(jì)算機(jī)給出計(jì)算結(jié)果，并完成設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。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

4、、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

5、疲勞強(qiáng)度。規(guī)定的安全系數(shù)n=3（=420，=240）。3. 對靜不定情況（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7）70.180.580.147454005.50.6545002200圖一：四、 課程設(shè)計(jì)計(jì)算過程1. 對主軸靜定情況校核由公式可知=131.30=937.85N由斜齒輪受力分析得： =346.58N則有：=418.10N=908.24N=2

6、2000.18=396=45000.18=810由圖1受力分析求支座反力、: 解上面的方程，則有:=2129.98N，=-1276.39N，=-7048.08N，=2568.15N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：=1753.15131.30A. 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. 由剛度對軸進(jìn)行校核：利用圖乘法對各點(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:=333.98 =0.089=178.92 =0.152=18.67=0.158=137.7 =0.085=65.0

7、25 =0.113=200.144 =0.089=107.22 =0.152=4.14 =0.158=67.32 =0.085=31.79 =0.113 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:=333.98 =0.08=178.92 =0.06=28.665 =0.04=200.144 =0.08=107.22 =0.06=4.14 =0.04 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:=333.98 =178.92=28.665 =200.144 =107.22=4.14 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）=34.50

8、6 =0.093=145.692 =0.09=153.786=0.073=178.92 =0.02=28.665=0.013=20.68 =0.093=87.31 =0.09=92.16=0.073=107.22 =0.02=4.14=0.013C. 疲勞強(qiáng)度校核：若不計(jì)鍵槽對抗彎截面系數(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

9、上式有：并且已知： 代入上式有：從而求A、C點(diǎn)的支反力有：做剪力圖、如下所示：做彎矩圖、如下圖所示：由上圖有：C點(diǎn)為危險(xiǎn)點(diǎn)A. 第三強(qiáng)度理論校核有：且 代入數(shù)據(jù)解得：B. 由剛度對軸進(jìn)行校核：利用圖乘法對各點(diǎn)進(jìn)行剛度校核：1) 根據(jù)D點(diǎn)的剛度對主軸進(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：=26.18 =0.029=12.44 =0.05=147.528=0.111=150.29 =0.152=42.98=0.158=137.7 =0.085=65.025 =0.113=41.85 =0.029=176.69 =0.089=60.110 =0.104=115.50 =0.152=

10、0.85 =0.146=67.32 =0.085=31.79 =0.113 2) 根據(jù)E點(diǎn)的剛度對主軸進(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：=26.18 =0.027=12.44 =0.047=147.53=0.10=150.29 =0.06=42.98 =0.08=41.85 =0.027=176.69 =0.08=60.11=0.093=115.50 =0.06=0.85 =0.08 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:=26.18 =12.44=147.53=150.29 =42.98=41.85 =176.69 =60.11=115.50

11、=0.85 綜上所述：C. 疲勞強(qiáng)度校核：若不計(jì)鍵槽對抗彎截面系數(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<stdio.h>#include<math.h>#define pi 3.141592654#define ip 0.017453292double L1=0.15,L2=0.53,L3=0.14,a=0.12,b=0.16,A0=45,n=400,P=5.5,i=0.65,R=0.12,Fy=4000,Fz=4000,Fb

12、y=0,Fbz=0,Fay,Faz,Fcy,Fdz,Fdy,Fcz,Fey,Fez,Me,Mby,Mbz,Mdy,Mdz,Mcy,Mcz,Mey,Mez,Md,Mc,www,xxx=150,eee=0.21,ddd,fby0,fbz0,fby1,fbz1,fffe=0.00035,fffd=0.00033,aaac=0.0028,aMb,aMc,aMe,aaaac,fffb=0.00005,fffbb,big,SM,SN,B1,SD,FFF;void zaihe()long double Ft,Fy,An=20.0,Bn=10.0; Me=9549*P/n; Ft=Me/R;Fy=Ft*tan

13、(An*ip)/(cos(Bn*ip); Fey=Ft*sin(A0*ip)-Fy*cos(A0*ip); Fez=Ft*cos(A0*ip)+Fy*sin(A0*ip);Md=-Me;Fdy=Fy;Fdz=-Fz;Mdy=Fdy*b;Mdz=Fdz*b;void waili() Fay=(Fdy*L3+Mdy-Fey*a)/(L1+L2);Fcy=(-Fdy*(L1+L2+L3)-Mdy-Fey*(L1+L2-a)/(L1+L2);Faz=(-Fdz*L3-Mdz-Fez*a)/(L1+L2);Fcz=(Fdz*(L1+L2+L3)+Mdz-Fez*(L1+L2-a) /(L1+L2);Mb

14、y=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;Void qiangdu()long double Xmax,Mmax,Xmax1,Xmax3,Xmax2=0.0;Mc=sqrt(Mcy*Mcy+Mcz*Mcz);Xmax=Mc/www;Mmax=Me/(2*www); Xmax3=-Xmax/2-sqrt(Xmax/2)*(Xmax/2)+Mmax*Mmax); Xmax

15、1=-Xmax/2+sqrt(Xmax/2)*(Xmax/2)+Mmax*Mmax); ddd=sqrt(Xmax1-Xmax2)*(Xmax1-Xmax2)+(Xmax2-Xmax3)*(Xmax2-Xmax3)+(Xmax3-Xmax1)*(Xmax3-Xmax1)/2)/xxx;ddd=pow(ddd,0.333333333333333333333);ddd=ddd/100;ddd=(float)ddd;Void 1naodu()long double fffd1,fffdy,fffdz;fffdy=L1*Mby*L1*aMc/(L1+L2)/0.147/eee; fffdy+=(L2-

16、a)*(Mby*(2*aMc*L1/(L1+L2)+aMc*(L1+L2-a)/(L1+L2)+Mey*(2*aMc*(L1+L2-a)/(L1+L2)+aMc*L1/(L1+L2)/(0.294*eee);fffdy+=a*(Mey*(2*aMc+(L1+L2-a)*aMc/(L1+L2)+aMc)+Mcy*(2*aMc+(L1+L2-a)*aMc/( L1+L2)/(0.294*eee);fffdy+=L3*aMc*(Mdy-2*Mcy)/(0.294*eee);fffdz=L1*Mbz*L1*aMc/(L1+L2)/0.147/eee; fffdz+=(L2-a)*(Mbz*(2*aMc

17、*L1/(L1+L2)+aMc*(L1+L2-a)/(L1+L2)+Mez*(2*aMc*(L1+L2-a)/(L1+L2)+aMc*L1/(L1+L2)/(0.294*eee);fffdz+=a*(Mez*(2*aMc+(L1+L2-a)*aMc/(L1+L2)+aMc)+Mez*(2*aMc+(L1+L2-a)*aMc/(L1+L2)/(0.294*eee);fffdz+=L3*aMc*(Mdz+2*Mcz)/(0.294*eee); fffd1=pi*sqrt(fffdy*fffdy+fffdz*fffdz)/www/32/fffd;ddd=pow(fffd1,0.25);ddd=ddd

18、/1000;ddd=(float)ddd; voidnaodue()long double fffe1,fffey,fffez;fffey=L1*Mby*L1*aMe/(L1+L2-a)/0.147/eee; fffey+=(L2-a)*(Mby*(2*aMe*L1/(L1+L2-a)+aMe)+Mey*(2*aMe*aMe*L1/(L1+L2-a)/ 0.294/eee;fffey+=a*aMe*(Mcy+2*Mey)/(0.294*eee);fffez=L1*Mbz*L1*aMe/(L1+L2-a)/0.147/eee; fffez+=(L2-a)*(Mbz*(2*aMe*L1/(L1+L

19、2-a)+aMe)+Mez*(2*aMe*L1/(L1+L2-a)/(0.294*eee);fffez+=a*aMe*(Mcz-2*Mez)/(0.294*eee); fffe1=pi*sqrt(fffey*fffey+fffez*fffez)/www/32/eee;ddd=pow(fffe1,0.25);ddd=ddd/1000;ddd=(float)ddd;voidzhuanjiaoc()long double aaac1,aaacy,aaacz;aaacy=L1*Mby*L1*aaac/(L1+L2)/0.147/eee;aaacy+=(L2-a)*(Mby*(2*aaaac*L1/(L

20、1+L2)+aaaac*(L1+L2-a)/(L1+L2)+Mey*(2*aaaac*(L1+L2-a)/(L1+L2)+aaaac*L1/(L1+L2)/(0.294*eee); aaacy+=a*(Mey*(2*(L1+L2-a)*aaaac/(L1+L2)+aaaac)+Mcy*(2*aaaac+(L1+L2-a)/(L1+L2) )/(0.294*eee);aaacz=L1*Mbz*L1*aaac/(L1+L2)/0.147/eee; aaacz+=(L2-a)*(Mbz*(2*aaaac*L1/(L1+L2)+aaaac*(L1+L2-a)/(L1+L2)+Mez*(2*aaaac*

21、(L1+L2-a)/(L1+L2)+aaaac*L1/(L1+L2)/(0.294*eee); aaacz+=a*(Mez*(2*(L1+L2-a)*aaaac/(L1+L2)+aaaac)+Mcz*(2*aaaac+(L1+L2-a)/( L1+L2) )/(0.294*eee); aaac1=pi*sqrt(aaacy*aaacy+aaacz*aaacz)/www/32/aaac;ddd=pow(aaac1,0.25);ddd=ddd/1000;ddd=(float)ddd; voidfanlib()long double fffb1,fffby,fffbz;fffby=L1*Mby*aM

22、b/0.147/eee; fffby+=(L1+L2-a)*(Mby*(2*aMb+(L2-a)/L2*aMb)+Mey*(2*(L2-a)/L2*aMb+aMb)/0.294/eee;fffby+=a*(L2-a)*aMb*(Mcz+2*Mey)/(0.294*eee);fffbz=L1*Mbz*aMb/0.147/eee; fffbz+=(L1+L2-a)*(Mbz*(2*aMb+(L2-a)/L2*aMb)+Mez*(2*(L2-a)/L2*aMb+aMb)/ (0.294*eee);fffbz+=a*(L2-a)/L2*aMb*(Mcz+2*Mez)/(0.294*eee); fby0

23、=fffby;fbz0=fffbz; fffb1=pi*sqrt(fffby*fffby+fffbz*fffbz)*pi/www/big/big/big/big/640e11;fffbb=(float)fffb1;printf("B點(diǎn)的實(shí)際位移：S=%fmn",fffbb);/*void waili()Fby=fffb*SD*SD*SD*SD*(1-i*i*i*i)/FFF*10e12;Fbz=Fby*fbz0/fby0;*/voidxunhuan()double AAAA, big1,big2,big3,big4;dowaili();qiangdu(); big1=ddd

24、;big=big1;naodue(); big2=ddd;if(big<big1) big=big2;naodue(); big3=ddd;if(big<big3) big=big3;zhuanjiaoc(); big4=(float)ddd;if(big<big4)big=big4; SM=SN;SN=big;SD=(SN+SM)/2;AAAA=fabs(SD-big);fanlib();while(AAAA>=0.0001);printf("在超靜定情況下的直徑 :D=%fmn",big);voidmain()float big1=0,big2,

25、big3,big4;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,&Fy,&Fz);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/mi

26、n,P=%fKW,i=%f,Fy=%fN,Fz=%fNn",n,P,i,Fy,Fz);aMc=1*L3;aMe=(L1+L2-a)*a/(L1+L2)*1;aaaac=1;aMb=1*L1*12/(L1+L2);www=pi*(1-i*i*i)/32;zaihe();waili();printf("輔助計(jì)算外力（靜定）:nFay=%fN,Faz=%fN,Fby=%fN,Fbz=%fN,Fcy=%fN,Fcz=%fN,",Fay,Faz,Fby,Fbz,Fcy,Fcz); printf("Fdy=%fN,Fdz=%fN,Fey=%fN,Fez=%fN,Mby=%fN.m,Mbz=%fN.m,Mcy=%fN.m,Mcz=%fN.m ",Fdy,Fdz,Fey,Fez,Mby,Mbz,Mcy,Mcz); printf("Mdy=%fN.m,Mdz=%fN.m,Mey=%fN.m,Mez=%fN.m,Me=%fN.m,Md=%fN.mn",Md