材料力學課程設計

1、班級：2010級作者： 題目：車床主軸設計指導老師：2012一、課程設計的目的材料力學課程設計的目的是在于系統(tǒng)學習材料力學后，能結(jié)合工程中的實際問題，運用材料力學的基本理論和計算方法，獨立地計算工程中的典型零部件，以達到綜合運用材料力學的知識解決工程實際問題之目的。同時，可以使我們將材料力學的理論和現(xiàn)代計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)代的計算方法，又提高了分析問題，解決問題的能力；既把以前所學的知識綜合應用，又為后繼課程打下基礎(chǔ)，并初步掌握工程中的設計思想和設計方法，對實際工作能力有所提高。1）使所學的材料力學知識系統(tǒng)化，完整化。讓我們在系統(tǒng)全面復習的基礎(chǔ)上，運用材料力學知

2、識解決工程實際問題。2）綜合運用以前所學的各門課程的知識（高等數(shù)學、工程圖學、理論力學、算法語言、計算機等），使相關(guān)學科的知識有機地聯(lián)系起來。3）使我們初步了解和掌握工程實踐中的設計思想和設計方法，為后續(xù)課程的學習打下基礎(chǔ)。二、課程設計的任務和要求要系統(tǒng)復習材料力學課程的全部基本理論和方法，獨立分析、判斷設計題目的已知所求問題，畫出受力分析計算簡圖和內(nèi)力圖，列出理論依據(jù)并導出計算公式，獨立編制計算程序，通過計算機給出計算結(jié)果，并完成設計計算說明書。三、設計題目某車床主軸尺寸及受力情況如圖1所示。在A、B、C三個支座的中間支座B處，軸承與軸承座之間有間隙，正常工作時，B處軸承不起支撐作用，此時軸

3、處于A、C兩支座下的靜定狀態(tài)。當B截面處彎曲變形大于間隙時，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Fx、Fy、Fz（在進行強度、剛度計算時，可以不計軸向力Fx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）的強度、剛度條件設計等截面空心圓軸外徑D(d/D值可見數(shù)據(jù)表2)，并計算這時軸上B截面處的實際位移。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度。規(guī)定的安全系數(shù)n=3（=420，=240）。3、 對靜不定情況

4、（A、B、C支撐），同時根據(jù)強度、剛度條件設計外徑D，并用疲勞強度理論校核。表1：固定數(shù)據(jù)表2010150注意：設計中不考慮軸的旋轉(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：（設計計算數(shù)據(jù)表12）/m/m/mA/mB/mR/m(n/(r/min)P/kw/N/N124550040002500一、對主軸靜定情況校核由公式可知Me=9549=F=由斜齒輪受力分析得：F=則有：F=Fsin-FcosF=Fcos+FsinFb= Fb=40000.16=640NmFb= Fb=25000.16=400Nm由圖1受力分析求支座反力F、F、F、F：

5、= F(L+L)+Fa-640- FL=0 F= F(L+L)+ F(L+L-a)+640+ F( L+L+L)=0 F= F(L+L)+ Fa+400+ F L=0F= F(L+L)+ F(L+L-a)-400- F( L+L+L)=0 F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點為危險點且：Mc=mm1.根據(jù)第三強度理論校核： 且 代入數(shù)據(jù)解得： Dm2.由剛度對軸進行校核：利用圖乘法對各點進行剛度校核：1) 根據(jù)D點剛度計算軸徑，在D點分別沿y、z軸加一單位力有扭矩圖如下圖 E=210I=m2) 根據(jù)E點剛度計算軸徑，在E點分別沿y、Z軸加一單位力有

6、扭矩圖如下圖 即：解得：D3m3）根據(jù)C點剛度計算直徑，在C點處加一單位力偶得如下圖所示彎矩圖： 即：解得：m綜上所述：D=maxD、D、D、D=m當D= m時，計算B點的實際位移：（應用圖乘法） =-3.疲勞強度校核:若不計鍵槽對抗彎截面系數(shù)的影響，則危險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截面處疲勞強度的影響系數(shù)：則： 故E處滿足疲勞強度要求。二、對超靜定情況進行校核由，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： 又; 代入上式有：又;代入上式有：從而求A、C點的支反力有：做剪力

7、圖、如下所示：做彎矩圖、如下圖所示：由上圖有：故C點為危險點1）.第三強度理論校核有： 且 代入數(shù)據(jù)解得：2）.由剛度對軸進行校核：利用圖乘法對各點進行剛度校核：1. 根據(jù)D點的剛度對主軸進行校核，分別沿Y、Z軸加一單位力得到如下圖所示彎矩圖：則： 解得：2. 根據(jù)E點的剛度對軸校核：有靜定情況可知3. 根據(jù)C點的剛度對軸校核：在C點分別加一繞Y、Z方向的單位偶有扭矩圖如下：則： 解得：綜上所述：3）疲勞強度校核：查機械手冊得到：則：；故滿足強度條件。 附錄求解h，b的C語言程序如下：include<math.h>#include<stdio.h>#define G 1

8、000#define D 50#define Y 120main()float Mz,My,Mx,F;float Z1,Z2,Z3,Q2,Q3,Y2,Y3;float h,b,h1,b1;float a,r;float s,m=1.6*D*0.4*1.6*D;printf("input Mx,My,Mz,F:n");scanf("%f%f%f%f",&Mx,&My,&Mz,&F);for(h=1.4*D;h<=1.6*D;h=h+0.01)for(b=0.25*h;b<=0.4*h;b=b+0.01)if(h/

9、b>=2.5&&h/b<=3)a=0.213+0.018*h/b;r=0.837-0.028*h/b;if(h/b>=3&&h/b<=4)a=0.222+0.015*h/b;r=0.777-0.008*h/b ;Z1=F/(b*h)+6*G*Mz/(b*b*h)+6*G*Mx/(b*h*h) ;Z2=F/(b*h)+6*G*Mz/(b*b*h);Z3=F/(b*h)+6*G*Mx/(b*h*h) ;Q2=G*My/(b*b*h*a) ;Q3=r*Q2;Y2=sqrt(Z2*Z2+4*Q2*Q2);Y3=sqrt(Z3*Z3+4*Q3*Q3);if(Z1<=Y&&(Y2-Y)/Y<0.05&&(Y3-Y)/Y<0.05)s=h*b;if(s<m)m=s;h1=h;b1=b;printf("get the result:n" );printf("h=%5.2fmmnb=%5.2fmmn