材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)

1、班級(jí)：2010級(jí)作者： 題目：車(chē)床主軸設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師：2012一、課程設(shè)計(jì)的目的材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的目的是在于系統(tǒng)學(xué)習(xí)材料力學(xué)后，能結(jié)合工程中的實(shí)際問(wèn)題，運(yùn)用材料力學(xué)的基本理論和計(jì)算方法，獨(dú)立地計(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(wèn)題之目的。同時(shí)，可以使我們將材料力學(xué)的理論和現(xiàn)代計(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(wèn)題，解決問(wèn)題的能力；既把以前所學(xué)的知識(shí)綜合應(yīng)用，又為后繼課程打下基礎(chǔ)，并初步掌握工程中的設(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。1）使所學(xué)的材料力學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化，完整化。讓我們?cè)谙到y(tǒng)全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用材料力學(xué)知

2、識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題。2）綜合運(yùn)用以前所學(xué)的各門(mén)課程的知識(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)等），使相關(guān)學(xué)科的知識(shí)有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)。3）使我們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，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。二、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求要系統(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)題目的已知所求問(wèn)題，畫(huà)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(shū)。三、設(shè)計(jì)題目某車(chē)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

3、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Fx、Fy、Fz（在進(jìn)行強(qiáng)度、剛度計(jì)算時(shí)，可以不計(jì)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(jiàn)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(d/D值可見(jiàn)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

4、（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。表1：固定數(shù)據(jù)表2010150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12）/m/m/mA/mB/mR/m(n/(r/min)P/kw/N/N124550040002500一、對(duì)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(diǎn)為危險(xiǎn)點(diǎn)且：Mc=mm1.根據(jù)第三強(qiáng)度理論校核： 且 代入數(shù)據(jù)解得： Dm2.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軸加一單位力有扭矩圖如下圖 E=210I=m2) 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

6、扭矩圖如下圖 即：解得：D3m3）根據(jù)C點(diǎn)剛度計(jì)算直徑，在C點(diǎn)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(dāng)D= m時(shí)，計(jì)算B點(diǎn)的實(shí)際位移：（應(yīng)用圖乘法） =-3.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(chēng)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(mǎn)足疲勞強(qiáng)度要求。二、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： 又; 代入上式有：又;代入上式有：從而求A、C點(diǎn)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(diǎn)為危險(xiǎn)點(diǎn)1）.第三強(qiáng)度理論校核有： 且 代入數(shù)據(jù)解得：2）.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：則： 解得：2. 根據(jù)E點(diǎn)的剛度對(duì)軸校核：有靜定情況可知3. 根據(jù)C點(diǎn)的剛度對(duì)軸校核：在C點(diǎn)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(qiáng)度校核：查機(jī)械手冊(cè)得到：則：；故滿(mǎn)足強(qiáng)度條件。 附錄求解h，b的C語(yǔ)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