材力 五種傳動軸靜強(qiáng)度、變形及疲勞強(qiáng)度計算.doc

材料力學(xué)課程設(shè)計說明書 設(shè)計題目：五種傳動軸靜強(qiáng)度、變形及疲勞強(qiáng)度計算 （E題10號數(shù)據(jù)） 指導(dǎo)教師： 李鋒 設(shè)計者： 王鶴鳴 學(xué)院： 交通學(xué)院 班級： 441101班 學(xué)號： 序號： 109 目錄設(shè)計目的 3設(shè)計任務(wù)及要求 3設(shè)計題目 4傳動軸受力簡圖 6扭矩圖 7彎矩圖 7設(shè)計等直軸的直徑 8求齒輪軸的撓度 9各處疲勞強(qiáng)度的計算 12數(shù)據(jù)說明 18設(shè)計感想 18程序流程圖 19C語言程序程序及計算結(jié)果截圖 20VB執(zhí)行窗口截圖及程序 28一、設(shè)計目的 本課程設(shè)計是在系統(tǒng)學(xué)完材料力學(xué)課程之后，結(jié)合工程實(shí)際中的問題，運(yùn)用材料力學(xué)的基本理論和計算方法，獨(dú)立地計算工程中的典型零部件，以達(dá)到綜合利用材料力學(xué)知識解決工程實(shí)際問題的目的。同時，可以使學(xué)生將材料力學(xué)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)代計算方法，又提高了分析問題、解決問題的能力；既是對以前所學(xué)知識（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計算機(jī)和材料力學(xué)等）的綜合運(yùn)用，又為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，并初步掌握工程設(shè)計思路和設(shè)計方法，使實(shí)際工作能力有所提高。具體有一下六項(xiàng)：(1).使所學(xué)的材料力學(xué)知識系統(tǒng)化、完整化。(2).在系統(tǒng)全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用材料力學(xué)知識解決工程實(shí)際中的問題。(3).由于選題力求結(jié)合專業(yè)實(shí)際，因而課程設(shè)計可把材料力學(xué)與專業(yè)需要結(jié)合起來。(4).綜合運(yùn)用以前所學(xué)的各門課程的知識（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計算機(jī)等），使相關(guān)學(xué)科的知識有機(jī)地聯(lián)系起來。(5).初步了解和掌握工程實(shí)際中的設(shè)計思路和設(shè)計方法。(6).為后續(xù)課程的教學(xué)打下基礎(chǔ)。二、設(shè)計任務(wù)和要求參加設(shè)計者要系統(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)計題目的已知條件和所求問題，畫出受力分析計算簡圖和內(nèi)力圖，列出理論依據(jù)并到處計算公式，獨(dú)立編制計算機(jī)程序，通過計算機(jī)給出計算結(jié)果，并完成設(shè)計計算說明書。2.1 設(shè)計計算說明書的要求設(shè)計計算說明書是該題目設(shè)計思路、設(shè)計方法和設(shè)計結(jié)果的說明，要求書寫工整，語言簡練，條理清晰、明確，表達(dá)完整。具體內(nèi)容應(yīng)包括：1) 設(shè)計題目的已知條件、所求及零件圖。2) 畫出結(jié)構(gòu)的受力分析計算簡圖，按比例標(biāo)明尺寸、載荷及支座等。3) 靜不定結(jié)構(gòu)要畫出所選擇的基本靜定系統(tǒng)及與之相應(yīng)的全部求和過程。4) 畫出全部內(nèi)力圖，并標(biāo)明可能的各危險截面。5) 危險截面上各種應(yīng)力的分布規(guī)律圖及由此判定各危險點(diǎn)處的應(yīng)力狀態(tài)圖。6) 選擇強(qiáng)度理論并建立強(qiáng)度條件。7) 列出全部計算過程的理論依據(jù)、公式推導(dǎo)過程以及必要的說明。8) 對變形及剛度分析要寫明所用的能量法計算過程及必要的內(nèi)力圖和單位力圖。9) 疲勞強(qiáng)度計算部分要說明循環(huán)特性， ， ，r ， ， 的計算，所查，各系數(shù)的依據(jù)，疲勞強(qiáng)度校核過程及結(jié)果。2.2、分析討論及說明部分的要求1) 分析計算結(jié)果是否合理，并討論其原因、改進(jìn)措施。2) 提出改進(jìn)設(shè)計的初步方案及設(shè)想。3) 提高強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的措施及建議。2.3、程序計算部分的要求1) 計算機(jī)程序。2) 打印結(jié)果（數(shù)據(jù)結(jié)果要填寫到設(shè)計計算說明書上）。設(shè)計題目傳動軸的材料均為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（牌號45），需用應(yīng)力，經(jīng)高頻淬火處理，。磨削軸的表面，鍵槽均為端銑加工，階梯過度圓弧r均為2mm，疲勞安全系數(shù)。要求：1、 繪出傳動軸的受力簡圖。2、 做出扭矩圖及彎矩圖。3、 根據(jù)強(qiáng)度條件設(shè)計等直軸的直徑。4、 計算齒輪軸的撓度（均按直徑的等直桿計算）。5、 對階梯傳動軸進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算。（若不滿足，采取改進(jìn)措施使其滿足疲勞強(qiáng)度要求）。6、 對所取數(shù)據(jù)的理論根據(jù)做必要的說明。說明：（1） 坐標(biāo)的選取均按圖所示。（2） 齒輪上的力F與節(jié)圓相切。（3） 表中P為直徑為D的帶輪傳遞的功率， P1為直徑為D1的帶輪傳遞的功率。G1為小帶輪的重量，G2為大帶輪的重量。設(shè)計計算數(shù)據(jù)：P/kWP1/kWn/(r/min)D/mmD1/mmD2/mmG2/NG1/Na/mma()19.111.070060030015060020060080傳動軸受力簡圖：解得： 由此可得方程： y方向：z方向：可解得支座反力為： 扭矩圖：彎矩圖：z方向： y方向：設(shè)計等直軸軸的直徑：根據(jù)第三強(qiáng)度理論：分別代入：且其中，則可求得：則可取，由 可算得：取：滿足安全條件且能使階梯軸過度圓弧。求齒輪軸的撓度：xoy平面：在y方向應(yīng)用圖乘法：可知：xoz平面：在z方向應(yīng)用圖乘法：可求得：各處疲勞強(qiáng)度的計算：由題，該傳動軸的材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼，經(jīng)高頻淬火處理且：，疲勞安全系數(shù)，則零件各部位的有效應(yīng)力集中系數(shù)、尺寸系數(shù)、表面質(zhì)量系數(shù)、敏感系數(shù)皆可查表得到，其中表面質(zhì)量系數(shù)，敏感系數(shù)。校核B截面：由材料力學(xué)表13-10a可查得；由材料力學(xué)表13-2可查得。計算得可求： 則B截面安全。校核D截面：同上，查表可得：，計算得：可求：則D截面安全。校核F截面：查表得：，計算得：可求：則F截面安全。校核G截面：由于，查表材料力學(xué)表13-9及13-2可得計算得：可求得：則G截面安全。校核H截面：由于：查表得：計算得：可求得：則H截面安全。校核I截面：由于：查表得：計算得：可求得：則I截面安全。校核J截面：由于：查表得：計算得：可求得：則J截面安全。經(jīng)整理可得表格：將所得傳動軸按實(shí)際尺寸畫出如下圖：數(shù)據(jù)說明：本次課程設(shè)計所取得數(shù)據(jù)均來自以下文獻(xiàn)：（1）材料力學(xué)第2版 聶玉琴 孟廣偉主編，機(jī)械工業(yè)出版社 2009.1（2）材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計 聶玉琴 吳宏主編，機(jī)械工業(yè)出版社 2006.6（3）C程序設(shè)計第3版 譚浩強(qiáng)主編，清華大學(xué)出版社 2006設(shè)計感想通過此次的課程設(shè)計，讓我充分認(rèn)識到了以往所學(xué)在工程實(shí)踐中的重要性。實(shí)際工程問題并不只是我們平時在書本上見到的理想化的模型，它存在很多不可忽略的影響因素，此時便需要我們用到以往所學(xué)的知識如科學(xué)計數(shù)、線性代數(shù)等數(shù)學(xué)問題；而計算過程中對冗長的公式進(jìn)行多次計算和校核也并不是人力能及，若將時間浪費(fèi)在重復(fù)演算公式和求值上，不僅效率低下還會造成很多人為地誤差，這是便需要用計算機(jī)編輯程序來保證計算效率。完成課程設(shè)計后，我對力學(xué)、數(shù)學(xué)和C語言編程都有了新的認(rèn)識，對它們的運(yùn)用也更加熟練了。此次材料力學(xué)課程設(shè)計只是我們走向?qū)嶋H工程問題的第一步，因?yàn)樵诖藗鲃虞S的靜強(qiáng)度等數(shù)據(jù)的計算中并未考慮到實(shí)際應(yīng)用時時間及環(huán)境的影響，但其中的受力分析、應(yīng)力分析、強(qiáng)度計算和撓度計算等已經(jīng)達(dá)到了一定的復(fù)雜程度，雖然其工作量不及實(shí)際工程問題的計算量，但已經(jīng)是我學(xué)習(xí)生涯中做過的最長的最連續(xù)的力學(xué)問題。這大大加深了我對力學(xué)的認(rèn)識，也鍛煉了我的耐性，成就了我的細(xì)致。作為一個工科人就一定要耐得住寂寞，這樣才能做出好的工程，做出好的機(jī)械。材料力學(xué)是一門工程類基礎(chǔ)學(xué)科，這次課程設(shè)計給我?guī)淼慕?jīng)驗(yàn)會隨著日后我對力學(xué)的應(yīng)用滲透到我所有的機(jī)械類選修課及工作中，而我從設(shè)計過程中得到的啟發(fā)和優(yōu)秀品質(zhì)則一定會對我的人生起到深遠(yuǎn)的影響。謹(jǐn)感謝老師的教導(dǎo)。程序流程圖C語言程序及程序計算結(jié)果截圖#include#include#define Pi 3.1415926float qd(float a,float b,float c) /求某截面所需的最小直徑float d;d=(float)(pow(32*(sqrt(pow(a,2.0)+pow(b,2.0)+pow(c,2.0)/(80000000*Pi),1.0/3);return(d);float max(float a,float b)return(ab?a:b);void main()float d1,d2,d3,d4; /定義直徑float Mx,Mx1,Mx2; /定義x軸扭矩float My,Mz,Mx0; /定義y、z軸彎矩float F,F1,F2;float Fy1,Fy2,Fz1,Fz2; /定義y、z軸上支座對軸的力float P,P1,n,D,D1,D2,G2,G1,a,Alp; /定義數(shù)據(jù)中已知量，其中Alp為角度float Mxa,Mxb,Mxc,Mxd,Mxe,Mxf,Mxg,Mxh,Mxi,Mxj; /定義傳動軸上各點(diǎn)float Mya,Myb,Myc,Myd,Mye,Myf,Myg,Myh,Myi,Myj;float Mza,Mzb,Mzc,Mzd,Mze,Mzf,Mzg,Mzh,Mzi,Mzj;float fcy,fcz,fc; /定義撓度float I,maxd,a3;int v; /控制是否進(jìn)行校核的系數(shù)char b,c,d,e,g,h,i,j; /用于選擇校核哪一處強(qiáng)度的變量char u,w;float d0,o,p,q,r,s,t,k,l,m,z,N; /d0是直徑，o,p為有效應(yīng)力集中系數(shù)，q為表面質(zhì)量系數(shù)，r,s為尺寸系數(shù)，t為敏感系數(shù)，k是最大正應(yīng)力，l是最大切應(yīng)力，m,z為構(gòu)件工作安全因數(shù)printf(input P(kW):);scanf(%f,&P);printf(input P1(kW):);scanf(%f,&P1);printf(input n(r/min):);scanf(%f,&n);printf(input D(mm):);scanf(%f,&D);printf(input D1(mm):);scanf(%f,&D1);printf(input D2(mm):);scanf(%f,&D2);printf(input G2(N):);scanf(%f,&G2);printf(input G1(N):);scanf(%f,&G1);printf(input a(mm):);scanf(%f,&a);printf(input Alp(degrees):);scanf(%f,&Alp);D=D/1000; /將長度單位轉(zhuǎn)換為mD1=D1/1000;D2=D2/1000;a=a/1000;Alp=(float)(Alp*Pi/180);Mx=9549*P/n; /求x軸扭矩及F、F1、F2F2=Mx*2/D;Mx1=9549*P1/n;F1=Mx1*2/D1;Mx2=Mx-Mx1;F=Mx2*2/D2;printf(nMx=%0.3fNm,F=%0.3fN,F1=%0.3fN,F2=%0.3fNnn,Mx,F,F1,F2);Fy1=(float)(G2*3-(3*F1+G1)+cos(Alp)*F)/4; /求y軸支座反力Fy2=(float)(G2+cos(Alp)*F*3+(3*F1+G1)*5)/4;printf(Fy1=%0.3fN,Fy2=%0.3fNn,Fy1,Fy2);Fz1=(float)(sin(Alp)*F-3*3*F2)/4; /求z軸支座反力Fz2=(float)(sin(Alp)*F*3-3*F2)/4;printf(Fz1=%0.3f,Fz2=%0.3fnn,Fz1,Fz2);Mxb=-Mx; /求x軸上扭矩Mxd=-Mx;Mxe=-Mx1;Mzb=Fy1*a;Mzd=Mzb+(Fy1-G2)*2*a;Mze=Mzd+(float)(Fy1-G2-cos(Alp)*F)*a;Myb=Fz1*a;Myd=Myb+(float)(3*F2+Fz1)*2*a;Mye=Myd+(float)(3*F2+Fz1-sin(Alp)*F)*a;printf(Mxb=%0.3fNm,Mxd=%0.3fNm,Mxe=%0.3fNmnMyb=%0.3fNm,Myd=%0.3fNm,Mye=%0.3fNmnMzb=%0.3fNm,Mzd=%0.3fNm,Mze=%0.3fNmnn,Mxb,Mxd,Mxe,Myb,Myd,Mye,Mzb,Mzd,Mze);Mzf=0;Mzg=Mzb/2; /求其余各點(diǎn)彎矩Mzh=Mzb+(Mzd-Mzb)/4;Mzi=Mzd+(Mze-Mzd)/2;Mzj=Mze/2;printf(Mzf=%0.3fNm,Mzg=%0.3fNm,Mzh=%0.3fNm,Mzi=%0.3fNm,Mzj=%0.3fNmn,Mzf,Mzg,Mzh,Mzi,Mzj);Myf=0;Myg=Myb/2;Myh=(float)(Myb-Myd)*3.0/4+Myd);Myi=Myd/2;Myj=0;printf(Myf=%0.3fNm,Myg=%0.3fNm,Myh=%0.3fNm,Myi=%0.3fNm,Myj=%0.3fNmn,Myf,Myg,Myh,Myi,Myj);Mxf=-Mx1;Mxg=0; /求其余各點(diǎn)扭矩Mxh=Mxb;Mxi=Mxe;Mxj=Mxe;printf(Mxf=%0.3fNm,Mxg=%0.3fNm,Mxh=%0.3fNm,Mxi=%0.3fNm,Mxj=%0.3fNmnn,Mxf,Mxg,Mxh,Mxi,Mxj);d1=qd(Mxe,Mye,Mze); /求各截面最小直徑d2=qd(Mxd,Myd,Mzd);d3=qd(Mxb,Myb,Mzb);printf(d1=%0.3fmm,d2=%0.3fmm,d3=%0.3fmmn,d1*1000,d2*1000,d3*1000);printf(d2*1.1=%0.3fmm,d3*1.1*1.1=%0.3fmmn,d2*1.1*1000,d3*1.21*1000); /求出d1的最小值printf(input d1(mm):); /輸入d1值scanf(%f,&d1);d1=d1/1000;d2=(float)(d1/1.1);d3=(float)(d2/1.1);d4=(float)(d3/1.1);printf(d1=%0.3fmm,d2=%0.3fmm,d3=%0.3fmm,d4=%0.3fmmn,d1*1000,d2*1000,d3*1000,d4*1000);printf(please define the d1,d2,d3,d4(mm):);scanf(%f%f%f%f,&d1,&d2,&d3,&d4);d1=d1/1000; /確定四個直徑d2=d2/1000;d3=d3/1000;d4=d4/1000;I=(float)(Pi*pow(d1,4)/64);a3=a*a*a;fcy=(float)(7.0/12*G2*a3)+(3.0/4*F*cos(Alp)*a3)-(7.0/8*(G1+3*F1)*a3)/I/210/1000/1000/1000);fcz=(float)(-7.0/4*F2*a3+3.0/4*F*sin(Alp)*a3)/I/210/1000/1000/1000);fc=(float)sqrt(pow(fcy,2)+pow(fcz,2);printf(nfcy=%0.3fmm,fcz=%0.3fmm,fc=%0.3fmmn,fcy*1000,fcz*1000,fc*1000);printf(check the safety:n);v=1;q=2.4f;t=0.10f;while(v=1)printf(input the place you want to check:);fflush(stdin);scanf(%c,&u);if(u=B|u=b) /bo=1.81f;p=1.62f;r=0.81f;s=0.76f;Mx0=Mxb;My=Myb;Mz=Mzb;d0=d3;elseif(u=D|u=d) /do=1.81f;p=1.62f;r=0.81f;s=0.76f;Mx0=Mxd;My=Myd;Mz=Mzd;d0=d2;elseif(u=F|u=f) /fo=1.81f;p=1.62f;r=0.84f;s=0.78f;Mx0=Mxf;My=Myf;Mz=Mzf;d0=d4;elseif(u=G|u=g) /go=1.94f;p=1.35f;r=0.84f;s=0.78f;Mx0=Mxg;My=Myg;Mz=Mzg;d0=d4;elseif(u=H|u=h) /ho=1.73f;p=1.38f;r=0.81f;s=0.76f;Mx0=Mxh;My=Myh;Mz=Mzh;d0=d3;elseif(u=I|u=i) /io=2.14f;p=1.43f;r=0.81f;s=0.76f;Mx0=Mxi;My=Myi;Mz=Mzi;d0=d2;elseif(u=J|u=j) /jo=2.12f;p=1.53f;r=0.84f;s=0.78f;Mx0=Mxj;My=Myj;Mz=Mzj;d0=d4;elseprintf(Its wrong.n);k=(float)(32/Pi/pow(d0,3)*sqrt(pow(My,2)+pow(Mz,2);l=(float)fabs(16/Pi/pow(d0,3)*Mx0);m=(float)(300*1000*1000/(o*k/r/q);z=(float)(155*1000*1000/(p*l/2/s/q+t*l/2);N=(float)(m*z)/sqrt(pow(m,2)+pow(z,2);if(k=0)N=z;printf(N=%0.3fn,N);printf(k=%0.3fMPa,l=%0.3fMPa,m=infinity,z=%0.3fn,k/1000/1000,l/1000/1000,z);elseif(l=0)N=m;printf(N=%0.3fn,N);printf(k=%0.3fMPa,l=%0.3fMPa,m=%0.3f,z=infinityn,k/1000/1000,l/1000/1000,m);elseprintf(N=%0.3fn,N);printf(k=%0.3fMPa,l=%0.3fMPa,m=%0.3f,z=%0.3fn,k/1000/1000,l/1000/1000,m,z);if(N2.0)printf(Its safe.);v=1;elseprintf(Its not safe.);v=0;printf(continue to check or notY/N);fflush(stdin);scanf(%c,&w);if(w=Y|w=y)v=1;elsev=0;printf(nEnd.);VB執(zhí)行窗口截圖及程序Module1：Public P As SinglePublic Alp As SinglePublic P1 As SinglePublic n As SinglePublic D As SinglePublic d01 As SinglePublic d02 As SinglePublic G2 As SinglePublic G1 As SinglePublic a As SinglePublic d1 As Single, d2 As Single, d3 As Single, d4 As SinglePublic Mx As Single, Mx1 As Single, Mx2 As SinglePublic My As Single, Mz As Single, Mx0 As SinglePublic F As Single, F1 As Single, F2 As SinglePublic Fy1 As Single, Fy2 As Single, Fz1 As Single, Fz2 As SinglePublic Mxa As Single, Mxb As Single, Mxc As Single, Mxd As Single, Mxe As Single, Mxf As Single, Mxg As Single, Mxh As Single, Mxi As Single, Mxj As SinglePublic Mya As Single, Myb As Single, Myc As Single, Myd As Single, Mye As Single, Myf As Single, Myg As Single, Myh As Single, Myi As Single, Myj As SinglePublic Mza As Single, Mzb As Single, Mzc As Single, Mzd As Single, Mze As Single, Mzf As Single, Mzg As Single, Mzh As Single, Mzi As Single, Mzj As SinglePublic fcy As Single, fcz As Single, fc As SinglePublic I As SingleForm1:Private Sub Command1_Click()Const Pi = 3.141593P = Val(Text1.Text)Alp = Val(Text10.Text)P1 = Val(Text2.Text)n = Val(Text3.Text)D = Val(Text4.Text)d01 = Val(Text5.Text)d02 = Val(Text6.Text)G2 = Val(Text7.Text)G1 = Val(Text8.Text)a = Val(Text9.Text)D = D / 1000d01 = d01 / 1000d02 = d02 / 1000a = a / 1000Alp = Alp * Pi / 180Mx = 9549 * P / nF2 = Mx * 2 / DMx1 = 9549 * P1 / nF1 = Mx1 * 2 / d01Mx2 = Mx - Mx1F = Mx2 * 2 / d02Text11.Text = Mx1Text12.Text = FText13.Text = F1Text14.Text = F2Fy1 = (G2 * 3 - (3 * F1 + G1) + Cos(Alp) * F) / 4Fy2 = (G2 + Cos(Alp) * F * 3 + (3 * F1 + G1) * 5) / 4Fz1 = (Sin(Alp) * F - 3 * 3 * F2) / 4Fz2 = (Sin(Alp) * F * 3 - 3 * F2) / 4Text15.Text = Fy1Text16.Text = Fy2Text17.Text = Fz1Text18.Text = Fz2End SubPrivate Sub Command2_Click()Const Pi = 3.141593Mxb = -MxMyb = Fz1 * aMzb = Fy1 * aText19.Text = MxbText20.Text = MybText21.Text = MzbMxd = -MxMyd = Myb + (3 * F2 + Fz1) * 2 * aMzd = Mzb + (Fy1 - G2) * 2 * aText22.Text = MxdText23.Text = MydText24.Text = MzdMxe = -Mx1Mye = Myd + (3 * F2 + Fz1 - Sin(Alp) * F) * aMze = Mzd + (Fy1 - G2 - Cos(Alp) * F) * aText25.Text = MxeText26.Text = MyeText27.Text = MzeMxf = -Mx1Myf = 0Mzf = 0Text28.Text = MxfText29.Text = MyfText30.Text = MzfMxg = 0Myg = Myb / 2Mzg = Mzb / 2Text31.Text = MxgText32.Text = MygText33.Text = MzgMxh = MxbMyh = (Myb - Myd) * 3# / 4 + Myd)Mzh = Mzb + (Mzd - Mzb) / 4Text34.Text = MxhText35.Text = MyhText36.Text = MzhMxi = MxeMyi = Myd / 2Mzi = Mzd + (Mze - Mzd) / 2Text37.Text = MxiText38.Tex