材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)車床主軸

1、 材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū) 設(shè)計(jì)題目：車床主軸設(shè)計(jì) 學(xué)號(hào):姓名：指導(dǎo)教師： 一、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(wèn)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，已達(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)題的能力。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。即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；即把以前學(xué)到的知識(shí)綜合的運(yùn)用，又為以后的學(xué)習(xí)打下了基礎(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. 使我們的材料力學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化，完整化。2. 在系統(tǒng)

2、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(wèn)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(mén)課程知識(shí)，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)思想和方法，為以后打下基礎(chǔ)。二、設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求1. 畫(huà)出受力分析計(jì)算簡(jiǎn)圖和內(nèi)力圖2. 列出理論依據(jù)和導(dǎo)出的計(jì)算公式3. 獨(dú)立編制計(jì)算機(jī)程序，通過(guò)計(jì)算機(jī)給出計(jì)算結(jié)果4. 完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。三、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

3、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： 20100.5150028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/n110.160.460.12454005.20.6540002400圖一：一、 對(duì)主軸靜定情況校核由公式可知me=9549= =124.14n f= =1034.48n 由斜齒輪受力分析得： f=382.28n則有：f=fsin-fco

5、s=461.18n f=fcos+fsin=1001.83n =fb= fb=40000.16=640nm =fb= fb=24000.16=384nm 由圖1受力分析求支座反力f、f、f、f：= f(l+l)+fa- fl=0 f=1880.41n= f(l+l)+ f(l+l-a)+ f( l+l+l)=0 f=-6341.4n= f(l+l)+ fa+ f l=0 f=-1371.81n= f(l+l)+ f(l+l-a)- f( l+l+l)=0 f=2030.2n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=1445.6nm m

6、e=124.14nm1. 根據(jù)第三強(qiáng)度理論校核（忽略剪力）： 且 代入數(shù)據(jù)解得： d4.93m2.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=210 i= m2) 根據(jù)e點(diǎn)剛度計(jì)算軸徑，在e點(diǎn)分別沿y、z軸加一單位力有扭矩圖如下圖 即： 解得：d3m 綜上所述：d=maxd、d、d=6.9m當(dāng)d= 6.9m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

7、響系數(shù)： 則： 故e處滿足疲勞強(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)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：根據(jù)e點(diǎn)的剛度對(duì)軸校核：有靜定情況可知綜上所述：3）疲勞強(qiáng)度校核：查機(jī)械手冊(cè)得到： 則：； ；

8、故滿足強(qiáng)度條件。三、 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,fy,fz,fby=0,fbz=0,fcy,fcz,fey,fez,mby,mbz,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

9、,sd,fff;void zaihe() long double ft,fy,an=20.0,bn=10.0; ft=30*p*1000/(n*pi*r); fy=ft*tan(an*ip)/(cos(bn*ip); fey=ft*sin(a0*ip)-fy*cos(a0*ip; fez=ft*cos(a0*ip)+fy*sin(a0*ip); me=ft*r;md=-me;fdy=fy;fdz=-fz; mdy=fdy*b;mdz=fdz*b;void waili()fay=(fdz*l3+mdz-fez*a-fbz*l2)/(l1+l2);fcy=(-fdy*(l1+l2+l3)-mdy-

10、fey(l1+l2-a)/(l1+l2);faz=(fdy*l3+mdy-fey*a-fby*l2)/(l1+l2);fcz=(-fdz*(l1+l2+l3)-mdz-fez(l1+l2-a) /(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;void qiangdu() long double xmax,mmax,xmax1,xmax3,xmax

11、2=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); xmax1=-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/

12、100;ddd=(float)ddd;voidnaodu()longdoublefffd1,fffdy,fffdz;fffdy=l1*mby*l1*amc/(l1+l2)/0.147/eee;fffdy+=(l2-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*

13、eee);fffdy+=l3*mac*(mdy-2*mcy)/(0.294*eee);fffdz=l1*mbz*l1*amc/(l1+l2)/0.147/eee;fffdz+=(l2-a)*(mbz*(2*amc*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

14、*mac*(mdz+2*mcz)/(0.294*eee); fffd1=pi*sqrt(fffdy*fffdy+fffdz*fffdz)/www/32/fffd; ddd=pow(fffd1,0.25);ddd=ddd/1000;ddd=(float)ddd; void naodue() 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;

15、fffey+=a*ame*(mcy+2*mey)/(0.294*eee); fffez=l1*mbz*l1*ame/(l1+l2-a)/0.147/eee; fffdz+=(l2-a)*(mbz*(2*ame*l1/(l1+l2-a)+ame)+mez*(2*ame*l1/(l1+l2-a)/(0.294*eee); fffdz+=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;voi

16、d zhuanjiaoc() long double aaac1,aaacy,aaacz; aaacy=l1*mby*l1*aaac/(l1+l2)/0.147/eee; aaacy+=(l2-a)*(mby*(2*aaaac*l1/(l1+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*ee

17、e); 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*(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

18、)/www/32/aaac; ddd=pow(aaac1,0.25);ddd=ddd/1000;ddd=(float)ddd; void fanlib() long double fffb1,fffby,fffbz; fffby=l1*mby*amb/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+=(l

19、1+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=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)voidwaili()fby=fffb*sd*sd*sd*sd*(1-i

20、*i*i*i)/fff*10e12; fbz=fby*fbz0/fby0;voidxunhuan()double aaaa;fkoat big1,big2,big3,big4; do waili(); qiangdu(); big1=ddd;big=big1; naodud(); big2=ddd;if(bigbig1) big=big2; naodue(); big3=ddd;if(bigbig3) big=big3; zhuanjiaoc(); big4=(float)ddd;if(big=0.0001); printf(在超靜定情況下的直徑 :d=%fmn,big);voidmain()

21、float big1,big2,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/min,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,m