材料力學綜合設計--傳動軸強度設計及變形計算

1、材料力學綜合設計傳動軸強度設計及變形計算單 位：機械工程學院班 級：姓 名：指導教師：2015年6月目錄1緒論21.1設計的目的及意義21.21程應用背景簡介21.4設計的主耍內容22力學模型32.1設計數(shù)據(jù)32.2載荷簡化32.3力學模型43內力分析44強度分析44.1應力分析64.2傳動軸直徑設計85變形計算85.1疊加法85.2齒輪處的撓度8總結10參考文獻11任務分工111緒論1.1設計的目的及意義本綜合設計的目的是在于學習材料力學之后，能結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，對工程屮的典型零部件進行內力、應力 變形位移計算等，進一步鞏固和加深材料力學課程中的基本理

2、論知識，達到綜 合運用材料力學的知識解決實際問題的目的，為后續(xù)課程的學習打下基礎。通過本次設計從整體上掌握了基本理論，提高了分析問題、解決問題的能 力，乂為后繼課程如專業(yè)課等打下基礎，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。具體的有以下四項：(1) 使學生的材料力學知識系統(tǒng)化完整化；(2) 在全面復習的基礎上，運用材料力學知識解決工程屮的實際問題；(3) 初步了解和掌握工程實踐中的設計思想和設計方法；(4) 為后續(xù)課程的教學打下基礎。1.2工程應用背景簡介(簡單的介紹你所設計的結構在工程的使用，比如哪些領威，有何作用) 傳動軸是由軸管、伸縮套和萬向節(jié)組成。傳動軸連接或裝

3、配各項配件，而 又可移動或轉動的圓形物體配件。它是汽車傳動系中傳遞動力的重要部件，它 的作用是與變速箱、驅動橋一起將發(fā)動機的動力傳遞給車輪，使汽車產生驅動 力。專用汽車傳動軸主要用在油罐車，灑水車，吸污車，消防車，道路清障車, 高空作業(yè)車，垃圾車等車型上。傳動軸是汽車傳動系中傳遞動力的重要部件, 它的作用是與變速箱、驅動橋一起將發(fā)動機的動力傳遞給車輪，使汽車產生駆 動力。1.4設計的主要內容傳動軸的材料為45號優(yōu)質碳素鋼，o=80mpa, e=200gpa,結構與輪位 置如圖1所示，a處和b處均為向心軸承。齒輪d2上的力尺與節(jié)圓相切。直 徑為d的帶輪傳遞的功率為p,直徑為d!的小帶輪傳遞的功率

4、為pi，gi為小 帶輪的重量，g2為齒輪的重量，帶輪上受到力尺，f作用。圖1傳動軸示意圖(1) 建立傳動軸的力學模型圖；(2) 畫出傳動軸的內力圖；(3) 根據(jù)第三強度理論設計傳動軸的直徑;(4) 用疊加法計算傳動軸在齒輪處的撓度。2力學模型2.1設計數(shù)據(jù)表1設計數(shù)據(jù)p(kw)(kw)n(r/min)d(mm)5(mm)d2(mm)g2(n)ga(n)(mm)6.62.91507003501008004005002.2載荷簡化(1)fdmd=9550xp/n=9550x6.6/150=420.2n/m=fxd/2 f=1200nmd1=9550xp/n=9550x2.9/150=184.63n

5、/m=fixd1/2f=1055n|md2|=|md+mdi |=420.2+l 84.63=604.83n/m=f2xd2/2 f2=l 2096.6g = 型= 1600n叔 442.3力學模型圖1傳動軸的力學模型工 ma=o (3f1-gi)xa-(f2+g2)xa+fbx3a-(3f+g)x4a=0工 fy=o (3fi-gi)+fa+fb=f2+g2+3f+g解得：巧=3176.83n竹=12155.22"3內力分析卜n594127645201、aa2a7ax6953圖2簡力圖圖3彎矩圖184.63n*m420.2n-m圖4扭矩圖由扭矩圖和彎矩圖可得：傳動軸齒輪u截面有最大

6、扭矩值和最大彎矩值:it |max = 420.16n 加，| m |max =4353.1527 . m所以，該傳動軸危險截而為齒輪處d截而。4強度分析4.1應力分析bitb2圖5切應力分布圖圖6止應力分布圖在危險截而q上，與扭矩|卩鳥x對應的最大切應力發(fā)生在圓周表而各點, 與彎矩|m |喚對應的最大正應力發(fā)生在上下兩頂點。由此可知，危險點為上下兩頂點。t圖7上頂點應力狀態(tài)t圖8下頂點應力狀態(tài)由于45號優(yōu)質碳素鋼為塑性材料，抗拉與抗壓性能相同，所以這兩點同 等危險。任取一點研究。計算主應力ox=32m/nd3=8.0xl07patxy=16t/nd3=-4.0xl06pad 取 82.3mm

7、(2)力 max=79.5mpaqmin=6+qy/2</2尸 + 叱，（3）omin=1.4mpa可知：oi=79.5mpa02=1.4mpa6=04.2傳動軸直徑設計w=iids/32o=32xv43532 +4202 /nd3<80xl03pa可知：d282.3mm5變形計算5.1疊加法計算梁在幾個載荷共同作用下引起的變形，則可分別求出各個載荷單獨作 用時引起的變形，然后計算其代數(shù)和，即可得到齊載荷共同作用時梁的變形, 這種計算變形的方法稱為疊加法。5.2齒輪處的撓度（1）載荷分解將軸上的載荷分解為下圖（9）、仃0）、（11）所示單一載荷的情況。圖（9）：力單獨作用，將其余部

8、分視為剛性的；圖（10）：力尺單獨作用，將力斤向支座a簡化，得一集中力尺與集中力偶 ma = f；a ,將其余部分視為剛性的；圖（11）：力f”單獨作用，將力f"向支座b簡化，得一集中力凡與集中力偶 mb = fa ,將其余部分視為剛性的；f2'圖9力用單獨作用對于圖（9）,查表得，力尺在齒輪處引起的撓度為wl=pxbxx (l2-x2-b2)/6eil=1.59mm12895.4x64x4x5009x200x1()3x82.3"ma對于圖（10）,查表得，集中力偶ma在齒輪處引起的撓度為w2=max(lx)(2lx)/6eil= 320x 2764 82x50,二

9、。43mm9x200x103x82.34圖11力f"單獨作用對于圖（11）,查表得，集中力偶在齒輪處引起的撓度為w3=mbx(l2-x2)/6eil=256x5201.35x500'八一:=0.64mm9x200x103x82.34上述三種載荷同時作用時，在齒輪處q引起的撓度為：w = wa + wb + we =-1.59-0.43 + 0.64 = 一 1.3smm心 ± 口通過此次課程設計，使我更加扎實的掌握了有關材料力學方面的知識，在 設計過程中雖然遇到了一些問題，但經過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢 查終于找出了原因所在，也暴露岀了前期我在這方而的知識欠

10、缺和經驗不足。 實踐岀真知，通過親自動手制作，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。 過而能改，善莫大焉。在課程設計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不 斷領悟，不斷獲翻最終的檢測調試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大 焉”的知行觀我們認為，在這學期的實驗中，在收獲知識的同時，還收獲了閱歷，收獲 了成熟，在此過程中，我們通過查找大量資料，請教老師，以及不懈的努力， 不僅培養(yǎng)了獨立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高。更 重要的是，在實驗課上，我們學會了很多學習的方法。而這是口后最實用的， 真的是受益匪淺。要而對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學習、實踐，再學習、再實 踐。在今后材料力學學習實踐過程屮，一