材料力學(xué)課程設(shè)計-車床主軸設(shè)計

1、材料力學(xué)課程設(shè)計 設(shè)計題目：車床主軸設(shè)計 數(shù)據(jù)序號: 12 班級 ： 10級工機(jī)2班學(xué)號: 20106994姓名： 馮華釗 目錄一、 材料力學(xué)課程設(shè)計的目的 二、 材料力學(xué)課程設(shè)計的任務(wù)和要求三、 設(shè)計題目四、 對主軸靜定情況校核1. 根據(jù)第三強(qiáng)度理論校核 2. 根據(jù)剛度進(jìn)行校核3. 疲勞強(qiáng)度校核五、 對主軸超靜定情況校核1. 根據(jù)第三強(qiáng)度理論校核2. 根據(jù)剛度進(jìn)行校核3. 疲勞強(qiáng)度校核六、 循環(huán)計算程序七、 課程設(shè)計總結(jié) 一、設(shè)計目的材料力學(xué)課程設(shè)計的目的是在于系統(tǒng)的學(xué)習(xí)材料力學(xué)之后，能結(jié)合工程中的實際問題，運(yùn)用材料力學(xué)設(shè)計的基本原理和計算方法，獨(dú)立計算工程中的典型零部件，已達(dá)到綜合運(yùn)用材料

2、力學(xué)的知識解決工程實際問題的能力。同時，可以使我們將材料力學(xué)的理論和現(xiàn)代的計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)代的計算方法，又提高了分析問題，解決問題的能力；即把以前學(xué)到的知識綜合的運(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)計思想和設(shè)計方法，對實際工作能力有所提高。1. 使我們的材料力學(xué)知識系統(tǒng)化，完整化。2. 在系統(tǒng)的全面的復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用材料力學(xué)的知識解決工程中的實際問題。3. 由于選題力求結(jié)合專業(yè)實際，因而課程設(shè)計可以把材料力學(xué)的知識和專業(yè)需要結(jié)合起來。4. 綜合運(yùn)用以前所學(xué)的各門課程知識，是相關(guān)學(xué)科知識有機(jī)的聯(lián)系起來。5. 初步了解和掌握工程實踐中的設(shè)計思想

3、和方法，為以后打下基礎(chǔ)。二、設(shè)計的任務(wù)和要求1. 畫出受力分析計算簡圖和內(nèi)力圖2. 列出理論依據(jù)和導(dǎo)出的計算公式3. 獨(dú)立編制計算機(jī)程序，通過計算機(jī)給出計算結(jié)果4. 完成設(shè)計說明書。三、設(shè)計題目車床主軸設(shè)計-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，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、剛度計算時，可以不計軸向力Fx的影響，而以彎曲、扭轉(zhuǎn)變形為主）。

4、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(qiáng)度、剛度條件設(shè)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(qiáng)度。規(guī)定的安全系數(shù)n=3（=420，=240）。3、 對靜不定情況（A、B、C支撐），同時根據(jù)強(qiáng)度、剛度條件設(shè)計外徑D，并用疲勞強(qiáng)度理論校核。表1： 20100.5150028注意：設(shè)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：（

5、設(shè)計計算數(shù)據(jù)表12）/m/m/mA/mB/mR/m(n/(r/min)P/kw/N/N120.160.460.12455005.40.7040002500圖一：一、 對主軸靜定情況校核由公式可知Me=9549= =103.13N F= =859.41N 由斜齒輪受力分析得： F=317.59N則有：F=Fsin-Fcos=383.12N F=Fcos+Fsin=832.26N Fb= Fb=40000.16=640Nm Fb= Fb=25000.16=400Nm 由圖1受力分析求支座反力F、F、F、F：= F(L+L)+Fa-640- FL=0 F=2091.30N=

6、F(L+L)+ F(L+L-a)+640+ F( L+L+L)=0 F=-6241.32N= F(L+L)+ Fa+400+ F L=0 F=-1157.53N= F(L+L)+ F(L+L-a)-400- F( L+L+L)=0 F=2681.14N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=1574.19Nm Me=81.17Nm1.根據(jù)第三強(qiáng)度理論校核： 且 代入數(shù)據(jù)解得： Dm2.由剛度對軸進(jìn)行校核：利用圖乘法對各點進(jìn)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=210 I= m2)

7、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=7.84m當(dāng)D= 6.97m時，計算B點的實際位移：（應(yīng)用圖乘法） =-3.疲勞強(qiáng)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(qiáng)度的影響系數(shù)： 則： 故E處滿足疲勞強(qiáng)度要求。二、 對超靜定情況進(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

8、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(qiáng)度理論校核有： 且 代入數(shù)據(jù)解得：2）.由剛度對軸進(jìn)行校核：利用圖乘法對各點進(jìn)行剛度校核：1. 根據(jù)D點的剛度對主軸進(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(qiáng)度校核：查機(jī)械手冊得到： 則：； ；故滿足強(qiáng)度條件。三、 循環(huán)計算程序#include<

9、stdio.h>#include<math.h>#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

10、,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-

11、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

12、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/

13、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*

14、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

15、*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;

16、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

17、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

18、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

19、)/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

20、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點的實際位移：S=%fmn",fffbb)voidwaili()Fby=fffb*SD*S

21、D*SD*SD*(1-i*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(big<big1) big=big2; naodue(); big3=ddd;if(big<big3) big=big3; zhuanjiaoc(); big4=(float)ddd;if(big<big4) big=big4; SM=SN;SN=BI

22、G;SD=(SN+SM)/2;AAAA=fabs(SD-big); fanlib(); while(AAAA>=0.0001); printf("在超靜定情況下的直徑 :D=%fmn",big);voidmain()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,&

23、amp;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

24、("輔助計算外力（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,Mcz);printf("Mdy=%fN.m,Mdz=%fN.m,Mey=%fN.m,Mez=%fN.m,Me=%fN.m,Md=%fN.mn",Md