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1、教学号： 15090726 答辩成绩： 设计成绩：材料力学课程设计设计计算说明书 设计题目：车床主轴设计 题号: 7-8-15 教学号: 姓名： 指导教师： 完成时间： 2011.10.15 目录一、 材料力学课程设计的目的 -3二、 材料力学课程设计的任务和要求 -3三、 设计题目 -3四、 对主轴静定情况校核 -51. 根据第三强度理论校核 -72. 根据刚度进行校核 -73. 疲劳强度校核 - 13五、 对主轴超静定情况校核 -151. 根据第三强度理论校核 -182. 根据刚度进行校核 -183. 疲劳强度校核 -24六、 程序框图 -25七、 循环计算程序 -26八、 课程设计总结
2、-31 一、设计目的材料力学课程设计的目的是在于系统的学习材料力学之后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学设计的基本原理和计算方法，独立计算工程中的典型零部件，已达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题的能力。同时，可以使我们将材料力学的理论和现代的计算方法及手段融为一体。即从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；即把以前学到的知识综合的运用，又为以后的学习打下了基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。1. 使我们的材料力学知识系统化，完整化。2. 在系统的全面的复习的基础上，运用材料力学的知识解决工程中的实际问题。3. 由于选
3、题力求结合专业实际，因而课程设计可以把材料力学的知识和专业需要结合起来。4. 综合运用以前所学的各门课程知识，是相关学科知识有机的联系起来。5. 初步了解和掌握工程实践中的设计思想和方法，为以后打下基础。二、设计的任务和要求1. 画出受力分析计算简图和内力图2. 列出理论依据和导出的计算公式3. 独立编制计算机程序，通过计算机给出计算结果4. 完成设计说明书。三、设计题目车床主轴设计-某车床主轴尺寸及受力情况如图1所示。在A、B、C三个支座的中间支座B处，轴承与轴承座之间有间隙，正常工作时，B处轴承不起支撑作用，此时轴处于A、C两支座下的静定状态。当B截面处弯曲变形大于间隙时，轴处于A、B、C
4、三支座下的静不定状态。轴截面E处装有斜齿轮，其法向压力角为，螺旋角为，工作处的切削力有Fx、Fy、Fz（在进行强度、刚度计算时，可以不计轴向力Fx的影响，而以弯曲、扭转变形为主）。轴的材料为优质碳素结构钢（45钢），表面磨削加工，氮化处理。其他已知数据见表1。1、 试按静定梁（A、C支撑）的强度、刚度条件设计等截面空心圆轴外径D(d/D值可见数据表2)，并计算这时轴上B截面处的实际位移。2、 在安装齿轮的E截面处有一铣刀加工的键槽，试校核此截面处的疲劳强度。规定的安全系数n=3（=420，=240）。3、 对静不定情况（A、B、C支撑），同时根据强度、刚度条件设计外径D，并用疲劳强度理论校核。
5、表1： 20 100.5 1503.33.5 0.0028注意：设计中不考虑轴的旋转静定要求和热变形的影响，并且将各轴承视为刚体，且不产生刚体位移，不考虑制造工艺和尺寸链等因素。表2：（设计计算数据表15）/m/m/mA/mB/mR/m(n/(r/min)P/kw/N/N150.190.510.180.160.180.14454005.50.7047002400图一：四对主轴静定情况校核由公式可知Me=9549=131.30N.m 由 FtR=MeError! Reference source not found. 得F= =937.85N 由斜齿轮受力分析得： F=346.58N则有：F=F
6、sin-Fcos=937.850.71-346.580.71=418.03N F=Fcos+Fsin=937.850.71+346.580.71=911.95N M1=Fb= Fb=47000.18=846Nm M2=Fb= Fb=24000.18=432Nm 由图1受力分析求支座反力F、F、F、F：= F(L+L)+Fa-M1- FL=0 F=2321.59N= F(L+L)+ F(L+L-a)+M1+ F( L+L+L)=0 F=-7439.62N= F(L+L)+ Fa+M2+ F L=0 F=-1442.73N= F(L+L)+ F(L+L-a)-M2- F( L+L+L)=0 F=2
7、930.78N根据已知分别作出Y、Z方向的剪力图与弯矩图，如下图所示： 由剪力图及弯矩图可知c点为危险点且： Mc=1899.83Nm Me=131.30Nm1.根据第三强度理论校核： 且 代入数据解得： D5.54m2.由刚度对轴进行校核：利用图乘法对各点进行刚度校核：1) 根据D点刚度计算轴径，在D点分别沿y、z轴加一单位力有弯矩图如下图所示： 1=338.49 2=200.59 3=35.07 4=152.28 5=76.14 =0.09 =0.16 =0.17 =0.09 =0.12 1=210.35 2 =124.65 3=6.79 4=77.76 5=38.88=0.09 =0.1
8、6 =0.17 =0.09 =0.12 E=210 I= 即 2) 根据E点刚度计算轴径，在E点分别沿y、Z轴加一单位力有弯矩图如下图 1=338.49 2=35.07 3=200.59 1=210.35 2=124.65 3=6.79 即： 解得:3）根据C点刚度计算直径，在C点处加一单位力偶得如下图所示弯矩图： 1=338.49 2=35.07 3=200.59 1=210.35 2=124.65 3=6.79 即： 解得：m 综上所述：D=maxD、D、D、D当时，计算B点的实际位移：（应用图乘法） 1=41.9 2=142.2 3=154.39 4=35.07 5=200.59 =0.
9、09 =0.07 =0.09 =0.01 =0.02 1=26.04 2=95.94 3=88.37 4=6.79 5=124.65 =0.09 =0.09 =0.07 =0.02 =0.01 3.对E截面处疲劳强度校核: 计算轴在E截面上的最大工作应力，若不计键槽对抗弯截面系数的影响，则危险截面处抗弯截面系数：由弯矩M不变可知该循环为对称循环，则有： 由教材图13-10 a)查得 由教材图13-10 b)查得 由教材图13-12 查得 则： 故E处满足疲劳强度要求。五 对超静定情况进行校核由，故此轴为超静定，且为一次静不定。由变形协调条件可知： 。分别沿y、z轴加一单位力并作、及单位力的弯矩
10、图有： ; 代入上式有： 又;代入上式有：从而求A、C点的支反力有： 做剪力图、 如下所示： 做弯矩图、如下图所示：由上图知C点为危险点： 1）.第三强度理论校核有： 且 代入数据解得：2）.由刚度对轴进行校核： 利用图乘法对各点进行刚度校核：1. 根据D点的刚度对主轴进行校核，分别沿Y、Z轴加一单位力得到如下图所示弯矩图：1=3.40 2=0.18 3=187.7 4=47.03 5=176.65 6=71.28 7=162 =0.03=0.05=0.12 =0.17 =0.16 =0.17 =0.161=32.09 2=118.23 3=80.72 4=127.85 5=5.20 6=90
11、.72 7=32.4 =0.03=0.08=0.12=0.16=0.17=0.16 =0.17则： 解得：2. 根据E点的刚度计算轴经，在E点分别沿y、z轴加一单位力，弯矩图如下： 1=3.40 2=0.18 3=187.7 4=47.03 5=176.65 =0.028 =0.048 =0.10 =0.020 =0.0601=32.09 2=118.23 3=80.72 4=127.85 5=5.20=0.028 =0.081 =0.100 =0.060 =0.020 3. 根据C点的刚度对轴校核：在C点分别加一绕Y、Z方向的单位偶有弯矩图如下： 1=3.40 2=0.18 3=187.7
12、4=47.03 5=176.65 =1.00 1=32.09 2=118.03 3=80.72 4=127.85 5=5.20 =1.003）疲劳强度校核： 由教材图13-10 a)查得 由教材图13-10 b)查得 由教材图13-12 查得 ； ；故满足强度条件。六. 程序框图 七.循环计算程序#include#include#define pi 3.141592654#define ip 0.017453292double L1,L2,L3,a,b,A0=45,n=400,P=5.5,i,R=0.14,Fy,Fz,Fby=0,Fbz=0,Fay,Faz,Fcy,Fdz,Fdy,Fcz,Fe
13、y,Fez,Me,Mby,Mbz,Mdy,Mdz,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,SD,FFF;void zaihe()long double Ft,Fy,An=20.0,Bn=10.0; Me=9549*P/n; Ft=Me/R; Fy=Ft*tan(An*ip)/(cos(Bn*ip); Fey=Ft*sin(A0*
14、ip)-Fy*cos(A0*ip); Fez=Ft*cos(A0*ip)+Fy*sin(A0*ip); Md=-Me;Fdy=Fy;Fdz=-Fz; Mdy=Fdy*b;Mdz=Fdz*b;void waili() Fay=(Fdy*L3+Mdy-Fey*a)/(L1+L2); Fcy=(-Fdy*(L1+L2+L3)-Mdy-Fey*(L1+L2-a)/(L1+L2); Faz=(-Fdz*L3-Mdz-Fez*a)/(L1+L2); Fcz=(Fdz*(L1+L2+L3)+Mdz-Fez*(L1+L2-a) /(L1+L2); Mby=Fay*L1;Mbz=Faz*L1; Mey=Fay*
15、(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,Xmax2=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)*(Xm
16、ax/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/100; ddd=(float)ddd;void naodu()long double fffd1,fffdy,fffdz; fffdy=L1*Mby*L1*aMc/(L1+L2)/0.147/eee; fffdy+=(L2-a)*(Mby*(2*aMc*L1/(L1+L2
17、)+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*eee); fffdy+=L3*aMc*(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+L
18、2-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*aMc*(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)d
19、dd; 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;fffey+=a*aMe*(Mcy+2*Mey)/(0.294*eee); fffez=L1*Mbz*L1*aMe/(L1+L2-a)/0.147/eee; fffez+=(L2-a)*(Mbz*(2*aMe*L1/(L1+L2-a)+aMe)+Mez*(
20、2*aMe*L1/(L1+L2-a)/(0.294*eee); fffez+=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;void 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
21、*(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*eee); 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)/
22、(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)/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
23、/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+=(L1+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=fff
24、by;fbz0=fffbz; fffb1=pi*sqrt(fffby*fffby+fffbz*fffbz)*pi/www/big/big/big/big/640e11; fffbb=(float)fffb1; printf(B点的实际位移：S=%fmn,fffbb);/*void waili() Fby=fffb*SD*SD*SD*SD*(1-i*i*i*i)/FFF*10e12; Fbz=Fby*fbz0/fby0;*/voidxunhuan()double AAAA, big1,big2,big3,big4;dowaili(); qiangdu(); big1=ddd;big=big1;
25、naodue(); big2=ddd; if(bigbig1) big=big2; naodue(); big3=ddd; if(bigbig3) big=big3; zhuanjiaoc(); big4=(float)ddd; if(big=0.0001); printf(在超静定情况下的直径 :D=%fmn,big);voidmain() float big1=0,big2,big3,big4; printf( 输入原始数据: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
26、,&Fz); printf( 所输入数据为: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(辅助计算外力（静定）:nFay=%fN,Faz=%fN,Fby=%fN,Fbz=
27、%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,Mdy,Mdz,Mey,Mez,Me,Md); qiangdu(); printf(D1=%fmn,big1);big=big1; naodue()
28、; printf(D2=%fmn,ddd);big2=(float)ddd; if(bigbig2) big=big2; naodue(); printf(D3=%fmn,ddd);big3=(float)ddd; if(bigbig3) big=big3; zhuanjiaoc(); printf(D4=%fmn,ddd);big4=(float)ddd; if(bigbig4) big=big4; printf(D=%fmn,big); fanlib(); if(fffbb=fffb) printf(可判定此结构为静定结构n); else printf( 可判定此结构为超静定结构n); S
29、M=0;SN=big;SD=(SN+SM)/2; B1=1+fbz0*fbz0/(fby0*fby0); B1=sqrt(B1); FFF=(L1+L2)*aMb*aMb/(eee*0.147); fanlib(); xunhuan(); printf( n);八课程设计总结本次课程设计涉及到了很多以前学习过的知识，包括材料力学、理论力学、AutoCAD、C语言编程。在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。透过本次课程设计，使我能更熟练的运用所学内容解决实际问题,学习到了课本以外的知识，使得自己的水平不是只停留在期末考试阶段。这次课程设计是我以前学习的一个阶段性总结，从中我看到了自己知识方面的不足和学科综合的重要性。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础此后，我会更加扎实的学习所学课程并广泛涉猎其他学科，在提高专业知识水平的基础上进一步提高自己的综合素质。
