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1、材料力学综合设计设计题目：传动轴强度设计及变形计算单位：机械工程学院专业/班级：模具12T姓名：李泽亮唐钺黄曦黄增沐吴东欣指导教师：于月民2014年06月20日目录一、绪论2二、力学模型3三、内力分析4四、强度分析6五、变形计算7六、总结8七、参考文献9八、任务分工9一、绪论1.1设计的目的意义本课程设计的目的是在于系统学完材料力学之后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的根本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以到达综合运用材料力学的知识解决工程实际问题之目的。同时，可以使学生将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。具体的有以下五项：1、使学生的材料力学知识系统化、完整化。
2、2、在系统全面复习的根底上，运用材料力学知识解决工程中的实际问题。3、综合运用了以前所学的各门课程的知识使相关学科的知识有机地联系起来。4、初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法。5、为后继课程的教学打下根底。1.2 工程应用背景简介在实际工程中，受扭的杆件很多。通常把以扭转变形为主的杆件称为轴，如汽车转向轴等。这些杆件受力特点为在垂直于杆轴平面内作用着一对大小相等，转向相反的外力偶。其变形特点为杆件的各横截面绕轴线发生相对转动。传动轴连接或装配各项配件，而又可移动或转动的圆形物体配件，一般均使用轻而抗扭性佳的合金钢管制成。对前置引擎后轮驱动的车来说是把变速器的转动传到主减速器的轴，它可
3、以是好几节由万向节连接。它是一个高转速、少支承的旋转体，因此它的动平衡是至关重要的。一般传动轴在出厂前都要进行动平衡试验，并在平衡机上进行了调整。传动轴是汽车传动系中传递动力的重要部件，它的作用是与变速箱、驱动桥一起将发动机的动力传递给车轮，使汽车产生驱动力。1.3 设计的主要内容传动轴的材料为45号优质碳素钢，。二80MPa,结构与轮位置如下图，A处和B处均为向心轴承。齿轮Dz上的力石与节圆相切。直径为D的带轮传递的功率为P,直径为Dl的小带轮传递的功率为P,Gl为小带轮的重量，G?为齿轮的重量，带轮上受到力尸作用，平安系数廿2。1 .建立传动轴的力学模型图；2 .画出传动轴的内力图；3 .
4、用叠加法计算传动轴在齿轮处的挠度；4 .根据第三强度理论设计传动轴的直径。二、力学模型2.1设计数据2.2载荷简化大带轮。处力F和力IF可简化成一个过传动轴截面形心的横向力厂和一FD个力偶M,F=3b方向向下，加=;-矢量向左。小带轮。处力和2月可简化为过传动轴截面形心的横向力耳和力偶M,M=3耳方向向上，MI=号矢量向左。齿轮2处力K可简化为过传动轴截面形心的横向力E和力偶M2,K=6方向向下，加2=竽矢量向右。(1)由Mc=9549C,可得：M=9549-=9549=420.16/Vw；nn150P29-=9549-=184.6Wm;n150由ZM=0可得：M2=M+M1=420.156+
5、184.614=604.772VWoFr)2由M=,M=420.16Nm可得，F=1200.46N；2由M=牛L,M=l%61Nm可得，6=1054.91N;PD由M2=jj,M2=期77Nm可得，F2=12095AN；且G=-x也=1600N0M:4那么大带轮。处的合力/=U+G=1200.46x3+1600=520L38N;小带轮Di处的合力耳=M-G=1054.913-400=2764.73TV；齿轮O2处的合力E=E+G2=12()95.4+S(X)=12895AN；2.3力学模型三、内力分析设轴承A处的约束反力为F八，轴承8处的约束反力为七，方向向上。由ZM尸)=0得：Fa-F2a+
6、FA3a+F4a=0；解得：=3176.83N;由(F)=0得：F4a-Fb-3aF2a+7*Ja=0；解得：耳=55.22N；对AD2采用截面法分析，J有ZM=O,M-Tj=O可得:T.U才M1L7184.61Nz同理，有ZM=0,-乙一加=0可得:7；=-420.16VWo内力图如下：由扭矩图和弯矩图可得：传动轴齿轮D2截面有最大扭矩值和最大弯矩值：ITIma=420.16Nm，MImax=4353.15Nm所以，该传动轴危险截面为齿轮处A截面。四、强度分析4.1应力分析在危险截面。2上，与扭矩ITLIX对应的最大切应力发生在周边各点，与弯矩IMlmaX对应的最大正应力发生在上下两端点与、
7、B”如图(d)、(e)o由此可知，危险点为两点与、B2O对于塑性材料杆，抗拉与抗压性能相同,所以这两点同等危险。任取一点4研究，该点处单元体为二向应力状态，如图(f),其应力为r=Z二WW1W式中，抗扭截面系数叱抗弯截面系数W=包，为传动轴的直径。16324. 2传动轴直径设计按第三强度理论JlMlL+1TlLe】W，回1匕+1ThXrx=Vb+4r=,W=r3W32所以可取d=82.3mmo五、变形计算5.1叠加法计算梁在几个载荷共同作用下引起的变形，那么可分别求出各个载荷单独作用时引起的变形，然后计算其代数和，即可得到各载荷共同作用时梁的变形，这种计算变形的方法称为叠加法。5. 2变形计算
8、(D载荷分解将轴上的载荷分解为下列图(a)、(b)、(C)所示单一载荷的情况。(a)：力户;单独作用，WD1Ax80局部视为刚性的；(b)：力耳单独作用，将力耳向支座A简化，得一集中力FA与集中力偶Ma=F；a,将。、8。局部视为刚性的；(c):力尸单独作用，将力尸向支座8简化，得一集中力耳与集中力偶Mr=Fa,将AA、3。局部视为刚性的；百(C)(2)查变形表对于图(a),查表得，力F；在齿轮处引起的挠度为对于图(b),查表得，集中力偶MA在齿轮处引起的挠度为对于图(c),查表得，集中力偶在齿轮处引起的挠度为(3)变形叠加上述三种载荷同时作用时，在齿轮处2引起的挠度为：六、总结李泽亮：在这次
9、的综合设计中，我主要是负责计算的内容，从中，也看到了自己的缺乏与缺点。在于系统学完材料力学之后，通过这次设计将知识与工程中的实际问题结合，运用材料力学的根本理论和计算方法，计算工程中的典型零部件的受力情况。同时，也更好的掌握所学的知识，能运用材料力学的知识解决工程实际问题，做到学以致用。唐钺：通过这次综合设计，让我们真正的把这学期学的知识融会在一起了，对各章节的内容有了深刻认识。这次设计我学到的知识很多，我知道了该如何排版，如何使用公式编辑器，如何把CAD图添加进来了，同时也练习了画CAD,总之一句话，这次设计让我学到很多东西，希望有更多的时机来做这些事。这次是团队合作完成的，作为我也体会到了
10、真正带好一个团队是不容易的如何分配工作也极其考验组长的，有了这次经历我认为我们会更快更好的成长。吴东欣：通过这次材料力学综合设计，让我增长不少知识，在查阅资料的过程中，有许多知识是课本里面没有的。这次设计也让我学到了如何使用公式编辑器，还有这次设计囊括了这学期的大局部知识，让我印象更加深刻。这次设计，让我成长不少，知道到了团队合作的总要性，希望以后有更多的时机参加类似设计。黄增沐：本次综合实验设计中，本人主要负责图形的绘制操作吗，即应用AUTOCAD这一软件进行分内力图，扭矩图，受力分析图与单元体应力绘制。操作过程中，了解到学术课题的严谨重要性。同时，在这次合作中，也了解到了团队合作的重要性。黄曦：通过这次材料力学综合设计，我们收获了很多。首先，在大量查阅筛选资料的同时，了解到课本以外的内容，扩展了我们的知识面；继而是这次设计囊括了这学期的大局部知识，在掌握了使用公式编辑器的方法的同时，也稳固了我们已学的东西；更重要的是，这次设计让我们意识到合作的重要性，使我们以后参加的类似设计更完善。七、参考文献1.于月民编材料力学案例教材中国电力出版社2013.3八、任务分工李泽亮：力学模型建立；黄增沐：绘制内力图；黄曦：强度分析；唐钺：变形计算；吴东欣：查阅资料及排版。
