材料力学课程设计.docx

1、一、材料力学课程设计的目的本课程设计是在系统学完材料力学课程之后，结合工程实际中的问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学知识解决工程实际问题的目的。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溶为一体，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；即是对以前所学知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机和材料力学等）的综合运用，又为后续课程（机械设计、专业课等）的学习打下基础，并初步掌握工程设计思想和设计方法，使实际工作能力有所提高。具体有以下六项：1. 使所学的材料力学知识系统化、完整化。2

2、. 在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际中的问题。3. 由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可以把材料力学知识与专业需求结合起来。4. 综合运用以前所学的各门课程的知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机等），使相关学科的知识有机地联系起来。5. 初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法。6. 为后续课程的教学打下基础。二、材料力学课程设计的任务和要求参加设计者要系统复习材料力学课程的全部基本理论和方法，独立分析、判断设计题目的已知条件和所求问题，画出受力分析计算简图和内力图，理出理论依据并导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算

3、说明书。1、 设计计算说明书的要求 设计计算说明书是该题目设计思想、设计方法和设计结果的说明，要求书写工整，语言简练，条理清晰、明确，表达完整。具体内容应包括：1.设计题目的已知条件、所求及零件图。2.画出构件的受力分析计算简图，按比例标明尺寸、载荷及支座等。3.静不定结果要画出所选择的基本静不定系统及与之相应的全部求解过程。4.画出全部内力图，并标明可能的各危险截面。5.危险截面上各种应力的分布规律图及由此判定各危险点处的应力状态图。6.各危险点的主应力大小及主平面位置。7.选择强度理论并建立强度条件。8.列出全部计算过程的理论根据、公式推导过程以及必要的说明。9.对变形及刚度分析要写明所用

4、的能量法计算过程及必要的内力图和单位力图。10.疲劳强度计算部分要说明循环特征，r，的计算，所查k，各系数的依据，疲劳强度校核过程及结果，并绘出构件的持久极限曲线。2、分析讨论及说明部分的要求1.分析计算结果是否合理，并讨论其原因、改进措施。2.提出改进设计的初步方案及设想。3.提高强度、刚度及稳定性的措施及建议。3、程序计算部分的要求1.程序框图2.计算机程序（含必要的语言说明及标识符说明）。3.打印结果（数据结果要填写到设计说明书上）。4、材料力学课程设计的一般过程材料力学课程设计与工程中的一般设计过程相似，从分析设计方案开始到进行必要的计算，并对结构的合理性进行分析，最后得出结论。应合理

5、安排时间，避免前松后紧，甚至不能按时完成设计任务。材料力学课程设计可大致分为以下几个阶段：1. 设计准备阶段。认真阅读材料力学课程设计指导书，明确设计要求，结合设计题目复习材料力学课程的有关理论知识，制定设计的步骤、方法以及时间分配方案等。2. 从外力及变形分析入手，分析计算内力、应力及变形，绘制各种内力图及位移、转角曲线。3. 建立强度、刚度条件，并进行相应的设计计算以及必要的公式推导。4. 编制计算机程序并调通程序。5. 上机计算，并打印出结果。6. 整理数据结果并书写设计计算说明书。7. 分析讨论设计和计算的合理性、优缺点，以及相应的改进意见和措施。三、设计题目1、所用材料传动轴的材料均

6、为优质碳素结构钢（牌号45），许用应力=80MPa，经高频淬火处理，。磨削轴的表面，键槽均为端铣加工，阶梯轴过渡圆弧r均为2mm，疲劳安全系数n=2。2、要求：1. 绘出传动轴的受力简图。2. 做扭矩图及弯矩图。3. 根据强度条件设计等直轴的直径。4. 计算齿轮处轴的挠度（均按直径的等直杆计算）。5. 对阶梯传动轴进行疲劳强度计算。（若不满足，采取改进措施使其满足疲劳强度要求）。6. 对所取数据的理论根据做必要的说明。3、说明：（1） 坐标的选取均按图所示。（2） 齿轮上的力F与节圆相切。（3） 表中P为直径为D的带轮传递的功率，为直径为的带轮传递的功率。为小带轮的重量，为大带轮的重量。（4）

7、 为静强度条件所确定的轴径，以mm为单位，并取偶数。设4、设计数据P/kW/kWn/(r/min)D/mm/mm/mm/N/Na/mma()29.48.170070030026065030070030 5、传动轴力学简图6、传动轴零件图四、求解1传动轴受力简图2、传动轴受力求解1)在XOY面上传动轴受力简图如下: 由己知条件可以求出:M=9549=9549x=401.06 Nm=9549=9549x=110.50Nm (方向M1与M相反)根据扭矩平衡可知: M+ = 0可得:=290.56 Nm又有:M= 求出: =736.64N =1145.88N =2235.10N根据受力平衡关系，可列平

8、衡方程:联立两式，可得:=1472.79N =2148.52N2)在XOZ面上，传动轴的受力简图如下:根据受力平衡，可列平衡方程:联立两式，可得：= 400.85N，= 4956.04N弯矩图和扭矩图3、强度条件设计等直轴的直径1) 确定危险截面比较截而A、B、C的合成弯矩大小: =1336.94Nm =2449.00Nm =1666.73N.m由计算可知C截面的合成弯矩最大，根据扭矩图可知C截面的扭矩也是最大，所以传动轴的危险截面在C截面2)根据强度条件设计直径 此题为圆轴弯扭组合变形，而传动轴的材料是碳素钢，是塑性材料，则适用第三强度理论。第三强度理论公式：=401.06Nm =455.0

9、0 Nm =2448.99 Nm由上述子式可以得出：mm 因为必须取整数且为偶数，所以半径=70mm,=70mm3)校核传动轴不同直径各段的强度;校核的强度左端最大弯矩为 =668.47Nm，扭矩为110.50Nm右端最大弯矩为 =1224.49Nm，扭矩为401.06Nm取右端根据第三强度理论解得54.74mm根据1.1 =63.64mm 54.74mm 满足所以=64mm综上=70mm =64mm4、齿轮处的挠度计算1. 按叠加法计算求Y方向的挠度解得：=2.38mm2、用图乘法求Z方向的挠度将上述两个图对应图乘E=200Pa代入数据进行计算=+(2406.35-280.60)=1.50m

10、m3)将Y, Z方向的挠度进行合成传动轴总挠度是:=2.81mm注：E=200GMPa由材料力学查的。5、传动轴的疲劳强度的计算由该零件图可知，需要对其轴肩处和键槽处进行疲劳强度校核,共。该传动轴受到弯扭组合交变应力作用，由于转动，故弯曲正应力按对称循环变化；当轴正常工作时扭转切应力基本不变，但是由于机器时开时停，所以扭转切应力时有时无，故扭转切应力可视为脉动循环变化。首先计算轴的工作应力，对于本题除去两端点无正应力外，其他各点弯矩正应力均看作对称循环，弯曲正应力、和循环特征r计算公式如下:而本题中所涉及的剪切力看作是脉动循环，计算交变扭转剪应力及其循环特征的计算公式如下:r=0再综合所计算得

11、的数值并结合所给出的数值通过查表，确定各点有效应力集中系数：、，尺寸系数:、，表面质量系数:，敏感系数:，所查结果在下表中。接下来就是计算弯曲工作安全系数:计算弯扭组合交变应力下轴的工作安全系数此外还要控制构件的静载荷强度，此时屈服强度条件为:式中为按最大剪应力强度理论计算得。查表得:=355Mpa如果和均大于n，我们就认为轴是安全的。注：中间值用插入法求得。各个点的参数值参数校核点初始应力集中系数尺寸系数表面质量系数敏感系数计算所用直径d(mm)01.801.630.780.742.50.1640.5a1.841.470.780.742.50.1641.5a1.881.480.780.742

12、.50.1702a1.801.630.750.732.50.1782.5a1.891.500.750.732.50.1743.5a1.881.480.780.742.50.1704.5a1.841.470.780.742.50.1645a1.801.630.780.742.40.164各个点的所受的弯矩和扭矩校核点(Nm)(Nm)(Nm)(Nm)0000-110.500.5a668.470668.47-110.501.5a1489.94-140.301496.53-110.502a1642.94-280.601666.73-401.062.5a1118.46-812.041382.16-401

13、.063.569.48-1874.911876.20-401.064.5a-227.50-1203.181224.49-401.065a000-401.06校核八个点的疲劳强度及其安全系数，将结果记录如下：校核点(Mpa)(Mpa)02.16147.1982.680.5a26.012.1612.24161.4112.2113.481.5a44.411.647.00209.937.007.972a35.774.308.7472.528.679.652.534.735.048.5766.718.509.813.5a55.675.695.5957.845.566.234.5a47.657.796.5

14、744.476.506.985a7.7940.5522.78又因为疲劳安全系数n=2，所以均符合要求。五、程序设计1、程序框图MY=0，MZ=0根据提示输入相关数据开始结束不满足满足判断各值是否大于2计算只计算 是 否2、计算程序#include#include#define PI 3.1415926int main()float Mx,My,Mz,d,sigema_1,tao_1,sigemas;float Mmax,W,Wp,sigemamax,tao,taoa,taom; float n1,K1,ebuxong1,beita; float n2,K2,ebuxong2,Y; float

15、n12,n12_; printf(请输入所求点处Mx,My,Mz,d,K1,K2,ebuxong1,ebuxong2,beita,Y,sigemas,sigema_1,tao_1的值n);scanf(%f%f%f%f%f%f%f%f%f%f%f%f%f,&Mx,&My,&Mz,&d,&K1,&K2,&ebuxong1,&ebuxong2,&beita,&Y,&sigemas,&sigema_1,&tao_1); printf(*n);Mmax=sqrt(Mz*Mz+My*My);W=PI*d*d*d/32;Wp=PI*d*d*d/16;sigemamax=Mmax/W;tao=Mx/Wp;ta

16、oa=taom=tao/2;if(Mmax!=0)n1=sigema_1*ebuxong1*beita/(K1*sigemamax);n2=tao_1/(K2/(ebuxong2*beita)*taoa+Y*taom);n12=n1*n2/sqrt(n1*n1+n2*n2);n12_=sigemas*W/sqrt(Mx*Mx+My*My+Mz*Mz);printf(%fn%fn%fn%fn,n1,n2,n12,n12_);elsen2=tao_1/(K2/(ebuxong2*beita)*taoa+Y*taom);n12_=sigemas*W/Mx;printf(%fn%fn,n2,n12_)

17、;return 0;3、运行结果 五、心得体会通过此次设计，使我在知识上得以巩固，方法上开阔了思路，为以后学习工作打下了良好的基础。材料力学课程设计，建立在材料力学、c语言编程、高等数学、工程图学及CAD制图等基础上，综合应用，在设计中，还涉及到数据的查询、分析、整理以及电子说明书的排版工作，都是只是理论学习远远不够的知识能力。整个设计，首先审题，分析试题类型，此题涉及受力分析、应力分析、强度计算、挠度计算、强度校核、疲劳极限校核等等，需要熟悉运用图乘法等常见方法；之后根据分析结果，进行缜密的计算，涉及参数的过程采用查找材料力学、机械设计手册和上网查询的方法，补充数据；并根据设计要求，运用C语

18、言编程，编制出计算疲劳强度的相应程序，大大减小了计算量；然后，运用工程图学和CAD，绘出设计中涉及到的图；最后，运用Word2010将所有过程汇总整合，完整的制作出电子版的课程设计。在这次设计中，遇到了不少问题，知识的遗忘，数据的查询等等，但通过不懈的努力都一一克服了，总之，这次课程设计让我从整体上体会了设计的缜密性，使我受益匪浅。六、参考文献1.材料力学 聂毓琴 孟广伟 机械工业出版社 2004.22.材料力学实验与课程设计 聂毓琴 吴宏 机械工业出版社 2006.63.机械工程图学 侯洪生 科学出版社 2008.94.计算机绘图实用教程 侯洪生 科学出版社 2005.95.C语言程序设计 谭浩强 清华大学出版社 2010.6