材料力學課程設計說明書 設計題目：五種傳動軸靜強度、變形及疲勞強度計算 （E題10號數據） 指導教師： 李鋒 設計者： 王鶴鳴 學院： 交通學院 班級： 441101班 學號： 序號： 109 目錄設計目的 3設計任務及要求 3設計題目 4傳動軸受力簡圖 6扭矩圖 7彎矩圖 7設計等直軸的直徑 8求齒輪軸的撓度 9各處疲勞強度的計算 12數據說明 18設計感想 18程序流程圖 19C語言程序程序及計算結果截圖 20VB執行窗口截圖及程序 28一、設計目的 本課程設計是在系統學完材料力學課程之后，結合工程實際中的問題，運用材料力學的基本理論和計算方法，獨立地計算工程中的典型零部件，以達到綜合利用材料力學知識解決工程實際問題的目的。同時，可以使學生將材料力學的理論和現代計算方法及手段融為一體，既從整體上掌握了基本理論和現代計算方法，又提高了分析問題、解決問題的能力；既是對以前所學知識（高等數學、工程圖學、理論力學、算法語言、計算機和材料力學等）的綜合運用，又為后續課程的學習打下基礎，并初步掌握工程設計思路和設計方法，使實際工作能力有所提高。具體有一下六項：(1).使所學的材料力學知識系統化、完整化。(2).在系統全面復習的基礎上，運用材料力學知識解決工程實際中的問題。(3).由于選題力求結合專業實際，因而課程設計可把材料力學與專業需要結合起來。(4).綜合運用以前所學的各門課程的知識（高等數學、工程圖學、理論力學、算法語言、計算機等），使相關學科的知識有機地聯系起來。(5).初步了解和掌握工程實際中的設計思路和設計方法。(6).為后續課程的教學打下基礎。二、設計任務和要求參加設計者要系統復習材料力學課程的全部基本理論和方法，獨立分析、判斷設計題目的已知條件和所求問題，畫出受力分析計算簡圖和內力圖，列出理論依據并到處計算公式，獨立編制計算機程序，通過計算機給出計算結果，并完成設計計算說明書。2.1 設計計算說明書的要求設計計算說明書是該題目設計思路、設計方法和設計結果的說明，要求書寫工整，語言簡練，條理清晰、明確，表達完整。具體內容應包括：1) 設計題目的已知條件、所求及零件圖。2) 畫出結構的受力分析計算簡圖，按比例標明尺寸、載荷及支座等。3) 靜不定結構要畫出所選擇的基本靜定系統及與之相應的全部求和過程。4) 畫出全部內力圖，并標明可能的各危險截面。5) 危險截面上各種應力的分布規律圖及由此判定各危險點處的應力狀態圖。6) 選擇強度理論并建立強度條件。7) 列出全部計算過程的理論依據、公式推導過程以及必要的說明。8) 對變形及剛度分析要寫明所用的能量法計算過程及必要的內力圖和單位力圖。9) 疲勞強度計算部分要說明循環特性， ， ，r ， ， 的計算，所查，各系數的依據，疲勞強度校核過程及結果。2.2、分析討論及說明部分的要求1) 分析計算結果是否合理，并討論其原因、改進措施。2) 提出改進設計的初步方案及設想。3) 提高強度、剛度及穩定性的措施及建議。2.3、程序計算部分的要求1) 計算機程序。2) 打印結果（數據結果要填寫到設計計算說明書上）。設計題目傳動軸的材料均為優質碳素結構鋼（牌號45），需用應力，經高頻淬火處理，。磨削軸的表面，鍵槽均為端銑加工，階梯過度圓弧r均為2mm，疲勞安全系數。要求：1、 繪出傳動軸的受力簡圖。2、 做出扭矩圖及彎矩圖。3、 根據強度條件設計等直軸的直徑。4、 計算齒輪軸的撓度（均按直徑的等直桿計算）。5、 對階梯傳動軸進行疲勞強度計算。（若不滿足，采取改進措施使其滿足疲勞強度要求）。6、 對所取數據的理論根據做必要的說明。說明：（1） 坐標的選取均按圖所示。（2） 齒輪上的力F與節圓相切。（3） 表中P為直徑為D的帶輪傳遞的功率， P1為直徑為D1的帶輪傳遞的功率。G1為小帶輪的重量，G2為大帶輪的重量。設計計算數據：P/kWP1/kWn/(r/min)D/mmD1/mmD2/mmG2/NG1/Na/mma()19.111.070060030015060020060080傳動軸受力簡圖：解得： 由此可得方程： y方向：z方向：可解得支座反力為： 扭矩圖：彎矩圖：z方向： y方向：設計等直軸軸的直徑：根據第三強度理論：分別代入：且其中，則可求得：則可取，由 可算得：取：滿足安全條件且能使階梯軸過度圓弧。求齒輪軸的撓度：xoy平面：在y方向應用圖乘法：可知：xoz平面：在z方向應用圖乘法：可求得：各處疲勞強度的計算：由題，該傳動軸的材料為碳素結構鋼，經高頻淬火處理且：，疲勞安全系數，則零件各部位的有效應力集中系數、尺寸系數、表面質量系數、敏感系數皆可查表得到，其中表面質量系數，敏感系數。校核B截面：由材料力學表13-10a可查得；由材料力學表13-2可查得。計算得可求： 則B截面安全。校核D截面：同上，查表可得：，計算得：可求：則D截面安全。校核F截面：查表得：，計算得：可求：則F截面安全。校核G截面：由于，查表材料力學表13-9及13-2可得計算得：可求得：則G截面安全。校核H截面：由于：查表得：計算得：可求得：則H截面安全。校核I截面：由于：查表得：計算得：可求得：則I截面安全。校核J截面：由于：查表得：計算得：可求得：則J截面安全。經整理可得表格：將所得傳動軸按實際尺寸畫出如下圖：數據說明：本次課程設計所取得數據均來自以下文獻：（1）材料力學第2版 聶玉琴 孟廣偉主編，機械工業出版社 2009.1（2）材料力學實驗與課程設計 聶玉琴 吳宏主編，機械工業出版社 2006.6（3）C程序設計第3版 譚浩強主編，清華大學出版社 2006設計感想通過此次的課程設計，讓我充分認識到了以往所學在工程實踐中的重要性。實際工程問題并不只是我們平時在書本上見到的理想化的模型，它存在很多不可忽略的影響因素，此時便需要我們用到以往所學的知識如科學計數、線性代數等數學問題；而計算過程中對冗長的公式進行多次計算和校核也并不是人力能及，若將時間浪費在重復演算公式和求值上，不僅效率低下還會造成很多人為地誤差，這是便需要用計算機編輯程序來保證計算效率。完成課程設計后，我對力學、數學和C語言編程都有了新的認識，對它們的運用也更加熟練了。此次材料力學課程設計只是我們走向實際工程問題的第一步，因為在此傳動軸的靜強度等數據的計算中并未考慮到實際應用時時間及環境的影響，但其中的受力分析、應力分析、強度計算和撓度計算等已經達到了一定的復雜程度，雖然其工作量不及實際工程問題的計算量，但已經是我學習生涯中做過的最長的最連續的力學問題。這大大加深了我對力學的認識，也鍛煉了我的耐性，成就了我的細致。作為一個工科人就一定要耐得住寂寞，這樣才能做出好的工程，做出好的機械。材料力學是一門工程類基礎學科，這次課程設計給我帶來的經驗會隨著日后我對力學的應用滲透到我所有的機械類選修課及工作中，而我從設計過程中得到的啟發和優秀品質則一定會對我的人生起到深遠的影響。謹感謝老師的教導。程序流程圖C語言程序及程序計算結果截圖#include#include#define Pi 3.1415926float qd(float a,float b,float c) /求某截面所需的最小直徑float d;d=(float)(pow(32*(sqrt(pow(a,2.0)+pow(b,2.0)+pow(c,2.0)/(80000000*Pi),1.0/3);return(d);float max(float a,float b)return(ab?a:b);void main()float d1,d2,d3,d4; /定義直徑float Mx,Mx1,Mx2; /定義x軸扭矩float My,Mz,Mx0; /定義y、z軸彎矩float F,F1,F2;float Fy1,Fy2,Fz1,Fz2; /定義y、z軸上支座對軸的力float P,P1,n,D,D1,D2,G2,G1,a,Alp; /定義數據中已知量，其中Alp為角度float Mxa,Mxb,Mxc,Mxd,Mxe,Mxf,Mxg,Mxh,Mxi,Mxj; /定義傳動軸上各點float Mya,Myb,Myc,Myd,Mye,Myf,Myg,Myh,Myi,Myj;float Mza,Mzb,Mzc,Mzd,Mze,Mzf,Mzg,Mzh,Mzi,Mzj;float fcy,fcz,fc; /定義撓度float I,maxd,a3;int v; /控制是否進行校核的系數char b,c,d,e,g,h,i,j; /用于選擇校核哪一處強度的變量char u,w;float d0,o,p,q,r,s,t,k,l,m,z,N; /d0是直徑，o,p為有效應力集中系數，q為表面質量系數，r,s為尺寸系數，t為敏感系數，k是最大正應力，l是最大切應力，m,z為構件工作安全因數printf(input P(kW):);scanf(%f,&P);printf(input P1(kW):);scanf(%f,&P1);printf(input n(r/min):);scanf(%f,&n);printf(input D(mm):);scanf(%f,&D);printf(input D1(mm):);scanf(%f,&D1);printf(input D2(mm):);scanf(%f,&D2);printf(input G2(N):);scanf(%f,&G2);printf(input G1(N):);scanf(%f,&G1);printf(input a(mm):);scanf(%f,&a);printf(input Alp(degrees):);scanf(%f,&Alp);D=D/1000; /將長度單位轉換為mD1=D1/1000;D2=D2/1000;a=a/1000;Alp=(float)(Alp*Pi/180);Mx=9549*P/n; /求x軸扭矩及F、F1、F2F2=Mx*2/D;Mx1=9549*P1/n;F1=Mx1*2/D1;Mx2=Mx-Mx1;F=Mx2*2/D2;printf(nMx=%0.3fNm,F=%0.3fN,F1=%0.3fN,F2=%0.3fNnn,Mx,F,F1,F2);Fy1=(float)(G2*3-(3*F1+G1)+cos(Alp)*F)/4; /求y軸支座反力Fy2=(float)(G2+cos(Alp)*F*3+(3*F1+G1)*5)/4;printf(Fy1=%0.3fN,Fy2=%0.3fNn,Fy1,Fy2);Fz1=(float)(sin(Alp)*F-3*3*F2)/4; /求z軸支座反力Fz2=(float)(sin(Alp)*F*3-3*F2)/4;printf(Fz1=%0.3f,Fz2=%0.3fnn,Fz1,Fz2);Mxb=-Mx; /求x軸上扭矩Mxd=-Mx;Mxe=-Mx1;Mzb=Fy1*a;Mzd=Mzb+(Fy1-G2)*2*a;Mze=Mzd+(float)(Fy1-G2-cos(Alp)*F)*a;Myb=Fz1*a;Myd=Myb+(float)(3*F2+Fz1)*2*a;Mye=Myd+(float)(3*F2+Fz1-sin(Alp)*F)*a;printf(Mxb=%0.3fNm,Mxd=%0.3fNm,Mxe=%0.3fNmnMyb=%0.3fNm,Myd=%0.3fNm,Mye=%0.3fNmnMzb=%0.3fNm,Mzd=%0.3fNm,Mze=%0.3fNmnn,Mxb,Mxd,Mxe,Myb,Myd,Mye,Mzb,Mzd,Mze);Mzf=0;Mzg=Mzb/2; /求其余各點彎矩Mzh=Mzb+(Mzd-Mzb)/4;Mzi=Mzd+(Mze-Mzd)/2;Mzj=Mze/2;printf(Mzf=%0.3fNm,Mzg=%0.3fNm,Mzh=%0.3fNm,Mzi=%0.3fNm,Mzj=%0.3fNmn,Mzf,Mzg,Mzh,Mzi,Mzj);Myf=0;Myg=Myb/2;Myh=(float)(Myb-Myd)*3.0/4+Myd);Myi=Myd/2;Myj=0;printf(Myf=%0.3fNm,Myg=%0.3fNm,Myh=%0.3fNm,Myi=%0.3fNm,Myj=%0.3fNmn,Myf,Myg,Myh,Myi,Myj);Mxf=-Mx1;Mxg=0; /求其余各點扭矩Mxh=Mxb;Mxi=Mxe;Mxj=Mxe;printf(Mxf=%0.3fNm,Mxg=%0.3fNm,Mxh=%0.3fNm,Mxi=%0.3fNm,Mxj=%0.3fNmnn,Mxf,Mxg,Mxh,Mxi,Mxj);d1=qd(Mxe,Mye,Mze); /求各截面最小直徑d2=qd(Mxd,Myd,Mzd);d3=qd(Mxb,Myb,Mzb);printf(d1=%0.3fmm,d2=%0.3fmm,d3=%0.3fmmn,d1*1000,d2*1000,d3*1000);printf(d2*1.1=%0.3fmm,d3*1.1*1.1=%0.3fmmn,d2*1.1*1000,d3*1.21*1000); /求出d1的最小值printf(input d1(mm):); /輸入d1值scanf(%f,&d1);d1=d1/1000;d2=(float)(d1/1.1);d3=(float)(d2/1.1);d4=(float)(d3/1.1);printf(d1=%0.3fmm,d2=%0.3fmm,d3=%0.3fmm,d4=%0.3fmmn,d1*1000,d2*1000,d3*1000,d4*1000);printf(please define the d1,d2,d3,d4(mm):);scanf(%f%f%f%f,&d1,&d2,&d3,&d4);d1=d1/1000; /確定四個直徑d2=d2/1000;d3=d3/1000;d4=d4/1000;I=(float)(Pi*pow(d1,4)/64);a3=a*a*a;fcy=(float)(7.0/12*G2*a3)+(3.0/4*F*cos(Alp)*a3)-(7.0/8*(G1+3*F1)*a3)/I/210/1000/1000/1000);fcz=(float)(-7.0/4*F2*a3+3.0/4*F*sin(Alp)*a3)/I/210/1000/1000/1000);fc=(float)sqrt(pow(fcy,2)+pow(fcz,2);printf(nfcy=%0.3fmm,fcz=%0.3fmm,fc=%0.3fmmn,fcy*1000,fcz*1000,fc*1000);printf(check the safety:n);v=1;q=2.4f;t=0.10f;while(v=1)printf(input the place you want to check:);fflush(stdin);scanf(%c,&u);if(u=B|u=b) /bo=1.81f;p=1.62f;r=0.81f;s=0.76f;Mx0=Mxb;My=Myb;Mz=Mzb;d0=d3;elseif(u=D|u=d) /do=1.81f;p=1.62f;r=0.81f;s=0.76f;Mx0=Mxd;My=Myd;Mz=Mzd;d0=d2;elseif(u=F|u=f) /fo=1.81f;p=1.62f;r=0.84f;s=0.78f;Mx0=Mxf;My=Myf;Mz=Mzf;d0=d4;elseif(u=G|u=g) /go=1.94f;p=1.35f;r=0.84f;s=0.78f;Mx0=Mxg;My=Myg;Mz=Mzg;d0=d4;elseif(u=H|u=h) /ho=1.73f;p=1.38f;r=0.81f;s=0.76f;Mx0=Mxh;My=Myh;Mz=Mzh;d0=d3;elseif(u=I|u=i) /io=2.14f;p=1.43f;r=0.81f;s=0.76f;Mx0=Mxi;My=Myi;Mz=Mzi;d0=d2;elseif(u=J|u=j) /jo=2.12f;p=1.53f;r=0.84f;s=0.78f;Mx0=Mxj;My=Myj;Mz=Mzj;d0=d4;elseprintf(Its wrong.n);k=(float)(32/Pi/pow(d0,3)*sqrt(pow(My,2)+pow(Mz,2);l=(float)fabs(16/Pi/pow(d0,3)*Mx0);m=(float)(300*1000*1000/(o*k/r/q);z=(float)(155*1000*1000/(p*l/2/s/q+t*l/2);N=(float)(m*z)/sqrt(pow(m,2)+pow(z,2);if(k=0)N=z;printf(N=%0.3fn,N);printf(k=%0.3fMPa,l=%0.3fMPa,m=infinity,z=%0.3fn,k/1000/1000,l/1000/1000,z);elseif(l=0)N=m;printf(N=%0.3fn,N);printf(k=%0.3fMPa,l=%0.3fMPa,m=%0.3f,z=infinityn,k/1000/1000,l/1000/1000,m);elseprintf(N=%0.3fn,N);printf(k=%0.3fMPa,l=%0.3fMPa,m=%0.3f,z=%0.3fn,k/1000/1000,l/1000/1000,m,z);if(N2.0)printf(Its safe.);v=1;elseprintf(Its not safe.);v=0;printf(continue to check or notY/N);fflush(stdin);scanf(%c,&w);if(w=Y|w=y)v=1;elsev=0;printf(nEnd.);VB執行窗口截圖及程序Module1：Public P As SinglePublic Alp As SinglePublic P1 As SinglePublic n As SinglePublic D As SinglePublic d01 As SinglePublic d02 As SinglePublic G2 As SinglePublic G1 As SinglePublic a As SinglePublic d1 As Single, d2 As Single, d3 As Single, d4 As SinglePublic Mx As Single, Mx1 As Single, Mx2 As SinglePublic My As Single, Mz As Single, Mx0 As SinglePublic F As Single, F1 As Single, F2 As SinglePublic Fy1 As Single, Fy2 As Single, Fz1 As Single, Fz2 As SinglePublic Mxa As Single, Mxb As Single, Mxc As Single, Mxd As Single, Mxe As Single, Mxf As Single, Mxg As Single, Mxh As Single, Mxi As Single, Mxj As SinglePublic Mya As Single, Myb As Single, Myc As Single, Myd As Single, Mye As Single, Myf As Single, Myg As Single, Myh As Single, Myi As Single, Myj As SinglePublic Mza As Single, Mzb As Single, Mzc As Single, Mzd As Single, Mze As Single, Mzf As Single, Mzg As Single, Mzh As Single, Mzi As Single, Mzj As SinglePublic fcy As Single, fcz As Single, fc As SinglePublic I As SingleForm1:Private Sub Command1_Click()Const Pi = 3.141593P = Val(Text1.Text)Alp = Val(Text10.Text)P1 = Val(Text2.Text)n = Val(Text3.Text)D = Val(Text4.Text)d01 = Val(Text5.Text)d02 = Val(Text6.Text)G2 = Val(Text7.Text)G1 = Val(Text8.Text)a = Val(Text9.Text)D = D / 1000d01 = d01 / 1000d02 = d02 / 1000a = a / 1000Alp = Alp * Pi / 180Mx = 9549 * P / nF2 = Mx * 2 / DMx1 = 9549 * P1 / nF1 = Mx1 * 2 / d01Mx2 = Mx - Mx1F = Mx2 * 2 / d02Text11.Text = Mx1Text12.Text = FText13.Text = F1Text14.Text = F2Fy1 = (G2 * 3 - (3 * F1 + G1) + Cos(Alp) * F) / 4Fy2 = (G2 + Cos(Alp) * F * 3 + (3 * F1 + G1) * 5) / 4Fz1 = (Sin(Alp) * F - 3 * 3 * F2) / 4Fz2 = (Sin(Alp) * F * 3 - 3 * F2) / 4Text15.Text = Fy1Text16.Text = Fy2Text17.Text = Fz1Text18.Text = Fz2End SubPrivate Sub Command2_Click()Const Pi = 3.141593Mxb = -MxMyb = Fz1 * aMzb = Fy1 * aText19.Text = MxbText20.Text = MybText21.Text = MzbMxd = -MxMyd = Myb + (3 * F2 + Fz1) * 2 * aMzd = Mzb + (Fy1 - G2) * 2 * aText22.Text = MxdText23.Text = MydText24.Text = MzdMxe = -Mx1Mye = Myd + (3 * F2 + Fz1 - Sin(Alp) * F) * aMze = Mzd + (Fy1 - G2 - Cos(Alp) * F) * aText25.Text = MxeText26.Text = MyeText27.Text = MzeMxf = -Mx1Myf = 0Mzf = 0Text28.Text = MxfText29.Text = MyfText30.Text = MzfMxg = 0Myg = Myb / 2Mzg = Mzb / 2Text31.Text = MxgText32.Text = MygText33.Text = MzgMxh = MxbMyh = (Myb - Myd) * 3# / 4 + Myd)Mzh = Mzb + (Mzd - Mzb) / 4Text34.Text = MxhText35.Text = MyhText36.Text = MzhMxi = MxeMyi = Myd / 2Mzi = Mzd + (Mze - Mzd) / 2Text37.Text = MxiText38.Tex