材料力学
课程设计说明书
设计题目五种传动轴的静强度、变形及疲劳强度的计算
学院
专业班
设计者
学号
指导教师
_年月日
目录
一设计目的 (3)
二设计任务和要求 (4)
三设计题目 (4)
四设计内容 (6)
五程序计算 (18)
六改进措施 (21)
七设计体会 (22)
八参考文献 (22)
一．材料力学课程设计的目的
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。既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；既把以前所学的知识（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）综合运用，又为后继课程（机械设计、专业课等）打下基础，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。具体的有以下六项：1．使学生的材料力学知识系统化、完整化；
2．在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程中的实际问题；
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和专业需要结
合起来；
4．综合运用了以前所学的个门课程的知识（高数、制图、理力、算法语言、计算机等等）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．为后继课程的教学打下基础。
二．材料力学课程设计的任务和要求
要求参加设计者，要系统地复习材料力学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，列出理论依据和导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。
三．材料力学课程设计的题目
传动轴的强度、变形及疲劳强度计算
6－1 设计题目
传动轴的材料为优质碳素结构钢（牌号45），许用应力[σ]=80MPa，经高频淬火处理，其σb=650MPa，σ-1=300MPa,τ
磨削轴的表面，键槽均为端铣加工，阶梯轴过渡圆弧r均-1=155MPa,
为2mm，疲劳安全系数n=2，要求：
1）绘出传动轴的受力简图;
2）作扭矩图及弯矩图；
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；（按直径Φ1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）；
6）对所取数据的理论根据作必要的说明。
说明 ：
a) 坐标的选取均按下图7—10b 所示； b) 齿轮上的力F 与节圆相切；
c) 数据表中P 为直径D 的皮带轮传递的功率，1
P 为直径为D 1的皮
带轮传递的功率。
G1为小带轮重量，G2为大带轮重量。
y
x
z
图7-10b
Φ1 为静强度条件所确定的轴径，尺寸最后一位数准确到mm ，并取偶数。
设1.1
4
3
3
2
2
1=
=
=
φ
φ
φ
φ
φ
φ
7—11传动轴的零件图
图7-11
设计数据表格：
P
/kW
P1
/kW
n/
(r/min)
D
/mm
D1
/mm
D2
/mm
G2
/N
G1
/N
a
/mm
α
(°) 150 700 350 100 800 400 500 30
四．设计内容
（1）绘出传动轴的受力简图
此传动轴受弯扭组合变形，把各力分解，使每组力只产生一种
变形，如图。
（2）作扭矩图和弯矩图
根据力矩与功率的关系式：{Me }N ·m =9549 /min
{}
{}r P n ，以及力矩的平
衡：
2M x =
22F D ?= 95496.6
150=N m ? 21200.46F ?=N 1M x =112F D ?= 95492.9
150 =N m ? 11054.97F ?=N Mx =22F D ?= 95496.6 2.9
150-=N m ? 4710.80F ?=N 扭矩图
X-Y 平面:
支反力求解：
Mz ∑=0
1122(3)cos 340
F G a F a F y a G a α-?+?-?+?=
代入数据解得： 23348.20F y N =
又因为： 111223cos 0F G F y F F y G α-+-+-= 11233.44y F N =-
内力图和弯矩图:
X-Z 平面： 支反力求解
0My =∑ 22sin 3340F a F z a F a α-?+?-?= 代入数据解得： 25586.97z F N =
0Fz =∑ 122sin 30z F z F F F α-+-=
代入数据解得： 1369.81z F N =
内力图和弯矩图：
（3）根据强度条件设计等直轴的直径
I 由弯矩图及扭矩图可以看出来，危险截面可能是B 、C 、E
三个截面处。其截面处合成弯矩大小如下：
B 处：222201382.461382.46.B By Bz M M M N m =+=+=
C 处: 2222184.912148.192156.13.C Cy Cz M M M N m ++ E 处：22224001800.691844.58.Ey Ez E M M M N m =++
因为传动轴为受弯扭组合变形的圆轴，所以，由第三强度理
论有：
[]2231M Mx W
σσ=
+
即B 处：[]
32211
32B xB M M σΦ≥+π?156.21≥mm
C 处:
()[]
3
1221.11
32C xC M M σΦ≥+π ?159.45≥mm E 处：[]32211
32E xE M M σΦ≥+π?162.22≥mm
由题目要求取?164=mm 由3
12234
1.1φφφφφφ=== 得258mm φ=
II 再校核2φ轴是否满足静强度条件。此时需校核P 和W
截面:
0.Mpy N m = 691.23.Mpz N m = 184.62.Mpx N m =- 900.35.Mwy N m =- 200.Mwz N m =- 420.16.Mwx N m =-
222,max 1013.50.,max Mw M wy M wz M wx N m Mp =++=>
3
2
,max 2,max 32
1013.50[]80w Mw MPa W φφσσπ=
=?<= 得250.53mm φ≥ 取25258mm mm φ=< 故2φ轴满足静强度条件。
综上：164mm φ=
（4）计算D2轮处轴的挠度 E=210GPa 4
164
Iy Iz πφ==
在X-Y 平面内
112148.191382.46222148.1920.56
(1382.46 1.68323322ci i c a a f a a a EI EI M ω--==?+???+??
∑ 2240010.32210.32)1494.85 2.16132323a a a a mm EI
?-????==
在X-Z 平面内
2ci
i c f EI M ω=∑
122184.9120.0621800.69(184.910.182332232
a a a a EI -=
???+???-21.8221279.511.820.404233a a a mm EI
-????==-
所以：222212 2.161(0.404) 2.198c c c f f f mm =+=+-=
(5)对传动轴进行强度计算：
由零件图可知，要对此传动轴进行疲劳校核，必须对轴肩处和键槽处进行
校核。
164mm Φ= 258mm Φ=
该传动轴受力为弯扭交变应力状态，由于转动，所以弯曲正应力按对称
循环变化，当轴正常工作时扭转切应力基本不变，由于机器时开时停，所以扭转切应力时有时无，可视为脉动循环变化。
max min σσ=- 22
max y z M M σ+=
其中3132W πφ=
min max
1r σ
σ==- max 0τ> min 0τ= max
2
a m τττ== max x
p
M W τ=
其中3116
p W πφ=
正应力是对称循环，切应力是脉动循环，故用以下公式进行疲劳强度校
核
1
max
n k σσ
σσσεβ
-=
1
a m
n k ττ
τττττεβ
-=
+ψ 2
2
n n n στστστ
=
+
其中1300MPa σ-= 1155MPa τ-= 650b MPa σ=
疲劳强度校核
a. 传动轴键槽
因为该轴键槽为端铣加工，650b MPa σ=，根据《材料力学》（机械工业出版社）P369页图13-10a 查得 1.8k σ=，P369页图13-10b 查得 1.62k τ=。 因为该轴经高频淬火处理650b MPa σ=， 1.8k σ=根据《材料力学》（机械工业出版社）P370页表13-4查得 2.4β=。
根据《材料力学》（机械工业出版社）P373页表13-5查得0.10τψ= ○1C 截面处
11.170mm φφ== 传动轴为优质碳素钢（牌号45），根据《材料力学》（机械工业出版社）P369页表13-2查得0.78σε= 0.74τε=
184.91.Mcy N m = 2148.19.Mcz N m = 420.16.Mcx N m =-
2222,max 3
1
32
184.912148.1964.03c M cy M cz MPa W
σφπ=
+=
+=
,max 3
16
420.16 6.24cx c p M MPa W φ
τπ=
=?= 1
max
300 4.8721.8
64.03
0.78 2.4n n k σσ
σσσεβ
-=
=
=≥=??
1
155
49.0821.62 6.24(0.10)0.74 2.42
a m n n k ττ
τττττεβ
-=
=
=≥=+?+ψ?
2
2
2
2
4.8524.8749.08
n n n n στστστ
=
=
=≥=++
此截面满足疲劳强度要求。
○
2A 截面处 258mm φφ== 传动轴为优质碳素钢（牌号45），根据《材料力学》（机械工业出版社）P369页表13-2查得 0.76τε=
0.Ay AZ M M N m == 184.62.A M x N m =-
,max 3
16
184.62 4.82Ax A p M MPa W φ
τπ=
=?= 1
155
65.0921.62 4.82
(0.10)0.76 2.42
a m
n n k ττ
τττττεβ
-=
=
=≥=+?+ψ?
此截面满足疲劳强度要求。
○
3 F 截面处 258mm φφ== 传动轴为优质碳素钢（牌号45），根据《材料力学》（机械工业出版社）P369页表13-2查得 0.76τε=
420.16.Fx M N m =- 0.Fy Fz M M N m ==
,max 3
216
420.1610.97Fx F p M MPa W φτπ=
=?= 1
155
28.6021.6210.97
(0.10)0.76 2.42
a m
n n k ττ
τττττεβ
-=
=
=≥=+?+ψ?
此截面满足疲劳强度要求。
b .传动轴阶梯轴
164mm φ= 258mm φ= 阶梯轴过度圆弧r=2mm
根据《材料力学》（机械工业出版社）P368页图13-9a, 图13-9c, 图13-9d, 图13-9e 以及《机械设计》（高等教育出版社）P303附录（a ）图 查表得各校核界面参数：
P :
2
2
0.034558
r
φ=
= 1248 1.144φφ=
= 1.78k σ= 1.25k τ= Q :
1
2
0.031364
r
φ=
= 111.1 1.1φφ= 1.84k σ= 1.28k τ= U :
12
0.02941.0568
r φ==
111.1 1.031.05φφ= 1.86k σ= 1.30k τ=
V :
1
2
0.031364
r
φ=
= 111.05 1.05φφ= 1.84k σ= 1.28k τ= W :
2
2
0.034558r
φ=
= 1264 1.158
φφ== 1.78k σ= 1.25k τ= ○
1P 截面处 258mm φ= 传动轴为优质碳素钢（牌号45），根据《材料力学》（机械工业出版社）P369页表13-2查得 0.81σε= 0.76τε=
0.Mpy N m = 691.23.Mpz N m = 184.62.Mpx N m =-
2222,max 3
2
132
0691.2336.09p M py M pz MPa W
φσπ=
+=
+=
,max 3
216
184.62 4.82px P p
M MPa W φτπ=
=
?=
1
max
300
9.0821.78
36.09
0.81 2.4n n k σσ
σσσεβ
-=
=
=≥=??
1
155
81.9021.25 4.82(0.10)0.76 2.42
a m n n k ττ
τττττεβ
-=
=
=≥=+?+ψ?
2
2
2
2
9.0229.0881.90
n n n n στστστ
=
=
=≥=++
此截面满足疲劳强度要求。
○
2Q 截面处 164mm φ= 传动轴为优质碳素钢（牌号45），根据《材料力学》（机械工业出版社）P369页表13-2查得 0.78σε= 0.74τε=
92.46.Qy M N m = 1765.33.Q M z N m = 184.62.Q M x N m =-
2222,max 31
1
32
92.461765.3368.69Q Q Q M y M z MPa W
σπφ
=
+=
+=
,max 31
16
184.62 3.59Qx Q p
M MPa W φ
τπ=
=
?=
1
max
300
4.4421.84
68.69
0.78 2.4
n n k σσ
σσσεβ
-=
=
=≥=??
1
155
105.2121.28 3.59(0.10)0.74 2.42
a m n n k ττ
τττττεβ
-=
=
=≥=+?+ψ?
2
2
2
2
4.43624.4410
5.21
n n n n στστστ
=
=
=≥=++
此截面满足疲劳强度要求。
○
3U 截面处 11.0568mm φφ== 传动轴为优质碳素钢（牌号45），根据《材料力学》（机械工业出版社）P369页表13-2查得 0.78σε= 0.74τε=
311.49.Uy M N m =- 1511.14.U M z N m = 420.16.U M x N m =-
2222,max 3
1
32
(311.49)1511.1449.98U U U M y M z MPa W
σφ
π=
+=
-+=
,max 3
16
420.16 6.81Ux U p M MPa W φτπ=
=?= 1
max
300
6.0421.86
49.98
0.78 2.4n n k σσ
σσσεβ
-=
=
=≥=??
1
155
54.7121.30 6.81(0.10)0.74 2.42
a m n n k ττ
τττττεβ
-=
=
=≥=+?+ψ?
2
2
2
2
6.0026.0454.71
n n n n στστστ
=
=
=≥=++
此截面满足疲劳强度要求。
○
4V 截面处
164mm φ= 传动轴为优质碳素钢（牌号45），根据《材料力学》（机械工业出版社）P369页表13-2查得 0.78σε= 0.74τε=
1304.29.y Mv N m =- 237.05.Mvz N m = 420.16.Mvx N m =-
2222,max 3
1
32
(1304.39)237.0551.51v M vy M vz MPa W
σπφ=
+=
-+=
,max 3
116
420.168.16vx p M v MPa W φτπ=
=?= 1
max
300
5.9321.84
51.51
0.78 2.4n n k σσ
σσσεβ
-=
=
=≥=??
1
155
46.2921.288.16(0.10)0.74 2.42
a m n n k ττ
τττττεβ
-=
=
=≥=+?+ψ?
2
2
2
2
5.8825.934
6.29
n n n n στστστ
=
=
=≥=++
此截面满足疲劳强度要求。
○
5W 截面处 258mm φ= 传动轴为优质碳素钢（牌号45），根据《材料力学》（机械工业出版社）P369页表13-2查得 0.81σε= 0.76τε=
900.35.y Mw N m =- 200.Mwz N m =- 420.16.Mwx N m =-
2222,max 3
21
32
(900.35)(200)48.15w M wy M wz MPa W
σφπ=
+=
-+-=
,max 3
216
420.1610.97wx w p M MPa W φτπ=
=?= 1
max
300
6.8021.78
48.15
0.81 2.4n n k σσ
σσσεβ
-=
=
=≥=??
1
155
35.4021.2510.97(0.10)0.76 2.42
a m
n n k ττ
τττττεβ
-=
=
=≥=+?+ψ?
2
2
2
2
6.6826.8035.40
n n n n στστστ
=
=
=≥=++
此截面满足疲劳强度要求。
五 程序计算
本题所编写的C 程序:
#include<> #include<> #define PI void main() { float
x,d,Mx,My,Mz,K1,K2,E1,E2,Z1,Q1,W,Wp,B,C,Z,Zmax,Qmax,nz,nq,n1,nzq;
printf("校核平面距坐标原点的距离为a 的几倍:"); scanf("%f",&x);
printf("\n 该截面轴的直径(单位：mm):"); scanf("%f",&d);
printf("\n 该截面的弯矩My 和Mz 分别是:"); scanf("%f,%f",&My,&Mz); printf("\n 该截面的扭矩为:"); scanf("%f",&Mx);
printf("\nKσ，Kτ分别是:");
scanf("%f,%f",&K1,&K2);
printf("\nεσ,ετ分别是:");
scanf("%f,%f",&E1,&E2);
printf("\nβ,ψτ分别是:");
scanf("%f,%f",&B,&C);
printf("\nσ-1,τ-1分别是:");
scanf("%f,%f",&Z1,&Q1);
printf("\n疲劳安全系数n=2\n");
W=PI*d*d*d/32/00;
Wp=PI*d*d*d/16/00;
Z=sqrt(My*My+Mz*Mz);
Zmax=Z/W/1000000;
Qmax=Mx/Wp/1000000;
printf("σmax=%f\nτmax=%f\n",Zmax,Qmax); if(Zmax!=0&&Qmax!=0)
{
nz=Z1*E1*B/K1/Zmax;
nq=Q1/(K2/E2/B*Qmax/2+C*Qmax/2);
printf("nσ=%f\nnτ=%f\n",nz,nq);
n1=sqrt(nz*nz+nq*nq);
nzq=nz*nq/n1;
}
else if(Qmax==0)
{
nz=Z1*E1*B/K1/Zmax;
printf("nσ=%f\n",nz);
nzq=nz;
}
else
{
nq=Q1/(K2/E2/B*Qmax/2+C*Qmax/2);
printf("nτ=%f\n",nq);
nzq=nq;
}
if(nzq>=2)
printf("nστ=%f>=n\n此截面满足疲劳强度\n",nzq);
else
printf("nστ=%f } 程序截图： 材料力学课程设计设计题目五种传动轴的静强度、变形及疲劳强度的计算 1．课程设计的目的 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的知识解决工程实际问题之目的。同时，可以使我们将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。既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；既把以前所学的知识综合运用，又为后继课程打下基础，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．使所学的材料力学知识系统化、完整化。让我们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问题。 2．综合运用了以前所学的各门课程的知识（高数、制图、理力、算法语言、计算机等）使相关学科的知识有机地联系起来。 3．使我们初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法，为后继课程的教学打下基础。 2．课程设计的任务和要求 要求参加设计者，要系统地复习材料力学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，列出理论依据和导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。 3．课程设计的题目 传动轴的强度、变形及疲劳强度计算 6－1 设计题目 传动轴的材料为优质碳素结构钢（牌号45），许用应力[σ]=80MPa，经高频淬火处理，其σb=650MPa，σ-1=300MPa,τ-1=155MPa,磨削轴的表面，键槽均为端铣加工，阶梯轴过渡圆弧r均为2，疲劳安全系数n=2，要求： 1）绘出传动轴的受力简图; 2）作扭矩图及弯矩图； 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；（按直径Φ1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）； 6）对所取数据的理论根据作必要的说明。 说明： a) 坐标的选取均按下图6—1所示； b) 齿轮上的力F与节圆相切； c) 数据表中P为直径D的皮带轮传递的功率， P为直径为D1的皮带轮传递的功率。 1 编号： 传动轴设计计算书 编制：日期： 校对：日期： 审核：日期： 批准：日期： 一．计算目的 我们初步选定了传动轴，轴径选取Φ27（详见《传动轴设计方案书》），动力端选用球 面滚轮万向节，车轮端选用球笼万向节。左、右前轮分别由1根等速万向节传动轴驱动。通 过计算，校核选型是否合适。 二．计算方法 本车传动轴设计不是传统载货车上从变速器到后驱动桥之间长轴传动设计，而是半轴传动设计。而且传动轴材料采用高级优质合金钢，且热处理工艺性好，使传动轴的静强度和疲劳强 度大为提高，因此计算中许用应力按照半轴设计采用含铬合金钢，如40Cr、42CrMo、40MnB, 其扭转屈服极限可达到784N/mm2左右，轴端花键挤压应力可达到196N/mm2。 传动轴校核计算流程： 1.1轴管直径的校核 校核： 两端自由支撑、壁厚均匀的等截面传动轴的临界转速 2 2 28 1.2x10 n e l d D +=(r/min) 式中L 传动轴长，取两万向节之中心距：mm D 为传动轴轴管外直径：mm d 为传动轴轴管内直径：mm 各参数取值如下：D ＝φ27mm ，d ＝0mm 取安全系数K=n e /n max ，其中n max 为最高车速时的传动轴转速， 取安全系数K ＝n e /n max =1.2～2.0。 实际上传动轴的最大转速n max ＝n c /（i g ×i 0），r/min 其中：n c －发动机的额定最大转速，r/min ； i g －变速器传动比； i 0－主减速器传动比。 1.2轴管的扭转应力的校核 校核扭转应力： τ＝ ][164 4τπ≤) -(d D DT J （N/mm 2） ][τ……许用应力，取][τ＝539N/mm 2[高合金钢（40Cr 、40MnB 等）、中频淬火抗 拉应力≥980N/mm 2，工程应用中扭转应力为抗拉应力的0.5～0.6，取该系数为0.55，由此可取扭转应力为539N/mm 2，参考GB3077-88] 式中： T j ……传动系计算转矩，N ·mm ，2/k i i T T d g0g1x ema j η=N ·m T emax －发动机最大转矩N ·mm ； i g1－变速器一档传动比或倒档传动比； i g0－主减速器传动比 k d －动载系数 η-传动效率 传动轴设计计算标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N] 编号： 传动轴设计计算书 编制：日期： 校对：日期： 审核：日期： 批准：日期： 一．计算目的 我们初步选定了传动轴，轴径选取Φ27（详见《传动轴设计方案书》），动力端选用球面滚轮万向节，车轮端选用球笼万向节。左、右前轮分别由1根等速万向节传动轴驱动。通过计算，校核选型是否合适。 二．计算方法 本车传动轴设计不是传统载货车上从变速器到后驱动桥之间长轴传动设计，而是半轴传动设计。而且传动轴材料采用高级优质合金钢，且热处理工艺性好，使传动轴的静强度和疲劳强度大为提高，因此计算中许用应力按照半轴设计采用含铬合金钢，如40Cr、 42CrMo、40MnB,其扭转屈服极限可达到784 N/mm2左右，轴端花键挤压应力可达到196 N/mm2。 传动轴校核计算流程： 轴管直径的校核 校核： 两端自由支撑、壁厚均匀的等截面传动轴的临界转速 22 2 8 1.2x10 n e l d D+ = (r/min) 式中L传动轴长，取两万向节之中心距：mm D为传动轴轴管外直径：mm d为传动轴轴管内直径：mm 各参数取值如下：D＝φ27mm，d＝0mm 取安全系数K=n e /n max ，其中n max 为最高车速时的传动轴转速， 取安全系数K＝n e /n max =～。 实际上传动轴的最大转速n max ＝n c /（i g ×i ），r/min 其中：n c －发动机的额定最大转速，r/min； i g －变速器传动比； i 0－主减速器传动比。 轴管的扭转应力的校核 校核扭转应力： τ＝ ] [1644τπ≤) -(d D DT J （N/mm 2） ][τ……许用应力，取][τ＝539N/mm 2[高合金钢（40Cr 、40MnB 等）、中频淬火抗 拉应力≥980 N/mm 2，工程应用中扭转应力为抗拉应力的～，取该系数为，由此可取扭转应力为539 N/mm 2，参考GB 3077-88] 式中： Tj ……传动系计算转矩，N ·mm ，2/k i i T T d g0g1x ema j η= N ·m T emax －发动机最大转矩N ·mm ； i g1－变速器一档传动比或倒档传动比； i g0－主减速器传动比 k d －动载系数 η-传动效率 传动轴花键齿侧挤压应力的校核 传动轴花键齿侧挤压应力的校核 ][)2 )(4(2121j j ZL D D D D T σσ≤-+= （N/mm 2 ） 摘要：零件的疲劳强度是一个值得深刻探讨的问题，在众多领域有着至关重要 的地位，零件的疲劳强度决定了其疲劳寿命，也就决定了对零件的选择和对这个器件的设计。本论文在参考多方资料，以及在平日学习中积累总结的经验之后，对零件疲劳强度的计算有了一些结论，得出影响导致零件疲劳的原因有破坏应力与循环次数之间量的变化影响，静应力的影响，应力集中的影响，零件绝对尺寸的影响，表面状态与强化的影响等方面。在分析零件疲劳产生原因之后，得出许多关系变化图与计算方法。运用这些计算方法，对零件疲劳极限进行了计算上的确定。并总结出疲劳强度在一些条件下的相关计算方法，如在简单应力状态，复杂应力状态下的不同。对疲劳强度安全系数的确定也进行了一系列分析，最后，尝试建立了疲劳强度的统计模型。 Abstract：The fatigue strength of parts is a worthy of deep discussion, have a vital role in many fields, the fatigue strength of parts determines its fatigue life, also decided on the part of the selection and the device design.This paper in reference to various data, and after the usual study accumulation experience, calculation of the fatigue strength of parts have some conclusion, that caused damage should change between force and the number of cycles of the causes of fatigue parts, the influence of static stress, effect of stress concentration, affects the absolute size, surface state and strengthening effect etc.. After the analysis of fatigue causes, draw many relationship graph and calculation method. Using the calculation method of fatigue limit, determined the calculation. And summarizes the related calculation under some conditions the method of fatigue strength, as in the simple stress state, the complex stress state under the different. Determination of the fatigue strength safety factor is also carried out a series of analysis, finally, try to establish a statistical model of fatigue strength. 关键词：零件疲劳寿命疲劳强度 Key word:Spare parts Fatigue life Fatigue strength 材料力学课程设计 班级： 作者： 题目：曲柄轴的强度设计、疲劳强度校核及刚度计算 指导老师 2015.6.6 一、课程设计的目的 材料力学课程设计的目的是在于系统学习材料力学后，能结合工程中的实际问题，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的知识解决工程实际问题之目的。同时，可以使我们将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。既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；既把以前所学的知识综合应用，又为后继课程打下基础，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）使所学的材料力学知识系统化，完整化。让我们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问题。 2）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。 3）使我们初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法，为后续课程的学习打下基础。 二、课程设计的任务和要求 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所求问题，画出受力分析计算简图和内力图，列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，并完成设计计算说明书。三、设计题目 某柴油机曲轴材料为球墨铸铁（QT400-10），[σ]=120MPa，曲柄臂抽象为矩形（如图），h=1.2D，b/h=2/3（左、右臂尺寸相同），l=1.5e，l4=0.5l，已知数据如下表： F/kN W/kN l1/mm l2/mm l3/mm e/mm α(?) 20 5.4 380 230 120 120 12 1. 画出曲轴的内力图。 2. 按照强度条件设计主轴颈D和曲轴颈的直径d。 3. 校核曲柄臂的强度。 传动轴设计及校核作业指导书 编制：日期： 审核：日期： 批准：日期： 发布日期：年 月 日 实施日期：年 月 日 前言 为使本中心传动轴设计及校核规范化，参考国内外汽车设计的技术规范，结合公司标准和已开发车型的经验，编制本作业指导书。意在对本公司设计人员在设计过程中起到指导操作的作用，提高设计的效率和成效。本作业指导书将在本中心所有车型开发设计中贯彻，并在实践中进一步提高完善。 本标准于2011年XX月XX日起实施。 本标准由上海同捷科技股份有限公司第五研发中心底盘总布置分院提出。 本标准由上海同捷科技股份有限公司第五研发中心底盘总布置分院负责归口管理。 本标准主要起草人：张士华 一、传动系概述 (3) 1.1传动系功能 (3) 1.2传动系布置形式 (3) 1.3传动系的构成 (7) 1.4传动轴的主要结构形式 (8) 1.5驱动半轴的紧固方式 (12) 二、传动轴的设计流程 (15) 2.1传动轴的主要设计流程 (15) 2.2传动轴的设计过程及要求 (17) 三．传动轴的校核过程 (22) 3.1设计校核输入 (22) 3.2传动轴校核 (24) 3.3结论及分析 (25) 3.4传动轴跳动校核 (26) 3.5技术文件的编制 (26) 3.6传动轴图纸确认 (26) 四．试制装车及生产中经常出现的问题 (28) 五．参考文献 (28) 一、传动系概述 1.1 传动系功能 A、保证汽车在各种行驶条件下所必需的牵引力与车速，使它们之间能协调变化 并有足够的变化范围。 B、使汽车具有良好的动力性和燃油经济性。 C、保证汽车能倒车及左右车轮能适应差速要求。 D、使动力传递能根据需要而顺利接合与分离 1.2 传动系的布置形式 ? 前置后驱动 ? 前置前驱动 ? 后置后驱动 ? 四轮驱动 ? 中置发动机后轮驱动 部分高级轿车也采用前置后驱布置 前置后驱整体桥 第二章 轴的强度校核方法 常用的轴的强度校核计算方法 进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。 对于传动轴应按扭转强度条件计算。 对于心轴应按弯曲强度条件计算。 对于转轴应按弯扭合成强度条件计算。 2.2.1按扭转强度条件计算： 这种方法是根据轴所受的扭矩来计算轴的强度，对于轴上还作用较小的弯矩时，通常采用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。通常在做轴的结构设计时，常采用这种方法估算轴径。 实心轴的扭转强度条件为： 由上式可得轴的直径为 为扭转切应力，MPa 式中： T 为轴多受的扭矩，N ·mm T W 为轴的抗扭截面系数，3mm n 为轴的转速，r/min P 为轴传递的功率，KW d 为计算截面处轴的直径，mm 为许用扭转切应力，Mpa ，][r τ值按轴的不同材料选取，常用轴的材料及] [r τ值见下表： 表1 轴的材料和许用扭转切应力 空心轴扭转强度条件为： d d 1 = β其中β即空心轴的内径1d 与外径d 之比，通常取β=这样求出的直径只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径。例如，在设计一级圆柱齿轮减速器时，假设高速轴输入功率P1=，输入转速n1=960r/min ，则可根据上式进行最小直径估算，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴的强度影响。 T τ[]T τ 根据工作条件，选择45#钢，正火，硬度HB170-217，作为轴的材料，A0值查表取A0=112，则 因为高速轴最小直径处安装联轴器，并通过联轴器与电动机相连接，设有一个键槽，则： 另外，实际中，由于减速器输入轴通过联轴器与电动机轴相联结，则外伸段轴径与电动机轴径不能相差太大，否则难以选择合适的联轴器，取电动机轴d d 8.0'min =，查表，取mm d 38=电动机轴,则： 综合考虑，可取mm d 32'min = 通过上面的例子，可以看出，在实际运用中，需要考虑多方面实际因素选择轴的直径大小。 2.2.2按弯曲强度条件计算： 由于考虑启动、停车等影响，弯矩在轴截面上锁引起的应力可视为脉动循环变应力。 则 其中： M 为轴所受的弯矩，N ·mm W 为危险截面抗扭截面系数(3mm )具体数值查机械设计手册~17. ][1σ为脉动循环应力时许用弯曲应力(MPa)具体数值查机械设计手册 2.2.3按弯扭合成强度条件计算 由于前期轴的设计过程中，轴的主要结构尺寸轴上零件位置及外载荷和支反力的作用位置均已经确定，则轴上载荷可以求得，因而可按弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计算。 一般计算步骤如下： (1)做出轴的计算简图：即力学模型 通常把轴当做置于铰链支座上的梁，支反力的作用点与轴承的类型及布置方式有关，现在例举如下几种情况： 图1 轴承的布置方式 当L e d L 5.0,1≤/=,d e d L 5.0,1/=>但不小于（~）L ，对于调心轴承e=0.5L 在此没有列出的轴承可以查阅机械设计手册得到。通过轴的主要结构尺寸轴上零件位置及外载荷和支反力的作用位置，计算出轴上各处的载荷。通过力的分解求出各个分力，完成轴的受力分析。 ][7.1][≤1-0σσσ== W M ca 第二章 轴的强度校核方法 常用的轴的强度校核计算方法 进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。 对于传动轴应按扭转强度条件计算。 对于心轴应按弯曲强度条件计算。 对于转轴应按弯扭合成强度条件计算。 2.2.1按扭转强度条件计算： 这种方法是根据轴所受的扭矩来计算轴的强度，对于轴上还作用较小的弯矩时，通常采用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。通常在做轴的结构设计时，常采用这种方法估算轴径。 实心轴的扭转强度条件为： 由上式可得轴的直径为 为扭转切应力，MPa 式中： T 为轴多受的扭矩，N ·mm T W 为轴的抗扭截面系数，3mm n 为轴的转速，r/min P 为轴传递的功率，KW d 为计算截面处轴的直径，mm 为许用扭转切应力，Mpa ，][r τ值按轴的不同材料选取，常用轴的材料及][r τ值见下表： T τn P A d 0≥[]T T T d n P W T ττ≤2.09550000≈3=[]T τ 空心轴扭转强度条件为： d d 1=β其中β即空心轴的内径1d 与外径d 之比，通常取β=这样求出的直径只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径。例如，在设计一级圆柱齿轮减速器时，假设高速轴输入功率P1=，输入转速n1=960r/min ，则可根据上式进行最小直径估算，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴的强度影响。 根据工作条件，选择45#钢，正火，硬度HB170-217，作为轴的材料，A0值查表取A0=112，则 mm n P A d 36.15960 475.2112110min =?== 因为高速轴最小直径处安装联轴器，并通过联轴器与电动机相连接，设有一个键槽，则： mm d d 43.16%)71(36.15%)71(min ' min =+?=+= 另外，实际中，由于减速器输入轴通过联轴器与电动机轴相联结，则外伸段轴径与电动机轴径不能相差太大，否则难以选择合适的联轴器，取电动机轴d d 8.0'min =，查表，取mm d 38=电动机轴,则： mm d d 4.3038*8.08.0' min ===电动机轴 综合考虑，可取mm d 32'min = 通过上面的例子，可以看出，在实际运用中，需要考虑多方面实际因素选择轴的直径大小。 2.2.2按弯曲强度条件计算： 由于考虑启动、停车等影响，弯矩在轴截面上锁引起的应力可视为脉动循环变应力。 则 其中： M 为轴所受的弯矩，N ·mm W 为危险截面抗扭截面系数(3mm )具体数值查机械设计手册][7.1][≤1-0σσσ==W M ca 这部分要求大家掌握： 影响疲劳强度的主要因素包括，应力幅，应力循环次数，结构构造细节（构造细节决定了应力集中程度，教材按照规范把不同的构造分成了8种类型），疲劳强度的计算。 疲劳破坏属于脆断。 GB50017-2003规定，小结如下： 1、直接承受动力荷载重复作用的钢结构及其连接，当应力变化的循环次数n 等于或大于5万次时（美国规范是2万次），应进行疲劳计算； 2、应力循环中不出现拉应力的部位，可不计算疲劳； 3、计算疲劳时，应采用荷载的标准值； 4、对于直接承受动力荷载的结构，计算疲劳时，动力荷载标准值不乘动力系数； 5、疲劳计算应采用容许应力幅法，应力按弹性状态计算。区分为常幅疲劳和变幅疲劳。常幅疲劳计算如下：Δσ≤[Δσ] Δσ——对焊接部位为应力幅，Δσ=σmax -σmin 对非焊接部位为折算应力幅，Δσ=σmax -0.7σmin βσ/1][?? ? ??=?n C ，n ——应力循环次数；C 、β参数，查表确定。 6、规定不适用于特殊条件（如构件表面温度大于150℃，处于海水腐蚀环境，焊后经热处理消除残余应力以及低周-高应变疲劳条件等）下的结构构件及其连接的疲劳计算。 规范存在的问题： （1）不出现拉应力的部位可不计算疲劳。但对出现拉应力的部位，例如 σmax =140MPa 、σmin =-10MPa 和σmax =10MPa 、σmin =-140MPa 两种应力循环，Δσ都是150， 按规范计算疲劳强度相同，显然不合理。 （2）螺栓受拉时，螺纹处的应力集中很大，疲劳强度很低，常有疲劳破坏的实例，但规范没有规定，应予补充。 【计算例题】 某承受轴心拉力的钢板，截面为400mm ×20mm ，Q345钢，因长度不够而用横向对接焊缝如图所示。焊缝质量为一级，焊缝表面加工磨平，。钢板承受重复荷载，预期循环次数610=n 次，荷载标准值0,1365min max ==N kN N ，荷载设计值kN N 1880=。试进行疲劳计算。 提示：容许应力幅βσ/1][?? ? ??=?n C ，4,1061.812=?=βC ，2/295mm N f =。 更详细些的规定（不需要大家掌握）：GB50017-2003规范对疲劳计算所作的说明 6.1一般规定 6.1.1本条阐明本章的适用范围为直接承受动力荷载重复作用的钢结构，当其荷载产生应力变化的循环次数4105?≥n 时的高周疲劳计算。需要进行疲劳计算的循环次数，原规范规定为510≥n 次，考虑到在某些情况下可能不安全，参考国外规定并结合建筑钢结构的实际情况，改为4105?≥n 次。 6.1.2本条说明本章的适用范围为在常温、无强烈腐蚀作用环境中的结构构件和连 1.2 轴类零件的分类 根据承受载荷的不同分为： 1）转轴：定义：既能承受弯矩又承受扭矩的轴 2）心轴：定义：只承受弯矩而不承受扭矩的轴 3）传送轴：定义：只承受扭矩而不承受弯矩的轴 4）根据轴的外形，可以将直轴分为光轴和阶梯轴； 5）根据轴内部状况，又可以将直轴分为实心轴和空。 1.3轴类零件的设计要求 ⑴轴的工作能力设计。 主要进行轴的强度设计、刚度设计，对于转速较高的轴还要进行振动稳定性的计算。 ⑵轴的结构设计。 根据轴的功能，轴必须保证轴上零件的安装固定和保证轴系在机器中的支撑要求，同时应具有良好的工艺性。 一般的设计步骤为：选择材料，初估轴径，结构设计，强度校核，必要时要进行刚度校核和稳定性计算。 轴是主要的支承件，常采用机械性能较好的材料。常用材料包括： 碳素钢：该类材料对应力集中的敏感性较小，价格较低，是轴类零件最常用的材料。 常用牌号有：30、35、40、45、50。采用优质碳素钢时应进行热处理以改善其性能。受力较小或不重要的轴，也可以选用Q235、Q255等普通碳钢。 45钢价格相对比较便宜，经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45-52HRC，是轴类零件的常用材料。 合金钢具有更好的机械性能和热处理性能，可以适用于要求重载、高温、结构尺寸小、重量轻等使用场合的轴，但对应力集中较敏感，价格也较高。设计中尤其要注意从结构上减小应力集中，并提高其表面质量。40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。 轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50-58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。 精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化 螺栓疲劳强度计算分析 摘要：在应力理论、疲劳强度、螺栓设计计算的理论基础之上，以疲劳强度计算所采取的三种方法为依据，以汽缸盖紧螺栓连接为研究对象，进行本课题的研究。假设汽缸的工作压力为0~1N/mm2=之间变化，气缸直径D2=400mm，螺栓材料为5.6级的35钢，螺栓个数为14，在F〞=1.5F，工作温度低于15℃这一具体实例进行计算分析。利用ProE建立螺栓连接的三维模型及螺杆、螺帽、汽缸上端盖、下端盖的模型。先以理论知识进行计算、分析，然后在分析过程中借助于ANSYS有限元分析软件对此螺栓连接进行受力分析，以此验证设计的合理性、可靠性。经过近几十年的发展，有限元方法的理论更加完善，应用也更广泛，已经成为设计，分析必不可少的有力工具。然后在其分析计算基础上，对于螺栓连接这一类型的连接的疲劳强度设计所采取的一般公式进行分类，进一步在此之上总结。 关键词：螺栓疲劳强度，计算分析，强度理论，ANSYS 有限元分析。 Bolt fatigue strength analysis Abstract:In stress fatigue strength theory， bolt， design calculation theory foundation to fatigue strength calculation for the three methods adopted according to the cylinder lid， fasten bolt connection as the object of research， this topic research. Assuming the cylinder pressure of work is 0 ~ 1N/mm2 changes， cylinder diameters between = = 400mm， bolting materials D2 for ms5.6 35 steel， bolt number for 14， in F "= 1.5 F below 15 ℃， the temperature calculation and analysis of concrete examples. Using ProE establish bolt connection three-dimensional models and screw， nut， cylinder under cover， cover model. Starts with theoretical knowledge calculate，analysis， and then during analysis， ANSYS finite element analysis software by this paper analyzes forces bolt connection， to verify the rationality of the design of and reliability. After nearly decades of development， the theory of finite element method is more perfect， more extensive application， has become an indispensable design， analysis the emollient tool. Then in its analysis and calculation for bolt connection， based on the type of connection to the fatigue strength design of the general formula classification， further on top of this summary. Keywords: bolt fatigue strength， calculation and analysis， strength theory，ANSYS finite elements analysis. 第二章 轴的强度校核方法 2.2常用的轴的强度校核计算方法 进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。 对于传动轴应按扭转强度条件计算。 对于心轴应按弯曲强度条件计算。 对于转轴应按弯扭合成强度条件计算。 2.2.1按扭转强度条件计算： 这种方法是根据轴所受的扭矩来计算轴的强度，对于轴上还作用较小的弯矩时，通常采用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。通常在做轴的结构设计时，常采用这种方法估算轴径。 实心轴的扭转强度条件为： 由上式可得轴的直径为 为扭转切应力，MPa 式中： T 为轴多受的扭矩，N ·mm T W 为轴的抗扭截面系数，3m m n 为轴的转速，r/min P 为轴传递的功率，KW d 为计算截面处轴的直径，mm 为许用扭转切应力，Mpa ，][r τ值按轴的不同材料选取，常用轴的材料及][r τ值见下表： T τn P A d 0 ≥[]T T T d n P W T ττ≤2.09550000≈3=[]T τ 空心轴扭转强度条件为： d d 1 = β其中β即空心轴的内径1d 与外径d 之比，通常取β=0.5-0.6 这样求出的直径只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径。例如，在设计一级圆柱齿轮减速器时，假设高速轴输入功率P1=2.475kw ，输入转速n1=960r/min ，则可根据上式进行最小直径估算，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴的强度影响。 根据工作条件，选择45#钢，正火，硬度HB170-217，作为轴的材料，A0值查表取A0=112，则 mm n P A d 36.15960 475 .2112110 min =?== 因为高速轴最小直径处安装联轴器，并通过联轴器与电动机相连接，设有一个键槽，则： mm d d 43.16%)71(36.15%)71(min ' min =+?=+= 另外，实际中，由于减速器输入轴通过联轴器与电动机轴相联结，则外伸段轴径与电动机轴径不能相差太大，否则难以选择合适的联轴器，取电动机轴d d 8.0'min =，查表，取mm d 38=电动机轴,则： mm d d 4.3038*8.08.0' min ===电动机轴 综合考虑，可取mm d 32'min = 通过上面的例子，可以看出，在实际运用中，需要考虑多方面实际因素选择轴的直径大小。 2.2.2按弯曲强度条件计算： 由于考虑启动、停车等影响，弯矩在轴截面上锁引起的应力可视为脉动循环变应力。 则 其中： M 为轴所受的弯矩，N ·mm ][7.1][≤1-0σσσ== W M ca 疲劳强度计算 一、变应力作用下机械零件的失效特征 1、失效形式：疲劳（破坏）（断裂）——机械零件的断裂事故中，有80%为疲劳断裂。 2、疲劳破坏特征： 1）断裂过程：①产生初始裂反（应力较大处）；②裂纹尖端在切应力作用下，反复扩展，直至产生疲劳裂纹。 2）断裂面：①光滑区（疲劳发展区）；②粗糙区（脆性断裂区）（图2-5） 3）无明显塑性变形的脆性突然断裂 4）破坏时的应力（疲劳极限）远小于材料的屈服极限。 3、疲劳破坏的机理：是损伤的累笱 4、影响因素：除与材料性能有关外，还与γ，应力循环次数N ，应力幅a σ主要影响 当平均应力m σ、γ一定时，a σ越小，N 越少，疲劳强度越高 二、材料的疲劳曲线和极限应力图 疲劳极限)(N N γλτσ—循环变应力下应力循环N 次后材料不发生疲劳破坏时的最大应力称为材料的疲劳极限 疲劳寿命（N ）——材料疲劳失效前所经历的应力循环次数N 称为疲劳寿命 1、疲劳曲线（N γσ-N 曲线）：γ一定时，材料的疲劳极限N γσ与应力循环次数N 之间关系的曲线 0N —循环基数 γσ—持久极限 1）有限寿命区 当N <103(104)——低周循环疲劳——疲劳极限接近于屈服极限，可接静强度计算 )10(1043≥N ——高周循环疲劳，当043)10(10N N ≤≤时，N γσ随N ↑→N σσ↓ 2）无限寿命区，0N N ≥ γγσσ=N 不随N 增加而变化 γσ——持久极限，对称循环为1-σ、1-τ，脉动循环时为0σ、0τ 注意：有色金属和高强度合金钢无无限寿命区，如图所示。 3）疲劳曲线方程))10(10(04 3N N ≤≤ C N N m m N =?=?0γγσσ——常数 中国石油大学（北京）现代远程教育 毕业设计（论文） 轴的强度校核方法 姓名： 学号： 性别： 专业：批次：电子邮箱：联系方式：学习中心：指导教师： 2XXX年X月X日 轴的强度校核方法 摘要 轴是用来支承回转运动零件，如带轮、齿轮、蜗轮等，同时实现同一轴上不同零件间的回转运动和动力的传递的重要的零件。为实现机械产品的完整和可靠设计，轴的设计应考虑选材、结构、强度和刚度等要求。并应对轴的材料或设备的力学性能进行检测并调节，轴的强度校核应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。最后确定轴的设计能否达到使用要求，对轴的设计十分重要。 本文根据轴的受载及应力情况，介绍了几种典型的常用的对轴的强度校核计算的方法，并对如何精确计算轴的安全系数做了具体的介绍。当校核结果如不满足承载要求时，则必须修改原结构设计结果，再重新校核。 最后，本文对提高轴的疲劳强度和刚度提出相应改进方法，并对新材料，新技术的应用进行了展望。 关键词：轴；强度；弯矩；扭矩； 目录 第一章引言 (5) 1.1轴类零件的特点 (5) 1.2轴类零件的分类 (6) 1.3轴类零件的设计要求 (6) 1.3.1、轴的设计概要 (6) 132、轴的材料 (6) 1.3.3、轴的结构设计 (7) 1.4课题研究意义 (9) 第二章轴的强度校核方法 (11) 2.1强度校核的定义 (11) 2.2常用的轴的强度校核计算方法 (11) 2.2.1按扭转强度条件计算： (11) 2.2.2按弯曲强度条件计算： (13) 2.2.3按弯扭合成强度条件计算 (13) 2.2.4精确计算（安全系数校核计算） (20) 第三章提高轴的疲劳强度和刚度的措施 (25) 3.1合理的选择轴的材料 (25) 3.2合理安排轴的结构和工艺 (25) 3.3国内外同行业新材料、新技术的应用现状 (26) 总结 (31) 参考文献 (32) 任务十三传动轴的扭转强度错误！未找到引用源。与变形验算 一、填空题 1.根据平面假设,圆轴扭转变形后，横截面（仍保持为平面），其形状、大小与横截面间的距离（均不改变），而且半径（仍为直线）。 2.圆轴扭转时，根据（切应力互等定理），其纵截面上也存在切应力。 45螺旋面）。 3.铸铁圆轴受扭转破坏时，其断口形状为（与轴线约成0 d D=的 4. 一直径为1D的实心轴，另一内径为2d，外径为2D，内外径之比为220.8 空心轴，若两轴的长度、材料、所受扭矩和单位长度扭转角均分别相同，则空心轴与实 W W=（ 0.47 ）。 心轴的重量比21 5. 圆轴的极限扭矩是指(横截面上的切应力都达到屈服极限时圆轴所能承担的)扭矩。对于理想弹塑性材料，等直圆轴的极限扭矩是刚开始出现塑性变形时扭矩的（4/3）倍。 6. 矩形截面杆扭转变形的主要特征是（横截面翘曲）。 二、选择题 1.圆轴扭转时，若已知轴的直径为d,所受扭矩为T，试问轴内的最大剪应力τmax 和最大正应力σmax各为多大？（ A ） A．τmax=16T/πd3，σmax=0 B．τmax=32T/πd3，σmax=0 C．τmax=16T/πd3，σmax=32T/πd3 D．τmax=16T/πd3，σmax=16T/πd3 2.扭转变形时，园轴横截面上的剪应力（ B ）分布。 A.均匀 B.线性 C.假设均匀 D.抛物线 3.扭转的受力特点是在杆两端垂直于杆轴的平面内，作用一对（ B ）。 A.等值、反向的力 B.等值、反向的力偶 C.等值、同向的力偶 4.圆轴扭转时，最大的剪应力（ A ）。 A.在圆周处 B.在圆心处 C.在任意位置 5.圆轴扭转时，（ B ）剪应力为零。 A.在圆周处 B. 在圆心处 C.在任意位置 6.等截面空心园轴扭转时，园轴横截面上产生扭转最小剪应力发生在( D )处。 Ａ．外园周边Ｂ.园心Ｃ.截面任意点Ｄ.内园周边 材料力学 课程设计说明书 设计题目五种传动轴的静强度、变形及疲劳强度的计算 学院 专业班 设计者 学号 指导教师 _年月日 目录 一设计目的 (3) 二设计任务和要求 (4) 三设计题目 (4) 四设计内容 (6) 五程序计算 (18) 六改进措施 (21) 七设计体会 (22) 八参考文献 (22) 一．材料力学课程设计的目的 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。既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；既把以前所学的知识（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）综合运用，又为后继课程（机械设计、专业课等）打下基础，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。具体的有以下六项：1．使学生的材料力学知识系统化、完整化； 2．在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程中的实际问题； 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和专业需要结 合起来； 4．综合运用了以前所学的个门课程的知识（高数、制图、理力、算法语言、计算机等等）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．为后继课程的教学打下基础。 二．材料力学课程设计的任务和要求 要求参加设计者，要系统地复习材料力学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，列出理论依据和导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。 三．材料力学课程设计的题目 传动轴的强度、变形及疲劳强度计算 6－1 设计题目 传动轴的材料为优质碳素结构钢（牌号45），许用应力[σ]=80MPa，经高频淬火处理，其σb=650MPa，σ-1=300MPa,τ 磨削轴的表面，键槽均为端铣加工，阶梯轴过渡圆弧r均-1=155MPa, 为2mm，疲劳安全系数n=2，要求： 1）绘出传动轴的受力简图; 2）作扭矩图及弯矩图； 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；（按直径Φ1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）； 6）对所取数据的理论根据作必要的说明。 潍坊科技学院学士学位论文 毕业设计 轿车传动轴的设计与校核 2012年5月 摘要 传动轴是组成机器零件的主要零件之，一切做回转运动的传动零件（例如：齿轮，蜗轮等）都必须安装在传动轴上才能进行运动及动力的传动，传动轴常用于变速箱与驱动桥之间的连接。这种轴一般较长，且转速高，只能承受扭矩而不承受弯矩。应该使传动轴具有足够的刚度和高临界转速，在强度计算中，由于所取的安全系数较大，从而使轴的尺寸过大，本文讨论的传动轴工艺设计方法，并根据现行规范增添了些表面处理的方式比如表面发兰。 提出一种三点接触沟道截面形式的球笼式等速万向节，其钟形壳外沟道的沟道截面形式为圆弧沟道，星形套内沟道的沟道截面形式为椭圆沟道或双心弧沟道。对其内、外沟道结构进行设计，并利用 H e r t z 接触理论进行接触应力的计算。结果表明，三点接触沟道能减小内、外沟道接触应力，改善其内部接触状况。 关键词：球笼式等速万向节；三点接触沟道；接触应力；计算 ABSTRACT Drive shaft is composed of the main parts of the machine parts, all do rotary movement of the transmission parts (such as: gear, worm gear, etc.) must be installed on the shaft to movement and power transmission, driving shaft is often used in the connection between the transmission and drive axle. The shaft is longer than the general, and high speed, can withstand the torque under bending moment. Should make the shaft has enough stiffness and high critical speed, the strength calculation, due to take the safety coefficient is larger, so that the size of the shaft is too big, this article discusses the transmission process design method, and according to the current specification adds some surface treatment way, such as hair surface. Put forward a three-point contact channel cross section form of ball cage patterned constant speed universal joint, the bell-shaped shell outside the channel cross section form of the channel is a circular arc channel, stars form within the set of channel of the channel or dual channel cross section form of ellipse arc channel. Was carried out on the inside and outside channel structure design, and using the theory of t H e r z contact for the calculation of contact stress. Results show that three contact channel can reduce the contact stress, the internal and external channel to improve the internal contact condition. Key words:Birfield ball-joint; 3 contact channel; Contact stress; Calculation材料力学课程设计--五种传动轴的静强度、变形及疲劳强度的计算
传动轴设计计算
传动轴设计计算
疲劳强度的计算
曲柄轴的强度设计、疲劳强度校核及刚度计算
传动轴设计及校核作业指导书
轴的强度校核方法
轴的强度校核方法
钢筋疲劳计算
轴的强度校核例题及方法
螺栓疲劳强度计算分析
轴的强度校核方法
疲劳强度计算.
轴的强度校核方法汇总.
任务十三传动轴的扭转强度计算与变形验算
五种传动轴的静强度、变形及疲劳强度的计算
轿车传动轴的设计与校核
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