文档介绍：材料力学综合设计
传动轴强度设计及变形计算
单位:矿业工程学院
班级:采卓13-1班
姓名:郑梓赫王杰宋治祥赵大档刘天赐
指导教师:于月民
黑龙江科技大学
2015年 6 月
目录
1 绪论 2
设计的目的及意义 2
工程应用背景简介 2
设计的主要内容 2
2 力学模型 3
设计数据 3
载荷简化 3
力学模型 4
3 内力分析 4
4
5
4 强度分析 7
应力分析 7
传动轴直径设计 7
5 变形计算 8
叠加法 8
齿轮处的挠度 8
总结 9
参考文献 10
任务分工 10
1 绪论
设计的目的及意义
本综合设计的目的是在于学****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,对工程中的典型零部件进行内力、应力变形位移计算等,进一步巩固和加深材料力学课程中的基本理论知识,达到综合运用材料力学的知识解决实际问题的目的,为后续课程的学****打下基础。
通过本次设计从整体上掌握了基本理论,提高了分析问题、解决问题的能力,又为后继课程如专业课等打下基础,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。具体的有以下四项:
(1)使学生的材料力学知识系统化完整化;
(2)在全面复****的基础上,运用材料力学知识解决工程中的实际问题;
(3)初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法;
(4)为后续课程的教学打下基础。
工程应用背景简介
传动轴是机械零件中重要零件之一,它起到连接支撑和传递转矩。传动轴是汽车传动系中传递动力的重要部件,目前主要用于汽车领域。而在传动轴在汽车运行中,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。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。
实际工程中构件往往受复杂的外力作用,因而不是发生单一变形,而是多种变形同时发生,如弯扭组合变形,拉完组合变形,斜弯曲等。这类构件在实际生活中应用非常广泛,几乎遍布各个方面,特别是机械产品。
研究复杂的组合变形具有十分重要的意义,通过建立力学模型,可以根据杆件受力特点,分析哪儿是危险点,从而设计出合理的产品。
设计的主要内容
传动轴的材料为45号优质碳素钢,[σ]=80MPa,E=200Gpa,结构与轮位置如图1所示,A处和B处均为向心轴承。齿轮D2上的力F2与节圆相切。直径为D的带轮传递的功率为P,直径为D
1的小带轮传递的功率为P1,G1为小带轮的重量,G2为齿轮的重量,带轮上受到力F1,F作用。
图1 传动轴示意图
(1)建立传动轴的力学模型图;
(2)画出传动轴的内力图;
(3)根据第三强度理论设计传动轴的直径;
(4)用叠加法计算传动轴在齿轮处的挠度。
2 力学模型
设计数据
表1 设计数据
P
(kW)
P1
(kW)
n
(r/min)
D
(mm)
D1
(mm)
D2
(mm)
G2
(N)
G1
(N)
a
(mm)
500
850
240
240
700
250
500
小带轮处力和可简化为过传动轴形心横向力和力偶,方向向上,顺时针。大带轮D处力和简化成一个过传动轴形心的和力偶。方向向下,顺时针。齿轮处力可简化过传动轴截面形心的横向力和力偶,方向向下,逆时针。
力学模型
图2 传动轴力学模型图
3 内力分析
P/n=9549*=*m (1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
图3 传动轴内力分析图
(13)
(14)
图4 传动轴内力图
由扭矩图和弯矩图可得:传动轴在齿轮E处有最大扭矩值和最大弯矩值:
= =
所以,该传动轴危险截面在齿轮E处。
4 强度分析
应力分析
在危险截面的齿轮E处上,与扭矩对应的最大切应力发生生在周边各点,与弯矩对应的最大正应力发生在上下两端点和,如下图所示。
由此可知,危险点为两点、。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。任取一点研究,该点处单元体为二向应力状态,对或点截取单元体进行应力分析:其应力