【正文】 一 、設(shè)計(jì)目的 本課程設(shè)計(jì)的目的是在系統(tǒng)學(xué)習(xí)完材料力學(xué)課程之后，能結(jié)合工程實(shí)際中的問(wèn)題，運(yùn)用材料力學(xué)的基本理論和計(jì)算方法，獨(dú)立的計(jì)算工程中的典型零部件，以達(dá)到綜合運(yùn)用材料力學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的目的。同時(shí)，可以使學(xué)生將材料力學(xué)的理論和現(xiàn)代計(jì)算方法及手段融為一體。既從整體上掌握了基本理論和現(xiàn)代的計(jì)算方法，又提高了分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力；既是對(duì)以前所學(xué)知識(shí)（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)和材料力學(xué)等）的綜合運(yùn)用，又為后繼課程（零件、專(zhuān)業(yè)課等）打下基礎(chǔ)，并初步掌握工程中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，對(duì)實(shí)際工作能力有所提 高。具體的有以下六項(xiàng)： 1. 使學(xué)生的材料力學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化、完整化； 2. 在系統(tǒng)全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用材料力學(xué)知識(shí)解決工程中的實(shí)際問(wèn)題； 3. 由于選題力求結(jié)合專(zhuān)業(yè)實(shí)際，因而課程設(shè)計(jì)可以把材料力學(xué)知識(shí)與專(zhuān)業(yè)需要結(jié)合起來(lái)； 4. 綜合運(yùn)用以前所學(xué)習(xí)的各門(mén)課程的知識(shí)，使相關(guān)學(xué)科的只是有機(jī)的聯(lián)系起來(lái)； 5. 初步了解和掌握工程實(shí)踐中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法； 6. 為后續(xù)課程的教學(xué)打下基礎(chǔ)。 二、材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求 參加設(shè)計(jì)者要系統(tǒng)復(fù)習(xí)材料力學(xué)課程全部基本理論和方法，獨(dú)立分析、判斷設(shè)計(jì)題目 的已知條件和所求問(wèn)題，畫(huà)出受力分析計(jì)算簡(jiǎn)圖和內(nèi)力圖列出理論依據(jù)并導(dǎo)出計(jì)算公式，獨(dú)立編制計(jì)算程序，通過(guò)計(jì)算機(jī)給出輸出結(jié)果，并完成設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。 三 、設(shè)計(jì)題目 ㈠ 、所用材料基本性質(zhì) 傳動(dòng)軸的材料均為優(yōu)質(zhì)碳素鋼（牌號(hào)為 45），許用應(yīng)力 [σ]=80MPa,經(jīng)高頻淬火處理， b? =650MPa, 1?? =300MPa, 1?? =155MPa。磨削軸的表面，鍵槽均為端銑 加工，階梯軸過(guò)渡圓弧 r 均為 2mm，疲勞安全系數(shù) n=2。 ㈡ 、設(shè)計(jì)要求 繪出傳動(dòng)軸的受力簡(jiǎn)圖。 作扭矩圖及彎矩圖。 根據(jù)強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)等直軸的直徑。 計(jì)算齒輪處 軸的撓度（均按直徑 1? 的等直桿計(jì)算）。 對(duì)階梯軸進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算。 (若不滿足，采取改進(jìn)措施使其滿足疲勞強(qiáng)度要求。 ) ㈢ 、設(shè)計(jì)說(shuō)明 坐標(biāo)的選取按圖所示。 齒輪上的力 F，與節(jié)圓相切。 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。 ㈣ 、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) P /kw P1 /kw n /(r/min) D /mm D1 /mm D2 /mm G2 /N G1 /N A /mm ? ( ) 1000 800 350 280 800 260 600 45 ㈤ 、傳動(dòng)軸零件圖 ㈥ 、傳動(dòng)軸力學(xué)簡(jiǎn)圖 四 、傳動(dòng)軸受力簡(jiǎn)圖 3 221α2 11? ?? ?? ?kWe m/ m inx 2 x 21x1 1 1 x1 1x 2 x x 1 x 2 2 x 2954 9 , :n13. 2 1= 954 9 954 9 * 126 .0 m 315 .0n 100 0 2 1= 954 9 = 954 9* = 77. 3 m 441 .7n 100 0 21= 48. 7 m = M = 347 .92NrPMPM N F D M F NPM N F D M F NM M M M N F D F N?? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?根 據(jù) 力 與 功 率 的 關(guān) 系 ： 可 知， 而 ：， 而， 而3 2 F 1 3 F 1 X M 2 X M X M Y Y Y 2 3 F 2 G 1 G Z Z Z 1 2 F 五 、傳動(dòng)軸受力求解 六 、傳動(dòng)軸內(nèi)力圖 13 F yAF22F22F23 F2GyBFy y yz z z1G zAFx1M x2MxMA BzBF1 1 y 21 1 2y 1 1 y y 22=0 3F 4a F2=0 3F a 4223 + +F 3 4a 0.2=0 xoyBAAyByA ByABBMFFNFNMFF F G F F a GM?? ? ? ? ????????????? ?? ? ? ? ???? ? ? ? ? ????（ G ） 3a+ 2aG a=0（ G ） a+F 3aG a=0檢 驗(yàn) ：1. 在 平 面 內(nèi) ， 由 力 的 平 衡 公 式 得 ：2. 在 xoz 平 面 內(nèi) ， 由 力 的 平 衡 公 式 得 ：求 支 反 力 ：z2z2z22 F 3 a2=0 422+F 3 0.2AAzBzABz A BzFFNFNMFF F F F?? ? ? ????????????? ? ? ???? ? ? ????+ 2a3F a=0a+F 3a3F a=0檢 驗(yàn) ： 2．剪力圖 a 2 a 4 a 5 axM7 7 . 31 2 6 . 0mN ?x3 ayF N1 0 6 5 . 14 5 7 .77 0 800a 2a 3a 4a5a xa 2 a 3 a4 a5 axzF N1 5 1 . 03 9 7 . 09 4 5 . 0 由扭矩圖和彎矩圖可知，危險(xiǎn)截面在 處。 七 ．危險(xiǎn)截面處的應(yīng)力狀態(tài) a 2a3a 4a 5axzM Nm ?6 3 9 . 13 6 4 . 54 8 0 . 0a 2 a 3 a 4 a 5 axyMmN ?9 0 . 65 6 7 . 04xa????? 八 、設(shè)計(jì)等直軸直徑 本設(shè)計(jì)中，構(gòu)件的材料是優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，為塑性材料，所以根據(jù)最大切應(yīng)力理論，即第三強(qiáng)度理論可知 : 2m a x 2m in2 2 2 2m a x m in2 2 2 21 2 3, 0 , ,22114 , 4 .2 2 2 2114 , 0 , 42 2 2 2x y x y y xx y x yxy? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?????? ? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ??? ??? ? ?????? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?易 知 ：由 公 式 ， 可 知 ，即22r 3 12 2 2r32 2 23 2 2 21 611m a x13 4 。1+4 。1,11 32 80 10 m46 44=44 =XzyxPzyxMMM M MW W WW M M M? ? ? ? ? ?????????????????????? ???? ?????? ?????? ????????????????????????? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ????即即由 圓 整 取 偶 可 知 ， 可 取 或當(dāng) 時(shí) ，m a x111221 1 1 1a , 100% =% 5% , 44m m 。=46m m .=, 42 。 =50m m , 48 .MPmmmm????????? ? ? ?????????????????????而 所 以 不 能 取綜 上 ， 等 直 軸 的 直 徑 為又鑒 于 后 續(xù) 求 解 經(jīng) 常 用 到 ， ， 所 以 此 處 一 起 計(jì) 算 得 ：九 、計(jì)算齒輪處的撓度 采用圖形互乘法，在計(jì)算時(shí)，考慮到線性時(shí)，乘積的互換性，以簡(jiǎn)化計(jì)算。 xoy 平面內(nèi)的撓度 Xoy 平面 內(nèi) 外力作用時(shí)的彎矩圖 在 xoy 平面內(nèi)齒輪處施加一單位力，