车床主轴设计78215

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1、教学号： 15090726 答辩成绩： 设计成绩： 材料力学课程设计 设计计算说明书 设计题目：车床主轴设计 题号: 7-8-Ⅱ-15 教学号: 姓名： 指导教师： 完成时间： 2011.10

2、.15 目录 一、 材料力学课程设计的目的 --------------------------------------------------3 二、 材料力学课程设计的任务和要求 --------------------------------------------------3 三、 设计题目 -----------------------------------------------

3、---3 四、 对主轴静定情况校核 --------------------------------------------------5 1. 根据第三强度理论校核 ---------------------------------------------7 2. 根据刚度进行校核 ---------------------------------------------7 3. 疲劳强度校核 -

4、------------------------------------------ 13 五、 对主轴超静定情况校核 -------------------------------------------------15 1. 根据第三强度理论校核 ---------------------------------------------18 2. 根据刚度进行校核 ---------------------------------------------18 3. 疲劳强度

5、校核 ----------------------------------------------24 六、 程序框图 ---------------------------------------------------25 七、 循环计算程序 ----------------------------------------------------26 8、 课程设计总结 -----------------------------------------------

6、---31 一、设计目的 材料力学课程设计的目的是在于系统的学习材料力学之后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学设计的基本原理和计算方法，独立计算工程中的典型零部件，已达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题的能力。同时，可以使我们将材料力学的理论和现代的计算方法及手段融为一体。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；即把以前学到的知识综合的运用，又为以后的学习打下了基础，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. 使我们的材料力学知识系统化，完整化。 2. 在系统的全面的复习的基础上，运用材料力学的知识解决工

7、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的知识和专业需要结合起来。 4. 综合运用以前所学的各门课程知识，是相关学科知识有机的联系起来。 5. 初步了解和掌握工程实践中的设计思想和方法，为以后打下基础。 二、设计的任务和要求 1. 画出受力分析计算简图和内力图 2. 列出理论依据和导出的计算公式 3. 独立编制计算机程序，通过计算机给出计算结果 4. 完成设计说明书。 三、设计题目 车床主轴设计--- 某车床主轴尺寸及受力情况如图1所示。在A、B、C三个支座的中间支座B处，轴承与轴承座之间有间隙，正常工作时，B处轴承不起支撑作用，此时轴

8、处于A、C两支座下的静定状态。当B截面处弯曲变形大于间隙时，轴处于A、B、C三支座下的静不定状态。轴截面E处装有斜齿轮，其法向压力角为，螺旋角为，工作处的切削力有Fx、Fy、Fz（在进行强度、刚度计算时，可以不计轴向力Fx的影响，而以弯曲、扭转变形为主）。轴的材料为优质碳素结构钢（45钢），表面磨削加工，氮化处理。其他已知数据见表1。 1、 试按静定梁（A、C支撑）的强度、刚度条件设计等截面空心圆轴外径D(d/D值可见数据表2)，并计算这时轴上B截面处的实际位移。 2、 在安装齿轮的E截面处有一铣刀加工的键槽，试校核此截面处的疲劳强度。规定的安全系数n=3（=420，=240）。 3、

9、对静不定情况（A、B、C支撑），同时根据强度、刚度条件设计外径D，并用疲劳强度理论校核。 表1： 20 10 0.5 150 3.3 3.5 0.0028 注意：设计中不考虑轴的旋转静定要求和热变形的影响，并且将各轴承视为刚体，且不产生刚体位移，不考虑制造工艺和尺寸链等因素。 表2：（设计计算数据表Ⅱ15） /m /m /m A /m B /m R /m ( n/ (r/min) P /kw /N /N 15 0.19 0.51 0.18 0.

10、16 0.18 0.14 45 400 5.5 0.70 4700 2400 图一： 四．对主轴静定情况校核 由公式可知Me=9549==131.30N.m 由 FtR=MeError! Reference source not found. 得F= ==937.85N 由斜齿轮受力分析得： F===346.58N 则有：F=Fsin-Fcos=937.850.71-346.580.71=418.03N F=Fcos+Fsin=937.8

11、50.71+346.580.71=911.95N M1=Fb= Fb=47000.18=846Nm M2=Fb= Fb=24000.18=432Nm 由图1受力分析求支座反力F、F、F、F： = F(L+L)+Fa-M1- FL=0 F=2321.59N = F(L+L)+ F(L+L-a)+M1+ F( L+L+L)=0 F=-7439.62N = F(L+L)+ Fa+M2+ F L=0 F=-1442.73N = F(L+L)+ F(L+L-a)-M2- F( L+L+L)=0 F=2930.78

12、N 根据已知分别作出Y、Z方向的剪力图与弯矩图，如下图所示： 由剪力图及弯矩图可知c点为危险点且： Mc==1899.83Nm Me=131.30Nm 1.根据第三强度理论校核： 且 代入数据解得： D5.54m 2.由刚度对轴进行校核： 利用图乘法对各点进行刚度校核： 1) 根据D点刚度计算轴径，在D点分别沿y、z轴加一单位力有弯矩图如下图所示：

13、 ω1=338.49 ω2=200.59 ω3=35.07 ω4=152.28 ω5=76.14 =0.09 =0.16 =0.17 =0.09 =0.12 ω1=210.35 ω2 =124.65 ω3=6.79 ω4=77.76 ω5=38.88 =0.09 =0.16 =0.1

14、7 =0.09 =0.12 E=210 I= 即 2) 根据E点刚度计算轴径，在E点分别沿y、Z轴加一单位力有弯矩图如下图 ω1=338.49 ω2=35.07 ω3=200.59 ω1=210.35 ω2=124.65 ω3=6.79

15、 即： 解得: 3）根据C点刚度计算直径，在C点处加一单位力偶得如下图所示弯矩图： ω1=338.49 ω2=35.07 ω3=200.59 ω1=210.35 ω2=124.65 ω3=6.79

16、 即： 解得：m 综上所述：D=max[D、D、D、D] 当时，计算B点的实际位移：（应用图乘法） ω1=41.9 ω2=142.2 ω3=154.39 ω4=35.07

17、 ω5=200.59 =0.09 =0.07 =0.09 =0.01 =0.02 ω1=26.04 ω2=95.94 ω3=88.37 ω4=6.79 ω5=124.65 =0.09 =0.09 =0.07 =0.02 =0.01 3.对E截面处疲劳强度校核: 计算轴在E截面上的最大工作应力，若不计键槽对抗弯截面系数的影响，则危险截面处抗弯截面系数： 由弯矩M不变可知该循环为对称循环，则有：

18、 由教材图13-10 a)查得 由教材图13-10 b)查得 由教材图13-12 查得 则： 故E处满足疲劳强度要求。 5． 对超静定情况进行校核 由，故此轴为超静定，且为一次静不定。由变形协调条件可知： 。分别沿y、z轴加一单位力并作、、及单位力的弯矩图有：

19、 ; 代入上式有： 又;代入上式有： 从而求A、C点的支反力有： 做剪力图、 如下所示： 做弯矩图、如下图所示： 由上图知C点为危险点： 1）.第三强度理论校核有： 且 代入数据解得： 2）

20、.由刚度对轴进行校核： 利用图乘法对各点进行刚度校核： 1. 根据D点的刚度对主轴进行校核，分别沿Y、Z轴加一单位力得到如下图所示弯矩图： ω1=3.40 ω2=0.18 ω3=187.7 ω4=47.03 ω5=176.65 ω6=71.28 ω7=162 =0.03=0.05=0.12 =0.17 =0.16 =0.17 =0.16 ω1=32.09 ω2=118.23 ω3=80.72 ω4=127.85 ω5=5.20 ω6=90.72 ω7=32.4 =0.03=0.08=0.12=0.16=0.17=0.16

21、=0.17 则： 解得： 2. 根据E点的刚度计算轴经，在E点分别沿y、z轴加一单位力，弯矩图如下： ω1=3.40 ω2=0.18 ω3=187.7 ω4=47.03 ω5=176.65 =0.028 =0.048 =0.10 =0.020 =0.060 ω1=32.09 ω2=118.23 ω3=80.72 ω4=127.85 ω5=5.20 =0.028 =0.081 =0.100 =0.060 =0.020

22、 3. 根据C点的刚度对轴校核：在C点分别加一绕Y、Z方向的单位偶有弯矩图如下： ω1=3.40 ω2=0.18 ω3=187.7 ω4=47.03 ω5=176.65 =====1.00 ω1=32.09 ω2=118.03 ω3=80.72 ω4=127.85 ω5=5.20 =====1.00 3）疲劳强度校核： 由教材图13-10 a)查得

23、 由教材图13-10 b)查得 由教材图13-12 查得 ； ； ； ； 故满足强度条件。 6. 程序框图 七.循环计算程序 #include #include #define pi 3.141592654 #define ip 0.017453292 double L1,L2,L3,a,b,A0=45,n=400,P=5.5,i,R=0.14,Fy,Fz,Fby=0,Fbz=0,

24、 Fay,Faz,Fcy,Fdz,Fdy,Fcz,Fey,Fez,Me,Mby,Mbz,Mdy,Mdz, Mcy,Mcz,Mey,Mez,Md,Mc,www,xxx=150,eee=0.21,ddd,fby0,fbz0,fby1,fbz1, fffe=0.00035,fffd=0.00033,aaac=0.0028,aMb,aMc,aMe,aaaac,fffb=0.00005, fffbb,big,SM,SN,B1,SD,FFF; void zaihe() { long double Ft,Fy,An=20.0,Bn=10.0; Me=9549*P/n;

25、 Ft=Me/R; Fy=Ft*tan(An*ip)/(cos(Bn*ip)); Fey=Ft*sin(A0*ip)-Fy*cos(A0*ip); Fez=Ft*cos(A0*ip)+Fy*sin(A0*ip); Md=-Me;Fdy=Fy;Fdz=-Fz; Mdy=Fdy*b;Mdz=Fdz*b; } void waili() { Fay=(Fdy*L3+Mdy-Fey*a)/(L1+L2); Fcy=(-Fdy*(L1+L2+L3)-Mdy-Fey*(L1+L2-a))/

26、(L1+L2); Faz=(-Fdz*L3-Mdz-Fez*a)/(L1+L2); Fcz=(Fdz*(L1+L2+L3)+Mdz-Fez*(L1+L2-a)) /(L1+L2); Mby=Fay*L1;Mbz=Faz*L1; Mey=Fay*(L1+L2-a)+Fby*(L2-a); Mez=Faz*(L1+L2-a)+Fbz*(L2-a); Mcy=Fay*(L1+L2)+Fby*L2+Fey*a; Mcz=Faz*(L1+L2)+Fbz*L2+Fez*a; } void qiangd

27、u() { long double Xmax,Mmax,Xmax1,Xmax3,Xmax2=0.0; Mc=sqrt(Mcy*Mcy+Mcz*Mcz);Xmax=Mc/www;Mmax=Me/(2*www); Xmax3=-Xmax/2-sqrt((Xmax/2)*(Xmax/2)+Mmax*Mmax); Xmax1=-Xmax/2+sqrt((Xmax/2)*(Xmax/2)+Mmax*Mmax); ddd=sqrt(((Xmax1-Xmax2)*(Xmax1-Xmax2)+(Xmax2-Xmax3)*(Xmax2-Xm

28、ax3)+(Xmax3-Xmax1)*(Xmax3-Xmax1))/2)/xxx; ddd=pow(ddd,0.333333333333333333333);ddd=ddd/100; ddd=(float)ddd; } void naodu() { long double fffd1,fffdy,fffdz; fffdy=L1*Mby*L1*aMc/(L1+L2)/0.147/eee; fffdy+=(L2-a)*(Mby*(2*aMc*L1/(L1+L2)+aMc*(L1+L2-a)/(L1+L2))+Mey*(2*aMc*(L1+

29、L2-a)/(L1+L2)+aMc*L1/(L1+L2)))/(0.294*eee); fffdy+=a*(Mey*(2*aMc+(L1+L2-a)*aMc/(L1+L2)+aMc)+Mcy*(2*aMc+(L1+L2-a)*aMc/( L1+L2)))/(0.294*eee); fffdy+=L3*aMc*(Mdy-2*Mcy)/(0.294*eee); fffdz=L1*Mbz*L1*aMc/(L1+L2)/0.147/eee; fffdz+=(L2-a)*(Mbz*(2*aMc*L1/(L1+L2)+aMc*(L1+L2-a)/(L1+L2))+M

30、ez*(2*aMc*(L1+L2-a)/(L1+L2)+aMc*L1/(L1+L2)))/(0.294*eee); fffdz+=a*(Mez*(2*aMc+(L1+L2-a)*aMc/(L1+L2)+aMc)+Mez*(2*aMc+(L1+L2-a)*aMc/(L1+L2)))/(0.294*eee); fffdz+=L3*aMc*(Mdz+2*Mcz)/(0.294*eee); fffd1=pi*sqrt(fffdy*fffdy+fffdz*fffdz)/www/32/fffd; ddd=pow(fffd1,0.25);ddd=dd

31、d/1000;ddd=(float)ddd; } void naodue() { long double fffe1,fffey,fffez; fffey=L1*Mby*L1*aMe/(L1+L2-a)/0.147/eee; fffey+=(L2-a)*(Mby*(2*aMe*L1/(L1+L2-a)+aMe)+Mey*(2*aMe*aMe*L1/(L1+L2-a)))/ 0.294/eee; fffey+=a*aMe*(Mcy+2*Mey)/(0.294*eee); fffez=L1*Mbz*L1*aMe/(L1+

32、L2-a)/0.147/eee; fffez+=(L2-a)*(Mbz*(2*aMe*L1/(L1+L2-a)+aMe)+Mez*(2*aMe*L1/(L1+L2-a)))/(0.294*eee); fffez+=a*aMe*(Mcz-2*Mez)/(0.294*eee); fffe1=pi*sqrt(fffey*fffey+fffez*fffez)/www/32/eee; ddd=pow(fffe1,0.25);ddd=ddd/1000;ddd=(float)ddd; } void zhuanjiaoc() { l

33、ong double aaac1,aaacy,aaacz; aaacy=L1*Mby*L1*aaac/(L1+L2)/0.147/eee; aaacy+=(L2-a)*(Mby*(2*aaaac*L1/(L1+L2)+aaaac*(L1+L2-a)/(L1+L2))+Mey*(2*aaaac*(L1+L2-a)/(L1+L2)+aaaac*L1/(L1+L2)))/(0.294*eee); aaacy+=a*(Mey*(2*(L1+L2-a)*aaaac/(L1+L2)+aaaac)+Mcy*(2*aaaac+(L1+L2-a)/(L1+L2) ))

34、/(0.294*eee); aaacz=L1*Mbz*L1*aaac/(L1+L2)/0.147/eee; aaacz+=(L2-a)*(Mbz*(2*aaaac*L1/(L1+L2)+aaaac*(L1+L2-a)/(L1+L2))+Mez*(2*aaaac*(L1+L2-a)/(L1+L2)+aaaac*L1/(L1+L2)))/(0.294*eee); aaacz+=a*(Mez*(2*(L1+L2-a)*aaaac/(L1+L2)+aaaac)+Mcz*(2*aaaac+(L1+L2-a)/( L1+L2) ))/(0.294*eee);

35、 aaac1=pi*sqrt(aaacy*aaacy+aaacz*aaacz)/www/32/aaac; ddd=pow(aaac1,0.25);ddd=ddd/1000;ddd=(float)ddd; } void fanlib() { long double fffb1,fffby,fffbz; fffby=L1*Mby*aMb/0.147/eee; fffby+=(L1+L2-a)*(Mby*(2*aMb+(L2-a)/L2*aMb)+Mey*(2*(L2-a)/L2*aMb+aMb))/0.294/eee;

36、 fffby+=a*(L2-a)*aMb*(Mcz+2*Mey)/(0.294*eee); fffbz=L1*Mbz*aMb/0.147/eee; fffbz+=(L1+L2-a)*(Mbz*(2*aMb+(L2-a)/L2*aMb)+Mez*(2*(L2-a)/L2*aMb+aMb))/ (0.294*eee); fffbz+=a*(L2-a)/L2*aMb*(Mcz+2*Mez)/(0.294*eee); fby0=fffby;fbz0=fffbz; fffb1=pi*sqrt(fffby*fffby+ff

37、fbz*fffbz)*pi/www/big/big/big/big/640e11; fffbb=(float)fffb1; printf("B点的实际位移：S=%fm\n",fffbb); } /*void waili() { Fby=fffb*SD*SD*SD*SD*(1-i*i*i*i)/FFF*10e12; Fbz=Fby*fbz0/fby0; } */ void xunhuan() { double AAAA, big1,big2,big3,big4; do{ waili(); qiangdu();

38、 big1=ddd;big=big1; naodue(); big2=ddd; if(big

39、); }while(AAAA>=0.0001); printf("在超静定情况下的直径 :D=%fm\n",big); } void main() { float big1=0,big2,big3,big4; printf(" 输入原始数据:\n"); scanf("%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f",&L1,&L2,&L3,&a,&b,&R,&A0,&n,&P,&i,&Fy,&Fz); printf(" 所输入数据为:\nL1=%fm,L2=%fm,L3=%fm,a=%fm,b=%fm,R=%fm,A0=%

40、f\n",L1,L2,L3,a,b,R,A0); printf("n=%fr/min,P=%fKW,i=%f,Fy=%fN,Fz=%fN\n",n,P,i,Fy,Fz); aMc=1*L3; aMe=(L1+L2-a)*a/(L1+L2)*1; aaaac=1; aMb=1*L1*12/(L1+L2); www=pi*(1-i*i*i)/32; zaihe(); waili(); printf("辅助计算外力（静定）:\nFay=%fN,Faz=%fN,Fby=%fN,Fbz=%fN,Fcy=%fN,Fcz=%fN,",Fay,Faz,Fb

41、y,Fbz,Fcy,Fcz); printf("Fdy=%fN,Fdz=%fN,Fey=%fN,Fez=%fN,Mby=%fN.m,Mbz=%fN.m,Mcy=%fN.m,Mcz=%fN.m ",Fdy,Fdz,Fey,Fez,Mby,Mbz,Mcy,Mcz); printf("Mdy=%fN.m,Mdz=%fN.m,Mey=%fN.m,Mez=%fN.m,Me=%fN.m,Md=%fN.m\n",Mdy,Mdz,Mey,Mez,Me,Md); qiangdu(); printf("D1=%fm\n",big1);big=big1; naodue(); pr

42、intf("D2=%fm\n",ddd);big2=(float)ddd; if(big

43、定此结构为静定结构\n"); else {printf(" 可判定此结构为超静定结构\n"); SM=0;SN=big;SD=(SN+SM)/2; B1=1+fbz0*fbz0/(fby0*fby0); B1=sqrt(B1); FFF=(L1+L2)*aMb*aMb/(eee*0.147); fanlib(); xunhuan(); printf(" \n");} } 八．课程设计总结 本次课程设计涉及到了很多以前学习过的知识，包括材料力学、理论力学、AutoCAD、C语言编程。在设计过程中虽然遇到了一

44、些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。透过本次课程设计，使我能更熟练的运用所学内容解决实际问题,学习到了课本以外的知识，使得自己的水平不是只停留在期末考试阶段。这次课程设计是我以前学习的一个阶段性总结，从中我看到了自己知识方面的不足和学科综合的重要性。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础． 此后，我会更加扎实的学习所学课程并广泛涉猎其他学科，在提高专业知识水平的基础上进一步提高自己的综合素质。 ３１