材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)-車床主軸

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1、材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書設(shè)計(jì)題目：車床主軸設(shè)計(jì)學(xué)號(hào):姓名：指導(dǎo)教師：２２一、設(shè)計(jì)目的材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的目的是在于系統(tǒng)的學(xué)習(xí)材料力學(xué)之后，能結(jié)合工程中的實(shí)際問題，運(yùn)用材料力學(xué)設(shè)計(jì)的基本原理和計(jì)算方法，獨(dú)立計(jì)算工程中的典型零部件，已達(dá)到綜合運(yùn)用材料力學(xué)的知識(shí)解決工程實(shí)際問題的能力。同時(shí)，可以使我們將材料力學(xué)的理論和現(xiàn)代的計(jì)算方法及手段融為一體。即從整體上掌握了基本理論和現(xiàn)代的計(jì)算方法，又提高了分析問題，解決問題的能力；即把以前學(xué)到的知識(shí)綜合的運(yùn)用，又為以后的學(xué)習(xí)打下了基礎(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。1.使我們的材料力學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化，完整化

2、。2.在系統(tǒng)的全面的復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用材料力學(xué)的知識(shí)解決工程中的實(shí)際問題。3.由于選題力求結(jié)合專業(yè)實(shí)際，因而課程設(shè)計(jì)可以把材料力學(xué)的知識(shí)和專業(yè)需要結(jié)合起來。4.綜合運(yùn)用以前所學(xué)的各門課程知識(shí)，是相關(guān)學(xué)科知識(shí)有機(jī)的聯(lián)系起來。5.初步了解和掌握工程實(shí)踐中的設(shè)計(jì)思想和方法，為以后打下基礎(chǔ)。二、設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求1.畫出受力分析計(jì)算簡圖和內(nèi)力圖2.列出理論依據(jù)和導(dǎo)出的計(jì)算公式3.獨(dú)立編制計(jì)算機(jī)程序，通過計(jì)算機(jī)給出計(jì)算結(jié)果4.完成設(shè)計(jì)說明書。三、設(shè)計(jì)題目車床主軸設(shè)計(jì)---某車床主軸尺寸及受力情況如圖1所示。在A、B、C三個(gè)支座的中間支座B處，軸承與軸承座之間有間隙２２，正常工作時(shí)，B處

3、軸承不起支撐作用，此時(shí)軸處于A、C兩支座下的靜定狀態(tài)。當(dāng)B截面處彎曲變形大于間隙時(shí)，軸處于A、B、C三支座下的靜不定狀態(tài)。軸截面E處裝有斜齒輪，其法向壓力角為，螺旋角為，工作處的切削力有Fx、Fy、Fz（在進(jìn)行強(qiáng)度、剛度計(jì)算時(shí)，可以不計(jì)軸向力Fx的影響，而以彎曲、扭轉(zhuǎn)變形為主）。軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（45鋼），表面磨削加工，氮化處理。其他已知數(shù)據(jù)見表1。1、試按靜定梁（A、C支撐）的強(qiáng)度、剛度條件設(shè)計(jì)等截面空心圓軸外徑D(d/D值可見數(shù)據(jù)表2)，并計(jì)算這時(shí)軸上B截面處的實(shí)際位移。2、在安裝齒輪的E截面處有一銑刀加工的鍵槽，試校核此截面處的疲勞強(qiáng)度。規(guī)定的安全系數(shù)n=3（

4、=420，=240）。3、對(duì)靜不定情況（A、B、C支撐），同時(shí)根據(jù)強(qiáng)度、剛度條件設(shè)計(jì)外徑D，并用疲勞強(qiáng)度理論校核。表1：20100.51503.33.50.0028注意：設(shè)計(jì)中不考慮軸的旋轉(zhuǎn)靜定要求和熱變形的影響，并且將各軸承視為剛體，且不產(chǎn)生剛體位移，不考慮制造工藝和尺寸鏈等因素。表2：（設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)表Ⅰ12）/m/m/ma/mb/mR/m(n/(r/min)P/kw/N/N110.160.470.150.120.160.12454005.20.6540002400圖一：２２一、對(duì)主軸靜定情況校核由公式可知Me=9549==124.14NF===1034.48N由斜齒輪受

5、力分析得：F===382.28N則有：F=Fsin-Fcos=461.18NF=Fcos+Fsin=1001.83N=Fb=Fb=40000.16=640Nm=Fb=Fb=24000.16=384Nm由圖1受力分析求支座反力F、F、F、F：=F(L+L)+Fa--FL=0２２F=1880.41N=F(L+L)+F(L+L-a)++F(L+L+L)=0F=-6341.4N=F(L+L)+Fa++FL=0F=-1371.81N=F(L+L)+F(L+L-a)--F(L+L+L)=0F=2030.2N根據(jù)已知分別作出Y、Z方向的剪力圖與彎矩圖，如下圖所示：２２由剪力圖及彎矩圖可知

6、c點(diǎn)為危險(xiǎn)點(diǎn)且：Mc==1445.6NmMe=124.14Nm1.根據(jù)第三強(qiáng)度理論校核（忽略剪力）：且代入數(shù)據(jù)解得：D4.93m2.由剛度對(duì)軸進(jìn)行校核：利用圖乘法對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行剛度校核：1)根據(jù)D點(diǎn)剛度計(jì)算軸徑，在D點(diǎn)分別沿y、z軸加一單位力有扭矩圖如下圖２２２２E=210I=m2)根據(jù)E點(diǎn)剛度計(jì)算軸徑，在E點(diǎn)分別沿y、Z軸加一單位力有扭矩圖如下圖２２即：解得：D3m綜上所述：D=max[D、D、D]=6.9m當(dāng)D=6.9m時(shí)，計(jì)算B點(diǎn)的實(shí)際位移：（應(yīng)用圖乘法）２２=-3.疲勞強(qiáng)度校核:若不計(jì)鍵槽對(duì)抗彎截面系數(shù)的影響，則危險(xiǎn)截面處抗彎截面系數(shù)：２２由彎矩M不變可知該循環(huán)為對(duì)稱循

7、環(huán)，則有：查表確定銑加工的鍵槽危險(xiǎn)截面處疲勞強(qiáng)度的影響系數(shù)：則：故E處滿足疲勞強(qiáng)度要求。一、對(duì)超靜定情況進(jìn)行校核由，故此軸為超靜定，且為一次靜不定。由變形協(xié)調(diào)條件可知：。分別沿y、z軸加一單位力并作、、及單位力的彎矩圖有：２２又;代入上式有：２２又;代入上式有：從而求A、C點(diǎn)的支反力有：做剪力圖、如下所示：２２做彎矩圖、如下圖所示：２２由上圖有：C點(diǎn)為危險(xiǎn)點(diǎn)1）.第三強(qiáng)度理論校核有：且代入數(shù)據(jù)解得：2）.由剛度對(duì)軸進(jìn)行校核：利用圖乘法對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行剛度校核：1.根據(jù)D點(diǎn)的剛度對(duì)主軸進(jìn)行校核，分別沿Y、Z軸加一單位力得到