材料力学综合设计.doc

材料力学综合设计

设计题目：传动轴强度设计及变形计算

单位：机械工程学院

专业/班级：模具12-1

姓名：李泽亮唐铖黄曦

黄增沐吴东欣

指导教师：于月民

2014年06月20日

目录

一、绪论.................................................2

二、力学模型.............................................3三、内力分析.............................................4

四、强度分析.............................................6

五、变形计算.............................................7六、总结.................................................8七、参考文献.............................................9八、任务分工.............................................9

一、绪论

1.1设计的目的意义

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，运用材料力学的根本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以到达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。具体的有以下五项：

使学生的材料力学知识系统化、完整化。

2、在系统全面复习的根底上，运用材料力学知识解决工程中的实际问题。

3、综合运用了以前所学的各门课程的知识使相关学科的知识有机地联系起来。

4、初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法。

5、为后继课程的教学打下根底。

1.2工程应用背景简介

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。

传动轴连接或装配各项配件，而又可移动或转动的圆形物体配件，一般均使用轻而抗扭性佳的合金钢管制成。对前置引擎后轮驱动的车来说是把变速器的转动传到主减速器的轴，它可以是好几节由万向节连接。它是一个高转速、少支承的旋转体，因此它的动平衡是至关重要的。一般传动轴在出厂前都要进行动平衡试验，并在平衡机上进行了调整。传动轴是汽车传动系中传递动力的重要部件，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。

1.3设计的主要内容

传动轴的材料为45号优质碳素钢，[σ]=80MPa，结构与轮位置如下图，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D1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，平安系数n=2。

1.建立传动轴的力学模型图；

2.画出传动轴的内力图；

3.用叠加法计算传动轴在齿轮处的挠度；

4.根据第三强度理论设计传动轴的直径。

二、力学模型

2.1设计数据

2.2载荷简化

大带轮处力和力可简化成一个过传动轴截面形心的横向力和一个力偶，方向向下,矢量向左。小带轮处力和2可简化为过传动轴截面形心的横向力和力偶，方向向上,矢量向左。齿轮处力可简化为过传动轴截面形心的横向力和力偶,方向向下,矢量向右。

由，可得：；

；

由可得：。

〔2〕由，可得，；

由，可得，；

由，可得，；

且。

那么大带轮处的合力；

小带轮处的合力；

齿轮处的合力；

2.3力学模型

内力分析

设轴承处的约束反力为，轴承处的约束反力为,方向向上。

由得：；

解得：；

由得：；

解得：；

对采用截面法分析，有,可得：。同理，有，可得：。

内力图如下：

由扭矩图和弯矩图可得：传动轴齿轮截面有最大扭矩值和最大弯矩值：

，

所以，该传动轴危险截面为齿轮处截面。

四、强度分析

4.1应力分析

在危险截面上，与扭矩对应的最大切应力发生在周边各点，与弯矩对应的最大正应力发生在上下两端点、，如图(d)、(e)。

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，如图(f)，其应力为，

式中，抗扭截面系数，抗弯截面系数，为传动轴的直径。

4.2传动轴直径设计

按第三强度理论

，

所以可取。

五、变形计算

5.1叠加法

计算梁在几个载荷共同作用下引起的变形，那么可分别求出各个载荷单独作用时引起