材料综合设计传动轴强度设计及变形计算.docx
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材料综合设计传动轴强度设计及变形计算
材料力学综合设计
传动轴强度设计及变形计算
单位：
班级：
姓名：
指导教师：
1绪论
1.1设计的目的及意义
本综合设计的目的是在于学习材料力学之后，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，为后续课程的学习打下基础。
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）在全面复习的基础上，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。
1.2工程应用背景简介
（简单的介绍你所设计的结构在工程的使用，比如哪些领域，有何作用）
传动轴是由轴管、伸缩套和万向节组成。
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。
它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。
专用汽车传动轴主要用在油罐车，洒水车，吸污车，消防车，道路清障车，高空作业车，垃圾车等车型上。
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。
1.4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。
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）
150
700
350
100
800
400
500
2.2载荷简化
（1）
MD=9550×p/n=9550×6.6/150=420.2N/m=F×D/2
∴F=1200N
MD11×D1/2
∴F1=1055N
|MD2|=|MD+MD12×D2/2
∴F2
2.3力学模型
图1传动轴的力学模型
Ma=0-（3F1-G1）×a-（F2+G2）×a+FB×3a-（3F+G）×4a=0
Fy=0（3F1-G1）+FA+FB=F2+G2+3F+G
解得：
3内力分析
图2简力图
图3弯矩图
图4扭矩图
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D2截面。
4强度分析
4.1应力分析
图5切应力分布图
图6正应力分布图
在危险截面上，与扭矩对应的最大切应力发生在圆周表面各点，与弯矩对应的最大正应力发生在上下两顶点。
由此可知，危险点为上下两顶点。
图7上顶点应力状态
图8下顶点应力状态
由于45号优质碳素钢为塑性材料，抗拉与抗压性能相同，所以这两点同等危险。
任取一点研究。
计算主应力
σx=32M/ΠD3=8.0×107pa
Τxy=16T/ΠD3=-4.0×106pa
σmax=σx+σy/2+
（2）
Σmax=
σmin=σx+σy/2-（3）
σmin=
可知:
σ1=79.5Mpa
σ2
σ3=0
4.2传动轴直径设计
（4）
W=Πd3/32
σ=32×/Πd3≤80×103pa
可知:
d≥82.3mm
5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，则可分别求出各个载荷单独作用时引起的变形，然后计算其代数和，即可得到各载荷共同作用时梁的变形，这种计算变形的方法称为叠加法。
5.2齿轮处的挠度
（1）载荷分解
将轴上的载荷分解为下图（9）、（10）、（11）所示单一载荷的情况。
图（9）：
力单独作用，将其余部分视为刚性的；
图（10）：
力单独作用，将力向支座简化，得一集中力与集中力偶，将其余部分视为刚性的；
图（11）：
力单独作用，将力向支座简化，得一集中力与集中力偶，将其余部分视为刚性的；
图9力单独作用
对于图（9），查表得，力在齿轮处引起的挠度为
W1=-P×b×X（L2-X2-b2）/6EIL==1.59mm
图10力单独作用
对于图（10），查表得，集中力偶在齿轮处引起的挠度为
W2=-MaX（L-X）（2L-X）/6EIL=
图11力单独作用
对于图（11），查表得，集中力偶在齿轮处引起的挠度为
W3=Mbx（L2-X2）/6EIL=
上述三种载荷同时作用时，在齿轮处引起的挠度为：
总结
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关材料力学方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，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。
实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。
过而能改，善莫大焉。
在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获龋最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观
我们认为，在这学期的实验中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。
更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。
而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。
要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。
在今后材料力学学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可!
参考文献
1王中发编,《实用机械设计》[M].机械工业出版社,1981：
6
任务分工
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