材料力學(xué)課程設(shè)計

1、材料力學(xué)課程設(shè)計說明書一、 畫出力學(xué)簡圖，求出外力 強度計算 剛度計算 疲勞強度校核 3.超靜定校核設(shè)計 超靜定校核設(shè)計 課程設(shè)計目的材料力學(xué)課程設(shè)計的目的是在于系統(tǒng)的學(xué)習(xí)材料力學(xué)之后，能結(jié)合工程中的實際問題，運用材料力學(xué)設(shè)計的基本原理和計算方法，獨立計算工程中的典型零部件，以達到綜合運用材料力學(xué)的知識解決工程實際問題的目的。同時，可以使我們將材料力學(xué)的理論和現(xiàn)代的計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)代的計算方法，又提高了分析問題，解決問題的能力；既是對以前學(xué)到的知識（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計算機和材料力學(xué)等）的綜合運用，又為以后學(xué)習(xí)的課程（機械設(shè)計、專業(yè)課等

2、）打下了基礎(chǔ)，并初步掌握了工程中的設(shè)計思想和設(shè)計方法，對實際工作能力有所提高。具體有以下六項：1. 使我們的材料力學(xué)知識系統(tǒng)化，完整化。2. 在系統(tǒng)的全面的復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運用材料力學(xué)的知識解決工程中的實際問題。3. 由于選題力求結(jié)合專業(yè)實際，因而課程設(shè)計可以把材料力學(xué)的知識和專業(yè)需要結(jié)合起來。4. 綜合運用以前所學(xué)的各門課程知識（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計算機等），是相關(guān)學(xué)科知識有機的聯(lián)系起來。5. 初步了解和掌握工程實踐中的設(shè)計思想和設(shè)計方法。6. 為以后課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。二、 課程設(shè)計任務(wù)和要求參加設(shè)計者要系統(tǒng)復(fù)習(xí)材料力學(xué)課程的全部基本理論和方法，獨立分析、判斷設(shè)計題目的

3、已知條件和所求問題，畫出受力分析計算簡圖和內(nèi)力圖，列出理論依據(jù)并導(dǎo)出計算公式，獨立編制計算程序，通過計算機給出計算結(jié)果，并完成設(shè)計計算說明書。三、 課程設(shè)計題目設(shè)計題目：車床主軸設(shè)計某車床主軸尺寸及受力情況如圖1所示。在A、B、C三個支座的中間支座B處，軸承與軸承座之間有間隙，正常工作時，B處軸承不起支撐作用，此時軸處于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，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、（在進行強度、剛度計算時，可以不計軸向力的影響，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

4、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）的強度、剛度條件設(shè)計等截面空心圓軸外徑D(d/D值可見數(shù)據(jù)表2)，并計算這時軸上B截面處的實際位移。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度。規(guī)定的安全系數(shù)n=3（=420，=240）。3. 對靜不定情況（A、B、C支撐），同時根據(jù)強度、剛度條件設(shè)計外徑D，并用疲勞強度理論校核。設(shè)計數(shù)據(jù)：表1：/m/MPa20101500.0028注意：設(shè)計中不考慮軸的旋轉(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)計計算數(shù)據(jù)表-13）0.160.490.

5、150.120.160.12455005.00.7042002000圖一：四、 課程設(shè)計設(shè)計過程1. 畫出力學(xué)簡圖，求出外力由公式可知=795.75N由斜齒輪受力分析得： =294.10N則有：=354.72N=770.64N由工件DH受力平衡及作用力與反作用力，代入求得：強度計算，畫出彎矩、扭轉(zhuǎn)圖由受力分析求出A點的支反力：解上面的方程，則有:根據(jù)已知分別作出Y、Z方向的彎矩圖，如下圖所示：由扭矩圖和兩彎矩圖可知，C截面為危險截面，在該截面上的彎矩和扭轉(zhuǎn)值分別為：由于軸的材料為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（45鋼）為塑性材料，選擇第三強度理論進行校核設(shè)計：由 代入數(shù)據(jù)解得：剛度設(shè)計a、 根據(jù)D點剛度條件設(shè)

6、計軸徑，在D點分別沿y、z軸加一單位力：作出彎矩圖：用圖形互乘法求解：作出彎矩圖： 由彎曲的剛度條件：，取，代入數(shù)據(jù)計算得： b、 根據(jù)E點剛度條件設(shè)計軸徑，在E點分別沿y、z軸加一單位力：作出彎矩圖：作出彎矩圖：由彎曲的剛度條件：，取，代入數(shù)據(jù)計算得： c、 根據(jù)C點剛度條件設(shè)計軸徑，在C點分別沿y、z軸加一單位力偶：作出彎矩圖： 作出彎矩圖： 由彎曲的剛度條件：，取 代入數(shù)據(jù)計算得：綜上所述：所以D取當(dāng)時，計算B截面的實際位移：在B截面沿y、z軸分別加單位力，如圖：作出彎矩圖：作出彎矩圖： 取所以B 截面的實際位移為。2.校核疲勞強度若不計鍵槽對抗彎截面系數(shù)的影響，則E截面處抗彎截面系數(shù)：

7、由于軸在不變彎矩作用下旋轉(zhuǎn)，故該循環(huán)為對稱循環(huán)，則有：r=-1E截面的抗扭截面系數(shù)：由于軸在不變扭矩作用下旋轉(zhuǎn)，故該循環(huán)為對稱循環(huán)，則有：確定系數(shù)：有效應(yīng)力集中系數(shù),查附表A知優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（45鋼），由圖13-10a）和圖13-10b）查得尺寸系數(shù)：由表13-2查得表面質(zhì)量系數(shù)：由表13-4查得=1.65由r=-1，計算軸的工作安全因數(shù)：當(dāng)，按最大切應(yīng)力理論，由故E處滿足疲勞強度要求。3.(1)超靜定校核設(shè)計由，故此軸為一次超靜定，用力法正則方程求解、。去掉支座B，以代之建立多余約束的正則方程： 在B截面加單位力，作出單位彎矩圖：求解：，即同理可得： ，即作出受力圖：求解方程：作出彎矩圖：用

8、上題方法依次求解出：綜上所述：所以D取(2)校核疲勞強度若不計鍵槽對抗彎截面系數(shù)的影響，則E截面處抗彎截面系數(shù)：由于軸在不變彎矩作用下旋轉(zhuǎn)，故該循環(huán)為對稱循環(huán)，則有：r=-1E截面的抗扭截面系數(shù)：由于軸在不變扭矩作用下旋轉(zhuǎn)，故該循環(huán)為對稱循環(huán)，則有：確定系數(shù)：有效應(yīng)力集中系數(shù),查附表A知優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（45鋼），由圖13-10a）和圖13-10b）查得尺寸系數(shù)：由表13-2查得表面質(zhì)量系數(shù)：由表13-4查得=1.65由r=-1，計算軸的工作安全因數(shù)：當(dāng)，按最大切應(yīng)力理論，由故E處滿足疲勞強度要求。五.循環(huán)計算程序#include<stdio.h>#include<math.h

9、>#define pi 3.141592654#define ip 0.017453292floatL1,L2,L3,a,b,A0,n,P,i,R,Fhy,Fhz,Fay,Faz,Fcy,Fdz,Fdy,Fcz,Fey,Fez,Me,Mby,Mbz,Mdy,Mdz,Mcy,Mcz,Mey,Mez,Md,Mc,D1,D2,D3,D4,D,Xs,w,sjwyb,Fby=0,Fbz=0,nde=0.00035,ndd=0.00033,zjc=0.0028,wyb=0.00005;intpd=0;void zaihe()float Ft,Fr,An=20.0,Bn=10.0; Me=9549*P

10、/n; Ft=Me/R; Fr=Ft*tan(An*ip)/(cos(Bn*ip); Fey=Ft*sin(A0*ip)-Fr*cos(A0*ip); Fez=Ft*cos(A0*ip)+Fr*sin(A0*ip); Mdy=Fhz*b; Mdz=Fhy*b;void waili() Fay=(Fhy*L3+Mdz-Fey*a-Fby*L2)/(L1+L2); Fcy=(-Fhy*(L1+L2+L3)-Mdz-Fey*(L1+L2-a)-Fby*L1)/(L1+L2); Faz=(-Fhz*L3-Mdy-Fez*a-Fbz*L2)/(L1+L2); Fcz=(Fhz*(L1+L2+L3)+Md

11、y-Fez*(L1+L2-a)-Fbz*L1)/(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;/*對于靜定情況B點受力為0*/void qiangdu()float wb,wc,we,temp;wb=sqrt(Mby*Mby+Mbz*Mbz);wc=sqrt(Mcy*Mcy+Mcz*Mcz);we=sqrt(Mey*Mey+Mez*Mez);if

12、 (wb>wc&&wb>we)w=wb;else if (wc>wb&&wc>we)w=wc;else w=we;temp=32*sqrt(w*w+Me*Me)/(pi*(1-i*i*i*i)*yl);D1=pow(temp,0.3333333333333333333)/100;void naodu()float sum1,sum2,sum,mid1,mid2,mid3,sb=0.6666666667,dsb=0.333333333333;mid1=L1*L3/(L1+L2);mid2=(L1+(L2-a)*Mby/(Mby-Mey)*L

13、3/(L1+L2);mid3=L3*(L1+L2-a)/(L1+L2);if (pd=0)sum1=0.5*(L1+L2-a)*Mey*sb*mid3;sum2=0.5*(L1+L2-a)*Mez*sb*mid3;elsesum1=0.5*L1*Mby*sb*mid1;sum1+=0.5*Mby*Mby/(Fay-Fby)*(dsb*(mid2-mid1)+mid1);sum1+=0.5*(L2-a-Mby/(Fay-Fby)*Mey*(sb*(mid3-mid2)+mid2);sum2=0.5*L1*Mbz*sb*mid1;sum2+=Mbz*(L2-a)*0.5*(mid1+mid3);s

14、um2+=0.5*(L2-a)*(Mez-Mbz)*(sb*(mid3-mid1)+mid1);sum1+=Mey*a*0.5*(mid3+L3);sum1+=0.5*a*(Mcy-Mey)*(sb*(L3-mid3)+mid3);sum1+=Mdz*L3*0.5*L3;sum1+=0.5*L3*(Mcy-Mdz)*sb*L3;sum2+=Mez*a*0.5*(mid3+L3);sum2+=0.5*a*(Mcz-Mez)*(sb*(L3-mid3)+mid3);sum2+=-Mdy*L3*0.5*L3;sum2+=0.5*L3*(Mcz+Mdy)*sb*L3;sum=sqrt(sum1*sum

15、1+sum2*sum2);D2=sum/(E*Xs*ndd);D2=pow(D2,0.25); void naodue()float sum1,sum2,sum,top,mid1,mid2,sb=0.6666666667,dsb=0.333333333333;top=a*(L1+L2-a)/(L1+L2);mid1=L1*a/(L1+L2);mid2=(L1+Mby/(Fay-Fby)*a/(L1+L2);if (pd=0)sum1=0.5*(L1+L2-a)*Mey*sb*top;sum2=0.5*(L1+L2-a)*Mez*sb*top;elsesum1=0.5*L1*Mby*sb*mid

16、1;sum1+=0.5*Mby*Mby/(Fay-Fby)*(dsb*(mid2-mid1)+mid1);sum1+=0.5*(L2-a-Mby/(Fay-Fby)*Mey*(sb*(top-mid2)+mid2);sum2=0.5*L1*Mbz*sb*mid1;sum2+=Mbz*(L2-a)*0.5*(mid1+top);sum2+=0.5*(L2-a)*(Mez-Mbz)*(sb*(top-mid1)+mid1);sum1+=Mey*a*0.5*top;sum1+=0.5*a*(Mcy-Mey)*dsb*top;sum2+=Mez*a*0.5*top;sum2+=0.5*a*(Mcz-M

17、ez)*dsb*top;sum=sqrt(sum1*sum1+sum2*sum2);D3=sum/(E*Xs*nde);D3=pow(D3,0.25);void zhuanjiaoc()float sum1,sum2,sum;if (pd=0)sum1=0.5*(L1+L2-a)*Mey;sum2=0.5*(L1+L2-a)*Mez;elsesum1=0.5*L1*Mby;sum1+=0.5*Mby*Mby/(Fay-Fby);sum1+=0.5*(L2-a-Mby/(Fay-Fby)*Mey;sum2=0.5*L1*Mbz;sum2+=Mbz*(L2-a);sum2+=0.5*(L2-a)*

18、(Mez-Mbz);sum1+=Mey*a;sum1+=0.5*a*(Mcy-Mey);sum2+=Mez*a;sum2+=0.5*a*(Mcz-Mez);sum=sqrt(sum1*sum1+sum2*sum2);D4=sum/(E*Xs*zjc);D4=pow(D4,0.25); void weiyi()float sum1,sum2,sum,rat,sb=0.666666667,top,mid;rat=L1/(L1+L2-a);top=L1*L2/(L1+L2);mid=top*a/L2;sum1=0.5*L1*rat*Mey*sb*top;sum1+=rat*Mey*(L2-a)*0.

19、5*(top+mid);sum1+=0.5*(L2-a)*(1-rat)*Mey*sb*(top-mid);sum1+=Mey*a*0.5*mid;sum1+=0.5*a*(Mcy-Mey)*sb*mid;fzby=sum1;sum2=0.5*L1*rat*Mez*sb*top;sum2+=rat*Mez*(L2-a)*0.5*(top+mid);sum2+=0.5*(L2-a)*(1-rat)*Mez*sb*(top-mid);sum2+=Mez*a*0.5*mid;sum2+=0.5*a*(Mcz-Mez)*sb*mid;fzbz=sum2;sum=sqrt(sum1*sum1+sum2*

20、sum2);sjwyb=sum/(E*D*D*D*D*Xs); printf("B點的實際位移：S=%fmn",sjwyb);voidfuzhi() /*此時應(yīng)該判定為超靜定，求出B點受力帶入上面的函數(shù)進行判斷，得出超靜定的直徑D*/float gg,mid,sb=0.666666667;mid=L1*L2/(L1+L2);gg=0.5*sb*mid*mid*(L1+L2);Fby=(fzby-wyb*E*D*D*D*D*Xs)/gg;Fbz=(-fzbz-wyb*E*D*D*D*D*Xs)/gg;pd=1;voidmain()int pd=0; printf("

21、 輸入原始數(shù)據(jù):n"); scanf("%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f",&L1,&L2,&L3,&a,&b,&R,&A0,&n,&P,&i,&Fhy,&Fhz); printf(" 所輸入數(shù)據(jù)為:nL1=%fm,L2=%fm,L3=%fm,a=%fm,b=%fm,R=%fm,A0=%fn",L1,L2,L3,a,b,R,A0); printf("n=%fr/min,P=%fKW,d/D=%f,Fhy

22、=%fN,Fhz=%fNn",n,P,i,Fhy,Fhz); Xs=pi*(1-i*i*i*i)/64; zaihe(); waili(); printf("各點受力及力矩（靜定）：n"); printf("各點外力（靜定）：nA點：Fay=%fN Faz=%fNtB點：Fby=%fN Fbz=%fNtE點：Fey=%fN Fez=%fNnC點：Fcy=%fN Fcz=%fNn",Fay,Faz,Fby,Fbz,Fey,Fez,Fcy,Fcz); printf("各點力矩（靜定）：nB點：Mby=%fN.m Mbz=%fN.mtE點：

23、Mey=%fN.m Mez=%fN.mnC點：Mcy=%fN.m Mcz=%fN.mtD點：Mdy=%fN.m Mdz=%fN.mn",Mby,Mbz,Mey,Mez,Mcy,Mcz,Mdy,Mdz); qiangdu(); printf("第三強度理論校核：D1=%fmn",D1);D=D1; naodu(); printf("根據(jù)D點剛度校核：D2=%fmn",D2); if(D<D2) D=D2; naodue(); printf("根據(jù)E點剛度校核：D3=%fmn",D3); if(D<D3) D=D3;

24、 zhuanjiaoc(); printf("根據(jù)C點剛度校核：D4=%fmn",D4); if(D<D4) D=D4; printf("確定空心圓軸外徑：D=%fmn",D); weiyi(); if(sjwyb<=wyb) printf("可判定此結(jié)構(gòu)為靜定結(jié)構(gòu)n"); else printf("可判定此結(jié)構(gòu)為超靜定結(jié)構(gòu)n"); fuzhi(); waili(); printf("各點受力及力矩（超靜定）：n"); printf("各點外力（超靜定）：nA點：Fay=%fN Faz=%fNnB點：Fby=%fN Fbz=%fNnE點：Fey=%fN Fez=%fNnC點：Fcy=%fN