材料力学课程设计-车床主轴

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1、材料力学课程设计设计计算说明书设计题目：车床主轴设计学号:姓名：指导教师：２２一、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、。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２２，正常工作时，B处

3、轴承不起支撑作用，此时轴处于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（

4、=420，=240）。3、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1：20100.51503.33.50.0028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Ⅰ12）/m/m/ma/mb/mR/m(n/(r/min)P/kw/N/N110.160.470.150.120.160.12454005.20.6540002400图一：２２一、对主轴静定情况校核由公式可知Me=9549==124.14NF===1034.48N由斜齿轮受

5、力分析得：F===382.28N则有：F=Fsin-Fcos=461.18NF=Fcos+Fsin=1001.83N=Fb=Fb=40000.16=640Nm=Fb=Fb=24000.16=384Nm由图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根据已知分别作出Y、Z方向的剪力图与弯矩图，如下图所示：２２由剪力图及弯矩图可知

6、c点为危险点且：Mc==1445.6NmMe=124.14Nm1.根据第三强度理论校核（忽略剪力）：且代入数据解得：D4.93m2.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轴加一单位力有扭矩图如下图２２２２E=210I=m2)根据E点刚度计算轴径，在E点分别沿y、Z轴加一单位力有扭矩图如下图２２即：解得：D3m综上所述：D=max[D、D、D]=6.9m当D=6.9m时，计算B点的实际位移：（应用图乘法）２２=-3.疲劳强度校核: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：２２由弯矩M不变可知该循环为对称循

7、环，则有：查表确定铣加工的键槽危险截面处疲劳强度的影响系数：则：故E处满足疲劳强度要求。一、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：２２又;代入上式有：２２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：２２做弯矩图、如下图所示：２２由上图有：C点为危险点1）.第三强度理论校核有：且代入数据解得：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点的刚度对主轴进行校核，分别沿Y、Z轴加一单位力得到