材料力学
课程设计说明书
设计题目五种传动轴的静强度、变形及疲劳强度的计算
学院
专业班
设计者
学号
指导教师
_年月日
目录
一设计目的 (3)
二设计任务和要求 (4)
三设计题目 (4)
四设计内容 (6)
五程序计算 (18)
六改进措施 (21)
七设计体会 (22)
八参考文献 (22)
一．材料力学课程设计的目的
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，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到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。既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；既把以前所学的知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机和材料力学等）综合运用，又为后继课程（机械设计、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。具体的有以下六项：1．使学生的材料力学知识系统化、完整化；
2．在系统全面复习的基础上，运用材料力学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知识和专业需要结
合起来；
4．综合运用了以前所学的个门课程的知识（高数、制图、理力、算法语言、计算机等等）使相关学科的知识有机地联系起来；
5．初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法；
6．为后继课程的教学打下基础。
二．材料力学课程设计的任务和要求
要求参加设计者，要系统地复习材料力学的全部基本理论和方法，独立分析、判断、设计题目的已知条件和所求问题。画出受力分析计算简图和内力图，列出理论依据和导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。
三．材料力学课程设计的题目
传动轴的强度、变形及疲劳强度计算
6－1 设计题目
传动轴的材料为优质碳素结构钢（牌号45），许用应力[σ]=80MPa，经高频淬火处理，其σb=650MPa，σ-1=300MPa,τ
磨削轴的表面，键槽均为端铣加工，阶梯轴过渡圆弧r均-1=155MPa,
为2mm，疲劳安全系数n=2，要求：
1）绘出传动轴的受力简图;
2）作扭矩图及弯矩图；
3）根据强度条件设计等直轴的直径；
4）计算齿轮处轴的挠度；（按直径Φ1的等直杆计算）
5）对阶梯传动轴进行疲劳强度计算；（若不满足，采取改进措施使其满足疲劳强度）；
6）对所取数据的理论根据作必要的说明。
说明 ：
a) 坐标的选取均按下图7—10b 所示； b) 齿轮上的力F 与节圆相切；
c) 数据表中P 为直径D 的皮带轮传递的功率，1
P 为直径为D 1的皮
带轮传递的功率。
G1为小带轮重量，G2为大带轮重量。
y
x
z
图7-10b
Φ1 为静强度条件所确定的轴径，尺寸最后一位数准确到mm ，并取偶数。
设1.1
4
3
3
2
2
1=
=
=
φ
φ
φ
φ
φ
φ
7—11传动轴的零件图
图7-11
设计数据表格：
P
/kW
P1
/kW
n/
(r/min)
D
/mm
D1
/mm
D2
/mm
G2
/N
G1
/N
a
/mm
α
(°) 150 700 350 100 800 400 500 30
四．设计内容
（1）绘出传动轴的受力简图
此传动轴受弯扭组合变形，把各力分解，使每组力只产生一种
变形，如图。
（2）作扭矩图和弯矩图
根据力矩与功率的关系式：{Me }N ·m =9549 /min
{}
{}r P n ，以及力矩的平
衡：
2M x =
22F D ⋅= 95496.6
150=N m ⋅ 21200.46F ⇒=N 1M x =112F D ⋅= 95492.9
150 =N m ⋅ 11054.97F ⇒=N Mx =22F D ⋅= 95496.6 2.9
150-=N m ⋅ 4710.80F ⇒=N 扭矩图
X-Y 平面:
支反力求解：
Mz ∑=0
1122(3)cos 340
F G a F a F y a G a α-⋅+⋅-⋅+⋅=
代入数据解得： 23348.20F y N =
又因为： 111223cos 0F G F y F F y G α-+-+-= 11233.44y F N =-
内力图和弯矩图:
X-Z 平面： 支反力求解
0My =∑ 22sin 3340F a F z a F a α-⋅+⋅-⋅= 代入数据解得： 25586.97z F N =
0Fz =∑ 122sin 30z F z F F F α-+-=
代入数据解得： 1369.81z F N =
内力图和弯矩图：
（3）根据强度条件设计等直轴的直径
I 由弯矩图及扭矩图可以看出来，危险截面可能是B 、C 、E
三个截面处。其截面处合成弯矩大小如下：
B 处：222201382.461382.46.B By Bz M M M N m =+=+=
C 处: 2222184.912148.192156.13.C Cy Cz M M M N m ++ E 处：22224001800.691844.58.Ey Ez E M M M N m =++
因为传动轴为受弯扭组合变形的圆轴，所以，由第三强度理
论有：
[]2231M Mx W
σσ=
+
