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（ 1 =420 MPa ， 1 =240 MPa ） 。
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：
()
()
l1
l2
/m 0.5 0
l3
A /m 0.1 2
B /m 0.1 6
R /m 0.1 2
(
)
n/(r/ min) 500
P/kw
d D
FH y /N
FH Z /N
/m 14 0.1 6
/m 0.1 5
45
Hale Waihona Puke 5.00.70 42002100
图 1:
四．对主轴静定情况校核
由公式可知 Me=9549
p kw n r min
10
/m
0.5 10 4
[ ] / MPa
[ fD ]/ m
3.3 10 4
[ fE ]/ m
3.5 10 4
[ c ] / rad
20
150
0.0028
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Ⅰ14）
二、 课程设计的任务和要求
要系统复习材料力学课程的全部基本理论和方法，独立分析、判断设计题目 的已知所求问题，画出受力分析计算简图和内力图，列出理论依据并导出计算公 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、 设计题目
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 ，正常工作时，B 处轴承不起支撑作用，此时主轴 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， 主轴处于 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������ ������ 、������ ������ 、������ ������ （在进行强度、刚度计算时，可以不计轴向 力������ 。轴的材料为优质碳素结构钢（45 钢） ， ������ 的影响，而以弯曲、扭转变形为主） 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。
Fy = FH y Fz = FH z
M1 = Fy b = FH y b = 4200 × 0.16 = 672N ∙ m M2 = Fz b = FH z b = 2100 × 0.16 = 336N ∙ m 由图 1 受力分析求支座反力FA y 、FA z 、FC y 、FC z ： MC z = FA y L1 + L2 + FE y a − M1 − Fy L3 = 0
题目：车床主轴设计
一、 课程设计的目的
材料力学课程设计的目的是在于系统学习材料力学后，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，可以使我们将 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综 合应用，又为后继课程打下基础，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。 1） 使所学的材料力学知识系统化， 完整化。 让我们在系统全面复习的基础上， 运用材料力学知识解决工程实际问题。 2）综合运用以前所学的各门课程的知识（高等数学、工程图学、理论力学、 算法语言、计算机等） ，使相关学科的知识有机地联系起来。 3）使我们初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法，为后续课程的 学习打下基础。
由剪力图及弯矩图可知 C 点为危险点且： MC = M C y 2 + MC Z 2 = 6512 + 1153.612 = 1324.62N ∙ m
1.根据第三强度理论校核：
σr3 =
M C 2 +M e 2 W
≤ σ = 150MPa
D1 ≥ 4.91 × 10−2 m
且 W

32
D 3 (1 4 )
=
9549×5.0 500 Me R
= 95.49N ∙ m = 795.75N
由Me = Ft ∙ R可得Ft = 由斜齿轮受力分析得：
=
95.49 0.12
Fr =
Ft ∙ tanα 795.75 × 0.364 = = 294.06N cosβ 0.985
则有：FE y = Ft sinθ − Fr cosθ = 795.75 × 0.707 − 294.06 × 0.707 = 354.69N FE z = Ft cosθ + Fr sinθ = 795.75 × 0.707 + 294.06 × 0.707 = 770.50N
代入数据解得：
2.由刚度对轴校核： 利用图乘法
i 1 n
i M ci
EI
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,其弯矩图如下图所 示：
ω1=278.22
ω2=7.39
ω3=123.65
ω4=36.12
ω5=100.8
Mc1 =0.082 Mc2 =0.141 Mc3 =0.1365 Mc4 =0.1 Mc5 =0.075
∴ FA y = 1908.24N MA Z = FC y L1 + L2 + FE y L1 + L2 − a + M1 + Fy （L1 + L2 + L3 ） = 0 ∴ FC y = −6462.93N MC y = FA Z L1 + L2 + FE Z a + M2 + FZ L3 = 0 ∴ FA Z = −1126.45N MA y = FC Z L1 + L2 + FE Z L1 + L2 − a − M2 − FZ （L1 + L2 + L3 ） = 0 ∴ FC Z = 2455.95N 根据已知分别作 Y、Z 方向的剪力图与弯矩图，如下图：