材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)--單缸柴油機(jī)曲軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)及剛度計(jì)算、疲勞強(qiáng)度校核

1、<p><b>　　材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　專業(yè)：</b></p><p><b>　　班級(jí)：</b></p><p><b>　　作者： </b></p><p>　　題目：?jiǎn)胃撞裼蜋C(jī)曲軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)及剛度計(jì)算、疲勞

2、強(qiáng)度校核</p><p><b>　　指導(dǎo)老師：</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)的目的</b></p><p>　　材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的目的是在于系統(tǒng)學(xué)習(xí)材料力學(xué)后，能結(jié)合工程中的實(shí)際問(wèn)題，運(yùn)用材料力學(xué)的基本理論和計(jì)算方法，獨(dú)立地計(jì)算工程中的典型零部件，以達(dá)到綜合運(yùn)用材料力學(xué)的知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題之目的。同時(shí)，

3、可以使我們將材料力學(xué)的理論和現(xiàn)代計(jì)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(jì)算方法，又提高了分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力；既把以前所學(xué)的知識(shí)綜合應(yīng)用，又為后繼課程打下基礎(chǔ)，并初步掌握工程中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，對(duì)實(shí)際工作能力有所提高。</p><p>　　1）使所學(xué)的材料力學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化，完整化。讓我們?cè)谙到y(tǒng)全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用材料力學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題。</p><p>　　

4、2）綜合運(yùn)用以前所學(xué)的各門(mén)課程的知識(shí)（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)等），使相關(guān)學(xué)科的知識(shí)有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)。</p><p>　　3）使我們初步了解和掌握工程實(shí)踐中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求</p><p>　　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(dú)立分析、判斷設(shè)計(jì)題目的已知所求問(wèn)

5、題，畫(huà)出受力分析計(jì)算簡(jiǎn)圖和內(nèi)力圖，列出理論依據(jù)并導(dǎo)出計(jì)算公式，獨(dú)立編制計(jì)算程序，通過(guò)計(jì)算機(jī)給出計(jì)算結(jié)果，并完成設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　某柴油機(jī)曲軸可以簡(jiǎn)化為下圖所示的結(jié)構(gòu)，材料為球墨鑄鐵(QT450-5)彈性常數(shù)為E、μ，許用應(yīng)力為[σ]，G處輸入轉(zhuǎn)矩為，曲軸頸中點(diǎn)受切向力、徑向力的作用，且=。曲柄臂簡(jiǎn)化為矩

6、形截面，1.4≤≤1.6，2.5≤≤4, =1.2r,已知數(shù)據(jù)如下表：</p><p><b>　　畫(huà)出曲軸的內(nèi)力圖。</b></p><p>　　設(shè)計(jì)曲軸頸直徑d，主軸頸直徑D。</p><p><b>　　校核曲柄臂的強(qiáng)度。</b></p><p>　　校核主軸頸H-H截面處的疲勞強(qiáng)度，取疲勞安

7、全系數(shù)n=2。鍵槽為端銑 加工，主軸頸表面為車(chē)削加工。</p><p>　　用能量法計(jì)算A-A截面的轉(zhuǎn)角,。</p><p><b>　　畫(huà)出曲軸的內(nèi)力圖</b></p><p><b>　　外力分析</b></p><p>　　畫(huà)出曲軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，計(jì)算外力偶矩</p><

8、;p>　　Me=9549=9549*=1003</p><p><b>　　==16717N</b></p><p><b>　　==8358N</b></p><p><b>　　計(jì)算反力</b></p><p>　　在XOY平面內(nèi)：==5188N</p>

9、<p><b>　　==3170N</b></p><p>　　在XOE平面內(nèi)：==10376N</p><p><b>　　==6341N</b></p><p><b>　　（2） 內(nèi)力分析</b></p><p>　　①主軸頸的EG左端（1-1）截面最危險(xiǎn)，受

10、扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲</p><p><b>　　=m=1003</b></p><p><b>　　=*（–）=913</b></p><p><b>　　=*（–）=456</b></p><p>　?、谇跠E段下端（2-2）截面最危險(xiǎn)，受扭轉(zhuǎn)、兩向彎曲和壓縮</p&g

11、t;<p><b>　　=m=1003</b></p><p><b>　　=*（–）=913</b></p><p><b>　　=*（–）=456</b></p><p><b>　　==3170N</b></p><p>　　③曲柄頸C

12、D段中間截面（3-3）最危險(xiǎn)，受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲</p><p><b>　　=*r=623</b></p><p><b>　　=*=1141</b></p><p><b>　　=*=571</b></p><p>　　圖如下圖（不計(jì)內(nèi)力彎曲切應(yīng)力，彎矩圖畫(huà)在受壓側(cè)）：<

13、;/p><p>　　（單位： 力—N 力矩—）</p><p>　　設(shè)計(jì)曲軸頸直徑d和主軸頸直徑D</p><p>　?。?）主軸頸的危險(xiǎn)截面為EF的最左端，受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲</p><p>　　根據(jù)主軸頸的受力狀態(tài)，可用第三強(qiáng)度理論計(jì)算</p><p><b>　　=≤[]</b></p&g

14、t;<p><b>　　其中=</b></p><p>　　得D≥49.5mm取D=50mm</p><p>　　(2)曲柄頸CD屬于圓軸彎扭組合變形，由第三強(qiáng)度理論，在危險(xiǎn)截面1-1中：</p><p>　　得 故取 </p><p><b>　　校核曲柄臂的強(qiáng)度</b>

15、;</p><p>　　(1)（具體求解通過(guò)C語(yǔ)言可得，見(jiàn)附錄）</p><p>　　由程序得h,b的最佳值為 ，。</p><p><b>　　查表得 ，</b></p><p>　　(2)曲柄臂的強(qiáng)度計(jì)算</p><p>　　曲柄臂的危險(xiǎn)截面為矩形截面，且受扭轉(zhuǎn)、兩向彎曲及軸力作用（不計(jì)剪

16、力），曲柄臂上的危險(xiǎn)截面2-2的應(yīng)力分布圖如下圖：</p><p>　　根據(jù)應(yīng)力分布圖可判定出可能的危險(xiǎn)點(diǎn)為，，。</p><p>　　點(diǎn)： 點(diǎn)處于單向應(yīng)力狀態(tài)</p><p>　　所以點(diǎn)滿足強(qiáng)度條件。</p><p>　　點(diǎn)： 點(diǎn)處于二向應(yīng)力狀態(tài)，存在扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力</p><p>　　點(diǎn)的正應(yīng)力為軸向力和繞z軸的

17、彎矩共同引起的</p><p><b>　　由第三強(qiáng)度理論</b></p><p><b>　　∵ </b></p><p>　　所以點(diǎn)滿足強(qiáng)度條件。</p><p>　　點(diǎn)： 點(diǎn)處于二向應(yīng)力狀態(tài)</p><p><b>　　根據(jù)第三強(qiáng)度理論</b>

18、;</p><p>　　所以點(diǎn)滿足強(qiáng)度條件。</p><p>　　綜上，曲柄臂滿足強(qiáng)度條件。</p><p>　　校核主軸頸H-H截面處的疲勞強(qiáng)度</p><p><b>　　由題意 </b></p><p><b>　　查表得 </b></p>&l

19、t;p>　　已知 </p><p><b>　　FH處只受扭轉(zhuǎn)作用</b></p><p>　　所以，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)。</p><p><b>　　安全系數(shù)</b></p><p>　　所以，H-H截面的疲勞強(qiáng)度足夠。</p><p>　　用

20、能量法計(jì)算A-A截面的轉(zhuǎn)角,</p><p>　　采用圖乘法分別求解A-A截面的轉(zhuǎn)角,。</p><p>　　求： 在截面A加一單位力偶矩。并作出單位力偶矩作用下的彎矩圖 與外載荷作用下的彎矩圖如下（畫(huà)在受壓一側(cè)）：</p><p><b>　　由平衡方程得</b></p><p><b>

21、;　　B點(diǎn)的彎矩為</b></p><p><b>　　E點(diǎn)的彎矩為</b></p><p><b>　　由圖乘法：</b></p><p><b>　　， 查表得 </b></p><p>　?。?）求：在截面A加一單位力偶矩。并作出單位力偶矩作用下的彎矩圖 與外

22、載荷作用下的彎矩圖如下（畫(huà)在受壓一側(cè)）：</p><p><b>　　同理得： </b></p><p><b>　　由圖乘法：</b></p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　求解h，b的C語(yǔ)言程序如下：</p><p>

23、　　include<math.h></p><p>　　#include<stdio.h></p><p>　　#define G 1000</p><p>　　#define D 50</p><p>　　#define Y 120</p><p><b>　　main()</

24、b></p><p>　　{float Mz,My,Mx,F;</p><p>　　float Z1,Z2,Z3,Q2,Q3,Y2,Y3;</p><p>　　float h,b,h1,b1;</p><p>　　float a,r;</p><p>　　float s,m=1.6*D*0.4*1.6*D;<

25、;/p><p>　　printf("input Mx,My,Mz,F:\n");</p><p>　　scanf("%f%f%f%f",&Mx,&My,&Mz,&F);</p><p>　　for(h=1.4*D;h<=1.6*D;h=h+0.01)</p><p>　

26、　for(b=0.25*h;b<=0.4*h;b=b+0.01)</p><p>　　{if(h/b>=2.5&&h/b<=3)</p><p>　　{a=0.213+0.018*h/b;</p><p>　　r=0.837-0.028*h/b;}</p><p>　　if(h/b>=3&&am

27、p;h/b<=4)</p><p>　　{a=0.222+0.015*h/b;</p><p>　　r=0.777-0.008*h/b ;}</p><p>　　Z1=F/(b*h)+6*G*Mz/(b*b*h)+6*G*Mx/(b*h*h) ;</p><p>　　Z2=F/(b*h)+6*G*Mz/(b*b*h);</p>

28、;<p>　　Z3=F/(b*h)+6*G*Mx/(b*h*h) ;</p><p>　　Q2=G*My/(b*b*h*a) ;</p><p><b>　　Q3=r*Q2;</b></p><p>　　Y2=sqrt(Z2*Z2+4*Q2*Q2);</p><p>　　Y3=sqrt(Z3*Z3+4*Q3

29、*Q3);</p><p>　　if(Z1<=Y&&(Y2-Y)/Y<0.05&&(Y3-Y)/Y<0.05)</p><p><b>　　{s=h*b;</b></p><p><b>　　if(s<m)</b></p><p>　　{m=s

30、;h1=h;b1=b;}}}</p><p>　　printf("get the result:\n" );</p><p>　　printf("h=%5.2fmm\nb=%5.2fmm\nm=%7.2fmm",h=h1,b=b1,m);}</p><p><b>　　設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p>