材料力學課程設計單缸柴油機曲軸

1、一、課程設計的目的材料力學課程設計的目的是在于系統(tǒng)學習材料力學后，能結合工程中的實際問題，運用材料力學的基本理論和計算方法，獨立地計算工程中的典型零部件， 以達到綜合運用材料力學的知識解決工程實際問題之目的。同時，可以使我們將材料力學的理論和現(xiàn)代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；既把以前所學的知識綜 合應用，又為后繼課程打下基礎，并初步掌握工程中的設計思想和設計方法， 對 實際工作能力有所提高。1）使所學的材料力學知識系統(tǒng)化，完整化。讓我們在系統(tǒng)全面復習的基礎上，運用材料力學知識解決工程實際問題。2）綜合運用以前所學的各門課

2、程的知識（高等數(shù)學、工程圖學、理論力學、算法語言、計算機等），使相關學科的知識有機地聯(lián)系起來。3）使我們初步了解和掌握工程實踐中的設計思想和設計方法，為后續(xù)課程的學習打下基礎。二、課程設計的任務和要求要系統(tǒng)復習材料力學課程的全部基本理論和方法， 獨立分析、判斷設計題目 的已知所求問題，畫出受力分析計算簡圖和內力圖，列出理論依據(jù)并導出計算公 式，獨立編制計算程序，通過計算機給出計算結果，并完成設計計算說明書。三、設計題目某柴油機曲軸可以簡化為下圖所示的結構，材料為球墨鑄鐵（QT450-5）彈性常數(shù)為E、卩，許用應力為（T ，G處輸入轉矩為Me，曲軸頸中點受切向力Ft、徑向力Fr的作用，且f需。曲

3、柄臂簡化為矩形截面，*占過但込b過4, l3=1.2r,已知數(shù)據(jù)如下表：l1 / m12 / mE/Gpa4fcr / Mpat_i / Mpa0.110.181500.27120180屮Tz TP/kWn /(r / m in)r / m0.050.7815.52800.06（一）畫出曲軸的內力圖。（二）設計曲軸頸直徑d,主軸頸直徑D（三）校核曲柄臂的強度。n=2。鍵槽為端銑（四）校核主軸頸H-H截面處的疲勞強度，取疲勞安全系數(shù)加工，主軸頸表面為車削加工。（五）用能量法計算A-A截面的轉角小，4。A I eFrFt z332/b 49.5mm取 D=50mm1-1 中:(2)曲柄頸CD屬于圓

4、軸彎扭組合變形，由第三強度理論，在危險截面-r3W33X3Y3Z2 23X M Y M Z332-323 623 11412 571 2小.1- 120MPa 二 d得 d _4 9. mm 故取 d 二50mm3、 校核曲柄臂的強度(1)(具體求解通過C語言可得，見附錄)由程序得h,b的最佳值為 h= 72.32mm，b= 28.92mm。查表得 :=0.2 5,8=0.767(2)曲柄臂的強度計算曲柄臂的危險截面為矩形截面，且受扭轉、兩向彎曲及軸力作用(不計剪力Fq)，曲柄臂上的危險截面2-2的應力分布圖如下圖：根據(jù)應力分布圖可判定出可能的危險點為 D1，D2，D3Di點：Di點處于單向應

5、力狀態(tài)A.M 2X . M 2ZFFy6 m 6 M 2Z2 2 hb h b h b= 50.73MPa 十所以Di點滿足強度條件。D2點：D2點處于二向應力狀態(tài)，存在扭轉切應力M2y913三29=58.5MPa:hb20.258 72.32 28.92 2 10D2點的正應力為軸向力和繞z軸的彎矩共同引起的Fn 2 . M 2Za2w2ZFFy 6 M2Z2hb hb= 46.75MPa 十_3170十6 漢 456-72.32x 28.92 10*72.32匯 28.922 匯 10由第三強度理論；r3 =好臚 4 24 6. 7254 5 8. 5M2P5a 9 9-125.99-12

6、0120100% =4.996% ： 5%所以D2點滿足強度條件D3點:D3點處于二向應力狀態(tài)補=丫1=0. 7675 8-5MP087FN2A2M 2XW2Xeh2b31 70希 1 0036241. 3 M3 a7 2. 32 2 & 92 1 0 x2 8. 9l2 72.3 21 0根據(jù)第三強度理論；二3 - C2 4 2 電24. 8 7 MP8. 7 89所以D3點滿足強度條件。綜上，曲柄臂滿足強度條件。4、校核主軸頸H-H截面處的疲勞強度由題意二b =450MPa查表得K =1 . 43=0已知=1 8 M P a943 8FH處只受扭轉作用= 0.7 8=0.05 n=2min

7、_M 1xWp_M 1x二 D3一 16 352942.10MPa二 4.003 1016max=m i n r :Tmax所以，扭轉切應力為脈動循環(huán)。min2-m i n -4 2.102 1. 0MPa安全系數(shù)丘 ；：.m24.52 n1 4321.05 -0.05 21.050.78 0.9438所以，H-H截面的疲勞強度足夠5、用能量法計算A-A截面的轉角廣z采用圖乘法分別求解A-A截面的轉角dy,二z。(1)求* :在截面A加一單位力偶矩M；。并作出單位力偶矩作用下的彎矩圖 M與外載荷作用下的彎矩圖My如下(畫在受壓一側)：由平衡方程得B點的彎矩為l1E點的彎矩為l1 l20.11

8、0.18 _3.448N扌十3.448。.忙。036 45N mMe 二 Ffzl2 L =3.4480.18 -0.036 =0.497N m由圖乘法:h 二 72.32mm， b 二 28.92mm 查表得：=0.249二 D4曰宀644_42= 150 1095010=45996.19pam44412EE 孟SO 109 “5996.19pam4: dGl t =士 = 150 109 249 論3 滋823 10二 28199.29pa m。 2 1-21 0.27込+Eli i4 Glp1 _i1 _o 7450.11 -0.036768： I+ 0.745 1+1 疋(0.18 0

9、.036 產 913漢?疋 0.49732311 0. 0 36EI3 _21 14 13.7450. 62 1.62 17 68 0.(03764520. 62 191WO497+ (1 1 44 93 0糸0 970. 4 972I3丿Glt710 0.06 0.745 844 0.06 0.497= 3.96 10” rad(2)求冇：在截面A加一單位力偶矩Mz。并作出單位力偶矩作用下的彎矩圖 M與外載荷作用下的彎矩圖Mz如下(畫在受壓一側)：571Fn51883170M e 二 0.497 N m同理得：FFy 二-FAy =3.448N M b 二 0.745N m 由圖乘法:EA

10、二 Ehb=150 109 72.32 29.92 10 =3.25 108pa m2= 21865.70 pa mE 磴 W0 109 7232 E 104212 12ni =1 M ciEIi，i FNciEA1EI1一1fl 0 745-0.11 0.036384： I0.74510.18 0.036456 2 0.497 384 0.06 0.745 456 0.06 0.497EI21 10 745 一 0 6210.036 571 -3840.621384 0.036EI3 _230.745 0.6212571 -4560.0362工(0.621 _0.497)+ 0.497 +4

11、56 工 0.036工30.621 0.49721EA5188 0.06 3.448-3170 0.06 3.4483-3.47 10 rad附錄求解h, b的C語言程序如下：in clude#i nclude#defi ne G 1000#defi ne D 50#defi ne Y 120mai n()float Mz,M y,Mx,F;float Z1,Z2,Z3,Q2,Q3,Y2,Y3;float h,b,h1,b1;float a,r;float s,m=1.6*D*0.4*1.6*D;prin tf(i nput Mx,My,M z, F:n);sca nf(%f%f%f%f,&M

12、x,&My,&Mz,&F);for(h=1.4*D;hv=1.6*D;h=h+0.01)for(b=0.25*h;b=2.5&h/b=3&h/b=4)a=0.222+0.015*h/b;r=0.777-0.008*h/b ;Z1=F/(b*h)+6*G*Mz/(b*b*h)+6*G*Mx/(b*h*h);Z2=F/(b*h)+6*G*Mz/(b*b*h);Z3=F/(b*h)+6*G*Mx/(b*h*h);Q2=G*My/(b*b*h*a);Q3=r*Q2;Y2=sqrt(Z2*Z2+4*Q2*Q2);Y3=sqrt(Z3*Z3+4*Q3*Q3);if(Z1=Y&(Y2-Y)/Y0.05&(Y3-Y)/Y0.05)s=h*b;if(sm)m=s;h1=h;b1=b;prin tf(get the result: n);prin tf(h=%5.2fmmnb=%5.2fmmnm=%7.2fmm,h=h