曲柄軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)、疲勞強(qiáng)度校核及剛度計(jì)算說明書

1、 材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書設(shè)計(jì)題目：曲柄軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)、疲勞強(qiáng)度校核及剛度計(jì)算 目錄一、 材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的目的2二、 材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求3三、 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書的要求3四、 分析討論及說明部分的要求4五、 程序計(jì)算部分的要求4六、 設(shè)計(jì)題目5七、 設(shè)計(jì)內(nèi)容6（1） 畫出曲柄軸的內(nèi)力圖- 7 （二）設(shè)計(jì)曲柄頸直徑d，主軸頸直徑d- 9（三）校核曲柄臂的強(qiáng)度-10（四）校核主軸頸的疲勞強(qiáng)度- 14（五）用能量法計(jì)算a截面的轉(zhuǎn)角- 15（六）計(jì)算機(jī)程序- 17八、設(shè)計(jì)體會-21九、參考文獻(xiàn)-21一、課程設(shè)計(jì)的目的 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)際問題，

2、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)的知識解決工程實(shí)際問題之目的。同時(shí)，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，又提高了分析問題，解決問題的能力；既能對以前所學(xué)的知識（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計(jì)算機(jī)和材料力學(xué)等）的綜合應(yīng)用，又為后繼課程（機(jī)械設(shè)計(jì)、專業(yè)課等）得學(xué)習(xí)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，對實(shí)際工作能力有所提高。1、 使所學(xué)的材料力學(xué)知識系統(tǒng)化，完整化。2、 在系統(tǒng)全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用材料力學(xué)知識解決工程實(shí)際問題。3、 由于選課力求綜合專業(yè)實(shí)際，因

3、而課程設(shè)計(jì)可以把材料力學(xué)知識與專業(yè)需要結(jié)合起來。4、 綜合運(yùn)用以前所學(xué)的各門課程的知識（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言等），使相關(guān)學(xué)科的知識有機(jī)地聯(lián)系起來。二、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求 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)題目的已知條件和所求問題，畫出受力分析計(jì)算簡圖和內(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，通過計(jì)算機(jī)給出計(jì) 算結(jié)果，并完成設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。三、設(shè)計(jì)計(jì)算說明書的要求 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書是該題目設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)結(jié)果的說明，要求書寫工整，語言簡練，條理清晰、明確，表達(dá)完整。具體內(nèi)容應(yīng)包括：1. 設(shè)計(jì)題目的已知條件、所求及零件圖。2.

4、 畫出構(gòu)建的受力分析計(jì)算簡圖，按比例標(biāo)明尺寸、載荷及支座等。3. 靜不定結(jié)構(gòu)要畫出所選擇的基本靜定系統(tǒng)及與之相應(yīng)的全部求解過程。4. 畫出全部內(nèi)力圖，并標(biāo)明可能的各危險(xiǎn)截面。5. 危險(xiǎn)截面上各種應(yīng)力的分布規(guī)律圖及由此判斷各危險(xiǎn)點(diǎn)處的應(yīng)力狀態(tài)圖。6. 各危險(xiǎn)點(diǎn)的主應(yīng)力大小及主平面位置。7. 選擇強(qiáng)度理論并建立強(qiáng)度條件。8. 列出全部計(jì)算過程的理論依據(jù)、公式推導(dǎo)過程以及必要的說明。9. 對變形及剛度分析并寫明所用的能量法計(jì)算過程及必要的內(nèi)力圖和單位力圖。10. 疲勞強(qiáng)度計(jì)算部分要說明循環(huán)特性，的計(jì)算，所查k，各系數(shù)的依據(jù)，疲勞強(qiáng)度校核過程及結(jié)果，并繪制構(gòu)件的持久極限曲線。四、分析討論及說明部分的要

5、求 1.分析計(jì)算結(jié)果是否合理，并討論其原因、改進(jìn)措施。2.提出改進(jìn)設(shè)計(jì)的初步方案及設(shè)想。3.提高強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的措施及建議。五、程序計(jì)算部分的要求1. 程序框圖。2. 計(jì)算機(jī)程序（含必要的語言說明及標(biāo)示符說明）。3. 打印結(jié)果（數(shù)據(jù)結(jié)果要填寫在設(shè)計(jì)說明書上）。六、設(shè)計(jì)題 某柴油機(jī)曲軸材料為球墨鑄鐵（qt400-10），=120mpa，曲柄臂抽象為矩形（如圖），h=1.2d，b/h=2/3（左、右臂尺寸相同），l=1.5e，l4=0.5l。（一）要求：1. 畫出曲軸的內(nèi)力圖。2. 按照強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)主軸頸d和曲軸頸的直徑d。3. 校核曲柄臂的強(qiáng)度。4. 安裝飛輪處為鍵槽，校核主軸頸的疲勞強(qiáng)度，

6、取疲勞安全系數(shù)n=2。鍵槽為端銑加工，軸頸表面為車削加工，-1=160mpa,。5. 用能量法計(jì)算a端截面的轉(zhuǎn)角,。（2） 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)（表7-12中第16組數(shù)據(jù)）f/knw/knl1/mml2/mml3/mme/mm()206.8360230130100127、 設(shè)計(jì)內(nèi)容 外力分析在xoy平面內(nèi)：mb=0 fay =3119n（下）ma=0 fby =5761n（上）在xoz平面內(nèi)： mb=0 faz=7626n（外） ma=0 fbz =11937n（外） （一） 內(nèi)力圖 畫出內(nèi)力圖。不計(jì)彎曲切應(yīng)力（故未畫剪力圖），彎矩圖畫在受壓處。根據(jù)內(nèi)力圖，確定危險(xiǎn)截面。1. 對于主軸頸危險(xiǎn)點(diǎn)可能是圖中d

7、點(diǎn)，則d點(diǎn)處受彎曲和扭轉(zhuǎn)，有： md1x = = 1565nm md1y =2030nm md1z =1061nm2. 曲柄頸中間截面c最危險(xiǎn)，受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲,有：mcx = 610 nm mcy =2898nm mcz =1123nm3. 曲柄臂受到軸力作用，危險(xiǎn)點(diǎn)可能也是圖中d或e點(diǎn)，有: md2x = 1565nm mex=610nm md2y =2030nm mey=2288nm md2z =1061nm mez=936nm fnd =1039n fne=3119n（二）設(shè)計(jì)主軸頸直徑d和曲軸頸直徑d 1.校核主軸頸d主軸頸的危險(xiǎn)截面為d處，進(jìn)行校核。根據(jù)主軸頸的受力狀態(tài)用第三強(qiáng)度理

8、論計(jì)算= 其中= 120mpa 求得d61.75mm 則d=70mm 2.校核曲軸頸直徑d 在曲軸頸上，危險(xiǎn)截面位于中間截面c處，對此處進(jìn)行分析，受兩向彎曲和扭轉(zhuǎn)作用。根據(jù)受力情況，同樣應(yīng)用第三強(qiáng)度理論進(jìn)行校核，有：=m= 其中=求得d63.58mm 即d=64mm 則有d=70mm，d=64mm h=84mm, b=56mm(三)校核曲柄臂的強(qiáng)度 由題可得：h/b=3/2 經(jīng)查表可得，=0.231 =0.196 =0.858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)剪力），曲柄臂上的危險(xiǎn)截面可能為c端或者e端，分別對其進(jìn)行檢驗(yàn)。左臂，即檢驗(yàn)頂端e處。根據(jù)應(yīng)力分布圖可判定出

9、可能的危險(xiǎn)點(diǎn)為，。點(diǎn)： 點(diǎn)處于單向拉伸應(yīng)力狀態(tài)= = =31.245mpa 所以點(diǎn)滿足強(qiáng)度條件。 點(diǎn)： 點(diǎn)處于二向應(yīng)力狀態(tài)，存在扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 = 37.600mpa 點(diǎn)的正應(yīng)力為軸向力和繞z軸的彎矩共同引起的 = =21.982mpa 由第三強(qiáng)度理論 所以點(diǎn)滿足強(qiáng)度條件。點(diǎn)： 點(diǎn)處于二向應(yīng)力狀態(tài) = = 9.926 mpa 根據(jù)第三強(qiáng)度理論 =65.281mpa 所以點(diǎn)滿足強(qiáng)度條件。即e處截面強(qiáng)度滿足條件 右臂，即檢驗(yàn)底端d處。根據(jù)應(yīng)力分布圖可判定出可能的危險(xiǎn)點(diǎn)為，。點(diǎn): 處于單向壓縮，正應(yīng)力為代數(shù)和。 = =28.013mpa 故點(diǎn)安全點(diǎn): 點(diǎn)有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， = = = 33.360mpa 點(diǎn)

10、的正應(yīng)力為軸向力和繞z軸的彎矩共同引起的 = = 24.387mpa 根據(jù)第三強(qiáng)度理論 =71.870mpa 故點(diǎn)安全點(diǎn)： 與點(diǎn)相類似，正應(yīng)力為軸向力和繞 y軸的彎矩共同引起的，即 = =28.623mpa = = 23.985mpa = 62.068mpa n = 2 故安全（五）用能量法計(jì)算a-a截面的轉(zhuǎn)角,采用圖乘法分別求解a-a截面的轉(zhuǎn)角,。 1.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（畫在受拉一側(cè)）： =0.0096 rad=0.550 2.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（畫在

11、受壓一側(cè)）： 查表得 =0.0036 rad=0.206（六）計(jì)算機(jī)程序#include#include#define pi 3.1415926#define n 2#define i 120e6#define e 150e9int main() /主函數(shù)int angle,d,d;double temps,tempc,fy,fz,mx,e,l,l1,l2,l3,l4,f,fay,faz,fby,fbz,w,mcz,mfz,mhz,mcy,mfy,mhy,mdx,mfx,mx1,my1,mz1,mx2,my2,mz2,dd,g,f,dd,h,b,a,s1,s2,s3,t2,t3,a,sr2,s

12、r3,r,s11,s22,s33,t22,t33,sr22,sr33,tmax,tmin,r,tm,ta,nt,t,kt,et,b,pt;printf(請輸入f,alfa,w,l1,l2,l3,en);printf(f單位為kn，f=);scanf(%lf,&f);printf(w單位為kn,w=);scanf(%lf,&w);printf(l1單位為m,l1=);scanf(%lf,&l1);printf(l2單位為m,l2=);scanf(%lf,&l2); /輸入數(shù)據(jù)printf(l3單位為m,l3=);scanf(%lf,&l3);printf(e單位為m,e=);scanf(%lf,

13、&e);printf(alfa單位為度，alfa=);scanf(%d,&angle);temps=sin(12*pi/180); tempc=cos(12*pi/180);fy=f*temps; /求兩個(gè)方向分力fz=f*tempc;mx=fz*e;printf(fy=%lfnfz=%lfnmx=%lfn,fy,fz,mx);fbz=fz*l1/(l1+l2);fby=(w*(l1+l2+l3)-fy*l1)/(l1+l2);faz=l2*fz/(l1+l2); /求各點(diǎn)支座反力fay=(fy*l2+w*l3)/(l1+l2);printf(支座反力(單位kn):nfay=%lfnfaz=%

14、lfnfby=%lfnfbz=%lfn,fay,faz,fby,fbz); l=1.5*e;l4=0.5*l;mcz=fay*(l1-l/2);mfz=w*(l2+l3-l/2)-fby*(l2-l/2);mhz=fay*l1;mcy=faz*(l1-l/2);mfy=fbz*(l2-l/2);mhy=faz*l1;mdx=faz*e;mfx=fz*e;printf(力矩(單位kn/m):nmcz=%fnmfz=%fnmhz=%fnmcy=%fnmfy=%fnmhy=%fnmdx=%fnmfx=%fn,mcz,mfz,mhz,mcy,mfy,mhy,mdx,mfx); /輸出各點(diǎn)在各個(gè)方向的力

15、矩f=sqrt(mfx*mfx+mfy*mfy+mfz*mfz);g=32*f/(pi*i);dd=pow(g,1.0/3.0); /根據(jù)第三強(qiáng)度理論，計(jì)算d的最小值f=sqrt(mdx*mdx+mhy*mhy+mhz*mhz);g=32*f/(pi*i);dd=pow(g,1.0/3.0); /根據(jù)第三強(qiáng)度理論，計(jì)算d的最小值printf(d=%.5lfm,d=%.5lfmn,10*dd,10*dd);d=(int)(1000*dd);d=(int)(1000*dd);if(d%2=0) d=d+2; /d取整取偶else d=d+1;if(d%2=0) d=d+2;else d=d+1;

16、/d取整取偶printf(故d取%dmm,d取%dmm n,10*d,10*d);a=0.231;r=0.858;h=1.2*(double)d/1000;b=2*h/3;a=h*b;s1=fay/a+faz*e*6/(h*h*b)+fay*6*(l1-l4)/(b*b*h); /校核左曲軸臂d1點(diǎn)強(qiáng)度 printf(sr1=%.2lfpa,s1);s2=fay/a+fay*(l1-l4)*6/(b*b*h); t2=faz*(l1-l4)/(a*h*b*b);sr2=sqrt(s2*s2+4*t2*t2); /校核左曲軸臂d2點(diǎn)強(qiáng)度printf(sr2=%lfpa,sr2);t3=r*t2;

17、s3=fay/a+faz*e*6/(h*h*b);sr3=sqrt(s3*s3+4*t3*t3); /校核左曲軸臂d3點(diǎn)強(qiáng)度printf(sr3=%lfpan,sr3);if(s1=i&sr2=i&sr3=i)printf(左曲軸臂安全n);s11=(w-fby)/a+mfx*6/(h*h*b)+mfz*6/(h*b*b); /校核右曲軸臂d1點(diǎn)強(qiáng)度printf(sr11=%lfpa,s11);s22=(w-fby)/a+mfz*6/(h*b*b);t22=mfy/(a*h*b*b);sr22=sqrt(s22*s22+4*t22*t22); /校核右曲軸臂d2點(diǎn)強(qiáng)度printf(sr22=%

18、lfpa,sr22);s33=(w-fby)/a+mfx*6/(h*h*b);t33=r*t22;sr33=sqrt(s33*s33+4*t33*t33); /校核右曲軸臂d3點(diǎn)強(qiáng)度printf(sr33=%lfpan,sr33);if(s11=i&sr22=i&sr33=n)printf(安全n); /主軸頸的疲勞強(qiáng)度校核程序運(yùn)行結(jié)果：八、設(shè)計(jì)體會材料力學(xué)是一門被各個(gè)工程廣泛應(yīng)用的學(xué)科，是通過理論與實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性以及材料的力學(xué)性能的研究。在保證安全、可靠、經(jīng)濟(jì)節(jié)省的前提下，為構(gòu)件選擇適當(dāng)?shù)牟牧希_定合理的截面形狀和尺寸提供基本理論和計(jì)算方法。通過這次的課程設(shè)計(jì)，我對材料力學(xué)有了更深一層的認(rèn)識，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是比較缺乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還急需提高。對我而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。讓我知道了學(xué)無止境的道理。我們每一