曲柄軸的強度設計、疲勞強度校核及剛度計算說明書

1、 材料力學課程設計設計計算說明書設計題目：曲柄軸的強度設計、疲勞強度校核及剛度計算 目錄一、 材料力學課程設計的目的2二、 材料力學課程設計的任務和要求3三、 設計計算說明書的要求3四、 分析討論及說明部分的要求4五、 程序計算部分的要求4六、 設計題目5七、 設計內容6（1） 畫出曲柄軸的內力圖- 7 （二）設計曲柄頸直徑d，主軸頸直徑d- 9（三）校核曲柄臂的強度-10（四）校核主軸頸的疲勞強度- 14（五）用能量法計算a截面的轉角- 15（六）計算機程序- 17八、設計體會-21九、參考文獻-21一、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，

2、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；既能對以前所學的知識（高等數(shù)學、工程圖學、理論力學、算法語言、計算機和材料力學等）的綜合應用，又為后繼課程（機械設計、專業(yè)課等）得學習打下基礎，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。2、 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。3、 由于選課力求綜合專業(yè)實際，因

3、而課程設計可以把材料力學知識與專業(yè)需要結合起來。4、 綜合運用以前所學的各門課程的知識（高等數(shù)學、工程圖學、理論力學、算法語言等），使相關學科的知識有機地聯(lián)系起來。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 斷設計題目的已知條件和所求問題，畫出受力分析計算簡圖和內力圖， 列出理論依據并導出計算公式，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、設計計算說明書的要求 設計計算說明書是該題目設計思想、設計方法和設計結果的說明，要求書寫工整，語言簡練，條理清晰、明確，表達完整。具體內容應包括：1. 設計題目的已知條件、所求及零件圖。2.

4、 畫出構建的受力分析計算簡圖，按比例標明尺寸、載荷及支座等。3. 靜不定結構要畫出所選擇的基本靜定系統(tǒng)及與之相應的全部求解過程。4. 畫出全部內力圖，并標明可能的各危險截面。5. 危險截面上各種應力的分布規(guī)律圖及由此判斷各危險點處的應力狀態(tài)圖。6. 各危險點的主應力大小及主平面位置。7. 選擇強度理論并建立強度條件。8. 列出全部計算過程的理論依據、公式推導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算過程及必要的內力圖和單位力圖。10. 疲勞強度計算部分要說明循環(huán)特性，的計算，所查k，各系數(shù)的依據，疲勞強度校核過程及結果，并繪制構件的持久極限曲線。四、分析討論及說明部分的要

5、求 1.分析計算結果是否合理，并討論其原因、改進措施。2.提出改進設計的初步方案及設想。3.提高強度、剛度及穩(wěn)定性的措施及建議。五、程序計算部分的要求1. 程序框圖。2. 計算機程序（含必要的語言說明及標示符說明）。3. 打印結果（數(shù)據結果要填寫在設計說明書上）。六、設計題 某柴油機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. 畫出曲軸的內力圖。2. 按照強度條件設計主軸頸d和曲軸頸的直徑d。3. 校核曲柄臂的強度。4. 安裝飛輪處為鍵槽，校核主軸頸的疲勞強度，

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. 用能量法計算a端截面的轉角,。（2） 設計數(shù)據（表7-12中第16組數(shù)據）f/knw/knl1/mml2/mml3/mme/mm()206.8360230130100127、 設計內容 外力分析在xoy平面內：mb=0 fay =3119n（下）ma=0 fby =5761n（上）在xoz平面內： mb=0 faz=7626n（外） ma=0 fbz =11937n（外） （一） 內力圖 畫出內力圖。不計彎曲切應力（故未畫剪力圖），彎矩圖畫在受壓處。根據內力圖，確定危險截面。1. 對于主軸頸危險點可能是圖中d

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

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

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

10、的正應力為軸向力和繞z軸的彎矩共同引起的 = = 24.387mpa 根據第三強度理論 =71.870mpa 故點安全點： 與點相類似，正應力為軸向力和繞 y軸的彎矩共同引起的，即 = =28.623mpa = = 23.985mpa = 62.068mpa n = 2 故安全（五）用能量法計算a-a截面的轉角,采用圖乘法分別求解a-a截面的轉角,。 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）： =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）： 查表得 =0.0036 rad=0.206（六）計算機程序#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); /輸出各點在各個方向的力

15、矩f=sqrt(mfx*mfx+mfy*mfy+mfz*mfz);g=32*f/(pi*i);dd=pow(g,1.0/3.0); /根據第三強度理論，計算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); /根據第三強度理論，計算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點強度 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點強度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點強度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點強度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點強度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點強度printf(sr33=%lfpan,sr33);if(s11=i&sr22=i&sr33=n)printf(安全n); /主軸頸的疲勞強度校核程序運行結果：八、設計體會材料力學是一門被各個工程廣泛應用的學科，是通過理論與實驗來進行強度、剛度、穩(wěn)定性以及材料的力學性能的研究。在保證安全、可靠、經濟節(jié)省的前提下，為構件選擇適當?shù)牟牧?，確定合理的截面形狀和尺寸提供基本理論和計算方法。通過這次的課程設計，我對材料力學有了更深一層的認識，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實踐經驗還是比較缺乏，理論聯(lián)系實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。讓我知道了學無止境的道理。我們每一