材料力學課程設計最終稿

1、 作業(yè)號： 材料力學課程設計汽車工程學院工業(yè)設計 班級：420908作者：宋義題目：單缸柴油機曲軸的強度設計及剛度計算、疲勞強度校核題號：7-2-1-30指導老師：聶毓琴 2011年10月18號23目錄一材料力學課程設計的目的，任務，要求3二設計題目4三曲軸的內(nèi)力圖6四設計曲軸頸直徑d，主軸頸直徑D10五校核曲柄臂的強度11六校核主軸頸H-H處的疲勞強度13七能量法計算A-A截面的轉(zhuǎn)角y，z14八設計體會18九附錄19一 課程設計目的，任務，要求目的材料力學課程設計的目的在于系統(tǒng)學習材料力學后，能結(jié)合工程中實際問題，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

2、材料力學的知識解決工程實際問題之目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，又為后續(xù)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。任務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工程。2） 綜合運用以前所學的各門課程（高數(shù)，工圖，理論力學，C語言等）使相關(guān)學科的知識有機的聯(lián)系起來。3） 是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。要求要系統(tǒng)復習材料力學課程的全部理論和方法，獨立分析，判斷設計題目的已知所求問題，畫出

3、受力分析圖和內(nèi)力圖，列出理論依據(jù)，導出計算公式，獨立編制計算程序，通過計算給出計算結(jié)果，并完成計算說明書。 二 設計題目7.2.1單缸柴油機曲軸的強度設計及剛度計算，疲勞強度校核某柴油機曲軸可以簡化為圖72所示結(jié)構(gòu)，材料為球墨鑄鐵（QJ4505），彈性常數(shù)E、，許用應力為，G處輸入轉(zhuǎn)矩為Me，曲軸頸中點受切向力Ft，徑向力Fr的作用，且Fr=Ft/2。曲柄臂簡化為矩形截面，1.41.6，2.54，=1.2r,已知數(shù)據(jù)如下表。表7-3 固定數(shù)據(jù)0.110.181500.27120180 0.050.78143800.07要求：1） 畫出曲軸受力圖。2） 設計曲軸頸直徑d，主軸頸直徑D。3） 校核

4、曲柄臂的強度。4） 校核主軸頸H-H截面處的疲勞強度，取疲勞安全系數(shù)n=2，鍵槽為端銑加工，主軸頸表面為車削加工。5） 用能量法計算A-A截面的轉(zhuǎn)角y，z。三 曲軸的內(nèi)力圖（1） 外力分析：如圖7-3由公式 Me=9549*P/n 得Me=9549*14/380=351.81N.m由外力矩M外=0 得Ft*r=Me Ft=351.81/0.07=5025.79N Fr=Ft/2=2512.89N計算支反力在XOY面內(nèi) 對F處求矩 FAy(l1+l2)=Fr*l2 FAy=1559.73N 對A處求矩 FFy(l1+l2)=Fr*l1 FFy=953.17N在XOZ面內(nèi) 對F處求矩 FAz(l1

5、+l2)=Ft*l2 FAz=3119.45N 對A處求矩 FFz(l1+l2)=Ft*l1 FFz=1906.034N（2） 內(nèi)力分析1） 分析Mx a：對于主軸頸左端Mx=0，右端 Mx=351.81N.m b：對于曲柄臂來說 Mx=Me=351.8N.m C：對于主軸頸來說 Mx=FAz*r=218.36N.m2) 分析My a 主軸頸右 My=FFz(l2-l3/2)=263.07N.m 左 My=FFz(l1-l3/2)=212.12N.m b 曲柄臂 My=FFz(l2-l3/2)=263.07N.m C 曲軸頸 My=FAz*l1=343.14N.m3) 分析Mz a 主軸頸左

6、Mz=FAy(l1-l3/2)=106.06N.m 右 Mz=FFy（l2-l3/2)=131.54N.m b 曲柄臂 Mz=131.54N.m c 曲軸頸 Mz=FAy*l1=171.57N.m4) 分析FN a 對于主軸頸與曲軸頸 FN=0 b 對于曲柄臂 FN1=FAy FN2=FFy 四個圖即為所求。四 設計曲軸頸直徑d，主軸頸直徑D1) 根據(jù)前面內(nèi)力圖，可知主軸頸EF段最左端截面為危險截面，同時受彎扭組合。由第三強度理論得：= 其中=代入數(shù)據(jù)得 D0.0339m D取34mm2） 同理可得 曲軸頸 中間截面為危險截面，也是彎扭組合由第三強度理論得：代入數(shù)據(jù)得 d0.0335m d取3

7、4mm五 校核曲柄臂的強度（1） （具體過程見附錄） 由C語言得h=50.30 b=20.12 查表計算得 =0.258 =0.767 =0.249（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(zhuǎn)，兩向彎曲及軸力作用，曲柄臂的危險截面2-2的應力分布圖如下根據(jù)應力分布圖可以確定危險點為D1,D2,D3a：D1點處于單向應力狀態(tài) =57.91MPa =120MPa所以D1點滿足強度條件。b：D2點處于二向應力狀態(tài)，存在扭轉(zhuǎn)切應力。=M2y/(hbb)=50.08MPa=FN2/A2+M2z/W2z=38.77MPa 由第三強度理論知 r3=(*+4*)=92.31MPa所以所以D2

8、不滿足強度條件。c: D3點處于二向應力狀態(tài)，由短邊中點切應力=是短邊上最大切應力并=*max得=38.41MPa=FN2/A2+M2x/W2x=42.41MPar3=(*+4*)=87.75MPa=120MPa所以D3滿足強度條件。六 校核主軸頸H-H處的疲勞強度由題意知 b=450MPa查表知K=1.3 =0.9438已知-1=180MPa =0.78 =0.05 n=2FH處只受扭作用 min= -Me/Wp= -45.59MPa max=0r=min/max=- 為脈動循環(huán)。a= -m=-min/2=+22.79MPan=-1/(K*a/*+*m)=4.6>n=2所以安全。七 能

9、量法計算A-A界面的轉(zhuǎn)角y，z分析可知 可采用圖乘法求解A-A截面的轉(zhuǎn)角y，z。（1） 求y：在A-A截面處Y方向加一單位力偶矩=1，并作出彎矩圖與外載荷作用下的彎矩圖My。My由平衡方程知B點彎矩為1-3.448*（0.11-0.6*0.07）=0.766NmE點彎矩為3.448*（0.18-0.6*0.07）=0.476Nm由圖形互乘法得EI1=E*D4/64=9839.59pa.m4EI3=E*d4/64=9839.59pa.m4GI=E*h*b3/2*(1+)=6006.38pa.m4=(l1-l3/2)*212.12*0.844/2+(l2-l3/2)*263.07*0.317/2/

10、EI1+l3*(343.14-212.12)*0.524/4+212.12*(0.766+0.621)*l3/4+(343.14-263.07)*0.573*l3/4+l3*(0.621+0.476)*263.07/4/EI3+(212.12*0.07*0.766+263.07*0.07*0.476)/GI=6.04*10-3求z 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Mz如下同理可得 MBz=0.766N.m MEz=0.476N.m由圖乘法得 EA=E*h*b=1.52*108pa.m2 EI2=E*h*b3/12=5121.08pa.m4 =106.

11、06*(0.11-0.6*0.07)*0.844*0.5+131.54*(0.18-0.6*0.07)*0.317*0.5/EI1+(106.06*0.07*0.766+131.54*0.07*0,476)/EI2+0.5*0.6*0.07*(171.57-106.06)*0.669+106.06*0.6*0.07*(0.766+0.621)*0.5+0.5*0.6*0.07*(171.57-131.54)*0.573+131.54*0.6*0.07*(0.621+0.476)*0.5/EI3+(1559.73*0.6*0.07*3.448-953.17*3.448*0.6*0.07)/EA=

12、3.34*10-3八 設計體會通過這次課程設計，自己獨立完成了所有題目的解答過程，加深了對材料力學的理解和運用，以及CAD，C語言等的運用，真正地將所學知識所學知識用在了對實際問題的解決上，并通過和同學們的研究討論，達到了鍛煉的目的。參考文獻：1.材料力學，聶毓琴，孟廣偉，機械工業(yè)出版社，20092.材料力學實驗與課程設計 聶毓琴，吳宏，機械工業(yè)出版社 20063.C程序設計，譚浩強，清華大學出版社，2007附錄#include<math.h>#include<stdio.h>#define G 1000#define D 34#define Y 120main()fl

13、oat Mz,My,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;printf("input Mx,My,Mz,F:n");scanf("%f%f%f%f",&Mx,&My,&Mz,&F);for(h=1.4*D;h<=1.6*D;h=h+0.01)for(b=0.25*h;b<=0.4*h;b=b+0.01)if(h/b>=2.5&&h/b<=3)a=0.258+0.018*h/b;r=0.767-0.028*h/b;if(h/b>=3&&h/b<=4)a=0.267+0.015*h/b;r=0.753-0.008*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)