材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)吉大

1、材 料 力 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì)材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)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 數(shù)據(jù)號(hào)：7.7-07 班級(jí)：xxxxxxx班 姓名：xxx 學(xué)號(hào)：xxxxxxxx 指導(dǎo)教師：xxx目錄一、設(shè)計(jì)目的·······························&#

2、183;·················3二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求······························

3、3;·········32.1、設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書的要求······································&

4、#183;···32.2、分析討論及說(shuō)明書部分的要求·····································42.3、程序計(jì)算部分的要求····

5、;·········································4三、設(shè)計(jì)題目·······

6、3;··········································41）畫出曲柄軸的內(nèi)力圖·····

7、3;········································52）設(shè)計(jì)主軸頸D和曲柄頸直徑d·······

8、································83）校核曲柄臂的強(qiáng)度················&

9、#183;·······························84）校核主軸頸飛輪處的疲勞強(qiáng)度···············

10、83;····················· 145）用能量法計(jì)算A端截面的轉(zhuǎn)角 ，·························&

11、#183;····· 15四、分析討論及必要說(shuō)明··································18五、設(shè)計(jì)的改進(jìn)措施及方法·····

12、83;·························19六、設(shè)計(jì)體會(huì)·······················&

13、#183;························19七、參考文獻(xiàn)························

14、;························20附錄一.流程圖························&#

15、183;·································21二.C語(yǔ)言程序···············

16、;·······································22三 計(jì)算輸出結(jié)果·········&

17、#183;········································251、 設(shè)計(jì)目的 本課程設(shè)計(jì)是在系統(tǒng)學(xué)完材料力學(xué)課程之后，結(jié)合工程實(shí)際中的問(wèn)題，運(yùn)用材料力學(xué)的基本理論和計(jì)算

18、方法，獨(dú)立地計(jì)算工程中的典型零部件，以達(dá)到綜合利用材料力學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的目的。同時(shí)，可以使學(xué)生將材料力學(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)代計(jì)算方法，又提高了分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力；既是對(duì)以前所學(xué)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)和材料力學(xué)等）的綜合運(yùn)用，又為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，并初步掌握工程設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法，使實(shí)際工作能力有所提高。具體有一下六項(xiàng)： 1、使所學(xué)的材料力學(xué)知識(shí)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(shí)解決工程實(shí)際中的問(wèn)題。 3、由于選題力求結(jié)合專業(yè)實(shí)際，因而課程設(shè)計(jì)可把材料力學(xué)與專業(yè)需要結(jié)合起來(lái)

19、。 4、綜合運(yùn)用以前所學(xué)的各門課程的知識(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)。 5、初步了解和掌握工程實(shí)際中的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法。 6、為后續(xù)課程的教學(xué)打下基礎(chǔ)。二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 參加設(shè)計(jì)者要系統(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(wèn)題，畫出受力分析計(jì)算簡(jiǎn)圖和內(nèi)力圖，列出理論依據(jù)并到處計(jì)算公式，獨(dú)立編制計(jì)算機(jī)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。2.1 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書的要求 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書是該題目設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)結(jié)果的說(shuō)明，要求書寫工整，語(yǔ)言簡(jiǎn)練，條理清晰、明確，表達(dá)完整。具體內(nèi)容應(yīng)

20、包括：1) 設(shè)計(jì)題目的已知條件、所求及零件圖。2) 畫出結(jié)構(gòu)的受力分析計(jì)算簡(jiǎn)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)的全部求和過(guò)程。4) 畫出全部?jī)?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)律圖及由此判定各危險(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(guò)程的理論依據(jù)、公式推導(dǎo)過(guò)程以及必要的說(shuō)明。9) 對(duì)變形及剛度分析要寫明所用的能量法計(jì)算過(guò)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(shuō)明循環(huán)特性，r，的計(jì)算，所查，各系數(shù)的依據(jù)，疲勞強(qiáng)度校核過(guò)程及結(jié)果，

21、并繪出構(gòu)件的持久極限曲線。2.2、分析討論及說(shuō)明部分的要求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。2.3、程序計(jì)算部分的要求1) 程序框圖。2) 計(jì)算機(jī)程序。3) 打印結(jié)果（數(shù)據(jù)結(jié)果要填寫到設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書上）。三、設(shè)計(jì)題目 某曲柄軸材料為球墨鑄鐵（QT40010），=120MPa，曲柄臂抽象為矩形（圖7-12），h=1.2D,b/h=2/3(左、右臂尺寸相同)，,有關(guān)數(shù)據(jù)查下表：F/kNW/kNe/mm157.136024013010013 要求： 1、畫出曲柄軸的內(nèi)力圖。 2、按強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)主軸頸D和曲

22、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，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，。5、用能量法計(jì)算A端截面的轉(zhuǎn)角 。 圖7-2 曲柄軸力學(xué)模型（一）、畫出曲軸的內(nèi)力圖（1）外力分析畫出曲軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（如上圖），計(jì)算F分力和扭矩。 由平衡條件計(jì)算反力（2）內(nèi)力分析 內(nèi)力圖如下，不計(jì)彎曲切應(yīng)力，彎矩圖畫在纖維受壓側(cè)，根據(jù)內(nèi)力圖確定危截面。(單位：力/N 力矩/N·m)1）主軸頸c端面為危險(xiǎn)截面，受到兩項(xiàng)彎矩和扭轉(zhuǎn)2）右曲柄臂下端面為危險(xiǎn)截面，受到兩項(xiàng)彎矩和扭轉(zhuǎn)和軸力 3）左曲柄臂上端面為危險(xiǎn)截面，受到兩項(xiàng)彎矩，扭轉(zhuǎn)和軸力4）曲

23、軸頸中間截面D為危險(xiǎn)截面，受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲 （2） 、設(shè)計(jì)曲軸頸直徑d和主軸頸D（1） 主軸頸的危險(xiǎn)截面為C截面，受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲,可用第三強(qiáng)度理論計(jì)算： 故D取。 （2）曲軸頸屬于彎扭組合變形，由第三強(qiáng)度理論可得： 故d取。（3） 、校核曲柄臂的強(qiáng)度 曲柄臂的危險(xiǎn)截面為矩形截面，受扭轉(zhuǎn)、兩向彎曲及軸力的作用。為確定危險(xiǎn)點(diǎn)的位置，畫出曲柄臂上截面應(yīng)力分布圖。左曲柄臂的強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)應(yīng)力分布圖可判定出可能的危險(xiǎn)點(diǎn)為，。1） 對(duì)點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力分析。點(diǎn)處于單向拉伸和兩項(xiàng)彎曲的拉應(yīng)力，此時(shí)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為零2）對(duì)點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力分析。由于有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，查材料力學(xué)表3-1，得到，。 正應(yīng)力由軸力、繞Z軸的彎矩共同引起。

24、由于點(diǎn)處于二向應(yīng)力狀態(tài)，故選用第三強(qiáng)度理論： 3）對(duì)點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力分析。同理可得： 應(yīng)用第三強(qiáng)度理論： 故，綜上所述3個(gè)危險(xiǎn)點(diǎn)都是安全的，所以左曲軸臂安全 右曲軸臂的強(qiáng)度計(jì)算 根據(jù)應(yīng)力分布圖可判定出可能的危險(xiǎn)點(diǎn)為，。1)對(duì)點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力分析。點(diǎn)處于單向拉伸，所以正應(yīng)力2）對(duì)點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力分析。由于有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，查表3-1，得到，。 正應(yīng)力由軸力、繞Z軸的彎矩共同引起。由于點(diǎn)處于二向應(yīng)力狀態(tài)，故選用第三強(qiáng)度理論： 2） 對(duì)點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力分析。同理可得 應(yīng)用第三強(qiáng)度理論： 故，綜上所述3個(gè)危險(xiǎn)點(diǎn)都是安全的，所以右曲軸臂安全 （四）、 校核主軸頸安裝飛輪的鍵槽處截面的疲勞強(qiáng)度查材料力學(xué)得有效應(yīng)力集中系數(shù)，表面質(zhì)量系

25、數(shù)。已知，n=2。 安裝飛輪的鍵槽處只受扭轉(zhuǎn)作用，并且由于曲軸的啟停，可以看做在啟動(dòng)之后正常工作時(shí)是看做為所受扭轉(zhuǎn)帶來(lái)的切應(yīng)力是最大值，而停止時(shí)是最小的，可以看作為一種應(yīng)力循環(huán)。忽略鍵槽對(duì)抗扭截面系數(shù)的影響，飛輪處截面抗扭截面系數(shù)曲軸工作時(shí)，在不變扭矩作用下，曲軸不工作時(shí)， 故該循環(huán)為脈動(dòng)循環(huán)。 安全系數(shù)：所以，飛輪處截面的疲勞強(qiáng)度是足夠的。（五）、 用能量法計(jì)算A截面的轉(zhuǎn)角。采用圖乘法分別求解截面的轉(zhuǎn)角。、求： 在截面A加一單位力偶矩，并求得支座反力如下圖所示。由平衡方程得：當(dāng)時(shí)，查表可得： 方向與單位力偶矩相同。、求：在截面A加一單位力偶矩，支座反力，彎矩圖和軸力圖如下圖所示。方向與單位力

26、偶矩相同。4、 分析討論及必要說(shuō)明在本次設(shè)計(jì)中，做以下幾點(diǎn)說(shuō)明：l 在外力分析時(shí)，在設(shè)定未知力的時(shí)候，由于已知沒(méi)有X方向的外力，故未設(shè)。l 在畫內(nèi)力圖時(shí)，不計(jì)彎曲切應(yīng)力，故未畫剪力圖。l 在強(qiáng)度計(jì)算方面，由于材料是球墨鑄鐵（QT400-10），其物理性質(zhì)與剛相近，用第三強(qiáng)度理論而不用第一或第二強(qiáng)度理論公式。l 在校核曲柄臂時(shí)，畫內(nèi)力分布時(shí)，把曲柄臂的危險(xiǎn)截面看成矩形，l 在疲勞強(qiáng)度校核飛輪截面時(shí)，忽略鍵槽對(duì)的影響。五、設(shè)計(jì)的改進(jìn)措施及方法1、提高曲軸的彎曲強(qiáng)度 合理安排曲軸的受力情況及設(shè)計(jì)合理的截面，但對(duì)于該曲軸只能采用合理安排曲軸的受力情況。在結(jié)構(gòu)允許的情況下，可采取合理設(shè)計(jì)和布置支座或?qū)⒓?/p>

27、中載荷適當(dāng)分散。2、 提高曲軸的彎曲剛度 提高彎曲剛度的主要措施有：改善結(jié)構(gòu)形式，減少?gòu)澗氐臄?shù)值、選擇合理的截面及合理選材等。對(duì)于該曲軸可以改善結(jié)構(gòu)形式，減少?gòu)澗氐臄?shù)值并且合理選材，選擇合適的材料。3、 提高曲軸的疲勞強(qiáng)度 1）減緩應(yīng)力集中。為了消除和緩解應(yīng)力集中，再設(shè)計(jì)曲軸時(shí)，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)方形直角或帶有尖角的孔和槽，即在主軸頸和曲柄臂相連處應(yīng)采用半徑較大的過(guò)度圓角 2）提高構(gòu)件表面強(qiáng)度等。提高曲軸表面的強(qiáng)度可通過(guò)兩方面實(shí)現(xiàn),一是從加工入手提高表面加工質(zhì)量?？刹捎镁?xì)加工，降低表面粗糙度，尤其對(duì)高強(qiáng)度鋼更重要；二是增加表層強(qiáng)度，對(duì)曲軸中應(yīng)力集中的部位如鍵槽處應(yīng)采取某些工藝措施，即表面熱處理或

28、化學(xué)處理，如表面高頻淬火、滲碳、滾壓、噴丸等。6、 設(shè)計(jì)體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)讓我受益頗多，從剛開(kāi)始摸不到頭腦，到后來(lái)自己進(jìn)行計(jì)算，用CAD畫圖，用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)程序，編輯word文檔，收獲了很多，也明白了材料力學(xué)并不是想象的那樣簡(jiǎn)單。 在計(jì)算題目時(shí)，我感受到，理論和實(shí)際還是有一定的不同的，當(dāng)我看到題目后我不懂得如何的去計(jì)算它，對(duì)于課本上所學(xué)習(xí)到的公式，我不會(huì)運(yùn)用到實(shí)際，無(wú)法從中抽象出我們所需要的模型，隨著與同學(xué)們的溝通和查閱資料，我漸漸地有了頭緒，找到了套用公式的方法；還有在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，有些對(duì)于計(jì)算結(jié)果并沒(méi)有太大影響的條件是可以忽略的，不是所有地方都能算的，不過(guò)還好我們能夠粗略的計(jì)算一下了。而對(duì)于c語(yǔ)

29、言編程更是讓人頭疼的事情，不過(guò)，當(dāng)編完之后就會(huì)覺(jué)得其實(shí)也沒(méi)什么，當(dāng)然我編的程序并不是那么的完美，或者說(shuō)根本就不能夠應(yīng)用于實(shí)踐，但是這次實(shí)踐中的編程應(yīng)用還是讓我覺(jué)得c語(yǔ)言沒(méi)有白學(xué)，每個(gè)學(xué)科之間都是有聯(lián)系的。還有CAD，許久沒(méi)有用CAD畫圖，好多操作都不記得了，這次畫圖一邊回憶，一邊摸索，又一次加深了印象，鞏固了所學(xué)。而word這個(gè)我曾經(jīng)認(rèn)為我已經(jīng)學(xué)會(huì)了軟件，帶給我了很多的麻煩，尤其是公式編輯，排版等等，真的是不應(yīng)用永遠(yuǎn)不知道哪里是不會(huì)的。不過(guò)，現(xiàn)在這些我都學(xué)會(huì)了，很高興！七、參考文獻(xiàn)1、材料力學(xué)/聶毓琴，孟光偉主編，北京：機(jī)械工業(yè)出版社。2、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)/聶毓琴、吳宏主編，北京：機(jī)械工

30、業(yè)出版社。3、C程序設(shè)計(jì)/第三版，譚浩強(qiáng)主編，北京：清華大學(xué)出版社。附錄1、 流程圖：NNYY疲勞強(qiáng)度不安全角疲勞強(qiáng)度安全角圖乘法計(jì)算轉(zhuǎn)角計(jì)算n，校核疲勞強(qiáng)度曲柄臂不安全曲柄臂安全輸出結(jié)果結(jié)束計(jì)算危險(xiǎn)點(diǎn)主應(yīng)力并輸出確定危險(xiǎn)截面并輸出變量由第三強(qiáng)度理論計(jì)算D，d進(jìn)行強(qiáng)度校核并計(jì)算轉(zhuǎn)角輸入原始數(shù)據(jù)計(jì)算外力及支座反力定義已知量開(kāi)始 n>2二、c語(yǔ)言程序#include<stdio.h>#include<math.h>#define Pi 3.1415926#define n 2#define i 120e6#define E 150e9int main() int an

31、gle,d,D;double temps,tempc,Fy,Fz,Mx,e,l,l1,l2,l3,l4,F,FAy,FAz,FBy,FBz,W,Mx1,My1,Mz1,Mx2,My2,Mz2,DD,g,f,dd,h,b,A,s1,s2,s3,t2,t3,a,sr2,sr3,r,s11,s22,s33,t22,t33,sr22,sr33,tmax,tmin,R,tm,ta,nt,T,Kt,Et,B,pt,Q1,Q11,Q12,Q13,Q14,Q15,Q16,EI1,EI2,EI3,Q2,Q21,Q22,Q23,Q24,Q25,GI1,B1,u,G;printf("enter the d

32、ata:F,W,l1,l2,l3,e,anglen");scanf("%lf,%lf,%lf,%lf,%lf,%lf,%d",&F,&W,&l1,&l2,&l3,&e,&angle);temps=sin(angle*Pi/180);tempc=cos(angle*Pi/180);Fy=F*temps;Fz=F*tempc;Mx=Fz*e;printf("Fy=%lf,Fz=%lf,Mx=%lfn",Fy,Fz,Mx);FBz=Fz*l1/(l1+l2);FBy=(Fy*l1-W*(l1+l

33、2+l3)/(l1+l2);FAz=l2*Fz/(l1+l2);FAy=(Fy*l2+W*l3)/(l1+l2);printf("FAy=%lf,FAz=%lf,FBy=%lf,FBz=%lfn",FAy,FAz,FBy,FBz);l=1.5*e;l4=0.5*l;Mx1=FAz*e+(Fz-FAz)*e;My1=FAz*(l1+l4)-Fz*l4;Mz1=FAy*(l1+l4)-Fy*l4;f=sqrt(Mx1*Mx1+My1*My1+Mz1*Mz1);g=32*f/(Pi*i);DD=pow(g,1.0/3.0); My2=l1*FAz;Mx2=e*FAz;Mz2=FA

34、y*l1;f=sqrt(Mx2*Mx2+My2*My2+Mz2*Mz2);g=32*f/(Pi*i);dd=pow(g,1.0/3.0);printf("D=%.4lfm,d=%.4lfmn",DD,dd);D=(int)(1000*DD);d=(int)(1000*dd);if(d%2=0) d=d+2;else d=d+1;if(D%2=0) D=D+2;else D=D+1;printf("故D取%dmm,d取%dmm n",D,d);a=0.231;r=0.858;h=1.2*(double)D/1000;b=2*h/3;A=h*b;s1=FAy

35、/A+FAz*e*6/(h*h*b)+FAy*6*(l1-l4)/(b*b*h);printf("s1=%.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);printf("sr2=%lfPa,",sr2);t3=r*t2;s3=FAy/A+FAz*e*6/(h*h*b);sr3=sqrt(s3*s3+4*t3*t3);printf("sr3=%lfPan",sr3);if(s1<=i&&

36、amp;sr2<=i&&sr3<=i)printf("左曲軸臂安全n");s11=(W+FBy)/A+Mx1*6/(h*h*b)+(FAy*(l1+l4)-Fy*l4)*6/(h*b*b);printf("s11=%lfPa,",s11);s22=(W+FBy)/A+(FAy*(l1+l4)-Fy*l4)*6/(h*b*b);t22=(FAz*(l1+l4)-Fz*l4)/(a*h*b*b);sr22=sqrt(s22*s22+4*t22*t22);printf("sr22=%lfPa,",sr22);s3

37、3=(W+FBy)/A+Mx1*6/(h*h*b);t33=r*t22;sr33=sqrt(s33*s33+4*t33*t33);printf("sr33=%lfPan",sr33);if(s11<=i&&sr22<=i&&sr33<=i)printf("右曲軸臂安全n");Kt=1.52;Et=0.76;B=0.95;pt=0.05;T=160e6;tmax=Mx*16/(Pi*(double)D/1000)*(double)D/1000)*(double)D/1000);tmin=0;R=tmin/tmax;tm=(tmax+tm