西南交通大學(xué)材料力學(xué)課程設(shè)計(jì) 單缸柴油機(jī)曲軸

1、班級(jí) 姓名 材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)班級(jí)：作者： 題目：?jiǎn)胃撞裼蜋C(jī)曲軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)及剛度計(jì)算、疲勞強(qiáng)度校核指導(dǎo)老師： 2013.11.05一、 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(wèn)題，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(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)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(wèn)題，解決問(wèn)題的能力；既把以前所學(xué)的知識(shí)綜合應(yīng)用，又為后繼課程打下基礎(chǔ)，并初步掌握工程中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，對(duì)實(shí)際工作能力有所提高。1）使所學(xué)的材

2、料力學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化，完整化。讓我們?cè)谙到y(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)際問(wèn)題。2）綜合運(yùn)用以前所學(xué)的各門(mén)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)。3）使我們初步了解和掌握工程實(shí)踐中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。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)題目的已知所求問(wèn)題，畫(huà)出受力分析計(jì)算簡(jiǎn)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(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(shū)。三、 設(shè)計(jì)題目某柴油機(jī)曲軸可以簡(jiǎn)化為下圖所示的結(jié)構(gòu)，材料為球墨鑄鐵(QT45

3、0-5)彈性常數(shù)為E、，許用應(yīng)力為，G處輸入轉(zhuǎn)矩為，曲軸頸中點(diǎn)受切向力、徑向力的作用，且=。曲柄臂簡(jiǎn)化為矩形截面，1.41.6，2.54, =1.2r,已知數(shù)據(jù)如下表：0.110.181500.27120180 0.050.7815.52800.06(一) 畫(huà)出曲軸的內(nèi)力圖。(二) 設(shè)計(jì)曲軸頸直徑d，主軸頸直徑D。(三) 校核曲柄臂的強(qiáng)度。(四) 校核主軸頸H-H截面處的疲勞強(qiáng)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。(五) 用能量法計(jì)算A-A截面的轉(zhuǎn)角,。1、 畫(huà)出曲軸的內(nèi)力圖（1） 外力分析畫(huà)出曲軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，計(jì)算外力偶矩Me=9549=9549*=1003=167

4、17N =8358N計(jì)算反力 在XOY平面內(nèi)：=5188N =3170N在XOZ平面內(nèi)：=10376N =6341N（2） 內(nèi)力分析主軸頸的EG左端（1-1）截面最危險(xiǎn)，受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲=m=1003=*（）=913=*（）=456曲柄臂DE段下端（2-2）截面最危險(xiǎn)，受扭轉(zhuǎn)、兩向彎曲和壓縮=m=1003=*（）=913=*（）=456=3170N曲柄頸CD段中間截面（3-3）最危險(xiǎn)，受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲=*r=623=*=1141=*=571（2） 圖如下圖（不計(jì)內(nèi)力彎曲切應(yīng)力，彎矩圖畫(huà)在受壓側(cè)）：（單位： 力N 力矩）2、 設(shè)計(jì)曲軸頸直徑d和主軸頸直徑D（1）主軸頸的危險(xiǎn)截面為EF的最左端，受

5、扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲 根據(jù)主軸頸的受力狀態(tài)，可用第三強(qiáng)度理論計(jì)算=其中=得D49.5mm取D=50mm(2)曲柄頸CD屬于圓軸彎扭組合變形，由第三強(qiáng)度理論，在危險(xiǎn)截面1-1中： 得 故取 3、 校核曲柄臂的強(qiáng)度(1)（具體求解通過(guò)C語(yǔ)言可得，見(jiàn)附錄）由程序得h,b的最佳值為 ，。查表得 ，(2)曲柄臂的強(qiáng)度計(jì)算曲柄臂的危險(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2-2的應(yīng)力分布圖如下圖：根據(jù)應(yīng)力分布圖可判定出可能的危險(xiǎn)點(diǎn)為，。l 點(diǎn)： 點(diǎn)處于單向應(yīng)力狀態(tài) 所以點(diǎn)滿足強(qiáng)度條件。l 點(diǎn)： 點(diǎn)處于二向應(yīng)力狀態(tài)，存在扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 點(diǎn)的正應(yīng)力為軸向力和繞z軸的彎矩共同引起的

6、由第三強(qiáng)度理論 所以點(diǎn)滿足強(qiáng)度條件。l 點(diǎn)： 點(diǎn)處于二向應(yīng)力狀態(tài) 根據(jù)第三強(qiáng)度理論 所以點(diǎn)滿足強(qiáng)度條件。Ø 綜上，曲柄臂滿足強(qiáng)度條件。4、 校核主軸頸H-H截面處的疲勞強(qiáng)度由題意 查表得 已知 FH處只受扭轉(zhuǎn)作用 所以，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)。 安全系數(shù) 所以，H-H截面的疲勞強(qiáng)度足夠。5、 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(huà)在受壓一側(cè)）：由平衡方程得B點(diǎn)的彎矩為E點(diǎn)的彎矩為由圖乘法：， 查表得 （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

7、彎矩圖 與外載荷作用下的彎矩圖如下（畫(huà)在受壓一側(cè)）：同理得： 由圖乘法： 附錄 求解h，b的C語(yǔ)言程序如下：include<math.h>#include<stdio.h>#define G 1000#define D 50#define Y 120main()float 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&q

8、uot;,&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=0.213+0.018*h/b;r=0.837-0.028*h/b;if(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)/Y<0.05&&(Y3-Y)/Y<0.05)s=h*b;if(s<m)m=s;h1=h;b1=b;printf("get the result:n" );printf("h=%5.2fmmnb=%5.2fmm