材料力學課程設計-單缸柴油機曲軸

辯論成績：設計成績：材料力學課程設計設計計算說明書設計題目：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:2-Ⅱ-12教學號:14100416姓名：劉偉杰指導教師：麻凱目錄一、材料力學課程設計的目的……1二、材料力學課程設計的任務和要求……………11、設計計算說明書的要求………12、分析討論及說明局部的要求…………………13、程序計算局部的要求…………1三、設計題目………21、畫出曲軸的內(nèi)力圖……………32、設計曲軸頸直徑d，主軸頸直徑D…………53、校核曲柄臂的強度……………64、校核主軸頸H-H截面處的疲勞強度…………85、用能量法計算A-A截面的轉(zhuǎn)角,…………9四、C程序計算局部………………12五、改良措施………13六、設計體會………14七、參考文獻………14材料力學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(jié)合工程中的實際問題，運用材料力學的根本理論和計算方法，獨立地計算工程中的典型零部件，以到達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。既從整體上掌握了根本理論和現(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，又為后繼課程打下根底，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。讓我們在系統(tǒng)全面復習的根底上，運用材料力學知識解決工程實際問題。2〕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、計算機等〕，使相關(guān)學科的知識有機地聯(lián)系起來。3〕使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)課程的學習打下根底。材料力學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根本理論和方法，獨立分析、判斷設計題目的所求問題，畫出受力分析計算簡圖和內(nèi)力圖，列出理論依據(jù)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(jié)果，并完成設計計算說明書。1、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(jié)果的說明。要求書寫工整，語言簡練，條理清晰、明確，表達完整。2、分析討論及說明局部的要求1. 分析計算結(jié)果是否合理，并討論其原因、改良措施。2. 提出改良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。3、程序計算局部的要求1.程序框圖。2.計算機程序〔含必要的語言說明及標識符說明〕。 3.打印結(jié)果〔數(shù)據(jù)結(jié)果要填寫到設計計算說明書上〕。設計題目某柴油機曲軸可以簡化為下列圖所示的結(jié)構(gòu)，材料為球墨鑄鐵(QT450-5)彈性常數(shù)為E、μ，許用應力為[σ]，G處輸入轉(zhuǎn)矩為，曲軸頸中點受切向力、徑向力的作用，且=。曲柄臂簡化為矩形截面，1.4≤≤1.6，2.5≤≤4,=1.2r,數(shù)據(jù)如下表：0.110.181500.271201800.050.7816.83400.051、畫出曲軸的內(nèi)力圖。2、設計曲軸頸直徑d，主軸頸直徑D。3、校核曲柄臂的強度。4、校核主軸頸H-H截面處的疲勞強度，取疲勞平安系數(shù)n=2。鍵槽為端銑加工，主軸頸外表為車削加工。5、用能量法計算A-A截面的轉(zhuǎn)角,。畫出曲軸的內(nèi)力圖外力分析畫出曲軸的計算簡圖，計算外力偶矩Me=9549=9549*=472==9440N==4720N計算反力在XOY平面內(nèi)：==2930N==1790N在XOE平面內(nèi)：==5859N==3581N〔2〕內(nèi)力分析=1\*GB3①主軸頸的EG左端〔1-1〕截面最危險，受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲=m=472=*〔–〕=537=*〔–〕=269=2\*GB3②曲柄臂DE段下端〔2-2〕截面最危險，受扭轉(zhuǎn)、兩向彎曲和壓縮=m=472=*〔–〕=537=*〔–〕=269==1790N=3\*GB3③曲柄頸CD段中間截面〔3-3〕最危險，受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲=*r=293=*=644=*=322圖如下列圖〔不計內(nèi)力彎曲切應力，彎矩圖畫在受壓側(cè)〕：〔單位：力—N力矩—〕設計曲軸頸直徑d和主軸頸直徑D〔1〕主軸頸的危險截面為EF的最左端，受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲根據(jù)主軸頸的受力狀態(tài)，可用第三強度理論計算=≤[]其中=得D≥40.2mm取D=41mm(2)曲柄頸CD屬于圓軸彎扭組合變形，由第三強度理論，在危險截面3-3中：≤[]得d≥40.4mm取d=41mm3、校核曲柄臂的強度(1)〔具體求解通過C語言可得，見附錄〕由程序得h,b的最正確值為h=60.59mm，b=24.23mm。查表得，(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〔不計剪力〕，曲柄臂上的危險截面2-2的應力分布圖如下列圖：根據(jù)應力分布圖可判定出可能的危險點為，，。點：點處于單向應力狀態(tài)所以點滿足強度條件。點：點處于二向應力狀態(tài)，存在扭轉(zhuǎn)切應力點的正應力為軸向力和繞z軸的彎矩共同引起的由第三強度理論∵所以點滿足強度條件。點：點處于二向應力狀態(tài)根據(jù)第三強度理論所以點滿足強度條件。綜上，曲柄臂滿足強度條件。校核主軸頸H-H截面處的疲勞強度由題意查表得FH處只受扭轉(zhuǎn)作用所以，扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)。平安系數(shù)：所以，H-H截面的疲勞強度足夠。用能量法計算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,。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〔畫在受壓一側(cè)〕：由平衡方程得B點的彎矩為E點的彎矩為由圖乘法：，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彎矩圖與外載荷作用下的彎矩圖如下〔畫在受壓一側(cè)〕：同理得：由圖乘法：四、C程序計算局部求解h，b的C語言程序如下：#include<math.h>#include<stdio.h>#defineG1000#defineD41#defineY120main(){floatMz,My,Mx,F;floatZ1,Z2,Z3,Q2,Q3,Y2,Y3;floath,b,h1,b1;floata,r;floats,m=1.6*D*0.4*1.6*D;printf("pleaseinputMx,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=0.213+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("gettheresult:\n");printf("h=%5.2fmm\nb=%5.2fmm\nm=%7.2fmm",h=h1,b=b1,m);return0;}五、改良措施提高曲軸強度強度：在機械結(jié)構(gòu)允許的情況下，可采取將集中載荷分散或?qū)⒓辛ΡM量靠近支座。提高曲軸剛度強度：改善結(jié)構(gòu)形式、減少彎矩數(shù)值及合理選材。提高曲軸穩(wěn)定性：提高外表加工質(zhì)量及增加外表強度。六、設計體會通過這次課程設計，在參照《材料力學實驗與課程設計》的根底上自己獨立完成了所有題目的解答過程，從而加深了對材料力學、CAD，C語言等知識的理解,并將理論知識很好的運用于實際，提高了運用能力，并通過和同學的討論研究交流了不同的想法，到達了鍛煉的目的,同時還將過去所學習的知識得以復習穩(wěn)固。最后，理論知識的理解得益于麻凱老師的諄諄教導，作為您一名普通的學生，非常感謝您的教誨和幫助。麻老師，