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文檔簡介
1、<p><b> 材料力學課程設(shè)計</b></p><p><b> 專業(yè):</b></p><p><b> 班級:</b></p><p><b> 作者: </b></p><p> 題目:單缸柴油機曲軸的強度設(shè)計及剛度計算、疲勞
2、強度校核</p><p><b> 指導老師:</b></p><p><b> 課程設(shè)計的目的</b></p><p> 材料力學課程設(shè)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,
3、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;既把以前所學的知識綜合應用,又為后繼課程打下基礎(chǔ),并初步掌握工程中的設(shè)計思想和設(shè)計方法,對實際工作能力有所提高。</p><p> 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(chǔ)上,運用材料力學知識解決工程實際問題。</p><p>
4、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。</p><p> 3)使我們初步了解和掌握工程實踐中的設(shè)計思想和設(shè)計方法,為后續(xù)課程的學習打下基礎(chǔ)。</p><p> 課程設(shè)計的任務和要求</p><p> 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(shè)計題目的已知所求問
5、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(shè)計計算說明書。</p><p><b> 設(shè)計題目</b></p><p> 某柴油機曲軸可以簡化為下圖所示的結(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
6、形截面,1.4≤≤1.6,2.5≤≤4, =1.2r,已知數(shù)據(jù)如下表:</p><p><b> 畫出曲軸的內(nèi)力圖。</b></p><p> 設(shè)計曲軸頸直徑d,主軸頸直徑D。</p><p><b> 校核曲柄臂的強度。</b></p><p> 校核主軸頸H-H截面處的疲勞強度,取疲勞安
7、全系數(shù)n=2。鍵槽為端銑 加工,主軸頸表面為車削加工。</p><p> 用能量法計算A-A截面的轉(zhuǎn)角,。</p><p><b> 畫出曲軸的內(nèi)力圖</b></p><p><b> 外力分析</b></p><p> 畫出曲軸的計算簡圖,計算外力偶矩</p><
8、;p> Me=9549=9549*=1003</p><p><b> ==16717N</b></p><p><b> ==8358N</b></p><p><b> 計算反力</b></p><p> 在XOY平面內(nèi):==5188N</p>
9、<p><b> ==3170N</b></p><p> 在XOE平面內(nèi):==10376N</p><p><b> ==6341N</b></p><p><b> ?。?) 內(nèi)力分析</b></p><p> ①主軸頸的EG左端(1-1)截面最危險,受
10、扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲</p><p><b> =m=1003</b></p><p><b> =*(–)=913</b></p><p><b> =*(–)=456</b></p><p> ?、谇跠E段下端(2-2)截面最危險,受扭轉(zhuǎn)、兩向彎曲和壓縮</p&g
11、t;<p><b> =m=1003</b></p><p><b> =*(–)=913</b></p><p><b> =*(–)=456</b></p><p><b> ==3170N</b></p><p> ?、矍iC
12、D段中間截面(3-3)最危險,受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲</p><p><b> =*r=623</b></p><p><b> =*=1141</b></p><p><b> =*=571</b></p><p> 圖如下圖(不計內(nèi)力彎曲切應力,彎矩圖畫在受壓側(cè)):<
13、;/p><p> ?。▎挝唬?力—N 力矩—)</p><p> 設(shè)計曲軸頸直徑d和主軸頸直徑D</p><p> ?。?)主軸頸的危險截面為EF的最左端,受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲</p><p> 根據(jù)主軸頸的受力狀態(tài),可用第三強度理論計算</p><p><b> =≤[]</b></p&g
14、t;<p><b> 其中=</b></p><p> 得D≥49.5mm取D=50mm</p><p> (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1-1中:</p><p> 得 故取 </p><p><b> 校核曲柄臂的強度</b>
15、;</p><p> (1)(具體求解通過C語言可得,見附錄)</p><p> 由程序得h,b的最佳值為 ,。</p><p><b> 查表得 ,</b></p><p> (2)曲柄臂的強度計算</p><p> 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
16、力),曲柄臂上的危險截面2-2的應力分布圖如下圖:</p><p> 根據(jù)應力分布圖可判定出可能的危險點為,,。</p><p> 點: 點處于單向應力狀態(tài)</p><p> 所以點滿足強度條件。</p><p> 點: 點處于二向應力狀態(tài),存在扭轉(zhuǎn)切應力</p><p> 點的正應力為軸向力和繞z軸的
17、彎矩共同引起的</p><p><b> 由第三強度理論</b></p><p><b> ∵ </b></p><p> 所以點滿足強度條件。</p><p> 點: 點處于二向應力狀態(tài)</p><p><b> 根據(jù)第三強度理論</b>
18、;</p><p> 所以點滿足強度條件。</p><p> 綜上,曲柄臂滿足強度條件。</p><p> 校核主軸頸H-H截面處的疲勞強度</p><p><b> 由題意 </b></p><p><b> 查表得 </b></p>&l
19、t;p> 已知 </p><p><b> FH處只受扭轉(zhuǎn)作用</b></p><p> 所以,扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)。</p><p><b> 安全系數(shù)</b></p><p> 所以,H-H截面的疲勞強度足夠。</p><p> 用
20、能量法計算A-A截面的轉(zhuǎn)角,</p><p> 采用圖乘法分別求解A-A截面的轉(zhuǎn)角,。</p><p> 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)):</p><p><b> 由平衡方程得</b></p><p><b>
21、; B點的彎矩為</b></p><p><b> E點的彎矩為</b></p><p><b> 由圖乘法:</b></p><p><b> , 查表得 </b></p><p> ?。?)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
22、載荷作用下的彎矩圖如下(畫在受壓一側(cè)):</p><p><b> 同理得: </b></p><p><b> 由圖乘法:</b></p><p><b> 附錄</b></p><p> 求解h,b的C語言程序如下:</p><p>
23、 include<math.h></p><p> #include<stdio.h></p><p> #define G 1000</p><p> #define D 50</p><p> #define Y 120</p><p><b> main()</
24、b></p><p> {float Mz,My,Mx,F;</p><p> float Z1,Z2,Z3,Q2,Q3,Y2,Y3;</p><p> float h,b,h1,b1;</p><p> float a,r;</p><p> float s,m=1.6*D*0.4*1.6*D;<
25、;/p><p> printf("input Mx,My,Mz,F:\n");</p><p> scanf("%f%f%f%f",&Mx,&My,&Mz,&F);</p><p> for(h=1.4*D;h<=1.6*D;h=h+0.01)</p><p>
26、 for(b=0.25*h;b<=0.4*h;b=b+0.01)</p><p> {if(h/b>=2.5&&h/b<=3)</p><p> {a=0.213+0.018*h/b;</p><p> r=0.837-0.028*h/b;}</p><p> if(h/b>=3&&am
27、p;h/b<=4)</p><p> {a=0.222+0.015*h/b;</p><p> r=0.777-0.008*h/b ;}</p><p> Z1=F/(b*h)+6*G*Mz/(b*b*h)+6*G*Mx/(b*h*h) ;</p><p> Z2=F/(b*h)+6*G*Mz/(b*b*h);</p>
28、;<p> Z3=F/(b*h)+6*G*Mx/(b*h*h) ;</p><p> Q2=G*My/(b*b*h*a) ;</p><p><b> Q3=r*Q2;</b></p><p> Y2=sqrt(Z2*Z2+4*Q2*Q2);</p><p> Y3=sqrt(Z3*Z3+4*Q3
29、*Q3);</p><p> if(Z1<=Y&&(Y2-Y)/Y<0.05&&(Y3-Y)/Y<0.05)</p><p><b> {s=h*b;</b></p><p><b> if(s<m)</b></p><p> {m=s
30、;h1=h;b1=b;}}}</p><p> printf("get the result:\n" );</p><p> printf("h=%5.2fmm\nb=%5.2fmm\nm=%7.2fmm",h=h1,b=b1,m);}</p><p><b> 設(shè)計體會</b></p>
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