材料力學(xué)課程設(shè)計--曲柄軸的強度設(shè)計及變形計算

1、. (導(dǎo)師好，課程設(shè)計是我這兩天趕工的，質(zhì)量不怎么好，你幫我改改，其中1.2，4.2，4.3沒有完成，不知道怎么寫，您幫我看看想一下，3.1的第三強度公式我感覺有點不會，您也幫著看一下。幸好有您這個導(dǎo)師，嘻嘻，感謝呀。祝勇哥圣誕元旦雙節(jié)快樂，新春快樂假期美好。 學(xué)生：東禹材料力學(xué)課程設(shè)計 題目：曲柄軸的強度設(shè)計及變形計算 單 位： 理 學(xué) 院 班 級： 力 學(xué) 11-1 姓 名： 宮 東 禹 指導(dǎo)教師： 宋 志 勇 目錄一、緒論二、力學(xué)模型與內(nèi)力分析三、強度分析。四、變形計算與剛度分析。五、總結(jié)。一、緒 論1.1、課程設(shè)計目的意義：材料力學(xué)課程設(shè)計是材料力學(xué)課程的重要實踐性環(huán)節(jié)。通過結(jié)合工程實

2、際，自行設(shè)計結(jié)構(gòu)形式，并對桿件結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力、應(yīng)力變形位移計算等，校核桿件結(jié)構(gòu)的強度和剛度、穩(wěn)定性，并對結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。進(jìn)一步鞏固和加深材料力學(xué)課程中的基本理論知識，初步掌握對材料力學(xué)中分析、計算的步驟和方法，培養(yǎng)和提高獨立分析問題和運用所學(xué)理論知識解決實際問題的能力、通過自由設(shè)計結(jié)構(gòu)、鍛煉創(chuàng)新思維能力。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；既是對以前所學(xué)知識的綜合運用，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)計思想和設(shè)計方法，使實際工作能力有所提高。具體有以下幾方面： 1、對之前學(xué)過的相關(guān)力學(xué)知識的全面復(fù)習(xí)，使學(xué)生的力學(xué)知識系統(tǒng)化、完整化； 2、綜合運用

3、力學(xué)理論知識解決工程中的實際問題。 3、本課程設(shè)計是在系統(tǒng)學(xué)完材料力學(xué)課程之后，結(jié)合工程實際中的問題，運用材料力學(xué)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(dá)到綜合運用材料力學(xué)知識解決工程實際問題的目的。 4、由于選題力求結(jié)合專業(yè)實際，因而課程設(shè)計可以為學(xué)生后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計打下基礎(chǔ)，進(jìn)行提前鍛煉。 5、初步了解和掌握工程實踐中的分析思想和計算方法。1.2、結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用背景簡介：（簡單的介紹你所設(shè)計的結(jié)構(gòu)在工程的使用，比如哪些領(lǐng)域，有何作用）1.3、課程設(shè)計的主要任務(wù)內(nèi)容： 參加設(shè)計者要系統(tǒng)復(fù)習(xí)材料力學(xué)課程的全部基本理論和方法，根據(jù)給出題目，搜集相關(guān)資料，獨立分析、判斷設(shè)計題目的已知

4、條件和所求問題，畫出受力分析計算簡圖和內(nèi)力圖，列出理論依據(jù)并導(dǎo)出計算公式，并校核強度和剛度，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)分析并完成設(shè)計報告。1、本次課程設(shè)計要求依據(jù)所學(xué)材料力學(xué)基本理論，分析內(nèi)力和應(yīng)力、變形，從強度、剛度的安全因素出發(fā)，設(shè)計相應(yīng)幾何尺寸、并進(jìn)行計算分析。2、原則上各班同學(xué)必須獨立完成，每名同學(xué)所采用的原始數(shù)據(jù)不能重復(fù)。3、本次課程設(shè)計要求最終上交一份課程設(shè)計報告。4、要求每名同學(xué)完成題目的結(jié)構(gòu)設(shè)計和力學(xué)分析，繪制必需的圖、表，并最終撰寫課程設(shè)計報告一份?；緝?nèi)容包括： 了解結(jié)構(gòu)工程背景或在工程中應(yīng)用，確定材料參數(shù) 作出結(jié)構(gòu)桿件的內(nèi)力分布圖 設(shè)計結(jié)構(gòu)桿件的幾何尺寸或結(jié)構(gòu)桿件的截面 進(jìn)行應(yīng)

5、力狀態(tài)分析 利用強度理論進(jìn)行校核 變形計算 結(jié)構(gòu)桿件的優(yōu)化和改進(jìn)分析二、力學(xué)模型、內(nèi)力分析2.1、力學(xué)模型簡介 （介紹你所問題的幾何結(jié)構(gòu)，要求有結(jié)構(gòu)圖；約束情況；材料屬性參數(shù)等）7、題目：曲柄軸的強度設(shè)計及變形計算 1） 題目內(nèi)容：材料為球墨鑄鐵QT400-10，曲柄臂抽象為矩形，如下圖示。，。 2）設(shè)計要求與技術(shù)指標(biāo)：安全系數(shù)n=2、需設(shè)計曲柄頸直徑、主軸頸直徑；校核強度；計算A截面轉(zhuǎn)角，。2） 參考設(shè)計參數(shù)F/kNW/kNl1l2l3e/mma(°)第15組208.2400240130100122.2、載荷簡化：2.3、內(nèi)力分析內(nèi)力分布圖：內(nèi)力分析：主軸頸FB段左端1-1截面為危

6、險截面。曲柄頸CD段中間2-2截面為危險截面。曲柄臂以DF段下端3-3截面為危險截面。 三、強度分析3.1、強度理論簡述 由零件圖可知，鍵槽處有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，無彎曲正應(yīng)力。由于機器時開時停，可以視作脈動循環(huán)變化。因主軸頸處于兩向彎曲于扭轉(zhuǎn)的組合變形，可用第三強度理論計算第三強度理論 對于象低碳鋼這一類的塑性材料,在單向拉伸試驗時材料就是沿斜截面發(fā)生滑移而出現(xiàn)明顯的屈服現(xiàn)象的。這時試件在橫截面上的正應(yīng)力就是材料的屈服極限，而在試件斜截面上的最大剪應(yīng)力(即45°斜截面上的剪應(yīng)力)等于橫截面上正應(yīng)力的一半。于是，對于這一類材料，就可以從單向拉伸試驗中得到材料的極限值 =/2 按此理論的觀點，

7、屈服破壞條件是 由公式(1-56)可知，在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下下一點處的最大剪應(yīng)力為 其中的、分別為該應(yīng)力狀態(tài)中的最大和最小主應(yīng)力。故式(c)又可改寫為 將上式右邊的除以安全系數(shù)及的材料的容許拉應(yīng)力，故對危險點處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的構(gòu)件，按第三強度理論所建立的強度條件是： 3.2、應(yīng)力分析曲柄臂的危險截面應(yīng)力分布圖：根據(jù)應(yīng)力分布圖，可以判斷出可能的危險點有D1、D2、D3。對D1點進(jìn)行應(yīng)力分析由于D1點處于單向拉伸、所以正應(yīng)力的代數(shù)疊加即所以D1安全對D2點進(jìn)行應(yīng)力分析，由于D2點有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，查表得: D2點的正應(yīng)力為軸力和繞z軸的彎矩共同引起，即由于D2點處于二向應(yīng)力狀態(tài)，故選擇第三強度理論計算所以

8、D2點安全對D3點進(jìn)行應(yīng)力分析所以D3點安全3.3、強度分析由零件圖可知，鍵槽處有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，無彎曲正應(yīng)力。由于機器時開時停，可以視作脈動循環(huán)變化。由于切應(yīng)力是脈動循環(huán)，因此用以下公式進(jìn)行疲勞強度校核:其中 查表得: 主軸頸的疲勞強度符合要求3.4、桿件截面尺寸設(shè)計主軸頸D和曲柄軸頸的直徑d因主軸頸處于兩向彎曲于扭轉(zhuǎn)的組合變形，可用第三強度理論計算同理，曲柄頸的曲度計算也可以用第三強度理論 四、變形計算與剛度分析、穩(wěn)定性分析4.1、變形計算理論方法求在截面A加以單位力偶矩，并作出單位力偶矩作用下的彎矩圖：求在截面A加一個單位力偶矩并作出單位力偶矩作用下的彎矩圖4.2、剛度分析4.3、穩(wěn)定性分析

9、五、總結(jié)5.1、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計根據(jù)疲勞破壞的分析，裂紋源通常是在有應(yīng)力集中的部位產(chǎn)生，而且構(gòu)件持久極限的降低，很大程度是由于各種影響素帶來的應(yīng)力集中影響。因此設(shè)法避免或減弱應(yīng)力集中，可以有效提高構(gòu)件的疲勞強度?？梢詮囊韵路矫嫣岣邩?gòu)件的疲勞強度:1、 一般來說，構(gòu)件表層的應(yīng)力都很大，例如在承受彎曲和扭轉(zhuǎn)的構(gòu)件中，其最大應(yīng)力均發(fā)生在構(gòu)件的表層。同時由于加工的原因，構(gòu)件表層的刀痕或損傷處，又將引起應(yīng)力集中。因此，對疲勞強度要求高的構(gòu)件，應(yīng)采用經(jīng)加工方法，以獲得較高的表面質(zhì)量。2、 增加表層強度:常用的方法有表面熱處理 和表面機械強化兩種方法?？刹捎酶哳l淬火等熱處理，滲碳，氮化等化學(xué)處理和機械方法強化表層，以提高疲勞強度。5.2、總結(jié)在設(shè)計過程中，我深深地體會到理論學(xué)習(xí)于實踐之間的巨大差距，僅僅掌握書本上的知識