材料力學(xué)課程設(shè)計說明書完整版

1、 設(shè)計題目：單缸柴油機曲軸的強度設(shè)計及剛度計算 設(shè)計數(shù)據(jù)：2-a-3 指導(dǎo)老師：xxx 材料力學(xué)課程設(shè)計說明書 學(xué)院：機械科學(xué)與工程學(xué)院 班級：14xxxx班 姓名：xxxx 學(xué)號：1xxxxx10 卡號：2xxxxx722目錄一、材料力學(xué)課程設(shè)計的目的-3二、材料力學(xué)課程設(shè)計的任務(wù)和要求-31、設(shè)計說明書的要求2、分析討論及說明部分的要求3、收獲，希望，要求，建議4、程序計算部分的要求5、材料力學(xué)課程設(shè)計的一般過程三、設(shè)計題目-41、2-1設(shè)計題目-42、設(shè)計內(nèi)容-5 （1）外力分析 （2）內(nèi)力分析3、曲柄頸直徑，主軸頸直徑-7 4、校核曲柄臂的強度-75、校核主軸頸H-H處的疲勞強度-9

2、6、用能量法計算A-A截面的轉(zhuǎn)角-9四、設(shè)計的改進措施及方法-11五、計算機程序-12 （1）程序框圖-12 （2）C語言程序-12 （3）輸出結(jié)果-15 （4）標識符-15六、設(shè)計體會-16七、參考文獻-16一、材料力學(xué)課程設(shè)計的目的:本課程設(shè)計的目的在于系統(tǒng)學(xué)完材料力學(xué)之后，能結(jié)合工程中的實際題，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，以達到綜合運用材料力學(xué)解決工程實際問題的目的。同時，可以使學(xué)生將材料力學(xué)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(xué)的知識（高等數(shù)學(xué)、制圖、理論力學(xué)、算法語

3、言、計算機等）綜合運用，又為以后的課程學(xué)習(xí)打下了基礎(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。具體作用有以下：1使學(xué)生的材料力學(xué)知識系統(tǒng)化、完整化；2在系統(tǒng)全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運用材料力學(xué)知識解決工程中的實際問題；3由于選題力求結(jié)合專業(yè)實際，因而課程設(shè)計可以把材料力學(xué)知識和專業(yè)需要結(jié)合起來； 4綜合運用了以前所學(xué)的個門課程的知識（高數(shù)、制圖、理力、算法語言、計算機等等）使相關(guān)學(xué)科的知識有機地聯(lián)系起來； 5初步了解和掌握工程實踐中的設(shè)計思想和設(shè)計方法； 6為后繼課程的教學(xué)打下基礎(chǔ)。二、材料力學(xué)課程設(shè)計的任務(wù)和要求:要求參加設(shè)計者，要系統(tǒng)地復(fù)習(xí)材料力學(xué)的全部基本理論和方法，獨立

4、分析、判斷、設(shè)計題目的已知條件和所求問題。畫出受力分析計算簡圖和內(nèi)力圖，列出理論依據(jù)和導(dǎo)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。1設(shè)計計算說明書的要求 設(shè)計計算說明書是該題目設(shè)計思想、設(shè)計方法和設(shè)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。具體內(nèi)容應(yīng)包括：（1） 設(shè)計題目的已知條件、所求及零件圖；（2） 畫出構(gòu)件的受力分析計算簡圖，按比例標明尺寸，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)的全部求解過程；（4） 畫出全部內(nèi)力圖，并標明可能的各危險截面；（5） 危險截面上各種應(yīng)力的分布規(guī)律圖及由此判定各危險點處的應(yīng)

5、力狀態(tài)圖；（6） 各危險點的主應(yīng)力大小及主平面位置；（7） 選擇強度理論并建立強度條件；（8） 列出全部計算過程的理論根據(jù)、公式推導(dǎo)過程以及必要的說明；（9） 對變形及剛度分析要寫明所用的能量法計算過程及必要的內(nèi)力圖和單位力圖；（10） 疲勞強度計算部分要說明循環(huán)特征，的計算，所查各系數(shù)的依據(jù)，并繪出構(gòu)件的持久極限曲線，疲勞強度校核過程及結(jié)果。2分析討論及說明部分的要求（1）分析計算結(jié)果是否合理，并分析其原因，改進措施；（2）提出改進設(shè)計的初步方案及設(shè)想；（1） 提高強度、剛度及穩(wěn)定性的措施及建議。3材料力學(xué)課程設(shè)計中的體會和收獲、希望、要求、建議等。4程序計算部分的要求：（1） 程序框圖；（

6、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（結(jié)果數(shù)據(jù)要填寫到設(shè)計計算說明書上）。5材料力學(xué)課程設(shè)計的一般過程材料力學(xué)課程設(shè)計與工程中一般設(shè)計過程相似。從分析設(shè)計方案開始到進行必要的計算和對結(jié)構(gòu)的合理性進行分析，最后的結(jié)論，希望同學(xué)們計劃好時間，避免前松后緊甚至不能按時完成設(shè)計任務(wù)。材料力學(xué)課程設(shè)計可大致分為以下幾個階段：（1） 設(shè)計準備階段認真閱讀材料力學(xué)課程設(shè)計指導(dǎo)書。明確設(shè)計要求、結(jié)合設(shè)計題目復(fù)習(xí)材料力學(xué)的有關(guān)理論知識，制定設(shè)計的步驟、方法和時間分配等；（2） 外力及變形分析入手，分析計算內(nèi)力、應(yīng)力及變形、繪制各種內(nèi)力圖及位移、轉(zhuǎn)角曲線；（3） 建立強度、剛度條件并

7、進行相應(yīng)的設(shè)計計算必要的公式推導(dǎo)；（4） 編制計算機程序并調(diào)通程序；（5） 上機計算機并打印出結(jié)果；（6） 整理數(shù)據(jù)結(jié)果并書寫設(shè)計計算說明書；（7） 分析討論設(shè)計和計算的合理性、優(yōu)缺點及改進意見和措施；（8） 課程設(shè)計總結(jié)、準備答辯。注：對于材料的力學(xué)性質(zhì)，若在設(shè)計過程中需要，可查閱材料力學(xué)、工程手冊或材料力學(xué)實驗指導(dǎo)書等有關(guān)資料，不論從何處查得，均需標明出處三、設(shè)計題目:1、2-1設(shè)計題目 某柴油機曲軸可以簡化偉如圖所示的結(jié)構(gòu)，材料為球墨鑄鐵，彈性強度為E，許用應(yīng)力，G處輸入轉(zhuǎn)矩m,曲軸勁中受切向力,徑向力=/2,曲柄臂簡化為 矩形截面，1.41.6，2.54，1.2r,有關(guān)數(shù)據(jù)見數(shù)據(jù)表。固

8、定數(shù)據(jù)表(m)(m)E(GPa)_b(MPa)0.110.181500.271207001800.050.78設(shè)計計算數(shù)據(jù)表編號N(馬力)n(r/min)r(m)=1.2r(m)0313.01000.060.0721) 畫出曲柄的內(nèi)力圖；2) 設(shè)計曲柄勁直徑d，主軸勁直徑D；3) 校核曲柄臂的強度；4) 校核主軸勁H-H截面出的疲勞強度，取疲勞安全系數(shù)n=2,鍵槽為端銑加工，表面為車削；5) 用能量法計算A-A截面的轉(zhuǎn)角，。2、設(shè)計內(nèi)容(1)外力分析1KW=1.3596馬力M故切向力，徑向力m/r=913.12/0.06=15.218KW =/2=7.609KW在由平衡條件計算反力在XOY平面

9、上 FAY=*L2/(L1+L2)=7609.3*0.18/0.29N=4723N FFY=Pr*L1/(L1+L2)=7609.3*0.11/0.29=2886N在XOZ平面上 FAZ=Pt*L2/(L1+L2)=15218*0.18/0.29=9446N FFZ=Pt*L1/(L1+L2)=15218*0.11/0.29=5772NPtPrFAyFAZFFZFFY(2)內(nèi)力分析 （1）主軸勁以EF的左端截面（11）最危險，受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲。 MX1=m=913N.m MY1=FFZ(L2-L3/2)=831N MZ1=FFY*(L2-L3/2)=416N (2)連桿軸勁以CD段中間（22）

10、截面K最危險，受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲 MX2=FAZ*r=566N.m MY2=FAZ*L1=1039N.m MZ2=FAY*L1=520N.m (3)曲柄軸以DE段的下段（33）截面危險，受扭轉(zhuǎn)，兩向彎曲及壓縮。 MY3=FFZ(L2-L3/2)=831N.m MX3=m=931N.m MZ3=FFY(L2-L3/2)=416N.m FN3=FFY=2886N3、設(shè)計曲柄勁直徑d，主軸勁直徑D; (1)設(shè)計曲柄勁直徑d 曲柄勁是圓軸，且受彎扭組合變形，因此由第三強度理論 r3=(1/w)* 即r3=32/()得d0.048m 取d=0.048m (2)設(shè)計主軸勁直徑D 主軸勁是圓軸，且受彎曲組合變

11、形，因此由第三強度理論 r3=(1/w)* 即r3=32/() 得D0.048m D取0.06m4、校核曲柄臂的強度； 曲柄臂的截面為矩形截面，且受扭轉(zhuǎn)，兩向彎曲及軸力作用。為確定危險點的位置，畫出曲柄臂DE上截面（33）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,D3三點。 由已知條件 1.4h/D1.6,2.5h/D4 且由設(shè)計D=0.06m 取最小值得和 h=0.084,b=0.0336（1） 對D1點進行分析。FN3/A3+M3X/W3X+M3Z/W3Z=FFY/bh+m/(b/6)+M3Z/(h/6) =2886/(33.6*84*)+913.12*6/(33.

12、6*)+6*416/(*84*)pa=50.45MPa120Mpa故D1點安全。（2） 對D2點進行應(yīng)力分析由于D2點有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，且h/b=2.5由表31（P70）得=0.258 =0.767=M3Y/(h)=831/(0.258*84*)=33.9MPaD2點的正應(yīng)力為軸向力和繞Z軸的彎矩共同引起的，即FN3/A3+M3Z/W3Z=FFY/(bh)+FFY(L2-L3/2)/(b/6)2886/(33.6*84*)+416*6/(33.6*)Pa=11.6Pa 由于D2點處于二向應(yīng)力狀態(tài)，由第三強度理論 r3 35.83Pa2故H-H截面得疲勞強度是足夠得。6、用能量法計算A-A截面的轉(zhuǎn)角

13、，D=0.06, = =635*; d=0.048m , = =260*;h=0.084m,b=0.0336m, =1659*, =1062*G= 計算A-A截面的轉(zhuǎn)角，在A-A截面加如圖所示的單位力矩，并繪制此單位力矩作用下的轉(zhuǎn)矩圖.曲柄在外力作用下的彎矩圖如圖. (1/2*350*0.074*(1+0.74)/3+1/2*416*0.144*2/3*0.5)+ 350*0.036*0.68416*0.036*0.0.58+1/2*（520-350）*0.036*0.66+1/2*(520-416)*0.036*0.70+350*0.06*0.74+416*0.06*0.5 =1.78*ra

14、d 計算A-A截面的轉(zhuǎn)角，在A-A截面加如圖所示的單位力矩，并繪制此單位力矩作用下的轉(zhuǎn)矩圖.曲柄在外力作用下的彎矩圖如圖. =(1/2*699*0.74*(0.74+1)/3+1/2*831*0.144*2/3*0.50)+ 699*0.036*0.68+831*0.036*0.58+1/2*(1039-699)*0.036*0.66+1/2*(1039-831)*0.036*0.70+699*0.06*0.74+831*0.06*0.50=1.358*rad四，設(shè)計的改進措施及方法。針對曲軸設(shè)計的改進及方法主要分三方面；1、 提高曲軸的彎曲強度；提高彎曲強度的主要措施有：合理安排曲軸受力情況

15、及設(shè)計合理的截面等。但對于該曲軸只能采用合理安排曲軸的受力情況。在機械結(jié)構(gòu)允許的情況下，可采取將集中載荷適當分散或?qū)⒓辛ΡM量靠近支座。2、提高曲軸的疲勞強度； 提高彎曲剛度的主要措施有：減緩應(yīng)力集中及提高曲軸表面強度等。為了消除和緩解應(yīng)力集中，在設(shè)計曲軸時，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)方形直角或帶有尖角的孔和槽，即在主軸勁和曲柄臂相連處應(yīng)采用半徑較大的過渡圓角。提高曲軸表面強度可通過兩方面實現(xiàn)。一是從加工入手提高表面加工質(zhì)量，可采用精細加工，降低表面粗糙度，如果將材料改為高強度鋼就尤其要注意；二是增強表面強度，對曲軸中應(yīng)力集中的部位如鍵槽處應(yīng)采取某些工藝措施，即表面熱處理或化學(xué)處理，如表面高頻卒火、滲碳、

16、氮化等或表層用滾壓、噴丸等冷加工方法，這種方法的特點是使曲軸表面殘余壓應(yīng)力，減少表面出現(xiàn)微裂紋的機會，以提高曲軸的疲勞強度。3、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，減小彎矩數(shù)值、選擇合理的截面及合理選材等。但對于該曲軸只能采用改善結(jié)構(gòu)形式，減小彎矩的數(shù)值及合理選材。在機械結(jié)構(gòu)允許的情況下，可合理設(shè)計和布置支座，即帶輪可采用卸載裝置，也可采用將集中載荷適當分散或盡量減小跨度，也可將材料改為彈性模量E較大的鋼材，但這勢必會增加費用。5、 計算機程序 略六、設(shè)計體會 通過材料力學(xué)的學(xué)習(xí)，使我初步了解材料力學(xué)的任務(wù)是在滿足強度、剛度和穩(wěn)定性的要求下，以最經(jīng)濟的代價，為構(gòu)件確定合理的尺寸，選擇適宜