吉林大學材料力學課程設(shè)計7.2 數(shù)據(jù)

...wd......wd......wd...吉林大學材料力學課程設(shè)計設(shè)計題目：單缸柴油機曲軸的強度設(shè)計及剛度計算、疲勞強度校核數(shù)據(jù)號：7.2I16學號：4212XXXX姓名：學長只能幫你到這了指導教師：魏媛2014年9月9日目錄：設(shè)計目的設(shè)計任務(wù)及要求2.1設(shè)計計算說明書的要求2.2分析討論及說明局部的要求2.3程序計算局部的要求3.設(shè)計題目及設(shè)計內(nèi)容4.設(shè)計的改進意見及措施4.1提高曲軸的彎曲強度4.2提高曲軸的彎曲剛度4.3提高曲軸的疲勞強度設(shè)計體會參考文獻附錄7.1通用程序框圖7.2C語言程序7.3計算輸出結(jié)果7.4標識符1.設(shè)計目的本課程設(shè)計是在系統(tǒng)學完材料力學課程之后，結(jié)合工程實際中的問題，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，以到達綜合利用材料力學知識解決工程實際問題的目的。同時，可以使學生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；既是對以前所學知識〔高等數(shù)學、工程圖學、理論力學、算法語言、計算機和材料力學等〕的綜合運用，又為后續(xù)課程的學習打下根基，并初步掌握工程設(shè)計思路和設(shè)計方法，使實際工作能力有所提高。具體有以下六項：1.使所學的材料力學知識系統(tǒng)化、完整化。2.在系統(tǒng)全面復習的根基上，運用材料力學知識解決工程實際中的問題。3.由于選題力求結(jié)合專業(yè)實際，課程設(shè)計可把材料力學與專業(yè)需要結(jié)合起來。4.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。5.初步了解和掌握工程實際中的設(shè)計思路和設(shè)計方法。6.為后續(xù)課程的教學打下根基。2.設(shè)計任務(wù)和要求參加設(shè)計者要系統(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)并到處計算公式，獨立編制計算機程序，通過計算機給出計算結(jié)果，并完成設(shè)計計算說明書。2.1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.靜不定構(gòu)造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，并標明可能的各不安全截面。5.不安全截面上各種應(yīng)力的分布規(guī)律圖及由此判定各不安全點處應(yīng)力狀態(tài)圖。6.各不安全點的主應(yīng)力大小及主平面位置。7.選擇強度理論并建設(shè)強度條件。8.列出全部計算過程的理論根據(jù)、公式推導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.疲勞強度計算局部要說明循環(huán)特征，σmax，σmin，r，σm，σa的計算，所查k，ε，β各系數(shù)的依據(jù)，并列出疲勞強度校核過程及結(jié)果。2.2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、改進措施。2.提出改進設(shè)計的初步方案及設(shè)想。3.提高強度、剛度及穩(wěn)定性的措施及建議。2.3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(shè)計計算說明書上〕。3.設(shè)計題目及設(shè)計內(nèi)容單缸柴油機曲軸的強度設(shè)計及剛度計算、疲勞強度校核某柴油機曲軸可以簡化為以以下圖所示的構(gòu)造，材料為球墨鑄鐵〔QT450-5〕彈性常數(shù)為E、μ，許用應(yīng)力[σ]，G處輸入傳矩為Me，曲軸頸中點受切向力Ft、徑向力Fr的作用，且。曲柄臂簡化為矩形截面，且滿足：，，有關(guān)數(shù)據(jù)見表1，表2。表1固定數(shù)據(jù)[σ]/MPa0.110.181500.271201800.050.78題目要求：〔1〕畫出曲軸的內(nèi)力圖?！?〕設(shè)計曲軸頸直徑d，主軸頸直徑D?！?〕校核曲柄臂的強度?！?〕校核主軸頸H-H截面處的疲勞強度，取疲勞強度系數(shù)n=2。鍵槽為端銑加工，主軸頸外表為車削加工。用能量法計算A-A截面的轉(zhuǎn)角θy，θz。解：Fr〔1〕FtyxzFAzFFzMeFAyFFyMe=9549=481.27N/mFt==8021.16NFr=4010.58NFAy==2489.32NFFy==1521.25NFAz==4978.65NFFz==3042.51N內(nèi)力圖如下：MXM1=FAz·r=298.72N/mMyM2=FAz·〔L1-〕=368.42N/mM3=FAz·L1=547.65N/mM4=FFz(L2-)=438.12N/mM5=FAy·(L1-)=184.21N/mM6=FAy·L1=273.83N/mM7=FFy·(L2-)=219.06N/mFN1=FAy=2489.32NFN2=FFy=1521.25N確定主軸直徑D:不安全截面在E處，受彎矩和扭矩組合變形，由第三強度理論得σr3=≦[σ]D≧=38.8mm所以D=40mm確定曲柄頸直徑d：曲柄頸不安全點在CD中點處，受彎矩和扭矩組合變形，由第三強度理論得：σr3=≦[σ]d≧=38.67mm所以曲柄頸直徑為d=40mm校核曲柄臂曲柄臂不安全截面為E截面，截面受正壓力，彎矩和扭矩：不安全點為D1,D2,D3D1點為純壓力：σ=≦[σ]W1=W2=D2點：τ2=σ2=由第三強度理論得σr3=≦[σ]D3點：τ3=vτ2σ3=由第三強度理論得σr3’=≦[σ]其中α，v與h/b有關(guān)。查表3.12.53.04.0α0.2580.2670.282v0.7670.7530.745由插入法得當2.5≦≦3.0時解得當3.0≦≦4.0時同理得盡量減小橫截面積s=hb，同時滿足以上條件，c程序中hb()子程序，用窮舉法求出h，b的最正確值得h=57.55mm,b=23.01mm所以α=0.258,v=0.767所以D1點σ==82.19MPa<120MPa安全D2點τ2==55.74MPaσ2==44.29MPaσr3==119.95MPa<[σ]=120MPa安全D3點τ3=vτ2=42.75MPaσ3==39.04MPaσr3’==93.99MPa<120MPa安全所以曲柄臂足夠強度。疲勞強度校核τ-1=180MPa,Ψτ=0.05ετ=0.78查書可知σb=450MPaKτ=1.29,插入法算得β=0.94H-H截面在工作時只受扭轉(zhuǎn)力Me產(chǎn)生的切應(yīng)力τ，不工作時受力為0所以r=0，為脈沖載荷。τmax==38.30MPaτmin=0τa==19.15MPa=19.15MPa=5.19>2安全〔5〕用能量法計算A-A截面轉(zhuǎn)角θy，θz如以以下圖，在A-A處XOZ面內(nèi)加一單位力偶，再用疊加法計算θy支座反力為FAz2和FFz2，其中FAz2=FFz2==3.45N曲柄臂EId=EID=GI=θy==+++=0.005069rad同理在XOY面內(nèi)在Ａ處加單位力偶其中FAｙ2=FFｙ2＝其中EI2=EA=Ehbθz==++++++=0.002787rad4.設(shè)計的改進意見及措施4.1提高曲軸的彎曲強度提高彎曲強度的主要措施有，合理安排構(gòu)件的受力情況及設(shè)計合理的截面。也可以在構(gòu)造允許的情況下將集中載荷適當分散讓在和盡量靠近支座。4.2提高曲軸的彎曲剛度提高彎曲剛度的主要措施有，改善構(gòu)造形式，減少彎矩的數(shù)值、選擇合理的截面及合理選材等。對于該曲軸可以通過改善構(gòu)造形式，盡量減小跨度，選擇合理的截面形狀，減少彎矩的數(shù)值并且合理選材等形式提高曲軸的彎曲剛度。4.3提高曲軸的疲勞強度提高疲勞強度主要有減緩應(yīng)力集中和提高構(gòu)件外表強度兩種方式。為了消除和緩解應(yīng)力集中，再設(shè)計曲軸時，應(yīng)盡量防止出現(xiàn)方形直角或帶有尖角的孔和槽，即在主軸頸和曲柄臂相連處應(yīng)采用半徑較大的過度圓角。提高曲軸外表的強度可通過兩方面實現(xiàn)，一是從加工入手提高外表加工質(zhì)量，可采用精細加工，降低外表粗糙度，尤其對高強度鋼更重要；二是增加表層強度，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，即外表熱處理或化學處理，如外表高頻淬火、滲碳等或表層用滾壓等冷加工方法。設(shè)計體會材料力學是一門被各個工程廣泛應(yīng)用的學科，通過定量的計算設(shè)計軸直徑等相關(guān)數(shù)據(jù)，可以提高材料的利用率，降低不必要的成本。也可以防止材料強度不夠等危害。對我而言，知識上的收獲重要，了解到實際情況和理想情況的差距，只有考慮到各種情況才能充分設(shè)計。對于本次課程設(shè)計中的缺乏之處，還希望教師批評指正。謝謝教師長期以來的辛勤教導與幫助。參考文獻?材料力學實驗與課程設(shè)計?------------聶毓琴吳宏?材料力學?第二版--------------------聶毓琴孟廣偉?C語言程序設(shè)計教程?-----------------張玉春孫大元7.附錄7.1通用程序框圖7.2C語言程序#include<stdio.h>#include<math.h>#definePI3.1415926doubleMe,FAy,FAz,FFy,FFz,M1,M2,M3,M4,M5,M6,FN1,FN2,M7;doubleh,b,S=120e6,S1,S2,S3,E=150e9,u=0.27,r;doubleL1,L2,L3;intD,d;intmain()//主函數(shù){doublehb();//確定h,bdoublejhqbb();//校核曲柄臂doublejhplqd();//校核疲勞強度doublezhuanjiao();//計算轉(zhuǎn)角doubleP,n,Ft,Fr;doubleDD,dd,Sigemar3,BB;printf("enterthedata:P,n,r\n");scanf("%lf,%lf,%lf",&P,&n,&r);L1=0.11,L2=0.18;L3=1.2*r;printf("L1=%lf,L2=%lf,L3=%lf,P=%lf,n=%lf,r=%lf\n",L1,L2,L3,P,n,r);Me=9549*P/n;Ft=Me/r;Fr=Ft/2;FAy=Fr*L2/(L1+L2);FAz=Ft*L2/(L1+L2);FFy=Fr*L1/(L1+L2);FFz=Ft*L1/(L1+L2);M1=FAz*r;M2=FAz*(L1-L3/2);M3=FAz*L1;M4=FFz*(L2-L3/2);M5=FAy*(L1-L3/2);M6=FAy*L1;M7=FFy*(L2-L3/2);FN1=FAy;FN2=FFy;printf("Me=%.2lfN·m,Ft=%.2lfN,Fr=%.2lfN\n",Me,Ft,Fr);printf("FAy=%.1lfN,FAz=%.1lfN,FFy=%.1lfN,FFz=%.1lfN\n",FAy,FAz,FFy,FFz);printf("M1=%.2lfN·m,M2=%.1lfN·m,M3=%.1lfN·m\n",M1,M2,M3);printf("M4=%.2lfN·m,M5=%.1lfN·m,M6=%.1lfN·m,M7=%.1lfN·m,FN1=%.1lfN,FN2=%.1lfN\n",M4,M5,M6,M7,FN1,FN2);Sigemar3=sqrt(M1*M1+M3*M3+M6*M6);BB=32*Sigemar3/(PI*S);dd=pow(BB,1.0/3.0);Sigemar3=sqrt(Me*Me+M4*M4+M7*M7);BB=32*Sigemar3/(PI*S);DD=pow(BB,1.0/3.0);printf("D=%.4lfm,d=%.4lfm\n",DD,dd);D=(int)(1000*DD);d=(int)(1000*dd);if(d%2==0)d=d+2;elsed=d+1;if(D%2==0)D=D+2;elseD=D+1;printf("故D取%dmm,d取%dmm\n",D,d);hb();//調(diào)用求解h，b子函數(shù)jhqbb();//調(diào)用校核曲柄臂子函數(shù)jhplqd();//調(diào)用校核疲勞強度子函數(shù)zhuanjiao();//調(diào)用求轉(zhuǎn)角子函數(shù)return0;}doublehb()//求解h，b子函數(shù){doubleX1,X2,X3,Y2,Y3;doubleh1,b1;doublea,v;doubles,m=(1.6*D)*(0.4*1.6*D);for(h=1.4*D;h<=1.6*D;h+=0.01)for(b=0.25*h;b<=0.4*h;b+=0.01){if(h/b>=2.5&&h/b<=3)//查表3-1，利用插入法確定a,r{a=0.213+0.018*h/b;v=0.837-0.028*h/b;}else{a=0.222+0.015*h/b;v=0.777-0.008*h/b;}X1=1e6*FN2/(b*h)+6e9*Me/(b*h*h)+6e9*M7/(b*b*h);X2=1e6*FN2/(b*h)+6e9*M7/(b*b*h);X3=1e6*FN2/(b*h)+6e9*Me/(b*h*h);Y2=1e9*M4/(b*b*h*a);Y3=v*Y2;S1=X1;S2=sqrt(X2*X2+4*Y2*Y2);//應(yīng)用第三強度理論S3=sqrt(X3*X3+4*Y3*Y3);if(S1<S&&S2<S&&S3<S){s=b*h;if(s<m)//選取使截面積S最小的h,b{m=s;h1=h;b1=b;}}}h=h1,b=b1;printf("故h和b值為:\n");printf("h=%.2lfmm\nb=%.2lfmm\n",h,b);return0;}doublejhqbb()//校核曲柄臂子函數(shù){doubleX1,X2,X3,Y2,Y3,S2,S3;doublea,v;if(h/b>=2.5&&h/b<=3){a=0.213+0.018*h/b;v=0.837-0.028*h/b;}else{a=0.222+0.015*h/b;v=0.777-0.008*h/b;}X1=FN2/(b*h)+6e3*Me/(b*h*h)+6e3*M7/(b*b*h);X2=FN2/(b*h)+6e3*M7/(b*b*h);X3=FN2/(b*h)+6e3*Me/(b*h*h);Y2=1e3*M4/(b*b*h*a);Y3=v*Y2;S1=X1;S2=sqrt(X2*X2+4*Y2*Y2);S3=sqrt(X3*X3+4*Y3*Y3);printf("X1=%.2lfMPa,X2=%.2lfMPa,X3=%.2lfMPa,Y2=%.2lfMPa,Y3=%.2lfMPa\n",X1,X2,X3,Y2,Y3);S1=X1;S2=(sqrt(X2*X2+4*Y2*Y2));S3=(sqrt(X3*X3+4*Y3*Y3));printf("S1=%.2lfMPa,",S1);if(S1<S)printf("所以D1點安全\n");printf("S2=%.2lfMPa，",S2);if(S2<S)printf("所以D2點安全\n");printf("S3=%.2lfMPa，",S3);if(S3<S)printf("所以D3點安全\n");if(S1<S&&S2<S&&S3<S)printf("故曲柄臂強度是足夠的\n");elseprintf("曲柄臂強度不符合要求\n");return0;}doublejhplqd()//校核疲勞強度子函數(shù){doubleKt=1.29,B=0.94,Wp,Tmin,Tmax,Ta,Tm,n;doublet_1=180e6,Fai=0.05,Et=0.78;Wp=PI*D*D*D/16e9;Tmax=(1e-6)*Me/Wp;Tmin=0;Ta=(Tmax-Tmin)/2;Tm=(Tmax+Tmin)/2;n=t_1/(Kt*Ta*1e6/(Et*B)+Fai*Tm*1e6);printf("Tmin=%.1lfMPa,Tmax=%.1lfMPa,Ta=%.1lfMPa,Tm=%.1lfMPa,n=%.2lf\n",Tmin,Tmax,Ta,Tm,n);if(n>2)printf("H-H截面疲勞強度是足夠的\n");elseprintf("H-H截面疲勞強度缺乏夠\n");return0;}doublezhuanjiao()//求轉(zhuǎn)角子函數(shù){doubleFAz2,FFz2,FAy2,FFy2,EId,EID,EI2,GI,EA,B,Jy,Jz;FAz2=1/(L1+L2);FFz2=FAz2;if(h/b>2.5&&h/b<3){B=0.179+0.028*h/b;}else{B=0.209+0.018*h/b;}EId=1e-12*E*PI*d*d*d*d/64;EID=1e-12*E*PI*D*D*D*D/64;GI=1e-12*E*B*h*b*b*b/(2*(1+u));Jy=1/EID*(FFz2*(L2-L3/2)*