缸柴油机曲轴》

1、材料力学课程设计 学号:41091307 姓名：吴茂坤 题目：单缸柴油机曲轴的强度设计 及刚度计算、疲劳强度校核 指导老师：李锋 2011. 10. 20 材料力学课程设计 目录 一. 课程设计的目的2 二. 课程设计的任务和要求2 三. 设计题目 !1! 设计过程 1 画出曲轴的内力图 2. 设计曲轴颈直径d和主轴颈直径D 3. 校核曲柄臂的强度 13 校核主轴颈截面处的疲劳强度 用能量法计算A-A截面的转角殳 设计的改进措施及方法 六. 程序计算部分13 七. 设计体会15 八. 参考文献15 一、课程设计的目的 材料力学课程设讣的LI的是在于系统学习材料力学后，能结合工程中的实际 问题，

2、运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件， 以达到综合运用材料力学的知识解决丄程实际问题之LI的。同时，可以使我们将 材料力学的理论和现代讣算方法及手段融为一体。既从整体上掌握了基本理论和 现代的计算方法，乂提高了分析问题，解决问题的能力：既把以前所学的知识综 合应用，乂为后继课程打下基础，并初步掌握工程中的设讣思想和设讣方法，对 实际工作能力有所提高。 1）使所学的材料力学知识系统化，完整化。让我们在系统全面复习的基础 上，运用材料力学知识解决工程实际问题。 2）综合运用以前所学的各门课程的知识（高等数学、工程图学、理论力学、 算法语言、计算机等），使相关学科的知识有机

3、地联系起来。 3）使我们初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法，为后续课程 的学习打下基础。 二、课程设计的任务和要求 要系统复习材料力学课程的全部基本理论和方法，独立分析、判断设讣题LI 的已知所求问题，画出受力分析讣算简图和内力图，列出理论依据并导出计算公 式，独立编制讣算程序，通过计算机给出讣算结果，并完成设计计算说明书。 三、设计题目 某柴油机曲轴可以简化为下图所示的结构，材料为球墨铸铁（QT450-5）弹性 常数为E、U,许用应力为o, G处输入转矩为曲轴颈中点受切向力E、 径向力尺的作用，且Ft=-。曲柄臂简化为矩形截面，1.4W2W1.6, 2.5W? 2Db W4, 6=

4、1. 2r,已知数据如下表: 人/ m /2 / m E/Gpa J / Mpci 0. 11 0. 18 150 0. 27 120 180 匕 P/kW n/(r/min) r / m 0. 05 0. 78 10.5 100 0. 06 （一）画出曲轴的内力图。 （二）设计曲轴颈直径d,主轴颈直径D。 （三）校核曲柄臂的强度。 （四）校核主轴颈截面处的疲劳强度，取疲劳安全系数22。键槽为端铳 加工，主轴颈表面为车削加工。 （五）用能量法计算力勺截面的转角2，殳。 材料力学课程设计 四、设计过程 画岀曲轴的讣算简图，计算外力偶矩 .贻9549 =9549* 二 1003 N m n100

5、. F/ = 一=16717N 斤二二8358N 2 再山平衡条件计算反力 口 I 在 XOY 平面内：= -=5188N /1 + /2 F4 Ff、二=3170N /1 + /2 FA 在 XOZ 平面内：Ex 二一一二 10376N /1 + /2 厂Rh Ffz-=634 IN /1 + /2 （2）内力分析 主轴颈以EF的左端（1-1）截面最危险，受扭转和两向弯曲 Mix 二 Me 二1003/V？ =（/2 -）二913/V2 2 A/jz = Fa *（ /2 - ）=456 N m 2 曲柄臂以DE段的下端（2-2）截而最危险，受扭转、两向弯曲和压缩 Mix- Me 二1003

6、N加 MiyFfz * （h -）二 913N 加 2 M2z = Ffv* （/2 - ） =456 N - m 2 Fni - Ff =3170N 曲轴颈以CD段中间截面（3-3）最危险，受扭转和两向弯曲 Mix = Ez *r=623 N m M3F 二屉二 1141N - m M3Z 二 Fav * /1 =571N nt 内力图如下图（由 = Fq可知，M与梁的长度的关系总是比和梁的长度关 dx 系高一个数量级。当2 （梁的跨度与截面高度之比）较大时，不需要对弯曲切应 h 力进行强度校核，因此在内力图里没画出剪力图。弯矩图画在受压侧）： （单位：力一N力矩一 N 加） 1 材料力学课

7、程设计 623 /62： 1 / 1 y . / 1 / 1 , / 1 X 1003 1003 / X / / / / / -/ / 768 / / 913 1141 My768913 /厂/ / 571 M z384 456 一 384 456 Fn 5188 3170 2、设计曲轴颈直径d和主轴颈直径D （1）主轴颈的危险截面为EF的最左端，受扭转和两向弯曲 根据主轴颈的受力状态，可用第三强度理论计算 其中丄二 0 得 D249 5mm 取 D二50mm （2）曲轴颈CD属于圆轴弯扭组合变形，山第三强度理论，在危险截面1-1中: 勿3 32 32 I =V6232+1 1412 + 57

8、12 49.4”故取 d = 50/777/7 3、校核曲柄臂的强度 （1）（具体求解通过C语言可得，见六、程序计算部分） I I I 程序得 h, b 的最优值取为 h = 72.32/”?，b = 28.92。 查材料力学表3-1,利用插入法得 67 = 0.258, / = 0.767 （2）曲柄臂的强度计算 曲柄臂的危险截面为矩形截面，且受扭转、两向弯曲及轴力作用（不计剪力 ），曲柄臂上的危险截面2-2的应力分布图如下图： 根据应力分布图可判定岀可能的危险点为卩，Q, D3o 材料力学课程设计 9点: Fpy 6xM2X 6xMv _亦+ 心 + hX =86. 54娠？ /46.75

9、2 + 4 x 58.52 = 125.99MHz Q 125.99-120 120 x 100% = 4.996% 5% 所以Q点满足強度条件。 1 材料力学课程设计 D3点： q点处于二向应力状态 r, = /r = 0.767 x 58.5 = 44.87MP 冬+淖 hb h2b = 41303MH/ 31706x1003 72.32 x 28.92 x 10 + 28.92 x 72.322 x 10 根据笫三强度理论 = 3+4十=V41.3032+4x44.872 = 98.789MP #includestdio. h 换算常数*/ /*主轴颈直径D*/ /*许用应力120MPa

10、*/ #define G 1000 #define D 50 define Y 120 void main() float Mz, My, Mx, F; float Z1,Z2,Z3,Q2,Q3,Y2,Y3; float h, b, hl, bl; float a, r; float s, nFl. 6*D*0. 4*1. 6*D; printf (z/input Mx, My, Mz, F: n); scanf, for (h=l. 4*D;h=l. 6*D;h=h+0. 01) for (b二0 25*h;b=2. 5 r=0. 777-0. 008*h/b ; Z1=F/ (b*h) +

11、6*G*Mz/ (b*b*h) +6*G*Mx/ (b*h*h) ;/*计算 DI 点正应力*/ Z2二F/ (b*h) +6*G*Mz/ (b*b*h) ;/*计算 D2 点正应力*/ Z3=F/ (b*h) +6*G*Mx/ (b*h*h) ;/*计算 D3 点正应力*/ Q2=G*My/ (b*b*h*a) ;/*计算 D2 点切应力*/ Q3二r*Q2;/*计算D3点、切应力*/ Y2二sqrt (Z2*Z2+4*Q2*Q2) ;/*应用第三强度理论*/ Y3二sqrt(Z3*Z3+4*Q3*Q3); if(Zl-Y)/Y0. 05 辻(sm)/*出于经济性考虑，选取使截面积S最小的 h, b*/ m=s;hl=h;bl=b; printf (，zget the result ： nz/ ); printf(h=%5. 2fmmnb=%5. 2fmmns=%7. 2fmm2, h二hl, b二bl, m); 运算结果: 七、设计体会 通过这次课程设计，自己独立完成了所有题U的解答过程，加深了对材料力 学、CAD, C语言等知识的理解和运用能力，在设计的过程中，以设计题为核 心，系统地应用所学知识，全面地考虑问题，完成了曲轴的设讣，真正得将所学 知识用在了对实际问题的解决