材料力学课程设计报告

1、 （左侧装订，封皮标题居中）材料力学课程设计报告 课设题目：曲柄轴强度设计与变形计算 单 位：理学院 专业/班级：工程力学 一、前 言1、材料力学课程设计的目的意义本课程设计是在系统学完材料力学课程之后，结合工程实际中的问题，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知识解决工程实际问题的目的。与此同时，进一步加强对以前所学知识（高等数学、工程图学、理论力学、计算机等）的综合运用，又为后续课程的学习打下基础，并初步掌握工程设计思想和设计方法，使实际工作能力有所提高。2、工程背景柴油机自十九世纪发明以来，经过一百多年的不断研究和改进，已经发展到了比较完

2、善的程度。它以热效率高功率和转速范围宽广，比重量较小的优点，在动力机械中占有及其重要的地位，广泛应用于国民经济和国防的各个领域中，尤其在船舶领域。曲轴是柴油发动机中最重要的部件。它承受连杆传来的力，并将其转变为转矩通过曲轴输出并驱动发动机上其他附件工作。曲轴受到旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲扭转载荷的作用。因此要求曲轴有足够的强度和刚度。3、课程设计主要任务及要求（1）查阅相关文献，介绍课程设计选题的工程背景（2）根据设计题目建立课程设计选题计算简图（3）绘制选题结构的内力图（4）列出理论依据和导出的计算公式（5）进行强度分析、变形计算（6）完成设

3、计说明书。二、力学模型建立与内力分析1、设计题目简介 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、，许用应力，G处输入传矩为Me，曲轴颈中点受切向力Ft、径向力Fr的作用，且。曲柄臂简化为矩形截面，且满足：h=1.4D, h/b=3/2，有关数据见表1，表2。表1 固定数据0.150.201800.27140表2 设计计算数据I3192900.07题目要求：（1）画出曲轴的内力图。（2）设计曲轴颈直径d，主轴颈直径D。（3）校核曲柄臂的强度。 （4）用能量法计算A-A截面的转角y，z。2、模型简化 b)力学模型图1 单缸柴油机曲轴简化图1曲轴颈 2曲柄臂

4、 3主轴颈3、内力分析1)外力分析图：图2 外力分析图2)外力分析：1.画出曲轴的计算简图（上图），计算外力偶矩。Me=9549P/N=625.6N/m2.计算切向力、径向力。Ft=Me/r=8937.5NFr=Ft/2=4468.7N3.平衡条件计算反力。（1）在XOY平面内: 解得：FBy=1915.2N FAy=2553.5N（2）在XOZ平面内： 解得：FFz=3830.4N FAz=5107.1N内力分析：1)内力图：内力图如图3所示，不计弯曲切应力，弯矩图画在纤维受压侧，根据内力图确定危截面。(单位：力-N 力矩N·m)图3 内力图2）内力计算（1）主轴颈的EF左端（1-

5、1为危险截面，受扭转和两向弯曲（2）曲柄臂DE段下端（2-2）为危险截面，受扭转、两向弯曲和压缩（3）曲轴颈CD段中间截面（3-3）为危险截面，受扭转和两向弯曲 三、杆件设计与强度分析一设计曲轴颈直径d1.在XOY平面内弯矩：=383.0N.m2.在平面内弯矩：=766.1N.m3.My和Mz合成弯矩：=856.5N.m4.扭矩：=357.5N.m5.如用第四强度理论设计：d40.5 所以取d=45.0mm二.设计主轴1.Mz=FBy×L2=383.0N.m2.My=FBz×L2=766.1 N.m3.M=856.5 N.m4.T=Me=625.6 N.m5.仍用第四强度理

6、论设计42.6 所以取d=45mm三、校核曲柄臂的强度：曲柄臂的危险截面为矩形截面，受扭转、两向弯曲及轴力的作用。为确定危险点的位置，画出曲柄臂上（2-2）截面应力分布图。曲柄臂的强度计算:根据应力分布图可判定出可能的危险点为，。图5危险点分布图=1915.2N N.m N.mFBz×（L2+）=846.5 N.m Nc= = MPa 正应力 MPaD点因扭矩My引起切应力 MPaD点与FSZ对应切应力2 2.2 MPaD点总切应力 MPa用第四强度理论 MPa满足强度条件 四、变形计算1·用能量法计算A-A截面的转角y，z。采用图乘法分别求解截面的转角y，z。求y：在截面

7、A加一单位力偶矩 图6受力分析图由平衡方程得：B点的弯矩为：E点的弯矩为 单位力偶矩作用下的内力图与外载荷作用下的内力图如下（弯矩画在受压的一侧，单位:N·m）：当h=63.0mm，b=42.0mm时，h/b=1.5,查材料力学中表知=0.196杆件的抗扭刚度： 则 =2.62×10-3rad方向与单位力偶相同求z：在截面A加一单位力偶矩单位力偶矩作用下的内力图与外载荷作用下的内力图如下（弯矩画在受压的一侧）则应用能量法可解： =1.38×10-3rad方向与单位力偶相同五、结 论两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把

8、握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。 课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程.”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义.我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下了坚实的基础。在这次课程设计中我们都受益良多。参考文献：1.刘鸿文. 材料力学D. 北京:高等教育出版社,2010: 210-3322.刘鸿文. 材料力学D. 北京:高等教育出版社,2010: 26-103备注：1、表的标注方法（表中字体一律为5号）表1 模型数据表序号弹性模量泊松比长度a(m)长度b(m)长度c(m)长度d(m)1200GPa0.31.32.350.42、图的标注方法（注意全文图统一大小，图形不要过大能够看清就可）图1 蜂窝板切面3、参考文献（字体为小四）1 徐丽娜. 神