材料力学课程设计之单缸柴油机曲轴的强度设计

1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET. 材料力学课程设计班级：作者： 题目：单缸缸柴油机机曲轴的的强度设设计及刚度计算算、疲劳劳强度校校核指导老师： 2007.11.05课程设计的的目的材料力学课课程设计计的目的的是在于于系统学学习材料料力学后后，能结结合工程程中的实实际问题题，运用用材料力力学的基基本理论论和计算算方法，独独立地计计算工程程中的典典型零部部件，以以达到综综合运用用材料力力学的知知识解决决工程实实际问题题之目的的。同时时，可以以使我们们将材料料力学的的理论和和现代计计算方法法及手

2、段段融为一一体。既既从整体体上掌握握了基本本理论和和现代的的计算方方法，又又提高了了分析问问题，解解决问题题的能力力；既把把以前所所学的知知识综合合应用，又又为后继继课程打打下基础础，并初初步掌握握工程中中的设计计思想和和设计方方法，对对实际工工作能力力有所提提高。1）使所学学的材料料力学知知识系统统化，完完整化。让让我们在在系统全全面复习习的基础础上，运运用材料料力学知知识解决决工程实实际问题题。2）综合运运用以前前所学的的各门课课程的知知识（高高等数学学、工程程图学、理理论力学学、算法法语言、计计算机等等），使使相关学学科的知知识有机机地联系系起来。3）使我们们初步了了解和掌掌握工程程实践

3、中中的设计计思想和和设计方方法，为为后续课课程的学学习打下下基础。课程设计的的任务和和要求要系统复习习材料力力学课程程的全部部基本理理论和方方法，独独立分析析、判断断设计题题目的已已知所求求问题，画出受力分析计算简图和内力图，列出理论依据并导出计算公式，独立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。设计题目某柴油机曲曲轴可以以简化为为下图所所示的结结构，材材料为球球墨铸铁铁(QT4450-5)弹性常常数为EE、，许用应应力为，GG处输入入转矩为为，曲轴轴颈中点点受切向向力、径径向力的的作用，且=。曲柄柄臂简化化为矩形形截面，11.41.66，2.54, =1.2r,已知数数据

4、如下下表：0.110.181500.27120180 0.050.7815.52800.06画出曲轴的的内力图图。设计曲轴颈颈直径dd，主轴轴颈直径径D。校核曲柄臂臂的强度度。校核主轴颈颈H-HH截面处的的疲劳强强度，取取疲劳安安全系数数n=22。键槽槽为端铣铣 加加工，主主轴颈表表面为车车削加工工。用能量法计计算A-A截面面的转角角,。画出曲轴的的内力图图外力分析画出曲轴的的计算简简图，计计算外力力偶矩Me=95549=95449*=10003=167717NN =83558N计算反力 在XOYY平面内内：=51188NN =31170NN在XOE平平面内：=1003766N =63441N

5、（2） 内内力分析析 = 1 * GB3 主轴颈的的EG左左端（11-1）截截面最危危险，受受扭转和和两向弯弯曲=m=10003=*（）=9133=*（）=4566 = 2 * GB3 曲柄臂DDE段下下端（22-2）截截面最危危险，受受扭转、两两向弯曲曲和压缩缩=m=10003=*（）=9133=*（）=4566=31770N = 3 * GB3 曲柄颈CCD段中中间截面面（3-3）最最危险，受受扭转和和两向弯弯曲=*r=6623=*=11141=*=5771图如下图（不不计内力力弯曲切切应力，弯弯矩图画画在受压压侧）：（单位： 力N 力矩）设计曲轴颈颈直径dd和主轴轴颈直径径D（1）主轴轴

6、颈的危危险截面面为EFF的最左左端，受受扭转和和两向弯弯曲 根据主主轴颈的的受力状状态，可可用第三三强度理理论计算算=其中=得D499.5mmm取DD=500mm(2)曲柄柄颈CDD属于圆圆轴弯扭扭组合变变形，由由第三强强度理论论，在危危险截面面1-11中： 得 故取取 校核曲柄臂臂的强度度(1)（具具体求解解通过CC语言可可得，见见附录）由程序得hh,b的的最佳值值为 ，。查表得 ，(2)曲柄柄臂的强强度计算算曲柄臂的危危险截面面为矩形形截面，且且受扭转转、两向向弯曲及及轴力作作用（不不计剪力力），曲曲柄臂上上的危险险截面22-2的的应力分分布图如如下图：根据应力分分布图可可判定出出可能的的

7、危险点点为，。点： 点点处于单单向应力力状态 所以以点满足足强度条条件。点： 点处于于二向应应力状态态，存在在扭转切切应力 点点的正应应力为轴轴向力和和绕z轴轴的弯矩矩共同引引起的 由第三三强度理理论 所以点点满足强强度条件件。点： 点处处于二向向应力状状态 根据据第三强强度理论论 所以以点满足足强度条条件。综上，曲柄柄臂满足足强度条条件。校核主轴颈颈H-HH截面处处的疲劳劳强度由题意 查表得 已知 FH处只受受扭转作作用 所以，扭转转切应力力为脉动动循环。 安全系数 所以，HH-H截截面的疲疲劳强度度足够。用能量法计计算A-A截面面的转角角,采用图乘法法分别求求解A-A截面面的转角角,。求：

8、 在截截面A加加一单位位力偶矩矩。并作作出单位位力偶矩矩作用下下的弯矩矩图 与外外载荷作作用下的的弯矩图图如下（画画在受压压一侧）：由平衡方程程得B点的弯矩矩为E点的弯矩矩为由图乘法：， 查表得得 （2）求：在截面面A加一一单位力力偶矩。并并作出单单位力偶偶矩作用用下的弯弯矩图 与外载载荷作用用下的弯弯矩图如如下（画画在受压压一侧）：同理得： 由图乘法： 附录录 求解hh，b的的C语言言程序如如下：incluude#inclludee#defiine G 110000#defiine D 550#defiine Y 1120main()floaat MMz,MMy,MMx,FF;floatt

9、Z11,Z22,Z33,Q22,Q33,Y22,Y33;floatt h,b,hh1,bb1;floatt a,r;floatt s,m=11.6*D*00.4*1.66*D;printtf(inpput Mx,My,Mz,F:n);scanff(%f%ff%f%f,&Mxx,&MMy,&Mz,&F);for(hh=1.4*DD;h=1.6*DD;h=h+00.011)for(bb=0.25*h;bb=2.5&h/bb=3&h/bb=44)a=0.2222+0.0155*h/b;r=0.7777-0.0008*h/bb ;Z1=F/(b*h)+6*GG*Mzz/(bb*b*h)+6*GG*Mxx/(bb*h*h) ;Z2=F/(b*h)+6*GG*Mzz/(bb*b*h);Z3=F/(b*h)+6*GG*Mxx/(bb*h*h) ;Q2=G*My/(b*b*hh*a) ;Q3=r*Q2;Y2=sqqrt(Z2*Z2+4*QQ2*QQ2);Y3=sqqrt(Z3*Z3+4*QQ3*QQ3);if(Z11=YY&(Y2-Y)/Y00.055&(Y3-Y)/Y00.055)s=h*b;if(sm)m=s;h1=h;bb1=bb;printtf(gett thhe rresuult:n );printtf(h=%5.22fmmmnbb=%55.2ffmmnm=%7.2fmmm,