单缸柴油机曲轴的强度设计方案

PAGEPAGE2材料力学课程设计题目：单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核课程设计的目的材料力学课程设计的目的是在于系统学习材料力学后，能结合工程中的实际问题，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的知识解决工程实际问题之目的。同时，可以使我们将材料力学的理论和现代计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,又提高了分析问题，解决问题的能力；既把以前所学的知识综合应用,又为后继课程打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，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.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、判断设计题目的已知所求问题,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、μ,许用应力为[σ］,Ｇ处输入转矩为,曲轴颈中点受切向力、径向力的作用，且=.曲柄臂简化为矩形截面，1．４≤≤1。6，2。５≤≤４,=1．2r,已知数据如下表：0．110。18１５00．2712018０0.０50．78１２.０26０0。０６画出曲轴的内力图。设计曲轴颈直径d,主轴颈直径D。校核曲柄臂的强度。校核主轴颈Ｈ—Ｈ截面处的疲劳强度，取疲劳安全系数n＝2。键槽为端铣加工，主轴颈表面为车削加工。用能量法计算A-Ａ截面的转角,。画出曲轴的内力图外力分析画出曲轴的计算简图,计算外力偶矩＝9４59N==N==3672。5N计算反力:在XＯY平面内:===＝在ＸＯZ平面内：＝=＝＝(２）内力分析＝1＼*ＧB3①主轴颈的EG左端（１-１）截面最危险，受扭转和两向弯曲=Me＝４４0．7＝(–）==(–）==2\＊ＧB３②曲柄臂DE段下端（2—2)截面最危险,受扭转、两向弯曲和压缩=Ｍe=4４０。７=（–）==（–)＝==139３Ｎ=３\＊GB3③曲柄颈ＣD段中间截面（3—３）最危险,受扭转和两向弯曲=*r===＝=图如下图（不计内力弯曲切应力，弯矩图画在受压侧）：（单位：力—N力矩—）CB段：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==得Ｄ取D=３8mm(2）曲柄颈CD属于圆轴弯扭组合变形，由第三强度理论，在危险截面1—1中:=得：dmm取d＝38mｍ校核曲柄臂的强度（1）（具体求解通过C语言可得,见附录）由程序得ｈ,b的最佳值为:h＝5４。９7mm，b=2１.９8mm查表得:(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出可能的危险点为，,。点:点处于单向应力状态==59所以点满足强条件。点:点处于二向应力状态，存在扭转切应力点的正应力为轴向力和绕ｚ轴的弯矩共同引起的=由第三强度理论所以点满足强度条件。点：点处于二向应力状态根据第三强度理论所以点满足强度条件.校核主轴颈H—H截面处的疲劳强度由题意查表得已知FＨ处只受扭转作用ｒ==－所以,扭转切应力为脉动循环=-=20.46安全系数所以,H－H截面的疲劳强度足够.用能量法计算A－A截面的转角，采用图乘法分别求解A—Ａ截面的转角，。求：在截面A加一单位力偶矩。并作出单位力偶矩作用下的弯矩图与外载荷作用下的弯矩图如下（画在受压一侧）:有平衡方程得:B点的弯矩为1-3．4４8E点的弯矩为由图乘法：查表得ＧI===5.7(2）求：在截面A加一单位力偶矩。并作出单位力偶矩作用下的弯矩图与外载荷作用下的弯矩图如下（画在受压一侧)：同理得：由图乘法:＝附录求解h，b的C语言程序如下：include<math．h＞＃include<stｄio。h〉#deｆｉneG1０00＃defｉｎeD50＃defｉnｅＹ120maiｎ（)｛ｆloａｔＭz,My,Ｍx,F;fｌoatZ1,Z２，Ｚ３，Ｑ2，Ｑ3，Ｙ2,Y３；fｌｏath，b，h1,b1;ｆｌｏata，ｒ；ｆloatｓ，ｍ＝1.6＊D*0.4*1。6＊D；ｐrinｔf(＂iｎputＭx,My，Ｍz，F:\n＂）;sｃａnf（"％ｆ％f％f％f”，＆Mx，＆My，＆Mz,＆F）；ｆor（ｈ=1.４＊Ｄ;ｈ<=1。6*Ｄ;ｈ=h+０.０1)fｏr(b=0.2５＊h;ｂ＜＝０.4＊ｈ；ｂ=b＋0。01）｛if（h/b〉=2。５&&h/b〈＝３)｛a＝０．２13+0。018*ｈ／b；r＝0.83７-0。02８＊h／b；}ｉｆ（h/b＞＝3＆＆ｈ/ｂ＜＝4）｛a=０．２２２＋0.0１5＊ｈ/b;ｒ=０。77７－0．0０8*ｈ／b；｝Ｚ1=F/(ｂ*h)+6*G＊Mz／（b*ｂ*h）+6＊G*Mx/（b＊ｈ＊h)；Z2=Ｆ/（b＊h)＋６＊G＊Mz/(b*ｂ＊ｈ);Z３=F/(b＊ｈ）+6＊G＊Mx/（b*ｈ*h）;Q2=Ｇ＊Mｙ/（b＊ｂ*h*a）；Q３=r*Q2；Y2=ｓqrｔ（Z２＊Z２＋4＊Ｑ2*Q2)；Y3=sqrt（Ｚ３＊Z3＋4＊Q3*Ｑ３)；ｉｆ（Z1<=Y&&（Y2－Ｙ)/Y〈0。05＆&(Y3—Y)/Ｙ<０。0５)｛s=h*b；if(s＜ｍ)｛ｍ=s；h1=h；b1=ｂ；｝}}ｐｒiｎtf(＂getthereｓult：\n");priｎtf("h=%5.２ｆmm＼ｎ