材料力学课程设计-单缸柴油机曲轴

辩论成绩：设计成绩：材料力学课程设计设计计算说明书设计题目：单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核题号:2-Ⅱ-12教学号:14100416姓名：刘伟杰指导教师：麻凯目录一、材料力学课程设计的目的……1二、材料力学课程设计的任务和要求……………11、设计计算说明书的要求………12、分析讨论及说明局部的要求…………………13、程序计算局部的要求…………1三、设计题目………21、画出曲轴的内力图……………32、设计曲轴颈直径d，主轴颈直径D…………53、校核曲柄臂的强度……………64、校核主轴颈H-H截面处的疲劳强度…………85、用能量法计算A-A截面的转角,…………9四、C程序计算局部………………12五、改良措施………13六、设计体会………14七、参考文献………14材料力学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，运用材料力学的根本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以到达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。既从整体上掌握了根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，又为后继课程打下根底，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根底上，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根底。材料力学课程设计的任务和要求要系统复习材料力学课程的全部根本理论和方法，独立分析、判断设计题目的所求问题，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。1、设计计算说明书的要求设计计算说明书是该题目设计思想、设计方法和设计结果的说明。要求书写工整，语言简练，条理清晰、明确，表达完整。2、分析讨论及说明局部的要求1. 分析计算结果是否合理，并讨论其原因、改良措施。2. 提出改良设计的初步方案及设想。3. 提高强度、刚度及稳定性的措施及建议。3、程序计算局部的要求1.程序框图。2.计算机程序〔含必要的语言说明及标识符说明〕。 3.打印结果〔数据结果要填写到设计计算说明书上〕。设计题目某柴油机曲轴可以简化为下列图所示的结构，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,数据如下表：0.110.181500.271201800.050.7816.83400.051、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、校核主轴颈H-H截面处的疲劳强度，取疲劳平安系数n=2。键槽为端铣加工，主轴颈外表为车削加工。5、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Me=9549=9549*=472==9440N==4720N计算反力在XOY平面内：==2930N==1790N在XOE平面内：==5859N==3581N〔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=m=472=*〔–〕=537=*〔–〕=269=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=m=472=*〔–〕=537=*〔–〕=269==1790N=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=293=*=644=*=322图如下列图〔不计内力弯曲切应力，弯矩图画在受压侧〕：〔单位：力—N力矩—〕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≥40.2mm取D=41mm(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3-3中：≤[]得d≥40.4mm取d=41mm3、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的最正确值为h=60.59mm，b=24.23mm。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的应力分布图如下列图：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所以点满足强度条件。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。综上，曲柄臂满足强度条件。校核主轴颈H-H截面处的疲劳强度由题意查表得FH处只受扭转作用所以，扭转切应力为脉动循环。平安系数：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〕：由平衡方程得B点的弯矩为E点的弯矩为由图乘法：，查表得〔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：四、C程序计算局部求解h，b的C语言程序如下：#include<math.h>#include<stdio.h>#defineG1000#defineD41#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("pleaseinputMx,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\nb=%5.2fmm\nm=%7.2fmm",h=h1,b=b1,m);return0;}五、改良措施提高曲轴强度强度：在机械结构允许的情况下，可采取将集中载荷分散或将集中力尽量靠近支座。提高曲轴刚度强度：改善结构形式、减少弯矩数值及合理选材。提高曲轴稳定性：提高外表加工质量及增加外表强度。六、设计体会通过这次课程设计，在参照《材料力学实验与课程设计》的根底上自己独立完成了所有题目的解答过程，从而加深了对材料力学、CAD，C语言等知识的理解,并将理论知识很好的运用于实际，提高了运用能力，并通过和同学的讨论研究交流了不同的想法，到达了锻炼的目的,同时还将过去所学习的知识得以复习稳固。最后，理论知识的理解得益于麻凯老师的谆谆教导，作为您一名普通的学生，非常感谢您的教诲和帮助。麻老师，