材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)單缸柴油機(jī)曲軸

1、材料力學(xué)課程設(shè)計(jì) 班級(jí)：441006班作者：劉百川 44100608題目：?jiǎn)胃撞裼蜋C(jī)曲軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)及剛度計(jì)算、疲勞強(qiáng)度校核題號(hào)：4數(shù)據(jù)號(hào)：24指導(dǎo)老師：李 鋒課程設(shè)計(jì)的目的材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的目的是在于系統(tǒng)學(xué)習(xí)材料力學(xué)課程之后，結(jié)合工程中的實(shí)際問(wèn)題，運(yùn)用材料力學(xué)的基本理論和計(jì)算方法，獨(dú)立地計(jì)算工程中的典型零部件，以達(dá)到綜合運(yùn)用材料力學(xué)的知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的目的。同時(shí)，可以使學(xué)生將材料力學(xué)的理論和現(xiàn)代計(jì)算方法及手段融為一體。既從整體上掌握了基本理論和現(xiàn)代的計(jì)算方法，又提高了分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力；既是對(duì)以前所學(xué)的知識(shí)的綜合應(yīng)用，又為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，并初步掌握工程設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，對(duì)實(shí)

2、際工作能力有所提高。具體有以下六項(xiàng)：1.使所學(xué)的材料力學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化，完整化。2.在系統(tǒng)全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用材料力學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際中的問(wèn)題。3.由于選題力求結(jié)合專業(yè)實(shí)際，因而課程設(shè)計(jì)可以把材料力學(xué)知識(shí)與專業(yè)需要結(jié)合起來(lái)。4.綜合運(yùn)用以前所學(xué)的各門(mén)課程的知識(shí)（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)等），使相關(guān)學(xué)科的知識(shí)有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)。5.使我們初步了解和掌握工程實(shí)踐中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。6.為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求參加設(shè)計(jì)者要系統(tǒng)復(fù)習(xí)材料力學(xué)課程的全部基本理論和方法，獨(dú)立分析、判斷設(shè)計(jì)題目的已知條件和所求問(wèn)題，畫(huà)出受力分析計(jì)算簡(jiǎn)圖和內(nèi)力圖，列出理論依據(jù)并導(dǎo)出計(jì)算

3、公式，獨(dú)立編制計(jì)算程序，通過(guò)計(jì)算機(jī)給出計(jì)算結(jié)果，并完成設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。設(shè)計(jì)題目某柴油機(jī)曲軸可以簡(jiǎn)化為下圖所示的結(jié)構(gòu)，材料為球墨鑄鐵(QT450-5)彈性常數(shù)為，許用應(yīng)力為，G處輸入轉(zhuǎn)矩為，曲軸頸中點(diǎn)受切向力、徑向力的作用，且。曲柄臂簡(jiǎn)化為矩形截面， ， , 。已知數(shù)據(jù)如下表：0.110.181500.27120180 0.050.7814.04500.050.06注：帶*標(biāo)記的為獨(dú)立的一組設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)，與他人不相同。1.畫(huà)出曲軸的內(nèi)力圖。2.設(shè)計(jì)曲軸頸直徑d，主軸頸直徑D。3.設(shè)計(jì)曲柄臂尺寸h和b。4.校核主軸頸H-H截面處的疲勞強(qiáng)度，取疲勞安全系數(shù)。鍵槽為端銑加工，主軸頸表面為車削加工。5.

4、用能量法計(jì)算A-A截面的轉(zhuǎn)角。作答如下：1.畫(huà)出曲軸的內(nèi)力圖（1） 外力分析畫(huà)出曲軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。外力偶矩=9549=9549×=297=5940N=2970N下面計(jì)算反力 在面xOy內(nèi)：= =在面xOy內(nèi)：= =（2） 內(nèi)力分析A主軸頸的EF左端（1-1）截面受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲，為最危險(xiǎn)：=（）=（）=169B曲柄臂DE段下端（2-2）截面受扭轉(zhuǎn)、兩向彎曲和壓縮，為最危險(xiǎn)。=（）=338=（）=169=C曲柄頸CD段中間截面（3-3）受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲，為最危險(xiǎn)。=做圖如下頁(yè)所示（不計(jì)內(nèi)力彎曲切應(yīng)力，彎矩圖畫(huà)在受壓側(cè)）：（單位： 力N 力矩）2. 設(shè)計(jì)曲軸頸直徑d和主軸頸直徑D主軸頸的危

5、險(xiǎn)截面為EF的最左端，受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲 根據(jù)主軸頸的受力狀態(tài)，可用第三強(qiáng)度理論計(jì)算其中得 取曲柄頸CD屬于圓軸彎扭組合變形，由第三強(qiáng)度理論，在危險(xiǎn)截面3-3中： 其中得 取3.校核曲柄臂的強(qiáng)度（具體求解通過(guò)C程序可得，見(jiàn)附錄）由程序得的最佳值為 ，。查表得 ，4.校核主軸頸H-H截面處的疲勞強(qiáng)度由題意 查表得 已知 FH處只受扭轉(zhuǎn)作用。 所以，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)。 安全系數(shù) 所以，H-H截面的疲勞強(qiáng)度足夠。5. 用能量法計(jì)算A-A截面的轉(zhuǎn)角,a.求：在截面A加一單位力偶矩。并作出單位力偶矩作用下的彎矩圖 與外載荷作用下的彎矩圖如下頁(yè)圖5-1所示（畫(huà)在受壓一側(cè)）： 圖5-1由平衡方程得B點(diǎn)的彎

6、矩為E點(diǎn)的彎矩為由圖乘法：， 查表得 b.求：在截面A加一單位力偶矩。并作出單位力偶矩作用下的彎矩圖 與外載荷作用下的彎矩圖如下圖5-2,5-3所示（畫(huà)在受壓一側(cè)）： 圖5-2 圖5-3使用同樣方法可得到： 由圖乘法： 分析討論及必要說(shuō)明在本次設(shè)計(jì)中，以下幾點(diǎn)需要說(shuō)明。1.在外力分析中，設(shè)定未知力的時(shí)候由于已知無(wú)X方向的外力，故未設(shè)；2.在畫(huà)內(nèi)力圖時(shí)，不計(jì)彎曲切應(yīng)力故未畫(huà)剪力圖； 3.在強(qiáng)度計(jì)算方面，由于材料是球墨鑄鐵，物理性質(zhì)與鋼相近。所以采用了第三強(qiáng)度理論而不是第一或第二強(qiáng)度理論；4.在校核主軸頸H-H截面處的疲勞強(qiáng)度時(shí)，忽略了鍵槽對(duì)的影響。設(shè)計(jì)的改進(jìn)措施及方法提高曲軸的彎曲強(qiáng)度合理安排曲

7、軸的受力情況及合理設(shè)計(jì)截面。但對(duì)于該曲軸，則只能采用合理安排曲軸的受力情況。在機(jī)械結(jié)構(gòu)允許的情況下可以采取將集中載荷適當(dāng)分散或集中力盡量靠近支座的方法。提高曲軸的彎曲剛度提高彎曲剛度的主要措施有：改善結(jié)構(gòu)形式，減少?gòu)澗氐臄?shù)值，選擇合理的截面，合理選材等。但對(duì)于該曲軸，則只能改善結(jié)構(gòu)形式，減少?gòu)澗氐臄?shù)值以及合理選材的方法。提高曲軸的疲勞強(qiáng)度提高疲勞強(qiáng)度的主要措施有減緩應(yīng)力集中及提高曲軸的表面強(qiáng)度等。為了消除和緩解應(yīng)力集中，在設(shè)計(jì)曲軸時(shí)應(yīng)盡量避免出現(xiàn)方形直角或帶有尖角的孔和槽，即在主軸頸和曲柄臂相連處應(yīng)采用半徑較大的過(guò)度圓角，提高曲軸表面的強(qiáng)度可通過(guò)兩方面實(shí)現(xiàn)。一是從加工入手，提高表面加工質(zhì)量，可

8、以采用精細(xì)加工降低表面粗糙度，如果將材料改為高強(qiáng)度鋼就尤其要注意；二是增加表面強(qiáng)度，對(duì)曲軸中應(yīng)力集中的部分，如鍵槽處應(yīng)采取某些工藝措施，即表面熱處理或化學(xué)處理，如表面高頻淬火、滲碳、滾壓、噴丸等。設(shè)計(jì)體會(huì)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)于材料力學(xué)有了更深的認(rèn)識(shí)。材料力學(xué)是一門(mén)被各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的學(xué)科，是通過(guò)理論與實(shí)踐來(lái)進(jìn)行強(qiáng)度，剛度，穩(wěn)定性以及材料的力學(xué)性能的研究。在保證安全可靠，經(jīng)濟(jì)節(jié)省的前提下，為構(gòu)件選擇適當(dāng)?shù)牟牧希_定合理的截面形狀和尺寸提供基本理論和計(jì)算方法，初步了解和掌握工程實(shí)踐中的設(shè)計(jì)思想和方法。這次的課程設(shè)計(jì)讓我深知理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性，也為以后的學(xué)習(xí)打下了一定的基礎(chǔ)。此外，我體會(huì)到了僅僅掌握課本中的理論和方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。工程實(shí)踐中的一些具體問(wèn)題比想象的要復(fù)雜得多。只有經(jīng)過(guò)不斷的進(jìn)行工程問(wèn)題的分析研究，從中獲得大量的經(jīng)驗(yàn)，才能以最經(jīng)濟(jì)的代價(jià)，最合理的方法解決遇到的各種難題。在和同學(xué)們的探討中我也發(fā)現(xiàn)了很多學(xué)習(xí)中的盲區(qū)和不甚合理的地方,大家也熱心的幫我糾正。同時(shí)，這次課程設(shè)計(jì)讓我重新將已經(jīng)很久不碰的Microsoft Word 2010，AutoCAD 2010和Visual C+ 6.0軟件重新使用，經(jīng)過(guò)溫習(xí)，對(duì)于軟件的應(yīng)用也更得心應(yīng)手了