龍門刨床門架

1、 材料力學(xué)課程設(shè)計設(shè)計計算說明書 設(shè)計題目： 龍門刨床門架 學(xué)號: 20097601 姓名： 張浩 指導(dǎo)教師：任小平完成時間： 一、材料力學(xué)課程設(shè)計的目的本課程設(shè)計是在系統(tǒng)學(xué)完材料力學(xué)課程之后，結(jié)合工程實際中的問題，運用材料力學(xué)的基本理論和計算方法，獨立的計算工程中的典型零部件，以達(dá)到綜合運用材料力學(xué)知識解決工程實際問題的目的。同時可以使學(xué)生間材料力學(xué)的理論和現(xiàn)代計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)代計算方法，又提高了分析問題、解決問題的能力；既是對以前所學(xué)知識（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計算機(jī)和材料力學(xué)等）的綜合運用，又為后續(xù)課程（機(jī)械設(shè)計、專業(yè)課等）的學(xué)習(xí)打下

2、基礎(chǔ)，并初步掌握工程設(shè)計思想和設(shè)計方法，使實際工作能力提高。具體有以下六項：1、所學(xué)的材料力學(xué)知識系統(tǒng)化、完整化。2、在系統(tǒng)全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運用材料力學(xué)知識解決工程實際中的問題。3、由于選題力求結(jié)合專業(yè)實際，因而課程設(shè)計可以吧材料力學(xué)知識與專業(yè)需要結(jié)合起來。4、綜合運用以前所學(xué)的各門課程的知識（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計算機(jī)等），使相關(guān)學(xué)科的知識有機(jī)的聯(lián)系起來。5、初步了解和掌握工程實踐中的設(shè)計思想和設(shè)計方法。6、為后續(xù)課程的教學(xué)打下基礎(chǔ)。二、材料力學(xué)課程設(shè)計的任務(wù)和要求參加設(shè)計者要系統(tǒng)股息材料力學(xué)課程的全部基本理論和方法，獨立分析、判斷設(shè)計題目的已知條件和所求問題，畫出手里

3、分析計算簡圖和內(nèi)力圖，列出理論依據(jù)并到處計算公式，對立編制計算程序，通過計算機(jī)給出計算結(jié)果，并完成設(shè)計計算說明書。三、材料力學(xué)課程設(shè)計題目龍門刨床門架計算某龍門刨床門架示意圖如圖1-1a所示，可簡化成圖1-1b所示的鋼架，尺寸如圖所示。危險工況有最大水平切削力F，另外有兩種力矩Me1、Me2，作用位置及作用方式如圖1-1b所示。門架材料為灰鑄鐵（HT250）。1、校核門架的強度。（取安全系數(shù)n=3）2、求門架上加力點的水平、垂直位移。設(shè)計計算數(shù)據(jù)：7-9-11 F=100kN、=60kN·m、=45kN·m 1-1a 1-1b一、設(shè)計計算書說明書1.設(shè)計分析：1.龍門刨床門

4、架靜不定次數(shù)為12次2.將三個載荷水平切削力F、兩種力矩Me1、Me2分成三部分單獨作用于構(gòu)件上，分別判斷靜不定次數(shù)、確定基本靜定系、建立多余約束處的正則方程、計算各系數(shù)ij 、iF，帶入正則方程，求解多余約束力。然后分別對兩根橫梁和立柱進(jìn)行強度校核。再用圖形互乘法求出加力點的水平和垂直位移。2.設(shè)計方法一、門架強度的校核第一步：將三個載荷水平切削力F、兩種力矩M1、M2分成三部分單獨作用于構(gòu)件上，判斷靜不定次數(shù)、確定基本靜定系、建立多余約束處的正則方程、計算各系數(shù)ij 、iF，帶入正則方程，求解多余約束力。（一） 最大水平切削力F單獨作用利用已知結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行簡化如下圖。此結(jié)構(gòu)為平面空間系統(tǒng)，

5、因此，在門架的任意橫截面上作用在門架平面內(nèi)的內(nèi)力素都等于零。此外，門架的形狀在門架平面內(nèi)對Y軸式對稱的，載荷作用于中點對Y軸也是對稱的。因此，在鋼架的對稱平面處的橫截面處，反對稱的內(nèi)力素（扭矩和剪力）也都等于零。因而不等于零的僅僅是作用在水平面內(nèi)的彎矩。將門架沿對稱平面揭開作為原超靜定結(jié)構(gòu)的靜定基，并加上兩對多余約束力偶矩X1、X2如圖：建立對稱平面處的變形協(xié)調(diào)條件在所截開的對稱平面處，不能產(chǎn)生相對的轉(zhuǎn)動，由力法正則方程有畫出由已知力F/2引起的內(nèi)力圖和X1=1、X2=1的單位力引起的內(nèi)力圖，如圖（a）（b）（c）利用圖乘法得： 圖 1此結(jié)構(gòu)為灰鑄鐵，查資料得：E=100GPa,G=40Gpa

6、門架立柱包含非圓截面的扭轉(zhuǎn)問題，由圖可知： 門架寬 2a=1200mm 高2l=1600mm；立柱A：H1=400mm B1=300mm H'2=360mm B'2=260mm；橫梁B：h1=200mm b1=120mm h2=180mm b2=100mm；經(jīng)常表得 h/b=1.2,=0.166 ; h/b=1.5,=0.196由插入法可得，1=0.179，2=0.184所以：立柱非圓截面 （m4）橫梁的 =3.14x10-5(m4)得：則：（二）力矩Me2單獨作用時；如圖所示：門架結(jié)構(gòu)特點于（一）水平切削力F單獨 作用時相似，為對稱結(jié)構(gòu)的平面-空間系統(tǒng)。其對稱平面處的橫截面上

7、，反對稱的內(nèi)力素也都等于零。因而不等于零的僅僅是作用于水平面的彎矩My,并加上二對多余約束力偶矩X3、X4建立正則方程 圖 2畫出由已知力偶矩和令、單位力引起的內(nèi)力圖，利用圖乘法得：所以：（三）力矩Me1單獨作用時；此門架結(jié)構(gòu)為平面對稱結(jié)構(gòu)。Me1為反對稱載荷。因此，在構(gòu)件的對稱平面處的橫截面上，對稱內(nèi)力素都等于零。因而不等于零的僅僅是剪力。將鋼架沿對稱平面截開作為原超靜定結(jié)構(gòu)的靜定基，并加上兩對多余的約束力由力法正則方程得：畫出由已知力矩的內(nèi)力圖和X5=1，X6=1的單位力的內(nèi)力圖，如圖1（a）（b）（c），同（一）設(shè)a,l：求得：立柱的橫梁的所以：由正則方程得：綜（一）（二）（三）得求出所

8、有的多余約束力后，此結(jié)構(gòu)化為靜定問題。可進(jìn)一步校核門架強度問題。第二步：門架強度的校核該門架為對稱結(jié)構(gòu)，沿對稱平面截開一半進(jìn)行校核分析。將其分為三部分，兩根橫梁和立柱，分別進(jìn)行強度校核。（一）頂部橫梁的強度校核1外力分析：如左圖所示頂部橫梁上作用多余約束力矩有X1和多月約束力X5。2. 畫出內(nèi)力圖：根據(jù)內(nèi)力圖確定危險截面為端截面，Mmax,z=Mmax,y=X13、強度校核：此構(gòu)件材料為灰鑄鐵，抗壓性能是抗拉性能10倍左右，對端點進(jìn)行應(yīng)力分析：， 查資料得，灰鑄鐵HT250，<故頂部橫梁滿足強度條件，是安全的。（二）中間橫梁的強度校核1、外力分析：中間橫梁上作用有外載荷，以及約束力和約束

9、力偶矩2、畫內(nèi)力圖： 彎矩圖： 扭矩圖：分析得，此橫梁受雙向彎曲和扭轉(zhuǎn)組合變形，危險截面為端截面。3、強度校核：取端截面分析，根據(jù)應(yīng)力分析，A點扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為零，正應(yīng)力最大。第一步已求得中間橫梁可知：所以： 所有A點不安全。即不必判斷其他點，中間橫梁不安全。（三）立柱的校核1、畫出內(nèi)力圖：彎矩圖、 扭矩圖 2、強度校核判斷得，A、B、C三點為危險點，先分析B點，切應(yīng)力為零，由第一強度理論得：所以B點安全。分析C點查資料的閉口薄壁桿件的得取單元體如左圖：所以C點安全分析A點同C點分析得A點也安全 綜上可得立柱滿足強度條件。二、求門架上加力點的水平和垂直位移（一）求水平位移沿力F的方向加一單位力，并

10、畫出單位力引起的內(nèi)力圖，結(jié)合上一步中彎矩圖，根據(jù)圖形互乘法，求得水平位移Z方向與假設(shè)方向相反。水平位移沿X軸方向加一單位力，并畫出單位力引起的內(nèi)力圖，根據(jù)圖形互乘法，求得綜上可得：位移量與假設(shè)方向相反（三）求垂直位移沿Y軸方向加一單位力，并畫出單位力引起的內(nèi)力圖，根據(jù)圖形互乘法，求得垂直位移：方向與假設(shè)方向相反。3. 分析討論和說明由計算結(jié)果分析得，中間橫梁強度不滿足強度條件。結(jié)合受力條件和第二部分計算得出的位移數(shù)據(jù)。整個結(jié)構(gòu)最可能出現(xiàn)不滿足強度條件為中間橫梁的端部。經(jīng)驗結(jié)果與計算結(jié)果基本一致。證明了計算過程中的合理性。該題目大量使用圖乘法，使得設(shè)計計算說明書顯得十分冗長，所使用的材料力學(xué)有關(guān)

11、理論知識具有局限性。四、改進(jìn)措施由上述校核可知，中間橫梁是不安全的。改進(jìn)方法有：1. 合理設(shè)計和布置支座。彎矩是引起彎曲變形的主要因素，減小彎矩也就減小應(yīng)力強度。所以在不影響刨床工作的前提下，減小立柱之間的距離。2. 將集中載荷適當(dāng)分散。工程實際中，若能把集中力變成分散力，也可以去的減小彎矩降低彎曲變形的效果。所以，作用在中間梁上的集中力，應(yīng)盡量靠近支座，以減小彎矩，降低應(yīng)力。3. 選擇合理的截面形狀。梁的合理截面形狀應(yīng)該是：在不加大橫截面面積的條件下，盡量使大一點，即應(yīng)使比值大一些，則這樣的截面就既合理、又經(jīng)濟(jì)。經(jīng)分析知，若將矩形截面中在中性軸附近的材料移至到中性軸較遠(yuǎn)處，使截面成為工字型及

12、槽型，則它們要比矩形截面更為合理。4. 合理選材。彎曲變形還與材料的彈性模量E有關(guān)。對于不同的材料，E數(shù)值越大彎曲變形越小。所以為提高強度，可以選擇高強度鑄鋼。五、程序設(shè)計（一）程序流程圖 開始輸入原始數(shù)據(jù)計算各自慣性矩分別輸入A、B、C三點所受應(yīng)力比較是否大于 是 否 安全 不安全 輸出相應(yīng)的結(jié)果 結(jié)束（二）運行程序#include<stdio.h>void main()float h1,h2,b1,b2,I,p1A,p1B,p1C,p=250/3;int i;for(i=0;i<4;i+)printf("nInput the h1,b1,h2,b2n"

13、);scanf("%f,%f,%f,%f",&h1,&b1,&h2,&b2);I=(h1*b1*b1*b1-h2*b2*b2*b2)/12;printf("I%d=%.2en",i+1,I);printf("nInput the p1An"); scanf("%f",&p1A);if(p1A<p)printf("n1橫梁在A安全。n");else printf("n1橫梁在A不安全。n");printf("nInput

14、the p1Bn"); scanf("%f",&p1A);if(p1B<p)printf("n2橫梁在B安全。n");else printf("n2橫梁在B不安全。n");printf("nInput the p1Cn"); scanf("%f",&p1C);if(p1C<p)printf("n立柱在C安全.n");else printf("n立柱在C不安全.n");六、設(shè)計總結(jié)材料力學(xué)是一門在各工程中被廣泛應(yīng)用的學(xué)科，材料力學(xué)是通過理論與實踐研究構(gòu)件的強度，剛度，穩(wěn)定性以及材料的力學(xué)性能，在保證既安全可靠又經(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算方法，在這次的課程設(shè)計中，我將學(xué)習(xí)應(yīng)用到實踐中去，以前學(xué)習(xí)的工程制圖和c語言，都起到了復(fù)習(xí)和鞏固的作用。我覺得最大的收獲是學(xué)到了用所學(xué)的知識解