材料力学课程设计之单缸柴油机曲轴的强度设计242.docx
材料力学学课程设设计班级：作者： 题目：单单缸柴油油机曲轴轴的强度度设计及刚度计计算、疲疲劳强度度校核指导老师师：20077.111.055一、 课程设计计的目的的材料力学学课程设设计的目目的是在在于系统统学习材材料力学学后，能能结合工工程中的的实际问问题，运运用材料料力学的的基本理理论和计计算方法法，独立立地计算算工程中中的典型型零部件件，以达达到综合合运用材材料力学学的知识识解决工工程实际际问题之之目的。同时，可可以使我我们将材材料力学学的理论论和现代代计算方方法及手手段融为为一体。既从整整体上掌掌握了基基本理论论和现代代的计算算方法，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）使所所学的材材料力学学知识系系统化，完完整化。让我们们在系统统全面复复习的基基础上，运运用材料料力学知知识解决决工程实实际问题题。2）综合合运用以以前所学学的各门门课程的的知识（高高等数学学、工程程图学、理论力力学、算算法语言言、计算算机等），使使相关学学科的知知识有机机地联系系起来。3）使我我们初步步了解和和掌握工工程实践践中的设设计思想想和设计计方法，为为后续课课程的学学习打下下基础。二、 课程设计计的任务务和要求求要系统复复习材料料力学课课程的全全部基本本理论和和方法，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。三、 设计题目目某柴油机机曲轴可可以简化化为下图图所示的的结构，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,=11.2rr,已知知数据如如下表：0.1110.1881500.2771201800.0550.78815.552800.066(一) 画出曲轴轴的内力力图。(二) 设计曲轴轴颈直径径d，主主轴颈直直径D。(三) 校核曲柄柄臂的强强度。(四) 校核主轴轴颈H-H截面面处的疲疲劳强度度，取疲疲劳安全全系数nn=2。键槽为为端铣 加工工，主轴轴颈表面面为车削削加工。(五) 用能量法法计算AA-A截截面的转转角,。1、 画出曲轴轴的内力力图（1） 外力分析析画出曲轴轴的计算算简图，计计算外力力偶矩Me=995499=95549*=10003=1667177N=83358NN计算反力力 在XOOY平面面内：=51188NN=31170NN在XOEE平面内内：=1003766N=63341NN（2） 内力分分析主轴颈颈的EGG左端（11-1）截截面最危危险，受受扭转和和两向弯弯曲=m=110033=*（）=9913=*（）=4456曲柄臂臂DE段段下端（22-2）截截面最危危险，受受扭转、两向弯弯曲和压压缩=m=110033=*（）=9913=*（）=4456=31170NN曲柄颈颈CD段段中间截截面（33-3）最最危险，受受扭转和和两向弯弯曲=*r=6233=*=111411=*=5571（2） 图如下图图（不计计内力弯弯曲切应应力，弯弯矩图画画在受压压侧）：（单位： 力N 力矩）2、 设计曲轴轴颈直径径d和主主轴颈直直径D（1）主主轴颈的的危险截截面为EEF的最最左端，受受扭转和和两向弯弯曲 根据据主轴颈颈的受力力状态，可可用第三三强度理理论计算算=其中=得D449.55mm取取D=550mmm(2)曲曲柄颈CCD属于于圆轴弯弯扭组合合变形，由由第三强强度理论论，在危危险截面面1-11中：得 故故取 3、 校核曲柄柄臂的强强度(1)（具具体求解解通过CC语言可可得，见见附录）由程序得得h,bb的最佳佳值为 ，。查表得 ，(2)曲曲柄臂的的强度计计算曲柄臂的的危险截截面为矩矩形截面面，且受受扭转、两向弯弯曲及轴轴力作用用（不计计剪力），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：根据应力力分布图图可判定定出可能能的危险险点为，。l 点： 点处于于单向应应力状态态 所所以点满满足强度度条件。l 点： 点处处于二向向应力状状态，存存在扭转转切应力力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 由第第三强度度理论 所以以点满足足强度条条件。l 点： 点点处于二二向应力力状态根据第三三强度理理论 所所以点满满足强度度条件。Ø 综上，曲曲柄臂满满足强度度条件。4、 校核主轴轴颈H-H截面面处的疲疲劳强度度由题意 查表得 已知 FH处只只受扭转转作用所以，扭扭转切应应力为脉脉动循环环。安全系数数所以，HH-H截截面的疲疲劳强度度足够。5、 用能量法法计算AA-A截截面的转转角,采用图乘乘法分别别求解AA-A截截面的转转角,。(1) 求： 在在截面AA加一单单位力偶偶矩。并并作出单单位力偶偶矩作用用下的弯弯矩图 与与外载荷荷作用下下的弯矩矩图如下下（画在在受压一一侧）：由平衡方方程得B点的弯弯矩为E点的弯弯矩为由图乘法法：， 查表表得 （2）求求：在截面面A加一一单位力力偶矩。并作出出单位力力偶矩作作用下的的弯矩图图 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）：同理得：由图乘法法： 附附录求解h，bb的C语语言程序序如下：inclludee<maath.h>#inccludde<sstdiio.hh>#deffinee G 10000#deffinee D 50#deffinee Y 1200mainn()flooat Mz,My,Mx,F;floaat ZZ1,ZZ2,ZZ3,QQ2,QQ3,YY2,YY3;floaat hh,b,h1,b1;floaat aa,r;floaat ss,m=1.66*D*0.44*1.6*DD;prinntf("innputt Mxx,Myy,Mzz,F:n"");scannf(""%f%f%ff%f"",&MMx,&&My,&Mzz,&FF);for(h=11.4*D;hh<=11.6*D;hh=h+0.001)for(b=00.255*h;b<=0.44*h;b=bb+0.01)if(h/bb>=22.5&&&h/b<=3)a=00.2113+00.0118*hh/b;r=0.8377-0.0288*h/b;if(hh/b>>=3&&&h/b<=4)a=00.2222+00.0115*hh/b;r=0.7777-0.0088*h/b ;Z1=FF/(bb*h)+6*G*MMz/(b*bb*h)+6*G*MMx/(b*hh*h) ;Z2=FF/(bb*h)+6*G*MMz/(b*bb*h);Z3=FF/(bb*h)+6*G*MMx/(b*hh*h) ;Q2=GG*Myy/(bb*b*h*aa) ;Q3=rr*Q22;Y2=ssqrtt(Z22*Z22+4*Q2*Q2);Y3=ssqrtt(Z33*Z33+4*Q3*Q3);if(ZZ1<=Y&&&(Y22-Y)/Y<<0.005&&&(Y33-Y)/Y<<0.005)s=hh*b;if(ss<m)m=ss;h11=h;b1=b;prinntf("geet tthe ressultt:nn" );prinntf("h=%5.2fmmmnnb=%5.22fmmmnmm=%77.2ffmm"",h=h1,b=bb1,mm);设计体会会通过这次次课程设设计，自自己独立立完成了了所有题题目的解解答过程程，加深深了对材材料力学学、CAAD，CC语言等等知识的的理解和和运用能能力，真真正得将将所学知知识用在在了对实实际问题题的解决决上，并并通过和和同学的的讨论研研究交流流了不同同的想法法，达到到了锻炼炼的目的的。
