吉林大学材料力学课程设计7713.docx

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1、吉林大学材料力学课程设计7713 材料力学课程设计设计计算说明书 设计题目：曲柄轴的强度设计、疲劳强度校核及刚度计算 题号：7.7 数据号：13 学号： 姓名： 指导教师： 目录 1、设计目的 2、设计任务和要求 2.1、设计计算说明书的要求 2.2、分析讨论及说明书部分的要求 2.3、程序计算部分的要求 3、设计题目 3.1、画出曲轴的内力图 3.2、设计主轴颈D 和曲轴颈直径d 3.4、校核主轴颈的疲劳强度 3.5、用能量法计算A 端面的转角y ，z 4、分析讨论及说明 5、参考文献 6、设计体会 7、附录：计算机程序及结果 一、设计目的 本课程设计的目的是在于系统学完材料力学之后，能结合

2、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，可以使学生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（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机和材料力学等）综合运用，又为后继课程（机械设计、专业课等）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。具体的有以下六项： 1、使学生的材料力学知识系统化、完整化； 2、在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程中的实际问题； 3

3、、由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可以把材料力学知识和专业需要结合起来； 4、综合运用了以前所学的个门课程的知识（高数、制图、理力、算法语言、计算机等等）使相关学科的知识有机地联系起来； 5、初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法； 6、为后继课程的教学打下基础。 二、材料力学课程设计的任务和要求 要求参加设计者，要系统地复习材料力学的全部基本理论和方法，独立分析、判断、设计题目的已知条件和所求问题。画出受力分析计算简图和内力图，列出理论依据和导出计算公式，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

4、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。具体内容应包括： （1）设计题目的已知条件、所求及零件图； （2）画出构件的受力分析计算简图，按比例标明尺寸，载荷及支座等； （3）静不定结构要画出所选择的基本静定系统及与之相应的全部求解过程； （4）画出全部内力图，并标明可能的各危险截面； （5）危险截面上各种应力的分布规律图及由此判定各危险点处的应力状态图； （6）各危险点的主应力大小及主平面位置； （7）选择强度理论并建立强度条件； （8）列出全部计算过程的理论根据、公式推导过程以及必要的说明； （9）对变形及刚度分析要写明所用的能量法计算过程及必要的内力图和单位

5、力图； （10）疲劳强度计算部分要说明循环特征， a m r ,min max 的计算，所查,k 各系数的依据，并绘出构件的持久极限曲线，疲劳强度校核过程及结果。 2、分析讨论及说明部分的要求 （1）分析计算结果是否合理，并分析其原因，改进措施； （2）提出改进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、程序计算部分的要求 （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（结果数据要填写到设计计算说明书上）。 4、材料力学课程设计的一般过程 材料力学课程设计与工程中一般设计过程相似。从分析设计方案开始到进行必要的计算和对结构的合理

6、性进行分析，最后的结论，希望同学们计划好时间，避免前松后紧甚至不能按时完成设计任务。 材料力学课程设计可大致分为以下几个阶段： （1）设计准备阶段 认真阅读材料力学课程设计指导书。明确设计要求、结合设计题目复习材料力学的有关理论知识，制定设计的步骤、方法和时间 分配等； （2）外力及变形分析入手，分析计算内力、应力及变形、绘制各种内力图及位移、转角曲线； （3）建立强度、刚度条件并进行相应的设计计算必要的公式推导； （4）编制计算机程序并调通程序； （5）上机计算机并打印出结果； （6）整理数据结果并书写设计计算说明书； （7）分析讨论设计和计算的合理性、优缺点及改进意见和措施； （8）课程设

7、计总结、准备答辩。 三、设计题目 7.曲轴的强度设计、疲劳强度校核及刚度计算 7-1 设计题目 某曲轴材料为球墨铸铁（40010QT -），120Mpa =，曲轴臂抽象为矩形。 1.2h D =，/2/3b h =（左右臂尺寸相同）， 1.5L e =，40.5L L =，有关数据查表7-12 1）画出曲柄轴内力图。 2）按强度条件设计主轴颈D 和曲柄颈的直径d 3）校核曲柄臂强度 4）安装飞轮处为键槽，校核主轴颈的疲劳强度，取疲劳安全系数2n =,键槽为端铣加工，轴颈表面为车削加工，1160MPa -=， 0.05 =，0.76 = 5）用能量法计算A端截面的转角y，z设计数据：（表7-12

8、中第13组数据） / F kN/kN W 1/l mm 2 / l mm 3 / l mm e/mm() 20 6.5 360 220 120 80 12 1.画出曲柄轴的内力图 1）外力分析 1.5120L e mm =，40.560L L mm = sin 4.158y F F kN =,cos 19.562z F F kN = 0A M =,112123()()0y By F L F L L W L L L ?+?+-+= 0B M =，1223()0Ay y F L L F L WL ?+-?-= 解得 2.922Ay F kN =， 5.264By F kN = 0A M =，112

9、()0z Bz F L F L L ?-?+= 0B M =，122()0Az z F L L F L ?+-?= 解得 7.420Az F kN =，12.142Bz F kN = （2）内力分析 主轴颈FB 段左端11截面为危险截面，受扭转和两向弯曲 e F M z x ?=1 ) (421l l F M Bz y -?= ) ()(424231l l F l l l W M By z -?-+= 曲柄颈CD 段中间22截面为危险截面，受扭转和两向弯曲 e F M Az x ?=2 12l F M Az y ?= 1 2l F M Ay z ?= 曲柄臂以DF 段的下端33截面为危险截面，

10、受扭转、两向弯曲及拉伸 e F M z x ?=3 ) (423l l F M Bz y -?= )()(424233l l F l l l W M By z -?-+?= By N F W F -=3 x M : y M z M : 2.按强度条件设计主轴颈D和曲柄轴颈的直径d 因主轴颈处于两向弯曲与扭转的组合变形，可用第三强度理论计算 2 2 z y M M M+ =32 3 2 1 D W W = = 2 2 2 2 3 1 3 ) (4 ) ( 4 P x r W M W M + = + = - = 32 1 2 1 2 1 2 1 3 2 1 2 1 2 1 1 + + = + +

11、= x z y x z y M M M D M M M W 222222 3 31116 3232 1188.321564.041942.72 12022 y z x D M M M +=+ ? 解得61.7 D mm ，取62 D mm = 同理，曲柄颈的曲度计算也可以用第三强度理论 2222222 2 2 3 1 4x z y r M M M W +=+= 322 222223 += x z y M M M D d = 解得62d mm ，取62d mm =。 1.2h D = 23b h = mm mm h 72602.1=?= mm h b 483 2 = 3.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Q F ） 曲柄臂33截面的应力分布图如下