吉林大学材料力学课程设计说明书--单缸柴油机曲轴概要.docx

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1、答辩成绩设计成绩材料力学课程设计说明书设计题目单缸柴油机曲轴强度设计及刚度计算、疲劳强度校核题 号7. 2 数据 II-8学 号作业编号姓 名指导教师吉林大学汽车工程学院 车辆工程3班 程浩（学号:42110315） 计说明书 对应的系数分别为or= 0.258,)6= 0.248, v= 0.768校核曲柄臂强度:将程序算得的值代回得OD- 81.17MPa,= 43.55MPa,an = 38.75MPa, rD = 54.82MPa, td = 42.1 IMPaE#8L17MPaRo= 120MPa1+4 t2d = 117.97MPa (!= 120MPa幺?+492.71MPana

2、= 120MPa由此得出结论：曲柄臂满足强度条件5.，-截面处疲劳强度校核“2L43 37 280.944 3728由此得出结论:-截面的疲劳强度足够.6.能量法计算A-A截面转角和8KM利用图形互乘法求解.1）求傲在4点处施加一绕y轴的单位力偶题？ 1 ,得该单位力偶作用下的弯矩图如图6所 示.由材料力学图13-10估得由材料力学表13-3得忽略剪力和轴力的影响吉林大学汽车工程学院 车辆工程3班 程浩（学号:42110315） 计说明书图6单位力偶题了 1作用下曲轴所受弯矩分布图q _ T / 3MCi 工 3jMq、_ 3AB加1 c,ab段+3ef段GJ。q _ T / 3MCi 工 3

3、jMq、_ 3AB加1 c,ab段+3ef段GJ。Mc ,EF段十 3rc段M c,BC段+3de段M c,DE段十3cd 段 M c ,CD 段p-|2(1+)图6和图3-b互乘,得 其中EttD4 EFd 2x 10HPax ttx (0.04m)EttD4 EFd 2x 10HPax ttx (0.04m)EttD4 EFd 2x 10HPax ttx (0.04m)6464前V六得需X644-=2.51x 104NQn2.D0.349x 0,057 mx (0.023 m)3= 1,91x 104NQn2. 3AB 段 Me, AB 段=；x(0.11-0.036)mx 358.6NO

4、nx 0.8299= 1 l.OINQn2.3bc段Mc,bc声 0.06mx 358.6N3n* 0.7448= 16.02NQn2. 3cd段MC,CD矿 0 036mx 358.6NL3nx 0.6828+-X 0.036mx (533.1- 358.6)NQnx 0.6621+0,036mx 426.5NDnx 0.5586 + 1x 0.036mx (533.1- 426.5)NDnx 0.5793= 20.58NDn2.3de段M(j,deQ 0 06mx 426.5NRnx 0.4966= 12.71 NFIn2. n3ef段Mc,ef/ |x (018- 0,036)mx 42

5、6.5NOnx 0.3311= 10.17NQn2. 代入得y= 3J7X 1一3md计说明书2）求在4点处施加一绕z轴的单位力偶吃二1，得弯矩和轴力分别如图7和图8所示.0.74480.49660.7448 一 pl 0.4966:10.4966图7单位力偶1作用下曲轴所受弯矩分布图图7和图3-c互乘，得tt/tt/tt/3Mz, Ci _ 3AB段M c,AB段 + 3印段Mc ,EF段,3qc段Mc,8c庾+ 3比段M c, DE段,3cd段M c,CD段-十十12其中TT。： ir/_ 2x 10,1PaXTTX(0.04m)八B E -2.51 x 1。NLm . (0)646464

6、石粤=2x IO” Pax(-023m) Q-Q57m= T J6x 104NDn23AB段Me,原二；x (o.ll- 0.036)mx 179.3NOnx 0.8299= 5.51 NQn2.(d)3bc段Mc,bc/ 0.06mx 179.3NQnx 0.7448= 8.01 NQn2.(e)3cd段Mc,cd/ 0.036mx 179.3 NQnx 0.6828 +lx 0.036mx (266.6- 179.3)NDnx 0.6621+0,036mx 213.2NDnx 0.5586 + 1x 0.036mx (266.6-231.2)NQnx 0.5793= 10.29NQn2.(

7、f)3de段Mc,de殁= 0.06mx 213.2NRnx 0.4966= 6.35NFln2.(g)3ef段Mc,ef/ |x (0.18- 0.036)mx 213.2NQnx 0.3311= 5.08NQn2.(h)(b)(h)代入(a)解得 &= 2.07 IO- rad7.改进措施合理安排施加在曲轴让的载荷,在机械结构允许的情况下，将集中载荷适当分散,或者让 计说明书集中力尽量靠近支座；改善结构形式,合理设计和布置支座并尽量缩小曲轴的跨度;选择 和里的截面形状以及材料.这些都可以提高曲轴的弯曲刚度.减少应力集中，在设计时尽量避免出现带尖角的孔、槽等结构，而应采用圆角过渡.尤其 是曲

8、柄臂与主轴颈/曲轴颈的连接处容易发生破坏,所以应当用曲率半径较大的圆角.增大构件的表层强度，以提高构建疲劳强度.这可以从两个方面实现:一是提高加工质量, 以降低表面粗糙度，并避免工艺缺陷（夹渣、气孔、裂缝等）引起的严重应力集中；二是 对曲轴应力集中的部位如键槽处进行表面热处理或化学处理,如采取表面高频淬火、渗 碳、滚压、喷丸等工艺,是构件表层产生残余压应力，减少表面出现裂纹的机会.设计体会与总结经过长时间的努力，我在力学老师的指导和课本的参考下，完成了全部设计过程.通过此次 课程设计,我加深了对材料力学知识的理解和实际运用能力，巩固了之前学习的课程知识;熟练 掌握了对办公软件LibreOffi

9、ce、三维CAD软件CATIA、二维CAD软件DraftSight和C语言 的应用；了解了论文的标准格式;学习了答辩的相关知识及技巧.为日后的学习工作打下了基础.材料力学6-5材料力学13-9计说明书附录计算机程序设计根据材料力学表3-1,由线性插值法得出a、6 V关于心的大致函数关系式：a=/.018(/b)+0.213, 2.5口/6口30齿+0.222, 3.0口/6口4.0诙0.028(/6)+0.179, 2.5口/口307 1.018(/6,+0209, 3.0口/6口40P0.028(/2/6)+0.837, 2.5口/口3.0t 0.008(/2/Z)+0.777? 3.0口/

10、6口4.0由强度条件和题目要求，设计程序框图如下:由Structorizer生成计说明书关于变量符号的说明:题目中的符号aPV。功5%程序中的符号alphabetanusigmaDlsigma_D2sigma_D3题目中的符号司比2+4叱2比 3+4程序中的符号tau_D2tau_D3sigma_safesigma2sigma3程序如下：#include 计说明书#include /*本程序只用于在其它所需值已经算出的情况下计算h和b*/void main()void calculate(double,double,double double *,double *);/*声明计算a,B,v的函

11、数*/double convert_integer(double);/*声明将 h,b 化整的函数*/double D,sigma_safe,F_N,M_x,M_y,M_z;/*所需的值*/double h,b,alpha,beta,nu,sigma_Dl,sigma_D2,sigma_D3,tau_D2,tau_D3,sigma2,sigma3;double S,hl,bl,alphal,betal,nul,S_min;double *_alpha=&alpha,*_beta=&beta,*_nu=νdouble *_alphal=&alphal,*_betal=&betalz*_nu

12、l=&nul;char i;dopintf(“请输入计算所需要的数据n“)；printf(主轴颈直径 D(单位 mm)tt);scanf(%lfz&D);printf(许用应力(单位 MPa)tt);scanf(%lfz&sigma_safe);printf(危险截面处的轴力 F_N(单位 N)t);scanf(%lf,&F_N);printf(“危险截面处的弯矩 M_x(单位 Nm)t,);scanf(H%lfnz&M_x);printf(危险截面处的弯矩 M_y(单位 N-m)t);scanf(%lfz&M_y);printf(危险截面处的弯矩 M_z(单位 N，m)t”);scanf(”

13、lf”,&M_z);lfNmnn,D,sigma_safezF_N,M_x,M_yzM_z);printf(确认输入无误？ Y/Ntt);scanf(”s”,&i); /II%、r II，zfs zfs zfszj zJk zfs zfszfs zJk zfs zfszjs zJk 1 )while(!(i=,Y,|i=y);D=D/1000;sigma_safe=sigma_safe*1000000;/*计算过程中的所有物理量都化为标准单位(N,Nm,m,Pa).*/h=l,4*D;b=h/4;S_min=h*b;/*给 S_min 存入一个初值*/的(11=1,4*口* = 1,6*口力+

14、=00001)/*精确至10.1mm*/for(b=h/4;b=h/2,5;b+=0.0001)计说明书calculate(h,b,_alpha,_beta,_nu);sigma_Dl=F_N/(b*h)+6*M_z/(b*b*h)+6*M_x/(b*h*h);sigma_D2=F_N/(b*h)+6*M_z/(b*b*h);sigma_D3=F_N/(b*h)+6*M_x/(b*h*h);tau_D2=M_y/(b*b*h*alpha);tau D3=nu*tau D2;sigma2=sqrt(sigma_D2*sigma_D2+4*tau_D2*tau_D2);sigma3=sqrt(si

15、gma_D3*sigma_D3+4*tau_D3*tau_D3);if(sigma_Dl=sigma_safe&sigma2=sigma_safe&sigma3=sigma_safe)(S=h*b;/*double型可以保证小数点后14位准确*/if(SS_min)(S min=S;hl=convert_integer(h);bl=convertjnteger(b);/*h,b 化整*/calculate(hl,bl,_alphal,_betal,_nul);)printf(合适的h,b取值分别为:nth=%,0fmmtb=%,0fmmn对应的尺寸系数分别 j:ntalpha=%.5ftbet

16、a=%.5ftnu=%.5fnnzhl*1000zbl*1000,alphal,betal,nul);)void calculate(double h,double b,double *_alpha,double *_beta,double *_nu)/*计算alpha,beta,nu 的子程序*/if(h/b=3)*_alpha=0.213+0.018*h/b;*_beta=0.179+0,028*h/b;*_nu=0.837-0,028*h/b;else gcc h_bl.c -Im chenghaoChengHao-Laptop:-/Curriculum Design - Materia

17、l Mechanics ./a.out40120 1480.9468.5426.5213.2请输入计算所需要的数据 主轴颈直径D（单位mm） 许用应力。（单位MPa） 危险截面处的轴力F_N（单位N） 危险截面处的弯矩M_x（单位Nm） 危险截面处的弯矩M_y（单位Nm） 危险截面处的弯矩M_z（单位Nm）D=40mm,o=120.0MPaJF N=1480.9N,M x=468.5N-m,M y=426.5Nm,M z=213.2N-m确认输入无误？ Y/N 一丫一一合适的h,b取值分别为： h=57mm b=23mm对应的尺寸系数分别为：alpha=0.25761beta=0. 24839

18、nu=0.76761chenghaoChengHao-Laptop:-/Curriculum Design - Material MechanicsH Curriculum Design - Material Mechanics : bash参考文献1聂毓琴,孟广伟.材料力学M.北京:机械工业出版社,2004.2聂毓琴,吴宏.材料力学实验与课程设计M,北京:机械工业出版社,2004.3谭浩强.C语言程序设计（第四版）M.北京:清华大学出版社,2010.计说明书 刖音材料力学课程设计的目的材料力学课程设计的任务和要求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的一般设计过程相似.从分析设计

19、方案开始到进行必要的计算.并对结构的合理性进行分析.最后得出结论.材料力学设计过程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 料力学课程设计的有关理论知识.制定设计步骤、方法以及时间分配方案等；2 .从外力变形分析入手，分析及算内力、应力及变形，绘制各种内力图及位移、转角曲线；3 .建立强度和刚度条件.并进行相应的设计计算及必要的公式推导；4 .编制计算机程序并调试；5 .上机计算，记录计算结果；6 .整理数据,按照要求制作出设计计算说明书；7 .分析讨论设计及计算的合理性和优缺点，以及相应的改进意见和措施；计说明书目录设计题目

20、单缸柴油机曲轴强度设计及刚度计算、疲劳强度校核1设计过程21 .夕卜力分析2.内力分析2.设计d和4D 2 .设计h和b并校核曲柄臂强度 4.不截面处疲劳强度校核5.能量法计算A-A截面转角处和仇 6.改进措施8设计体会与总结8附录计算机程序设计 9参考文献12吉林大学汽车工程学院 车辆工程3班 程浩(学号:42110315) 计说明书设计题设计题设计题单缸柴油机曲轴强度设计及刚度计算,疲劳强度校核表11-曲轴颈2-曲柄臂3-主轴颈 图1单缸柴油发动机曲轴简化图某柴油机曲轴可简化为如图1所示的结构.材料为球墨铸铁(牌号QT450-5. G=324MPa. 内=450MPa. 5=5%).弹性常

21、数为E和,许用应力为向G处输入转距为Me.曲轴颈中点受切向 力E和径向力R的作用.且Ft=2Fr.曲柄臂简化为矩形截面.Ah/D.6. 2.5h/b1.外力分析2 .内力分析3.设计d和D 4.设计力和6并校核曲柄臂强度由图4知，曲柄臂上E点所在截面为危险截面,受两向弯曲、扭转和轴向压缩（剪力Fq的影 响不计）.危险截面的应力分布如图5所示.由图5知可能的危险点为Dh D2 m由图4知，曲柄臂上E点所在截面为危险截面,受两向弯曲、扭转和轴向压缩（剪力Fq的影 响不计）.危险截面的应力分布如图5所示.由图5知可能的危险点为Dh D2 m图5曲柄臂上危险截面的应力分布对Di点进行应力分析,由图5知

22、Di点只受压应力作用.对Di点进行应力分析,由图5知Di点只受压应力作用.。尸。4,乙+。认“、+ D】,M瓦曲柄臂工心曲柄图_ z,E,曲柄图/曲柄臂 忆，曲柄臂 匕,曲柄臂1480.9N _ 468.5NOn_ 213.2NOHn bOi2l6 bVh/6对功点进行应力分析.由图5知点受压应力和切应力共同作用.尸n,心曲柄臂曲柄臂_ 1480.9N 213.2 NOn/曲柄臂WQ,曲柄臂My,5 426.5 NOn% am2 aXb2bZh口.对功点进行应力分析.由图5知4点受压应力和切应力共同作用.+= _n,瓦曲柄臂_ 初,一曲柄臂二_ 1480.9N_ 468.5NSn a,乙 ,M 力曲柄臂郎，曲柄臂方 ZO2/6由第三强度理论,强度条件为trPiljcr= 120MPa.D , 比+4井口。= 120Mpa口 , %+4 出口。= 120Mpa口根据题目要求和强度条件编写程序（见附录）.由程序得得合适的力、b的值为h= 57mm, b= 23 mm 参照材料力学图8-25所作;这部分的解题过程参照材料力学例8-7