材料力學課程設計---曲柄軸的強度設計、疲勞強度校核及剛度計算

1、<p><b>　　材料力學課程設計</b></p><p><b>　　設計計算說明書</b></p><p>　　設計題目：曲柄軸的強度設計、疲勞強度校核及剛度計算</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　設計目的</

2、b></p><p><b>　　設計任務和要求</b></p><p>　　2.1設計計算說明書的要求</p><p>　　2.2分析討論及說明部分的要求</p><p>　　2.3程序計算部分的要求</p><p>　　2.4材料力學實際的過程</p><p>&

3、lt;b>　　設計題目</b></p><p>　　3.1畫出曲柄軸的內(nèi)力圖</p><p>　　3.2設計計算主軸頸D和曲柄頸的直徑d</p><p>　　3.3校核曲柄臂的強度</p><p>　　3.4校核主軸頸的疲勞強度</p><p>　　3.5用能量法計算A截面的轉角θy、θz</p

4、><p>　　設計的改進措施及方法</p><p><b>　　設計體會</b></p><p><b>　　C程序</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1.材料力學課程設計的目的</p><p>

5、;　　本課程設計是在系統(tǒng)學完材料力學課程之后，結合工程實際中的問題，運用材料力學的基本理論和設計方法，獨立地計算工程中的典型零部件，以達到綜合運用材料力學知識解決工程實際問題的目的。同時，可以使學生將材料力學的理論和現(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；既是對以前所學知識（高等數(shù)學、工程圖學、理論力學、算法語言、計算機和材料力學等）的綜合運用，又為后續(xù)課程（機械設計、專業(yè)課

6、等）的學習打下基礎，并初步掌握工程設計思想和設計方法，使實際工作能力有所提高。具體有以下六項：</p><p>　　⑴使所學的材料力學知識系統(tǒng)化、完整化。</p><p>　　⑵在系統(tǒng)全面復習的基礎上，運用材料力學知識解決工程實際中的問題。</p><p>　?、怯捎谶x題力求結合專業(yè)實際，因而課程設計可以把材料力學知識與專業(yè)需要結合起來。</p>&l

7、t;p>　?、染C合運用以前所學的各門課程的知識（高等數(shù)學、工程圖學、理論力學、算法語言、計算機等），使相關學科的知識有機地聯(lián)系起來。</p><p>　?、沙醪搅私夂驼莆展こ虒嵺`中的設計思想和設計方法。</p><p>　?、蕿楹罄m(xù)課程的學習打下基礎。</p><p>　　2.材料力學課程設計的任務和要求</p><p>　　參加設計者

8、要系統(tǒng)復習材料力學課程的全部基本理論和方法，獨立分析、判斷設計題目的已知條件和所求問題，畫出受力分析計算簡圖和內(nèi)力圖，列出理論依據(jù)并導出計算公式，獨立編制計算程序，通過計算機給出計算結果，并完成設計計算說明書。</p><p>　　2.1設計計算說明書的要求</p><p>　　設計計算說明書是該題目設計思想、設計方法和設計結果的說明，要求書寫工整，語言簡練，條理清晰-、明確，表達完整。具

9、體內(nèi)容應包括：</p><p>　?、旁O計題目的已知條件、所求及零件圖。</p><p>　?、飘嫵鰳嫾氖芰Ψ治鲇嬎愫唸D，按比例標明尺寸、載荷及支座等。</p><p>　?、庆o不定結構要畫出所選擇的基本靜定系統(tǒng)及與之相應的全部求解過程。</p><p>　?、犬嫵鋈績?nèi)力圖，并表面可能的各危險截面。</p><p>

10、;　?、筛魑ｋU截面上各種應力的分布規(guī)律圖及由此判定各危險點處的應力狀態(tài)圖。</p><p>　?、矢魑ｋU點的主應力大小及主平面的位置。</p><p>　?、诉x擇強度理論并建立強度條件。</p><p>　?、塘谐鋈坑嬎氵^程的理論依據(jù)、公式推導過程及必要的說明。</p><p>　?、蛯ψ冃渭皠偠确治鲆獙懨魉玫哪芰糠ㄓ嬎氵^程及必要的內(nèi)力圖

11、和單位力圖。</p><p>　?、纹趶姸扔嬎悴糠忠f明循環(huán)特征，бmax，бmin，r，бm，бa的計算，所查各系數(shù)的，ｋ,ε，β依據(jù)，疲勞強度校核過程及結果，并繪出構件的持久曲線。</p><p>　　2.2分析討論及說明部分的要求</p><p>　?、欧治鲇嬎憬Y果是否合理，并討論其原因、改進措施。</p><p>　　⑵提出改進設計

12、的初步方案及設想。</p><p>　?、翘岣邚姸?、剛度及穩(wěn)定性的措施及建議。</p><p>　　2.3程序計算部分的要求</p><p><b>　?、懦绦蚩驁D。</b></p><p>　?、朴嬎銠C程序（含必要的說明語言及標識符說明）。</p><p>　?、谴蛴〗Y果（數(shù)據(jù)結果要填寫到設計計

13、算說明書上）。</p><p><b>　　設計題目</b></p><p>　　某曲軸材料為球墨鑄鐵（QT400-10），[σ]=120MPa，曲柄臂抽象為矩形，h=1.2D，b/h=2/3（左、右臂尺寸相同），L=1.5e，L4=0.5L，有關數(shù)據(jù)查數(shù)據(jù)表。</p><p>　　（1）畫出曲柄軸的內(nèi)力圖；</p><p&

14、gt;　　（2）按強度條件設計主軸頸D和曲柄頸的直徑d；</p><p>　?。?）校核曲柄臂的強度；</p><p>　?。?）安裝飛輪處為鍵槽，校核主軸頸的疲勞強度，取疲勞安全系數(shù)n=2，鍵槽為端銑加工，表面為車削，τ-1=160MPa，ψτ=0.05，ετ=0.76；</p><p>　　（5）用能量法計算A端截面的轉角θy、θz。</p>&l

15、t;p><b>　　設計計算數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　受力簡圖</b></p><p><b>　　四、改進措施</b></p><p>　　根據(jù)疲勞破壞的分析，裂紋源通常是在有應力集中的部位產(chǎn)生，而且構件持久極限的降低，很大程度是由于各種影響因素帶來的應力集中影響。因此設法避免

16、或減弱應力集中，可以有效提高構件的疲勞強度?？梢詮囊韵聨讉€方面來提高構件的疲勞強度：</p><p>　　1、構件截面改變越激烈，應力集中系數(shù)就越大。因此工程上常采用改變構件外形尺寸的方法來減小應力集中。如采用較大的過渡圓角半徑，使截面的改變盡量緩慢。設計構件外形時，應盡量避免帶有尖角的孔和槽。在截面尺寸突然變化處（階梯軸），當結構需要直角時，可在直徑較大的軸段上開卸載槽或退刀槽減小應力集中；當軸與輪轂采用靜配合

17、時，可在輪轂上開減荷槽或增大配合部分軸的直徑，并采用圓角過渡，從而可縮小輪轂與軸的剛度差距，減緩配合面邊緣處的應力集中。</p><p>　　2、一般說，構件表層的應力都很大，例如在承受彎曲和扭轉的構件中，其最大應力均發(fā)生在構件的表層。同時由于加工的原因，構件表層的刀痕或損傷處，又將引起應力集中。因此，對疲勞強度要求高的構件，應采用精加工方法，以獲得較高的表面質量。特別是對高強度鋼這類對應力集中比較敏感的材料，其

18、加工更需要精細。</p><p>　　3、增加表層強度：常用的方法有表面熱處理和表面機械強化兩種方法?？刹捎酶哳l淬火等熱處理，滲碳、氮化等化學處理和機械方法（如噴丸等）強化表層，以提高疲勞強度。</p><p><b>　　五、設計體會</b></p><p>　　1、課程設計開始，我首先重拾教材，對知識系統(tǒng)而全面進行了梳理，重新熟悉了基本理論

19、知識，找到了設計的思路和靈感，開始曲柄軸的設計。 </p><p>　　2、在課程設計的過程中，我也遇到了一些小麻煩。在校核曲柄臂強度的過程中危險截面照的不全面，計算截面轉角的過程中受力情況考慮的不周到，彎矩圖的方向模糊不清等，經(jīng)過同學之間的討論和自己的反復思考，我不斷糾正了錯誤，使課程設計更加準確。我也明白了考慮問題要全面細致，與他人的溝通協(xié)作也十分重要。 </p><p>　　3、通過

20、這次課程設計，使我們有機會能將自己所學的材料力學理論知識與工程實際相結合，解決一些零件設計的問題。在設計的過程中，又涉及了高等數(shù)學，理論力學，CAD，C語言等知識的綜合應用，使我提高了分析問題、解決問題的能力。通過在圖書館資料的查詢，我也認識到我們要多多查找資料，擴展思維，才能更快的解決問題。此次課程設計培養(yǎng)了我的動手能力和認真嚴謹?shù)钠犯瘛?</p><p>　　4、在這次課程設計中，我也發(fā)現(xiàn)了自己的不足，學

21、過的知識掌握的不夠扎實，概念公式記憶的不夠準確，導致在課程設計的過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題，反復修改。在以后的學習中，我會克服這個缺點，及時復習，熟練掌握知識，做到溫故而知新。</p><p><b>　　六、C程序</b></p><p><b>　　1、A、B支反力 </b></p><p>　　#include <st

22、dio.h></p><p>　　#include <math.h></p><p>　　int main()</p><p>　　{float F=19,L1=360,L2=220,L3=100,L4=67.5,e=90,w=5.3,Fz,Fy,Fay,Faz,Fby,Fbz,M;</p><p>　　Fz=F*0.978

23、15;Fy=F*0.20791;</p><p>　　Fby=(w*(L1+L2+L3)-Fy*L1)/(L1+L2);</p><p>　　Fbz=Fz*L1/(L1+L2);</p><p>　　Fay=Fy+Fby-w; </p><p>　　Faz=Fz-Fbz;</p><p><b>　　M=Fz

24、*e;</b></p><p>　　printf("Fbz=%f\nFby=%f\nFaz=%f\nFay=%f\nM=%f\n",Fbz,Fby,Faz,Fay,M);</p><p>　　return 0;}</p><p>　　主軸頸直徑D及曲柄頸直徑d的C語言程序</p><p>　　#include&

25、lt;stdio.h></p><p>　　#include<math.h></p><p>　　int main()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　int D;</b></p><p>　　float l1,l2,l3

26、,l4,e,FAz,FAy,FBy,FBz,P,Fz,x,y,z;</p><p>　　printf("請輸入l1,l2,l3,l4,e,FAz,FAy,FBy,FBz,P,Fz\n");</p><p>　　scanf("%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f,%f",&l1,&l2,&l3,&l

27、4,&e,&FAz,&FAy,&FBy,&FBz,&P,&Fz);</p><p><b>　　x=Fz*e;</b></p><p>　　y=FBz*(l2-l4);</p><p>　　z=P*(l3+l2-l4)-FBy*(l2-l4);</p><p>　　

28、x=x*x+y*y+z*z;</p><p>　　x=sqrt(x);</p><p><b>　　x=x*32;</b></p><p>　　x=x/(3.14*120*1000000);</p><p>　　x= pow(x,1.0/3);</p><p><b>　　x=x*100

29、0;</b></p><p>　　D=floor(x);</p><p>　　if(D%2==0)</p><p><b>　　D=D+2;</b></p><p>　　else D=D+1;</p><p>　　printf("曲柄軸直徑D=%d\n",D);&l

30、t;/p><p><b>　　x=FAz*e;</b></p><p><b>　　y=FAz*l1;</b></p><p><b>　　z=FAy*l1;</b></p><p>　　x=x*x+y*y+z*z;</p><p>　　x=sqrt(x);

31、</p><p><b>　　x=x*32;</b></p><p>　　x=x/(3.14*120*1000000);</p><p>　　x= pow(x,1.0/3);</p><p><b>　　x=x*1000;</b></p><p>　　D=floor(x);&

32、lt;/p><p>　　if(D%2==0)</p><p><b>　　D=D+2;</b></p><p>　　else D=D+1;</p><p>　　printf("曲柄軸直徑d=%d\n",D);</p><p><b>　　return 0;</b&g

33、t;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　程序框圖：</b></p><p>　　主軸頸的疲勞強度校核</p><p>　　#include <stdio.h></p><p>　　#include <string.h>

34、</p><p>　　int main()</p><p>　　{float t=160000000,e=0.76,r=0.05,D=0.06,Wp,Mx=1672.632,Kt=1.20,R=0.95,N=2.0,Nt,Tmax,Tm,Ta,A,B;</p><p>　　Wp=3.1415926*D*D*D/16;</p><p>　　Tm

35、ax=Mx/Wp;</p><p>　　Ta=Tm=Tmax/2;</p><p>　　A=Kt*Ta/e/R;</p><p><b>　　B=r*Tm;</b></p><p>　　Nt=t/(A+B);</p><p><b>　　if(Nt>=N)</b><

36、;/p><p>　　printf("safe\n");</p><p>　　else printf("dangerous\n");}</p><p><b>　　七、參考文獻</b></p><p>　　[1]聶毓秦，吳宏，材料力學實驗與課程設計。北京：機械工業(yè)出版社，2010<