材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)---曲柄軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)、疲勞強(qiáng)度校核及剛度計(jì)算

1、<p><b>　　材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)計(jì)算說明書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目：曲柄軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)、疲勞強(qiáng)度校核及剛度計(jì)算</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)目的</

2、b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)和要求</b></p><p>　　2.1設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)算部分的要求</p><p>　　2.4材料力學(xué)實(shí)際的過程</p><p>&

3、lt;b>　　設(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　3.1畫出曲柄軸的內(nèi)力圖</p><p>　　3.2設(shè)計(jì)計(jì)算主軸頸D和曲柄頸的直徑d</p><p>　　3.3校核曲柄臂的強(qiáng)度</p><p>　　3.4校核主軸頸的疲勞強(qiáng)度</p><p>　　3.5用能量法計(jì)算A截面的轉(zhuǎn)角θy、θz</p

4、><p>　　設(shè)計(jì)的改進(jìn)措施及方法</p><p><b>　　設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><p><b>　　C程序</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的目的</p><p>

5、;　　本課程設(shè)計(jì)是在系統(tǒng)學(xué)完材料力學(xué)課程之后，結(jié)合工程實(shí)際中的問題，運(yùn)用材料力學(xué)的基本理論和設(shè)計(jì)方法，獨(dú)立地計(jì)算工程中的典型零部件，以達(dá)到綜合運(yùn)用材料力學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際問題的目的。同時(shí)，可以使學(xué)生將材料力學(xué)的理論和現(xiàn)代計(jì)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(jì)算方法，又提高了分析問題、解決問題的能力；既是對(duì)以前所學(xué)知識(shí)（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計(jì)算機(jī)和材料力學(xué)等）的綜合運(yùn)用，又為后續(xù)課程（機(jī)械設(shè)計(jì)、專業(yè)課

6、等）的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，并初步掌握工程設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，使實(shí)際工作能力有所提高。具體有以下六項(xiàng)：</p><p>　?、攀顾鶎W(xué)的材料力學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化、完整化。</p><p>　?、圃谙到y(tǒng)全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用材料力學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際中的問題。</p><p>　　⑶由于選題力求結(jié)合專業(yè)實(shí)際，因而課程設(shè)計(jì)可以把材料力學(xué)知識(shí)與專業(yè)需要結(jié)合起來。</p>&l

7、t;p>　?、染C合運(yùn)用以前所學(xué)的各門課程的知識(shí)（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計(jì)算機(jī)等），使相關(guān)學(xué)科的知識(shí)有機(jī)地聯(lián)系起來。</p><p>　　⑸初步了解和掌握工程實(shí)踐中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。</p><p>　?、蕿楹罄m(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。</p><p>　　2.材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求</p><p>　　參加設(shè)計(jì)者

8、要系統(tǒng)復(fù)習(xí)材料力學(xué)課程的全部基本理論和方法，獨(dú)立分析、判斷設(shè)計(jì)題目的已知條件和所求問題，畫出受力分析計(jì)算簡(jiǎn)圖和內(nèi)力圖，列出理論依據(jù)并導(dǎo)出計(jì)算公式，獨(dú)立編制計(jì)算程序，通過計(jì)算機(jī)給出計(jì)算結(jié)果，并完成設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。</p><p>　　2.1設(shè)計(jì)計(jì)算說明書的要求</p><p>　　設(shè)計(jì)計(jì)算說明書是該題目設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)結(jié)果的說明，要求書寫工整，語言簡(jiǎn)練，條理清晰-、明確，表達(dá)完整。具

9、體內(nèi)容應(yīng)包括：</p><p>　?、旁O(shè)計(jì)題目的已知條件、所求及零件圖。</p><p>　?、飘嫵鰳?gòu)件的受力分析計(jì)算簡(jiǎn)圖，按比例標(biāo)明尺寸、載荷及支座等。</p><p>　?、庆o不定結(jié)構(gòu)要畫出所選擇的基本靜定系統(tǒng)及與之相應(yīng)的全部求解過程。</p><p>　?、犬嫵鋈?jī)?nèi)力圖，并表面可能的各危險(xiǎn)截面。</p><p>

10、;　　⑸各危險(xiǎn)截面上各種應(yīng)力的分布規(guī)律圖及由此判定各危險(xiǎn)點(diǎn)處的應(yīng)力狀態(tài)圖。</p><p>　?、矢魑ｋU(xiǎn)點(diǎn)的主應(yīng)力大小及主平面的位置。</p><p>　　⑺選擇強(qiáng)度理論并建立強(qiáng)度條件。</p><p>　?、塘谐鋈坑?jì)算過程的理論依據(jù)、公式推導(dǎo)過程及必要的說明。</p><p>　?、蛯?duì)變形及剛度分析要寫明所用的能量法計(jì)算過程及必要的內(nèi)力圖

11、和單位力圖。</p><p>　?、纹趶?qiáng)度計(jì)算部分要說明循環(huán)特征，бmax，бmin，r，бm，бa的計(jì)算，所查各系數(shù)的，ｋ,ε，β依據(jù)，疲勞強(qiáng)度校核過程及結(jié)果，并繪出構(gòu)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?jì)算結(jié)果是否合理，并討論其原因、改進(jìn)措施。</p><p>　?、铺岢龈倪M(jìn)設(shè)計(jì)

12、的初步方案及設(shè)想。</p><p>　?、翘岣邚?qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的措施及建議。</p><p>　　2.3程序計(jì)算部分的要求</p><p><b>　?、懦绦蚩驁D。</b></p><p>　?、朴?jì)算機(jī)程序（含必要的說明語言及標(biāo)識(shí)符說明）。</p><p>　?、谴蛴〗Y(jié)果（數(shù)據(jù)結(jié)果要填寫到設(shè)計(jì)計(jì)

13、算說明書上）。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)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(guān)數(shù)據(jù)查數(shù)據(jù)表。</p><p>　?。?）畫出曲柄軸的內(nèi)力圖；</p><p&

14、gt;　?。?）按強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)主軸頸D和曲柄頸的直徑d；</p><p>　?。?）校核曲柄臂的強(qiáng)度；</p><p>　?。?）安裝飛輪處為鍵槽，校核主軸頸的疲勞強(qiáng)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>　?。?）用能量法計(jì)算A端截面的轉(zhuǎn)角θy、θz。</p>&l

15、t;p><b>　　設(shè)計(jì)計(jì)算數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　受力簡(jiǎn)圖</b></p><p><b>　　四、改進(jìn)措施</b></p><p>　　根據(jù)疲勞破壞的分析，裂紋源通常是在有應(yīng)力集中的部位產(chǎn)生，而且構(gòu)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(yīng)力集中影響。因此設(shè)法避免

16、或減弱應(yīng)力集中，可以有效提高構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度?？梢詮囊韵聨讉€(gè)方面來提高構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度：</p><p>　　1、構(gòu)件截面改變?cè)郊ち?，?yīng)力集中系數(shù)就越大。因此工程上常采用改變構(gòu)件外形尺寸的方法來減小應(yīng)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(shè)計(jì)構(gòu)件外形時(shí)，應(yīng)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(dāng)結(jié)構(gòu)需要直角時(shí)，可在直徑較大的軸段上開卸載槽或退刀槽減小應(yīng)力集中；當(dāng)軸與輪轂采用靜配合

17、時(shí)，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(yīng)力集中。</p><p>　　2、一般說，構(gòu)件表層的應(yīng)力都很大，例如在承受彎曲和扭轉(zhuǎn)的構(gòu)件中，其最大應(yīng)力均發(fā)生在構(gòu)件的表層。同時(shí)由于加工的原因，構(gòu)件表層的刀痕或損傷處，又將引起應(yīng)力集中。因此，對(duì)疲勞強(qiáng)度要求高的構(gòu)件，應(yīng)采用精加工方法，以獲得較高的表面質(zhì)量。特別是對(duì)高強(qiáng)度鋼這類對(duì)應(yīng)力集中比較敏感的材料，其

18、加工更需要精細(xì)。</p><p>　　3、增加表層強(qiáng)度：常用的方法有表面熱處理和表面機(jī)械強(qiáng)化兩種方法?？刹捎酶哳l淬火等熱處理，滲碳、氮化等化學(xué)處理和機(jī)械方法（如噴丸等）強(qiáng)化表層，以提高疲勞強(qiáng)度。</p><p><b>　　五、設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><p>　　1、課程設(shè)計(jì)開始，我首先重拾教材，對(duì)知識(shí)系統(tǒng)而全面進(jìn)行了梳理，重新熟悉了基本理論

19、知識(shí)，找到了設(shè)計(jì)的思路和靈感，開始曲柄軸的設(shè)計(jì)。 </p><p>　　2、在課程設(shè)計(jì)的過程中，我也遇到了一些小麻煩。在校核曲柄臂強(qiáng)度的過程中危險(xiǎn)截面照的不全面，計(jì)算截面轉(zhuǎn)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(xué)之間的討論和自己的反復(fù)思考，我不斷糾正了錯(cuò)誤，使課程設(shè)計(jì)更加準(zhǔn)確。我也明白了考慮問題要全面細(xì)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(shè)計(jì)，使我們有機(jī)會(huì)能將自己所學(xué)的材料力學(xué)理論知識(shí)與工程實(shí)際相結(jié)合，解決一些零件設(shè)計(jì)的問題。在設(shè)計(jì)的過程中，又涉及了高等數(shù)學(xué)，理論力學(xué)，CAD，C語言等知識(shí)的綜合應(yīng)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(rèn)識(shí)到我們要多多查找資料，擴(kuò)展思維，才能更快的解決問題。此次課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我的動(dòng)手能力和認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)钠犯瘛?</p><p>　　4、在這次課程設(shè)計(jì)中，我也發(fā)現(xiàn)了自己的不足，學(xué)

21、過的知識(shí)掌握的不夠扎實(shí)，概念公式記憶的不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致在課程設(shè)計(jì)的過程中不斷發(fā)現(xiàn)問題，反復(fù)修改。在以后的學(xué)習(xí)中，我會(huì)克服這個(gè)缺點(diǎn)，及時(shí)復(fù)習(xí)，熟練掌握知識(shí)，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(qǐng)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(qiáng)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(xiàn)</b></p><p>　　[1]聶毓秦，吳宏，材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010<