材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)--單缸柴油機(jī)曲軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)及剛度計(jì)算

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2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語一試題真題（含答案詳解+作文范文）_第1頁

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1、　　材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)　　班級(jí)： 　　作者： 　　題目：?jiǎn)胃撞裼蜋C(jī)曲軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)及剛度計(jì)算、疲勞強(qiáng)度校核&

2、lt;p>　　指導(dǎo)老師： 　　2012.10.15　　課程設(shè)計(jì)的目的　　材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的目的是在于系統(tǒng)學(xué)習(xí)材料力學(xué)后，能結(jié)合工程中的實(shí)際問題，運(yùn)用材料力學(xué)的基本理論和計(jì)算方法，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)的

3、知識(shí)解決工程實(shí)際問題之目的。同時(shí)，可以使我們將材料力學(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)代的計(jì)算方法，又提高了分析問題，解決問題的能力；既把以前所學(xué)的知識(shí)綜合應(yīng)用，又為后繼課程打下基礎(chǔ)，并初步掌握工程中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，對(duì)實(shí)際工作能力有所提高。　　使所學(xué)的材料力學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化，完整化。　　在系統(tǒng)全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用材料力

4、學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際問題。　　3）綜合運(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。　　4）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，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。　　5）為后續(xù)課程教學(xué)打下基礎(chǔ)。　　課程設(shè)

5、計(jì)的任務(wù)和要求　　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。　　設(shè)計(jì)題目　　某柴油機(jī)曲軸可以簡(jiǎn)化為下圖所示的結(jié)構(gòu)，

6、材料為球墨鑄鐵(QT450-5)彈性常數(shù)為E、μ，許用應(yīng)力為[σ]，G處輸入轉(zhuǎn)矩為，曲軸頸中點(diǎn)受切向力、徑向力的作用，且=。曲柄臂簡(jiǎn)化為矩形截面，1.4≤≤1.6，2.5≤≤4, =1.2r,已知數(shù)據(jù)如下表：　　畫出曲軸的內(nèi)力圖。　　設(shè)計(jì)曲軸頸直徑d，主軸頸直徑D。　　設(shè)計(jì)曲

7、柄臂的b、h。　　校核主軸頸H-H截面處的疲勞強(qiáng)度，取疲勞安全系數(shù)n=2。鍵槽為端銑加工，主軸頸表面為車削加工。　　用能量法計(jì)算A-A截面的轉(zhuǎn)角,。　　畫出曲軸的內(nèi)力圖　　外力分析<

8、;/p>　　畫出曲軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，計(jì)算外力偶矩　　N·m　　讀圖　　N　　N<

9、/p>　　在xoy平面內(nèi)取平衡　　y=0 　　=0　　即 　　FAy+FFy-Fr=0　　Frl1-FFyl1（

10、+l2）=0　　計(jì)算反力　　解方程可求得　　在XOY平面內(nèi)：===2469.57 N　　===1509.18 N　　同樣道理</b

11、>　　在XOE平面內(nèi)：　　===4939.14 N　　===3018.36 N　　在多個(gè)作用力作用下曲軸組合變形，每一段變形情況不一致，可分段分析。各段變形復(fù)合單獨(dú)分析復(fù)雜，分成每個(gè)方向上單獨(dú)受力，作出內(nèi)力圖。

12、;　　內(nèi)力分析（可先分析危險(xiǎn)截面各處受力狀況）　　①主軸頸的EF左端（1-1）截面最危險(xiǎn)，受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲組合變形　　==477.45 　　=*（–）=434.64　　=*（–）=217.32

13、　?、谇跠E段下端（2-2）截面最危險(xiǎn)，受扭轉(zhuǎn)、兩向彎曲和壓縮組合變形　　=Me=477.45　　=*（–）=434.64　　=*（–）=217.32　　==1509.18 N　?、矍iCD段，以A端開

14、始分析，過中間位置時(shí)各力和力矩開始變小，因此中間截面（3-3）最危險(xiǎn)，受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲組合變形　　=*r=293.65　　=*=543.31　　=*=271.65　?、芮跙C段根據(jù)A端受力，C

15、端截面最危險(xiǎn)，受兩個(gè)彎矩，一個(gè)扭矩，一個(gè)軸力作用組合變形　　M4x=FAz*r=296.35N·m　　M4y=FAz*（l1-）=365.50N·m　　M4z=FAy*（l1-）=182.75N·m　　F4N=FAy=2469.57N

16、3;m　?、葜鬏SAB端，B段截面最危險(xiǎn)，受兩個(gè)彎矩作用　　M5y=FAz*（l1-）=365.50N·m　　M5z=FAy*(l1-)=182.75N·m　　由上分析可知各危險(xiǎn)截面的力和力矩，有對(duì)于各段軸為兩端或一端受力，內(nèi)力圖為線性關(guān)系。</p

17、>　　可以用兩點(diǎn)法，按相應(yīng)的比例關(guān)系及x、y、z、軸力方向作出各段的內(nèi)力圖。　　內(nèi)力圖如下（不計(jì)內(nèi)力彎曲切應(yīng)力，彎矩圖畫在受壓側(cè)）：　?。▎挝唬?力—N 力矩—）　　設(shè)計(jì)曲軸頸直徑d和主軸頸直徑D　　主軸頸的危險(xiǎn)截面為EF的最左端，受扭轉(zhuǎn)和兩

18、向彎曲　　根據(jù)主軸頸的受力狀態(tài)，可用第三強(qiáng)度理論計(jì)算　　=≤[]　　其中=　　[]=120MPa

19、　D　　得D≥38.68mm取D=40mm　　曲柄頸CD屬于圓軸彎扭組合變形，由第三強(qiáng)度理論，在危險(xiǎn)截面3-3中：　　d　　得 d38.58 mm 故取 d=40 mm <p&

20、gt;　　校核曲柄臂的強(qiáng)度　　曲柄臂的強(qiáng)度計(jì)算　　曲柄臂的危險(xiǎn)截面為矩形截面，且受扭轉(zhuǎn)、兩向彎曲及軸力作用（不計(jì)剪力），由內(nèi)力圖可知危險(xiǎn)截面為2-2截面，曲柄臂上的危險(xiǎn)截面2-2的應(yīng)力分布圖如下圖：　　根據(jù)應(yīng)力分布圖可判定出可能的危險(xiǎn)點(diǎn)為

21、，，。　　已知條件 　　理想情況為截面面積（b*h）最小，同時(shí)也符合強(qiáng)度要求。可先取面積最小值檢驗(yàn)其強(qiáng)度要求是否符合。即令： h=1.4D=56mm b==14mm　　點(diǎn)：點(diǎn)處于單向應(yīng)力狀態(tài)　　其中A2=bh

22、 Wz2= wx2=　　把數(shù)據(jù)代入上式中得　　=185.97MPa>　　選取此種尺寸時(shí)不滿足強(qiáng)度要求，考慮到所給條件截面面積最大可為　　h=1.6D=64mm b=h2.5=25.6mm&

23、lt;p>　　帶入得　　=59.39MP < []　　此時(shí)點(diǎn)滿足強(qiáng)度條件。　　點(diǎn)：點(diǎn)處于二向應(yīng)力狀態(tài)，存在扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力曲柄臂簡(jiǎn)化為矩形，非圓截面，查表3-1 對(duì)=2.5　　點(diǎn)的正應(yīng)力為軸向力和繞z軸的彎矩

24、共同引起的　　=32.01MPa　　由第三強(qiáng)度理論代入數(shù)據(jù)　　==86.48MPa <[] 　　所以點(diǎn)滿足強(qiáng)度條件。　　點(diǎn)：點(diǎn)處于二向應(yīng)力狀態(tài)<

25、p>　　=28.24MPa　　根據(jù)第三強(qiáng)度理論　　===67.78MPa <[] 　　所以點(diǎn)滿足強(qiáng)度條件。　　綜上，曲柄臂滿足強(qiáng)度條件。可取 =2.5，滿足強(qiáng)度條件?？蛇M(jìn)一步細(xì)化

26、分析在滿足強(qiáng)度條件下減小h、b值，從而節(jié)約成本。由后面　　的附錄求得h,b的最優(yōu)值為58，23.　　校核主軸頸H-H截面處的疲勞強(qiáng)度　　由題意對(duì)球墨鑄鐵QT450-5　　查表得（表面質(zhì)量系數(shù)）　　已知（

27、尺寸系數(shù)） 　　（敏感系數(shù)） 　　FH處只受扭轉(zhuǎn)作用,無彎曲正應(yīng)力，工作時(shí)切應(yīng)力基本不變，但機(jī)器時(shí)開時(shí)停，可視為脈動(dòng)循環(huán)，具體可見材力教材第十三章例題。　　=　　又知</

28、b>　　=-　　安全系數(shù)　　= >2　　安全。　　所以，H-H截面

29、的疲勞強(qiáng)度足夠。　　用能量法計(jì)算A-A截面的轉(zhuǎn)角,　　采用圖乘法分別求解A-A截面的轉(zhuǎn)角,。　　求：在截面A加一單位力偶矩。并作出單位力偶矩作用下的彎矩圖與外載荷作用下的彎矩圖如下（畫在受壓一側(cè)）：　　由平衡方程得</b&

30、gt;　　B點(diǎn)的彎矩為　　E點(diǎn)的彎矩為　　由圖乘法：　　h=58mm，b=23mm 查表得 　　EI1=

31、E=18840.04 pa·m4 EI3==18840.04 pa·m4　　其中　　盡管h/b取值不同，對(duì)會(huì)有影響。但都是在很小范圍內(nèi)變化，對(duì)轉(zhuǎn)角影響不會(huì)太大，可取=0.249　　GIt== 12085.57pa·m4

32、　　=rad　　從而得　　同理　?。?）求：在截面A加一單位力偶矩。并作出單位力偶矩作用下的彎矩圖與外載荷作用下的彎矩圖如下（畫在受壓一側(cè)）：<p&

33、gt;　　同理得： 　　由圖乘法：　　EA=Ehb=·m2　　·m4 .·m4 　　·m4 </

34、p>　　= rad　　設(shè)計(jì)優(yōu)化　　以上的設(shè)計(jì)只是保證了強(qiáng)度安全性方面的要求，并沒有考慮到材料成本等問題。應(yīng)是在能保證強(qiáng)度要求條件下滿足所用材料最省為最佳方案。回到問題三，關(guān)于b、h的計(jì)算可設(shè)計(jì)思路，b/D和b/h從取值1.6和2.5開始，逐次減小0.0

35、1，同時(shí)檢驗(yàn)取值能否滿足曲軸的強(qiáng)度要求。直至不能滿足條件最大值之前的最值為止，即為所求的最適合b、h值。　　利用附錄的程序，求b、h最佳值，得：　　h=58 mm b=23 mm　　設(shè)計(jì)感想　　通過這次的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)材料

36、力學(xué)有了更深一層的認(rèn)識(shí)，材料力學(xué)是一門被各個(gè)工程廣泛應(yīng)用的學(xué)科，是通過理論與實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性以及材料的力學(xué)性能的研究。在保證安全、可靠、經(jīng)濟(jì)節(jié)省的前提下，為構(gòu)件選擇適當(dāng)?shù)牟牧希_定合理的截面形狀和尺寸提供基本理論和計(jì)算方法。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。這次的課程設(shè)計(jì)讓我深知理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。這次設(shè)計(jì)，讓我對(duì)以前學(xué)的cad、c語言等結(jié)合問題進(jìn)行實(shí)際運(yùn)用，加深了知識(shí)的應(yīng)用能力。&

37、lt;/p>　　此外，我深深的體會(huì)到了僅僅掌握課本中的理論和方法是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。工程實(shí)際中的一些問題要比想象的復(fù)雜的多。只有不斷進(jìn)行工程問題的分析和研究，從中獲得大量的寶貴經(jīng)驗(yàn)，才能以最經(jīng)濟(jì)的代價(jià)、最合理的方法解決遇到的難題。　　此次課程設(shè)計(jì)讓我受益匪淺，設(shè)計(jì)中還有很多不足，希望老師批評(píng)指正。 　　參考文獻(xiàn)&l

38、t;/b>　　[1]聶毓琴等《材料力學(xué)》　　[2]聶毓琴等《材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》 　　[3]譚浩強(qiáng),《C程序設(shè)計(jì)第三版》　　附錄　　內(nèi)力圖計(jì)算程序一：

39、　　#include<stdio.h>　　main()　　{ double P=8.50;　　double r=0.06;　　double l1=0.11;&

40、lt;/p>　　double l2=0.18;　　double Me;　　double Ft;　　double Fr;　　double Faz;　　double Ffz;<

41、p>　　double Fay;　　double Ffy;　　int n=190;　　Me=9549*P/n;　　Ft=Me/r;　　Fr=Ft/2;

42、　　Fay=(Fr*l2)/(l1+l2);　　Ffy=(Fr*l1)/(l1+l2);　　Faz=(Ft*l2)/(l1+l2);　　Ffz=(Ft*l1)/(l1+l2);　　printf("Me=%lf,Ft=%l

43、f,Fr=%lf\n",Me,Ft,Fr);　　printf("Fay=%lf,Ffy=%lf,Faz=%lf,Ffz=%lf\n",Fay,Ffy,Faz,Ffz);　　return 0;　　}</p

44、>　　主軸EF段力矩計(jì)算程序二：　　#include<stdio.h>　　main()　　{　　double Me=477.45;&

45、lt;p>　　double Ffy=1509.18;　　double r=0.06;　　double Ffz=3018.36;　　double l1=0.11;　　double l2=0.18;　　double l3;<

46、;/p>　　double M1x;　　double M1y;　　double M1z;　　l3=1.2*r;　　M1x=Me;

47、　　M1y=Ffz*(l2-l3/2);　　M1z=Ffz*(l2-l3/2);　　printf("M1x=%lf\nM1y=%lf\nM1z=%lf\n",M1x,M1y,M1z);　　return 0;<

48、b>　　}　　曲柄臂de段力矩程序三：　　#include<stdio.h>　　main()　　{ double Me=412.11;　　double F

49、fz=3018.36;　　double Ffy=1509.18;　　double r=0.06;　　double l1=0.11;　　double l2=0.18;　　double M2x;

50、;　　double M2y;　　double M2z;　　double F2n;　　double l3;　　l3=1.2*r;　　M2x=Me;</

51、p>　　M2y=Ffz*(l2-l3/2);　　M2z=Ffy*(l2-l3/2);　　F2n=Ffy;　　printf("M2x=%lf\nM2y=%lf\nM2z=%lf\nF2n=%lf\n",M2x,M2y,M2z,F2

52、n);　　return 0;　　}　　曲柄頸cd段力矩程序四：　　#include<stdio.h>　　main()<

53、/b>　　{ double Me=477.45;　　double Faz=4939.14;　　double Fay=2469.57;　　double r=0.06;　　double l1=0.11;&

54、lt;p>　　double l2=0.18;　　double M3x;　　double M3y;　　double M3z;　　M3x=Faz*r;　　M3y=Faz*l1;　　M3z

55、=Fay*l1;　　printf("M3x=%lf\nM3y=%lf\nM3z=%lf\n",M3x,M3y,M3z);　　return 0;　　}　　曲柄臂bc段力矩程序五：

56、　　#include<stdio.h>　　main()　　{　　double Fay=2469.57;　　double r=0.06;<

57、/p>　　double Faz=4939.14;　　double l1=0.11;　　double l2=0.18;　　double l3;　　double M4x;　　double M4y;</

58、p>　　double M4z;　　double F4n;　　l3=1.2*r;　　M4x=Faz*r;　　M4y=Faz*(l1-l3/2);　　M4z=Fay*(

59、l1-l3/2);　　F4n=Fay;　　printf("M4x=%lf\nM4y=%lf\nM4z=%lf\nM4n=%lf\n",M4x,M4y,M4z,F4n);　　return 0;&l

60、t;p>　　}　　主軸ab段力矩程序六：　　#include<stdio.h>　　main()　　{

61、;　　double Fay=2469.57;　　double r=0.06;　　double Faz=4939.14;　　double l1=0.11;　　double l2=0.18;　　double l3;

62、　　double M5y;　　double M5z;　　l3=1.2*r;　　M5y=Faz*(l1-l3/2);　　M5z=Fay*(l1-l3/2);　　printf

63、("M5y=%lf\nM5z=%lf\n",M5y,M5z);　　return 0;　　}　　求解h，b的C語言程序如下：　　#include<math.h><

64、;/p>　　#include<stdio.h>　　#define G 1000　　#define D 40　　#define Y 120　　main()

65、　　{float Mz,My,Mx,F;　　float Z1,Z2,Z3,Q2,Q3,Y2,Y3;　　float h,b,h1,b1;　　float a,r;　　float s,m=1.6*D*0.4*1.6*D;　　printf

66、("input Mx,My,Mz,F:\n");　　scanf("%f%f%f%f",&Mx,&My,&Mz,&F);　　for(h=1.4*D;h<=1.6*D;h=h+0.01)　　for(b=0.25*h;b<=0.4*h;

67、b=b+0.01)　　{if(h/b>=2.5&&h/b<=3)　　{a=0.213+0.018*h/b;　　r=0.837-0.028*h/b;}　　if(h/b>=3&&h/b<=4)&l

68、t;p>　　{a=0.222+0.015*h/b;　　r=0.777-0.008*h/b ;}　　Z1=F/(b*h)+6*G*Mz/(b*b*h)+6*G*Mx/(b*h*h) ;　　Z2=F/(b*h)+6*G*Mz/(b*b*h);　　Z3=F/(b*h)+6

69、*G*Mx/(b*h*h) ;　　Q2=G*My/(b*b*h*a) ;　　Q3=r*Q2;　　Y2=sqrt(Z2*Z2+4*Q2*Q2);　　Y3=sqrt(Z3*Z3+4*Q3*Q3);

70、　　if(Z1<=Y&&(Y2-Y)/Y<0.05&&(Y3-Y)/Y<0.05)　　{s=h*b;　　if(s<m)　　{m=s;h1=h;b1=b;}}}

眾賞文庫> 全部分類> 畢業(yè)設(shè)計(jì)

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材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)--單缸柴油機(jī)曲軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)及剛度計(jì)算

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