龍門(mén)刨床課程設(shè)計(jì)--龍門(mén)刨床門(mén)架計(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(shuō)明書(shū)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目：龍門(mén)刨床門(mén)架計(jì)算</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　設(shè)計(jì)的目的、任務(wù)及要求。</p><p&

2、gt;<b>　　課程設(shè)計(jì)題目。</b></p><p>　　超靜定部分分析求解。</p><p><b>　　門(mén)架強(qiáng)度的校核。</b></p><p>　　求解門(mén)架上加力點(diǎn)的水平、垂直位移。</p><p><b>　　C程序部分。</b></p><p&

3、gt;<b>　　設(shè)計(jì)體會(huì)。</b></p><p>　　1. 設(shè)計(jì)的目的、任務(wù)及要求。</p><p>　　1.1 材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的目的。</p><p>　　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(wèn)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)知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的目的。同時(shí)，

4、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，即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(wèn)題、解決問(wèn)題的能力；既是對(duì)以前所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，又為后續(xù)課程的學(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>　　使所學(xué)的材料力學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化、完整化。</p><p>　　在系統(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

5、實(shí)際中的問(wèn)題。</p><p>　　由于選題力求結(jié)合專(zhuān)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(zhuān)業(yè)需要結(jié)合起來(lái)。</p><p>　　綜合運(yùn)用以前所學(xué)的各門(mén)課程的知識(shí)，使相關(guān)學(xué)科的知識(shí)有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)。</p><p>　　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>　　為后續(xù)課程的教學(xué)打下基礎(chǔ)。</p>&l

6、t;p>　　1.2 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(wèn)題，畫(huà)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(guò)計(jì)算機(jī)給出計(jì)算結(jié)果，并完成設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。</p><p>　?。?）.設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)的要求</p><p>　　

7、設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)是該題目設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)結(jié)果的說(shuō)明，要求書(shū)寫(xiě)工整，語(yǔ)言簡(jiǎn)練，條理清晰、明確，表達(dá)完整。具體內(nèi)容應(yīng)包括：</p><p>　?、?設(shè)計(jì)題目的已知條件、所求及零件圖。</p><p>　?、?畫(huà)出結(jié)構(gòu)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>　?、?靜不定結(jié)構(gòu)要畫(huà)出所選擇的基本靜定系統(tǒng)和及與之相應(yīng)的全部求和過(guò)程。</

8、p><p>　?、?畫(huà)出全部?jī)?nèi)力圖，并標(biāo)明可能的各危險(xiǎn)截面。</p><p>　?、?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>　?、?各危險(xiǎn)點(diǎn)的主應(yīng)力大小及主平面的位置。</p><p>　?、?選擇強(qiáng)度理論并建立強(qiáng)度條件。</p><p>　?、?列出全部計(jì)算過(guò)程的理論依據(jù)、公式

9、推導(dǎo)過(guò)程以及必要的說(shuō)明。</p><p>　　⑨.對(duì)變形及剛度分析要寫(xiě)明所用的能量法計(jì)算過(guò)程及必要的內(nèi)力圖和單位力圖。</p><p>　?、?疲勞強(qiáng)度計(jì)算部分要說(shuō)明循環(huán)特性， ， ，r ， ， 的計(jì)算，所查κ，ε，β各系數(shù)的依據(jù)，疲勞強(qiáng)度校核過(guò)程及結(jié)果，并繪出構(gòu)件的持久極限曲線。</p><p>　　（2）.分析討論及說(shuō)明部分的要求</p>

10、<p>　?、?分析計(jì)算結(jié)果是否合理，并討論其原因、改進(jìn)措施。</p><p>　?、?提出改進(jìn)設(shè)計(jì)的初步方案及設(shè)想。</p><p>　?、?提高強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的 措施及建議。</p><p>　?。?）.程序計(jì)算部分的要求</p><p><b>　　①.程序框圖。</b></p>&l

11、t;p>　?、谟?jì)算機(jī)程序（含必要的語(yǔ)言說(shuō)明及標(biāo)識(shí)符說(shuō)明）。</p><p>　?、鄞蛴〗Y(jié)果（數(shù)據(jù)結(jié)果要填寫(xiě)到設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)上）。</p><p>　　2.設(shè)計(jì)題目：龍門(mén)刨床門(mén)架計(jì)算</p><p>　　某龍門(mén)刨床門(mén)架示意圖如圖①所示，可簡(jiǎn)化為圖②所示的鋼架，尺寸如圖②所示。危險(xiǎn)工況有最大切削力F，另外有兩種力矩Me1、Me2，作用位置及作用方式如圖所示。門(mén)架材

12、料為灰鑄鐵（HT250）。</p><p>　　校核門(mén)架的強(qiáng)度。（取安全系數(shù)n=3）</p><p>　　求門(mén)架上加力點(diǎn)的水平、垂直位移。</p><p>　　數(shù)據(jù)：F=180kN，Me1=40kN·m，Me2=50kN·m。</p><p>　　設(shè)a=0.6m，l=0.8m,即龍門(mén)刨床寬為1.2m，高為1.6m。<

13、/p><p>　　查表得：E=100GPa，G=40GPa。</p><p><b>　　①②</b></p><p>　?、?④ </p><p>　　3．超靜定部分分析求解</p><p>　　判斷超靜定次數(shù)，此結(jié)構(gòu)為12次超靜定

14、結(jié)構(gòu)。分析外載荷F、Me1、Me2分別單獨(dú)作用于結(jié)構(gòu)上的情況。</p><p>　　最大水平切削力F單獨(dú)作用時(shí)，簡(jiǎn)化受力圖如圖所示。</p><p>　　由圖可知，該結(jié)構(gòu)是一個(gè)平面—空間系統(tǒng)，因此，在結(jié)構(gòu)的任意橫截面處，作用在此結(jié)構(gòu)平面內(nèi)的內(nèi)力素均為零，此外，構(gòu)件形狀關(guān)于y軸對(duì)稱(chēng)，外載荷關(guān)于y軸也對(duì)稱(chēng)，所以，在結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)面的橫截面處，反對(duì)稱(chēng)內(nèi)力素也為零。</p><p&g

15、t;　　將構(gòu)件沿對(duì)稱(chēng)面截開(kāi)作為靜定基，加兩對(duì)多余約束力X1、X2，如圖所示。</p><p>　　建立多余約束處的變形協(xié)調(diào)條件，在截開(kāi)的對(duì)稱(chēng)面處，相對(duì)轉(zhuǎn)角為零，由正則方程有</p><p>　　δ11X1＋δ12X2＋Δ1F＝0</p><p>　　δ21X1＋δ22X2＋Δ2F＝0</p><p>　　取左半部份分別畫(huà)出靜定基在F/2，X1

16、=1，X2=1單獨(dú)作用下的內(nèi)力圖，如圖所示。</p><p>　　由非圓截面扭轉(zhuǎn)公式可得立柱的</p><p>　　It＝β1h1b1³－β2h2b2³＝7.69×10-4m4（其中h1=0.4，b1=0.3，h2=0.36，b2=0.26，β1=0.179，β2=0，184）</p><p>　　橫梁對(duì)Y軸的慣性矩： </p&g

17、t;<p>　　Iy=－=3.14×10-5 m4（其中h1=0.2，b1=0.12，h2=0.18，b2=0.1）</p><p>　　立柱對(duì)X軸的慣性矩：</p><p>　　Ix=－=5.89×10-4m4（其中h1=0.4，b1=0.3，h2=0.36，b2=0.26）</p><p><b>　　由圖形互乘法得：

18、</b></p><p>　　δ11==＋=2.43×10-7 m4</p><p>　　δ22==＋=2.17×10-7 m4</p><p>　　δ12=δ21===2.60×10-8 m4</p><p>　　Δ1F==﹣=-1.40×10-3m4</p><p&g

19、t;　　Δ2F==-=-6.56×10-3 m4</p><p>　　將以上結(jié)果帶入正則方程得：</p><p>　　X1=2.85kN·m</p><p>　　X2=29.89kN·m</p><p>　?。?）力矩Me1單獨(dú)作用于此結(jié)構(gòu)時(shí)，該結(jié)構(gòu)為平面對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，Me1為反對(duì)稱(chēng)載荷，因此，在結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)面的橫截面處

20、，對(duì)稱(chēng)內(nèi)力素等于零。</p><p>　　將構(gòu)件沿對(duì)稱(chēng)面截開(kāi)作為靜定基，并加兩對(duì)多余約束力X3、X4，如圖所示。</p><p>　　建立多余約束處的變形協(xié)調(diào)條件，在截開(kāi)的對(duì)稱(chēng)面處，相對(duì)垂直位移為零，由正則方程有</p><p>　　δ33X3＋δ34X4＋Δ3F＝0</p><p>　　δ44X4＋δ43X3＋Δ4F＝0</p>

21、<p>　　取右半部份，分別畫(huà)出靜定基在Me1/2，X3=1，X4=1單獨(dú)作用下的內(nèi)力圖，如圖所示。</p><p>　　橫梁對(duì)Z軸的慣性矩：</p><p>　　=－=1.38×10-5 m4（其中h1=0.12，b1=0.2，h2=0.1，b2=0.18）</p><p>　　立柱對(duì)Z軸的慣性矩：</p><p>

22、　　=－=3.73×10-4 m4（其中h1=0.3，b1=0.4，h2=0.26，b2=0.36）由由圖形互乘法得：</p><p>　　δ33==＋=6.76×10-8 m4</p><p>　　δ44==＋=5.99×10-8 m4</p><p>　　δ34=δ43===7.72×10-9 m4</p>

23、<p>　　Δ3F==-=-2.57×10-4 m4</p><p>　　Δ4F==﹣－=﹣2.87×10-3 m4</p><p>　　將以上結(jié)果帶入正則方程得：</p><p>　　X3=-1.68kN</p><p>　　X4=48.13kN</p><p>　　（3）力矩Me2單獨(dú)

24、作用于此結(jié)構(gòu)時(shí)，該結(jié)構(gòu)為一個(gè)平面空間系統(tǒng)，作用在結(jié)構(gòu)平面內(nèi)的內(nèi)力素為零，此外，該結(jié)構(gòu)關(guān)于y軸對(duì)稱(chēng)，Me2為作用在其上的對(duì)稱(chēng)載荷，因此，在結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)面的橫截面處，反對(duì)稱(chēng)內(nèi)力素等于零。</p><p>　　將構(gòu)件沿對(duì)稱(chēng)面截開(kāi)作為靜定基，并加兩對(duì)多余約束力X5、X6，如圖所示。</p><p>　　建立多余約束處的變形協(xié)調(diào)條件，在截開(kāi)的對(duì)稱(chēng)面處，相對(duì)轉(zhuǎn)角為零，由正則方程有</p>&

25、lt;p>　　δ55X5＋δ56X6＋Δ5F＝0</p><p>　　δ66X6＋δ65X5＋Δ6F＝0</p><p>　　取左半部份分別畫(huà)出靜定基在Me2/2，X5=1，X6=1單獨(dú)作用下的內(nèi)力圖，如圖所示。</p><p><b>　　由圖形互乘法得：</b></p><p>　　Δ5F=0，Δ6F=0<

26、;/p><p><b>　　于是可得：</b></p><p><b>　　X5=0</b></p><p><b>　　X6=0</b></p><p>　　綜上可得出所有多余約束力，此結(jié)構(gòu)就化為靜定問(wèn)題。</p><p><b>　　門(mén)架強(qiáng)度的

27、校核。</b></p><p>　　由于該結(jié)構(gòu)為對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，故可沿對(duì)稱(chēng)面截出一半，取左半部份對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行校核，如圖所示，將其分為三部分：橫梁一，橫梁二，立柱，分別對(duì)其進(jìn)行校核。</p><p>　　4.1.橫梁一的強(qiáng)度校核：</p><p>　　外力分析：橫梁一上作用有多余約束力矩X1和多余約束力X3。</p><p>　　內(nèi)力分析

28、：畫(huà)出內(nèi)力圖，如下圖所示，忽略剪力，根據(jù)內(nèi)力圖確定危險(xiǎn)截面，橫梁一受兩向彎曲，左端截面最危險(xiǎn)。</p><p>　　由于構(gòu)件的材料為灰鑄鐵，是脆性材料，抗壓不抗拉，因此，危險(xiǎn)點(diǎn)為左端截面的A點(diǎn)，如圖所示：</p><p>　　Mz,max=X3a=1.008kN·m ，My,max=X1=2.85kN·m</p><p><b>　　求

29、得：</b></p><p>　　強(qiáng)度校核：對(duì)A點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力分析</p><p>　　查表2-1得，灰鑄鐵σb =250MPa，n=3 故許用應(yīng)力</p><p>　　根據(jù)第一強(qiáng)度理論 滿(mǎn)足強(qiáng)度條件，因此橫梁一是安全的。</p><p>　　4.2.橫梁二的強(qiáng)度校核：</p><p>　　外力分析：

30、橫梁二上作用有外載荷以及多余約束力X4和多余約束力矩X2。</p><p>　　內(nèi)力分析：畫(huà)出內(nèi)力圖，確定危險(xiǎn)截面。分別畫(huà)出橫梁二的彎矩圖以及扭矩圖，如下所示： （一）彎矩圖 </p><p><b>　?。ǘ┡ぞ貓D</b

31、></p><p>　　由上圖可以看出橫梁二受兩向彎曲和扭轉(zhuǎn)組合變形，危險(xiǎn)截面為左、右兩端截面，</p><p><b>　　強(qiáng)度校核：</b></p><p>　　先對(duì)右端截面進(jìn)行校核，根據(jù)應(yīng)力分析，可以判定出截面上可能的危險(xiǎn)點(diǎn)是B,C,D三點(diǎn)。如圖所示</p><p>　　先分析B點(diǎn)，B點(diǎn)處正應(yīng)力最大，但扭轉(zhuǎn)切

32、應(yīng)力為零 。</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　得出：</b></p><p>　　由于，所以B點(diǎn)不安全，因而對(duì)于C,D點(diǎn)就沒(méi)有繼續(xù)校核的必要了，因此，橫梁二不滿(mǎn)足強(qiáng)度條件，是不安全的。</p><p>　　4.3.立柱的強(qiáng)度校核：</p><p

33、><b>　　外力分析</b></p><p>　　內(nèi)力分析：畫(huà)出內(nèi)力圖，確定危險(xiǎn)截面。</p><p><b>　?。ㄒ唬澗貓D</b></p><p><b>　?。ǘ┡ぞ貓D</b></p><p>　　由上述內(nèi)力圖可知，立柱受兩向彎曲和扭轉(zhuǎn)組合變形，危險(xiǎn)截面在立柱

34、固定端，可能危險(xiǎn)點(diǎn)是 E、F、G三點(diǎn)，如下圖：</p><p><b>　　3. 強(qiáng)度校核：</b></p><p>　　(1). 對(duì)E點(diǎn)校核，E點(diǎn)切應(yīng)力為0，僅受正應(yīng)力，由此可得：</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　由第一強(qiáng)度理論：</b>&

35、lt;/p><p>　　因此E點(diǎn)滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，安全。</p><p>　　(2). 對(duì)F點(diǎn)校核，F(xiàn)點(diǎn)同時(shí)存在正應(yīng)力和切應(yīng)力。</p><p>　　由閉口薄壁桿件的自由扭轉(zhuǎn)公式：</p><p>　　在F點(diǎn)處取單元體，如圖所示：</p><p>　　所以，由第一強(qiáng)度理論，</p><p>　　滿(mǎn)足強(qiáng)度

36、條件，因此F點(diǎn)安全。</p><p>　　(3). 對(duì)G點(diǎn)校核，G點(diǎn)同時(shí)存在正應(yīng)力和切應(yīng)力，類(lèi)似于F點(diǎn)。</p><p>　　， ，</p><p><b>　　由第三強(qiáng)度理論，</b></p><p>　　于是，滿(mǎn)足強(qiáng)度條件，G點(diǎn)安全。</p><p>　　綜上所

37、述，立柱滿(mǎn)足強(qiáng)度條件。</p><p>　　5.求解門(mén)架上加力點(diǎn)的水平、垂直位移。</p><p>　　5.1z軸方向位移，沿F方向加單位力1，如下圖所示：</p><p>　　由上圖，根據(jù)圖形互乘法可得沿F方向的水平位移</p><p>　　（方向與單位力方向相同）

38、 </p><p>　　5.2 x軸方向位移，沿x軸方向加單位力1，如圖：</p><p>　?。ǚ较蚺c單位力方向相反） </p><p>　　5.3 y方向位移，沿y軸方向加單位力1，如圖所示：</p><p>　?。ǚ较蚺c單位力方向相同） </p><p>　　6. C程序部分。</p&g

39、t;<p>　　求加力點(diǎn)的水平、垂直位移</p><p>　　-----------------------------------------------------------</p><p>　　#include<stdio.h></p><p>　　#define A E*Ix</p><p>　　#def

40、ine B E*Iz2</p><p>　　#define C E*Iy</p><p>　　#define D E*Iz1</p><p>　　#define H G*It</p><p>　　#define J l*l*l</p><p>　　#define K a*a*a</p><

41、;p>　　#define M l*l</p><p>　　#define N a*a</p><p>　　#define S l*a</p><p>　　void main()</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　float E=100e9;</p&

42、gt;<p>　　float G=40e9;</p><p>　　float X1=2.85e3;</p><p>　　float X2=2.989e4;</p><p>　　float X3=1.68e3;</p><p>　　float X4=4.813e4;</p><p>　　float

43、 F=1.8e5;</p><p>　　float M1=4e4;</p><p>　　float M2=5e4;</p><p>　　float Ix=5.89e-4;</p><p>　　float Iz2=3.73e-4;</p><p>　　float Iy=3.14e-5;</p>

44、<p>　　float Iz1=1.38e-5;</p><p>　　float It=7.69e-4;</p><p>　　float a=0.6;</p><p>　　float l=0.8;</p><p>　　float x,y,z;</p><p>　　printf("The di

45、splacement of z direction is ");</p><p>　　z=F*J/(6*A)+F*K/(6*C)+F*N*l/(2*H)-(X1+X2)*S/H-M2*M/(4*A)-X2*N/(2*C);</p><p>　　printf("%.2e",z);</p><p>　　printf("\n&quo

46、t;);</p><p>　　printf("The displacement of x direction is ");</p><p>　　x=M1*M/(4*B)+(X3-X4)*M*a/(2*B);</p><p>　　printf("%.2e",x);</p><p>　　printf(&qu

47、ot;\n");</p><p>　　printf("The displacement of y direction is ");</p><p>　　y=M1*S/(2*B)+M1*N/(4*D)+(X3-X4)*N*l/B-X4*K/(3*D);</p><p>　　printf("%.2e",y);</p

48、><p>　　printf("\n");</p><p><b>　　}</b></p><p>　　---------------------------------------------------------------------</p><p><b>　　下面是編譯結(jié)果：</

49、b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><p>　　材料力學(xué)是一門(mén)被各個(gè)工程廣泛應(yīng)用的學(xué)科，是通過(guò)理論與實(shí)驗(yàn)來(lái)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?，確定合理的截面形狀和尺寸提供基本理論和計(jì)算方法。</p><p>　　通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)材料力學(xué)有

50、了更深一層的認(rèn)識(shí)，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識(shí)的很多漏洞，看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是比較缺乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還急需提高。這次課程設(shè)計(jì)必將成為我人生旅途上一個(gè)非常美好的回憶！</p><p><b>　　8、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 聶毓琴，孟廣偉.材料力學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.</p><p>　　[2