材料力學(xué)課程設(shè)計--曲柄軸的強度設(shè)計及變形計算

1、<p><b>　　材料力學(xué)課程設(shè)計</b></p><p>　　題目：曲柄軸的強度設(shè)計及變形計算</p><p>　　單 位： 理 學(xué) 院</p><p>　　班 級： 力 學(xué) 11-1</p><p><b>　　姓 名： </b></p><

2、;p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、緒論</b></p><p>　　二、力學(xué)模型與內(nèi)力分析</p><p><b>　　三、強度分析。</b></p>&

3、lt;p>　　四、變形計算與剛度分析。</p><p><b>　　五、總結(jié)。</b></p><p><b>　　一、緒 論</b></p><p>　　1.1、課程設(shè)計目的意義：</p><p>　　材料力學(xué)課程設(shè)計是材料力學(xué)課程的重要實踐性環(huán)節(jié)。</p><p>

4、　　通過結(jié)合工程實際，自行設(shè)計結(jié)構(gòu)形式，并對桿件結(jié)構(gòu)進行內(nèi)力、應(yīng)力變形位移計算等，校核桿件結(jié)構(gòu)的強度和剛度、穩(wěn)定性，并對結(jié)構(gòu)進行改進。進一步鞏固和加深材料力學(xué)課程中的基本理論知識，初步掌握對材料力學(xué)中分析、計算的步驟和方法，培養(yǎng)和提高獨立分析問題和運用所學(xué)理論知識解決實際問題的能力、通過自由設(shè)計結(jié)構(gòu)、鍛煉創(chuàng)新思維能力。既從整體上掌握了基本理論和現(xiàn)代的計算方法，又提高了分析問題、解決問題的能力；既是對以前所學(xué)知識的綜合運用，又為后續(xù)課程的

5、學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，并初步掌握工程設(shè)計思想和設(shè)計方法，使實際工作能力有所提高。具體有以下幾方面：</p><p>　　1、對之前學(xué)過的相關(guān)力學(xué)知識的全面復(fù)習(xí)，使學(xué)生的力學(xué)知識系統(tǒng)化、完整化；</p><p>　　2、綜合運用力學(xué)理論知識解決工程中的實際問題。</p><p>　　3、本課程設(shè)計是在系統(tǒng)學(xué)完材料力學(xué)課程之后，結(jié)合工程實際中的問題，</p>&l

6、t;p>　　運用材料力學(xué)的基本理論和計算方法，獨立地計算工程中的典型零部件，以</p><p>　　達到綜合運用材料力學(xué)知識解決工程實際問題的目的。</p><p>　　4、由于選題力求結(jié)合專業(yè)實際，因而課程設(shè)計可以為學(xué)生后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計打下基礎(chǔ)，進行提前鍛煉。</p><p>　　5、初步了解和掌握工程實踐中的分析思想和計算方法。</p><

7、;p>　　1.2、結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用背景簡介：</p><p>　?。ê唵蔚慕榻B你所設(shè)計的結(jié)構(gòu)在工程的使用，比如哪些領(lǐng)域，有何作用）</p><p>　　1.3、課程設(shè)計的主要任務(wù)內(nèi)容： </p><p>　　參加設(shè)計者要系統(tǒng)復(fù)習(xí)材料力學(xué)課程的全部基本理論和方法，根據(jù)給出題目，搜集相關(guān)資料，獨立分析、判斷設(shè)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，

8、列出理論依據(jù)并導(dǎo)出計算公式，并校核強度和剛度，對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化和改進分析并完成設(shè)計報告。</p><p>　　1、本次課程設(shè)計要求依據(jù)所學(xué)材料力學(xué)基本理論，分析內(nèi)力和應(yīng)力、變形，從強度、剛度的安全因素出發(fā)，設(shè)計相應(yīng)幾何尺寸、并進行計算分析。</p><p>　　2、原則上各班同學(xué)必須獨立完成，每名同學(xué)所采用的原始數(shù)據(jù)不能重復(fù)。</p><p>　　3、本次課程設(shè)計要求

9、最終上交一份課程設(shè)計報告。</p><p>　　4、要求每名同學(xué)完成題目的結(jié)構(gòu)設(shè)計和力學(xué)分析，繪制必需的圖、表，并最終撰寫課程設(shè)計報告一份。</p><p><b>　　基本內(nèi)容包括：</b></p><p>　　了解結(jié)構(gòu)工程背景或在工程中應(yīng)用，確定材料參數(shù)</p><p>　　作出結(jié)構(gòu)桿件的內(nèi)力分布圖</p>

10、;<p>　　設(shè)計結(jié)構(gòu)桿件的幾何尺寸或結(jié)構(gòu)桿件的截面</p><p><b>　　進行應(yīng)力狀態(tài)分析</b></p><p>　　利用強度理論進行校核</p><p><b>　　變形計算</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)桿件的優(yōu)化和改進分析</p><p>　　

11、二、力學(xué)模型、內(nèi)力分析</p><p>　　2.1、力學(xué)模型簡介</p><p>　　（介紹你所問題的幾何結(jié)構(gòu)，要求有結(jié)構(gòu)圖；約束情況；材料屬性參數(shù)等）</p><p>　　7、題目：曲柄軸的強度設(shè)計及變形計算</p><p><b>　　題目內(nèi)容：</b></p><p>　　材料為球墨鑄鐵QT

12、400-10，，曲柄臂抽象為矩形，如下圖示。，，，。</p><p>　　2）設(shè)計要求與技術(shù)指標(biāo)：</p><p>　　安全系數(shù)n=2、需設(shè)計曲柄頸直徑、主軸頸直徑；校核強度；計算A截面轉(zhuǎn)角，。</p><p><b>　　參考</b></p><p><b>　　2.2、載荷簡化：</b><

13、/p><p><b>　　2.3、內(nèi)力分析</b></p><p><b>　　內(nèi)力分布圖：</b></p><p><b>　　內(nèi)力分析：</b></p><p>　?、僦鬏S頸FB段左端1-1截面為危險截面。</p><p>　?、谇iCD段中間2-2截

14、面為危險截面。</p><p>　　③曲柄臂以DF段下端3-3截面為危險截面。</p><p><b>　　三、強度分析</b></p><p>　　3.1、強度理論簡述 </p><p>　　由零件圖可知，鍵槽處有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，無彎曲正應(yīng)力。由于機器時開時停，可以視作脈動循環(huán)變化。因主軸頸處于兩向彎曲于扭轉(zhuǎn)的組合變形，可

15、用第三強度理論計算</p><p>　　第三強度理論 對于象低碳鋼這一類的塑性材料,在單向拉伸試驗時材料就是沿斜截面發(fā)生滑移而出現(xiàn)明顯的屈服現(xiàn)象的。這時試件在橫截面上的正應(yīng)力就是材料的屈服極限，而在試件斜截面上的最大剪應(yīng)力(即45°斜截面上的剪應(yīng)力)等于橫截面上正應(yīng)力的一半。于是，對于這一類材料，就可以從單向拉伸試驗中得到材料的極限值 =/2 按此理論的觀點，屈服破壞條件是

16、由公式(1-56)可知，在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下下一點處的最大剪應(yīng)力為 其中的、分別為該應(yīng)力狀態(tài)中的最大和最小主應(yīng)力。故式(c)又可改寫為 將上式右邊的除以安全系數(shù)及的材料的容許拉應(yīng)力，故對危險點處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的構(gòu)件，按第三強度理論所建立的強度條件是： </p><p><b>　　3.2、應(yīng)力分析</b></p><p>　　曲柄臂的危險截面應(yīng)

17、力分布圖：</p><p>　　根據(jù)應(yīng)力分布圖，可以判斷出可能的危險點有D1、D2、D3。</p><p>　　對D1點進行應(yīng)力分析</p><p>　　由于D1點處于單向拉伸、所以正應(yīng)力的代數(shù)疊加</p><p><b>　　即</b></p><p><b>　　所以D1安全<

18、/b></p><p>　　對D2點進行應(yīng)力分析，由于D2點有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，查表得: </p><p>　　D2點的正應(yīng)力為軸力和繞z軸的彎矩共同引起，即</p><p>　　由于D2點處于二向應(yīng)力狀態(tài)，故選擇第三強度理論計算</p><p><b>　　所以D2點安全</b></p><p

19、>　　對D3點進行應(yīng)力分析</p><p><b>　　所以D3點安全</b></p><p><b>　　3.3、強度分析</b></p><p>　　由零件圖可知，鍵槽處有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，無彎曲正應(yīng)力。由于機器時開時停，可以視作脈動循環(huán)變化。</p><p>　　由于切應(yīng)力是脈動循環(huán)，因此用以

20、下公式進行疲勞強度校核:</p><p>　　其中 </p><p>　　查表得: </p><p>　　主軸頸的疲勞強度符合要求</p><p>　　3.4、桿件截面尺寸設(shè)計</p><p>　　主軸頸D和曲柄軸頸的直徑d</p><p>　　因主軸頸處于兩向彎

21、曲于扭轉(zhuǎn)的組合變形，可用第三強度理論計算</p><p>　　同理，曲柄頸的曲度計算也可以用第三強度理論</p><p>　　四、變形計算與剛度分析、穩(wěn)定性分析</p><p>　　4.1、變形計算理論方法</p><p><b>　　求</b></p><p>　　在截面A加以單位力偶矩，并作出

22、單位力偶矩作用下的彎矩圖：</p><p><b>　　求</b></p><p>　　在截面A加一個單位力偶矩并作出單位力偶矩作用下的彎矩圖</p><p><b>　　4.2、剛度分析</b></p><p><b>　　4.3、穩(wěn)定性分析</b></p>&

23、lt;p><b>　　五、總結(jié)</b></p><p>　　5.1、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計</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素帶來的應(yīng)力集中影響。因此設(shè)法避免或減弱應(yīng)力集中，可以有效提高構(gòu)件的疲勞強度。可以從以下方面提高構(gòu)件的疲勞強度:</p><p>　　一

24、般來說，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，對疲勞強度要求高的構(gòu)件，應(yīng)采用經(jīng)加工方法，以獲得較高的表面質(zhì)量。</p><p>　　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(xué)處理和機械方法強化表層，以提高疲勞強度。</p><

25、;p><b>　　5.2、總結(jié)</b></p><p>　　在設(shè)計過程中，我深深地體會到理論學(xué)習(xí)于實踐之間的巨大差距，僅僅掌握書本上的知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)付考試所完成的知識是不夠完成這次設(shè)計的。這次課程設(shè)計讓我深深的感受到理論知識于實踐相結(jié)合的重要性，同時我學(xué)會了自己查找相關(guān)數(shù)據(jù)，了解了工程中一般設(shè)計的過程。</p><p>　　此次課程設(shè)計讓我受益匪淺，盡管設(shè)