单缸柴油机曲轴地强度设计及刚度计算、疲劳强度校核杨韬

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1、材料力学课程设计设计题目：单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核班级：铁车三班学号：2014120950姓名：杨韬指导老师：任小平一、设计目的系统学完材料力学之后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合运用材料力学的知识解决工程实际问题之目的。同时，可以使学生将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。既从整体上掌握了基本理论和现代的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；既把以前所学的知识综合运用，又为后继课程打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高二、设计题目某柴油机曲轴可以简化为下

2、图所示的结构，材料为球墨铸铁(QT450-5)，弹性常数为E、μ，许用应力为[σ]，G处输入转矩为，曲轴颈中点受切向力、径向力的作用，且=。曲柄臂简化为矩形截面，1.4≤≤1.6，2.5≤≤4,=1.2r,有关数据如下表：要求：1.画出曲轴的内力图。2.设计曲轴颈直径d，主轴颈直径D。3.校核曲柄臂的强度。4.校核主轴颈H-H截面处的疲劳强度，取疲劳安全系数n=2。键槽为端铣加工，主轴颈表面为车削加工。5.用能量法计算A-A截面的转角,。数据0.110.181500.271201800.050.7816.43000.05零件图：单缸柴油机曲轴零件简化图：三、设计内容3.1柴油机曲轴的内力图（

3、1）受力分析计算简图：（2）外力分析：计算外力偶矩：Me=9549·=9549×16.4/300=572.94计算切向力Ft，径向力Fr==9549N==4774.5N由平衡条件计算反力：在xOy平面:==2963.5N==1811N在xOz平面:==5927N==3622N(3)内力分析：画出内力图。不计弯曲切应力（故未画剪力图），弯矩图画在纤维受压侧。根据内力图确定危险截面。（单位：力-N，力矩-N·m）①主轴颈以EF段的左端（1-1）截面最危险，受扭转和两向弯曲==572.94N·m=·（-）=521.6N·m=·（-）=300.8N·m②曲柄臂以DE段的下端（2-2）截面最危险，受扭

4、转两向弯曲及压缩==572.94N·m=·（-）=521.6N·m=·（-）=300.8N·m==1811N③曲轴颈以CD段中间（3-3）截面K最危险，受扭转和两向弯曲=×r=355.62N·m=×=651.97N·m=×=325.99N·m3.2设计曲轴颈直径d，主轴颈直径D(1)曲轴颈CD处于扭转和两向弯曲的组合变形，对危险截面（3-3）应用第三强度理论计算=≤[]其中带入数据得到d≥40.98mm实际取d=41mm.(2)主轴颈EF处于扭转和两向弯曲的组合变形，对危险截面（1-1）应用第三强度理论计算=≤[]其中代入数据得到D≥41.09mm实际取D=42mm.综上，曲轴颈直径d=41

5、mm主轴颈直径D=42mm3.3校核曲柄臂的强度（1）设计h，b当h和b在题设范围内变化，求解曲柄臂危险截面满足强度条件且截面面积h×b最小时的h和b，即为h，b的最佳值。具体求解可通过C程序得到，计算机程序见5.2通过程序可得最佳h=60.01mmb=23.99mm查P70表得α=0.258ν=0.767β=0.249（2）求解危险点曲柄臂的危险截面为矩形截面，且受扭转、两向弯曲及轴力作用（这里不计剪力的作用）。为确定危险点的位置，画出曲柄臂上的危险截面（2-2）应力分布图σσσσ根据应力分布图，可以判定处可能的危险点有，，三点。①对点进行力分析。由于点处于单向压缩，所以为正压力的代数叠加

6、，即===86.35Mpa＜[]所以点安全。②对点进行应力分析。点有扭转切应力，==58.53Mpa点的正应力为轴向力和绕z轴的弯矩共同引起的，即===46.56MPa=125.61MPa又=4.673％＜5％所以点安全。③点处于二向应力状态===41.05MPa=98.72MPa＜[]所以点安全。综上，，三点都安全，即危险截面强度足够。曲柄臂满足强度条件。3.4校核主轴颈H-H截面处的疲劳强度曲轴材料为球墨铸铁（QT450-5），即=450MPa端铣加工键槽车削加工表面，查P369可得=1.29，β=0.9438已知=180MPa=0.78=0.05n=2FH处只受扭转作用（忽略键槽对抗扭

7、系数的影响的影响===-39.39MPa=0r==-即扭转切应力为脉动循环。n===5.37＞n=2所以H-H截面处的疲劳强度足够。/MPa由解得FH的持久极限=342.86MPa102.7/MPa构件的持久极限曲线：3.5运用能量法计算A-A截面处的转角和运用图乘法求解和。（1）求：在截面A-A处施加单位力偶=1.弯矩图和单位力矩作用下的弯矩图如下=++=（1.13+1.21+2.89）/1000=5.23