材料力学课程设计--单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算

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1、班级材料力学课程设计班级：411007班作者：霍占伟题目：单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核指导老师：李峰2012.10.1522班级一、课程设计的目的材料力学课程设计的目的是在于系统学习材料力学后，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，可以使我们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应用，又为后继课程打下基础，并初步掌握工

2、程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。1）使所学的材料力学知识系统化，完整化。2）在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际问题。3）综合运用以前所学的各门课程的知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机等），使相关学科的知识有机地联系起来。4）初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法，为后续课程的学习打下基础。5）为后续课程教学打下基础。二、课程设计的任务和要求要系统复习材料力学课程的全部基本理论和方法，独立分析、判断设计题目的已知所求问题，画出受力分析计算简图和内力图，列出理论依据并导出计算公式，独立编制计算

3、程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。22班级一、设计题目某柴油机曲轴可以简化为下图所示的结构，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,已知数据如下表：0.110.181500.271201800.050.788.51700.06(一)画出曲轴的内力图。(二)设计曲轴颈直径d，主轴颈直径D。(三)设计曲柄臂的b、h。(四)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

4、加工，主轴颈表面为车削加工。(五)用能量法计算A-A截面的转角,。22班级1、画出曲轴的内力图（1）外力分析画出曲轴的计算简图，计算外力偶矩N·m读图N22班级N在xoy平面内取平衡y=0=0即FAy+FFy-Fr=0Frl1-FFyl1（+l2）=0计算反力解方程可求得在XOY平面内：===2469.57N===1509.18N同样道理在XOE平面内：===4939.14N===3018.36N在多个作用力作用下曲轴组合变形，每一段变形情况不一致，可分段分析。各段变形复合单独分析复杂，分成每个方向上单独受力，作出内力图。（1）内力分析（可先分析危

5、险截面各处受力状况）①主轴颈的EF左端（1-1）截面最危险，受扭转和两向弯曲组合变形==477.45=*（–）=434.64=*（–）=217.3222班级②曲柄臂DE段下端（2-2）截面最危险，受扭转、两向弯曲和压缩组合变形=Me=477.45=*（–）=434.64=*（–）=217.32==1509.18N③曲柄颈CD段，以A端开始分析，过中间位置时各力和力矩开始变小，因此中间截面（3-3）最危险，受扭转和两向弯曲组合变形=*r=293.65=*=543.31=*=271.65④曲柄臂BC段根据A端受力，C端截面最危险，受两个弯矩，一个扭矩，

6、一个轴力作用组合变形M4x=FAz*r=296.35N·mM4y=FAz*（l1-）=365.50N·mM4z=FAy*（l1-）=182.75N·mF4N=FAy=2469.57N·m⑤主轴AB端，B段截面最危险，受两个弯矩作用M5y=FAz*（l1-）=365.50N·mM5z=FAy*(l1-)=182.75N·m由上分析可知各危险截面的力和力矩，有对于各段轴为两端或一端受力，内力图为线性关系。可以用两点法，按相应的比例关系及x、y、z、轴力方向作出各段的内力图。（1）内力图如下（不计内力弯曲切应力，弯矩图画在受压侧）：（单位：力—N力矩—）

7、22班级22班级1、设计曲轴颈直径d和主轴颈直径D（1）主轴颈的危险截面为EF的最左端，受扭转和两向弯曲根据主轴颈的受力状态，可用第三强度理论计算=≤[]其中=[]=120MPaD得D≥38.68mm取D=40mm(2)曲柄颈CD属于圆轴弯扭组合变形，由第三强度理论，在危险截面3-3中：22班级d得d38.58mm故取d=40mm1、校核曲柄臂的强度曲柄臂的强度计算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（不计剪力），由内力图可知危险截面为2-2截面，曲柄臂上的危险截面2-2的应力分布图如下图：根据应力分布图可判定出可能的危险点为，

8、，。22班级已知条件理想情况为截面面积（b*h）最小，同时也符合强度要求。可先取面积最小值检验其强度要求是否符合。即令：h