材料力学课程设计---曲柄轴的强度设计、疲劳强度校核及刚度计算

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1、材料力学课程设计设计计算说明书设计题目：曲柄轴的强度设计、疲劳强度校核及刚度计算题号：10数据号：25学号：姓名：毕春莹指导教师：董心目录1、设计目的2、设计任务和要求2.1设计计算说明书的要求2.2分析讨论及说明部分的要求2.3程序计算部分的要求2.4材料力学实际的过程3、设计题目3.1画出曲柄轴的内力图3.2设计计算主轴颈D和曲柄颈的直径d3.3校核曲柄臂的强度3.4校核主轴颈的疲劳强度3.5用能量法计算A截面的转角θy、θz4、设计的改进措施及方法5、设计体会6、C程序7、参考文献1.材料力学课程设计的目的本课程设计是在系统学完材料力学

2、课程之后，结合工程实际中的问题，运用材料力学的基本理论和设计方法，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知识解决工程实际问题的目的。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计算方法，又提高了分析问题、解决问题的能力；既是对以前所学知识（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机和材料力学等）的综合运用，又为后续课程（机械设计、专业课等）的学习打下基础，并初步掌握工程设计思想和设计方法，使实际工作能力有所提高。具体有以下六项：⑴使所学的材料力学知识系统化、完整化。⑵在系统全面

3、复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际中的问题。⑶由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可以把材料力学知识与专业需要结合起来。⑷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。⑸初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法。⑹为后续课程的学习打下基础。2.材料力学课程设计的任务和要求参加设计者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条件和所求问题，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，独立编制计算程序，通过计算机给出计

4、算结果，并完成设计计算说明书。2.1设计计算说明书的要求设计计算说明书是该题目设计思想、设计方法和设计结果的说明，要求书写工整，语言简练，条理清晰-、明确，表达完整。具体内容应包括：⑴设计题目的已知条件、所求及零件图。⑵画出构件的受力分析计算简图，按比例标明尺寸、载荷及支座等。⑶静不定结构要画出所选择的基本静定系统及与之相应的全部求解过程。⑷画出全部内力图，并表面可能的各危险截面。⑸各危险截面上各种应力的分布规律图及由此判定各危险点处的应力状态图。⑹各危险点的主应力大小及主平面的位置。⑺选择强度理论并建立强度条件。⑻列出全部计算过程的理论依据

5、、公式推导过程及必要的说明。⑼对变形及刚度分析要写明所用的能量法计算过程及必要的内力图和单位力图。⑽疲劳强度计算部分要说明循环特征，бmax，бmin，r，бm，бa的计算，所查各系数的，ｋ,ε，β依据，疲劳强度校核过程及结果，并绘出构件的持久曲线。2.2分析讨论及说明部分的要求⑴分析计算结果是否合理，并讨论其原因、改进措施。⑵提出改进设计的初步方案及设想。⑶提高强度、刚度及稳定性的措施及建议。2.3程序计算部分的要求⑴程序框图。⑵计算机程序（含必要的说明语言及标识符说明）。⑶打印结果（数据结果要填写到设计计算说明书上）。3、设计题目某曲轴材

6、料为球墨铸铁（QT400-10），[σ]=120MPa，曲柄臂抽象为矩形，h=1.2D，b/h=2/3（左、右臂尺寸相同），L=1.5e，L4=0.5L，有关数据查数据表。（1）画出曲柄轴的内力图；（2）按强度条件设计主轴颈D和曲柄颈的直径d；（3）校核曲柄臂的强度；（4）安装飞轮处为键槽，校核主轴颈的疲劳强度，取疲劳安全系数n=2，键槽为端铣加工，表面为车削，τ-1=160MPa，ψτ=0.05，ετ=0.76；（5）用能量法计算A端截面的转角θy、θz。设计计算数据F/kNP/kNL1/mmL2/mmL3/mme/mmɑ(º)195.33

7、602201009012受力简图四、改进措施根据疲劳破坏的分析，裂纹源通常是在有应力集中的部位产生，而且构件持久极限的降低，很大程度是由于各种影响因素带来的应力集中影响。因此设法避免或减弱应力集中，可以有效提高构件的疲劳强度。可以从以下几个方面来提高构件的疲劳强度：1、构件截面改变越激烈，应力集中系数就越大。因此工程上常采用改变构件外形尺寸的方法来减小应力集中。如采用较大的过渡圆角半径，使截面的改变尽量缓慢。设计构件外形时，应尽量避免带有尖角的孔和槽。在截面尺寸突然变化处（阶梯轴），当结构需要直角时，可在直径较大的轴段上开卸载槽或退刀槽减小应

8、力集中；当轴与轮毂采用静配合时，可在轮毂上开减荷槽或增大配合部分轴的直径，并采用圆角过渡，从而可缩小轮毂与轴的刚度差距，减缓配合面边缘处的应力集中。2、一般说，构件