曲柄軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)、疲勞強(qiáng)度校核及剛度計(jì)算.doc

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1、材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)班級(jí)：作者：題目：曲柄軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)、疲勞強(qiáng)度校核及剛度計(jì)算指導(dǎo)老師2015.6.6一、一、課程設(shè)計(jì)的目的材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的目的是在于系統(tǒng)學(xué)習(xí)材料力學(xué)后，能結(jié)合工程中的實(shí)際問題，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)的知識(shí)解決工程實(shí)際問題之目的。同時(shí)，可以使我們將材料力學(xué)的理論和現(xiàn)代計(jì)算方法及手段融為一體。既從整體上掌握了基本理論和現(xiàn)代的計(jì)算方法，又提高了分析問題，解決問題的能力；既把以前所學(xué)的知識(shí)綜合應(yīng)用，又為后繼課程打下基礎(chǔ)，并初步掌握工程中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，對(duì)實(shí)際工作能力有所提高。1）使所學(xué)的材料力學(xué)知

2、識(shí)系統(tǒng)化，完整化。讓我們?cè)谙到y(tǒng)全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用材料力學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際問題。2）綜合運(yùn)用以前所學(xué)的各門課程的知識(shí)（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計(jì)算機(jī)等），使相關(guān)學(xué)科的知識(shí)有機(jī)地聯(lián)系起來。3）使我們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，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。二、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求要系統(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)題目的已知所求問題，畫出受力分析計(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，通過計(jì)算機(jī)給出計(jì)算結(jié)果，并完成設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。三、設(shè)計(jì)題目某柴油機(jī)曲軸材料為球墨鑄鐵（QT400-10），[σ]

3、=120MPa，曲柄臂抽象為矩形（如圖），h=1.2D，b/h=2/3（左、右臂尺寸相同），l=1.5e，l4=0.5l，已知數(shù)據(jù)如下表：F/kNW/kNl1/mml2/mml3/mme/mmα(?)205.4380230120120121.畫出曲軸的內(nèi)力圖。2.按照強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)主軸頸D和曲軸頸的直徑d。3.校核曲柄臂的強(qiáng)度。154.安裝飛輪處為鍵槽，校核主軸頸的疲勞強(qiáng)度，取疲勞安全系數(shù)n=2。鍵槽為端銑加工，軸頸表面為車削加工，τ-1=160MPa,ψτ=0.05,ετ=0.76。5.用能量法計(jì)算A端截面的轉(zhuǎn)角θy,θz。1、畫出曲柄軸的受力圖15(1)外力分析計(jì)算反力F

4、r==4158NFt==19563NMe=2348N·m在XOY平面內(nèi)：FAy==2630N(↓)FBy==3872N(↑)在ZOX平面內(nèi)：FAz==7376N（外）FBz==12187N(2)內(nèi)力分析內(nèi)力圖如下：151、對(duì)于主軸頸危險(xiǎn)點(diǎn)可能是圖中D點(diǎn)，則D點(diǎn)處受彎曲和扭轉(zhuǎn)，有:MDx=2348N·mMDy=1706N·mMDz=862N·m2、曲柄頸中間截面C最危險(xiǎn)，受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲,有:MCx=885N·mMcy=2803N·mMCz=999N·m3.曲柄臂受到軸力作用，危險(xiǎn)點(diǎn)可能也是圖中D或E點(diǎn)，有:MDx=2348N·mMEx=885N·mMDy=1706N·mME

5、y=2139N·mMDz=862N·mMEz=763N·mFND=4158NFNE=2630N2、設(shè)計(jì)主軸頸直徑D和曲軸頸直徑d（1）校核主軸頸D主軸頸的危險(xiǎn)截面為D處，進(jìn)行校核。根據(jù)主軸頸的受力狀態(tài)用第三強(qiáng)度理論計(jì)算σr3==120Mpa求得D取80mm（2）校核曲軸頸直徑d在曲軸頸上,危險(xiǎn)截面位于中間截面C處，對(duì)此處進(jìn)行分析，受兩向彎曲和扭轉(zhuǎn)作用。根據(jù)受力情況，同樣應(yīng)用第三強(qiáng)度理論進(jìn)行校核,有：15σr3==120Mpa求得d取80mmD=80mmd=80mmh=96mmb=64mm3、校核曲柄臂的強(qiáng)度由題可得：h/b=3/2經(jīng)查表可得,α=0.231β=0.196γ=

6、0.858曲柄臂的危險(xiǎn)截面為矩形截面,且受扭轉(zhuǎn)、兩向彎曲及軸力作用(不計(jì)剪力FQ），曲柄臂上的危險(xiǎn)截面可能為C端或者E端，分別對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)。（1）左臂:即檢驗(yàn)頂端E處。根據(jù)應(yīng)力分布圖可判定出可能的危險(xiǎn)點(diǎn)為D1,D2,D3。D1點(diǎn):D1點(diǎn)處于單向拉伸應(yīng)力狀態(tài)=21MPa<[σ]15所以D1點(diǎn)滿足強(qiáng)度條件。D2點(diǎn):D2點(diǎn)處于二向應(yīng)力狀態(tài)，存在扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力=23.550MpaD2點(diǎn)的正應(yīng)力為軸向力和繞z軸的彎矩共同引起的=11.681MPa由第三強(qiáng)度理論=48.527MPa<[σ]所以D2點(diǎn)滿足強(qiáng)度條件。D3點(diǎn):D3點(diǎn)處于二向應(yīng)力狀態(tài)=20.206MPa=90.470MPa根據(jù)第三

7、強(qiáng)度理論=41.412MPa<[σ]所以D3點(diǎn)滿足強(qiáng)度條件。即E處截面滿足強(qiáng)度條件。（2）右臂：即檢驗(yàn)底端D處。根據(jù)應(yīng)力分布圖可判定出可能的危險(xiǎn)點(diǎn)為D1,D2,D3。15D1點(diǎn):D1點(diǎn)處于單向壓縮應(yīng)力狀態(tài)=37.057MPa<[σ]D2點(diǎn):D2點(diǎn)處于二向應(yīng)力狀態(tài)，存在扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力=18.783MPaD點(diǎn)的正應(yīng)力為軸向力和繞z軸的彎矩共同引起的=13.177MPa根據(jù)第三強(qiáng)度理論=39.811MPa<[σ]D2點(diǎn)安全。D3點(diǎn):與D2點(diǎn)相類似，正應(yīng)力為軸向力和繞y軸的彎矩共同引起的=16.116MPa根據(jù)第三強(qiáng)度理論=4