龍門刨床門架2

1、材料力學(xué)課程設(shè)計設(shè)計與計算說明書 題目：車床主軸設(shè)計學(xué)校：西南交大峨眉姓名：陳 霖學(xué)號： 20097590目 錄一、 前言 1材料力學(xué)課程設(shè)計的目的 3 2材料力學(xué)課程設(shè)計的任務(wù)和要求 33設(shè)計計算說明書的要求 34分析討論及說明部分的要求 35程序計算部分的要求 46材料力學(xué)課程設(shè)計的一般過程 4二、 材料力學(xué)課程設(shè)計題目龍門刨床門架計算 4三、 設(shè)計計算書說明書 51. 設(shè)計思想 52. 設(shè)計方法63. 門架強度的校核9a. 頂部橫梁的強度校核10b. 中間橫梁的強度校核10c. 立柱的校核124. 求門架上加力點的水平和垂直位移 12a. 求Z方向水平位移13b. 求X方向水平位移13c

2、. 求垂直位移14 5. 分析討論和說明14四、程序設(shè)計141. 程序流程圖 152. 程序內(nèi)容 15五、設(shè)計總結(jié)16六、參考文獻16- 16 - 1材料力學(xué)課程設(shè)計的目的 本課程設(shè)計是系統(tǒng)學(xué)完材料力學(xué)課程之后，結(jié)合工程實際中的問題，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，以達到綜合運用材料力學(xué)知識解決工程實際問題的目的。同時，可以使學(xué)生將材料力學(xué)的理論和現(xiàn)代計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（高等數(shù)學(xué)工程圖學(xué)理論力學(xué)算法語言計算機和材料力學(xué)等）的綜合應(yīng)用，又為后續(xù)課程（機械設(shè)計專業(yè)課等）的

3、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。具體有以下六項：1）使所學(xué)的材料力學(xué)知識系統(tǒng)化完整性。2）在系統(tǒng)全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運用材料力學(xué)知識解決工程實際中的問題。3）由于選題力求結(jié)合專業(yè)實際，因而課程設(shè)計可以把材料力學(xué)知識與專業(yè)需要結(jié)合起來。4）綜合運用以前所學(xué)的各門課程的知識（高等數(shù)學(xué)工程圖學(xué)理論力學(xué)算法語言計算機和材料力學(xué)等），使相關(guān)學(xué)科的知識有機的聯(lián)系起來。5）初步了解和掌握工程實際中的設(shè)計思想和設(shè)計方法。6)為后續(xù)課程的教學(xué)打下基礎(chǔ)。2材料力學(xué)課程設(shè)計的任務(wù)和要求 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，獨立分析判斷設(shè)計題目的已知條件和所求問

4、題，畫出受力分析計算簡圖和內(nèi)力圖，列出理論依據(jù)并導(dǎo)出計算公式，獨立編制計算程序，通過計算機給出計算結(jié)果，并完成設(shè)計計算說明書。 3設(shè)計計算說明書的要求 設(shè)計計算說明書是該題目設(shè)計思想設(shè)計方法和設(shè)計結(jié)果的說明，要求書寫工整，語言簡練，條理清晰明確，表達完整。具體內(nèi)容應(yīng)包括：1）設(shè)計題目的已知條件所求及零件圖。2）畫出構(gòu)件的受力分析計算簡圖，按比例標明尺寸載荷和支座等。3）靜不定結(jié)構(gòu)要畫出所選擇的基本靜定系統(tǒng)及與之相應(yīng)的全部求解過程。4）畫出全部內(nèi)力圖，并標明可能的各危險截面。5）危險截面上各種應(yīng)力的分布規(guī)律圖及由此判定各危險點處的應(yīng)力狀態(tài)圖。6）各危險點的主應(yīng)力大小及主平面位置。7）選擇強度理論

5、并建立強度條件。8）列出全部計算過程的理論依據(jù)公式推導(dǎo)過程以及必要的說明。9）對變形及剛度分析要寫明所用的能量法計算過程及必要的內(nèi)力圖和單位力圖。10）疲勞強度計算部分要說明循環(huán)特征，,r,的計算，所查k,各系數(shù)的依據(jù)，疲勞強度校核過程及結(jié)果，并繪出構(gòu)件的持久極限曲線。4分析討論及說明部分的要求1）分析計算結(jié)果是否合理，并討論其原因改進措施。2）提出改進設(shè)計的初步方案及設(shè)想。3）提高強度剛度及穩(wěn)定性的措施及建議。5程序計算部分的要求1）程序框圖。2）計算機程序（含必要的語言說明及標識符說明）。3）打印結(jié)果（數(shù)據(jù)結(jié)果要填寫到設(shè)計計算說明書上）。6材料力學(xué)課程設(shè)計的一般過程材料力學(xué)課程設(shè)計與工程中

6、的一般設(shè)計過程相似，從分析設(shè)計方案開始到進行必要的計算，并對結(jié)構(gòu)的合理性進行分析，最后得出結(jié)論。應(yīng)合理安排時間，避免前松后緊，甚至不能按時完成設(shè)計任務(wù)。 材料力學(xué)課程設(shè)計可大致分為以下幾個階段： 1）設(shè)計準備階段。認真閱讀材料力學(xué)課程設(shè)計指導(dǎo)書，明確設(shè)計要求，結(jié)合設(shè)計題目復(fù)習(xí)材料力學(xué)課程的有關(guān)理論知識，制定設(shè)計的步驟方法以及時間分配方案等。2）從外力及變形分析入手，分析計算內(nèi)力應(yīng)力及變形，繪制各種內(nèi)力圖及位移轉(zhuǎn)角曲線。3）建立強度剛度條件，并進行相應(yīng)的設(shè)計計算以及必要的公式推導(dǎo)。4）編制計算機程序并調(diào)試程序。5）上機計算，并打印出結(jié)果。6）整理數(shù)據(jù)結(jié)果并書寫設(shè)計計算說明書。8） 分析討論設(shè)計和

7、計算的合理性優(yōu)缺點，以及相應(yīng)的改進意見和措施。8）課程設(shè)計總結(jié)，準備答辯。二設(shè)計題目：龍門刨床門架計算某龍門刨床門架示意圖如圖1-1a所示，可簡化成圖1-1b所示的鋼架，尺寸如圖所示。危險工況有最大水平切削力F，另外有兩種力矩Me1、Me2，作用位置及作用方式如圖1-1b所示。門架材料為灰鑄鐵（HT250）。1. 校核門架的強度。（取安全系數(shù)n=3）2. 求門架上加力點的水平、垂直位移。設(shè)計計算數(shù)據(jù)：7-9-11 F=100kN、=50kNm、=45kNm 1-1a 1-1b三設(shè)計計算書說明書1.設(shè)計分析：將三個載荷水平切削力F、兩種力矩Me1、Me2分成三部分單獨作用于構(gòu)件上，分別判斷靜不定

8、次數(shù)、確定基本靜定系、建立多余約束處的正則方程、計算各系數(shù)ij 、iF，帶入正則方程，求解多余約束力。然后分別對兩根橫梁和立柱進行強度校核。再用圖形互乘法求出加力點的水平和垂直位移。2.設(shè)計方法 1.門架強度的校核第一步：將三個載荷水平切削力F、兩種力矩M1、M2分成三部分單獨作用于構(gòu)件上，判斷靜不定次數(shù)、確定基本靜定系、建立多余約束處的正則方程、計算各系數(shù)ij 、iF，帶入正則方程，求解多余約束力。（一） 最大水平切削力F單獨作用利用已知結(jié)構(gòu)特點進行簡化如下圖。此結(jié)構(gòu)為平面空間系統(tǒng)，因此，在門架的任意橫截面上作用在門架平面內(nèi)的內(nèi)力素都等于零。此外，門架的形狀在門架平面內(nèi)對Y軸式對稱的，載荷作

9、用于中點對Y軸也是對稱的。因此，在鋼架的對稱平面處的橫截面處，反對稱的內(nèi)力素（扭矩和剪力）也都等于零。因而不等于零的僅僅是作用在水平面內(nèi)的彎矩。將門架沿對稱平面揭開作為原超靜定結(jié)構(gòu)的靜定基，并加上兩對多余約束力偶矩X1、X2如圖：建立對稱平面處的變形協(xié)調(diào)條件在所截開的對稱平面處，不能產(chǎn)生相對的轉(zhuǎn)動，由力法正則方程有畫出由已知力F/2引起的內(nèi)力圖和X1=1、X2=1的單位力引起的內(nèi)力圖，如圖（a）（b）（c）利用圖乘法得： 圖 1此結(jié)構(gòu)為灰鑄鐵，查資料得：E=100GPa,G=40Gpa門架立柱包含非圓截面的扭轉(zhuǎn)問題，由圖可知： 門架寬 2a=1200mm 高2l=1600mm；立柱A：H1=4

10、00mm B1=300mm H2=360mm B2=260mm；橫梁B：h1=200mm b1=120mm h2=180mm b2=100mm；經(jīng)常表得 h/b=1.2,=0.166 ; h/b=1.5,=0.196由插入法可得，1=0.179，2=0.184所以：立柱非圓截面 （m4）橫梁的 =3.14x10-5(m4)得：則：（二）力矩Me2單獨作用時；如圖所示：門架結(jié)構(gòu)特點于（一）水平切削力F單獨作用時相似，為對稱結(jié)構(gòu)的平面-空間系統(tǒng)。其對稱平面處的橫截面上，反對稱的內(nèi)力素也都等于零。因而不等于零的僅僅是作用于水平面的彎矩My,并加上二對多余約束力偶矩X3、X4建立正則方程 圖 2畫出由

11、已知力偶矩和令、單位力引起的內(nèi)力圖，利用圖乘法得：所以：（三）力矩Me1單獨作用時；此門架結(jié)構(gòu)為平面對稱結(jié)構(gòu)。Me1為反對稱載荷。因此，在構(gòu)件的對稱平面處的橫截面上，對稱內(nèi)力素都等于零。因而不等于零的僅僅是剪力。將鋼架沿對稱平面截開作為原超靜定結(jié)構(gòu)的靜定基，并加上兩對多余的約束力由力法正則方程得：畫出由已知力矩的內(nèi)力圖和X5=1，X6=1的單位力的內(nèi)力圖，如圖1（a）（b）（c），同（一）設(shè)a,l：求得：立柱的橫梁的所以：5F=wMcEIAz=-Me12la4EIAz=-3.2210-4m6F=i=1nwiMicEI=-Me12aa4EIBz+Me12laEIAz=-3.510-4m由正則方程

12、得：X5=4.08KNX6=5.91KN綜（一）（二）（三）得求出所有的多余約束力后，此結(jié)構(gòu)化為靜定問題?？蛇M一步校核門架強度問題。3.門架強度的校核該門架為對稱結(jié)構(gòu)，沿對稱平面截開一半進行校核分析。將其分為三部分，兩根橫梁和立柱，分別進行強度校核。a.頂部橫梁的強度校核1外力分析：如左圖所示頂部橫梁上作用多余約束力矩有X1和多月約束力X5。根據(jù)剪力確定危險截面為端截面，Mmax,z= -1.572KN.mMmax,y=X1=1.43KN.m3、強度校核：此構(gòu)件材料為灰鑄鐵，抗壓性能是抗拉性能10倍左右，對端點進行應(yīng)力分析：， 查資料得，灰鑄鐵HT250，故頂部橫梁滿足強度條件，是安全的。b.

13、中間橫梁的強度校核1、外力分析：中間橫梁上作用有外載荷，以及約束力和約束力偶矩彎矩圖： 扭矩圖：分析得，此橫梁受雙向彎曲和扭轉(zhuǎn)組合變形，危險截面為端截面。3、強度校核：取端截面分析，根據(jù)應(yīng)力分析，A點扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為零，正應(yīng)力最大。第一步已求得中間橫梁可知：所以： 所以A點不安全。即不必判斷其他點，中間橫梁不安全。c.立柱的校核1、強度校核判斷得，A、B、C三點為危險點，先分析B點，切應(yīng)力為零，由第一強度理論得：所以B點安全。分析C點查資料的閉口薄壁桿件的得取單元體如左圖：所以C點安全分析A點同C點分析得A點也安全 綜上可得立柱滿足強度條件。4.求門架上加力點的水平和垂直位移a.求Z方向水平位移沿

14、力F的方向加一單位力，并畫出單位力引起的內(nèi)力圖，結(jié)合上一步中彎矩圖，根據(jù)圖形互乘法，求得水平位移Z=i=1nwiMicEIi+i=1nwMxcGIAt=Fl2l223EIAx+Fl2aa22a3EIBy+12FalGIAt+Me12a2lEIBz-X2a2EIBy-X2alGIAt=0.14510-3+1.14710-3+0.56410-3+0.067510-3-0.88110-3-4.09810-3=-1.29410-3m與假設(shè)方向相反。b.求X方向水平位移沿X軸方向加一單位力，并畫出單位力引起的內(nèi)力圖，根據(jù)圖形互乘法，求得綜上可得：x=i=1nwiMicEIi+i=1nwMxcGIAt=X

15、1a2l2EIAz-Me12l2lEIAz-X5l22EIAz=0.07410-4-2.1410-4-0.20210-4=-2.1910-4m位移量與假設(shè)方向相反c.求垂直位移沿Y軸方向加一單位力，并畫出單位力引起的內(nèi)力圖，根據(jù)圖形互乘法，求得垂直位移：y=i=1nwiMicEIi+i=1nwMxcGIit=-Me12a2aEIBz+X6a2lEIAz+X5a2lEIAz=-3.2510-3+0.2810-3+0.8610-3=-2.3610-3m方向與假設(shè)方向相反。5.分析討論和說明由計算結(jié)果分析得，中間橫梁強度不滿足強度條件。結(jié)合受力條件和第二部分計算得出的位移數(shù)據(jù)。整個結(jié)構(gòu)最可能出現(xiàn)不滿

16、足強度條件為中間橫梁的端部。經(jīng)驗結(jié)果與計算結(jié)果基本一致。證明了計算過程中的合理性。該題目大量使用圖乘法，使得設(shè)計計算說明書顯得十分冗長，所使用的材料力學(xué)有關(guān)理論知識具有局限性。五.程序設(shè)計（1） 程序流程圖 開始輸入原始數(shù)據(jù)計算各自慣性矩分別輸入A、B、C三點所受應(yīng)力比較是否大于 是 否 安全 不安全 輸出相應(yīng)的結(jié)果 結(jié)束（二）運行程序#includevoid main()float h1,h2,b1,b2,I,p1A,p1B,p1C,p=250/3;int i;for(i=0;i4;i+)printf(nInput the h1,b1,h2,b2n);scanf(%f,%f,%f,%f,&h

17、1,&b1,&h2,&b2);I=(h1*b1*b1*b1-h2*b2*b2*b2)/12;printf(I%d=%.2en,i+1,I);printf(nInput the p1An); scanf(%f,&p1A);if(p1Ap)printf(n1橫梁在A安全。n);else printf(n1橫梁在A不安全。n);printf(nInput the p1Bn); scanf(%f,&p1A);if(p1Bp)printf(n2橫梁在B安全。n);else printf(n2橫梁在B不安全。n);printf(nInput the p1Cn); scanf(%f,&p1C);if(p1Cp)printf(n立柱在C安全.n);else printf(n立柱在C不安全.n);六、設(shè)計總結(jié)材料力學(xué)是一門在各工程中被廣泛應(yīng)用的學(xué)科，材料力學(xué)是通過理論與實踐研究構(gòu)件的強度，剛度，穩(wěn)定性以及材料的力學(xué)性能，在保證既安全可靠又經(jīng)濟節(jié)省的前提下為構(gòu)件選擇適當?shù)牟牧希_定合理的截面形狀和尺寸提供基本理論和計算方法，在這次的課程設(shè)