材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)曲柄軸的強(qiáng)設(shè)計(jì)及變形計(jì)算

1、 (導(dǎo)師好，課程設(shè)計(jì)是我這兩天趕工的，質(zhì)量不怎么好，你幫我改改，其中1.2，4.2，4.3沒(méi)有完成，不知道怎么寫(xiě)，您幫我看看想一下，3.1的第三強(qiáng)度公式我感覺(jué)有點(diǎn)不會(huì)，您也幫著看一下。幸好有您這個(gè)導(dǎo)師，嘻嘻，感謝呀。祝勇哥圣誕元旦雙節(jié)快樂(lè)，新春快樂(lè)假期美好。 學(xué)生：東禹材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)題目：曲柄軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)及變形計(jì)算 單 位： 理 學(xué) 院 班 級(jí)： 力 學(xué) 11-1 姓 名： 宮 東 禹 指導(dǎo)教師： 宋 志 勇目錄一、緒論二、力學(xué)模型與內(nèi)力分析三、強(qiáng)度分析。四、變形計(jì)算與剛度分析。五、總結(jié)。一、緒 論1.1、課程設(shè)計(jì)目的意義：材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)是材料力學(xué)課程的重要實(shí)踐性環(huán)節(jié)。通過(guò)結(jié)合工程實(shí)際，自

2、行設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式，并對(duì)桿件結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力、應(yīng)力變形位移計(jì)算等，校核桿件結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度、穩(wěn)定性，并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。進(jìn)一步鞏固和加深材料力學(xué)課程中的基本理論知識(shí)，初步掌握對(duì)材料力學(xué)中分析、計(jì)算的步驟和方法，培養(yǎng)和提高獨(dú)立分析問(wèn)題和運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力、通過(guò)自由設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、鍛煉創(chuàng)新思維能力。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(wèn)題、解決問(wèn)題的能力；既是對(duì)以前所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，又為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，并初步掌握工程設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，使實(shí)際工作能力有所提高。具體有以下幾方面： 1、對(duì)之前學(xué)過(guò)的相關(guān)力學(xué)知識(shí)的全面復(fù)習(xí)，使學(xué)生的力學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化、完整化； 2、綜合運(yùn)用力學(xué)理

3、論知識(shí)解決工程中的實(shí)際問(wèn)題。 3、本課程設(shè)計(jì)是在系統(tǒng)學(xué)完材料力學(xué)課程之后，結(jié)合工程實(shí)際中的問(wèn)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)知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的目的。 4、由于選題力求結(jié)合專業(yè)實(shí)際，因而課程設(shè)計(jì)可以為學(xué)生后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)，進(jìn)行提前鍛煉。 5、初步了解和掌握工程實(shí)踐中的分析思想和計(jì)算方法。1.2、結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用背景簡(jiǎn)介：（簡(jiǎn)單的介紹你所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在工程的使用，比如哪些領(lǐng)域，有何作用）1.3、課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)內(nèi)容： 參加設(shè)計(jì)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，根據(jù)給出題目，搜集相關(guān)資料，獨(dú)立分析、判斷設(shè)計(jì)題目的已知條件和

4、所求問(wèn)題，畫(huà)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，并校核強(qiáng)度和剛度，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)分析并完成設(shè)計(jì)報(bào)告。1、本次課程設(shè)計(jì)要求依據(jù)所學(xué)材料力學(xué)基本理論，分析內(nèi)力和應(yīng)力、變形，從強(qiáng)度、剛度的安全因素出發(fā)，設(shè)計(jì)相應(yīng)幾何尺寸、并進(jìn)行計(jì)算分析。2、原則上各班同學(xué)必須獨(dú)立完成，每名同學(xué)所采用的原始數(shù)據(jù)不能重復(fù)。3、本次課程設(shè)計(jì)要求最終上交一份課程設(shè)計(jì)報(bào)告。4、要求每名同學(xué)完成題目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和力學(xué)分析，繪制必需的圖、表，并最終撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告一份?；緝?nèi)容包括： 了解結(jié)構(gòu)工程背景或在工程中應(yīng)用，確定材料參數(shù) 作出結(jié)構(gòu)桿件的內(nèi)力分布圖 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)桿件的幾何尺寸或結(jié)構(gòu)桿件的截面 進(jìn)行應(yīng)力狀態(tài)

5、分析 利用強(qiáng)度理論進(jìn)行校核 變形計(jì)算 結(jié)構(gòu)桿件的優(yōu)化和改進(jìn)分析二、力學(xué)模型、內(nèi)力分析2.1、力學(xué)模型簡(jiǎn)介 （介紹你所問(wèn)題的幾何結(jié)構(gòu)，要求有結(jié)構(gòu)圖；約束情況；材料屬性參數(shù)等）7、題目：曲柄軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)及變形計(jì)算1） 題目?jī)?nèi)容：材料為球墨鑄鐵QT400-10，曲柄臂抽象為矩形，如下圖示。，。2）設(shè)計(jì)要求與技術(shù)指標(biāo)：安全系數(shù)n=2、需設(shè)計(jì)曲柄頸直徑、主軸頸直徑；校核強(qiáng)度；計(jì)算A截面轉(zhuǎn)角，。2） 參考設(shè)計(jì)參數(shù)F/kNW/kNl1l2l3e/mma(°)第15組208.2400240130100122.2、載荷簡(jiǎn)化：2.3、內(nèi)力分析內(nèi)力分布圖：內(nèi)力分析：主軸頸FB段左端1-1截面為危險(xiǎn)截面。曲

6、柄頸CD段中間2-2截面為危險(xiǎn)截面。曲柄臂以DF段下端3-3截面為危險(xiǎn)截面。 三、強(qiáng)度分析3.1、強(qiáng)度理論簡(jiǎn)述 由零件圖可知，鍵槽處有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，無(wú)彎曲正應(yīng)力。由于機(jī)器時(shí)開(kāi)時(shí)停，可以視作脈動(dòng)循環(huán)變化。因主軸頸處于兩向彎曲于扭轉(zhuǎn)的組合變形，可用第三強(qiáng)度理論計(jì)算第三強(qiáng)度理論 對(duì)于象低碳鋼這一類的塑性材料,在單向拉伸試驗(yàn)時(shí)材料就是沿斜截面發(fā)生滑移而出現(xiàn)明顯的屈服現(xiàn)象的。這時(shí)試件在橫截面上的正應(yīng)力就是材料的屈服極限，而在試件斜截面上的最大剪應(yīng)力(即45°斜截面上的剪應(yīng)力)等于橫截面上正應(yīng)力的一半。于是，對(duì)于這一類材料，就可以從單向拉伸試驗(yàn)中得到材料的極限值 =/2 按此理論的觀點(diǎn)，屈服破壞條

7、件是 由公式(1-56)可知，在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下下一點(diǎn)處的最大剪應(yīng)力為 其中的、分別為該應(yīng)力狀態(tài)中的最大和最小主應(yīng)力。故式(c)又可改寫(xiě)為 將上式右邊的除以安全系數(shù)及的材料的容許拉應(yīng)力，故對(duì)危險(xiǎn)點(diǎn)處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)的構(gòu)件，按第三強(qiáng)度理論所建立的強(qiáng)度條件是： 3.2、應(yīng)力分析曲柄臂的危險(xiǎn)截面應(yīng)力分布圖：根據(jù)應(yīng)力分布圖，可以判斷出可能的危險(xiǎn)點(diǎn)有D1、D2、D3。對(duì)D1點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力分析由于D1點(diǎn)處于單向拉伸、所以正應(yīng)力的代數(shù)疊加即所以D1安全對(duì)D2點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力分析，由于D2點(diǎn)有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，查表得: D2點(diǎn)的正應(yīng)力為軸力和繞z軸的彎矩共同引起，即由于D2點(diǎn)處于二向應(yīng)力狀態(tài)，故選擇第三強(qiáng)度理論計(jì)算所以D2點(diǎn)安全

8、對(duì)D3點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力分析所以D3點(diǎn)安全3.3、強(qiáng)度分析由零件圖可知，鍵槽處有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，無(wú)彎曲正應(yīng)力。由于機(jī)器時(shí)開(kāi)時(shí)停，可以視作脈動(dòng)循環(huán)變化。由于切應(yīng)力是脈動(dòng)循環(huán)，因此用以下公式進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核:其中 查表得: 主軸頸的疲勞強(qiáng)度符合要求3.4、桿件截面尺寸設(shè)計(jì)主軸頸D和曲柄軸頸的直徑d因主軸頸處于兩向彎曲于扭轉(zhuǎn)的組合變形，可用第三強(qiáng)度理論計(jì)算同理，曲柄頸的曲度計(jì)算也可以用第三強(qiáng)度理論 四、變形計(jì)算與剛度分析、穩(wěn)定性分析4.1、變形計(jì)算理論方法求在截面A加以單位力偶矩，并作出單位力偶矩作用下的彎矩圖：求在截面A加一個(gè)單位力偶矩并作出單位力偶矩作用下的彎矩圖4.2、剛度分析4.3、穩(wěn)定性分析五、總結(jié)5

9、.1、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)根據(jù)疲勞破壞的分析，裂紋源通常是在有應(yīng)力集中的部位產(chǎn)生，而且構(gòu)件持久極限的降低，很大程度是由于各種影響素帶來(lái)的應(yīng)力集中影響。因此設(shè)法避免或減弱應(yīng)力集中，可以有效提高構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度?？梢詮囊韵路矫嫣岣邩?gòu)件的疲勞強(qiáng)度:1、 一般來(lái)說(shuō)，構(gòu)件表層的應(yīng)力都很大，例如在承受彎曲和扭轉(zhuǎn)的構(gòu)件中，其最大應(yīng)力均發(fā)生在構(gòu)件的表層。同時(shí)由于加工的原因，構(gòu)件表層的刀痕或損傷處，又將引起應(yīng)力集中。因此，對(duì)疲勞強(qiáng)度要求高的構(gòu)件，應(yīng)采用經(jīng)加工方法，以獲得較高的表面質(zhì)量。2、 增加表層強(qiáng)度:常用的方法有表面熱處理 和表面機(jī)械強(qiáng)化兩種方法?？刹捎酶哳l淬火等熱處理，滲碳，氮化等化學(xué)處理和機(jī)械方法強(qiáng)化表層，以提高疲勞強(qiáng)度。5.2、總結(jié)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我深深地體會(huì)到理論學(xué)習(xí)于實(shí)踐之間的巨大差距，僅僅掌握書(shū)本上的知