材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)DOC

1、材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書設(shè)計(jì)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)算題號(hào)：7.7數(shù)據(jù)號(hào)：3學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)教師:1、設(shè)計(jì)目的22、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求22.1、設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書的要求22.2、分析討論及說(shuō)明書部分的要求32.3、程序計(jì)算部分的要求33、設(shè)計(jì)題目43.1、畫出曲軸的內(nèi)力圖53.2、設(shè)計(jì)主軸頸D和曲軸頸直徑d83.3、校核曲柄臂的強(qiáng)度83.4、校核主軸頸的疲勞強(qiáng)度113.5、用能量法計(jì)算A端面的轉(zhuǎn)角0,011yz4、分析討論及說(shuō)明165、參考文獻(xiàn)166、設(shè)計(jì)體會(huì)167、附錄：計(jì)算機(jī)程序及結(jié)果17-i-一、設(shè)計(jì)目的本課程設(shè)計(jì)的目的是在于系統(tǒng)學(xué)完材料力學(xué)之后，能結(jié)合工程中的實(shí)際問題

2、，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)，可以使學(xué)生將材料力學(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)（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)和材料力學(xué)等）綜合運(yùn)用，又為后繼課程（機(jī)械設(shè)計(jì)、專業(yè)課等）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。具體的有以下六項(xiàng)：1、使學(xué)生的材料力學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化、完整化；2、在系統(tǒng)全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用材料力學(xué)知識(shí)解決工程中的實(shí)際問題；3、由于選題力求結(jié)合專業(yè)

3、實(shí)際，因而課程設(shè)計(jì)可以把材料力學(xué)知識(shí)和專業(yè)需要結(jié)合起來(lái)；4、綜合運(yùn)用了以前所學(xué)的個(gè)門課程的知識(shí)（高數(shù)、制圖、理力、算法語(yǔ)言、計(jì)算機(jī)等等）使相關(guān)學(xué)科的知識(shí)有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)；5、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；6、為后繼課程的教學(xué)打下基礎(chǔ)。二、材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)和要求要求參加設(shè)計(jì)者，要系統(tǒng)地復(fù)習(xí)材料力學(xué)的全部基本理論和方法，獨(dú)立分析、判斷、設(shè)計(jì)題目的已知條件和所求問題。畫出受力分析計(jì)算簡(jiǎn)圖和內(nèi)力圖，列出理論依據(jù)和導(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(shuō)明書。1、設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書的要求設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書是該題目設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)結(jié)果的說(shuō)明。要求書寫工整

4、，語(yǔ)言簡(jiǎn)練，條理清晰、明確，表達(dá)完整。具體內(nèi)容應(yīng)包括：（1）設(shè)計(jì)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(jì)算簡(jiǎn)圖，按比例標(biāo)明尺寸，載荷及支座等；(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?jī)?nèi)力圖，并標(biāo)明可能的各危險(xiǎn)截面；(5) 危險(xiǎn)截面上各種應(yīng)力的分布規(guī)律圖及由此判定各危險(xiǎn)點(diǎn)處的應(yīng)力狀態(tài)圖；(6) 各危險(xiǎn)點(diǎn)的主應(yīng)力大小及主平面位置；(7) 選擇強(qiáng)度理論并建立強(qiáng)度條件；(8) 列出全部計(jì)算過程的理論根據(jù)、公式推導(dǎo)過程以及必要的說(shuō)明；(9) 對(duì)變形及剛度分析要寫明所用的能量法計(jì)算過程及必要的內(nèi)力圖和單位力圖；(10) 疲勞強(qiáng)度計(jì)算部分要說(shuō)明循

5、環(huán)特征，o,o,r,o,o的計(jì)算，所查kq,卩各系數(shù)的maxminma依據(jù)，并繪出構(gòu)件的持久極限曲線，疲勞強(qiáng)度校核過程及結(jié)果。2、分析討論及說(shuō)明部分的要求(1) 分析計(jì)算結(jié)果是否合理，并分析其原因，改進(jìn)措施；(2) 提出改進(jìn)設(shè)計(jì)的初步方案及設(shè)想；(3) 提高強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的措施及建議。3、程序計(jì)算部分的要求(1) 程序框圖；(2) 計(jì)算機(jī)程序(含必要的語(yǔ)言說(shuō)明及標(biāo)識(shí)符說(shuō)明)；(3) 打印結(jié)果(結(jié)果數(shù)據(jù)要填寫到設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書上)。4、材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)的一般過程材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)與工程中一般設(shè)計(jì)過程相似。從分析設(shè)計(jì)方案開始到進(jìn)行必要的計(jì)算和對(duì)結(jié)構(gòu)的合理性進(jìn)行分析，最后的結(jié)論，希望同學(xué)們計(jì)劃好時(shí)間

6、，避免前松后緊甚至不能按時(shí)完成設(shè)計(jì)任務(wù)。材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)可大致分為以下幾個(gè)階段：(1) 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段認(rèn)真閱讀材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書。明確設(shè)計(jì)要求、結(jié)合設(shè)計(jì)題目復(fù)習(xí)材料力學(xué)的有關(guān)理論知識(shí)，制定設(shè)計(jì)的步驟、方法和時(shí)間分配等；(2) 外力及變形分析入手，分析計(jì)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(qiáng)度、剛度條件并進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算必要的公式推導(dǎo)；(4) 編制計(jì)算機(jī)程序并調(diào)通程序；(5) 上機(jī)計(jì)算機(jī)并打印出結(jié)果；(6) 整理數(shù)據(jù)結(jié)果并書寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書；(7) 分析討論設(shè)計(jì)和計(jì)算的合理性、優(yōu)缺點(diǎn)及改進(jìn)意見和措施;(8) 課程設(shè)計(jì)總結(jié)、準(zhǔn)備答辯。三、設(shè)計(jì)題目7.曲柄軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)

7、、疲勞強(qiáng)度校核及剛度計(jì)算7-1設(shè)計(jì)題H某曲軸材料為球墨鑄鐵(QT400-10),o-=120MPh,曲柄臂抽象為矩形，h=L2D,b/h=2/3(左、右臂尺寸相同)，L=L5c,LA=05L,有關(guān)數(shù)據(jù)查數(shù)據(jù)表。1) 畫出曲軸的內(nèi)力圖；2) 按強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)主軸頸D和曲柄頸的直徑山3) 校核曲柄臂的強(qiáng)度；4) 安裝飛輪處為鍵槽，校核比軸頸的疲勞強(qiáng)度，取疲芳安仝系數(shù)門=2,鍵槽為烯銃加T,表血為車削,J=160MPd*憶=0.05,氏=6765) 用能量法計(jì)算a端截血的轉(zhuǎn)角ey>o2.設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：(表7-12中第3組數(shù)據(jù))F/kNW/kN/mml/mm213/mme/mm(°)157.

8、340020011012012-11-1.畫出曲柄軸的內(nèi)力圖L=°5L=90mm(1)外力分析：L=1.5e=180mmf=Fsina=3119Nyf=Fcosa=14672Nz工M=0AEM=0BEM二0AEM=0B解得：F-L+F-(L+L)-W(L+L+L)=0y1By12123F-(L+L)-F込-WL=0Ay12y23解得.F=2402NF=6583NAyByF-L-F-(L+L)二0z1Bz12F-(L+L)-F-L=0Az12y2F二5206NF二9466NAzBz(2)內(nèi)力分主軸頸FB段左端11截面為危險(xiǎn)截面，受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲MF-e1xzM

9、F-(l-1)1 yBz24MW(1+1-1)-F-(1-1)1z324By24 曲柄頸CD段中間22截面為危險(xiǎn)截面，受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲MF-e2 xAzMF-12yAz1MF-12 zAy1 曲柄臂以DF段的下端33截面為危險(xiǎn)截面，受扭轉(zhuǎn)、兩向彎曲及拉伸MF-e3 xzMF-(1-1)3yBz24MW-(1+1-1)-F-(1-1)3z324By24FW-Fn3By2按強(qiáng)度條件設(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與扭轉(zhuǎn)的組合變形，可用第三強(qiáng)度理論計(jì)算兀D3M=,'M2+M2W=W=yz1232Ma/M、W）2+4（町）21=M2+M2+M2W1y1z1x132=M2+M2

10、+M2<Q兀D31y1z1xI32Ii'D>3M2+M2+M2=3'3兀Qp1y1z1x3兀x120x1063212312+8962+17612解得：D>58.25mm取D=60mm同理，曲柄頸的曲度計(jì)算也可以用第三強(qiáng)度理論1Qr3=22+4T2=WVM2+M2+M22y2z2x32M2+M2+M2<Q兀D32y2z2xr32_id>/M2+M2+M2=3：3兀qp2y解得：d>58.66mmJ6252+20832+96122z2x兀x120x106v取d=60mmh=1.2x60mm=72mm2b=h=48mm33曲柄臂的強(qiáng)度計(jì)算曲柄臂的危

11、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33截面的應(yīng)力分布圖如下x根據(jù)應(yīng)力分布圖，可以判斷出可能的危險(xiǎn)點(diǎn)有D,D,D123對(duì)D點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力分析1由于D處于單向拉伸，所以為正應(yīng)力的代數(shù)疊加1FMM即b=N+3x+3x1AWW33x3zFf-eW(l+1l)F(ll)-N3+乙+'324，By'24,bhbh2b2h66-75.08MPa<b所以£安全對(duì)D2進(jìn)行應(yīng)力分析由于d2點(diǎn)有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力查表得：a=0.231v=0.858MF(ll)t-3X-Bz，24丿-32.12MPaab2hab2hd點(diǎn)的正應(yīng)力為軸力和繞z軸的彎矩共同引起，即2b

12、-32.62MPaW(l+1l)F(ll)3 24By24b2hT由于D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2b=22+4t2-72.05MPa<br3所以D2點(diǎn)安全對(duì)d3點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力分析t'=vt-0.858x32.12MPa-27.56MPa6-13-F-e+z-42.67MPabh2b所以D3點(diǎn)安全b-Jb'2+4t'2-69.71MPa<br34校核主軸頸的疲勞強(qiáng)度有零件圖可知，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)開時(shí)停，可以視作脈動(dòng)循環(huán)變化。TmaxWPMMlx=氐=41.25MPa兀D3T3T=0minr=min=0Tmax由于切應(yīng)力

13、是脈動(dòng)循環(huán)，T-1K_T+屮T£0aTmt=160MPa-1其中TmaxT=Tma2因此用以下公式進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核:屮=0.05T£=0.76T查表得：b=400MPa*bK=1.20T0=0.95TnT=K_T+屮T£0aTm=4.50>n主軸頸的疲勞強(qiáng)度符合要求5用能量法計(jì)算A端界面的轉(zhuǎn)角°°y,z求°y在截面A加以單位力偶矩仁，并作出單位力偶矩作用下的彎矩圖FazcHDzFBM=0B1F二二1.613NF=F=1.613NAzl+1BzAz12E點(diǎn)彎矩為M=F(l1)1=0.500NmEAz14F點(diǎn)彎矩為M=F-(l1)=

14、0.210NmFBz24由圖乘法：h2查表得：7=Qb30=0.196E二150GPa卩=0.27-25-桿件的抗彎剛度為64EI二E巴二150x109xKX604x1012二95425.88Pa-m4164D二dEI1=EI桿件的剛扭剛度為GIp150x109xO.196x72x483x10-12=92165.81Pam42x(1+0.27)M2y=°-355N-m®M®IM由公式uy=乙_e產(chǎn)+乙_g廠互iP1110500120二_(0.40.09)x1614x(3+0.500)+_(0.220.09)x1231x_x0.210yEI2323111+x0.09

15、x(20831614x(°-50(-0-355+0.3552+0.09x1614x0.500+0.355+0.09x123x0.355+0.210+fx0.09x(20831231)x(0.3550.355-0.210)+和(1614x0.12x°.5°°+1231x0.12x0.21()p=4.885x10-3rad求0z在截面A加一單位力偶矩Mz，并作出單位力偶矩作用下的彎矩圖Mz1F二二1.613NAyl+112化廠-山13NCDMz=lAEFBFAyE點(diǎn)彎矩為己=Fr(l佇)1=0.500NmF點(diǎn)彎矩為M卩二F(J14)=0.210N-m2402

16、Fn©717Fn1.6131.613GEI=EI=95425.88Pa-m412EA=Ehb=150x109x72x48x10-6=5.184x108Pa-m2hb372x483x10-12EI3=E12_二150x109x78_0二99532.8Pa-m412M2z=°"355Noy®M丄y®F由公式o=yia+yincizEIEAii1110500021x(0.40.09)x745x(+0.500)+803x(0.220.09)xEI2331+；x(0.220.09)x(896803)x3x0.2111x0.09x(961745)x(EI2

17、20.5000.3553+0.355)+0.09x745x0.50併0.3552+2x0.09x(961896)x(0.3550.355-0.210)+0.09x896x0.355+0.21031+(745x0.12x0.500+896x0.12x0.210)EI3+丄(2402x0.12x1.613717x0.12x1.613)EA=2.158x10-3rad四、分析討論及說(shuō)明對(duì)本次設(shè)計(jì)，有以下幾點(diǎn)說(shuō)明：1、在畫內(nèi)力圖時(shí)，不計(jì)彎曲切應(yīng)力，故未畫剪力圖。2、在強(qiáng)度計(jì)算方面，由于材料是球墨鑄鐵，其物理性質(zhì)與剛相近，用第三強(qiáng)度理論而不用第一或第二強(qiáng)度理論公式。3、在校核曲柄臂時(shí)，畫內(nèi)力分布時(shí)，把曲

18、柄臂的危險(xiǎn)截面看成矩形，忽略了圓孔對(duì)其的影響。改進(jìn)措施：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因素帶來(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?？梢詮囊韵聨讉€(gè)方面來(lái)提高構(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)采用精加工方法，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、

19、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。五、參考文獻(xiàn)1、材料力學(xué)江曉禹龔輝修訂，西南交通大學(xué)出版社，2009.2。2、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)聶毓琴、吳宏主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2011.2。3、C程序設(shè)計(jì)教程胡桂珍王萱楊華莉易慶萍編著，西南交通大學(xué)出版社，2011.2。六、設(shè)計(jì)體會(huì)上完理論課程過后，面對(duì)材料力學(xué)的課程設(shè)計(jì)，有一瞬間的茫然。雖然題目都是自己熟悉的、老師說(shuō)是期末考試重點(diǎn)、自己曾重點(diǎn)剖析的問題，但是細(xì)細(xì)想來(lái)，設(shè)計(jì)過程中確有一些內(nèi)容是課堂上一帶而過，有些是課堂上不曾提及而要求自己閱讀，有些甚至是書本上并未介紹過的。我重新閱讀了和自己設(shè)計(jì)題目有關(guān)的書中內(nèi)容，力求不放過一句話以保證

20、設(shè)計(jì)過程不出現(xiàn)理論錯(cuò)誤。而對(duì)于書本上未曾提及的內(nèi)容，通過網(wǎng)絡(luò)也可快速找出。在設(shè)計(jì)過程中，我深深體會(huì)到理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐之間的巨大差距，僅僅掌握課本中的理論和方法是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。應(yīng)付考試所學(xué)的知識(shí)是不夠完成這樣的設(shè)計(jì)的。這次的課程設(shè)計(jì)讓我深知理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性。同時(shí)，我學(xué)會(huì)了自己查找相關(guān)數(shù)據(jù)，了解了工程中一般設(shè)計(jì)的過程。此次課程設(shè)計(jì)讓我受益匪淺，盡管設(shè)計(jì)中還有很多缺陷不足，但從中獲得了大量的寶貴經(jīng)驗(yàn)，為日后學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。七、附錄：程序：#include<stdio.h>#include<math.h># definePi3.1415926# definen2# defin

21、ei120e6#defineE150e9intmain（）/主函數(shù)intangle,d,D;doubletemps,tempc,Fy,Fz,Mx,e,l,11,12,13,14,F,FAy,FAz,FBy,FBz,W,Mcz,Mfz,Mhz,Mcy,Mfy,Mhy,Mdx,Mfx,Mx1,My1,Mz1,Mx2,My2,Mz2,DD,g,f,dd,h,b,A,s1,s2,s3,t2,t3,a,sr2,sr3,r,s11,s22,s33,t22,t33,sr22,sr33,tmax,tmin,R,tm,ta,nt,T,Kt,Et,B,pt;printf（"請(qǐng)輸入F,alfa,W,L1,

22、L2,L3,en"）;printf（"F單位為KN,F="）;scanf（"%lf",&F）;printf（"W單位為KN,W="）;scanf（"%lf",&W）;printf（"L1單位為m,L1="）;scanf（"%lf",&11）;printf（"L2單位為m,L2="）;scanf（"%lf",&12）;/輸入數(shù)據(jù)printf（"L3單位為m,L3="）;scan

23、f（"%lf",&13）;printf（"e單位為m,e="）;scanf（"%lf",&e）;printf（"alfa單位為度,alfa="）;scanf("%d",&angle);temps=sin(12*Pi/180);tempc=cos(12*Pi/180);Fy=F*temps;/求兩個(gè)方向分力Fz=F*tempc;Mx=Fz*e;printf("Fy=%lfnFz=%lfnMx=%lfn",Fy,Fz,Mx);FBz=Fz*ll/(ll+1

24、2);FBy=(W*(ll+12+13)-Fy*ll)/(ll+12);FAz=12*Fz/(ll+12);/求各點(diǎn)支座反力FAy=(Fy*12+W*13)/(ll+12);printf(”支座反力(單位KN):nFAy=%lfnFAz=%lfnFBy=%lfnFBz=%lfn",FAy,FAz,FBy,FBz);l=1.5*e;14=0.5*1;Mcz=FAy*(ll-l/2);Mfz=W*(l2+l3-l/2)-FBy*(l2-l/2);Mhz=FAy*l1;Mcy=FAz*(l1-l/2);Mfy=FBz*(l2-l/2);Mhy=FAz*l1;Mdx=FAz*e;Mfx=Fz

25、*e;printf("力矩(單位KN/m):nMcz=%fnMfz=%fnMhz=%fnMcy=%fnMfy=%fnMhy=%fnMdx=%fnMfx=%fn",Mcz,Mfz,Mhz,Mcy,Mfy,Mhy,Mdx,Mfx);/輸出各點(diǎn)在各個(gè)方向的力矩f=sqrt(Mfx*Mfx+Mfy*Mfy+Mfz*Mfz);g=32*f/(Pi*i);DD=pow(g,1.0/3.0);/根據(jù)第三強(qiáng)度理論，計(jì)算D的最小值f=sqrt(Mdx*Mdx+Mhy*Mhy+Mhz*Mhz);g=32*f/(Pi*i);dd=pow(g,1.0/3.0);/根據(jù)第三強(qiáng)度理論，計(jì)算d的最小值p

26、rintf("D=%.5lfm,d=%.5lfmn",10*DD,10*dd);D=(int)(1000*DD);d=(int)(1000*dd);if(d%2=0)d=d+2;/d取整取偶elsed=d+1;if(D%2=0)D=D+2;elseD=D+1;/D取整取偶printf("故D取dmm,d取%dmmn",10*D,10*d);a=0.231;r=0.858;h=1.2*(double)D/1000;b=2*h/3;A=h*b;sl=FAy/A+FAz*e*6/(h*h*b)+FAy*6*(ll-14)/(b*b*h);/校核左曲軸臂D1點(diǎn)強(qiáng)度printf("srl=%.21fPa,",sl);s2=FAy/A+FAy*(l_l4)*6/(b*b*h);t2=FAz*(ll-14)/(a*h*b*b);sr2=sqrt(s2*s2+4*t2*t2);/校核左曲軸臂D2點(diǎn)強(qiáng)度printf(