单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核杨韬
材料力学课程设计之单缸柴油机曲轴的强度设计
材料力学课程设计班级：作者：题目：单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核指导老师：2007.11.05一、课程设计的目的材料力学课程设计的目的是在于系统学习材料力学后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，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的知识解决工程实际问题之目的。
同时，可以使我们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的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；既把以前所学的知识综合应用，又为后继课程打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。
1）使所学的材料力学知识系统化，完整化。
让我们在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际问题。
2）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。
3）使我们初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法，为后续课程的学习打下基础。
二、课程设计的任务和要求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，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。
三、设计题目某柴油机曲轴可以简化为下图所示的结构，材料为球墨铸铁(QT450-5)弹性常数为E、μ，许用应力为[σ]，G处输入转矩为eM，曲轴颈中点受切向力t F、径向力r F 的作用，且r F =2t F 。
曲柄臂简化为矩形截面，1.4≤h D ≤1.6，2.5≤hb≤4, 3l =1.2r,已知数据如下表：1/l m2/l m/E Gpaμ[]/Mpa σ1/Mpa τ-0.11 0.181500.27120180τψτε/P kW/(/min)n r/r m0.05 0.7815.52800.06(一) 画出曲轴的内力图。
柴油机曲轴静强度分析
柴油机曲轴静强度分析李宁;陈克【摘要】发动机工作中曲轴承受着周期性变化的交变载荷,会引起曲轴的疲劳失效.对曲轴三维模型进行基于有限元法的疲劳强度分析.用HyperMesh建立曲轴网格模型,使用Abaqus加载弹簧约束、余弦载荷,使计算模型更接近于实际工况,得到曲轴应力载荷分布图;计算出曲轴强度安全系数,并对其进行校核,最后提出提高曲轴疲劳强度的措施.【期刊名称】《沈阳理工大学学报》【年(卷),期】2018(037)003【总页数】5页(P75-79)【关键词】曲轴;HyperMesh;Abaqus;疲劳强度【作者】李宁;陈克【作者单位】沈阳理工大学汽车与交通学院,沈阳110159;沈阳理工大学汽车与交通学院,沈阳110159【正文语种】中文【中图分类】TK422大量试验表明,柴油机曲轴失效破坏的主要形式是弯曲疲劳断裂,这与曲轴的结构特点和受力工况有关。
大多数研究采用整体曲轴进行分析,而曲轴静强度分析主要用于概念设计阶段对曲轴的评估,或用在优化设计曲轴时对比曲轴强度的变化,可不必采用整体曲轴模型[1]。
确定曲轴强度的方法有两种:一是试验研究、二是分析计算。
由于试验研究费用高,只能在已制成的曲轴进行,不能在设计阶段进行,并且不能代表整批曲轴强度,因此应采用分析计算[2]。
曲轴强度的计算方法主要有三种,即截断简支梁法、连续梁法和有限元法[3]。
简支梁法计算简单,使用方便;连续梁法计算复杂,但与实测结果比较吻合;有限元法计算精确,可准确地计算出曲轴应力[4]。
本文基于有限元法加载余弦载荷,进行求解计算,得到应力分布情况,使用HyperMesh和Abaqus有限元软件联合对A和B两种不同几何结构的柴油机曲轴模型静强度进行分析。
曲轴简化为1/2曲拐模型,采用不同网格类型对其划分,计算在余弦载荷工况下的曲轴强度,对于曲轴设计及优化具有参考意义。
1 曲轴模型的建立根据柴油机曲轴结构参数,用Pro/E软件画出柴油机1/2 曲轴几何模型A、B,如图1所示。
发动机部件强度和刚度评价及疲劳分析
发动机部件强度和刚度评价及疲劳分析作者：李相旺李欣张志明黄凤琴尹曼莉摘要：某汽油机开发阶段须对发动机各主要部件结构强度和刚度做全面评价，并且须考核缸盖缸体的高周疲劳性能.基于STARCCM+计算出水套内部气体温度和对流换热系数，将其映射到水套有限元网格表面上作为温度边界条件.得到整个机体的温度场分布以后，在考虑各部件接触非线性的基础上，得到机体各部件的应力和变形等结果并进行评价.在有限元分析结果的基础上考虑材料温度非线性，考察缸体缸盖疲劳安全因数.结果表明，缸盖局部应力偏大，下缸体与油底壳接触面局部间隙过大，缸体缸盖疲劳安全性能满足要求.关键词：汽油机；缸盖；缸体；强度；刚度；疲劳；非线性；有限元法中图分类号： U464.1文献标志码： B0引言在发动机设计开发过程中，通过CAE模拟计算考察气缸盖与气缸体等重要零部件的强度、刚度以及耐久性和疲劳特性等，可以为发动机机体各部件开发、优化设计提供依据，并大大缩短开发周期，避免物理样机出来后产生严重的质量问题.国内外已经有一些公司采用CAE软件模拟发动机工作中的实际工况，以考察发动机各零部件的可靠性和耐久性.[1] 本文先建立发动机机体主要部件的有限元模型，在考虑各部件接触非线性的基础上基于Abaqus计算得到各部件的应力、变形结果，并就关心的结果进行评价分析；然后在有限元分析结果的基础上，考虑材料温度非线性，考察缸体缸盖疲劳安全因数.1有限元模型1.1模型说明分析对象为纵置直列四缸发动机，有限元模型见图 1.模型包括缸盖、缸体、缸垫、下缸体、油底壳、简化变速器和各关键螺栓等，其中，缸垫、燃烧室、火花塞和各部件接触区域均采用六面体单元，其余部分采用四面体单元.六面体单元数为290 000个，总单元数为1 130 000个，总节点数为446 000个.图 1整机有限元模型1.2边界条件和载荷1.2.1热边界条件在发动机工作过程中，缸盖和缸体水套中冷却液的流动带走大部分热量.应用CFD软件STARCCM+计算出水套内部气体温度和对流换热系数，然后将其映射到水套有限元网格表面上作为温度边界条件；燃烧室、进排气道、进排气阀座和上下缸体等根据经验和已有的试验数据，赋予温度和对流换热系数值.1.2.2位移边界条件约束进气侧悬置点x，y和z等3个方向平动自由度，约束排气侧悬置点y和z等2个方向平动自由度，约束变速器端面z方向平动自由度.1.2.3接触边界条件在两两相互接触的部件之间建立接触对.如缸盖与缸垫、缸垫不同层之间、缸垫与缸体、缸体与下缸体、下缸体与油底壳、主轴瓦与上下缸体以及主轴瓦之间等都需建立接触，并且在接触时设定冷装配工况下实际的间隙和过盈量.1.2.4载荷和分析工况载荷包括螺栓预紧力、主轴承座力以及热负荷等.在计算热应力时采用顺序耦合分析方法，即先计算得到整个机体的温度场分布，然后将该温度场作为强度计算的热负荷输入.强度计算时定义3个分析工况：工况1为冷装配工况，工况2为在冷装配基础上导入热负荷，工况3则是在前二者基础上施加二缸做功时各主轴承座载荷.2计算结果分析2.1温度场分析整机温度场分布见图2，其中，最高温度在二缸缸套处.图 2整机温度场分布缸盖温度场分布见图3，温度最高处在二缸排气阀座处.图 3缸盖温度场分布缸体温度场分布见图4，温度最高处在两缸之间.缸套为铸铁材料，其许用温度为300 ℃，缸体和缸盖为铝合金材料，其许用温度为255 ℃.各部件的最高温度均未超过材料的许用温度.图 4缸体温度场分布2.2结构分析在进行结构分析时，发动机缸盖缸体温度都比较高，应考虑其材料的温度非线性效应.缸盖的最大主应力场分布见图5，图中，二缸与三缸间缸盖螺栓附近区域1和2位置最大主应力偏高，但绝对值未超过常温下的抗拉极限值200 MPa，建议增大区域1和2处圆角，并适当光滑.图 5缸盖应力场分布缸体的最大主应力场分布见图 6.缸体最大主应力远小于其抗拉强度极限，其强度满足要求.另外，下缸体、油底壳的最大主应力均远小于其抗拉强度极限，强度均满足要求.图 6缸体应力场分布2.3接触开度分析为防止漏油、漏水和漏气，须考察各接触面的密封性，即对各接触面的接触开度进行检查.下缸体与油底壳接触开度分布见图7，下缸体和油底壳在靠近变速器侧4个螺栓孔附近间隙较大，须与密封胶供应商确认密封胶能否弥补该间隙值.图 7下缸体与油底壳接触开度分布2.4缸套径向变形缸套径向变形是发动机整机分析中的重要评价指标之一.缸套径向变形的评价指标是活塞环各阶次的顺应性系数，即考察缸套变形与活塞环变形的顺应程度.沿缸套高度方向取不同截面，可以得到不同截面的径向变形（失圆度变形）.缸套2阶、3阶和4阶变形示意见图8.（a）2阶（b）3阶（c）4阶图 8缸套2阶、3阶和4阶变形示意这些不同阶次的变形是通过将总变形值进行傅里叶变换后得到的.0阶变形表示热膨胀的同心变形[2]，1阶变形表示相对气缸体中心线偏离的偏心变形，2阶变形表示椭圆变形，更高阶表示花瓣类变形.通过比较缸套不同阶变形值与各阶次限值，四缸4阶变形超过限值0.78 μm，但仍在可接受范围内.另外，还可得到缸套沿轴线方向的变形，但没有具体的评价指标，此处不予列出.2.5缸盖缸体疲劳分析缸体和缸盖是发动机最重要的主体结构部件，在发动机工作过程中，由于受到不同缸定期的爆发压力，缸体缸盖承受交变载荷，故须校核其高周疲劳性能.本文选取工况2作为最小应力，工况3作为最大应力，运用等寿命疲劳分析方法（Haigh图理论[3]）计算不同点的疲劳安全因数.另外，在不同温度下材料物理属性会发生变化，因此，本文还考虑温度对Haigh图的影响.缸盖阀座疲劳安全因数分布见图9，可知，缸盖进气阀座处疲劳安全因数最小，为1.98.缸盖疲劳安全因数分布见图10，可知，第二缸和第三缸间缸盖螺栓附近区域最小疲劳安全因数为4.77.缸体疲劳安全因数分布见图11，缸体最小疲劳安全因数出现在第二缸靠近缸垫处，为1.87.缸体缸盖均满足疲劳安全因数1.5的评价标准，在实际工作过程中，缸体缸盖均不会发生高周疲劳破坏.图 9缸盖阀座疲劳安全因数分布图 10缸盖疲劳安全因数分布图 11缸体疲劳安全因数分布3结论对某纵置四缸汽油机进行有限元和高周疲劳分析，并对关注的结果进行评价，得到以下结论.（1）发动机各部件温度均在许用温度范围内.（2）第二缸与第三缸间缸盖螺栓附近区域最大主应力偏高，建议增大该区域圆角并适当光滑.（3）下缸体和油底壳在靠近变速器侧4个螺栓孔附近间隙较大，须与密封胶供应商确认密封胶能否弥补该间隙值.（4）第四缸缸孔径向变形超过限值0.78 μm，但仍在可接受范围内.（5）缸体缸盖均不会发生高周疲劳破坏.参考文献：[1]de JACK M. An overview of Abaqus use in engine engineering at Ford motor company[C]//Abaqus Users’ Conf， 2002： 122.[2]周舟. 发动机气缸盖气缸体一体化三维模拟研究[J]. 车用发动机， 2007（5）： 5661.[3]陈传尧. 疲劳与断裂[M]. 武汉：华中科技大学出版社， 2002.。
缸柴油机曲轴》
材料力学课程设计学号：41091307姓名：吴茂坤题目：单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核指导老师：李锋2011.10.20目录一、课程设计的目的 (2)二、课程设计的任务和要求 (2)三、设计题目 (3)四、设计过程 (4)1、画出曲轴的内力图 (4)2、设计曲轴颈直径d和主轴颈直径D (6)3、校核曲柄臂的强度 (7)4、校核主轴颈H-H截面处的疲劳强度 (9)5、用能量法计算A-A截面的转角yθ,zθ (9)五、设计的改进措施及方法 (13)六、程序计算部分 (13)七、设计体会 (15)八、参考文献 (15)一、课程设计的目的材料力学课程设计的目的是在于系统学习材料力学后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，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的知识解决工程实际问题之目的。
同时，可以使我们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的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；既把以前所学的知识综合应用，又为后继课程打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。
1）使所学的材料力学知识系统化，完整化。
让我们在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际问题。
2）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。
3）使我们初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法，为后续课程的学习打下基础。
二、课程设计的任务和要求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，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。
三、设计题目某柴油机曲轴可以简化为下图所示的结构，材料为球墨铸铁(QT450-5)弹性常数为E 、μ，许用应力为[σ]，G 处输入转矩为e M ，曲轴颈中点受切向力t F 、 径向力r F 的作用，且r F =2t F 。
单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核
单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核吉林大学材料力学课程设计设计题目：单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核数据号：7.2I16学号：4212XXXX姓名：学长只能帮你到这了指导教师：魏媛2014年9月9日目录：1.设计目的2.设计任务及要求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3.设计题目及设计内容4.设计的改进意见及措施4.1提高曲轴的弯曲强度 4.2提高曲轴的弯曲刚度 4.3提高曲轴的疲劳强度5.设计体会6.参考文献7.附录7.1 通用程序框图7.2 C语言程序7.3 计算输出结果7.4 标识符1.设计目的本课程设计是在系统学完材料力学课程之后，结合工程实际中的问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合利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，又为后续课程的学习打下基础，并初步掌握工程设计思路和设计方法，使实际工作能力有所提高。
具体有以下六项：1.使所学的材料力学知识系统化、完整化。
2.在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际中的问题。
3.由于选题力求结合专业实际，课程设计可把材料力学与专业需要结合起来。
4.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。
5.初步了解和掌握工程实际中的设计思路和设计方法。
6.为后续课程的教学打下基础。
2.设计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，列出理论依据并到处计算公式，独立编制计算机程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。
柴油机曲轴的静强度及疲劳计算分析
2. 强度计算模型
2.1 模型建立 6L280型柴油机曲轴结构复杂，主体结构包括主轴颈、曲柄销、曲柄臂等。因此，曲轴
计算中不仅要考虑各种复杂的载荷，还要尽量模拟对曲轴强度、疲劳有影响的复杂细部结 构，曲轴计算工作量大、复杂性高。为了较准确、经济地模拟曲轴结构的强度、疲劳性能， 首先在ANSYS Mechanical软件的前处理模块中，建立如图1所示的。图中坐标系规定从输出 端指向自由端为Z轴正方向。随后各图的坐标系规定与此相同。
600
57.8
第六主轴颈与第六曲柄臂间的圆根
625
74.1
第五主轴颈与第八曲柄臂间的圆根
645
44.2
第四曲柄销表面横油孔
685
36.1
输出端圆根
安全 系数 9.31 8.56 11.82 12.66 9.83 15.28 14.48 8.54 7.02 10.96 8.18 7.38 8.46 15.65 9.19 13.24 11.02 8.60 14.41 17.64
位置
0
68.4
第一曲柄销与第一曲柄臂间的圆根
35
74.4
第四曲柄销与第八曲柄臂间的圆根
75
53.9
第三主轴颈与第五曲柄臂间的圆根
120
50.3
第五曲柄销内部横油孔
145
64.8 第六曲柄销与第十一曲柄臂间的圆根
180
41.7 第六曲柄销与第十一曲柄臂间的圆根
205
44.0 第六曲柄销与第十一曲柄臂间的圆根
250
74.6
第四主轴颈与第七曲柄臂间的圆根
柴油机机体强度分析与主轴承座疲劳寿命预测
柴油机机体强度分析与主轴承座疲劳寿命预测郑康;郝志勇;张焕宇;杨骥【摘要】本文中针对某车用六缸柴油机爆发压力提高、强度储备下降的情况进行了机体及其主轴承座的强度校核.首先进行多体动力学分析和预紧载荷计算,以获取机体的应力场,并通过机体疲劳试验和仿真,反求材料的疲劳参数.然后,以上述计算所得的应力场作为边界条件,计算了发动机一个工作循环内机体的疲劳安全系数.最后根据分析结果进行了机体主轴承座的改进设计,达到了预定的目标.%The strength check for the cylinder block and its bearing blocks is conducted in this paper, aiming at the situations of raised explosion pressure and reduced strength margin of a vehicular six-cylinder diesel engine. Firstly the stress field of cylinder block is obtained by both multibody dynamics analysis and pretightening load calculation and both test and simulation on cylinder block fatigue are performed with the fatigue parameters of material found inversely. Then with the stress field obtained in above calculations as boundary conditions, the fatigue safety coefficients of cylinder block in a working cycle of engine are calculated. Finally, based on analysis results, an improving design for main bearing block is carried out with the preset goal achieved.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2013(035)004【总页数】6页(P358-363)【关键词】柴油机;机体;主轴承座;疲劳寿命;多体动力学;动态应力【作者】郑康;郝志勇;张焕宇;杨骥【作者单位】浙江大学能源工程学系,杭州310027【正文语种】中文前言发动机机体是整机的骨架，发动机零件都直接或间接地安装在机体上，因此要求机体不仅要有足够的几何精度，而且应具备足够的刚度、强度和动力学特性。
单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核 杨韬讲诉
材料力学课程设计设计题目：单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核班级：铁车三班学号：2014120950姓名：杨韬指导老师：任小平一、 设计目的系统学完材料力学之后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，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的知识解决工程实际问题之目的。
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的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；既把以前所学的知识综合运用，又为后继课程打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高二、设计题目某柴油机曲轴可以简化为下图所示的结构，材料为球墨铸铁(QT450-5)，弹性常数为E 、μ，许用应力为[σ]，G 处输入转矩为e M ，曲轴颈中点受切向力t F 、径向力r F 的作用，且r F =2tF 。
曲柄臂简化为矩形截面，1.4≤h D ≤1.6，2.5≤hb≤4, 3l =1.2r,有关数据如下表：要求： 1. 画出曲轴的内力图。
2. 设计曲轴颈直径d ，主轴颈直径D 。
3. 校核曲柄臂的强度。
4. 校核主轴颈H-H 截面处的疲劳强度，取疲劳安全系数n=2。
键槽为端铣加工，主轴颈表面为车削加工。
5. 用能量法计算A-A 截面的转角y θ,z θ。
数据零件图：单缸柴油机曲轴零件简化图：三、设计内容3.1 柴油机曲轴的内力图（1）受力分析计算简图：计算外力偶矩：Me=9549·Pn=9549×16.4/300=572.94 计算切向力Ft ，径向力Frt F =e M r =9549N r F =2t F=4774.5N 由平衡条件计算反力：在xOy 平面: Ay F =212r F l l l +=2963.5N Fy F =112r F l l l +=1811N在xOz 平面: Az F =212t Fl l l +=5927N Fz F =112t Fl l l +=3622N (3)内力分析：画出内力图。
YT1115型柴油机曲轴疲劳强度分析
文章编号:1000-5080(2001)01-0024-04作者简介:杜发荣(1963-),男,陕西省眉县人,副教授.主要研究方向为现代发动机设计方法.收稿日期:2000-10-18YT1115型柴油机曲轴疲劳强度分析杜发荣1,姬芬竹1,李明辉2,司东宏1(1.洛阳工学院汽车工程系,河南洛阳,471039;2.海南燃气股份有限公司,海南海口,570000)摘要:介绍了利用I 2DE AS 软件的S imulation 功能对Y T 1115柴油机曲轴进行有限元计算。
在确定计算模型时,对曲轴尺寸参数和形状参数没有进行简化,而是采用整根曲轴的三维实体模型,共划分4133个节点,17867个单元。
并同时计算其疲劳安全系数。
针对Y T 1115柴油机曲轴疲劳安全系数偏低,提出了改进意见。
关键词:柴油机;曲轴;疲劳强度分析;有限元法中图分类号:TK 423.3 文献标识码:A0 前言曲轴是柴油机的重要部件之一,其强度和刚度对柴油机的正常运转至关重要。
曲轴强度分析是柴油机设计中的一个关键环节。
由于曲轴的几何形状、边界条件和作用载荷都极其复杂,要想得到精确的计算结果,计算模型的选择极为重要。
传统的截断简支梁法和连续梁法由于作了太多简化,因此难以保证计算精度,有限元法是较好的选择[1]。
如文献[2]用有限元法对曲轴进行了强度分析提出了连续梁法和有限元法结合的方法,文献[3]研究了曲轴各种结构参数变化引起的曲轴弯曲应力,但这些研究工作还存在一些不足之处,如有的计算模型只考虑单一受载情况,忽略了扭矩和惯性力的作用;有的计算把曲轴简化为二维模型等。
而实际曲轴工作时处于复杂受力状态,建模过程中简化不当会使计算结果产生较大误差。
本文首先对曲轴进行了符合实际情况的三维实体有限元建模,模型确定后,为了保证计算精度,单元网格的划分有一定密度,薄弱部分还应进行细分[4～5]。
在此基础上对整根曲轴进行了应力计算,并对曲轴疲劳安全系数进行了校核。
曲轴强度的一种计算方法
曲轴强度的一种计算方法
许石嵩
【期刊名称】《内燃机学报》
【年(卷),期】1990(008)002
【总页数】6页(P169-174)
【作者】许石嵩
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TK413.31
【相关文献】
1.曲轴动强度的计算方法 [J], 黄佐贤;杨秀珍
2.曲轴强度传统计算方法的改进 [J], 何忠韬;罗修纯
3.往复泵和压缩机曲轴载荷的一种等效计算方法 [J], 张文格
4.一种活塞发动机曲轴疲劳强度仿真分析研究 [J], 王婷婷;宋军;王德鑫
5.一种曲轴初始校直行程计算方法 [J], 翟华;钟华勇;江擒虎
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曲柄轴的强度设计、疲劳强度校核及刚度计算
材料力学课程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数据号：7.7-6学号：姓名：指导教师：目录一、设计目的 (3)二、设计任务和要求 (3)2.1、设计计算说明书的要求 (3)2.2、分析讨论及说明书部分的要求 (4)2.3、程序计算部分的要求 (4)三、设计题目 (4)3.1、数据1）画出曲柄轴的内力图 (5)2）设计主轴颈D和曲柄颈直径d (8)3）校核曲柄臂的强度 (9)4）校核主轴颈飞轮处的疲劳强度 (15)5）用能量法计算A端截面的转角yθ，zθ (16)四、分析讨论及必要说明 (20)五、设计的改进措施及方法 (20)六、设计体会 (21)七、参考文献 (21)附录一.流程图 (24)二.C语言程序 (25)三．计算输出结果 (28)一、设计目的本课程设计是在系统学完材料力学课程之后，结合工程实际中的问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合利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，又为后续课程的学习打下基础，并初步掌握工程设计思路和设计方法，使实际工作能力有所提高。
具体有一下六项：(1).使所学的材料力学知识系统化、完整化。
(2).在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际中的问题。
(3).由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可把材料力学与专业需要结合起来。
(4).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。
(5).初步了解和掌握工程实际中的设计思路和设计方法。
(6).为后续课程的教学打下基础。
二、设计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，列出理论依据并到处计算公式，独立编制计算机程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。
2019曲柄轴的强度设计、疲劳强度校核及刚度计算说明.doc
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序号: 160题号: 10 - 16教学号:专业: 土木工程（路桥）姓名：指导教师：目录一、材料力学课程设计的目的—————————2二、材料力学课程设计的任务和要求——————3三、设计计算说明书的要求——————————3四、分析讨论及说明部分的要求————————4五、程序计算部分的要求———————————4六、设计题目————————————————5七、设计内容————————————————6 （一）画出曲柄轴的内力图------------------ 7 （二）设计曲柄颈直径d，主轴颈直径D------- 9 （三）校核曲柄臂的强度--------------------10 （四）校核主轴颈的疲劳强度--------------- 14 （五）用能量法计算A截面的转角----------- 15 （六）计算机程序------------------------- 17八、设计体会——————————————----21九、参考文献——————————————----21一、课程设计的目的材料力学课程设计的目的是在于系统学习材料力学后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，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的知识解决工程实际问题之目的。
同时，可以使我们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的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；既能对以前所学的知识（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）的综合应用，又为后继课程（机械设计、专业课等）得学习打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。
1、使所学的材料力学知识系统化，完整化。
2、在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际问题。
曲柄轴的强度设计,疲劳校核及刚度计算课程设计 刘晨
材料力学课程设计班级：机械工程系铁道车辆1班作者：刘晨（2014120892）题目：曲轴的强度设计、疲劳强度校核及刚度计算指导老师：任小平老师2016年6月9日目录一、课程设计的目的-------------------------------------------2二、课程设计的任务和要求---------------------------------3三、设计计算说明书的要求---------------------------------3四、分析讨论及说明部分的要求--------------------------4五、程序计算部分的要求------------------------------------4六、设计题目-----------------------------------------------------4七、设计内容-----------------------------------------------------5（一）画出曲柄轴的内力图-------------------------6（二）设计曲柄颈直径d，主轴颈直径D-------7（三）校核曲柄臂的强度-----------------------------8（四）校核主轴颈的疲劳强度----------------------11（五）用能量法计算A截面的转角---------------12（六）计算机程序--------------------------------------14八、设计的改进措施及方法------------------------------18九、设计体会--------------------------------------------------19十、参考文献--------------------------------------------------20一、课程设计的目的材料力学课程设计的目的是在于系统学习材料力学后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，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的知识解决工程实际问题之目的。
单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核(24)word精品文档11页
材料力学课程设计设计计算说明书设计题目：单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核图号：7-2数据号：II-11学号：卡号：姓名：井子源指导教师：魏媛目录1、设计目的 (2)2、设计任务和要求 (2)2.1、设计计算说明书的要求 (2)2.2、分析讨论及说明书部分的要求 (3)2.3、程序计算部分的要求 (3)3、设计题目 (4)3.1、画出曲轴的内力图 (6)3.2、设计曲轴颈直径d和主轴颈D (9)3.3、校核曲柄臂的强度 (10)3.4、校核主轴颈H-H截面处的疲劳强度 (12)3.5、用能量法计算A-A截面的转角yθ，θ (13)z4、分析讨论及必要说明 (17)5、设计的改进措施及方法 (18)6、设计体会 (18)7、参考文献 (19)一、设计目的本课程设计是在系统学完材料力学课程之后，结合工程实际中的问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合利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，又为后续课程的学习打下基础，并初步掌握工程设计思路和设计方法，使实际工作能力有所提高。
具体有一下六项：(1).使所学的材料力学知识系统化、完整化。
(2).在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际中的问题。
(3).由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可把材料力学与专业需要结合起来。
(4).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。
(5).初步了解和掌握工程实际中的设计思路和设计方法。
(6).为后续课程的教学打下基础。
二、设计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，列出理论依据并到处计算公式，独立编制计算机程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。
(整理)单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核
吉林大学材料力学课程设计设计题目：单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核数据号：7.2I16学号：4212XXXX姓名：学长只能帮你到这了指导教师：魏媛2014年9月9日目录：1.设计目的2.设计任务及要求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3.设计题目及设计内容4.设计的改进意见及措施4.1提高曲轴的弯曲强度4.2提高曲轴的弯曲刚度4.3提高曲轴的疲劳强度5.设计体会6.参考文献7.附录7.1 通用程序框图7.2 C语言程序7.3 计算输出结果7.4 标识符1.设计目的本课程设计是在系统学完材料力学课程之后，结合工程实际中的问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合利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，又为后续课程的学习打下基础，并初步掌握工程设计思路和设计方法，使实际工作能力有所提高。
具体有以下六项：1.使所学的材料力学知识系统化、完整化。
2.在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际中的问题。
3.由于选题力求结合专业实际，课程设计可把材料力学与专业需要结合起来。
4.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。
5.初步了解和掌握工程实际中的设计思路和设计方法。
6.为后续课程的教学打下基础。
2.设计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，列出理论依据并到处计算公式，独立编制计算机程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。
单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核(24)
单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核(24)材料力学课程设计设计计算说明书设计题目：单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核图号：7-2数据号：II-11学号：卡号：姓名：井子源指导教师：魏媛目录1、设计目的 (2)2、设计任务和要求 (2)2.1、设计计算说明书的要求 (2)2.2、分析讨论及说明书部分的要求 (3)2.3、程序计算部分的要求 (3)3、设计题目 (4)3.1、画出曲轴的内力图 (6)3.2、设计曲轴颈直径d和主轴颈D (9)3.3、校核曲柄臂的强度 (10)3.4、校核主轴颈H-H截面处的疲劳强度 (12)3.5、用能量法计算A-A截面的转角yθ，θ (13)z4、分析讨论及必要说明 (17)5、设计的改进措施及方法 (18)6、设计体会 (18)7、参考文献 (19)一、设计目的本课程设计是在系统学完材料力学课程之后，结合工程实际中的问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，独立地计算工程中的典型零部件，以达到综合利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，又为后续课程的学习打下基础，并初步掌握工程设计思路和设计方法，使实际工作能力有所提高。
具体有一下六项：(1).使所学的材料力学知识系统化、完整化。
(2).在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际中的问题。
(3).由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可把材料力学与专业需要结合起来。
(4).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。
(5).初步了解和掌握工程实际中的设计思路和设计方法。
(6).为后续课程的教学打下基础。
曲轴强度校核系统设计
曲轴强度校核系统设计
马宗正;孟凯
【期刊名称】《河南工程学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2011(023)004
【摘要】曲轴是柴油机中最重要、最昂贵的零件之一,在发动机的设计与改进中,曲轴的设计和改进占有极其重要的地位.基于VC＋＋对曲轴强度校核的简支梁法进行了程序化设计,并利用所开发的系统进行了实例分析,为应用简支梁法分析曲轴强度提供了思路.
【总页数】3页(P22-24)
【作者】马宗正;孟凯
【作者单位】河南工程学院机械工程系,河南郑州451191;河南工程学院机械工程系,河南郑州451191
【正文语种】中文
【中图分类】TH133.2
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材料力学课程设计设计题目：单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核班级：铁车三班学号：2014120950：韬指导老师：任小平一、 设计目的系统学完材料力学之后，能结合工程中的实际问题，运用材料力学的基本理论和计算方法，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的知识解决工程实际问题之目的。
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的计算方法，又提高了分析问题，解决问题的能力；既把以前所学的知识综合运用，又为后继课程打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高二、设计题目某柴油机曲轴可以简化为下图所示的结构，材料为球墨铸铁(QT450-5)，弹性常数为E 、μ，许用应力为[σ]，G 处输入转矩为e M ，曲轴颈中点受切向力t F 、径向力r F 的作用，且r F =2tF 。
曲柄臂简化为矩形截面，1.4≤h D ≤1.6，2.5≤hb≤4, 3l =1.2r,有关数据如下表：要求： 1. 画出曲轴的力图。
2. 设计曲轴颈直径d ，主轴颈直径D 。
3. 校核曲柄臂的强度。
4. 校核主轴颈H-H 截面处的疲劳强度，取疲劳安全系数n=2。
键槽为端铣加工，主轴颈表面为车削加工。
5. 用能量法计算A-A 截面的转角y θ,z θ。
数据1/l m2/l m/E Gpaμ[]/Mpa σ1/Mpa τ-0.11 0.18 150 0.27120180 τψτε/P kW/(/min)n r/r m0.05 0.7816.4300 0.05零件图：单缸柴油机曲轴零件简化图：三、设计容3.1 柴油机曲轴的力图（1）受力分析计算简图：（2）外力分析：计算外力偶矩：Me=9549·Pn=9549×16.4/300=572.94计算切向力Ft ，径向力Frt F =e M r =9549N r F =2t F=4774.5N 由平衡条件计算反力： 在xOy 平面: Ay F =212r F l l l +=2963.5N Fy F =112r F ll l +=1811N 在xOz 平面: Az F =212t F l l l +=5927N Fz F =112t F ll l +=3622N (3)力分析：画出力图。
不计弯曲切应力（故未画剪力图），弯矩图画在纤维受压侧。
根据力图确定危险截面。
（单位：力-N ，力矩-N ·m ）NF 图①主轴颈以EF 段的左端（1-1）截面最危险，受扭转和两向弯曲 1x M =e M =572.94N ·m1y M =Fz F ·（2l -32l ）=521.6N ·m 1z M =Fy F ·（2l -32l ）=300.8N ·m ②曲柄臂以DE 段的下端（2-2）截面最危险，受扭转两向弯曲及压缩2x M =e M =572.94N ·m2y M =Fz F ·（2l -32l ）=521.6N ·m 2z M =Fy F ·（2l -32l ）=300.8N ·m 2N F =Fy F =1811N③曲轴颈以CD 段中间（3-3）截面K 最危险，受扭转和两向弯曲3x M =Az F ×r=355.62N ·m3y M =Az F ×1l =651.97N ·m3z M =Ay F ×1l =325.99N ·m3.2 设计曲轴颈直径d ，主轴颈直径D(1)曲轴颈CD 处于扭转和两向弯曲的组合变形，对危险截面（3-3）应用第三强度理论计算3r σ=≤[σ]其中3132W dπ= 带入数据得到d ≥40.98mm实际取d=41mm.(2)主轴颈EF 处于扭转和两向弯曲的组合变形，对危险截面（1-1）应用第三强度理论计算3r σ=[σ]其中3132W Dπ= 代入数据得到D ≥41.09mm 实际取D=42mm.综上，曲轴颈直径d=41mm 主轴颈直径D=42mm3.3 校核曲柄臂的强度（1）设计h ，b当h 和b 在题设围变化，求解曲柄臂危险截面满足强度条件且截面面积h ×b 最小时的h 和b ，即为h ，b 的最佳值。
具体求解可通过C 程序得到，计算机程序见5.2通过程序可得最佳h=60.01mm b=23.99mm 查P70表得α=0.258 ν=0.767 β=0.249 （2）求解危险点曲柄臂的危险截面为矩形截面，且受扭转、两向弯曲及轴力作用（这里不计剪力Q F 的作用）。
为确定危险点的位置，画出曲柄臂上的危险截面（2-2）应力分布图根据应力分布图，可以判定处可能的危险点有1D ，2D ，3D 三点。
①对1D 点进行力分析。
由于1Dσ=222222N x zx zF M M A W W ++ =22266Fy e zF M M hbh b hb⨯⨯++ =86.35Mpa ＜[σ] 所以1D 点安全。
②对2D 点进行应力分析。
2D 点有扭转切应力，στ=22yM hbα=58.53Mpa2D 点的正应力为轴向力和绕z 轴的弯矩共同引起的，即σ=2222N z z F M A W +=226Fy zF M hb hb⨯+=46.56MPa 3r σ==125.61MPa又125.61120100120-⨯％=4.673％＜5％ 所以2D 点安全。
③3D 点处于二向应力状态1max 0.76758.5344.89MPa τντ==⨯=σ=2222N x x F M A W +=26Fy eF M hb h b⨯+=41.05MPa 3r σ==98.72MPa ＜[σ] 所以3D 点安全。
综上1D ，2D ，3D 三点都安全，即危险截面强度足够。
曲柄臂满足强度条件。
3.4 校核主轴颈H-H 截面处的疲劳强度曲轴材料为球墨铸铁（QT450-5）， 即 b σ=450MPa 端铣加工键槽车削加工表面，查P369可得 K τ=1.29，β=0.9438已知 1τ-=180MPa r ε=0.78 τψ=0.05 n=2FH 处只受扭转作用（忽略键槽对抗扭系数的影响p W 的影响min τ=1x pM W -=1216xM D π-⨯=-39.39MPa max τ=0r=minmaxττ=-∞ 即扭转切应力为脉动循环。
m max min 1()19.702MPa τττ=+=-max min 1()19.702a MPa τττ=-=n=1a mr K ττττψτεβ-+=1801.2919.700.0519.700.780.9438-=5.37＞n=2所以H-H 截面处的疲劳强度足够。
由122τττψτ-∞--∞-=解得FH 的持久极限τ-∞=342.86MPa构件的持久极限曲线：3.5 运用能量法计算运用图乘法求解y θ和z θ。
（1）求y θ：在截面A-A 处施加单位力偶y M =1.弯矩图y M 和单位力矩作用下的弯矩图y M 如下M y w 441294142101501022911.75.6464D EIE Pa m ππ-⨯⨯==⨯⨯= 441294341101*********.38.6464d EI EPa m ππ-⨯⨯==⨯⨯=3931234150100.24960.0123.991012183.482(1)2(10.27)p E hb GI G hb Pa m ββμ-⨯⨯⨯⨯⨯====+⨯+''111nni cii ciy i i pM M EI GI ωωθ===+∑∑=118811()M M EI ωω++3345556731()M M M M EI ωωωω+++ +22771()pM M GI ωω+=（1.13+1.21+2.89）/1000=5.23×310-rad（2）求z θ：在截面A-A 处施加单位力偶z M =1.作弯矩图z M 和单位力矩图z M 以及轴力图N F 和N F 如下F N 图F N 图3.4483.4481213.448Fy Ay F F N l l =-==+331294260.0123.99101501010356.77.1212hb EI E Pa m -⨯⨯==⨯⨯=93641501060.0123.9910215945985.EA Ehb Pa m -==⨯⨯⨯⨯=''111nni cii Nciz i i M F EI EAωωθ===+∑∑=118811()M M EI ωω++227721()M M EI ωω++9910101()M M EAωω-+ +3345556731()M M M M EI ωωωω+++ =(0.565+1.697-0.00032+0.601)×310- =2.86×310-rad四、分析计算和设计4.1 对计算过要说明(1)所有图线都是由AutoCAD2004软件绘制，部分数学公式经Mathtype6.5编辑而成。
(2) 在画力图时，由于不计弯曲切应力，故未画剪力图。
(3) 在设计D,d 和校核强度时，由于材料是球墨铸铁（QT450-5），其金属性与钢接近，塑性好，强度较高，且处于复杂应力状态，故采用第三强度理论校核。
(4) 在设计h 、b 的实际尺寸时，是通过程序在题设围1.4≤hD≤1.6，2.5≤hb≤4之间变化取值进行校核强度，直到得出使截面积最小的最佳结果。
(5) 在校核H-H 处的疲劳强度时，忽略了键槽对扭转切应力 max τ的影响。
因此p W 值不变，p W =216D π。
(6) 发动机曲轴应力属于脉动循环振动应力，柴油机工作良好的情况下，可认为曲轴受到不变的转动力矩，校核强度时，设曲轴工作在脉动循环下。
4.2 改进设计的初步方案及设想（1）提高曲轴的弯曲强度,l l，将集中力尽量靠近支座或在机械结构允许的情况下，可改变12将集中载荷适当分散。
另外，选择合理的截面及合理的材料，可以选择弹性模量较大的材料。
（2）提高曲轴的弯曲刚度改变截面的形状，铸造曲轴可以采用空心工艺，不仅可以减小质量消除一部分惯性，另外空心结构也有助于提高刚度改善结构形式。
其次，主轴颈应尽量避免出现方形直角或带有尖角的孔和槽，即在主轴颈和曲柄臂相连处应采用半径较大的过度圆角，这样可以消除应力集中，相对于带尖叫孔槽的主轴强度刚度是较高的。
（3）提高曲轴的疲劳强度设置平衡重，平衡发动机不平衡的离心力和离心力矩，可以减小曲轴工作时不平衡的振动，将脉动循环转换为对称循环，从而提高曲轴的疲劳强度。