单缸柴油机曲轴的强度设计及刚度计算、疲劳强度校核
材料力学课程设计曲柄轴的强度设计、疲劳强度校核及刚度计算
材料力学课程设计设计计算说明书序号：160图号及数据号：7—7—16设计题目：曲柄轴的强度设计、疲劳强度校核及刚度计算学生学号：学生姓名：指导教师：2011年10月12日目录一、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 (2)三、设计题目 (3)1、设计题目 (3)2、曲柄轴力学模型 ................................................................... 错误！未定义书签。
3、设计数据(表7-12中第16组数据) (4)四、设计内容 (4)1、曲柄轴内力图 (4)2、按强度条件设计主轴颈D和曲柄颈的直径d (5)3、校核曲柄臂的强度 (7)4、校核主轴颈的疲劳强度 (9)5、用能量法计算A端截面转角yθ,zθ (9)五、改进措施 (9)六、设计体会 (10)七、参考文献 (11)八、附件（编程与运算结果） (11)附录：力和支座反力求解 (11)一、材料力学课程设计的目的本课程设计的目的是在于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（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）综合运用，又为后继课程（机械设计、专业课等）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。
具体的有以下六项：1、使学生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中的实际问题；3、由于选题力求结合专业实际，因而课程设计可以把材料力学知识和专业需要结合起来；4、综合运用了以前所学的个门课程的知识（高数、制图、理力、算法语言、计算机等等）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践中的设计思想和设计方法；6、为后继课程的教学打下基础。
《柴油机曲轴设计》PPT课件
一.曲轴设计概论 二. 曲轴结构设计 三. 曲轴疲劳强度校核 四. 提高曲轴疲劳强度的措施
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一. 曲轴设计概论
• 曲轴的成本大约占整机成本的十分之一，为内燃 机中最贵的零件。
• 曲轴最常见的损坏原因是弯曲疲劳，所以保证曲 轴有足够的弯曲疲劳强度是曲轴设计的首要问题。
• 曲轴各轴颈的尺寸还应满足轴承承压能力和润滑 条件的要求。
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四. 提高曲轴疲劳强度的措施
在载荷不变的条件下，要提高曲轴抗弯强度 就应设法降低应力集中；适当减小单拐中 间部分的弯曲刚度，使应力分布较为均匀。
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结构措施
• 1、加大曲轴轴颈的重叠度
• 重叠度 A=(dcp+dcj)/2-r
• 重叠度系数 φ =(dcp+dcj)/S • 2、加大轴颈附近的过渡圆角 • 过渡圆角的尺寸、形状、材料组织、表面加工质
• 2、合金钢：在强化程度较高的发动机中采用；
• 3、球墨铸铁：在强度和刚度要求一定是，使用球 墨铸铁材料能减少制造成本，且其阻尼特性能减 小扭转振动的幅值。
• 在曲轴设计中，曲轴的结构、材料、工艺三因素 各自有独立规律，且相互影响。
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二. 曲轴结构设计
• 一、曲轴结构形式
• 1、整体式曲轴：具有工作可靠、重量轻、 刚度、强度较高、加工表面较少的特点， 中小型发动机中广泛采用。一般配合滑动 轴承（有的单缸机采用滚动轴承）。
• 曲轴破坏主要是弯曲疲劳破坏
• 现在曲轴强度计算绝大部分采用有限元计 算方法，且有很多现成的工程分析软件， 如ansys，pro/e，UG等。
• 有限元计算精度关键取决于如何处理曲轴 的位移约束条件、加载方式、网格划分等， 这需要详细了解曲轴的工作情况和受力状 况。
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。
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 。
曲柄轴刚度测试
材料力学课程设计设计题目❖某柴油机曲轴材料为球墨铸铁（QT400-10），[σ]=120MPa ，曲柄臂抽象为矩形（如图），h=1.2D ，b/h=2/3（左、右臂尺寸相同），l=1.5e ，l4=0.5l 。
❖（一）要求：❖1.画出曲轴的内力图。
❖2.按照强度条件设计主轴颈D 和曲轴颈的直径d 。
❖3.校核曲柄臂的强度。
❖4.安装飞轮处为键槽，校核主轴颈的疲劳强度，取疲劳❖安全系数n=2。
键槽为端铣加工，轴颈表面为车削加工，❖τ-1=160MPa 。
❖5.用能量法计算A 端截面的转角。
y设计数据F/kN W/kN l1/mm l2/mm l3/mm e/mmα(°) 157.136024013010013一、外力分析❖（一）、受力如图：❖在XOY平面内：❖在XOZ平面内：❖（二）、内力图❖画出内力图。
不计弯曲切应力，弯矩图画在受压处。
❖根据内力图，确定危险截面。
❖1.对于主轴颈危险点可能是图中D点，则D点处受弯曲❖和扭转，有：❖MD1x =1462N·m；MD1y =1447N·m❖MD1z =1003N·m❖2.曲柄颈中间截面C最危险，受扭转和两向弯曲,有：❖MCx =585N·m；MCy =2105N·m❖MCz =1040N·m❖3.曲柄臂受到轴力作用，危险点可能也是图中D或E ❖点，有:❖MD2x =1462N·m MEx=585N·m❖MD2y =1447N·m MEy=1666N·m❖MD2z =1003N·m MEz=823N·m❖FND =486N FNE=2888N二、设计主轴颈直径D和曲轴颈直径d❖1.校核主轴颈D❖主轴颈的危险截面为D处，由第三强度理论得：❖D=58mm❖2.校核曲轴颈直径d❖在曲轴颈上，危险截面位于中间截面C处，由第三强❖度理论得：❖d=60mm❖h=69.6mm,b=46.4mm一、画出曲轴的内力图❖外力图：❖内力图：三、校核曲柄臂的强度❖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（不计剪力），曲柄臂上的危险截面可能为C端或者E端。
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
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。
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。
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。
材料力学课程设计-7.7-曲柄轴的强度设计、疲劳强度校核和刚度计算
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：7.7-02学号：姓名：刘风指导教师：魏媛目录一、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。
吉林大学材料力学课程设计说明书--单缸柴油机曲轴(doc)概要
答辩成绩设计成绩材料力学课程设计说明书题号7.2数据II-8学号作业编号姓名指导教师设计说明书前言>>>材料力学课程设计的目的<<<本课程设计的目的是在于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(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)综合运用.又为后继课程(机械设计、专业课等)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.具体的有以下六项:1．使学生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中的实际问题;3．由于选题力求结合专业实际.因而课程设计可以把材料力学知识和专业需要结合起来;4．综合运用了以前所学的个门课程的知识(高数、制图、理力、算法语言、计算机等等)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践中的设计思想和设计方法;6．为后继课程的教学打下基础>>>材料力学课程设计的任务和要求<<<参加设计者要系统地复习材料力学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.列出理论依据和导出计算公式.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.>>>材料力学课程设计的一般过程<<<材料力学课程设计与工程中的一般设计过程相似.从分析设计方案开始到进行必要的计算.设计说明书并对结构的合理性进行分析.最后得出结论.材料力学设计过程可大致分为以下几个阶段:1.设计准备阶段:认真阅读材料力学课程设计指导书.明确设计要求.结合设计题目复习材料力学课程设计的有关理论知识.制定设计步骤、方法以及时间分配方案等;2.从外力变形分析入手,分析及算内力、应力及变形,绘制各种内力图及位移、转角曲线;3.建立强度和刚度条件.并进行相应的设计计算及必要的公式推导;4.编制计算机程序并调试;5.上机计算,记录计算结果;6.整理数据,按照要求制作出设计计算说明书;7.分析讨论设计及计算的合理性和优缺点,以及相应的改进意见和措施;设计说明书目录设计题目单缸柴油机曲轴强度设计及刚度计算、疲劳强度校核 (1)设计过程 (2)1.外力分析 (2)2.内力分析 (2)43.设计d和D …...............................................................................................4.设计h和b并校核曲柄臂强度 (4)5.H-H截面处疲劳强度校核 (5)6.能量法计算A-A截面转角θy和θz (6)7.改进措施 (8)设计体会与总结 (8)附录计算机程序设计 (9)参考文献 (1)2设计题目单缸柴油机曲轴强度设计及刚度计算、疲劳强度校核某柴油机曲轴可简化为如图1所示的结构.材料为球墨铸铁(牌号QT450-5. ζ=324MPa.sζb=450MPa. δ=5%).弹性常数为E和μ.许用应力为[ζ].G处输入转距为M e.曲轴颈中点受切向力F t和径向力F r的作用.且F t=2F r.曲柄臂简化为矩形截面. 1.4≤h/D≤1.6. 2.5≤h/b≤4. l3=1.2r.有关数据见表1l1/m l2/m E/GPaμ[ζ]/MPaη-1/MPaεηψηP/kW n/(r/min)r/m 0.11 0.18 150 0.27 120 180 0.78 0.05 15.7 320 0.06表11-曲轴颈2-曲柄臂3-主轴颈图1 单缸柴油发动机曲轴简化图要求:1.画出曲轴的内力图;2.设计d和D;3.设计h和b,校核曲柄臂强度;4.校核主轴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θ、θz.y设计过程>>>1.外力分析<<<曲轴所受外力图如图2所示.①求主动力∵力矩M e {N ⋅m }=9549P {kW }n {rpm }=9549⋅15.7320N ⋅m =468.5N ⋅m又∵yOz 平面内∑M 主轴颈=M e −F t ⋅r =0∴F t =M e r =468.5N ⋅m 0.06m =7808.2N ,F r =F t 2=3904.1N②求支反力{∑F Z =F Az +F Fz −F t =0∑F y =F Ay +F Fy −F r =0∑F Z =F Az +F Fz −F t =0xOy 平面内∑M A (F i e )=(l 1+l 2)⋅F Fy −l 1⋅F r =0yOz平面内∑M A (F i e )=(l 1+l 2)⋅F Fz −l 1⋅F t =0⇒{F Fy =l 1l 1+l 2F r =0.11(0.11+0.18)⋅3904.1N =1480.9N F Ay =F r −F Fy =(3904.1−1480.9)N =2423.2N F Fz =l 1l 1+l 2F t =0.11(0.11+0.18)⋅7808.2N =2961.7N F Az =F t −F Fz =(7808.2−2961.7)N =4846.5N>>>2.内力分析<<<分别分析AB,BC,CD,DE 段的受力,得各段所受的轴力和弯矩,综合得曲轴所受弯矩图如图3所示,轴力图如图4所示. 图3-a M x 图图3-b M y图图3-c M z图图3 曲轴所受弯矩分布图(单位均为N·m)图4 曲轴所受轴力分布图(单位为N)>>>3.设计d 和D <<<由图3和图4知,主轴颈上E 处截面为危险截面;曲轴颈上CD 中点处截面为危险截面.两个危险截面的危险点均受两向弯曲和扭转.球墨铸铁为塑性材料.根据第三强度理论,对于受弯扭组合变形的圆形截面轴.强度条件为:σr 3=1W 弯⋅√M 扭2+M 弯2=32π⋅d 所求轴3⋅√M x 2+M y 2+M z 2⩽[σ]代入图4中的数据,得:{σr 3,CD 中点=32π⋅d 3⋅(√290.82+533.12+266.62N ⋅m )⩽[σ]=120MPa σr 3,主轴颈上E 点=32π⋅D 3⋅(√468.52+426.52+213.22N ⋅m )⩽[σ]=120MPa ⇒{d ⩾38.33mmD ⩾38.42mm取d =D =40mm>>>4.设计h 和b 并校核曲柄臂强度<<<由图4知,曲柄臂上E 点所在截面为危险截面,受两向弯曲、扭转和轴向压缩(剪力F Q 的影响不计).危险截面的应力分布如图5所示.由图5知可能的危险点为D 1,D 2 ,D 3.图5 曲柄臂上危险截面的应力分布①对D1点进行应力分析.由图5知D1点只受压应力作用.σD1=σD1,FN+σD1,Mx+σD1,Mz=−FN,E,曲柄臂A曲柄臂−Mx,E,曲柄臂W x,曲柄臂−Mz,E,曲柄臂W z,曲柄臂=−1480.9Nb⋅h−468.5N⋅mb⋅h2/6−213.2N⋅mb2⋅h/6...ⓐ对D2点进行应力分析.由图5知D2点受压应力和切应力共同作用.σD2=σD2,Fn+σD2,Mz=−FN,E,曲柄臂A曲柄臂−Mz,E,曲柄臂W z,曲柄臂=−1480.9Nb⋅h−213.2N⋅mb2⋅h/6...ⓑτD2=My,D2α⋅h⋅b2=426.5N⋅mα⋅h⋅b2...ⓒ对D3点进行应力分析.由图5知D3点受压应力和切应力共同作用.σD3=σD3,FN+σD3,Mx=−FN,E,曲柄臂A曲柄臂−Mx,E,曲柄臂W x,曲柄臂=−1480.9Nb⋅h−468.5N⋅mb⋅h2/6...ⓓ,τD3=ντD2...ⓔ由第三强度理论,强度条件为∣σD1∣⩽[σ]=120MPa...ⓕ,√σD22+4τD22⩽[σ]=120MPa...ⓖ,√σD32+4τD32⩽[σ]=120MPa...ⓗ根据题目要求和强度条件编写程序(见附录).由程序得得合适的h、b的值为h=57mm,b=23mm对应的系数分别为α=0.258,β=0.248,ν=0.768①参照《材料力学》图8-25所作;这部分的解题过程参照《材料力学》例8-7校核曲柄臂强度:将程序算得的值代回ⓐ~ⓗ得σD1=−81.17MPa,σD2=43.55MPa,σD3=38.75MPa,τD2=54.82MPa,τD3=42.11MPa {∣σD1∣=81.17MPa⩽[σ]=120MPa√σD22+4τD22=117.97MPa⩽[σ]=120MPa√σD22+4τD22=92.71MPa⩽[σ]=120MPa由此得出结论:曲柄臂满足强度条件>>>5.H-H截面处疲劳强度校核<<<由图4知,H-H截面处危险点的最大工作应力τMAX =MeW P,主轴颈=Meπ⋅D3/16=468.5π×(40×10−3)3/16Pa=37.28MPa∵σb=450MPa键槽为端铣加工,主轴颈表面为车削加工. ∴Kτ=1.43①,β=0.9438②∴在最危险的对称循环工况下,安全系数n τ=τ−1Kτετ⋅βτmax=1801.430.94437.28=3.187>2由此得出结论:H-H截面的疲劳强度足够.①由《材料力学》图13-10估得②由《材料力学》表13-3得>>>6.能量法计算A-A 截面转角θy 和θz <<<利用图形互乘法求解①.1)求θy :在A 点处施加一绕y 轴的单位力偶M y =1,得该单位力偶作用下的弯矩图如图6所示.图6 单位力偶M y =1作用下曲轴所受弯矩分布图图6和图3-b 互乘,得其中E πD 464=E πd 464=2×1011Pa ×π×(0.04m )464=2.51×104N ⋅m 2...⓶E 2(1+μ)βhb 3=2×1011Pa 2(1+0.27)×0.349×0.057m ×(0.023m )3=1.91×104N ⋅m 2...⓷ωAB 段M C ,AB 段=12×(0.11−0.036)m ×358.6N ⋅m ×0.8299=11.01N ⋅m 2...⓸① 忽略剪力和轴力的影响θy =∑y (ωi M Ci EI i +ωj M Cj GI t j )=ωAB 段M C ,AB 段+ωEF 段M C ,EF 段E πD 464+ωBC 段M C ,BC 段+ωDE 段M C ,DE 段E 2(1+μ)βhb 3+ωCD 段M C ,CD 段Eπd 464...⓵ωBC 段M C ,BC 段=0.06m ×358.6N ⋅m ×0.7448=16.02N ⋅m 2...⓹ωCD 段M C ,CD 段=0.036m ×358.6N ⋅m ×0.6828+12×0.036m ×(533.1−358.6)N ⋅m ×0.6621+0.036m ×426.5N ⋅m ×0.5586+12×0.036m ×(533.1−426.5)N ⋅m ×0.5793=20.58N ⋅m 2...⓺ωDE 段M C ,DE 段=0.06m ×426.5N ⋅m ×0.4966=12.71N ⋅m 2...⓻ωEF 段M C ,EF 段=12×(0.18−0.036)m ×426.5N ⋅m ×0.3311=10.17N ⋅m 2...⓼⓶~⓼代入⓵得θy =3.17×10−3rad2)求θz :在A 点处施加一绕z 轴的单位力偶M z =1,得弯矩和轴力分别如图7和图8所示.图7 单位力偶M z =1作用下曲轴所受弯矩分布图图7和图3-c 互乘,得θz =∑zωM z,i M Ci EI i =ωAB 段M C ,AB 段+ωEF 段M C ,EF 段E πD 464+ωBC 段M C ,BC 段+ωDE 段M C ,DE 段E b 3h 12+ωCD 段M C ,CD 段E πd 464...(a)其中E πD 464=E πd 464=2×1011Pa ×π×(0.04m )464=2.51×104N ⋅m 2...(b)E b 3h12=2×1011Pa×(0.023m)3×0.057m12=1.16×104N⋅m2...(c)ωAB段MC,AB段=12×(0.11−0.036)m×179.3N⋅m×0.8299=5.51N⋅m2...(d)ωBC段MC,BC段=0.06m×179.3N⋅m×0.7448=8.01N⋅m2...(e)ωCD段MC,CD段=0.036m×179.3N⋅m×0.6828+12×0.036m×(266.6−179.3)N⋅m×0.6621+0.036m×213.2N⋅m×0.5586+12×0.036m×(266.6−231.2)N⋅m×0.5793=10.29N⋅m2...(f)ωDE段M C,DE段=0.06m×213.2N⋅m×0.4966=6.35N⋅m2...(g)ωEF段MC,EF段=12×(0.18−0.036)m×213.2N⋅m×0.3311=5.08N⋅m2...(h)(b)～(h)代入(a)解得θz=2.07×10−3rad>>>7.改进措施<<<∙合理安排施加在曲轴让的载荷,在机械结构允许的情况下,将集中载荷适当分散,或者让集中力尽量靠近支座;改善结构形式,合理设计和布置支座并尽量缩小曲轴的跨度;选择和里的截面形状以及材料.这些都可以提高曲轴的弯曲刚度.①∙减少应力集中,在设计时尽量避免出现带尖角的孔、槽等结构,而应采用圆角过渡.尤其是曲柄臂与主轴颈/曲轴颈的连接处容易发生破坏,所以应当用曲率半径较大的圆角.∙增大构件的表层强度,以提高构建疲劳强度.这可以从两个方面实现:一是提高加工质量,以降低表面粗糙度,并避免工艺缺陷(夹渣、气孔、裂缝等)引起的严重应力集中;二是对曲轴应力集中的部位如键槽处进行表面热处理或化学处理,如采取表面高频淬火、渗碳、滚压、喷丸等工艺,是构件表层产生残余压应力,减少表面出现裂纹的机会.②①《材料力学》§6-5②《材料力学》§13-9设计体会与总结经过长时间的努力,我在力学老师的指导和课本的参考下,完成了全部设计过程.通过此次课程设计,我加深了对材料力学知识的理解和实际运用能力,巩固了之前学习的课程知识;熟练掌握了对办公软件LibreOffice 、三维CAD软件CATIA、二维CAD软件DraftSight和C语言的应用;了解了论文的标准格式;学习了答辩的相关知识及技巧.为日后的学习工作打下了基础.附录计算机程序设计根据《材料力学》表3-1,由线性插值法得出α、β、ν关于h/b的大致函数关系式:α≈{0.018(h/b)+0.213, 2.5⩽h/b⩽3.00.015(h/b)+0.222, 3.0⩽h/b⩽4.0β≈{0.028(h/b)+0.179, 2.5⩽h/b⩽3.00.018(h/b)+0.209, 3.0⩽h/b⩽4.0ν≈{−0.028(h/b)+0.837, 2.5⩽h/b⩽3.0−0.008(h/b)+0.777, 3.0⩽h/b⩽4.0由强度条件和题目要求,设计程序框图如下①:①由Structorizer生成关于变量符号的说明:题目中的符号αβνσD1σD2σD3程序中的符号alpha beta nu sigma_D1 sigma_D2 sigma_D3题目中的符号τD2τD3[ζ] √σD22+4τD22√σD32+4τD32程序中的符号tau_D2 tau_D3sigma_safe sigma2 sigma3程序如下:#include <stdio.h>#include <math.h>/*本程序只用于在其它所需值已经算出的情况下计算h和b*/void main(){void calculate(double,double,double *,double *,double *);/*声明计算α,β,ν的函数*/ double convert_integer(double);/*声明将h,b化整的函数*/double D,sigma_safe,F_N,M_x,M_y,M_z;/*所需的值*/double h,b,alpha,beta,nu,sigma_D1,sigma_D2,sigma_D3,tau_D2,tau_D3,sigma2,sigma3; double S,h1,b1,alpha1,beta1,nu1,S_min;double *_alpha=&alpha,*_beta=&beta,*_nu=νdouble *_alpha1=&alpha1,*_beta1=&beta1,*_nu1=&nu1;char i;do{printf("请输入计算所需要的数据\n");printf("主轴颈直径D(单位mm)\t\t");scanf("%lf",&D);printf("许用应力[σ](单位MPa)\t\t");scanf("%lf",&sigma_safe);printf("危险截面处的轴力F_N(单位N)\t");scanf("%lf",&F_N);printf("危险截面处的弯矩M_x(单位N·m)\t");scanf("%lf",&M_x);printf("危险截面处的弯矩M_y(单位N·m)\t");scanf("%lf",&M_y);printf("危险截面处的弯矩M_z(单位N·m)\t");scanf("%lf",&M_z);printf("\nD=%.0fmm,[σ]=%.1fMPa,F_N=%.1fN,M_x=%.1fN·m,M_y=%.1fN·m,M_z=%. 1fN·m\n",D,sigma_safe,F_N,M_x,M_y,M_z);printf("确认输入无误？[Y/N]\t\t");scanf("%s",&i);printf("\n********************************************************\n");}while(!(i=='Y'||i=='y'));D=D/1000;sigma_safe=sigma_safe*1000000;/*计算过程中的所有物理量都化为标准单位(N,N·m,m,Pa).*/h=1.4*D;b=h/4;S_min=h*b;/*给S_min存入一个初值*/for(h=1.4*D;h<=1.6*D;h+=0.0001)/*精确到0.1mm*/for(b=h/4;b<=h/2.5;b+=0.0001){calculate(h,b,_alpha,_beta,_nu);sigma_D1=F_N/(b*h)+6*M_z/(b*b*h)+6*M_x/(b*h*h) ;sigma_D2=F_N/(b*h)+6*M_z/(b*b*h);sigma_D3=F_N/(b*h)+6*M_x/(b*h*h) ;tau_D2=M_y/(b*b*h*alpha) ;tau_D3=nu*tau_D2;sigma2=sqrt(sigma_D2*sigma_D2+4*tau_D2*tau_D2);sigma3=sqrt(sigma_D3*sigma_D3+4*tau_D3*tau_D3);if(sigma_D1<=sigma_safe&&sigma2<=sigma_safe&&sigma3<=sigma_safe){S=h*b;/*double型可以保证小数点后14位准确*/if(S<S_min){S_min=S;h1=convert_integer(h);b1=convert_integer(b);/*h,b化整*/calculate(h1,b1,_alpha1,_beta1,_nu1);}}}printf("合适的h,b取值分别为:\n\th=%.0fmm\tb=%.0fmm\n对应的尺寸系数分别为:\n\talpha=%.5f\tbeta=%.5f\tnu=%.5f\n",h1*1000,b1*1000,alpha1,beta1,nu1);}void calculate(double h,double b,double *_alpha,double *_beta,double *_nu)/*计算alpha,beta,nu的子程序*/{if(h/b<=3){*_alpha=0.213+0.018*h/b;*_beta=0.179+0.028*h/b;*_nu=0.837-0.028*h/b;} else{*_alpha=0.222+0.015*h/b;*_beta=0.209+0.018*h/b;*_nu=0.777-0.008*h/b;} }double convert_integer(double x)/*将h,b化整的子程序*/{int y;double z;x=x*1000;/*单位换成,mm*/y=(int)(x+0.5);/*转换为整数，加0.5是为了四舍五入*/z=(double)y;z=z/1000;return z;}上机调试,得到结果如下图:参考文献[1]聂毓琴,孟广伟.材料力学[M].北京:机械工业出版社,2004.[2]聂毓琴,吴宏.材料力学实验与课程设计[M].北京:机械工业出版社,2004.[3]谭浩强.C语言程序设计(第四版)[M].北京:清华大学出版社,2010.。
曲轴疲劳强度校核
曲轴疲劳强度校核
曲轴疲劳强度校核是一个重要的过程，以确保曲轴在长期使用中的强度和稳定性。
以下是曲轴疲劳强度校核的步骤：
1.确定载荷情况：首先，需要确定曲轴在实际使用中承受的载荷情况，包括最
大和最小载荷、循环载荷等。
2.选择合适的材料和工艺：根据曲轴的工作条件和性能要求，选择合适的材料
和工艺来制造曲轴。
不同的材料和工艺对曲轴的疲劳强度有不同的影响。
3.建立曲轴疲劳强度校核模型：基于实际的曲轴结构和载荷情况，建立曲轴疲
劳强度校核模型。
该模型应能够准确地模拟曲轴的工作状态和应力分布。
4.进行疲劳强度校核分析：基于建立的模型，使用疲劳强度校核分析方法，如
S-N曲线法、Miner法则等，对曲轴的疲劳强度进行校核。
分析曲轴在不同循环次数下的应力分布、疲劳损伤和寿命预测等情况。
5.优化曲轴设计：根据疲劳强度校核结果，对曲轴的设计进行优化。
优化内容
包括结构优化、尺寸优化和材料选择等。
优化目标是在满足其他性能要求的前提下，提高曲轴的疲劳强度和寿命。
6.实验验证：进行实验验证，以测试优化后曲轴的实际疲劳强度和寿命。
实验
结果与校核结果进行对比，确保曲轴的疲劳强度符合设计要求。
7.持续改进：在实际使用过程中，对曲轴进行持续的监测和维护。
根据实际使
用情况和监测结果，对曲轴的设计和制造工艺进行持续改进，以提高其疲劳强度和寿命。
曲轴疲劳强度校核是一个复杂的过程，需要综合考虑多种因素。
通过科学的
方法和严谨的实验验证，可以确保曲轴的疲劳强度符合要求，从而提高机械设备的安全性和稳定性。
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。
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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[ σ ]，G 处输入转矩为 Me ，曲轴颈中点受切向力
h Ft 、径向力 Fr 的作用，且 Fr = Ft 。曲柄臂简化为矩形截面，1.4 ≤
2
D
≤ 1.6 ,
2.5 ≤
h ≤ 4 , l3 = 1.2r ,有关数据如下表： b
（2）内力分析
内力图如下，不计弯曲切应力，弯矩图画在纤维受压侧，根据内力图确定危截 面。(单位：力-N 力矩 N·m)
7
1）主轴颈的 EF 左端 （1-1）截面为危险截面，受扭转和两向弯曲
477.45 N ⋅ m M = M = 1x e
l M 1 y = FFz × (l2 − 3 ) = 434.6 N ⋅ m 2 l M 1z = FFy × (l2 − 3 ) = 217.3 N ⋅ m 2
由平衡条件计算反力 在 XOY 平面内: = FAy
Fr l2 = 2469.6 N l1 + l2 Fr l1 1509.2 N = l1 + l2
= FFy
6
在 XOZ 平面内： = FAz
Ft l2 = 4939.1N l1 + l2 Ft l1 = 3018.4 N l1 + l2
= FFz
3
4) 画出全部内力图，并标明可能的各危险截面。 5) 危险截面上各种应力的分布规律图及由此判定各危险点处的应力状态图。 6) 选择强度理论并建立强度条件。 7) 列出全部计算过程的理论依据、公式推导过程以及必要的说明。 8) 对变形及刚度分析要写明所用的能量法计算过程及必要的内力图和单位力 图。 9) 疲劳强度计算部分要说明循环特性，σ max ，σ min ，r ， σ m ， σ a 的
4
l 1 /m
0.11 要求：
l 2 /m
0.18
E/GPa
150
µ
0.27
[σ ]/MPa
120
τ −1 / MPa
ψτ
0.05
ετ
0.78
180
（一） 画出曲轴的内力图。 （二） 设计曲轴颈直径 d ，主轴颈直径 D 。 （三） 校核曲柄臂的强度。 （四） 校核主轴颈 H-H 截面处的疲劳强度，取疲劳强度系数 n=2。键槽为端铣 加工，主轴颈表面为车削加工。 （五） 用能量法计算 A-A 截面的转角 θy , θz 。
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 15-Ⅰ 1）画出曲轴的内力图· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·6 2）设计曲轴颈直径 d 和主轴颈 D· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·8 3）校核曲柄臂的强度· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·9 4） 校核主轴颈 H-H 截面处的疲劳强度· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 12 5） 用能量法计算 A-A 截面的转角 θy ， · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·13 θz · 3.2 数据 15-Ⅱ 1）画出曲轴的内力图· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·17 2）设计曲轴颈直径 d 和主轴颈 D· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 19 3)校核曲柄臂的强度· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·20 4）校核主轴颈 H-H 截面处的疲劳强度· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·23 5） 用能量法计算 A-A 截面的转角 θy ， · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 24 θz ·
2）曲柄臂 = M = 477.45 N ⋅ m 2x e
l M 2 y = FFz × (l2 − 3 ) = 434.6 N ⋅ m 2 l M 2 z = FFy × (l2 − 3 ) = 217.3 N ⋅ m 2
F= F = 1509.2 N N2 Fy
一．程序框图· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·30 二．C 语言程序· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 31 三．计算输出结果· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·35 四．标识符· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·36
1
四、 分析讨论及必要说明· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 27 五、设计的改进措施及方法· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·28 六、 设计体会· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 28 七、 参考文献· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·29 附录
σ = r3
1 M 1x 2 + M 1 y 2 + M 1z 2 W1
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。
2.1 设计计算说明书的要求
设计计算说明书是该题目设计思路、设计方法和设计结果的说明，要求书 写工整，语言简练，条理清晰、明确，表达完整。具体内容应包括： 1) 设计题目的已知条件、所求及零件图。 2) 画出结构的受力分析计算简图，按比例标明尺寸、载荷及支座等。 3) 静不定结构要画出所选择的基本静定系统及与之相应的全部求和过程。
2
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。