柴油机曲轴设计作业

材料力学课程设计设计与计算说明书

题目：车床主轴设计

学校：西南交大峨眉

姓名：陈霖

学号： 20097590

1．材料力学课程设计的目的

本课程设计是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，以达到综合运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）的综合应用，又为后续课程（机械设计﹑专业课等）的学习打下基础，并初步掌握工程设计思想和设计方法，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﹑完整性。

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，因而课程设计可以把材料力学知识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﹑计算机和材料力学等），使相关学科的知识有机的联系起来。 5）初步了解和掌握工程实际中的设计思想和设计方法。 6)为后续课程的教学打下基础。

2．材料力学课程设计的任务和要求

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。

3．设计计算说明书的要求

设计计算说明书是该题目设计思想﹑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）画出构件的受力分析计算简图，按比例标明尺寸﹑载荷和支座等。

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解过程。 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）各危险点的主应力大小及主平面位置。 7）选择强度理论并建立强度条件。

8）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。 9）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。

10）疲劳强度计算部分要说明循环特征，max σ,min σ,r,m σ,a σ,的计算，所查k,α,β各系数的依据，疲劳强度校核过程及结果，并绘出构件的持久极限曲线。

4．分析讨论及说明部分的要求

1）分析计算结果是否合理，并讨论其原因﹑改进措施。 2）提出改进设计的初步方案及设想。

3）提高强度﹑刚度及稳定性的措施及建议。

5．程序计算部分的要求

1）程序框图。

2）计算机程序（含必要的语言说明及标识符说明）。 3）打印结果（数据结果要填写到设计计算说明书上）。

6．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，并对结构的合理性进行分析，最后得出结论。应合理安排时间，避免前松后紧，甚至不能按时完成设计任务。 材料力学课程设计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的有关理论知识，制定设计的步骤﹑方法以及时间分配方案等。

2）从外力及变形分析入手，分析计算内力﹑应力及变形，绘制各种内力图及位移﹑转角曲线。

3）建立强度﹑刚度条件，并进行相应的设计计算以及必要的公式推导。 4）编制计算机程序并调试程序。 5）上机计算，并打印出结果。

6）整理数据结果并书写设计计算说明书。

7）分析讨论设计和计算的合理性﹑优缺点，以及相应的改进意见和措施。 8）课程设计总结，准备答辩。

注：对于材料的力学性能，若在设计过程中需要，可查阅《材料力学》或相应的工程手册等有关资料。无论从何处查得，均需标明出处。

一．设计题目：

某柴油机曲轴可以简化为图1所示的结构，材料为球墨铸铁（QT450-5），弹性常数为 错误！未找到引用源。、错误！未找到引用源。，许用应力为 错误！未找到引用源。，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/2r t F F =。曲柄臂简化为矩形截面，1.4/ 1.6h D ≤≤，2.5/4h b ≤≤，

3 1.2l r =，s=70mm ，D=70mm,有关数据如表１，表２。

表１ 固定数据

1/l m

2/l m

/E GPa μ

[]/MPa σ

1/MPa τ- τϕ

τε 0.11 0.18

150

0.27 120 180

0.05

0.78

表2 设计计算数据

/P kW

/(/min)n r

/r m 3 1.2l r =

13 260 0.005 0.042

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2n =。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。

二．外力分析：

曲轴的计算简图如图2。

计算外力偶矩M z：

=

=9549×

=477.45 N·m 计算切向力F t、径向力F r：

=

=9549 N

=4774.5 N 计算支反力：