曲柄轴的强度设计、疲劳强度校核及刚度计算.doc

《曲柄轴的强度设计、疲劳强度校核及刚度计算.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、材料力学课程设计班级：作者：题目：曲柄轴的强度设计、疲劳强度校核及刚度计算指导老师2015.6.6一、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

2、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材料为球墨铸铁（QT400-10），[σ]

3、=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，已知数据如下表：F/kNW/kNl1/mml2/mml3/mme/mmα(◦)205.4380230120120121.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。154.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,ψτ=0.05,ετ=0.76。5.用能量法计算A端截面的转角θy,θz。1、画出曲柄轴的受力图15(1)外力分析计算反力F

4、r==4158NFt==19563NMe=2348N·m在XOY平面内：FAy==2630N(↓)FBy==3872N(↑)在ZOX平面内：FAz==7376N（外）FBz==12187N(2)内力分析内力图如下：151、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:MDx=2348N·mMDy=1706N·mMDz=862N·m2、曲柄颈中间截面C最危险，受扭转和两向弯曲,有:MCx=885N·mMcy=2803N·mMCz=999N·m3.曲柄臂受到轴力作用，危险点可能也是图中D或E点，有:MDx=2348N·mMEx=885N·mMDy=1706N·mME

5、y=2139N·mMDz=862N·mMEz=763N·mFND=4158NFNE=2630N2、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，进行校核。根据主轴颈的受力状态用第三强度理论计算σr3==120Mpa求得D取80mm（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，对此处进行分析，受两向弯曲和扭转作用。根据受力情况，同样应用第三强度理论进行校核,有：15σr3==120Mpa求得d取80mmD=80mmd=80mmh=96mmb=64mm3、校核曲柄臂的强度由题可得：h/b=3/2经查表可得,α=0.231β=0.196γ=

6、0.858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FQ），曲柄臂上的危险截面可能为C端或者E端，分别对其进行检验。（1）左臂:即检验顶端E处。根据应力分布图可判定出可能的危险点为D1,D2,D3。D1点:D1点处于单向拉伸应力状态=21MPa<[σ]15所以D1点满足强度条件。D2点:D2点处于二向应力状态，存在扭转切应力=23.550MpaD2点的正应力为轴向力和绕z轴的弯矩共同引起的=11.681MPa由第三强度理论=48.527MPa<[σ]所以D2点满足强度条件。D3点:D3点处于二向应力状态=20.206MPa=90.470MPa根据第三

7、强度理论=41.412MPa<[σ]所以D3点满足强度条件。即E处截面满足强度条件。（2）右臂：即检验底端D处。根据应力分布图可判定出可能的危险点为D1,D2,D3。15D1点:D1点处于单向压缩应力状态=37.057MPa<[σ]D2点:D2点处于二向应力状态，存在扭转切应力=18.783MPaD点的正应力为轴向力和绕z轴的弯矩共同引起的=13.177MPa根据第三强度理论=39.811MPa<[σ]D2点安全。D3点:与D2点相类似，正应力为轴向力和绕y轴的弯矩共同引起的=16.116MPa根据第三强度理论=4