材料力学课程设计报告
16页1、(左侧装订,封皮标题居中)材料力学课程设计报告课设题目: 曲柄轴强度设计与变形计算单 位:理学院专业/班级:工程力学1、材料力学课程设计的目的意义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,以达到综合运用材料力学知识解决 工程实际问题的目的。与此同时,进一步加强对以前所学知识(高等数学、工程图学、理论 力学、计算机等)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想和 设计方法,使实际工作能力有所提高。2、工程背景柴油机自十九世纪发明以来,经过一百多年的不断研究和改进,已经发展到了比较完善 的程度。它以热效率高功率和转速范围宽广,比重量较小的优点,在动力机械中占有及其重 要的地位,广泛应用于国民经济和国防的各个领域中,尤其在船舶领域。曲轴是柴油发动机中最重要的部件。它承受连杆传来的力,并将其转变为转矩通过曲轴 输出并驱动发动机上其他附件工作。曲轴受到旋转质量的离心力、周期变化的气体惯性力和 往复惯性力的共同作用,使曲轴承受弯曲扭转载荷的作用。因此要求曲轴有足够的强度和刚 度。3、课程设计主
2、要任务及要求(1)查阅相关文献,介绍课程设计选题的工程背景(2)根据设计题目建立课程设计选题计算简图(3)绘制选题结构的内力图(4)列出理论依据和导出的计算公式(5)进行强度分析、变形计算(6)完成设计说明书。二、力学模型建立与内力分析1、设计题目简介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、小,许用应力打,G处输入传矩为M,曲轴颈中点受切向力R、径向力Fr的作用,且f =gr 2曲柄臂简化为矩形截面,且满足:h=1.4D, h/b=3/2 , l3 =1.2r肩关数据见表1,表2。表1固定数据li / m12 / mE/GPa&/MPa0.150.201800.27140表2设计计算数据I3P/kWn/(r/min)r/ m192900.07题目要求:(1)回出曲轴的内力图。(2)设计曲轴颈直径d,主轴颈直径Do(3)校核曲柄臂的强度。(4)用能量法计算A-A截面的转角9y, 9zo2、模型简化b)力学模型图1单缸柴油机曲轴简化图1 一曲轴颈2 一曲柄臂3 一主轴颈3、内力分析1)外力分析图:图2外力分析图2)外力分析:1.画出曲轴的计算简图
3、(上图),计算外力偶矩。2.计算切向力、径向力3.平衡条件计算反力c (1)在XOYF面内:(2)在XOZ面内:内力分析:1)内力图:M=9549P/N=625.6N/mFt=M/r=8937.5NFr=Ft/2=4468.7N、F = 0 FAy FFy -Fr = 0,Mk=0- FAyli FFyl2 =0解得:FBy=1915.2NF Ay=2553.5N% F = 0Faz Ffz - Ft =0、Mk = 0-FazIi Ffz12 =0解得:Ffz=3830.4NF az=5107.1N内力图如图3所示,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)337.10 ; 553.51915.2图3内力图2)内力计算(1)主轴颈的EF左端(1-1为危险截面,受扭转和两向弯曲(2)曲柄臂DE段下端(2-2)为危险截面,受扭转、两向弯曲和压缩(3)曲轴颈CD段中间截面(3-3)为危险截面,受扭转和两向弯曲三、杆件设计与强度分析一.设计曲轴颈直径d1 .在XOYF面内弯矩:Mz = _FRAy l1=383.0N.m2 .在平面内弯矩:My =
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