单缸柴油机曲轴.docx

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

目录

课程设计的目的·······························2
课程设计的任务和要求·························2
设计题目·····································3
设计过程·····································4
画出曲轴的内力图··························4
设计曲轴颈直径d和主轴颈直径D············6
校核曲柄臂的强度··························7
校核主轴颈H-H截面处的疲劳强度············9
用能量法计算A-A截面的转角,············9
设计的改进措施及方法·························13
程序计算部分·································13
设计体会····································15
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，曲轴颈中点受切向力、
径向力的作用，且=。曲柄臂简化为矩形截面，1.4≤≤1.6，2.5≤≤4,=1.2r,已知数据如下表：
0.110.181500.271201800.050.7810.51000.06画出曲轴的内力图。
设计曲轴颈直径d，主轴颈直径D。
校核曲柄臂的强度。
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。
用能量法计算A-A截面的转角,。
四、设计过程
1、画出曲轴的内力图

（1）外力分析
画出曲轴的计算简图，计算外力偶矩
Me=9549=9549*=1003
==16717N
==8358N
再由平衡条件计算反力
在XOY平面内：==5188N
==3170N
在XOZ平面内：==10376N
==6341N
（2）内力分析
=1\*GB3①主轴颈以EF的左端（1-1）截面最危险，受扭转和两向弯曲
=Me=1003
=*（–）=913
=*（–）=456
=2\*GB3②曲柄臂以DE段的下端（2-2）截面最危险，受扭转、两向弯曲和压缩
=Me=1003
=*（–）=913
=*（–）=456
==3170N
=3\*GB3③曲轴颈以CD段中间截面（3-3）最危险，受扭转和两向弯曲
=*r=623
=*=1141
=*=571
内力图如下图（由可知，与梁的长度的关系总是比和梁的长度关系高一个数量级。当（梁的跨度与截面高度之比）较大时，不需要对弯曲切应力进行强度校核，因此在内力图里没画出剪力图。弯矩图画在受压侧）：
（单位：力—N力矩—）

2、设计曲轴颈直径d和主轴颈直径D
（1）主轴颈的危险截面为EF的最左端，受扭转和两向弯曲
根据主轴颈的受力状态，可用第三强度理论计算
=≤[]
其中=
得D≥49.5mm取D=50mm
（2）曲轴颈CD属于圆轴弯扭组合变形，由第三强度理论，在危险截面1-1中：

得故取
3、校核曲柄臂的强度
(1)（具体求解通过C语言可