连杆设计的详细计算
第四章典型零部件(连杆)的设计
连杆是发动机最重要的零件之一，近代中小型高速柴油机，为使发动机结构紧凑，最合适的连杆长度应该是，在保证连杆及相关机件运动时不与其他机件相碰的情况下，选取小的连杆长度，而大缸径的中低速柴油机，为减少侧压力，可适当加长连杆。
连杆的结构并不复杂，且连杆大头、小头尺寸主要取决于曲轴及活塞组的设计。在连杆的设计中，主要考虑的是连杆中心距以及大、小头的结构形式。。连杆的运动情况和受力状态都比较复杂。在内燃机运转过程中，连杆小头中心与活塞一起作往复运动，承受活塞组产生的往复惯性力；大头中心与曲轴的连杆轴颈一起作往复运动，承受活塞连杆组往复惯性力和不包括连杆大头盖在内的连杆组旋转质量惯性力；杆身作复合平面运动，承受气体压力和往复惯性力所产生的拉伸.压缩交变应力，以及压缩载荷和本身摆动惯性力矩所产生的附加弯曲应力。
为了顺应内燃机高速化趋势，在发展连杆新材料、新工艺和新结构方面都必须既有利于提高刚度和疲劳强度，有能减轻质量，缩小尺寸。
对连杆的要求：
1、结构简单，尺寸紧凑，可靠耐用；
2、在保证具有足够强度和刚度的前提下，尽可能的减轻重量，以降低惯性力；
3、尽量缩短长度，以降低发动机的总体尺寸和总重量；
4、大小头轴承工作可靠，耐磨性好；
5、连杆螺栓疲劳强度高，连接可靠。
但由于本设计是改型设计，故良好的继承性也是一个考虑的方面。
4.1连杆材料
结合发动机工作特性,发动机连杆材料应当满足发动机正常工作所需要的要求。应具有较高的疲劳强度和冲击韧性，一般选用中碳钢或中碳合金钢，如45、40Cr等，本设计中发动机为中小功率发动机，故选用一般的45钢材料基本可以满足使用要求。
4.2连杆主要尺寸 1、连杆长度l
曲柄连杆比λ一般均大于0.3，这样可以使柴油机的机体高度降低，净质量减少，而且连杆长度减小后，其材料也相应减少，从而成本降低。但是，过小的曲柄连杆比会引起活塞侧压力增加，从而导致柴油机摩擦损失的增加，加速活塞、活塞环、气缸套的磨损，影响可靠性。
《高速柴油机概念设计及实践》中指出：当曲柄连杆比31.0=λ左右时，对柴油机寿命及可靠性影响不大。参照原机及总体布置，选择曲柄连杆比为：
29.0260/65/,260≈===l r mm l λ。
2、连杆的结构尺寸
小头主要尺寸为连杆衬套内径d 和小头宽度1b 。《柴油机设计手册》中介绍的各个尺寸范围为：
由 29.0260/65/≈==l r λ 查 《柴油机设计手册》
36.0=D
d
40=d 毫米 0625.0=d
δ
5.2=δ 毫米 小头内径4521=+=δd d 毫米
36.112=d d 小头外径612=d 毫米 736.01=D
D
大头内径811=D 毫米 1.11
=d
b 小头厚度 取 401=b 毫米 65.01
2
=D b 大头厚度 取 532=b 毫米 113.1~2.1D l = 取981=l 毫米
12.0=D
d M
螺栓直径14=M d 毫米 327.0=D H 78.0=H B 17.0=H
t
取36=H 毫米 28=B 毫米 6=t 毫米
校核小头轴承的比压：
bar db p q x
5
3
36251074.49310
4010401011010052.80?=???????==--π 《柴油机设计手册》中给出，q 许用值为630bar,可见是在安全范围之内的。 注：式中 24
,D p P P z
z z π
=---最高燃气作用力；
;
;衬套支承长度衬套内径------b d
3、连杆杆身
连杆杆身采用典型的工字形截面。尺寸如图4-1所示。 4、连杆大头定位方式
连杆大头定位方式为舌槽定位。这种定位方式定位可靠，贴面紧密，抗剪切能力强尺寸紧凑。但要注意舌槽部位要减小应力集中，以防疲劳损坏。 5、连杆大头、小头的结构形式
连杆大头的剖面形式：从上面选取的参数70.0~65.069.0>=D
d
，所以采用斜切口。
图4-2 衬套承压面段面图
图4-1连杆杆身断面示意图
连杆盖的定位方式：斜切口连杆盖一般采用止口定位、锯齿定位。在本设计中采用止口定位 连杆小头的结构形式：由于活塞销的大小一般由活塞设计所决定，所以在连杆的设计中，应尽可能加大连杆小头衬套的承压面积以降低比压，结构设计如图4-2所示。
4.3连杆螺栓
连杆螺栓将连杆盖和连杆大头连在一起，它在工作中承受很大的冲击力，如果折断或松脱，将造成严重事故。因此，连杆螺栓为M14采用标准细牙螺纹,都采用优质合金钢40Cr 制造，并精加工和热处理特制而成。安装连杆盖拧紧连杆螺栓螺母时，要用扭力板手分2～3次交替均匀地拧紧到规定的扭矩，拧紧后为了防止连杆螺栓松动,还应可靠的锁紧。连杆螺栓损坏后绝不能用其它螺栓来代替。连杆螺栓必须用中碳合金钢制造，经调质以保证高强度。
4.4连杆轴瓦
为了减小摩擦阻力和曲轴连杆轴颈的磨损，连杆大头孔内装有瓦片式滑动轴承，简称连杆轴瓦。轴瓦分上、下两个半片。连杆轴瓦上制有定位凸键，供安装时嵌入连杆大头和连杆盖的定位槽中，以防轴瓦前后移动或转动，有的轴瓦上还制有油孔，安装时应与连杆上相应的油孔对齐。目前多采用薄壁钢背轴瓦，在其内表面浇铸有耐磨合金层。耐磨合金层具有质软，容易保持油膜，磨合性好，摩擦阻力小，不易磨损等特点。连杆轴瓦的背面有很高的光洁度。半个轴瓦在自由状态下不是半圆形，当它们装入连杆大头孔内时，又有过盈，故能均匀地紧贴在大头孔壁上，具有很好的承受载荷和导热的能力，并可以提高工作可靠性和延长使用寿命。轴瓦厚度和宽度根据《柴油机设计手册》上提供的范围分别别取2.5mm 和38mm 。
4.5连杆小头的强度计算 4.
5.1连杆小头承受的作用力
1. 连杆小头在进气和排气冲程中承受活塞组往复惯性力jn P 的拉伸，在上止点附近之值为
最大。
jn P =)1(2λω+-r m X =-2.05×0.065×162.12×(1+
210
65
)=-4585.3 N
式中：X m 为活塞组件的质量，其数值为2.05千克。 r 为曲柄半径，其值为65 毫米。 ω为曲柄半径与连杆长之比值31.0==
L
r
λ 2. 连杆小头在膨胀行程开始点所承受的压缩力 3.705403.4585101104
10)1052.80(625
=-????-=+=-π
jn F ck P P P N
式中：F P 为最高燃气作用力 3. 由于温度过盈和压配衬套而产生的力 （1） 温度过盈量
小头衬套有青铜，也可用粉末冶金代之。现以青铜衬套进行计算。
()()
0492.015041101108.155=???-?=-=?--dt T B αα 毫米
式中： B α为青铜衬套材料的热膨胀系数B α=1.8×105
-
α为钢的小头材料热膨胀系数 5
101-?=α t 为连杆小头的温升 推荐 C t ?
=200~100 取 C t ?
=150 d 为小头衬套的外径 d=41 毫米
（2）衬套与小头配合面上由总过盈量所决定的单位压力P
a
B T
MP E d d d d E d D d D d p 5.191017.13.05.38415.38411024.23.041604160410492
.0068.05
2
22
252222212
2
1
2222222=?????
????????-+++?+-+?+=
??????
????????--+++-+?+?=
μμ 式中： D 2 小头外径 D 2=60 毫米
D 小头内径 d=41 毫米 1d 衬套内径 1d =38.5 毫米 μ 泊桑系数 3.0=μ
E 连杆材料的抗拉弹性模数 E =2.24×105MP a
B E 青铜衬套的抗拉弹性模数 B E =1.17×105MP a
? 衬套装配过盈为 068.0~016.0毫米，可取 068.0=?毫米。
4.5.2由于装配过盈与温度过盈所产生的应力 1、外表面的应力
15.3441604125.192222
2
222
=-??=-=d
D d p a σ MP a 2、内表面的应力
65.53416041605.19222
22
222
2
2=-+?=-+=d
D d D p i σ MP a 许用值[]a σ和[]i σ在150~100 MP a 故属安全。
4.5.3由活塞的惯性力在连杆小头中引起的拉应力 1、当活塞在上止点时
27.240
25.2523
.458522=??=
=
=
A
r P F
P cp jn jn p σ MP a
式中：小头平均半径25.254
41
6042=+=+=
d D r cp 毫米 小头宽度 A=40 毫米
[]
58~29=p σ MP a 故安全 2、按小曲率曲杆公式计算弯矩和法向力 计算可作下述假定：
① 曲杆固定于小头和杆身的衔接处。即在连杆小头外圆和过度圆半径R 相切的位置； ② 连杆小头下部支承在刚性很大的杆身上，因而不变形；
③ 小头沿连杆的纵向对称线切开，用弯矩0M 和反向力N 代替的小头右半部的作用。 小头Ⅲ—Ⅲ剖面弯矩M 和法向力N （图4-3）。
m
N r P r N M M cp jn cp ?=?-???-?-??+=---+=-?
?
-?359.410)119cos 119(sin 25.253.45855.010)119cos 1(25.253.2186108.1)
cos (sin 5.0)cos 1(3
300φφφ
式中： 0N 、0M 为当?
=0φ断面上的轴力和弯矩。
0N 和0M 值有下列经验公式求得：
3.2186)1190008.0572.0(3.4585)0008.0572.0(0=?-?=-=οφjn P N N
m
N r P M cp jn ?=?-???=-=-?
108.110
)0297.011900033.0(25.253.4585)
0297.000033.0(3
0φ
式中：?-?-?=+++=+++=11975307517cos 902
2cos 90121R D R
H
φ
25.25=cp r 毫米 41=d 毫米 602=D 毫米
图4-3 连杆小头剖面图
N
P N N jn 6.2057)119cos 119(sin 3.45855.0119cos 3.2186)
cos (sin 5.0cos 0=-??+?=-+=?
?
?
φφφ
（3）外侧纤维应力
a
cp cp aj MP Ah
KN h r h h r M
55.11105
.9401
]6.2057936.0)5.925.252(5.95.925.25610359.42[1]
)
2(62[63=????++?+??
??=+++=σ 式中： h 为小头计算壁厚 5.92
41
6022=-=-=
d D h 毫米 系数936.040
5.21017.140)4060(1024.240
)4160(1024.25
5522=???+?-???-??=?+??=B B F E F E F E K （4）内侧纤维应力
a
cp cp ij MP Ah
KN h r h h r M
296.3105
.9401
]6.2057936.0)5.925.252(5.95.925.25610359.42[1]
)
2(62[63-=????+-?-??
??-=+---=σ
4.5.4由压缩力引起的应力
计算假定载荷在连杆小头下部成正弦分布 1、Ⅲ-Ⅲ剖面上的弯矩和法向力
)cos sin 2sin (
)cos 1(00π
πφφφφΦ
----+=cp ck cp r P r N M M 式中0M 和0N 由曲线查得
0012.00
-=cp
ck r P M m N M ?-=???-=-14.21025.253.705400012.030
0035.00
=ck
P N 9.2463.705400035.00=?=N N 弯矩)cos sin 2sin (
)cos 1(00π
φ
πφφφφ----+=cp ck cp r P r N M M
m
N ?-=-+-=--??-?-?+-=?
??--?
59.1971.2626.914.2)
119cos 119sin 07.22119sin (1025.253.7054010)119cos 1(25.259.24614.23
3
π
π法向力
N
N P N cK 1.1058)119cos 119
sin 07.22119sin (3.70540cos )cos sin 2sin (
0=--?=+--=??
?ππφπ
φ
πφφφ 2、外侧纤维应力
a
cp cp ac MP Ah
KN h r h h r M
52.26105
.9401
]1.1058936.0)5.925.252(5.95.925.2561059.192[1
]
)
2(62[63-=????++?+??
??-=+++-=σ3、内侧纤维应力
Ah
KN h r h h r M
cp cp ic 1
]
)
2(62[+--=σ a
MP 195.40105
.9401
]1.1058936.0)5.925.252(5.95.925.2561059.192[63=????+-?-??
??=4.5.5连杆小头的安全系数
)
2(212
a ac aj ac
aj n σσσψσσσσσ+++-=
-
连杆小头应力按不对称循环变化，在小头和杆身衔接处（即固定角R 处）的外侧纤维上安全系数最小。
式中： 12-σ为材料拉伸及压缩疲劳极限（材料45钢）
a MP 25019012-=-σ 取a MP 24012=-σ σψ角系数 取 33.0=σψ
62.8)
15.34252.2655.11(33.052.2655.11240
2)
2(212
=?+-?++?=+++-=
-a ac aj ac aj n σσσψσσσσσ
小头的安全系数[]σn 一般取5~5.2 故安全 4.5.6连杆小头横向直径的减少量
000776.0109.28571024.2295.503.458510)90(6
52
36
2
3=?????=?-=
??EJ d P cp jn d φ毫米 式中：9.28575.94012
1
1233=??==Ah J 2毫米
4.6连杆杆身的强度设计
1、连杆杆身最小截面（Ⅰ-Ⅰ） （1）连杆杆身在不对称交变循环载荷下工作，
它受到位于计算截面（Ⅰ-Ⅰ）以上往复惯性质量 力的拉伸及气体压力的压缩。则最大工况时的往复惯性力为：
N
r m m P p jm 9.6038)210
65
1(1.162065.0)65.005.2()
1()(2
2-=+???+-=++-=∏∏λω 式中：p m ∏为截面（Ⅰ-Ⅰ）以上连杆小头质量 （2）杆身（Ⅰ-Ⅰ）计算断面的应力
① 由于惯性力拉伸（Ⅰ-Ⅰ）计算断面处引起的应力
a jm MP F P 32.12109.49
.60384
min
min -=?-=
=
-σ
② 由于压缩力在（Ⅰ-Ⅰ）断面处所引起的应力
图4-4 连杆杆身图
N P P P jm F ck 7.690869.6038101104
10)1052.80(6251=-???
?-=+=-π
a ck MP F P 0.141109.47
.690864
min 1max =?==
-σ ③ 杆身（Ⅰ-Ⅰ）断面处的安全系数： 681.2)
32.120.141(2.032.120.141240
2)(2min max min
max 12=-++?=++-=
-σσψσσσσa n
式中：取系数2.0=ψa
12-σ为材料拉伸及压缩疲劳极限（材料45钢）
=-12σ190～250MPa 取=-12σ240MPa
由《内燃机设计手册》推荐[]5.2~5.1=n , 所以设计安全。 2、杆身中间断面的强度计算 （1）杆身中间断面的受力
（2） 杆身Ⅱ-Ⅱ断面应力的计算
① 由惯性力引起的拉应力
a cp
j
MP F P 12.21109.47
.103474
min -=?-=
=
-σ
② 由压缩力引起的应力
(a) 在摆动平面内弯曲时由压缩和纵向弯曲 所引起的合成应力按纳维-兰金公式计算
① 往复惯性力
② 压缩力
图4-5 杆身横截面图
N
r m m P m j 7.10347)
210
651(1.162065.0)5756.205.2()1()(22
-=+??+-=++-=∏∏λω ()N P P P J
Z CK 9.647777.10347101104101052.8025
=-????-=+=π
(如图4-5所示) )1(2
2max cp cp ck x F x
L c F P I +=σ
式中：L 为连杆长度，c 为系数。
0005.0~0002.02==
E
c πσ
取c =0.00035。 3.63999]20)628(3628[12
1
])([1213333=?--?=--=
I h b B BH x a x MP 82.147)109.43.6399921000035.01(10
109.49.64777226
2max
=???+??=-σ (b)垂直于摆动平面方向的应力（图4-6）
)41(2
12max
cp cp ck y F y
L
c F P I +=σ 式中：y I 为对Y 轴的惯性矩
[][
]
8.26284)628(20283612
1)(12
1
3333=-?-?=--=
I b B h HB y
1L 为连杆长度减去连杆大小头孔半径之和。
a y MP 14.189)109.48.2628445.15100035.01(10
109.49.6477722
6
2max
=????+??=σ （3）中间断面处的安全系数
47.2)
12.2182.147(2.012.2182.1472402)(2min max min max 12=-++?=++-=
-σσψσσσσσx x x n
97.1)
12.2114.189(2.012.2114.189240
2)(2min max min max 12=-++?=++-=
-σσψσσσσσy y y n
而??5.2~5.1=n 故属安全
图4-6 杆身纵截面图
4.7连杆大头盖的强度计算 4.7.1 连杆大头盖之受力
连杆大头盖在进气冲程开始即当活塞在上止点时承受往复运动质量和连杆大头的旋转质量的惯性力。
N
r m m m m P kp Ⅲk Ⅲp j 6.82741.162065.0)]6155.0929.1()3095.01)(6466.005.2[(]1[(2
2
-=??-+++-=-+++-=∏ωλ）（））（
式中：∏m 为活塞组的质量，∏m =2.05千克。 Ⅲk m =l
l l m m m m l c c )
(2'-+
=+=0.6466Kg Ⅲk m 为连杆作旋转运动的质量 c m 为曲拐几集中在曲柄销中心的当量质量；且c m =i i r m r
∑1
，
i m 是曲拐各单元的质量；i r 是各单元的旋转半径。做平面运动的连杆组，根据动力学等效性的质量，质心和转动惯量
守恒三原则进行质量换算。实际计算结果表明，3m 与2m ，1m 相比很小，为简化受力分析，常用集中在连杆小头和大头的2个质量2m ，1m 近似代替连杆，从动力学等效的头两个条件（即忽略转动惯量守恒）可得1m =
l l l m l )('-，2m =l
l m l '
式中，l m 是连杆组质量；l '是连杆组质心到小头孔中心的距离。 kp m 为连杆大头盖的质量,kp m =0.6155Kg 。
4.7.2 连杆大头盖的强度计算 1、强度计算的假定
（1） 以一定过盈安装在大头中的轴瓦和大头一起变形，这样弯矩在轴瓦和大头盖之间的分配就与二者的断面的惯性矩成正比。
（2）大头上部和大头盖沿剖分面紧密贴合,以至可将它们看成是一个整体。以大头盖中间断面（即为斜切口与轴线成ο
45角的断面）作为计算断面。而以二螺栓轴线间距的一半C/2 作为弯曲梁的曲率半径。
（3）惯性力j p 对大头盖的压力按余弦规律分布。这时计算应力与实测应力最符合。 2、由惯性力在大头盖中引起的压力（如图4-7所示）
]4
.0)1(023.0[
B B j F F W
I
I C P +++=σ 式中：
I 和B I 大头盖和轴瓦横断面的惯性矩 F 和B F 大头盖和轴瓦的横断面积 W 大头盖计算断面的抗弯断面模数 C 螺栓中心线间的距离。 C= 84毫米
按大头盖截面的简化图形求得形心轴C Y ，按公式 由C I i FY Y F ∑=∑ ， 得
C
Y 9.77017
104)12310
410(105.01122442=??-+??-?-??π
π mm Y C 31.99
.7709
.7178==
4
22423332
04.10962])31.922(102810[])31.912(1043104[3)31.922(4431.94431mm Y F J I i
i i =-??+?--??+?--+??=∑+∑=ππ W=
3max
8.86331
.92204
.5210962.1mm L I =-=
B I 为轴瓦断面惯性矩 B I =
4333.252)644(12
1
121mm Lt =?-?= 轴瓦宽度 L=44-6=38毫米 轴瓦厚度 5.2=t 厘米
a Mp 4.25]2389.7704
.08.863)
03
.109623.251(98023.0[
6.8274=?++?+??-=σ
图4-7 大头盖尺寸结构图
许用值[σ]推荐 [σ]为60～200 a Mp 故属安全。 3、连杆大头横向的直径变形
变形值不应超过连杆轴径之间的间隙
mm I I E C P B j 00759.0)
3.250
4.10962(1024.2988.82740024.0)(0024.053
3
=+???=+=σ
根据A ??C 奥尔林推荐毫米2.0~06.0=σ。
4.8连杆螺栓的强度计算 4.8.1 连杆螺栓的受力
由于连杆打头是斜切口,连杆螺栓在工作中除承受予紧力外,在上止点时还承受往复运动质量惯性力和连杆旋转质量离心力沿螺栓轴线分量之拉伸。 1、每只螺栓所受的惯性力
N P P
j j
、
5.29252
45sin 6.82742
45sin -=?-=-=
ο
ο
式中：
ο45=α——切口与轴线夹角
i=2 -——- 螺栓数
ΛN r m m m m P kp Ⅲk Ⅲk j Ⅱ6.8274]1[(2-=-+++-=ωλ）（））（连杆大头所受惯性力
2、螺栓应加的予紧力Ⅱp P
据奥尔林所著“内燃机”第二卷推荐
Ⅱp P =2～4、j P 现取Ⅱp P =4 、
j P =11702.1N
3、每只螺栓所受的拉力σP
σP =Ⅱp P +X 、
j P =12433.5N 式中: X=0.25—基本负荷系数
4.8.2 螺栓所受拉应力 1、螺栓杆身的最大拉应力
2
2
max 144
5
.124334
?=
?=
π
π
σσ
d P =80.77a Mp 式中：d=14毫米——螺栓直径
2、螺栓杆身的最小拉应力
4.8.3 螺纹所受拉应力 1、最大拉应力
a Mp d P 94.109124
5
.124334
2
2
1
max =?=
?=
π
π
σσ
式中：1d =12毫米—螺纹内径
2、最小拉应力
min σ=
47.103124
1
.117024
2
2
1
=?=
π
π
σ
d P a Mp
4.8.4 螺栓安全系数
1、 动载安全系数 σn =
m
a a K σ?σεσσ
σ
+-12
式中：B σ——拉伸强度极限； 对40r C 取a B Mp 980=σ 1-σ——静载疲劳极限； 1-σ=0.5B σ=490a Mp
12-σ——对称循环拉伸强度极限12-σ=0.7～0.91-σ 取a Mp 39281.0112==--σσ
σK ——应力集中系数； 螺栓杆身取σK =4.0， 螺纹取σK =4.5。
σε——工艺系数； σε=''?'=σσ
εε81.09.09.0=? a
Ⅱp
Mp d
p 02.7614
4
1
.117024
2
2
min =?=
=
π
π
σ
σ
ε' ——尺寸系数； σ
ε'' ——表面质量系数； a ?——角系数； a ?=
12σσσ-- =0.33，
（1）螺栓杆身安全系数 =
σn m
a a K σ?σεσσ
σ
+-12
54.1040.7833.0375.281
.04
392
=?+?=
式中： 375.2202
.7677.802
min
max =-=-=
σσσa a Mp
40.78202
.7677.802
min
max =+=
+=
σσσm a Mp
（2）螺栓安全系数 σn m
a a K σ?σεσσ
σ
+=
-12
66.7705.10633.0235.381
.04
392
=?+?=
式中： 235.32
47
.10394.1092
min
max =-=
-=
σσσa a Mp
705.106=m σa Mp 2、 静载安全系数
（1）螺栓杆身安全系数 σn =
m
a K σσεσσ
σ
+-12
=
44.540.78375.281
.04
490
=+?
（2）螺栓安全系数 σn =
m
a K σσεσσ
σ
+-12
=
10.4705.1065481
.04
490
=+?
据斯捷潘诺夫
所著《汽车拖拉机发动机结构与计算》]
6[推荐螺栓各部安全系数σn ＞2为宜。现计算所得
均大于2，故设计安全。
matlab(四连杆优化设计)
机械优化设计在matlab中的应用 东南大学机械工程学院** 一优化设计目的： 在生活和工作中，人们对于同一个问题往往会提出多个解决方案，并通过各方面的论证从中提取最佳方案。最优化方法就是专门研究如何从多个方案中科学合理地提取出最佳方案的科学。由于优化问题无所不在，目前最优化方法的应用和研究已经深入到了生产和科研的各个领域，如土木工程、机械工程、化学工程、运输调度、生产控制、经济规划、经济管理等，并取得了显著的经济效益和社会效益。 二优化设计步骤： 1.机械优化设计的全过程一般可以分为如下几个步骤： 1)建立优化设计的数学模型； ' 2)选择适当的优化方法； 3)编写计算机程序； 4)准备必要的初始数据并伤及计算； 5)对计算机求得的结果进行必要的分析。 其中建立优化设计数学模型是首要的和关键的一步，它是取得正确结果的前提。优化方法的选取取决于数学模型的特点，例如优化问题规模的大小，目标函数和约束函数的性态以及计算精度等。在比较各种可供选用的优化方法时，需要考虑的一个重要因素是计算机执行这些程序所花费的时间和费用，也即计算效率。 2.建立数学模型的基本原则与步骤 ①设计变量的确定； 设计变量是指在优化设计的过程中，不断进行修改，调整，一直处于变化的参数称为设计变量。设计变量的全体实际上是一组变量，可用一个列向量表示： - x=。 ②目标函数的建立； 选择目标函数是整个优化设计过程中最重要的决策之一。当对某以设计性能有特定的要求，而这个要求有很难满足时，则针对这一性能进行优化会得到满意的效果。目标函数是设计变量的函数，是一项设计所追求的指标的数学反映，因此它能够用来评价设计的优劣。 目标函数的一般表达式为： f(x)=，要根据实际的设计要求来设计目标函数。 ③约束条件的确定。 一个可行性设计必须满足某些设计限制条件，这些限制条件称为约束条件，简称约束。 由若干个约束条件构成目标函数的可行域，而可行域内的所有设计点都是满足设计要求的，一般情况下，其设计可行域可表示为 …
平面连杆机构及其设计与分析
第二章平面连杆机构及其设计与分析 §2-1 概述 平面连杆机构（全低副机构）:若干刚性构件由平面低副联结而成的机构。 优点： （1）低副，面接触，压强小，磨损少。 （2）结构简单，易加工制造。 （3）运动多样性，应用广泛。 曲柄滑块机构：转动－移动 曲柄摇杆机构：转动－摆动 双曲柄机构：转动－转动 双摇杆机构：摆动－摆动 （4）杆状构件可延伸到较远的地方工作（机械手） （5）能起增力作用（压力机） 缺点： （1）主动件匀速，从动件速度变化大，加速度大，惯性力大，运动副动反力增加，机械振动，宜于低速。 （2）在某些条件下，设计困难。 §2-2平面连杆机构的基本结构与分类 一、平面连杆机构的基本运动学结构 铰链四杆机构的基本结构 1．铰链四杆机构 所有运动副全为回转副的四杆机构。 AD－机架 BC－连杆 AB、CD－连架杆 连架杆：整周回转－曲柄 往复摆动－摇杆
2．三种基本型式 （1）曲柄摇杆机构 定义：两连架杆一为曲柄，另一为摇杆的铰链四杆机构。 特点：?、β0～360°, δ、ψ＜360° 应用：鳄式破碎机缝纫机踏板机构揉面机 （2）双曲柄机构 定义：两连架杆均作整周转动的铰链四杆机构。 由来：将曲柄摇杆机构中曲柄固定为机架而得。 应用特例：双平行四边形机构（P35），天平 反平行四边形机构（P45） 绘图机构 （3）双摇杆机构 定义：两连架杆均作往复摆动的铰链四杆机构。 由来：将曲柄摇杆机构中摇杆固定为机架而得。 应用：翻台机构，夹具，手动冲床 飞机起落架，鹤式起重机 二．铰链四杆机构具有整转副和曲柄存在的条件 上述机构中，有些机构有曲柄，有些没有曲柄。机构有无曲柄，不是唯一地由取哪个构件为机架决定，机构有曲柄的首要条件是：机构中各构件长度间应满足一定的尺寸关系，该条件是首要条件。 然后，再看以哪个构件作为机架。
框架结构设计步骤
砼框架结构设计手算步骤 一．确定结构方案与结构布置 1．结构选型是否选用框架结构应先进行比较。根据何广乾的模糊评判法，砼结构8~18层首选框剪结构，住宅、旅馆则首选剪力墙。对于不需要电梯的多层采用框架较多。 2．平面布置注意L,l,l’,B的关系。 3．竖向布置注意高宽比、最大高度（分A、B两大类，B类计算和构造有更严格的要求），力求规则，侧向刚度沿竖向均匀变化。 4．三缝的设置按规范要求设置，尽量做到免缝或三缝合一。 5．基础选型对于高层不宜选用独立基础。但根据国勤兄的经验，对于小高层当地基承载力标准值300kpa 以上时可以考虑用独基。 6．楼屋盖选型 高层最好选用现浇楼盖 1）梁板式最多的一种形式。有时门厅，会议厅可布置成井式楼盖，其平面长宽比不宜大于1.5，井式梁间距为2.5~3.3m，且周边梁的刚度强度应加强。采用扁梁高度宜为1/15~1/18跨度，宽度不超过柱宽50，最好不超过柱宽。 2）密肋梁方形柱网或接近方形，跨度大且梁高受限时常采用。肋梁间距1~1.5m，肋高为跨度的1/30~1/20，肋宽150~200mm。 3）无梁楼盖地震区不宜单独使用，如使用应注意可靠的抗震措施，如增加剪力墙或支撑。 4）无粘结预应力现浇楼板一般跨度大于6m，板厚减薄降低层高，在高层中应用有一定技术经济优势。在地震区应注意防止钢筋端头锚固失效。 5）其他 二．初步确定梁柱截面尺寸及材料强度等级 1．柱截面初定分抗震和非抗震两种情况。对于非抗震，按照轴心受压初定截面。对于抗震，Ac=N/(a*fc) N=B*F*Ge*n B=1.3（边柱），1.2（等跨中柱），1.25（不等跨中柱）Ge=12~15kN/m2 a为轴压比fc为砼抗压强度设计值F为每层从属面积n为层数。框架柱上下截面高度不同时，每次缩小100~150为宜。为方便尺寸标注修改，边柱一般以墙中心线为轴线收缩，中柱两边收缩。柱截面与标号的变化宜错开。 2．梁截面初定梁高为跨度的1/8~1/14，梁宽通常为1/2~1/3梁高。其余见前述。对于宽扁梁首先应注意满足挠度要求，否则存在梁板协调变形的复杂内力分析问题。梁净跨与截面高度之比不宜小于4。框架梁宽不宜小于1/2柱宽，且不小于250mm。框架梁的截面中心线宜与柱中心线重合，当必须偏置时，同一平面内的梁柱中心线间的偏心距不宜大于柱截面在该方向的1/4。 3．砼强度等级一级现浇不低于C30，其余不低于C20。 三．重力荷载计算 1．屋面及楼面永久荷载标准值分别计算各层 2．屋面及楼面可变荷载标准值 3．梁柱墙门窗重力计算 4．重力荷载代表值=自重标准值+可变荷载组合值+上下各半层墙柱等重量 可变荷载组合值系数：雪、屋面积灰为0.5，屋面活荷载不计，按实际考虑的各楼面活荷载为1。将各层代表值集中于各层楼面处。 四．框架侧移刚度计算 计算梁柱线刚度，计算各层D值，判断是否规则框架。分别计算框架纵横两个方向。 五．计算自振周期 T1=（0.6或0.7）X1.7Xsqrt(Ut) Ut___假想把集中在各层楼面处的重力荷载代表值作为水平荷载而算得的结构顶点位移。0.6或0.7为考虑填充墙的折减系数。对于带屋面局部突出的房屋，Ut应取主体结构顶点位移，而不是突出层位移。此时将
平面连杆机构优化设计
平面连杆机构优化设计 一、问题描述 平面连杆机构是由所有构件均由低副连接而成的机构，四杆机构是最常用的平面连杆机构。一般情况下，四杆机构只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，精确设计较为复杂。在四杆机构中，若两连架杆中的一个是曲柄，另一个是摇杆，则该机构为曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构可将曲柄的连续转动转变为摇杆的往复摆动。 设计一曲柄摇杆机构(如图1所示)。已知曲柄长度l 1=100mm ，机架长度l 4=500mm 。摇杆处于右极限位置时，曲柄与机架的夹角为φ0，摇杆与机架的夹角为ψ0。在曲柄转角φ从φ0匀速增至φ0+90°的过程中，要求摇杆转角()200π 32 ??ψψ-+ =。为防止从动件卡死，连杆与摇杆的夹角γ只允许在45°~135°范围内变化。 图1 机构运动简图 二、基本思路
四杆机构的设计要求可归纳为三类，即满足预定的连杆位置要求、满足预定的运动规律要求、满足预定的轨迹要求。本案例中，要求曲柄作等速转动时，摇杆的转角满足预定运动规律()00E π 32 ??ψψ-+ =。优化设计时，通常无精确解，一般采用数值方法得到近似解。本案例将机构预定的运动规律与实际运动规律观测量之间的偏差最小设为目标，由此建立优化设计数学模型，并运用MATLAB 优化工具箱的相关函数进行求解。 三、要点分析 优化设计数学模型的三要素包括设计变量、目标函数和约束条件。依次确定三要素后，编写程序进行计算。 1.设计变量的确定 通常将机构中的各杆长度，以及摇杆按预定运动规律运动时，曲柄所处的初始位置角φ0列为设计变量，即 T 04321T 54321)()(?l l l l x x x x x ==X (1) 考虑到机构各杆长按比例变化时，不会改变其运动规律，因此在计算可取l 1为单位长度，而其他杆长则按比例取为l 1的倍数。若曲柄的初始位置对应摇杆的右极限位置，则φ0及ψ0均为杆长的函数，即 4 212 32 42210)(2)(cos arc l l l l l l l +-++=?(2)
毕业设计手算计算书基本步骤模板1
1 建筑设计 1.1 建筑方案的比选与确定 根据毕业设计任务书的要求，在参观了一些办公大楼的基础上，我先后做出了三个方案，经过初选，摈弃方案三，现将方案一与方案二做一比较，以此确定最终的建筑设计方案。 1.1.1建筑功能比较 由于此保险公司办公楼要求有营业大厅，故可以采用两种方式，一种是将营业大厅单独设置在一边，即采用裙楼的方式，主楼办公区8层，裙楼2层，这样功能划分明确，且建筑物有错落感，外形美观，但结构布置和计算麻烦些；另一种则用对称的柱网，一楼设置营业大厅，与办公区2－8层的布置不同，这样主要的问题就是底层的功能划分了，考虑方便，美观，防火等，此方案绘图和计算相对容易些，考虑到是初次设计完整的一栋框架结构，主要目的是掌握思想方法，故采用方案2，柱网完全采用对称布置。关于底层平面的布置的问题又有如下两种方案： 方案一建筑底层平面布置完全对称，这样有利于引导人流，且外形较好，里面效果好，现浇整体布局较为紧凑，便于设计计算和施工；由于底层有大型的营业大厅，而且要求与办公区隔离，该方案楼梯布置比较困难，若分两边布置，则使建筑无门厅主楼梯，不利于交通组织，将其因为对称布局带来的优势丧失，且将对电梯的布置带来问题；若于中门厅处布置一部主楼梯，则为了防火需要（以防形成“袋形走廊”），要在建筑两侧加设防火楼梯与防火出口，造成不经济，且将楼梯置于建筑两头不利于抗震设计。 方案二建筑底层平面非对称布置，可能导致交通组织不明确，但在设置两个入口后问题得到解决，营业大厅不布置在中间，而是放在最右边，有其单独的入口，中间用一道门即可与办公区的门厅隔离，达到设计要求。该方案楼梯布置较为合理，于门厅布置主楼梯一部，通向楼顶，设置防火卷门，即起到消防楼梯的作用，引导人流且同两部电
平面连杆机构及其设计答案
第八章平面连杆机构及其设计 一、填空题： 1.平面连杆机构是由一些刚性构件用转动副和移动副连接组成的。 2.在铰链四杆机构中，运动副全部是低副。 3.在铰链四杆机构中，能作整周连续回转的连架杆称为曲柄。 4.在铰链四杆机构中，只能摆动的连架杆称为摇杆。 5.在铰链四杆机构中，与连架杆相连的构件称为连杆。 6.某些平面连杆机构具有急回特性。从动件的急回性质一般用行程速度变化系数表示。 7.对心曲柄滑块机构无急回特性。 8.平行四边形机构的极位夹角θ=00，行程速比系数K= 1 。 9.对于原动件作匀速定轴转动，从动件相对机架作往复直线运动的连杆机构，是否有急回 特性，取决于机构的极位夹角是否为零。 10.机构处于死点时，其传动角等于0?。 11.在摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件，该机构的压力角α=00。 12.曲柄滑块机构，当以滑块为原动件时，可能存在死点。 13.组成平面连杆机构至少需要 4 个构件。 二、判断题： 14.平面连杆机构中，至少有一个连杆。（√） 15.在曲柄滑块机构中，只要以滑块为原动件，机构必然存在死点。（√） 16.平面连杆机构中，极位夹角θ越大，K值越大，急回运动的性质也越显著。（√） 17.有死点的机构不能产生运动。（×） 18.曲柄摇杆机构中，曲柄为最短杆。（√） 19.双曲柄机构中，曲柄一定是最短杆。（×） 20.平面连杆机构中，可利用飞轮的惯性，使机构通过死点位置。（√） 21.在摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件，则机构的极位夹角与导杆的最大摆角相等。 （√） 22.机构运转时，压力角是变化的。（√） 三、选择题：
23.铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和 A 其他两杆之和。 A ≤ B ≥ C > 24.铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和，而 充分条件是取 A 为机架。 A 最短杆或最短杆相邻边 B 最长杆 C 最短杆的对边。 25.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 B 为机架时， 有两个曲柄。 A 最短杆相邻边 B 最短杆 C 最短杆对边。 26.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 A 为机架时， 有一个曲柄。 A 最短杆相邻边 B 最短杆 C 最短杆对边。 27.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 C 为机架时， 无曲柄。 A 最短杆相邻边 B 最短杆 C 最短杆对边。 28.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和 B 其余两杆长度之和，就一定是双摇杆 机构。 A < B > C = 29.对曲柄摇杆机构，若曲柄与连杆处于共线位置，当 C 为原动件时，此时机构处在死点位 置。 A 曲柄 B 连杆 C 摇杆 30.对曲柄摇杆机构，若曲柄与连杆处于共线位置，当 A 为原动件时，此时为机构的极限 位置。 A 曲柄 B 连杆 C 摇杆 31.对曲柄摇杆机构，当以曲柄为原动件且极位夹角θ B 时，机构就具有急回特性。 A <0 B >0 C =0 32.对曲柄摇杆机构，当以曲柄为原动件且行程速度变化系数K B 时，机构就具有急 回特性。 A <1 B >1 C =1 33.在死点位置时，机构的压力角α= C 。 A 0 o B 45o C 90o 34.若以 B 为目的，死点位置是一个缺陷，应设法通过。 A 夹紧和增力B传动 35.若以 A 为目的，则机构的死点位置可以加以利用。 A 夹紧和增力；B传动。
东南大学建筑结构设计复试
趁还有点印象赶紧回忆下卷子吧要知道东大的复试卷子很难搞到 《建筑结构设计》 40分选择+20分填空+90分计算去年也是这个分布 选择都出自第三册上的选择题。注意一点，第三册上的选择题有些答案是第一册和第三册找不到了，不过今年也没考 填空也算是源自第三册选择吧，一条是根据建筑层标高算结构标高。一条是算个剪力，一条是算准永久组合和频遇组合 一条是数框剪结构的柱，墙，结构的个数。还算好，把第三册选择搞搞清楚就差不多 计算题共3条，每条30分。每一题有3问。 第一题类似于第三册水平结构那章的第2个例题，砌体结构加了个钢梁进行验算，但多了内容 第一问，钢梁与楼板无有效连接件。验算钢梁的强度，整体稳定，挠度 第2问，高厚比，还有啥的忘了 第2问，告诉你边跨跨内，支座配筋，验算楼板强度和裂缝 第二题是和第三册竖向结构那章的那个框架结构改造类似，但也复杂了 柱有牛腿，加了吊车梁，柱也是变截面。然后去掉吊车，将一梁搁在牛腿上，就和例题改造方案一类似 问题1：判断牛腿是否满足要求，通过算Dmax 问题2，画竖向荷载的内力图 问题3，算水平力下的位移 第三题，框架剪力墙 跟第一册书上例题差不多，我还以为不会考这么复杂 第1问，分别算框架，剪力墙分别受水平侧向荷载下得位移。框剪的位移15‘ 第2问，说明框架的最大层间位移的位置，剪力墙，，框剪的最大层位移的位置5‘ 第3问，当只有顶部有一根刚性连杆的时候，计算体系水平侧位移 题外话：对于外校生来说，建筑结构设计的卷子真的很难搞到手。我百度了很久，淘宝了很久，花了95大洋才弄了几张不知道是何年马月的期末卷子，还不全。郁闷，真烧钱。但这不代表东大的卷子真的就无迹可寻，只不过只在同学间流传，没公布到网上。所以如果你有学长朋友之类的，去问问吧。弄到一份卷子，你就赚了。至于像俺一样的外校，且无熟人，那只好老老实实的了。 复试中的面试 哎，复试的笔试加面试简直是让我郁闷透了。不知道最后个结果会怎么样。反正个人感觉很糟糕。提醒大家一下吧。专业面试也不是漫天随便问的，都是根据个人情况进行的。比如如果你本科学的桥梁，那就会问你个桥梁的问题。如果你工作过，问你干过哪些工程，顺带问这些工作方向的专业问题。所以，大家之前得想好，崩自我介绍的时候乱吹，否则问的问题范围会很大。至于英语面试，不谈了，英语一直是哥的痛。我就不信我整不好英语。 《结构力学》结构力学你想考多少分？130吗？那我劝你赶紧再把目标提高点吧。考140不是难事。要知道，东大的结构力学的出题并不灵活，题型从05年以后很固定。即便是08年，上面的题也该要掌握的。还有，东大土木今年上400分的好像有18个吧。你不在专业课上捞点分，难不成指望英语，数学这种每年一变的科目？况且专业课考140又没捞多少
平面连杆机构的优化设计教案
平面连杆机构的优化设计 【教学目标】 1.了解连杆机构优化设计的一般步骤 2.掌握连杆机构优化设计的方法 【教学重点】 1.掌握连杆机构优化设计的方法 【教学难点】 1.掌握连杆机构优化设计的方法 【教学准备】 多媒体课件、直尺、圆规。 【教学过程】 一、以工程实际案例引入课题 实例1：飞机起落架（结合最近美国波音飞机频繁失事的新闻） 实例2：汽车雨刮器 说明：平面连杆机构的实用在生产生活中随处可见，是机械设计当中常见的一种机构。 二、定义回顾 【提问】平面四杆机构的基本形式有哪些？ 【预设】机械原理是本科第四学期的课程，学生可能记不全，要引导性地带大家回忆。 【答案】曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构 三、回顾以前所学习的连杆机构设计方法，对比引入优化设计。 新课教授 一、曲柄摇杆机构再现已知运动规律的优化设计
1.设计变量的确定 决定机构尺寸的各杆长度，以及当摇杆按已知运动规律开始运动时，曲柄所处的位置角φ0 为设计变量。 [][] 1234512340T T x x x x x x l l l l ?== 考虑到机构的杆长按比例变化时，不会改变其运动规律，因此在计算时常l 1=1 ， 而其他杆长按比例取为l 1 的倍数。 ()()22212430124arccos 2l l l l l l l ???++-=??+???? ()221243034arccos 2l l l l l l ψ??+--=?????? 经分析后，只有三个变量为独立的： [][] 123234T T x x x x l l l == 2.目标函数的建立 目标函数可根据已知的运动规律与机构实际运动规律之间的偏差最小为指标来建立，即
平面连杆机构及其设计(参考答案)
一、填空题： 1．平面连杆机构是由一些刚性构件用低副连接组成的。 2．由四个构件通过低副联接而成的机构成为四杆机构。 3．在铰链四杆机构中，运动副全部是转动副。 4．在铰链四杆机构中，能作整周连续回转的连架杆称为曲柄。 5．在铰链四杆机构中，只能摆动的连架杆称为摇杆。 6．在铰链四杆机构中，与连架杆相连的构件称为连杆。 7．某些平面连杆机构具有急回特性。从动件的急回性质一般用行程速度变化系数表示。 8．对心曲柄滑快机构无急回特性。9．偏置曲柄滑快机构有急回特性。 10．对于原动件作匀速定轴转动，从动件相对机架作往复运动的连杆机构，是否有急回特性，取决于机构的极位夹角是否大于零。 11．机构处于死点时，其传动角等于０。12．机构的压力角越小对传动越有利。 13．曲柄滑快机构，当取滑块为原动件时，可能有死点。 14．机构处在死点时，其压力角等于９０o。 15．平面连杆机构，至少需要４个构件。 二、判断题： 1．平面连杆机构中，至少有一个连杆。（√） 2．平面连杆机构中，最少需要三个构件。（×） 3．平面连杆机构可利用急回特性，缩短非生产时间，提高生产率。（√） 4．平面连杆机构中，极位夹角θ越大，K值越大，急回运动的性质也越显著。（√） 5．有死点的机构不能产生运动。（×） 6．机构的压力角越大，传力越费劲，传动效率越低。（√） 7．曲柄摇杆机构中，曲柄为最短杆。（√） 8．双曲柄机构中，曲柄一定是最短杆。（×） 9．平面连杆机构中，可利用飞轮的惯性，使机构通过死点位置。（√） 10．平面连杆机构中，压力角的余角称为传动角。（√） 11．机构运转时，压力角是变化的。（√） 三、选择题： 1．铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和 A 其他两杆之和。 A <=； B >=； C > 。 2．铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和，而充分条件是取 A 为机架。 A 最短杆或最短杆相邻边； B 最长杆； C 最短杆的对边。3．铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 B 为机架时，有两
建筑结构设计步骤
1、首先是柱网的布置，这一阶段你可以理解为概念设计，你要大概确定哪些位置需要布置柱，如果是某些对室内空间有要求的建筑，比如住宅，你还需要确定是布矩形柱还是L型柱或者T型柱，这一阶段你可以先不确定柱的尺寸，只要先确定哪些位置需要布置柱就行了。具体怎么布你需要查一查规范，这个我在这里也很难说清楚，一般主要是首先在保证结构尽量规整（比如框架尽可能要形成闭合体系，就是围成一个矩形）的基础上，根据建筑的使用要求再进行调整（比如有的地方不能放柱）。 2、确定梁的位置。一般没意外的话墙下尽可能要有梁，柱网没有形成闭合体系的地方要通过梁把两个闭合体系连接成一个整体，楼板跨度过大的地方要设置次梁，楼板开洞处板洞要用梁围合，梁不能凭空搭接，梁的两端要么搭在柱上，要么搭在别的梁上。以上两部分算概念设计，确实有规范可循，但主要靠经验，你可以查一查《建筑抗震设计规范》、《混凝土结构设计规范》 3、梁柱尺寸的确定，柱截面尺寸估算你可以根据轴压比公式来估算，不会的话百度下很多的，比较长我不细说了。梁高主要根据跨度取，我也不说多复杂了，主梁一般取1/10不到，次梁取1/12，梁宽你一般取200~350之间，高宽比最好不要大于2，主梁你可以外围的梁取250宽，中部的取300，次梁取200~250，比如一块7*9最边上的板，外部9米长的跨度部分取800*250，内部的取800*300,7米跨度部分外部的取600*250，内部的取600*300,9米跨一半的地方搭根次梁取500*250。 4、建模，其实前面3点已经是在PKPM里建模做了，第四部主要是加荷载，比如墙的重量转化成梁上的线荷载，板上的面层转化成楼面恒载等等，具体不细说了。然后楼层组装，设定建筑的一些系数，最后去SATWE里计算，然程序自动给你配筋 5、出施工图了，用梁平法和柱平法把施工图出出来让后根据制图规范改吧。 6、JCCAD里做基础，地质报告看看好，系数设好，布基础、地梁，导荷载，然后自动计算，写了好多了也不细说了，主要在1、2、3里给你讲下最开始怎么从梁柱的布置入手。 一、起因 与钢、混凝土、砌体等材料相比,土属于大变形材料,当荷载增加时,随着地基变形的相应增长,地基承载力也在逐渐加大,很难界定出一个真正的“极限值”,而根据现有 理论的、半理论半经验的或经验的承载力计算公式,可以得出不同的值。因此,地基极限承载力的确定,实际上没有一个可以通用的界定标准,也没有一个可以适用于一切土类的计算公式,主要依赖于根据工程经验所定下的界限和相应的安全系数加以调整,考虑一个满足工程要求的地基承载力值。它不仅与土质、土层埋藏顺序有关,而且与基础底面的形状、大小、埋深、上部结构对变形的适应程度、地下水位的升降、地区经验的差别等等有关,不能作为土的工程特性指标。 另一方面,建筑物的正常使用应满足其功能要求,常常是承载力还有潜力可挖,而变形已达到或超过正常使用的限值,也就是由变形控制了承载力。以往的工程实践证明,绝大多数地基事故皆由地基变形过大且不均匀造成。 因此,根据传统习惯,地基设计所选用的承载力通常是在保证地基稳定的前提下,使建筑
建筑结构设计计算步骤探讨
新的建筑结构设计规范在结构可靠度、设计计算、配筋构造方面均有重大更新和补充，特别是对抗震及结构的整体性，规则性作出了更高的要求，使结构设计不可能一次完成。如何正确运用设计软件进行结构设计计算，以满足新规范的要求，是每个设计人员都非常关心的问题。以SATW软件为例，进行结构设计计算步骤的讨论，对一个典型工程而言，使用结构软件进行结构计算分四步较为科学。 1．完成整体参数的正确设定 计算开始以前，设计人员首先要根据新规范的具体规定和软件手册对参数意义的描述，以及工程的实际情况，对软件初始参数和特殊构件进行正确设置。但有几个参数是关系到整体计算结果的，必须首先确定其合理取值，才能保证后续计算结果的正确性。这些参数包括振型组合数、最大地震力作用方向和结构基本周期等，在计算前很难估计，需要经过试算才能得到。 （1）振型组合数是软件在做抗震计算时考虑振型的数量。该值取值太小不能正确 反映模型应当考虑的振型数量，使计算结果失真；取值太大，不仅浪费时间，还可能使计算结果发生畸变。《高层建筑混凝土结构技术规程》5.1.13-2 条规定，抗震计算时，宜考虑平扭藕联计算结构的扭转效应，振型数不宜小于15，对多塔结构的振型数不应小于塔楼的9 倍，且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90％。一般而言，振型数的多少于结构层数及结构自由度有关，当结构层数较多或结构层刚度突变较大时，振型数应当取得多些，如有弹性节点、多塔楼、转换层等结构形式。振型组合数是否取值合理，可以看软件计算书中的x， y 向的有效质量系数是否大于0.9 。具体操作是，首先根据工程实际情况及设计经验预设一个振型数计算后考察有效质量系数是否大于0.9 ，若小于0.9 ，可逐步加大振型个数，直到x,y 两个方向的有效质量系数都大于0.9 为止。必须指出的是，结构的振型组合数并不是越大越好，其最大值不能超过结构得总自由度数。例如对采用刚性板假定得单塔结构，考虑扭转藕联作用时，其振型不得超过结构层数的3 倍。如果选取的振型组合数已经增加到结构层数的3倍，其有效质量系数仍不能满足要求，也不能再增加振型数，而应认真分析原因，考虑结构方案是否合理。 （2）最大地震力作用方向是指地震沿着不同方向作用，结构地震反映的大小也各不相同，那么必然存在某各角度使得结构地震反应值最大的最不利地震作用方向。设计软件可以自动计算出最大地震力作用方向并在计算书中输出，设计人员如发祥该角度绝对值大于15 度，应将该数值回填到软件的“水平力与整体坐标夹角”选项里并重新计算，以体现最不利地震作用方向的影响。 （3）结构基本周期是计算风荷载的重要指标。设计人员如果不能事先知道其准确值，可以保留软件的缺省值，待计算后从计算书中读取其值，填入软件的“结构基本周期”选项，重新计算即可。 上述的计算目的是将这些对全局有控制作用的整体参数先行计算出来，正确设置，否则其后的计算结果与实际差别很大。 2. 确定整体结构的合理性 整体结构的科学性和合理性是新规范特别强调内容。新规范用于控制结构整体性的
03平面连杆机构优化设计
案例3 平面连杆机构优化设计 一、问题描述 平面连杆机构是由所有构件均由低副连接而成的机构，四杆机构是最常用的平面连杆机构。一般情况下，四杆机构只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，精确设计较为复杂。在四杆机构中，若两连架杆中的一个是曲柄，另一个是摇杆，则该机构为曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构可将曲柄的连续转动转变为摇杆的往复摆动。 设计一曲柄摇杆机构(如图1所示)。已知曲柄长度l 1=100mm ，机架长度l 4=500mm 。摇杆处于右极限位置时，曲柄与机架的夹角为φ0，摇杆与机架的夹角为ψ0。在曲柄转角φ从φ0匀速增至φ0+90°的过程中，要求摇杆转角()200π 32 ??ψψ-+ =。为防止从动件卡死，连杆与摇杆的夹角γ只允许在45°~135°范围内变化。 图1 机构运动简图 二、基本思路 四杆机构的设计要求可归纳为三类，即满足预定的连杆位置要求、满足预定的运动规律要求、满足预定的轨迹要求。本案例中，要求曲柄作等速转动时，摇杆的转角满足预定运动规律()00E π 32 ??ψψ-+ =。优化设计时，通常无精确解，一般采用数值方法得到近似解。本案例将机构预定的运动规律与实际运动规律观测量之间的偏差最小设为目标，由此建立优化设计数学模型，并运用MA TLAB 优化工具箱的相关函数进行求解。 三、要点分析 优化设计数学模型的三要素包括设计变量、目标函数和约束条件。依次确定三要素后，编写程序进行计算。
1.设计变量的确定 通常将机构中的各杆长度，以及摇杆按预定运动规律运动时，曲柄所处的初始位置角φ0列为设计变量，即 T 04321T 54321)()(?l l l l x x x x x ==X (1) 考虑到机构各杆长按比例变化时，不会改变其运动规律，因此在计算可取l 1为单位长度，而其他杆长则按比例取为l 1的倍数。若曲柄的初始位置对应摇杆的右极限位置，则φ0及ψ0均为杆长的函数，即 4 212 32 42210)(2)(cos arc l l l l l l l +-++=? (2) 4 32 32 422102)(cos arc l l l l l l --+=ψ (3) 因此，设计变量缩减为3个独立变量，即 T 432T 321)()(l l l x x x ==X (4) 2.目标函数的建立 以机构预定的运动规律观测量ψE i 与实际运动规律观测量ψi 之间的偏差平方和最小为指标来建立目标函数，即 min )()(1 2E →-=∑=m i i i f ψψX (5) 式中，m 为输入角的等分数；ψE i 为预期输出角，ψE i=ψE (φi )；ψi 为实际输出角。由图2可知： ? ? ?<≤+-<≤--=)π2π(π) π0(πi i i i i i i ?βα?βαψ (6) 32 22322arccos l l l i i i ρρα-+= (7) 42 12422arccos l l l i i i ρρβ-+= (8) i i l l l l ?ρcos 2412421-+= (9)
哈工大机械原理考研-第2章 连杆机构分析与设计(理论部分)
第2章连杆机构分析和设计 2.1内容要求 1.掌握平面四杆机构的基本型式、特点及其演化方法。 2.熟练掌握和推导铰链四杆机构曲柄存在条件，并灵活运用来判断铰链四杆机构的类型； 掌握曲柄滑块机构及导杆机构等其他四杆机构的曲柄存在条件的推导过程。 3.掌握平面四杆机构的压力角、传动角、急回运动、极位夹角、行程速比系数、等基本概 念；掌握连杆机构最小传动角出现的位置及计算方法；掌握极位夹角与行程速比系数的关系式；掌握掌握死点在什么情况下出现及死点位置在机构中的应用。 4.掌握速度瞬心的概念及如何确定机构中速度瞬心的数目；掌握“三心定理”并应用“三 心定理”确定机构中速度瞬心的位置及对机构进行速度分析。 5.了解建立Ⅰ级机构、RRR杆组、RRP杆组、RPR杆组、PRP杆组、RPP杆组的运动分 析数学模型；掌握相对运动图解法及杆组法机构运动分析的方法。 6.掌握移动副、转动副中摩擦力的计算和自锁问题的讨论；掌握计及摩擦时平面连杆机构 受力分析的方法；掌握计算机械效率的几种方法；掌握从机械效率的观点研究机械自锁条件的方法和思想。 7.掌握平面四杆机构的运动特征及其设计的基本问题；了解“函数机构”、“轨迹机构”、 “导引机构”的设计思想、方法；掌握按给定行程速比系数设计四杆机构的方法。 2.2内容提要 一、本章重点 本章重点是铰链四杆机构曲柄存在条件，并灵活运用来判断铰链四杆机构的类型；连杆机构最小传动角出现的位置及计算方法；速度瞬心法对机构进行速度分析；计及摩擦时平面连杆机构受力分析的方法；按给定行程速比系数设计四杆机构的方法。 1．平面四杆机构的基本型式及其演化型式 平面四杆机构的基本型式是平面铰链四杆机构。在此机构中，与机架相联的构件称为连架杆；能作整周回转的连架杆称为曲柄，而不能作整周回转的连架杆称为摇杆；与机架不相连的中间构件称为连杆。能使两构件作整周相对转动的转动副称为周转副；而不能作整周相对转动的转动副称为摆转副。平面铰链四杆机构又根据两连架杆运动形式不同分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构及双摇杆机构。 平面四杆机构的演化型式是在平面铰链四杆机构的基础上，通过一些演化方法演化而成其他型式的四杆机构。平面四杆机构的演化方法有： （1）改变构件的形状及运动尺寸； （2）改变运动副尺寸； （3）取不同构件为机架。
平面连杆机构及其设计
第4章平面连杆机构及其设计 教学目标： 平面连杆机构是由一些简称“杆”的构件通过平面低副相互连接而成，故又称平面低副机构。平面连杆机构被广泛地应用，近年来，随着电子计算机应用的普及，设计方法的不断改进，平面连杆机构的应用范围还在进一步扩大。本章的教学将使读者了解平面连杆机构的基本形式及其演化过程；对平面四杆机构的一些基本知识(包括曲柄存在的条件、急回运动及行程速比系数、传动角及死点、运动的连续性等)有明确的概念；能按已知连杆三位置、两连架杆三对应位置、行程速比系数等要求设计平面四杆机构。 教学重点和难点： ●平面四杆机构的一些基本知识； ●按已知连杆三位置、两连架杆三对应位置、行程速比系数等要求设计平面四杆 机构。 案例导入： 我们知道，用三根木条钉成的木框是稳定的，即使把钉子换成转动副(铰链)，三角形也不会运动。而用四根木条钉成的木框是不稳固的，如果把钉子换成铰链，四边形即可以运动了。依此类推，五边形等也都是可以运动的(图4-1)。因此我们说：三角形是不能运动的最基本图形，而四边形是能运动的最基本图形。把四边形各顶点装上铰链，把一边作为机架，即构成平面四杆机构。因此，四杆机构是最基本的连杆机构。复杂的多杆机构(多边形)也可由其组成。通过本章的学习，读者将了解这种最基本机构的特性，认识这类机构千变万化的应用并掌握其设计方法。 图4-1 三角形和四杆机构 4.1铰链四杆机构的基本形式及应用 连杆机构的优点是运动副为面接触，压强较小、磨损较轻、便于润滑，故可承受较大载荷；低副几何形状简单，加工方便；能实现轨迹较复杂的运动，因此，平面连杆机构在各种机器及仪器中得到广泛应用。其缺点是运动副的制造误差会使误差累积较大，致使惯
直墙拱结构的设计计算步骤及实例-原稿
中国矿业大学力学与建筑工程学院 2014~2015学年度第二学期《地下建筑结构》课程设计 学号02120714 班级12级土木8班 姓名肖浩汉 力学与建筑工程学院教学管理办公室
中国矿业大学力学与建筑工程学院 《地下建筑结构》课程设计任务书《地下建筑结构》课程设计是教学计划要求中的一个重要教学环节,是在通过学习地下建筑结构相关知识、相关理论的基础上，结合地下工程专业方向的具体特点而进行的一次教学实践活动。 通过课程设计，结合相关的设计要求，掌握地下建筑结构设计中的部分设计内容，使学生所学到的基础理论和专业技术知识系统、巩固、延伸和拓展，培养学生自身独立思考和解决工程实际问题的能力，学会使用各种相关的工具书及查找资料。 完成地下建筑结构设计书一份，内容包括设计计算书、内力图和设计截面图。 一、设计题目 某整体式直墙拱形衬砌的计算。 二、设计资料 某隧道埋深85m，围岩为Ⅲ级围岩，RQD=85%，R c=57.4MPa，容重γ0=25 kN/m3，弹性抗力系数5 1.410 K=?kPa。采用整体式直墙拱混凝土衬砌，混凝土标号为C30。顶拱是变厚度的单心圆拱，拱的净矢高f0＝3.7m，净跨l0＝11.3m。 墙净高按 3.5米算。初步拟定拱顶厚度 0250 d x =+mm，拱脚厚度 n 300 d y =+mm，边墙的厚度为 c n 200 d d =+mm，墙底厚度增加 d 200 d=mm。试进行衬砌内力计算与截面校核。若截面校核不通过，请重新设计衬砌厚度并进行计算与校核。 变量x和y根据个人学号确定，具体方法为：设学号后三位为abc，则max(,) y ab bc =，min(,) x ab bc =。例如：abc=123，则23 y=，12 x=。 三、课程设计要求
蝶阀设计原则
蝶阀图纸编号规定 （试 行） 为规范蝶阀的设计行为，使产品及其零部件向系列化、标准化、通用化的目标靠拢，以提高产品质量，降低生产成本，制定本设计准则。 ―、零件图号规定 蝶阀衍生品种多，图号变化大，根据阀门手册关于阀门型号编制规定和本公司实际情况，对蝶阀零件图号做如下规定： 1.1 图号组成：图号由12个单元组成，各部分代号的含义见表1。 1.2.1 第2单元：阀体结构长度―般按短系列，代号为D ；当阀体结构长度为长系列时，代号为DL 。蓄能罐式和重锤罐式液控蝶阀代号分别为HD 和KD ，当阀体为长系列结构时，图号相应改为HDL 和 KDL 。 1.2.2 第5单元：普通型表示双偏心蝶阀，对中线蝶阀此代号仍为1。 1.2.3 第9单元：对使用温度在150℃及以上的，在此单元用下标标注温度的1/10。 1.2.4 第10单元：零件材料仅对阀体、蝶板、支架等有多种可选材质的适用。如蝶板压圈―般都选用Q235A ，则不标注材料，此项省略。对同―套图存在多张阀体图或多张蝶板图的，以本单元的代号相区别。
①若某―零件是从另―零件上衍生出来的，如组焊阀体的组焊块，其编号在母体零件的编号后，再加顺序号。如阀体为800D343H-10C-1，阀体组焊件编号为800D343H-10C-1-1，800D343H-10C-1-2....。若该组焊接再衍生自己下―级组焊块的，其下―级组焊块的图号在母体组焊件的基础上再增加―级顺序号。 ②若阀体为铸件，采用镶嵌式阀体密封座+阀座压圈的型式，阀体密封座和阀座压圈的编号同①。 ③若某零件材料没有更换，设计形式有两种或多种，在顺序号上加A、B、C以示版本区别。对衬套的材料更换，如采用全铜衬套的，在第10单元加T表示全铜衬套，其他形式不加代号区别。 ④为使硬密封和软密封有区别，对于顺序号4的密封圈，命名按蝶板橡胶密封圈和蝶板多层次密封圈相区别。 ⑤在编号过程中，若某零件不需要存在，则其代号应空下来，不允许其后的零件替补。若需要增加零件，其顺序编号从14开始。―旦固定某名称的零件占用某顺序号，其他零件不得再占用。 二、图纸设计规定 2.1 ―般应以手动软密封为基本型，基本型的应设计所有零件图并编制完整的明细表。完整的明细表应包括：总装明细表，从总装明细表中摘录并编制标准件明细表、外购件明细表、机加工件明细表。 2.2 手动硬密封蝶阀原则上除阀体、蝶板、压圈、密封圈与软密封可以不同外，其余零部件―般应借用手动软密封的对应零件。对于有使用温度要求的硬密封蝶阀（如工作温度高于150℃），应在明细表中将衬套防尘圈、端盖密封圈、轴封填料、蝶板上〇形密封圈（若有）等不耐高温的橡胶件更换为可耐高温的柔性石墨件或其他可适用材料。若硬密封与软密封差异较大，允许不借用软密封，其零件全部重新设计，单独编制手动硬密封完整的明细表。 2.3 液控蝶阀允许单独编制完整的明细表。 2.4 发生借用情形的，在总装明细表中，属于借用的零件不再写明，仅需写出不借用的部分。但其标准件摘录表、外购件摘录表、机加工件摘录表应完整，机加工件中，属于借用的机加工零件应在备注栏中标明“借用件”字样。 2.5 原则上每个机加工件应标明其理论重量，在总装明细表后的空白栏中，标明该阀门总装后的理论总重量（电装或蜗轮箱的重量可概略估计）。 株洲南方阀门股份有限公司蝶阀车间 二〇〇九年二月五日
土建工程量手算计算步骤
土建工程量手算计算步骤 一、基数“三线一面” L中：外墙中心线，可计算外墙基挖地槽，外墙基础垫层、外墙基础砌筑、外墙墙基防潮层、外墙圈梁、外墙墙身砌筑等分项工程。 L外：外墙外边线（L外=L中+墙后*4）。可计算平整场地、腰线、外墙抹灰、散水等分项工程。 L内：内墙净长线，可计算内墙基挖地槽、内墙基础垫层、内墙基础砌筑、内墙基础防潮层、内墙圈梁、内墙墙身的砌筑、内墙基础防潮层、内墙抹灰等分项工程。 S：砌筑面积，（分层）与面有关的计算项目有：平整场地、天棚抹灰、楼地面及屋面等分项工程。 二、人工平整场地：S=S底+2*L外+16 三、基础工程部分 1、人工挖地槽（立方米）增加柱外体积，不放坡和不支挡土板：V=（B+2C）*H*L （图我没法画了你看书理解） 2、C10基础垫层（立方米） V=L*B*H 基础垫层模板（平方米）S=L*h*2个侧面 3、C25无梁式带形基础（立方米）、模板（平方米） 4、C25地圈梁： V=（L中+L内—嵌入基础内柱长度）*断面圈梁模板（平方米） S=L*h1*2个侧面 5、M7、5水泥砂浆蒸压灰砖砌条形砖基础（立方米） V=(L中+L内—嵌入基础内柱长度）*（基础高度+折加高度）*墙厚—嵌入基础内砼砼构件体积（地圈梁或在基础高度中扣除） 6、基础槽内回填土（立方米） V=基础挖土体积—室外地标高以下埋设物之和体积。如砼垫层、砼基础、砖基础、柱等。 7、室内（房心）回填土（立方米） 按主墙间净面积乘以回填厚度计算，公式：室内回填土的体积=底层主墙间净面积*（室内外高差—地坪厚度）；底层主墙间净面积=底层记住面积—（L中*外墙厚+L内*内墙厚） 四、脚手架 1、综合脚：S建筑面积之和 2、垂直运输：（按卷扬机）S建筑面积之和 五、门窗洞口面积工程 详见P235表6—49以表格形式计算，要区分材料、型号、类型、带亮与否、内外墙主要在计算砌筑体中扣除，木制门的油漆等。
连杆的优化设计
1 前言 随着汽车工业制造技术的发展，对于汽车发动机的动力性能及可靠性要求越来越高，而连杆的强度、刚度对提高发动机的动力性及可靠性至关重要。因此，国内外各大汽车公司对发动机连杆的材料及制造技术的研究都非常重视。“小体积、大功率、低油耗”的高性能发动机对连杆提出更新、更高的要求： (1)作为高速运动件重量要轻，减小惯性力，降低能耗和噪声； (2)强度、刚度要高，并且要有较高的韧性； 这就意味着对连杆的设计和加工有着更高的要求。其一，杆身有足够的刚度可以预防工作时发生弯曲变形；其二，连杆的大端和连杆盖有足够的刚度，以防大端变形时连杆螺栓承受附加的弯曲应力和大端失圆，使轴承润滑破坏。同时，还要求连杆组具有足够的疲劳强度和冲击韧性。[3]
连杆的优化设计 2 连杆机构 2.1 连杆机构的特点 连杆机构具有以下传送特点: 1.连杆机构中的运动副一般均为低副（故又称其为低副机构，lower pair mechanism）。其运动副元素为面接触，压力较小，承载能力较大，润滑好，磨损小，加工制造容易，且连杆机构中的低副一般是几何封闭，对保证工作的可靠性有利。 2.在连杆机构中，在原动件的运动规律不变的条件下，可用改变各构件的相对长度来使从动件得到不同的运动规律。 3.在连杆机构中，连杆上的各点的轨迹是各种不同形状的曲线(称为连杆曲线，coupler-pointcurve)，其形状随着各构件相对长度的改变而改变，故连杆曲线的形式多样，可用来满足一些特定工作的需要。 利用连杆机构还可很方便地达到改变运动的传递方向、扩大行程、实现增力和远距离传动等目的。 连杆机构也存在如下一些缺点： 1.由于连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递，因而传动路线较长，易产生较大的误差累计，同时也使机械效率降低。 2.在连杆机构运动中，连杆及滑块所产生的惯性力难以用一般平衡方法加以消除，因而连杆机构不宜用于高速运动。 此外，虽然可以利用连杆机构来满足一些运动规律和运动轨迹的设计要求，但其设计十分繁难，且一般只能近似地满足。[5]