材料力学课程设计
目录
一、 关于材料力学课程设计 (2)
二、 设计题目 (2)
三、 设计内容 (3)
3.1 柴油机曲轴的受力分析 (3)
3.2 设计曲轴颈直径d ，主轴颈直径D (6)
3.3 设计h 和b,校核曲柄臂强度 (6)
3. 4 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 (6)
3.5 用能量法计算A —A 截面的转角y θ，x θ (7)
3.6对计算过程的几点必要说明 (9)
3.7 改进方案 (10)
四、 计算机程序设计 (10)
4.1程序框图 (10)
4.2计算机程序 (11)
4.3输出结果 (12)
五、 设计体会 (12)
六、 参考书目 (12)
一、 关于材料力学课程设计
1.材料力学课程设计的目的
本课程设计的目的是在于系统学完材料力学之后，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(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)综合运用，又为后继课程(机械设计、专业课等)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。具体的有以下六项:
(1)使学生的材料力学知识系统化、完整化;
(2)在系统全面复习的基础上.运用材料力学知识解决工程中的实际问题;
(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和专业需要结
合起来;
(4)综合运用了以前所学的多门课程的知识(高数、制图、理力、算法语言、计算
机等等)使相关学科的知识有机地联系起来;
(5)初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法;
(6)为后继课程的教学打下基础
2.材料力学课程设计的任务和要求
参加设计者要系统地复习材料力学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.列出理论依据和导出计算公式.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.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.材料力学设计过程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设计的有关理论知识.制定设计步骤、方法以及时间分配方案等;
(2)从外力变形分析入手,分析及算内力、应力及变形,绘制各种内力图及位移、转角曲线;
(3)建立强度和刚度条件.并进行相应的设计计算及必要的公式推导;
(4)编制计算机程序并调试;
(5)上机计算,记录计算结果;
(6)整理数据,按照要求制作出设计计算说明书;
(7)分析讨论设计及计算的合理性和优缺点,以及相应的改进意见和措施;
二、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[σ],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2t r F F =
。曲柄臂简化为矩形截面，1.4≤h D ≤1.6，2.5≤h b
≤4，3l =1.2r ，有关数据如下表：
注：P 、n 、r 为独立的一组设计计算数据，与他人不相同。
三、设计内容
3.1 柴油机曲轴的受力分析
（1）外力分析：
画出曲轴的计算简图，计算外力偶矩
计算切向力t F 、径向力r F
再由平衡条件计算反力：
在xOy 平面：2122469.57r Ay F l F N l l ==+，112
1509.18r Fy F l F N l l ==+ 在xOz 平面：2124939.14t Az Fl F N l l =
=+，1123018.36t Fz Fl F N l l ==+ （2）内力分析:
画出内力图。不计弯曲切应力（故未画剪力图），弯矩图画在纤维受压侧。根据内力图确定危险截面。
x M 图
y M 图
z M 图
N F 图
① 主轴颈以EF 段的左端（1—1）截面最危险，受扭转和两向弯曲
② 曲柄臂以DE 段的下端（2—2）截面最危险，收扭转、两向弯曲及压缩 ③ 曲轴颈以CD 段中间（3—3）截面最危险，受扭转和两向弯曲
3.2设计曲轴颈直径d ，主轴颈直径D
（1）曲轴颈CD 处于扭转和两向弯曲的组合变形，对危险截面（3—3）应用第三强
度理论计算 其中3132W d
π= 代入数据得d ≥38.57mm
实际取d=40mm
（2）主轴颈EF 处于扭转和两向弯曲的组合变形，对危险截面（1—1）应用第三强
度理论计算 其中3132W D
π= 代入数据得D ≥38.67mm
实际取D=40mm
综上，曲轴颈直径d=40mm ，主轴颈直径D=40mm
3.3 设计h 和b