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材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)
計(jì)算說明書
設(shè)計(jì)題目：單缸柴油機(jī)曲軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)及剛度計(jì)算、疲勞強(qiáng)度校核
數(shù)據(jù)號：7.2-15
學(xué)號：42100214
姓名：鄧文哲
指導(dǎo)教師：魏媛
目錄
一、設(shè)計(jì)目的··················································3二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求···········································3
2.1、設(shè)計(jì)計(jì)算說明書的要求···········································3
2.2、分析討論及說明書部分的要求·····································4
2.3、程序計(jì)算部分的要求·············································4
三、設(shè)計(jì)題目·····················································4
3.1、數(shù)據(jù)15-Ⅰ
1）畫出曲軸的內(nèi)力圖················································6
2）設(shè)計(jì)曲軸頸直徑d和主軸頸D·······································8
3） 校核曲柄臂的強(qiáng)度················································9
4）校核主軸頸H-H截面處的疲勞強(qiáng)度································· 12
5）用能量法計(jì)算A-A截面的轉(zhuǎn)角 ，······························· 13
3.2數(shù)據(jù)15-Ⅱ
1）畫出曲軸的內(nèi)力圖···············································17
2） 設(shè)計(jì)曲軸頸直徑d和主軸頸D······································19
3)校核曲柄臂的強(qiáng)度················································20
4）校核主軸頸H-H截面處的疲勞強(qiáng)度·································23
5）用能量法計(jì)算A-A截面的轉(zhuǎn)角 ，·······························24
四、分析討論及必要說明······································27
五、設(shè)計(jì)的改進(jìn)措施及方法··································28
六、設(shè)計(jì)體會····················································28
七、參考文獻(xiàn)···················································29
附錄
一． 程序框圖······················································30
二． C語言程序·····················································31
三． 計(jì)算輸出結(jié)果··················································35
四． 標(biāo)識符························································36
一、 設(shè)計(jì)目的
本課程設(shè)計(jì)是在系統(tǒng)學(xué)完材料力學(xué)課程之后，結(jié)合工程實(shí)際中的問題，運(yùn)用材料力學(xué)的基本理論和計(jì)算方法，獨(dú)立地計(jì)算工程中的典型零部件，以達(dá)到綜合利用材料力學(xué)知識解決工程實(shí)際問題的目的。同時(shí)，可以使學(xué)生將材料力學(xué)的理論和現(xiàn)代計(jì)算方法及手段融為一體，既從整體上掌握了基本理論和現(xiàn)代計(jì)算方法，又提高了分析問題、解決問題的能力；既是對以前所學(xué)知識（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計(jì)算機(jī)和材料力學(xué)等）的綜合運(yùn)用，又為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，并初步掌握工程設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法，使實(shí)際工作能力有所提高。具體有一下六項(xiàng)：
(1).使所學(xué)的材料力學(xué)知識系統(tǒng)化、完整化。
(2).在系統(tǒng)全面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用材料力學(xué)知識解決工程實(shí)際中的問題。
(3).由于選題力求結(jié)合專業(yè)實(shí)際，因而課程設(shè)計(jì)可把材料力學(xué)與專業(yè)需要結(jié)合起來。
(4).綜合運(yùn)用以前所學(xué)的各門課程的知識（高等數(shù)學(xué)、工程圖學(xué)、理論力學(xué)、算法語言、計(jì)算機(jī)等），使相關(guān)學(xué)科的知識有機(jī)地聯(lián)系起來。
(5).初步了解和掌握工程實(shí)際中的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法。
(6).為后續(xù)課程的教學(xué)打下基礎(chǔ)。
二、 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求
參加設(shè)計(jì)者要系統(tǒng)復(fù)習(xí)材料力學(xué)課程的全部基本理論和方法，獨(dú)立分析、判斷設(shè)計(jì)題目的已知條件和所求問題，畫出受力分析計(jì)算簡圖和內(nèi)力圖，列出理論依據(jù)并到處計(jì)算公式，獨(dú)立編制計(jì)算機(jī)程序，通過計(jì)算機(jī)給出計(jì)算結(jié)果，并完成設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。
2.1 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書的要求
設(shè)計(jì)計(jì)算說明書是該題目設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)結(jié)果的說明，要求書寫工整，語言簡練，條理清晰、明確，表達(dá)完整。具體內(nèi)容應(yīng)包括：
1) 設(shè)計(jì)題目的已知條件、所求及零件圖。
2) 畫出結(jié)構(gòu)的受力分析計(jì)算簡圖，按比例標(biāo)明尺寸、載荷及支座等。
3) 靜不定結(jié)構(gòu)要畫出所選擇的基本靜定系統(tǒng)及與之相應(yīng)的全部求和過程。
4) 畫出全部內(nèi)力圖，并標(biāo)明可能的各危險(xiǎn)截面。
5) 危險(xiǎn)截面上各種應(yīng)力的分布規(guī)律圖及由此判定各危險(xiǎn)點(diǎn)處的應(yīng)力狀態(tài)圖。
6) 選擇強(qiáng)度理論并建立強(qiáng)度條件。
7) 列出全部計(jì)算過程的理論依據(jù)、公式推導(dǎo)過程以及必要的說明。
8) 對變形及剛度分析要寫明所用的能量法計(jì)算過程及必要的內(nèi)力圖和單位力圖。
9) 疲勞強(qiáng)度計(jì)算部分要說明循環(huán)特性， ， ，r ， ， 的計(jì)算，所查，，各系數(shù)的依據(jù)，疲勞強(qiáng)度校核過程及結(jié)果。
2.2、分析討論及說明部分的要求
1) 分析計(jì)算結(jié)果是否合理，并討論其原因、改進(jìn)措施。
2) 提出改進(jìn)設(shè)計(jì)的初步方案及設(shè)想。
3) 提高強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的措施及建議。
2.3、程序計(jì)算部分的要求
1) 計(jì)算機(jī)程序。
2) 打印結(jié)果（數(shù)據(jù)結(jié)果要填寫到設(shè)計(jì)計(jì)算說明書上）。
三、設(shè)計(jì)題目
某柴油機(jī)曲軸可以簡化為下圖所示的結(jié)構(gòu)，材料為球墨鑄鐵（QT450—5）彈性常數(shù)為E、，許用應(yīng)力[]，G處輸入轉(zhuǎn)矩為 ，曲軸頸中點(diǎn)受切向力、徑向力的作用，且 。曲柄臂簡化為矩形截面，1.41.6 , 2.54 ,,有關(guān)數(shù)據(jù)如下表：
要求：
0.11
0.18
150
0.27
120
180
0.05
0.78
（一） 畫出曲軸的內(nèi)力圖。
（二） 設(shè)計(jì)曲軸頸直徑d ，主軸頸直徑D 。
（三） 校核曲柄臂的強(qiáng)度。
（四） 校核主軸頸 H-H 截面處的疲勞強(qiáng)度，取疲勞強(qiáng)度系數(shù)n=2。鍵槽為端銑加工，主軸頸表面為車削加工。
（五） 用能量法計(jì)算A-A截面的轉(zhuǎn)角 θy , θz 。
3.1數(shù)據(jù)15-Ⅰ
12.0
240
0.06
（一）畫出曲軸的內(nèi)力圖
（1） . 外力分析
畫出曲軸的計(jì)算簡圖（上圖），計(jì)算外力偶矩。
∴
由平衡條件計(jì)算反力
在XOY平面內(nèi):
在XOZ平面內(nèi)：
（2） 內(nèi)力分析
內(nèi)力圖如下，不計(jì)彎曲切應(yīng)力，彎矩圖畫在纖維受壓側(cè)，根據(jù)內(nèi)力圖確定危截面。(單位：力-N 力矩N·m)
1） 主軸頸的EF左端 （1-1）截面為危險(xiǎn)截面，受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲
2）曲柄臂DE段下端（2-2）為危險(xiǎn)截面，受扭轉(zhuǎn)、兩向彎曲和壓縮
3） 曲軸頸CD段中間截面（3-3）為危險(xiǎn)截面，受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲
（2） 設(shè)計(jì)曲軸頸直徑d和主軸頸D
（1） 主軸頸的危險(xiǎn)截面為EF段的最左端1-1截面，受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲,可用第三強(qiáng)度理論計(jì)算：
∴
故D取。
（2）曲軸頸CD屬于彎扭組合變形，由第三強(qiáng)度理論可得：
∴
故d取。
（三）校核曲柄臂的強(qiáng)度
曲柄臂的危險(xiǎn)截面為矩形截面，受扭轉(zhuǎn)、兩向彎曲及軸力的作用。為確定危險(xiǎn)點(diǎn)的位置，畫出曲柄臂上（2-2）截面應(yīng)力分布圖。
曲柄臂的強(qiáng)度計(jì)算:
根據(jù)應(yīng)力分布圖可判定出可能的危險(xiǎn)點(diǎn)為，，。
1） 對點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力分析。
點(diǎn)處于單向壓縮，所以正應(yīng)力
2）對點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力分析。
點(diǎn)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：
正應(yīng)力由軸力、繞Z軸的彎矩共同引起。
由于點(diǎn)處于二向應(yīng)力狀態(tài)，故選用第三強(qiáng)度理論：
3）對點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力分析。
同理可得：
應(yīng)用第三強(qiáng)度理論：
。
綜上，曲柄臂滿足強(qiáng)度要求時(shí)必須有：
點(diǎn)：
點(diǎn)：
點(diǎn)：
出于經(jīng)濟(jì)性考慮，應(yīng)該盡量使截面積最小。
根據(jù)以上分析可以編寫計(jì)算機(jī)程序，取遍、所有值，計(jì)算出、的最優(yōu)值。
由附錄中C程序子函數(shù)hb（）可以求出、的最優(yōu)值如下。
h=57.39 mm
b=22.95 mm
現(xiàn)在取h=57.39 mm，b=22.95mm對曲柄臂強(qiáng)度進(jìn)行校核：
當(dāng)h=57.39 mm，b=22.95mm時(shí)，查表3-1，利用插入法得：
1）點(diǎn)：
所以點(diǎn)安全。
2) 點(diǎn)：
由第三強(qiáng)度理論
所以點(diǎn)也滿足強(qiáng)度條件。
3)點(diǎn)：
由第三強(qiáng)度理論：
也安全。
所以說，曲柄臂的強(qiáng)度是足夠的。
（四） 校核主軸頸H-H截面處的疲勞強(qiáng)度
由《材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)》附錄得球墨鑄鐵（QT450-5）強(qiáng)度極限。
查《材料力學(xué)》得有效應(yīng)力集中系數(shù)，表面質(zhì)量系數(shù)。
已知，，。
FH 處只受扭轉(zhuǎn)作用。
忽略鍵槽對抗扭截面系數(shù)的影響，H-H截面抗扭截面系數(shù)：
曲軸工作時(shí)，在不變扭矩作用下，
曲軸不工作時(shí)，
∴ 故該循環(huán)為脈動(dòng)循環(huán)。
安全系數(shù)：
所以，H-H截面的疲勞強(qiáng)度是足夠的。
（五）、 用能量法計(jì)算A-A截面的轉(zhuǎn)角。
采用圖乘法分別求解截面的轉(zhuǎn)角。
Ⅰ、求：
1） 在截面A加一單位力偶矩。
由平衡方程得：
B點(diǎn)的彎矩為：
E點(diǎn)的彎矩為：
2） 單位力偶矩作用下的內(nèi)力圖與外載荷作用下的內(nèi)力圖如下（彎矩畫在受壓的一側(cè)）： 單位:N·m
當(dāng)h=57.39 mm，b=22.95mm時(shí)，查表可得：
桿件的抗扭剛度：
方向與單位力偶相同。
Ⅱ、求：
1） 在截面A加一單位力偶矩。
2）單位力偶矩作用下的內(nèi)力圖與外載荷作用下的內(nèi)力圖如下（彎矩畫在受壓的一側(cè)）：
方向與單位力偶相同。
3.2、數(shù)據(jù)15-Ⅱ
16.0
400
0.05
（一）畫出曲軸的內(nèi)力圖
（1） . 外力分析
畫出曲軸的計(jì)算簡圖（上圖），計(jì)算外力偶矩。
∴
由平衡條件計(jì)算反力
在XOY平面內(nèi):
在XOZ平面內(nèi)：
（2） 內(nèi)力分析
內(nèi)力圖如下，不計(jì)彎曲切應(yīng)力，彎矩圖畫在纖維受壓側(cè)，根據(jù)內(nèi)力圖確定危截面。(單位：力-N 力矩N·m)
1） 主軸頸的EF左端 （1-1）截面為危險(xiǎn)截面，受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲
2）曲柄臂DE段下端（2-2）為危險(xiǎn)截面，受扭轉(zhuǎn)、兩向彎曲和壓縮
3)曲軸頸CD段中間截面（3-3）為危險(xiǎn)截面，受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲
（二）設(shè)計(jì)曲軸頸直徑d和主軸頸D
（1） 主軸頸的危險(xiǎn)截面為EF段的最左端1-1截面，受扭轉(zhuǎn)和兩向彎曲,可用第三強(qiáng)度理論計(jì)算：
∴
故D取。
（2）曲軸頸CD屬于彎扭組合變形，由第三強(qiáng)度理論可得：
∴
故d取。
（三）校核曲柄臂的強(qiáng)度
曲柄臂的危險(xiǎn)截面為矩形截面，受扭轉(zhuǎn)、兩向彎曲及軸力的作用。為確定危險(xiǎn)點(diǎn)的位置，畫出曲柄臂上（2-2）截面應(yīng)力分布圖。
根據(jù)應(yīng)力分布圖可判定出可能的危險(xiǎn)點(diǎn)為，，。
1） 對點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力分析。
點(diǎn)處于單向壓縮，所以正應(yīng)力
2）對點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力分析。
正應(yīng)力由軸力、繞Z軸的彎矩共同引起。
點(diǎn)處于二向應(yīng)力狀態(tài)，由第三強(qiáng)度理論：
3）對點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力分析。
同理可得：
應(yīng)用第三強(qiáng)度理論：
綜上，曲柄臂滿足強(qiáng)度要求時(shí)必須有：
點(diǎn)：
點(diǎn)：
點(diǎn)：
出于經(jīng)濟(jì)性考慮，應(yīng)該盡量使截面積最小。
根據(jù)以上分析可以編寫計(jì)算機(jī)程序，取遍h，b所有值，計(jì)算出、的最優(yōu)值。
由附錄中C程序子函數(shù)hb（）可以求出h, b的最優(yōu)值如下。
h=57.38 mm
b=22.95 mm
現(xiàn)在取h=57.38mm，b=22.95mm對曲柄臂強(qiáng)度進(jìn)行校核：
當(dāng)h=57.38mm，b=22.95mm時(shí)，查表3-1，利用插入法得： 1）點(diǎn)：
所以點(diǎn)安全。
2）點(diǎn)：
由第三強(qiáng)度理論
所以點(diǎn)也滿足強(qiáng)度條件。
3）點(diǎn)：
由第三強(qiáng)度理論：
也安全。
所以說，曲柄臂的強(qiáng)度是足夠的。
（四）校核主軸頸H-H截面處的疲勞強(qiáng)度
由《材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)》附錄得球墨鑄鐵（QT450-5）強(qiáng)度極限。
查《材料力學(xué)》得有效應(yīng)力集中系數(shù)，表面質(zhì)量系數(shù)。
已知，，。
FH 處只受扭轉(zhuǎn)作用。
忽略鍵槽對抗扭截面系數(shù)的影響，H-H截面抗扭截面系數(shù):
曲軸工作時(shí)，在不變扭矩作用下，
曲軸不工作時(shí)，
∴ 故該循環(huán)為脈動(dòng)循環(huán)。
安全系數(shù)：
所以，H-H截面的疲勞強(qiáng)度是足夠的。
（五）用能量法計(jì)算A-A截面的轉(zhuǎn)角
采用圖乘法分別求解截面的轉(zhuǎn)角。
Ⅰ、求：
1） 在截面A加一單位力偶矩。
由平衡方程得：
B點(diǎn)的彎矩為：
E點(diǎn)的彎矩為：
2） 單位力偶矩作用下的內(nèi)力圖與外載荷作用下的內(nèi)力圖如下（彎矩畫在受壓的一側(cè)）： 單位N·m
當(dāng)h=57.38mm，b=22.95mm時(shí)，查表可得：
桿件的抗扭剛度：
方向與單位力偶相同。
Ⅱ、求：
1)在截面A加一單位力偶矩。
2） 單位力偶矩作用下的內(nèi)力圖與外載荷作用下的內(nèi)力圖如下（彎矩畫在受壓的一側(cè)）：
方向與單位力偶相同。
4、 分析討論及必要說明
在本次設(shè)計(jì)中，做以下幾點(diǎn)說明：
1) 在外力分析時(shí)，在設(shè)定未知力的時(shí)候，由于已知沒有x方向的外力，故未設(shè)。
2) 在畫內(nèi)力圖時(shí)，不計(jì)彎曲切應(yīng)力，故未畫剪力圖。
3) 在強(qiáng)度計(jì)算方面，由于材料是球墨鑄鐵（QT450-5），其性質(zhì)與塑性材料相近，故用第三強(qiáng)度理論而不用第一或第二強(qiáng)度理論。
4) 在校核曲柄臂時(shí)，畫內(nèi)力分布時(shí)，把曲柄臂的危險(xiǎn)截面看成矩形，忽略了圓孔對其的影響。
5) 在疲勞強(qiáng)度校核H-H截面時(shí)，忽略鍵槽對的影響。
五、設(shè)計(jì)的改進(jìn)意見及措施
1、提高曲軸的彎曲強(qiáng)度
提高彎曲強(qiáng)度的主要措施有：合理安排構(gòu)件的受力情況及設(shè)計(jì)合理的截面，但對于該曲軸只能采用合理安排曲軸的受力情況。在結(jié)構(gòu)允許的情況下，可采取合理設(shè)計(jì)和布置支座或?qū)⒓休d荷適當(dāng)分散。
2、 提高曲軸的彎曲剛度
提高彎曲剛度的主要措施有：改善結(jié)構(gòu)形式，減少彎矩的數(shù)值、選擇合理的截面及合理選材等。對于該曲軸可以改善結(jié)構(gòu)形式，減少彎矩的數(shù)值并且合理選材，選擇合適的材料。
3、 提高曲軸的疲勞強(qiáng)度
1） 減緩應(yīng)力集中。為了消除和緩解應(yīng)力集中，再設(shè)計(jì)曲軸時(shí)，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)方形直角或帶有尖角的孔和槽，即在主軸頸和曲柄臂相連處應(yīng)采用半徑較大的過度圓角
2） 提高構(gòu)件表面強(qiáng)度等。提高曲軸表面的強(qiáng)度可通過兩方面實(shí)現(xiàn),一是從加工入手提高表面加工質(zhì)量?？刹捎镁?xì)加工，降低表面粗糙度，尤其對高強(qiáng)度鋼更重要；二是增加表層強(qiáng)度，對曲軸中應(yīng)力集中的部位如鍵槽處應(yīng)采取某些工藝措施，即表面熱處理或化學(xué)處理，如表面高頻淬火、滲碳、氮化等或表層用滾壓、噴丸等冷加工辦法。
六、設(shè)計(jì)體會
通過這次的課程設(shè)計(jì)，我對材料力學(xué)有了進(jìn)一步的認(rèn)識：材料力學(xué)的任務(wù)就是在滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求下，以最經(jīng)濟(jì)的代價(jià)，為構(gòu)件確定合理的形狀和尺寸，選擇適宜的材料，為構(gòu)件設(shè)計(jì)提供必要的理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法。材料力學(xué)課程設(shè)計(jì)使我將材料力學(xué)的理論與工程實(shí)際結(jié)合起來，讓我深知理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，初步了解和掌握了工程實(shí)踐中的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，同時(shí)為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。
這次課程設(shè)計(jì)鍛煉了自己的實(shí)際動(dòng)手能力，基本學(xué)會了運(yùn)用所學(xué)材料力學(xué)知識分析和解決實(shí)際問題的能力，達(dá)到了學(xué)以致用的目的。同時(shí)加強(qiáng)了對上學(xué)期所學(xué)材料力學(xué)知識的理解以及對AutoCAD、C++等軟件的運(yùn)用能力，使相關(guān)學(xué)科思想和知識有機(jī)的聯(lián)系起來。
此外，我深深的體會到了僅僅掌握課本中的理論和方法是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，工程實(shí)際中的一些問題要比想象的復(fù)雜的多，有很多的知識等待著我去學(xué)習(xí)。只有將理論與實(shí)際結(jié)合起來，才能以最經(jīng)濟(jì)的代價(jià)、最合理的方法解決遇到的難題。
本次設(shè)計(jì)中還有很多不足，希望老師能夠批評指正。
七、參考文獻(xiàn)
1、材料力學(xué)/聶毓琴，孟光偉主編，北京：機(jī)械工業(yè)出版社。
2、材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)/聶毓琴、吳宏主編，北京：機(jī)械工業(yè)出版社。
3、C程序設(shè)計(jì)/第四版，譚浩強(qiáng)主編，北京：清華大學(xué)出版社。
附錄
一、程序框圖：
計(jì)算外力及支座反力
確定危險(xiǎn)截面并輸出變量
M1x, M1y, M1z, M2x, M2y
M2z, FN2, M3x, M3y, M3z
由第三強(qiáng)度理論計(jì)算D，d
計(jì)算危險(xiǎn)點(diǎn)主應(yīng)力并輸出
計(jì)算n，校核疲勞強(qiáng)度
圖乘法計(jì)算轉(zhuǎn)角
調(diào)子程序進(jìn)行強(qiáng)度校核并計(jì)算轉(zhuǎn)角
定義已知量
輸入原始數(shù)據(jù)
曲柄臂安全
曲柄臂不安全
開始
n>2
調(diào)子程序計(jì)算h,, b
疲勞強(qiáng)度安全
疲勞強(qiáng)度不安全
輸出結(jié)果
結(jié)束
Y
N
Y
N
二、c語言程序
#include
#include
#define PI 3.1415926
double Me,FAy,FAz,FFy,FFz,M1x,M1y,M1z,M2x,M2y,M2z,FN2,M3x,M3y,M3z;
double h,b,S=120e6,S1,S2,S3,E=150e9,u=0.27,r;
double L1,L2,L3;
int D,d;
int main() //主函數(shù)
{
double hb();
double jhqbb();
double jhplqd();
double zhuanjiao();
double P,n,Ft,Fr;
double DD,dd,Sigma3,BB;
printf("enter the data:P,n,r\n");
scanf("%lf,%lf,%lf",&P,&n,&r);
L1=0.11,L2=0.18;
L3=1.2*r;
printf("L1=%lf,L2=%lf,L3=%lf,P=%lf,n=%lf,r=%lf\n",L1,L2,L3,P,n,r);
Me=9549*P/n;
Ft=Me/r;
Fr=Ft/2;
FAy=Fr*L2/(L1+L2);
FAz=Ft*L2/(L1+L2);
FFy=Fr*L1/(L1+L2);
FFz=Ft*L1/(L1+L2);
M1x=Me;M1y=FFz*(L2-L3/2);M1z=FFy*(L2-L3/2);
M2x=Me;M2y=FFz*(L2-L3/2);M2z=FFy*(L2-L3/2);FN2=FFy;
M3x=FAz*r;M3y=FAz*L1;M3z=FAy*L1;
printf("Me=%.2lfN·m,Ft=%.2lfN,Fr=%.2lfN\n",Me,Ft,Fr);
printf("FAy=%.1lfN,FAz=%.1lfN,FFy=%.1lfN,FFz=%.1lfN\n",FAy,FAz,FFy,FFz);
printf("M1x=%.2lfN·m,M1y=%.1lfN·m,M1z=%.1lfN·m\n",M1x,M1y,M1z);
printf("M2x=%.2lfN·m,M2y=%.1lfN·m,M2z=%.1lfN·m,FN2=%.1lfN\n",M2x,M2y,M2z,FN2);
printf("M3x=%.1lfN·m,M3y=%.1lfN·m,M3z=%.1lfN·m\n",M3x,M3y,M3z);
Sigma3=sqrt(M3x*M3x+M3y*M3y+M3z*M3z);
BB=32*Sigma3/(PI*S);
dd=pow(BB,1.0/3.0);
Sigma3=sqrt(M1x*M1x+M1y*M1y+M1z*M1z);
BB=32*Sigma3/(PI*S);
DD=pow(BB,1.0/3.0);
printf("D=%.4lfm,d=%.4lfm\n",DD,dd);
D=(int)(1000*DD);
d=(int)(1000*dd);
if(d%2==0)
d=d+2;
else d=d+1;
if(D%2==0)
D=D+2;
else D=D+1;
printf("故D取%dmm,d取%dmm \n",D,d);
hb(); //調(diào)用求解h，b子函數(shù)
jhqbb(); //調(diào)用校核曲柄臂子函數(shù)
jhplqd(); //調(diào)用校核疲勞強(qiáng)度子函數(shù)
zhuanjiao(); //調(diào)用求轉(zhuǎn)角子函數(shù)
return 0;
}
double hb() //求解h，b子函數(shù)
{
double Z1,Z2,Z3,Q2,Q3;
double h1,b1;
double a,r;
double s,m=(1.6*D)*(0.4*1.6*D);
for(h=1.4*D;h<=1.6*D;h+=0.01)
for(b=0.25*h;b<=0.4*h;b+=0.01)
{ if(h/b>=2.5&&h/b<=3) //查表3-1，利用插入法確定a,r
{a=0.213+0.018*h/b;
r=0.837-0.028*h/b;}
else
{a=0.222+0.015*h/b;
r=0.777-0.008*h/b; }
Z1=1e6*FN2/(b*h)+6e9*M2x/(b*h*h)+6e9*M2z/(b*b*h);
Z2=1e6*FN2/(b*h)+6e9*M2z/(b*b*h);
Z3=1e6*FN2/(b*h)+6e9*M2x/(b*h*h);
Q2=1e9*M2y/(b*b*h*a);
Q3=r*Q2;
S1=Z1;
S2=sqrt(Z2*Z2+4*Q2*Q2); //應(yīng)用第三強(qiáng)度理論
S3=sqrt(Z3*Z3+4*Q3*Q3);
if(S1=2.5&&h/b<=3)
{a=0.213+0.018*h/b;
r=0.837-0.028*h/b;}
else
{a=0.222+0.015*h/b;
r=0.777-0.008*h/b; }
Z1=FN2/(b*h)+6e3*M2x/(b*h*h)+6e3*M2z/(b*b*h);
Z2=FN2/(b*h)+6e3*M2z/(b*b*h);
Z3=FN2/(b*h)+6e3*M2x/(b*h*h);
Q2=1e3*M2y/(b*b*h*a);
Q3=r*Q2;
printf("Z1=%.2lfMPa,Z2=%.2lfMPa,Z3=%.2lfMPa,Q2=%.2lfMPa,Q3=%.2lfMPa\n",Z1,Z2,Z3,Q2,Q3);
S1=Z1;
S2=(sqrt(Z2*Z2+4*Q2*Q2));
S3=(sqrt(Z3*Z3+4*Q3*Q3));
printf("S1=%.2lfMPa,",S1);
if((S1-S)/S<0.05)
printf("所以D1點(diǎn)安全\n");
printf("S2=%.2lfMPa，",S2);
if((S2-S)/S<0.05)
printf("所以D2點(diǎn)安全\n");
printf("S3=%.2lfMPa，",S3);
if((S3-S)/S<0.05)
printf("所以D3點(diǎn)安全\n");
if((S1-S)/S<0.05&&(S2-S)/S<0.05&&(S3-S)/S<0.05)
printf("故曲柄臂強(qiáng)度是足夠的\n");
else
printf("曲柄臂強(qiáng)度不符合要求\n");
return 0;
}
double jhplqd() //校核疲勞強(qiáng)度子函數(shù)
{
double Kt=1.29,B=0.9438,Wp,Qmin,Qmax,Qa,Qm,nt;
double t_1=180e6,Fai=0.05,Et=0.78;
Wp=PI*D*D*D/16e9;
Qmin=(-1e-6)*Me/Wp;
Qmax=0;
Qa=(Qmax-Qmin)/2;
Qm=(Qmax+Qmin)/2;
nt=t_1/(Kt*Qa*1e6/(Et*B)+Fai*Qm*1e6);
printf("Qmin=%.1lfMPa,Qmax=%.1lfMPa,Qa=%.1lfMPa,Qm=%.1lfMPa,nt=%.2lf\n",Qmin,Qmax,Qa,Qm,nt);
if (nt>2)
printf("H-H截面疲勞強(qiáng)度是足夠的\n");
else
printf("H-H截面疲勞強(qiáng)度不足夠\n");
return 0;
}
double zhuanjiao() //求轉(zhuǎn)角子函數(shù)
{
double _FAz,_FFz,_FAy,_FFy,_Mb,_Me,EI1,EI2,EI3,EA,GIt,B1,ZJy,ZJz,X;
if(h/b>=2.5&&h/b<=3)
{B1=0.179+0.028*h/b;}
else
{B1=0.209+0.018*h/b;}
_FAz=1/(L1+L2);
_FFz=_FAz;
_FAy=_FAz;
_FFy=_FAz;
_Mb=1-_FAz*(L1-L3/2);
_Me=_FFz*(L2-L3/2);
X=(_Mb+_Me)/2;
EI1=E*PI*D*D*D*D*(1e-12)/64;
EI2=E*PI*d*d*d*d*(1e-12)/64;
GIt=E*B1*h*b*b*b*(1e-12)/(2*(1+u));
EI3=E*h*b*b*b*(1e-12)/12;
EA=E*h*b*(1e-6);
printf("EI1=%.2lf,EI2=%.2lf,EI3=%.2lf,GIt=%.2lf，EA=%.2lf\n",EI1,EI2,EI3,GIt,EA);
ZJy=1/EI1*(0.5*(L1-L3/2)*FAz*(L1-L3/2)*((1-_Mb)/3+_Mb)+0.5*(L2-L3/2)*FFz*(L2-L3/2)*2/3*_Me)+1/EI2*(FAz*(L1-L3/2)*L3/2*(_Mb+X)/2+1/2*L3/2*(FAz*L1-FAz*(L1-L3/2))*((_Mb-X)/3+X)+L3/2*FFz*(L2-L3/2)*(X+_Me)/2+0.5*L3/2*(FAz*L1-FFz*(L2-L3/2))*(X-(X-_Me)/3))+1/GIt*(FAz*(L1-L3/2)*r*_Mb+FFz*(L2-L3/2)*r*_Me);
printf("y方向的轉(zhuǎn)角θy=%.6lfrad\n",ZJy);
ZJz=1/EI1*(0.5*(L1-L3/2)*FAy*(L1-L3/2)*((1-_Mb)/3+_Mb)+0.5*(L2-L3/2)*FFy*(L2-L3/2)*2/3*_Me)+1/EI2*(FAy*(L1-L3/2)*L3/2*(_Mb+X)/2+1/2*L3/2*(FAy*L1-FAy*(L1-L3/2))*((_Mb-X)/3+X)+L3/2*FFy*(L2-L3/2)*(X+_Me)/2+0.5*L3/2*(FAy*L1-FFy*(L2-L3/2))*(X-(X-_Me)/3))+1/EI3*(FAy*(L1-L3/2)*r*_Mb+FFy*(L2-L3/2)*r*_Me)+1/EA*(FFy*r*_FFy-FAy*r*_FAy);
printf("z方向的轉(zhuǎn)角θz=%.6lfrad\n",ZJz);
return 0;
}
三、計(jì)算輸出結(jié)果
數(shù)據(jù)15-Ⅰ：
數(shù)據(jù)15-Ⅱ
四、標(biāo)識符
標(biāo)識符對照表
程序中的標(biāo)識符
對應(yīng)說明書中的標(biāo)識符
Me,Ft,Fr,FAy,FAz,FFy,FFz
M1x,M1y,M1z,M2x,M2y,M2z,FN2,M3x,M3y,M3z
L1,L2,L3,S,E,u
h,b,D,d
P,n,r
Kt,B,Qmin,Qmax,Qa,Qm,nt,t_1,Fai,Et
_FAz,_FFz,_FAy,_FFy,_Mb,_Me,ZJy,ZJz
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