龙门刨床门架计算5-2-17材料力学课程设计.docx

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1、目录1. 设计的目的、任务及要求。2. 课程设计题目。3. 超静定部分分析求解。4. 门架强度的校核。5. 求解门架上加力点的水平、垂直位移。6. C程序部分。7 设计体会。8 参考文件。1. 设计的目的、任务及要求。1.1 材料力学课程设计的目的。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。同时，可以使学生将材料力学的理论和现代计算方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，运用法及手段融为一体，即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；既是对以前所学知识的综合运用，又为后

2、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。具体有以下六项：（1） 使所学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实际中的问题。（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与专业需要结合起来。（4） 综合运用以前所学的各门课程的知识，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） 为后续课程的教学打下基础。1.2 材料力学课程设计的任务和要求参加设计者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条件和所求问题，画出受力分

3、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。（1）.设计计算说明书的要求设计计算说明书是该题目设计思路、设计方法和设计结果的说明，要求书写工整，语言简练，条理清晰、明确，表达完整。具体内容应包括：.设计题目的已知条件、所求及零件图。.画出结构的受力分析计算简图，按比例标明尺寸、载荷及支座等。.静不定结构要画出所选择的基本静定系统和及与之相应的全部求和过程。.画出全部内力图，并标明可能的各危险截面。.危险截面上各种应力的分布规律图及由此判定各危险点处的应力状态图。.各危险点的主应力大小及主平面的位置。.选择强度理论并建立强度条件

4、。.列出全部计算过程的理论依据、公式推导过程以及必要的说明。.对变形及刚度分析要写明所用的能量法计算过程及必要的内力图和单位力图。（2）.分析讨论及说明部分的要求.分析计算结果是否合理，并讨论其原因、改进措施。.提出改进设计的初步方案及设想。.提高强度、刚度及稳定性的 措施及建议。（3）.程序计算部分的要求.程序框图。计算机程序（含必要的语言说明及标识符说明）。打印结果（数据结果要填写到设计计算说明书上）。2.设计题目：龙门刨床门架计算某龙门刨床门架示意图如图所示，可简化为图所示的钢架，尺寸如图所示。危险工况有最大切削力F，另外有两种力矩Me1、Me2，作用位置及作用方式如图所示。门架材料为灰

5、铸铁（HT250）。1） 校核门架的强度。（取安全系数n=3）2） 求门架上加力点的水平、垂直位移。数据：F=160kN，Me1=20kNm，Me2=48kNm。设a=0.6m，l=0.8m。查表得：E=100GPa，G=40GPa。 3超静定部分分析求解判断超静定次数，此结构为12次超静定结构。分析外载荷F、Me1、Me2分别单独作用于结构上的情况。（1） 最大水平切削力F单独作用时，简化受力图如图所示。由于该结构是对称结构，且外载荷相对于Y轴构成镜反映像，所以为对称内力素。将该结构沿对称面截开，加多余约束 X1 X2。 在截开的对称面处，相对的转角为零，可得方程 11X1+12X2+1F=

6、0 21X1+22X2+2F=0 取左半部分画出静定基在 F2 X1=1 X2=1 单独作用下的内力图，如下图所示。 由非圆截面扭转公式可得：It柱=11b1322b23=7.69104m4(1=0.179, 2=0.184 1=0.4 b1=0.3 2=0.36 b2=0.26)It梁=11b1322b23=7.69104m4 (1=0.179, 2=0.184 1=0.2 b1=0.12 2=0.18 b2=0.10)Iy=b11312b22312=3.14105m4 ( 1=0.2 b1=0.12 2=0.18 b2=0.10)11=McEIy+MxGIt柱=aEIy+2lGIt柱=2.

7、43107m422=McEIy+MxGIt柱=aEIy+lGIt柱=2.17107m412=21=MxGIt柱=lGIt柱=2.60108m41F=MxGIt柱=Fal2GIt柱=1.25103m42F=MxGIt柱+McEIy=Fal2GIt柱14Fa2EIy=5.83103m4解得X1=2.28kNm X2=26.60kNmMe1单独作用时： 沿对称面截开，Me1相对于截开面构成符号相反的镜像，所以将对称面截开，并加两对多余约束力 X3 X4，如下图所示：力 X3 X4，如下图所示：在截开的对称面处，相对垂直位移为零，可得方程： 33X3+34X4+3F=0 43X3+44X4+4F=0

8、画出静定基在Me12 X3=1 X4=1 单独作用时的内力图，如下图所示： Iz梁=1b13122b2312=1.38105m4( 1=0.2 b1=0.12 2=0.18 b2=0.10)Iz柱=1b13122b2312=3.73104m4( 1=0.4 b1=0.3 2=0.36 b2=0.26)33=McEIz梁+McEIz柱=23a32EIz梁+2la2EIz柱=6.76108m444=McEIz梁+McEIz柱=23a22EIz梁+la2EIz柱=5.99108m434=43=McEIz柱=la2EIz柱=7.72109m43F=McEIz柱=alMe12EIz柱=1.28104m4

9、4F=McEIz柱+McEIz梁=alMe12EIz柱a2Me14EIz梁=1.43103m4解得 X3=0.844kN X4=24.02kNMe2单独作用时： 外载荷相对于对称面构成镜反映像所以沿对称面截开做静定基，并施加两对多余约束力 X5 X6，如下图所示： 在截开的对称面处，相对的转角为零，可得方程 55X5+56X6+5F=0 65X5+66X6+6F=0 由图层互乘法可知5F=0 6F=0解得： X5=0kN X6=0kN4.门架强度的校核：由于该机构为对称机构，所以将该结构分为左右两部分，只校核左部分，并将其分为：横梁一 横梁二 立柱 三部分来分别对其进行校核。1） 横梁一的校核

10、：横梁一受到多余约束 X1和X3的作用，画出内力简图，如下， 由于材料为灰铸铁，抗压不抗拉，因此，危险点为左端面的A点，如图所示。 Mymax=X1=2.28kNm Mzmax=X3a=0.844kNmAmax=MzmaxymaxIz梁+MymaxzmaxIy=10.9MPa查表 b=250MPa n=3=bn=83.8MPa Amax横梁二不安全。3）校核立柱：立柱上作用有外载荷F2 Me12 Me22 和多余约束力X1 X2 X3 X4 X5 X6画出弯矩图和扭矩图如下：立柱受到弯扭组合变形，危险截面在立柱固定端，对E F 进行校核。如下图： 点校核：点切应力为零仅受正应力，Mxmax=F

11、l2Me22=40kNmMzmax=X4a+Me12X3a=23.91kNm Wx=Ixzmax=2.95103m3 Wz=Iz柱xmax=2.50103m3Emax=MxmaxWx+MzmaxWz+FNA=24.42MPaEmaxE点满足强度要求，安全。F点校核：F点同时纯在正应力和切应力。Fmax=MxmaxWx+FNA=14.89MPa=Mx2=23.6810320.020.280.38=5.45MPa 1=F2+Fmax22+2=16.68MPaF 点满足要求 安全。G点校核：G点同时纯在正应力和切应力。Gmax=MzmaxWz+FNA=10.89MPa 1=Gmax+42=15.40

12、MPaG 点满足要求 安全。所以立柱满足强度要求 安全。5.求解门架上加力点的水平 垂直位移：Z轴方向位移：z=MciEIi+MxiGIt=F l2l22l3EIx+F a2a22a3EIy+F a2laGIt柱X2laGIt柱X1laGIt柱Me22l2lEIxX2a2aEIy=1.90103m4(方向与单位力方向相同)X轴方向位移：x=MciEIi=Me12l2lEIz柱-X4al2lEIz柱-X3al2lEIz柱=3.36105m4y轴方向位移：y=MciEIi=Me12laEIz柱+Me12a2aEIz梁X3alaEIz柱-X4alaEIz柱-a223X4aaEIz梁=5.11105m

13、4 7. C语言程序：#include#define A E*Ix#define B E*Iy#define C E*Iz1#define D E*Iz2#define H G*It#define J F/2#define K Me1/2#define N Me2/2void main()double E=100e9;double G=40e9;double Ix=5.89e-4;double Iy=3.14e-5;double Iz1=3.73e-4;double Iz2=1.38e-5;double It=7.69e-7;double Me1=2.0e4; double Me2=4.8e4

14、;double l=0.8;double a=0.6;double F=1.6e5;double X1=2.28e3;double X2=2.66e4;double X3=-0.844e3;double X4=2.402e4;double x,y,z;z=J*l*2*l*l/(2*3*A)+J*a*2*a*a/(2*3*B)+J*l*a*a/H-X2*l*a/H-X1*l*a/H-N*l*l/(2*A)-X2*a*a/(2*B);printf(z=%.2e,z);printf(n);x=K*l*l/(2*C)-X4*a*l*l/(2*C)-X3*a*l*l/(2*C); printf(x=%.

15、2e,x);printf(n);y=K*l*a/C+K*a*a/(2*D)-X3*a*l*a/C-X4*a*l*a/C-X4*a*a*a/(3*D); printf(y=%.2e,y);printf(n);运行结果：7.心得体会：通过本次课程设计，让我对材料力学知识有了重新的认识，并且有了进一步的提高，同时，也在完成的过程中了解到了一般零件的设计校核过程，使自己对机械设计有了更加深刻的认识。在设计过程中，使用了多种软件，如autocad，office，visualc+等，使自己的计算机水平有所提高，也发现了自己这方面的不足，为日后学习指明了方向。在设计过程中，自己查阅了一些机械方面的资料，扩展了自己的视野，同时也培养了自己对机械专业的兴趣。也为自己后续相关课程的学习奠定了基础。8.参考文献：材料力学 聂毓琴 孟广伟 机械工业出版社 2004.2材料力学实验与课程设计 聂毓琴 吴宏 机械工业出版社 2006.6机械设计手册（第二版） 徐 灏 机械工业出版社 机械设计师手册 王少怀 机械工业出版社