材料力学课程设计龙门刨床

1、材料力学课程设计说明书-7.5-1 -23 龙门刨床班 级：机械5班姓 名：学 号：指导老师： 完成时间：目录一设计的目的、任务及要求二.设计题目三题目求解1. 约束力求解2. 校核门架的的强度3. 求门架上加力点的水平、垂直位移四. C语言程序部分五. CATIA有限元分析验证计算六设计感想 七参考文件 一材料力学课程设计的目的、任务及要求。1设计目的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，运用材料力学的基本理论和计算方法， 独立的计算工程中的典 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。 同时可以使学生间材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体

2、， 既从整体上掌握了基本理论和现代计算方法，又提高了分析问题、解 决问题的能力；既是对以前所学知识（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）的综合运用，又为后续课程（机 械设计、专业课等）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

3、设计思想和设计方法。为后 续课程的教学打下基础。2设计的任务和要求参加设计者要系统股息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， 画出手里分析计算简 图和力图，列出理论依据并到处计算公式，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。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。二设计题目1已知某龙门刨床门架示意图如图1所示，可简化为图2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M?i M?2作用位置及作用方式如图所示。门架材料为灰铸铁( HT250

4、)。(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。已知数据：F=230kNM?=10kN mM?2=45kN m。查手册知灰铸铁 HT250的E=100GPa, G=40GPa。z图341 x30zzz / /0260Z/'/«360400图4z2.题目分析:（1）结构中存在两个空间的固定端，和一个空间的封闭结构， 所以是12次超静定。（2）求解时应运用书11.5节中利用结构对称、载荷对称、平面 -空间系统的知识进行求解。（3）利用力则方程，分别求解F、M?、M?作用下的多余约束 力。（4）对横梁及立柱进行校核。（5）利用图形互乘法求解位

5、移。三题目求解1. 约束力求解（1）当F单独作用时该结构是关于y轴是对称结构，F单独作用时为对称载荷，截面 反对称力素都为零。其次，此结构为平面-空间系统，所以在任意截 面上作用于结构平面的力也为零。所以，只存在一个作用于x-z平面的弯矩。将结构沿着z-y平面截开，取左半部分为静定基，分别施加 多余约束?、？?于横梁上。令?=?= 1，画出力矩图如下：F/2*0.6F/2*0.8/1 1 一JX2=1图1图2图3由二次超静定力则方程可知：? ? + ?2 ? + A<?= 012?1?+ ?2 ?+ 4?= 022对于非圆截面立柱，利用插值法求得（3 1= 0.1793 , 32 =，所

6、以 I柱=?1 ? - ?2? = 7.69 X 10-4 ?12?|22 = 3.14 X 10-5 ?乡12?1 =?鶴+? 耐=2.43 X 10-7 ?22 =?鶴？嗦+ =?梁?柱2.17 X10-7 ?由位移互等定理可得:?12 = ?21警? 2.60 X10-8?柱?=2?= -1.80 X10-3? ?柱 ?=22鰹-聋?= -8.39?梁?柱X10-3 ?带入方程组，解得？= 3.29?（方向与单位力方向相同）2二?8.24?（方向与单位力方向相同）（2）当？?单独作用时该结构是关于y轴是对称结构，？?单独作用时为反对称载 荷，截面对称力素都为零。进行受力分析，固定端不存在

7、垂直于 结构平面的作用力，所以将结构沿着 z-y平面截开，只存在一个 作用于y方向的剪力。取左半部分为静定基，分别施加多余约束?、？?于横梁上。令? = ?= 1，画出力矩图如下:0.6由二次超静定力则方程可知:?33 ? + ?34? + ? = 03 2?43 ? + ?44 ? + ? = 02?1?12? = 1.38 x 10-5 m412?i?12?2?“3.73 x 10-4亍?.?8?3 =刀t-+ 刀 ？= 6.76 X10-8 ? ?-梁?-柱?44 =刀？7?1+ 刀？ ？ = 5.99 X10-8 ? ?梁?柱由位移互等定理可得：厂-慟9?34 = ?3 =刀？?？?=

8、 7.72 ?10-9 ?-?柱?-5?3f=刀 -二-6.43 X10-5 ?3F?柱?-?4?4F=刀?+ 刀丙上-"7 X10-4 ?-梁- - -柱带入方程组，解得？二-421.51（方向与单位力方向相反）4 =?12.02?方向与单位力方向相同）（3）当？?单独作用时该结构是关于y轴是对称结构，？?2单独作用时为对称载荷, 截面反对称力素都为零。进行受力分析，固定端不存在平行于结 构平面的作用力，所以将结构沿着 z-y平面截开，只存在一个作 用于水平面的弯矩。取左半部分为静定基，分别施加多余约束 ?、？?于横梁上。令?= ?= 1，画出力矩图如下：由二次超静定力则方程可知：

9、?55 ? + ?56 ? + Ar?2 = 02?5 ? + ?66? +4?22 = 02Me2/2Me2/2Me2/2X6=1由图可知，显然？5F= ?6F 0，而？?5, ?56, ?65, ?都不为零,欲使方程组成立，则有5 =? = 0 N?m2. 校核门架的强度。（1）顶部梁架的校核由前面计算可知，顶部梁架受到?，?的作用，为斜弯曲的情况，危险截面在左侧端面，力矩图如图所示：X1M?= -?3 X0.6 252.91?M?= ? = 3.29?经过分析，灰铸铁的抗拉性能最差，所以截面p点受到两个方向? =?+?梁的最大拉应力，为危险点?“=11.58?梁查资料得 HT250的?

10、250Mpa，n 3,所以?= ?83.33MPa由第一强度理论，? < ?，所以顶部横梁安全。（2）下端横梁的校核由前面计算可知，顶部梁架受到?，号:严 ?，?的作用，受 到圆轴扭转和两个平面弯曲的作用， 危险截面在左侧端面，力矩图如 图所示：两个弯矩图分别如下一一1 1»L F/2X2” XF/2*0.6X2ZMe1/2X4Me1/2Me2/2P一个扭矩图如下经过分析，左端面为危险截面，计算得到:?M?=仓 X0.6- ? = 30.76?M若将M?, M?合成，由于截面为矩形(非圆截面)，所以不是平面弯 曲。分析知道在M点受到两个弯矩造成的最大拉应力，所以不妨先 取M点进

11、行试校核由第一强度理论,? ?=汞+ = 151.05>?所以，下端横梁是不安全的(3) 立柱的校核原理同下端横梁的校核，立柱受到2?严1，号2 ?, ?,?以及?的作用，为两弯、一扭和拉伸的复杂组合。弯矩，扭矩以及轴力图如下:弯矩图:X3*0.6扭矩图:F/2*0.6轴力图:由以上图可知，危险截面在端面。校核A点:点只存在正应力。?= X3+ X4 二11.60kNA= 0.3 X0.4 - 0.26 X0.36 = 0.0264?2?2?= 2 X0.8-2_2= 69.50?=?17?11+? X0.6 + ? X0.6 = 1.96?主?1? ?2?1/=5.89 X 10-4

12、m412QQy QQ?X?= +Ix柱?2?X ? ?+ i= 38.20 X106? I +?'z柱由第一强度理论，？?< 刀所以，A点安全。校核B点：B点同时存在正应力和切应力?= ?存 务 0.94MPa柱由教科书?74页薄壁杆件扭转切应力计算公式可知:?= 2 X 0.6 - ?- ? = 27.47?27.47 X 103?T= 2?爲 2 X0.4 X 0.3 X 0.02 = 刨羽?尸+石2? = 6.21?由第一强度理论，？?<刀所以，B点安全。校核C点:?>?= ?+?柱?37.70?由第一强度理论,?t= 5.72?2?暨+ 讥?丫 + ?= 38

13、.55?2 2?>?< 所以，C点安全。综上，立柱安全。3. 求门架上加力点的水平、垂直位移(1)求水平位移求Z方向位移：在门架上加力点沿着Z方向施加一个单位力，力矩图如图:0.6由之前计算得到的力，分别画出力矩图:Me2/2Me2/2Me2/2_ ?31柱 12运用图形互乘法求解：32?02?5.89 X10-4 ?A?=刀?癖?？ 方+匸?麴?1 x|?x0.63 xj=?x ?梁? X0.62 x|?x?梁1 x 2?X0.83 x2?x ? | ?号2x0.82 x| |?x0.62 x0.8 ? xo.6 x0.8?x ?主+"?x?柱? x0.6 x 0.8?

14、x?柱=0.39m （方向与单位力方向相同）求X方向位移：在门架上加力点沿着X方向施加一个单位力，力矩图如图:运用图形互乘法求解:?=匸遷 ?厶?OO11-?1 X0.82 x1? x 0.82 xo.6 X1?X ?主22 + 3 2?x ?主? X0.82 x 0.6 x2 + -?x ?柱=-1.68 x 10-2 ?(方向与单位力方向相反)(2)求水平位移求丫方向位移：在门架上加力点沿着丫方向施加一个单位力，力矩图如图:运用图形互乘法求解:?2?1x0.62 x2 3? X0.63 x! -2?1 X0.8 X0.6 + ?X ?梁?X ?梁?X ?主0.6 X0.8 X0.6 X?+

15、?柱0.6 X0.8 X0.6 X?柱=1.67 X10-4 ?（方向与单位力方向相同）四.C语言程序#i nclude<stdio.h>#define A E*lx/定义变量#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 mai n()int i;float h1,h2,b1,b2,p1,p2,pA,pB,pC,p=250/3;double E,G,a,l,Me1,Me2,F,N1,N2,l5,X1, X2,X3,X4

16、,x,y,z,Ix,ly,lz1,lz2,lt;E=100e9;/为变量赋值G=40e9;a=0.6;l=0.8;Me1=1.0e4;Me2=4.5e4;F=2.3e5;N1=0.1793;N2=0.1845;X1=3.29e3;X2=3.824e4;X3=-0.42151e3;X4=1.202e4;for(i=0;i<5;)/求解惯性矩及Itpri ntf("nl nput the h1,b1,h2,b2n");sea nf("%f,%f,%f,%f",&h1,&b1,&h2,&b2); if (i>3) l

17、+i=N1*h1*b1*b1*b1-N2*h2*b2*b2*b2; elseI+i=(h1*b1*b1*b1-h2*b2*b2*b2)/12; prin tf("l%d=%.2en",i,li);prin tf("nI nput the p1n");/sea nf("%f",&p1);if(plvp)/prin tf("n顶部梁架安全。n");elseprin tf("n顶部梁架不安全。n");prin tf("nl nput the p2n");/sea nf(&q

18、uot;%f",&p2);if(p2<p)/prin tf("n下端横梁在M安全。n");elseprintf("n下端横梁在M不安全。n");prin tf("nl nput the pA,pB,pCn");/sea nf("%f,%f,%f",&pA,&pB,&pC);if(pA<p&&pB<p&&pC<p)/prin tf("n立柱安全。n");elseprin tf("n立柱不安全

19、。n");printf("n门架上加力点在X、Y、Z轴lx=l1; ly=l2; Iz 仁l4; II为pl赋值与许用应力比较，判断是否安全为p2赋值与许用应力比较，判断是否安全为pA,pB,pC赋值与许用应力比较，判断是否安全移依次为x、y、zn");为变量赋值lz2=l3; lt=l5;x=K*l*lI(2*C)-X4*a*l*lI(2*C)+X3*a*l*lI(2*C); II代入公式求解 x 方向位移prin tf("nx=%.2en",x);y=-K*l*a/C-K*a*a/(2*D)-X3*a*l*a/C+X4*a*l*a/C+X4

20、*a*a*a/(3*D);II代入公式求解y方向位移prin tf("y=%.2en",y);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*2I(3*A)-X2*a*a*2I(3*B);/代入公式求解 z 方向位移prin tf("z=%.2en",z); 'D:Program File? (x8S)vcDe bogVOnexe'Input the hl, b 1,1x2, b2 t). 3, CL 4, O. 26, CL 36 tl=5.

21、 89e-004Input the hlbl, h2, b20. 12, 0. N 0. 1,0. 18J2=3. 14e-005Input the hl, bl, Yi2t b2 !o. z 0. IN 0. 18, 0. 1 t2-L 23e-00SInput the hlbl, h2t b2 b 4, 0. 3, 0. 36,0. 26I4>3. 73e-004Input the hl, bl； h2, b2 p. L 0. 3,0. 36, 0. 26 I5-7. 69a-004Input th氏 pl11. 5S顶部梁架安全。Input thm p21B1. 05下端横梁在M不安全Input the pA, pB, pC6. 2h 33. 20,