龙门刨床门架

NO.答辩成绩：设计成绩：材料力学课程设计设计计算说明书设计题目：龙门刨床门架题号:7—5—11—I教学号:姓名：指导教师：完成时间：2010—10-2-目录一．材料力学课程设计的目的……………………………………………………-3-二、材料力学课程设计的任务和要求……………………………………………-4-三、材料力学课程设计题目—龙门刨床门架计算………………………………-4-四、设计计算书说明书……………………………………………………………-5-1.设计思想：…………………………………………………………………-5-2.设计方法……………………………………………………………………-5-一、门架强度的校核-5-二、改进措施…………………………………………………………-17-二、求门架上加力点的水平和垂直位移……………………………-18-3.分析讨论和说明…………………………………………………………-20-五．程序设计-21-一、程序流程图…………………………………………………………20-二、程序及运行结果……………………………………………………21-六、设计总结……………………………………………………………………-24-七、参考文献..……………………………………………………………………-22-一．材料力学课程设计的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，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.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，因而课程设计可以吧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（高等数学、工程图学、理论力学、算法语言、计算机等），使相关学科的知识有机的联系起来。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。-4-二、材料力学课程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内力图，列出理论依据并到处计算公式，对立编制计算程序，通过计算机给出计算结果，并完成设计计算说明书。三、材料力学课程设计题目—龙门刨床门架计算某龙门刨床门架示意图如图1-1a所示，可简化成图1-1b所示的钢架，尺寸如图所示。危险工况有最大水平切削力F，另外有两种力矩Me1、Me2，作用位置及作用方式如图1-1b所示。门架材料为灰铸铁（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。设计计算数据：7-9-11F=100kN、1eM=60kN·m、2eM=45kN·m1-1a1-1b-5-四、设计计算书说明书1.设计分析：1.龙门刨床门架静不定次数为12次2.将三个载荷水平切削力F、两种力矩Me1、Me2分成三部分单独作用于构件上，分别判断静不定次数、确定基本静定系、建立多余约束处的正则方程、计算各系数δij、△iF，带入正则方程，求解多余约束力。然后分别对两根横梁和立柱进行强度校核。再用图形互乘法求出加力点的水平和垂直位移。2.设计方法一、门架强度的校核第一步：将三个载荷水平切削力F、两种力矩M1、M2分成三部分单独作用于构件上，判断静不定次数、确定基本静定系、建立多余约束处的正则方程、计算各系数δij、△iF，带入正则方程，求解多余约束力。（一）最大水平切削力F单独作用利用已知结构特点进行简化如下图。-6-此结构为平面—空间系统，因此，在门架的任意横截面上作用在门架平面内的内力素都等于零。此外，门架的形状在门架平面内对Y轴式对称的，载荷作用于中点对Y轴也是对称的。因此，在钢架的对称平面处的横截面处，反对称的内力素（扭矩和剪力）也都等于零。因而不等于零的仅仅是作用在水平面内的弯矩。将门架沿对称平面揭开作为原超静定结构的静定基，并加上两对多余约束力偶矩X1、X2如图：建立对称平面处的变形协调条件在所截开的对称平面处，不能产生相对的转动，由力法正则方程有0021212221212111FFXXXX画出由已知力F/2引起的内力图和X1=1、X2=1的单位力引起的内力图，如图（a）（b）（c）利用图乘法得：图—1此结构为灰铸铁，查资料得：E=100GPa,G=40Gpa门架立柱包含非圆截面的扭转问题，-7-由图可知：门架宽2a=1200mm高2l=1600mm；立柱A：H1=400mmB1=300mmH'2=360mmB'2=260mm；横梁B：h1=200mmb1=120mmh2=180mmb2=100mm；经常表得h/b=1.2,β=0.166;h/b=1.5,β=0.196由插入法可得，β1=0.179，β2=0.184所以：立柱非圆截面3341112227.6910AtIHBHB（m4）横梁的ByI=1212hb322311hb=1218.01.0122.012.0333.14x10-5(m4)得：7111B22.4310IccyAtBywMwMalmEIGIEEI7122B2.1710IccyAtBywMwMalmEIGIEEI812212.6010xcAtAtwMlmGIGI417.8102cxcFByAtAtwMwMFalmEIGIGI2323.64104I2cxcFByAtByAtwMwMFaFalmEIGIEGI则：121.43.16.64.XKNmXKNm（二）力矩Me2单独作用时；-8-如图所示：门架结构特点于（一）水平切削力F单独作用时相似，为对称结构的平面-空间系统。其对称平面处的横截面上，反对称的内力素也都等于零。因而不等于零的仅仅是作用于水平面的弯矩My,并加上二对多余约束力偶矩X3、X4建立正则方程图—20043434443434333FFXXXX画出由已知力偶矩和令13X、14X单位力引起的内力图，利用图乘法得：03F044所以：0043XX-9-（三）力矩Me1单独作用时；此门架结构为平面对称结构。Me1为反对称载荷。因此，在构件的对称平面处的横截面上，对称内力素都等于零。因而不等于零的仅仅是剪力。将钢架沿对称平面截开作为原超静定结构的静定基，并加上两对多余的约束力由力法正则方程得：0065656665656555FFXXXX画出由已知力矩21eM的内力图和X5=1，X6=1的单位力的内力图，如图—1（a）（b）（c），同（一）设a,l：求得：立柱的334411223.73101212AzHBHBIm横梁的335411221.38101212BzhbhbIm-10-所以：815522236.7610IccBzAzBzAzaaawMwMlaamEIEIEEI956657.810cAzAzwMaalmEIEI86612235.9210cBzBzBzaalwMlaamEIEIEI14523.86104ecFAzAzMlawMmEIEI11361224.2104eeniicFiBzAzMMaalawMmEIEIEI由正则方程得：562.3370.42XKNXKN综（一）（二）（三）得求出所有的多余约束力后，此结构化为静定问题。可进一步校核门架强度问题。-11-第二步：门架强度的校核该门架为对称结构，沿对称平面截开一半进行校核分析。将其分为三部分，两根横梁和立柱，分别进行强度校核。（一）顶部横梁的强度校核1．外力分析：如左图所示顶部横梁上作用多余约束力矩有X1和多月约束力X5。2.画出内力图：根据内力图确定危险截面为端截面，Mmax,z=5Xa=-1.572KN.mMmax,y=X1=1.43KN.m3、强度校核：此构件材料为灰铸铁，抗压性能是抗拉性能10倍左右，对端点进行应力分析：43max5.910AyAyIWmZ，43max6.210AzAzIWmymaxmaxmax0.496yzAyAzMMMPaWW-12-查资料得，灰铸铁HT250，MPab250，MPanb3.83max故顶部横梁满足强度条件，是安全的。（二）中间横梁的强度校核1、外力分析：中间横梁上作用有外载荷2,2,221eeMMF，以及约束力6X和约束力偶矩2X2、画内力图：弯矩图：-13-扭矩图：分析得，此横梁受双向弯曲和扭转组合变形，危险截面为端截面。3、强度校核：取端截面分析，根据应力分析，A点扭转切应力为零，正应力最大。2max6max13.36.2.42.25.yzFaMXKNmMaXKNm-14-第一步已求得中间横梁543.1410ByIm541.3810BzIm可知：43max3.1410ByByIWmZ43max2.310BzZIWmy所以：43maxmaxmax4413.361042.25210250226.23.14102.3103yzByBzMMMPaMPaWW所有A点不安全。即不必判断其他点，中间横梁不安全。（三）立柱的校核1、画出内力图：弯矩图2F、12eM、5X、6X-15-扭矩图2、强度校核判断得，A、B、C三点为危险点-16-332.9510AxWm，332.510AzWm先分析B点，切应力为零，,max,max1240.210.85.2xzFlMKNmFaMXXKNm由第一强度理论得：maxmaxmax4010.85425017.92.952.583xzxzMMMPaMPaWW所以B点安全。分析C点maxmax13.56xxMMPaW查资料的闭口薄壁杆件的wMx2得3xmax11.93102.48220.30.40.02MMPaw-17-取单元体如左图：22114.022xxMPa所以C点安全分析A点maxmax4.34zzMMPaW同C点分析得225.4622xxcMPaA点也安全综上可得立柱满足强度条件。（四）改进措施由上述校核可知，中间横梁是不安全的。改进方法有：1.合理设计和布置支座。弯矩是引起弯曲变形的主要因素，减小弯矩也就减小应力强度。所以在不影响刨床工作的前提下，减小立柱之间的距离。2.将集中载荷适当分散。工程实际中，若能把集中力变成分散力，也可以去的减小弯矩降低弯曲变形的效果。所以，作用在中间梁上的集中力，应尽量靠近支座，以减小弯矩，降低应力。3.选择合理的截面形状。梁的合理截面形状应该是：在不加大横截面面积的条件-18-下，尽量使zW大一点，即应使比值/AzW大一些，则这样的截面就既合理、又经济。经分析知，若将矩形截面中在中性轴附近的材料移至到中性轴较远处，使截面成为工字型及槽型，则它们要比矩形截面更为合理。4.合理选材。弯曲变形还与材料的弹性模量E有关。对于不同的材料，E数值越大弯曲变形越小。所以为提高强度，可以选择高强度铸钢。二、求门架上加力点的水平和垂直位移（一）求水平位移沿力F的方向加一单位力，并画出单位力引起的内力图，结合上一步中