半挂车毕业设计说明书(编辑修改稿)

半挂车毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

果在两根横梁之间加装一根横梁，则车架的扭转应力提高、加装横梁处的扭转应力增加，而纵梁在与原来两根横梁连接处的扭转应力反而下降，布置横梁时应注意这个问题。 （ 8）对车架需要加强的地方，可采用这样的加强方式：①将槽形断面的加强板附加在纵梁的内侧或外侧，加强效果十分显著；②采用 L 形断面的加强板附加在纵梁承受拉伸应力的一侧；③将纵梁的加强成为箱形断面，方法简单，加强效果也较好，但对其扭转刚度有一定的影响；④在翼板上加强，但效果不明显。 一、 纵梁 的选择 车架的纵梁结构是根据货台形式要求，相应的有平板式、阶梯式、凹梁式或桥式等三种，如图。 纵梁截面有工字形和槽形 , 纵 平板式 阶梯式 毕业设计说明书 21 梁截面有工字形和槽形 ,为防止上 下翼缘受拉伸和压缩作用而破裂 , 按薄板理论进行校核 ,其弯曲应 力不应超过临界弯曲应力。 翼缘 最大宽度一般不超过 16δ (δ 为钢 板的厚度 )，对于大吨位半挂车多采用工字形截面梁。 纵梁截面高度根据吨位不同有较大的差异。 可参考以下尺寸： 载质量 15t，主截面高 300mm 左右；载质量 20～ 30t，主截面高 350～450mm； 载质量 40～ 50t， 主截面高 450～ 550mm。 半挂车车架纵梁沿其长度方向截面尺寸的变化，主要根据弯曲强度计算和总体布置确定。 车架纵梁均采用高腹板结构，主截面的高和翼板宽度之比为 ～。 本车主截面的高和翼板宽度之比为。 目前各生产厂家为了便于产品变型和多品种生产，规定了纵梁腹板、翼板尺寸规范，从而可采用几种规定尺寸的腹板和翼板的组合，来满足各种吨位半挂车车架纵梁的要求。 本车纵梁的主要参数： 主截面高为 500mm；腹板厚度 8mm；上翼板尺寸 140 16；下翼板尺寸140 16；变截面加强 搬 尺寸 110 8。 采 用汽车大梁专用钢 P510L 钢板焊接而成。 二、横梁 的选择 凹梁式 图 车架纵梁的形式 毕业设计说明书 22 横梁是连接左右纵梁组成车架的主要构件。 横梁本身的抗扭性能及横梁在车架上的分布，直接影响着车架的内应力及车架的刚度，合理地设计横梁可以保证车架具有足够的扭转刚度。 半挂车车架中的横梁有冲压成型或直接采用型材，前者比后者轻 15% ～ 20%，一般前者采用比较广泛。 常见的横梁结构有： （ 1） 圆管形 具有较高的扭转刚度，但因纵梁截面高度较大，为使载荷从整个截面传递到横梁上，必须补焊许多连接板，故增加了车架的质量、成本高、工艺复杂。 另外，当扭转较严重时，连 接板处应力较大。 因此圆管形横梁一般只布置在车架纵梁的两端，靠近下翼板，增强车架整体扭转刚度。 （ 2） 工字形 对载荷传递较为理想，但纵梁翼缘和横梁翼缘连接，对扭转约束较大，因而翼缘产生的内应力较大。 （ 3） 槽形 多用钢板冲压成型，制造工艺简单、成本低，为许多厂家采用，但扭转刚度较差。 （ 4） 箱形 和圆管形横梁有类似的特点，具有较好的抗扭性。 横梁的截面尺寸通常用类比法确定。 从产品的系列化、标准化和通用化考虑，应采用一、二种规格尺寸的横梁，在布置上采用疏密不同的方式来满足各种吨位级别半挂车的要求。 横梁在 布置时，其间距为 700～ 1200mm，视实际情况也可不遵循此规格。 本半挂车的 中 横梁采用的是钢板冲压的 U 形横梁。 贯穿横梁、前部边横梁和前部中横梁采用 8热轧普通槽钢。 毕业设计说明书 23 三、纵梁和横梁的连接 车架结构的整体刚度，除和纵梁、横梁自身的刚度有关外，还直接受节点连接刚度的影响，节点的刚度越大，车架的整体刚度也越大。 因此，正确选择和合理设计横梁和纵梁的节点结构，是车架设计的重要问题，下面介绍几种节点结构。 一、 横梁和纵梁上下翼缘连接（见图 （ a））这种结构有利于提高车架的扭转刚度，但在受扭严重的情况下，易产生约束扭转 ，因而在纵梁翼缘处会出现较大内应力。 该结构形式一般用在半挂车鹅劲区、支承装置处和后悬架支承处。 二、横梁和纵梁的腹板连接（见图 （ b））这种结构刚度较差，允许纵梁截面产生自由翘曲，不形成约束扭转。 这种结构形式多用在扭转变形较小的车架中部横梁上。 三、横梁与纵梁上翼缘和腹板连接（见图 （ c））这种结构兼有以上两种结构的特点，故应用较多。 四、横梁贯穿纵梁腹板连接（见图 ）这 （ a） （ b） （ c） 图 半挂车纵梁和横梁的连接 毕业设计说明书 24 种结构称为贯穿连接结构，是目前国内外广泛采 用的半挂车车架结构。 它在 贯穿出只焊接横梁腹 板，其上下翼板不焊接，并在穿孔之间留有间隙。 当纵梁产生弯曲变形时，允许纵梁相对横梁产生 微量位移，从而消除应力集中现象。 但车架整体 扭转刚度较差，需要在靠近纵梁两端处加横梁来 提高扭转刚度。 贯穿式横梁结构，由于采用了整体横梁，减少 了焊缝，使焊接变形减少。 同时还具有腹板承载能 力大，并且在偏载较大时，能使车架各处所产生的 应力分布较均匀的特点。 四、纵梁强度 计算 [11] 、 [12] 汽车传统设计理论认为，在纵梁设计中，通常只对纵梁进行简化的弯曲强度计算，以确定纵梁的截面尺寸。 根据 上述理论设计纵梁时做如下假设： （一）纵梁为支承在牵引销和后轮上的简支梁； （二）空车时的簧载质量均布在左右两纵梁的全长上，满载时的有效载荷则均布在承载面的全长上； （三）所有作用力均通过载面弯新（忽略不记局部扭转所产生的影响）。 所以本文在建立数学结构模型工作中，分析纵梁承载情况和受力状况时先设计计算的力学模型，尽管实际承受载荷情况错综复杂，总的来说，纵梁重要承受静载荷和动载荷（对称垂直、斜对称），可把纵梁结构简化为支承在牵引销和后轴上的简支梁作弯曲强度计算。 因车架结构左右对称受力相差不大，所以可 对其一侧纵梁用传统的设计理论进行强度计算。 其计算过程大致如下（由于计算过程复杂，我们可利用 VB 软件进行编程计算，其图 贯穿式横梁结构 毕业设计说明书 25 程序见）： 纵梁和不贯穿式横梁均采用 P51OL， P51OL 具有良好的综合力学性能，低温冲击韧度、冷冲压、切削加工性、焊接性能等。 P510L 钢的综合性能明显优于 Q235A 和 16Mn， 是攀钢集团专为汽车大梁设计生产的 汽车 大梁专用钢。 许用应力 [σ ]=395 Mpa。 侧支梁、边梁和贯穿式横梁均采用 Q235A[18]，屈服点 [σ ]=235 Mpa，伸长率δ =26% ，密度ρ = 103kg/m3。 Q235A具有良好的塑性、韧性、焊接性能和冷冲压性能，以及一定的强度、良好的冷弯性能。 （一） 车体各个部分的质量 车架质量 3000kg， 加强板、牵引板、牵引销和悬挂质量约为 600 kg ，三根车轴共重 1000 kg，载货平板质量 700kg， 拦板、立柱约 500kg， 护拦板、备胎、工具箱总质量约为 300kg ，支承装置和储气罐等质量 300kg，轮胎总质量 800kg。 （二）轴荷分配 如图 所示，车架承受纵向单位线长度均匀载荷 aq ，有： AF —— 牵引销所受力 （ N）； BF —— 后 轴中心处 所受力 （ N）； L —— 牵引销到中间车轴的距离（ m）； kL —— 中间车轴到车架尾部的距离（ m）。 空载： 36 . 4 1 0 9 . 8 35 . 1 0 3 1 0 /1 2 . 2 9 0a Wq N mLa  3 3( 2 ) 03 10 12 .29 ( 12 .29 2 8 ) 24 .8 102 2 1a a a kA q L L LFNL        3 3 3 10 9 10 16 10B a a AF q L F N         满载： 336 . 4 1 0 9 . 8 3 2 . 8 1 0 9 . 8 33 1 . 2 5 8 1 0 /1 2 . 2 9 0ea WWq N mLa        图 车架均布载荷图 3 3( 2 ) 31 .2 58 10 12 .2 9 ( 12 .2 9 2 2. 78 ) 15 1. 90 4 102 2 8. 51a a a kA q L L LFNL         3 3 33 1 .2 5 8 1 0 1 2 .2 9 1 5 1 .9 0 4 1 0 2 3 2 .2 8 8 1 0B a a AF q L F N         （三）强度计算 在满载时进行纵梁的强度校核 Ⅰ .支反力计算： 3( 6. 4 32 .8 ) 10 9. 8 38 41 60GN     /2q mg l （ l 为纵梁总长，取一根纵梁计算） 式中： G —— 半挂车承受的重力 q —— 纵梁上的单位长度线载荷 由上述计算得：  由平衡力矩： 0AM  222 * 2 * 1 / 2 * ( 2 3 ) / 2 0f l q l q l l    得 2 116265fN 1 / 2 2 7 5 8 1 5f G f N   Ⅱ剪力的计算： CA段： ()saf x q x (0 1)x ① AB段： ( ) 1saf x f q x (1 )x ② BD段： ( ) ( )saf x q l x ( )x ③ Ⅲ弯矩的计算： CA 段： 2( ) / 2M x qx (0 1)x ① AB 段： 2( ) 1 ( 1 ) / 2M x f x qx   (1 )x ② BD 段： 2( ) ( ) / 2M x q l x   ( )x ③ 由上述三式可计算出各弯矩最大的点为： A 点的最大弯矩： 22/ 2 1 5 6 2 8 . 9 7 1 / 2 7 . 8 1 4AaM q x K N m K N m       ； B 点的最大弯矩： 22( ) / 2 1 5 6 2 8 . 9 7 ( 1 2 . 2 9 9 . 5 1 ) / 2 6 0 . 3 9 3BM q l x K N m K N m         ； 由图可知，最大弯矩出现在 (1, 1 2)l l l 段上，则有： 21 [ / 2 1 ( 1 ) ]() 0 0 1 0aad q x f x ldM x q x fdx dx        ； 即 1 7 5 8 1 5 4 .8 61 5 6 2 8 .9 7afx m mq  ； 22m a x / 2 1 ( 1 ) 1 5 6 7 8 . 9 7 4 . 8 5 / 2 7 5 8 1 5 (4 . 8 6 1 )aM q x f x l         m。 通过计算，可以画出车架纵梁的支反力、剪力、弯矩图如图。 （四）危险截面确定 由经验可知，纵梁的危险截面一般为变截面处和最大弯矩处，通过结构图和计算可知 分别距车架前端距离为 ， 和 ，图 纵梁剪力 弯矩图 现分别对以上三截面进行强度校核，分别 令其为截面 截面 截面 3。 见图 截面 1： H=250mm， δ 1=16mm，δ 2=8mm，B=140mm 截面 2： H=330mm，δ 1=16mm，δ 2=8mm，B=140mm 截面 3： H=500mm，δ 1=16mm，δ 2=8mm， B=140mm 由此可计算抗弯截面系数 ： 3333 211 ( ) ( 2 )66BH B HBH bhHH    = 3333 212 ( ) ( 2 )66BH B HBH bhHH    = 3333 213 ( ) ( 2 )66BH B HBH bhHH    = 各截面处的弯矩： 2(1 ) 1 (1. 56 1 ) 1. 56 / 2M f q    =23439N/m 2( 2) 1 ( 1 ) / 2M f q    =80718N/m 2( 3 ) 1 ( 1 ) / 2M f q    =108071N/m 由弯曲应力公式所计算出的弯矩分别计算各截。