吉林大学材料力学课程设计7.1 底盘车架设计 Ⅱ8

材料力学课程设计说明书设计题目：HZ140TR2后置旅游车底盘车架的静力分析及强度刚度计算题号：P647.1数据号：P66II8学院：机械科学与工程学院专业：工业工程姓名：纪若男学号：41111327指导老师：魏源2013.9.3.一.设计目的本课程设计的目的是在于系统学习完材料力学之后，能结合工程中的实际问题，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的知识解决实际问题的目的。同时，可以使学生将材料力学的理论和现代计算方法及手段融为一体。既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，又为后继课程（零件、专业课等）打下基础，并初步掌握工程中的设计思想和设计方法，对实际工作能力有所提高。具体的有以下六项：1.使学生的材料力学知识系统化完整化；2.在全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程中的实际问题；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.综合运用以前所学习的各门课程的知识，使相关学科的只是有机的联系起来；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。二，设计题目HZ140TR2后置旅游车底盘车架简化后如下图所示。满载时，前部受重力FA作用，后部受到重力FB作用，乘客区均布载荷为q（含部分车身重），梁为变截面梁。计算过程重忽略圆角的影响，并把梁抽象为等厚度闭口薄壁矩形截面的阶梯梁。材料的弹性模量E、许用应力[σ]及有关数据由下面数表给出。1/lm2/lm3/lm4/lm5/lm1/hm1/bm2/hm1.11.63.11.62.10.10.060.122/bm3/hm3/bmt/mE/GPa[σ]/MPaFA/N0.080.110.070.00521016026801.计算前簧固定端C处，前簧滑板D处、后簧固定端F处、后簧滑板G处的支反力。2.画出车架的内力图。3.画出各截面上弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线。4.用能量法求出车架最大挠度maxf的值及所发生的截面，画出车架挠曲线的大致形状。5.若壁厚t不变，取h/b=1.5，按等截面梁重新设计车架截面尺寸。三，设计计算过程以下计算q=12000N/m,FA=2680N,FB=4700N.1，计算前簧固定端C处，前簧滑板D处、后簧固定端F处、后簧滑板G处的支反力。解：由题得，此连续梁为三次静不定结构，但由于水平方向外力为0，所以此机构可认为是二次静不定结构。这样此结构梁就满足多跨梁及三弯矩方程的条件。左边第一支座为固定绞支座，其余均为可动绞支座。支座编号从左向右依次为0，1，2，3。以中间的两个支座的约束反力矩为多余约束，取静定基的每个跨度皆为简支梁。这些简支梁在原来的外载荷作用下的弯矩图如下图所示。为便于计算，令。0112233445,,,,LlLlLlLlLl由此可得，w1=w2=w3=由上图可知，各个部分形心位置a1=1L/2,a2=b2=2L/2,b3=3L/2.梁在左端和右端分别有外伸部分，M0=－FA×L0=－2680×1.1KN·m=－2948KN·mM3=－FB×L4=－4700×2.1KN·m=－9870KN·m根据三弯矩方程：111111126()nnnnnnnnnnnnnwawbMlMllMlll对跨度L1和L2写出三弯矩方程为：112201112221226()wawbMLMLLMLLL对跨度L2和L3写出三弯矩方程为：332212223332326()wbwaMLMLLMLLL解上面的方程组可得：M1=-8191.57N/mM2=-6433.54N/m求得M1和M2以后，连续连三个跨度的受力情况如图所示可以把它们看成三个静定梁，而且载荷和端截面上的弯矩（多余约束力）都是已知的，即为原结构的相当系统。对每一跨度都可以求出支反力和弯矩图，把这些图连起来就是连续梁的剪力图和弯矩图。如图左端部分：Mc=0M0+M1－1/2ql2²+Nd1·l2+Fa·l1=0可得到,Nd1=14719.69N，Nc=11aFqlNd7160.31N同理可得：Nd2=19167.09NNf2=18032.91NNf1=13620.96NNg=10279.04N其中Nd=Nd1+Nd2=33886.78N，Nf=Nf1+Nf2=31653.87N从而求出前簧固定端C处，前簧滑板D处、后簧固定端F处、后簧滑板G处的支反力。2，画出车架的内力图。（1）剪力图。单位（N）（2）弯矩图：单位（N.m）3,画出各截面上弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线。弯曲正应力的最大值为：maxmaxzMyI其中zI可由公式：33(2)(2)12zbhbthtI求得611.962510zI623.75583310zI632.7641710zI各截面上弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线如下图。4，.用能量法求出车架最大挠度maxf的值及所发生的截面，画出车架挠曲线的大致形状。解：求出车架上特殊点的挠度，其中最大的就是车架最大挠度所在截面。为了便于计算，作出每一个载荷作用下的弯矩图，然后利用图乘法和叠加原理求其总和。根据上图，作出每个载荷单独作用时的弯矩图：Fa单独作用时max12()FaMFallFb单独作用时max45()FbMFbllNc单独作用时Ng单独作用CD部分均布载荷单独作用时22max2qCDqlMDF段均布载荷单独作用时23max8qDFqlMFG段单独作用时24max2qFGqlM（1）求A点挠度max12fAMll在A端加单位力，弯矩图如上图所示。由图乘法可知：1niCiiiwMEIFa单独作用下A点挠度：1111111maxmax2maxmax11212212122212maxmax1maxmax2121211212EI23EI211123EI223AfAFafAFazzfAFafAFazlllllflMMlMMlllllllllllMMlMMllllFb单独作用下A点挠度：23maxmax2111EI23AfAFbzflMMNc单独作用下A点挠度：21322max32max212211123EI223AfAfAzllflNclMlNclMllNg单独作用下A点挠度434max2111EI23AfAzflNglMCD部分均布载荷单独作用时A点挠度：215max2max3maxmax212311124EI323AqCDfAfAqCDzllfMlMlMMllDF段均布载荷单独作用时A点挠度：6max3max2121EI32AqDFfAzfMlMFG段均布载荷单独作用时A点挠度：73maxmax2111EI23AfAqFGzflMM综上得：fA=fA1+fA2+fA3+fA4+fA5+fA6+fA7=5.33mm（2）求CD中点E挠度，在E处加单位力1。max2/2fEMlFa单独作用下CD中点挠度：2121maxmax3maxmax212511126EI2223EfEFafEFazlllfMMlMMllFb单独作用下CD中点挠度：23maxmax2111EI23EfEFbzflMMNc单独作用下CD中点挠度：23max232max211512EI22623EfEfEzlfMNcllNclMNg单独作用下CD中点挠度434max2111EI23EfEzflNglMCD部分均布载荷单独作用时CD中点挠度：2max2/8qEDMql2max23/8qCEMql为便于计算，将CD部分一分为二，分别画出其弯矩图。然后图乘。25maxmax3maxmax2222max23maxmax113121EI32423EI1712222423EqEDfEqEDfEzzfEqCEfElfMMlMMlMqllMMDF段均布载荷单独作用时CD中点挠度：6max3max2121EI32EqDFfEzfMlMFG段均布载荷单独作用时CD中点挠度：73maxmax2111EI23EqFGfEzlMM综上得：fE=fE1+fE2+fE3+fE4+fE5+fE6+fE7=－1.523mm（3）求DF中点O挠度，在O处加单位力1。max3/4fOMlFa单独作用下DF中点挠度：13maxmax2111EI22OfOFazflMMFb单独作用下DF中点挠度：23maxmax2111EI22OfOFbzflMMNc单独作用下DF中点挠度：33max22111EI22OfOzflMNclNg单独作用下DF中点挠度43max42111EI22OfOzflMNglCD部分均布载荷单独作用时DF中点挠度：53maxmax2111EI22OfOqCDzflMMDF段均布载荷单独作用时DF中点挠度：36maxmax21252EI328OqDFfOzlfMMFG段均布载荷单独作用时DF中点挠度：73maxmax2111EI22OfOqFGzflMM综上得：fO=fO1+fO2+fO3+fO4+fO5+fO6+fO7=23.18mm（4）求FG中点K挠度，在K处加单位力1。max4/2fKMlFb单独作用下DF中点挠度：13maxmax2111EI23KfKFazflMMFa单独作用下DF中点挠度：4542maxmax3maxmax254511126EI2223KfKFbfKFbzlllfMMlMMllNc单独作用下DF中点挠度：332max2111EI23KfKzflNglMNg单独作用下DF中点挠度44max434max211512EI22623KfKfKzlfMNgllNglMCD部分均布载荷单独作用时DF中点挠度：53maxmax2111EI23KqCDfKzflMMDF段均布载荷单独作用时DF中点挠度：6max3max2121EI32KqDFfKzfMlMFG段均布载荷单独作用时DF中点挠度47maxmax3maxmax2224max43maxmax113121EI32423EI1712222423KqFKfKqFKfKzzfKqKGfklfMMlMMlMqllMM综上得：fK=fK1+fK2+fK3+fK4+fK5+fK6+fK7=－3.24mm（5）求B端挠度，在B处加单位力1。max45fBMllFa单独作用下B点挠度：13maxmax2111EI23BfBFazflMMFb单独作用下B点挠度：4555525maxmax4maxmax34545245454254maxmax5maxmax2455411212EI23EI211123EI223BfBFbfBFbzzfBFbfBFbzlllllflMMlMMlllllllllllMMlMMllllNc单独作用下B点挠度：332max2111EI23BfBzflNclMNg单独作用下B点挠度45444max34max254211123EI223BfBfBzllflNglMlNglMll