吉林大学材料力学课程设计71底盘车架设计Ⅱ.doc

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，前部受重力作用，后部受到重力作用，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、许用应力及有关数据由下面数表给出。 1.1 1.6 3.1 1.6 2.1 0.1 0.06 0.12t /mE/GPa/MPa/N0.08 0.11 0.07 0.005210 160 26801.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=16000N/M, =2680N, =4800N.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，原结构若去掉D,F处的约束共3个约束可形成两端外伸梁，以此外伸梁为静定基，则判断原结构为3次超静定结构。但因为结构整体水平力为零，则F处的固定铰支座可看做可动铰支座，由此结构即变为二次超静定的多跨度连续梁。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。由此可得，W1=w2=w3=由上图可知，各个部分形心位置a1=/2,a2=b2=/2,b3=/2.梁在左端和右端分别有外伸部分，M0=-FA l0=-28601.1KNm=-2948KNmM3=-FB l4 =-48002.1KNm=-8610KNm根据三弯矩方程：对跨度L1和L2写出三弯矩方程为：对跨度L2和L3写出三弯矩方程为：解上面的方程组可得：M1=-10915.7 M2=-9104.4 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= M0 +Nd1L1-1/2qL12-M1=0可得到,Nd1=17779.8N，Nc= 10500.2N同理可得：Nd2=25384.3N Nf2=24215.7NNf1=12190.2N Ng=18209.8N其中Nd=Nd1+Nd2=43164.1N，Nf=Nf1+Nf2=36406.0N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：其中可由公式：求得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Fb单独作用时Nc单独作用时Ng单独作用CD部分均布载荷单独作用时DF段均布载荷单独作用时FG段单独作用时（1）求A点挠度在A端加单位力，弯矩图如上图所示。由图乘法可知：Fa单独作用下A点挠度：Fb单独作用下A点挠度：Nc单独作用下A点挠度：Ng单独作用下A点挠度CD部分均布载荷单独作用时A点挠度：DF段均布载荷单独作用时A点挠度：FG段均布载荷单独作用时A点挠度：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。Fa单独作用下CD中点挠度：Fb单独作用下CD中点挠度：Nc单独作用下CD中点挠度：Ng单独作用下CD中点挠度CD部分均布载荷单独作用时CD中点挠度： 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。DF段均布载荷单独作用时CD中点挠度：FG段均布载荷单独作用时CD中点挠度：综上得：fE=fE1+fE2+fE3+fE4+fE5+fE6+fE7=0.21mm （3）求DF中点O挠度，在O处加单位力1。Fa单独作用下DF中点挠度：Fb单独作用下DF中点挠度：Nc单独作用下DF中点挠度：Ng单独作用下DF中点挠度CD部分均布载荷单独作用时DF中点挠度：DF段均布载荷单独作用时DF中点挠度：FG段均布载荷单独作用时DF中点挠度：综上得：fO=fO1+fO2+fO3+fO4+fO5+fO6+fO7 =9.15mm（4）求FG中点K挠度，在K处加单位力1。Fb单独作用下DF中点挠度：Fa单独作用下DF中点挠度：Nc单独作用下DF中点挠度：Ng单独作用下DF中点挠度CD部分均布载荷单独作用时DF中点挠度：DF段均布载荷单独作用时DF中点挠度：FG段均布载荷单独作用时DF中点挠度综上得：fK=fK1+fK2+fK3+fK4+fK5+fK6+fK7=-2.16mm （5）求B端挠度，在B处加单位力1。Fa单独作用下B点挠度：Fb单独作用下B点挠度：Nc单独作用下B点挠度：Ng单独作用下B点挠度CD部分均布载荷单独作用时B点挠度：DF段均布载荷单独作用时B点挠度FG段均布载荷单独作用时B点挠度：综上得：fB=fB1+fB2+fB3+fB4+fB5+fB6+fB7=39.03mm由以上计算，可以得到车架在B端得挠度最大39.03mm车架挠曲线如下图所示，单位mm.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。解：根据弯曲正应力的强度条件由弯矩图可知，最大弯矩发生在DF段距D点处的截面：MZmax=-10915.7N.M设计量需满足以下条件：WZ其中h/b=1.5根据上述方程组，经mathematica软件求得：其中b,h0,所以按等截面梁重新设计的车架截面尺寸为：h=0.162m,b=0.108m.四，程序计算部分输出求解各支反力求解弯矩M1，M2输入Fb q值求各截面惯性矩程序框架图程序如下：#include#define FA 2680void main()double l0=1.1,l1=1.6,l2=3.1,l3=1.6,l4=2.1;double a1=l1/2,a2=l2/2,c2=l2/2,c3=l3/2;double M0,M1,M2,M3,w1,w2,w3,H,G;double FC,FD,FF,FD1,FD2,FF1,FF2,FG,FB,q;double lz1,lz2,lz3;double b1=0.06,h1=0.1,b2=0.08,h2=0.12,b3=0.07,h3=0.11,t=0.005; int n;lz1=(b1*h1*h1*h1-(b1-2*t)*(h1-2*t)*(h1-2*t)*(h1-2*t)/12;lz2=(b2*h2*h2*h2-(b2-2*t)*(h2-2*t)*(h2-2*t)*(h2-2*t)/12;lz3=(b3*h3*h3*h3-(b3-2*t)*(h3-2*t)*(h3-2*t)*(h3-2*t)/12; printf(lz1=%enlz2=%enlz3=%en,lz1,lz2,lz3);for(n=1;n=10;n+)printf(Enter q,FB:n); scanf(%lf,%lf,&q,&FB);printf(q=%enFB=%en,q,FB);w1=q*l1*l1*l1/12;w2=q*l2*l2*l2/12;w3=q*l3*l3*l3/12; M0=-FA*l0;M3=-FB*l4; H=-6*(w2*a2/l2+w3*c3/l3)-M3*l3; G=-6*(w1*a1/l1+w2*c2/l2)-M0*l1; M1=(H*l2-G*2*(l1+l2)/(l2*l2-4*(l1+l2)*(l1+l2); M2=(H-M1*l2)/(2*(l1+l2); FD1=-(-M0-q*l1*l1/2+M1)/l1; FC=FA+q*l1-FD1;FF1=-(-M3-q*l3*l3/2+M2)/l3; FG=FB+q*l3-FF1;FD2=-(-q*l2*l2/2+M1-M2)/l2;FF2=q*l2-FD2;FD=FD1+FD2;FF=FF1+FF2;printf(The result is:n);printf(M1=%enM2=%en,M1,M2);printf(FD1=%enFD2=%enFF2=%enFF1=%en,FD1,FD2,FF2,FF1);printf(C,D,F,G ge zhi zuo fan li wei:n);printf(FC=%enFD=%enFF=%enFG=%en,FC,FD,FF,FG);结果执行如下图：五设计体会 在一周的时间里，通过对以前所学高等数学，计算机基础，工程图学，CAD，C语言程序设计，理论力学，材料力学等学科，特别是材料力学的系统复习和总结，并加以深刻理解和应用，我终于成功完成了本此材料力学的课程设计。由于前段时间刚刚结束机械原理课程设计，所以在本次设计中就略显轻松了。在此期间，我不仅仅是将上学期学习的材料力学的理论知识应用到实际中，而且还探索并基本掌握了多学科交叉解决问题的能力，这是我最值得骄傲的收获！回忆设计中遇到的种种疑惑和困难，我深刻体会到材料力学的知识在分析材料强度等方面的重要性，并体会到材料设计或选择不当将导致的结构危险。当然，由于知识方面的欠缺，设计方案还有很多不足。在此，我也由衷地感谢在此期间给与我莫大帮助的老师和同学们，是他们让我在迷茫时找清方向，在失落时看见希望，在无助时感受到集体的力量！今后还将