材料力学课程设计HZ140TR2后置旅游车底盘车架

课程设计-HZ140TR2后置旅游车底盘车架 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FA重力作用，后部FB受到重力作用，乘客区均布载荷为（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.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fmax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 FA=2680N F B=5300N1， 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处的支座反力。由题意和图形克制，此结构为三次超静定，由于水平方向力为零，故可化为二次超静定。如图0，去掉C处的约束，建立静定基： （图0）由于C处的竖直位移为零，所以有f0=0;分别作出FA,FB,FC,FG,q单独作用下引起的弯矩图，并作出C点单位力作用下的弯矩图，利用公式，对弯矩图的每一个部分分别应用图乘法，然后求出其总和。于是可得：Fa单独作用（图1） （图1）q单独作用（图2） （图2）Fc单独作用（图3） （图3） Fb单独作用（图4） （图4）Fg单独作用（图5） （图5）作用在C点的单位力单独作用（图6） （图6）由所画图形，结合图乘法，即图1，2,3,4,5分别于图6相乘可得：1=72361.6(1-0.407)2231.6+72361.60.4070.51.6+72363.10.5231.6EI=-19394.82EI2= - 32120.5EI3= 1.61.6Fc0.5231.6+1.61.6Fc3.11/31.6EI=4FcEI 4=Fg1.63.112133.1EI=1.3FgEI5=Fb1.6+2.13.10.5131.6EI=-16211EIC=1+2+34+5=0所以：1.3Fg+4Fc=67727.32.同理，在G点加载一单位力，作出其力矩图（图7） （图7）将图15分别和图7图乘可得：1=72363.10.5131.6EI(-1)=5981.76EI2=192003+12603.10.8+204801.613341.6EI=32120.53EI3=1.6Fc3.10.5131.6EI=1.3FcEI4=4FgEI5=-53908EIG=1+2+3+4+5=0所以：1.3FC+4FG=92010.29.联立以上两个方程，解得：FC=10572.5 NFG=19566.5 N 由F=0 Mf=0得，解得FD=43158 N FF=35483 N 2， 画出车架的剪力图，如图所示（图7） （图7）车架弯矩图（图8） （图8）3.画出截面上正应力最大值沿轴线方向的变化曲线。因为所以的变化曲线与M图相似，但由于C点和G点处截面面积有突变，故在这两点应力有突变，变化曲线如下图（图9）所示： （图9）4. 用能量法求出车架最大挠度fmax的值以及所发生的截面，画出车架挠曲线的大致形状。由能量法可知，最大挠度在剪力为零处取得，即为A,B,M,N,K点其中M距离A点1.6,N距离A点4.5，K距离A点6.2现求这五个点的挠度：(1) A点的挠度：在A点加一个向下的单位力，并作出其弯矩图（图10），如下 （图10）所以：a. 将图10与图1图乘可得，代入数值计算可得，1=-29481.10.5231.1EI1+1.626801.612231.1+1.6+26801.11.60.8+72363.112232.7EI2=-41.904b. 将图10与图2图乘可得，代入数值计算可得，2=204801.6132.3+192003+12603.1122.7EI2=72.53c. 将图10与图3图乘可得，代入数值计算可得，3=-0.51.61.6Fc2.7-131.6+0.51.6Fc3.1232.7EI2=-97d. 将图10与图4图乘可得，代入数值计算可得，4=-0.51.6Fg3.12.73EI2=-55.37e. 将图10与图5图乘可得，代入数值计算可得，5=0.51.6+2.1Fb132.7EI2=34.68即|a|=-4.066mm（2）求M点的挠度在M点加上一个向下的单位力，其弯矩图(图11)如下：图11图11与图1图乘，代入数值计算可得：1=1.62.772361.11.10.5+1.12.772361.10.5231.1EI2=4.80图11与图2图乘，代入数值计算可得：2=192203+12603.11.12+20001.11.10.5+20480-200031.1341.1EI2=52.9图11与图3图乘，代入数值计算可得：3=-0.5Fc1.11.12+1.1Fc1.131.1+1.6Fc3.1/31.1EI2=-34.38图11与图4图乘，代入数值计算可得：4=-1.6Fg3.1/61.1EI2=-22.56图11与图5图乘，代入数值计算可得：5= 3.7Fb0.53.11.13EI2=14.13所以|m|=14.89 mm（3）求N点的挠度在N点加上一个向下的单位力，其弯矩图(图12)如下： （图12）图12与图1图乘，代入数值计算可得：1=-72363.10.5133.61.60.77EI2=-8.21图12与图2图乘，代入数值计算可得：2=-192203+12603.11.551,60.77EI2=-22.48图12与图3图乘，代入数值计算可得：3=1.62Fc3.1133.11.60.77EI2=16.53图12与图4图乘，代入数值计算可得：4=0.5Fg1.63.13.14.50.77EI2=31.63图12与图5图乘，代入数值计算可得：5=- Fb3.70.53.43.11.50.77EI2=-2.24所以|n|=16.23mm（4）求K点的挠度在K点加上一个向下的单位力，其弯矩图(图13)如下： （图13）图13与图1图乘，代入数值计算可得：1=72363.10.5130.7EI2=3.31 mm图13与图2图乘，代入数值计算可得：2=64800.70.50.7+20480-64800.7140.7+192203+12603.10.72EI2=14.73 mm图13与图3图乘，代入数值计算可得：3=-1.6Fc3.10.50.713EI2 = -7.76 mm图13与图4图乘，代入数值计算可得：4=-0.5Fg1.63.1230.7+0.91.61.6Fg0.70.72+0.71.61.6Fg0.712230.70.9EI2=-36.7 mm图13与图5图乘，代入数值计算可得：5=Fb3.73.1130.7+33.7Fb3.70.70.70.5+0.731/31/3.7Fb3.7EI2=23.26 mm所以：|k|=2.76 mm (5) 求B点的挠度在B点加上一个向下的单位力，其弯矩图(图14)如下： （图14）图14与图1图乘，代入数值计算可得：1=72363.10.5133.7EI2=17.54 mm图14与图2图乘，代入数值计算可得：2=192203+12603.13.712+204801.63343.7EI2=94.13 mm图14与图3图乘，代入数值计算可得：3=-1.6Fc3.1/21/33.7EI2=-41.0 mm图14与图4图乘，代入数值计算可得：4=-Fg1.63.133.7+Fg1.621.63.7-1.63EI2=-252.3 mm图14与图5图乘，代入数值计算可得：所以5=Fb23.73.1233.7+2.13.7Fb3.71.63.7-0.8+1.63.7Fb3.71.60.53.7-1.63EI2+2.13.7Fb3.72.1122.123EI3 =216.4 mm所以：|b|=34.17 mm综上所述，考虑到每个点的偏离位置，故作出其挠度曲线。易知，挠度最大发生在B截面。画出弯矩分布图（图15） （图15）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。设截面对中性轴的惯性矩为I，由于车架为薄壁，则由已知整理得：I=112bh3-112(b-2t)(h-2t)3h/b=1.5maxMmax/wmaxMmax=11129.2 MpaYmax/I=Wmax令t=0.005m 使用mathematica计算可得所以取h=0.126m b=0.084m6.计算机编程图框部分程序以及其运算结果如下：7.计算结果分析与讨论：计算的记过基本合理，但仍然存在着不少的误差。计算过程中忽略了圆角的影响，并且把梁抽象为等厚度的闭口波形矩形截面，简化了计算的复杂度，但是误差也随之增加。在计算支座反力时，可以有多种选择，既可以去掉C G,也可以去掉D F 两个点。另外，挠度曲线也存在一定的误差，要是结果更精确，应使用matlab和mathmatic软件绘制图像。8.课程设计总结和心得体会。通过这次课程设计，使我系统的复习了上学期的材料力学，并且对知识的运用能力有了较大的提高。由于以前没有做过类似的课程设计，因此在设计