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解放CA---10B汽车前桥在满载行驶、紧急制动和转向侧滑三种工况下强度设计、疲劳校核及刚度计算
解放CA---10B汽车前桥在满载行驶、紧急制动和转向侧滑三种工况下强度设计、疲劳校核及刚度计算
I、设计题目
解放CA---10B载货汽车前桥的结构和尺寸如图1所示(不急圆角、孔、槽的影响),汽车的前轮距为L,前钢板弹簧中心距为R,汽车前轮胎半径(负载下或行驶中)为r,前轴的材料为优质碳素结构钢(牌号45),薄壁截面的厚度均为t,有关数据见表1。
L
/mm R
/mm r
/mm l1
/mm l2
/mm l3
/mm l4
/mm l5
/mm HA
/mm R1
/mm R2
/mm 1700 740 490 290 120 280 80 83.5 110 132 92 b
/mm h
/mm a1
/mm b1
/mm h1
/mm a2
/mm b2
/mm h2
/mm a3
/mm t
/mm [σ]
/MPa 65 83 70 65 83 120 52 85 95 24 180 [τ]
/MPa η σ-1
/MPa τ-1
/MPa εσ ετ Kσ Kτ β ψσ ψτ 70 2 200 120 0.84 0.78 1.8 1.6 0.8 0.1 0.05 表1.固定数据
动载工况 序号 Fz1/kN Fy1/kN 29 0.32 15.13 表2.设计计算数据
前桥部分尺寸如图1所示:
II、设计内容
一、内力图
汽车行驶在不平路面时受到垂直冲击,每个轮胎的支反力变为Fy1=15.13kN,前轮的行驶阻力为Fz1=0.32kN,如下图所示。
图1.汽车动载时前桥的力学简图
前桥拐角α=arctan HA/ l1≈20.77°
将支反力和行驶阻力分别移至A、D点,将Fay分解成沿AC方向和垂直于AC方向的两力,如图下所示。
Fa=FAy·Sinα≈5.37 kN
Fb= FAy·Cosα≈5.37 kN
对前桥进行受力分析:
ΣFy = 0 ;ΣMA = 0
有对称性知:FAy = FDy ; FKy = FHy
则FAy = FDy = FKy = FHy = 15.13 kN
同理: FAz = FDz = FKz = FHz = 0.32 kN
1、拉力Fn
2、Fz
3、Mz
4、Fy
5、My
6、Me
二、计算危险截面的主应力及方位,依据强度条件进行校核。
将前桥按照截面形状分成四段,分别为AG段、GS段、SJ段、JO段。
AG段:
截面为矩形。危险界面面在G处。受力状态为拉及两向弯曲组合。
Fz = Fcy· ≈ 5.68 KN
Fy = Fcz·≈ 0.13 KN
MGz = Mcz· ≈1.82 KN·m
MGy = Mcy·≈41.07 N·m
WGz = ≈7.463083×
WGy= ≈5.844583×
σGz = ≈24.39Mpa
σGy = ≈0.70Mpa
σ拉 = ≈1.00Mpa
由于MGz、MGy、Fn使前桥产生的线应变均沿AG方向,故
σmax =σGz +σGy+σ拉 =26.09 Mpa [σ] =180 Mpa 安全。
由矩形截面应力分布图知:在矩形截面上切应力在中性轴处O点达到最大,且,O点单元体如图所示 。
≈ 1.63 MPa ≈ 0.037 MPa
≈ 1.74 MPa [τ] =70 MPa
经基本校核可知:在AG段正应立即切应力钧满足强度条件。
GS段:
截面为工字形。可能的危险截面在C处和S处,由于S处受力状况和K处相同且各力均小于K处,故只对C处进行校核。
由内力图知:C处Fz=14.15 KN, Fy=0.32 KN ,Mz=4.39 KN·m ,My=99.26 N·m ,Fn= 5.37KN。显然,C处危险点为A、B两点,点A受最大拉应力,点B受最大压应力。
σAz = ≈70.51Mpa (Ymax为形心轴到底边的距离)
σAy = ≈2.68Mpa
σBz = ≈-58.39Mpa
σBy = ≈-2.89Mpa
σ拉 = ≈1.32Mpa
由于各力产生的线应变均沿AC方向,故经基本强度校核
σmax =σAz+σAy +σ拉= 74.51Mpa [σ] =180 Mpa 安全,该段满足强度条件。
补充强度校核:在剪力与弯矩都比较大的截面,在其腹板与翼缘交界处,其正应力与切应力均较大,是复杂应力状态,需按强度理论进行校核。故选取图示D点:
σDz = = = 26.39
( yD = Z - ≈ 18.37mm )
σDy = = 0.99 σ拉 =1.32 Mpa
σD =σDz +σDx+σ拉 = 28.7 Mpa
= ≈12.76 Mpa
( == 6.61 )
=≈ 0.077Mpa (忽略)
( ≈2.39 )
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