HZ140TR2后置旅游车底盘车架的静力分析及强度、刚度计算.doc

1、吉林大学2014年材料力学课程设计设计题目：HZ140TR2后置旅游车底盘车架的静力分析及强度、刚度计算 姓 名 所在学院 机械科学与工程学院专业班级 学 号 指导教师 日 期 目录 一、材料力学课程设计的目的二、材料力学课程设计的任务和要求、设计计算说明书的要求2、分析讨论及说明部分的要求3、程序计算部分的要求三、设计题目、求支座反力、 画出车架的内力图、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、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。5、按等截面梁重新设定截面尺寸四、程序计算1、计算机编程图框2.语言程序 五、设计体会 六、参考文献一、材料力学课程设计的目的材

2、料力学课程设计的目的是在于系统学习材料力学后，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，独立地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工程实际问题之目的。同时，可以使我们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；既把以前所学的知识综合应用，又为后继课程打下基础，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。1.使所学的材料力学知识系统化，完整化。让我们在系统全面复习的基础上，运用材料力学知识解决工程实际问题。2.综合运用以前所学的各门课程的知识（高等数学、工程图学、理

3、论力学、算法语言、计算机等），使相关学科的知识有机地联系起来。3.使我们初步了解和掌握工程实践中的设计思想和设计方法，为后续课程的学习打下基础。二、材料力学课程设计的任务和要求参加设计者要系统复习材料力学课程的全部基本理论和方法，独立分析、判断设计题目的已知条件和所求问题，画出受力分析计算简图和内力图，列出理论依据并导出计算公式，独立编制计算机程序，通过计算机给出计算结果并完成了设计说明书。、设计计算说明书的要求设计计算说明书是该题目设计思想、设计方法和设计结果的说明，要求书写工整，语言简洁，条理清晰、明确，表达完整。具体内容应包括：1设计题目的已知条件、所求及零件图。2画出构件的受力分析计算

4、简图，按比例标明尺寸、载荷及支座等。3. 静不定结构要画出所选择的基本静定系统及与之相应的全部求解过程。4. 画出全部内力图，并表面可能的各危险截面。5. 各危险截面上各种应力的分布规律图及由此判定各危险点处的应力状态图。6. 各危险点的主应力大小及主平面的位置。7. 选择强度理论并建立强度条件。8. 列出全部计算过程的理论依据、公式推导过程及必要的说明。9. 对变形及刚度分析要写明所用的能量法计算过程及必要的内力图和单位力图。10. 疲劳强度计算部分要说明循环特征，max，min，r，m，a的计算，所查各系数的，,，依据，疲劳强度校核过程及结果，并绘出构件的持久曲线。2、分析讨论及说明部分的

5、要求1. 分析计算结果是否合理，并讨论其原因、改进措施。2. 提出改进设计的初步方案及设想。3. 提高强度、刚度及稳定性的措施及建议。3、程序计算部分的要求1. 程序框图。2. 计算机程序（含必要的说明语言及标识符说明）。3. 打印结果（数据结果要填写到设计计算说明书上）。三、设计题目 HZ140TR2后置旅游车底盘车架简化后如图1-1所示。满载时，前部受重力FA作用，后部受FB作用，乘客区均布荷载为q(含部分车身重)，梁为变截面梁。计算过程中忽略圆角的影响，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有数表1-1给出。表1-1 固定数据1.11.63.11

6、.62.1 0.10.060.12E/GPa/MPaFA/N0.080.110.070.0052101602680（一） 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。（二） 画出车架的内力图。（三） 画出各截面上弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线。（四）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。（五） 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。图1-1 HZ140TR2后置旅游车底盘车架简化图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：q=16000N/M, FA=2680N,

7、 FB=4600N.Fb解：所以对旅游车底盘车架进行外力分析由题得，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。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，根据三弯矩方程：对跨度L1和L2写出三弯矩方程为：对跨度

8、L2和L3写出三弯矩方程为：用c语言解上面的方程组可得： 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。通过c语言程序解得： 2、车架内力图（1）剪力图车架所受剪力方程为(单位:N)：剪力图为： 25349.88N 12502.88N 7836.72N 4600N-2680N-13097.12N-17763.28N-24250.12N(2)弯矩图对剪力方程积分得到弯矩方程为：由弯矩方程连续性可知，分界点处弯矩相等且

9、A、B两点弯矩为零，即：故弯矩方程为(单位:Nm):则弯矩图为：3、各截面上弯曲正应力最大值沿轴线方向的变化曲线根据上题中的弯矩方程和公式可计算出各截面上弯曲正应力的最大值,最大正应力沿轴线变化的方程为(单位:MPa):则最大正应力沿轴线方向变化曲线为:146.88 -47.09 -75.11 -146.67 -16.42 -173.94-68.61-192.19 -154.224、用能量法求出车架最大挠度出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。

10、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：由公式得到，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：（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：C

11、D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：（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：（4）求FG中点K挠度，在K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

12、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：（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：由以上计算，可以得到车架在B端得挠度最大车架挠曲线如下图所示，单位mm5、按等截面梁重新设定截面尺寸重新设计截面梁的截面尺寸时的主要依据是使截面上的最大弯曲正应力小于许用应力。根据弯矩图可以判断最大弯矩发生的截面，最大弯

13、矩已知，想要改变最大正应力的大小，就需要根据重新设计截面的尺寸。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D处的截面：带入数据解得：b=0.083m,h=0.125m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,

14、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=%

15、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

16、*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 l

17、i wei:n);printf(FC=%enFD=%enFF=%enFG=%en,FC,FD,FF,FG);return 0;五、设计体会在这段时间里，通过综合运用高等数学，计算机基础，工程图学，CAD，C语言程序设计，理论力学，材料力学等学科的知识，我终于成功完成了本此材料力学的课程设计。在此期间，我不仅仅讲材料力学的知识复习巩固并实际运用，而且还探索并基本掌握了多学科交叉解决问题的能力。回忆设计中遇到的疑惑和困难，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。今后还将有很多的设计在等待我去完成，相信本次的设计会对以后的工作和学习产生巨大的影响！我会继续努力！六、参考文献材料力学 聂毓琴 孟广伟 主编 机械工业出版社材料力学实验与课程设计 聂毓琴 吴宏 主编 机械工业出版社C程序设计 谭浩强 主编 清华大学出版社