汽车起重机的车架主体由纵梁与横梁焊接组成,中小吨位的起重机车架常设计成两根纵梁及若干横梁组成的长方形平面框架结构。为了支撑起重机的旋转部分,平面框架的中间部分设计成刚度较大的转台底座。双纵梁车架的结构简图见图一:
力矩分配法在汽车起重机车架的设计中得到广泛的使用。车架计算的核心内容之一就是求解力矩分配系数。对于双纵梁车架来说,由于车架在回转支承处得到加强,计算时,转台底座处可视为刚性平面。于是,刚性平面将车架纵梁分为前后两部分,这两部分在扭矩作用下是超静定的。如果除回转支承部分作为刚性横梁及端横梁外,忽略其它横梁的影响,它们将是三次超静定结构。必须由力法来求解力矩分配系数,计算过程比较复杂,而且在设计的初始阶段,尚有许多细节部分等待确定。这就往往导致计算难以进行。为了解决这个问题,我们采用能量法,利用功能原理对双纵梁车架进行简化计算,取得了满意效果。
在计算中,忽略活动支腿及固定支腿对车架的影响,纵梁前后部分在单位扭矩M’=1及M’’=1作用下的计算模型如图二:
对于车架的前部:
由功能原理得:T′α′=b+edx
可得:T′=……………………(1)
由:P′δ′=b+e
可得:p′=……………………(2)
由平衡条件可得:2T′+2p′·f=M′x……(3)
由变形协调条件:δ′=f.tanα′
由于变形很小,可令α′=tanα′,上式可写为: δ′=f.α′……(4)
切变模量G=式中ν为材料的泊松比
将(1)、(2)、(4)式代入(3)式得:
+=1
α′=
同理可得后部转角:
α′′=
由此可以计算出力矩分配系数μ:
μ=
=
我们通过实例对上述方法进行验证,其值与用力法解出的最终值相比较误差值在3%以内,能够满足设计精度的要求。因此,在设计的初始阶段采用此法求解双纵梁车架的问题是切实可行的。
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