半挂车设计计算书

概述
半挂车，具有机动灵活、倒车方便和适应性好的特点，这种车可以提高装载量，降低运输成本，提高运输效率。

由于装载量的不同要求，对于车架的承受载荷也有不同，该半挂车的轴距较大，因而对车架的强度与刚度的要求也较高。

对车架的强度与刚度进行了分析计算。

半挂车参数表
车架结构设计
本车架采用采平板式，为了具有足够的强度和刚度,所设计车架材料选用Q235钢板,采用焊接式结构。

2.1 总体布置
图1 车架总体布置图
2.2 纵梁
纵梁是车架的主要承载部件，在半挂车行驶中受弯曲应力。

为了满足半挂车公路运输、道路条件差等使用性能的要求，纵梁采用具有很好抗弯性能的箱形结构，纵梁断面如图2所示。

上翼板是一块覆盖整个车架的大板，图中只截取一部分。

图2 纵梁截面示意图
为了保证纵梁具有足够的强度，在牵引销座近增加了加强板；为减小局部应力集中，在一些拐角处采用圆弧过渡。

在轮轴座附近也增加了加强板(图1中轮轴座附近)。

由于半挂车较宽，为防止中间局部变形过大，车架的中间增加了倒T形的纵梁加强板。

图3 部分加强板示意图
2.3 横梁
横梁是车架中用来连接左右纵梁，构成车架的主要构件。

横梁本身的抗扭性能及其分布直接影响着纵梁的内应力大小及其分布。

本车架的19根横梁，主要结构形状为槽形。

2.4纵梁和横梁的连接
车架结构的整体刚度，除和纵梁、横梁自身的刚度有关外，还直接受节点连接刚度的影响，节点的刚度越大，车架的整体刚度也越大。

因此，正确选择和合理设计横梁和纵梁的节点结构，是车架设计的重要问题，下面介绍几种节点结构。

一、 横梁和纵梁上下翼缘连接（见图4（a ））这种结构有利于提高车架的扭转刚度，但在受扭严重的情况下，易产生约束扭转，因而在纵梁翼缘处会出现较大内应力。

该结构形式一般用在半挂车鹅劲区、支承装置处和后悬架支承处。

二、横梁和纵梁的腹板连接（见图4（b ））这种结构刚度较差，允许纵梁截面产生自由翘
曲，不形成约束扭转。

这种结构形式多用在扭转变形较小的车架中部横梁上。

三、横梁与纵梁上翼缘和腹板连接（见图4（c ））这种结构兼有以上两种结构的特点，故应用较多。

四、横梁贯穿纵梁腹板连接（见图4（d ））这 种结构称为贯穿连接结构，是目前国内外广泛采 用的半挂车车架结构。

它在贯穿出只焊接横梁腹 板，其上下翼板不焊接，并在穿孔之间留有间隙。

当纵梁产生弯曲变形时，允许纵梁相对横梁产生 微量位移，从而消除应力集中现象。

但车架整体
扭转刚度较差，需要在靠近纵梁两端处加横梁来提高扭转刚度。

贯穿式横梁结构，由于采用了整体横梁，减少了焊缝，使焊接变形减少。

同时还具有
（a ）
（b ）
（c ） 图4（d ）贯穿式横梁结构
图4 半挂车纵梁和横梁的连接
腹板承载能力大，并且在偏载较大时，能使车架各处所产生的应力分布较均匀的特点。

强度计算 3.1 纵梁强度计算
车架纵梁及横梁均采用Q235，屈服点[σ]=235 Mpa ，伸长率δ=26% ，密度ρ=7.8×103kg/m3。

Q235A 具有良好的塑性、韧性、焊接性能和冷冲压性能，以及一定的强度、良好的冷弯性能。

轴荷分配
如图5所示，车架承受纵向单位线长度均匀载荷
a
q ，有：
A F ——牵引销所受力（N ）；
B F ——后轴中心处所受力（N ）；
L ——牵引销到中间车轴的距离（m ）；
k
L ——中间车轴到车架尾部的距离（m ）。

空载：
N L G q a k a 310523.413
8
.96000⨯=⨯==
N L L L L q F k a a a A 310959.2114
.82)
46.3213(1345232)2(⨯=⨯⨯-⨯=-=
N F L q F A a a B 31084.3621959134523⨯=-⨯=-= 满载：
N L G G q a e k a 310153.3013
8.940000⨯=⨯=+=
N L L L L q F k a a a A 310393.14614
.82)
46.3213(13301532)2(⨯=⨯⨯-⨯=-=
N F L q F A a a B 310596.2451463931330153⨯=-⨯=-= 在满载时进行纵梁的强度校核
支反力计算:
G =40000×9.8=392000N
l mg q 2/=（l 为纵梁总长，取一根纵梁计算） 由上述计算得：15628.97q N =
图5 车架均布载荷图
由平衡力矩：0A M =∑ 222*2*1/2*(23)/20f l q l q l l +-+=
得 2116265f N =
1/2275815f G f N =-=
剪力的计算：
CA 段：()s a f x q x =- )4.1<0(x ≤ ---------------------------① AB 段：()1s a f x f q x =- )23.84.1(≤≤x -----------------------② BD 段：()()s a f x q l x =- )13<23.8(≤x -----------------③ 弯矩的计算：
CA 段：2()/2M x qx =- )4.1<0(x ≤--------------------------① AB 段：2()1(1)/2M x f x qx =-- )23.84.1(≤≤x ----------② BD 段：2()()/2M x q l x =-- )13<23.8(≤x -----------③
由上述三式可计算出各弯矩最大的点为： A 点的最大弯矩：
kNm qx M A 814.72/2=-=； B 点的最大弯矩：
kNm x l q M b 393.602/)(2=--=；
由图可知，最大弯矩出现在(1,12)l l l +段上，则有：
21[/21(1)]()
0010a a d q x f x l dM x q x f dx dx -+-=⇒=⇒-+=；
即175815 4.8615628.97
a f x m m q =
==；
22max /21(1)15678.97 4.85/275815(4.861)
a M q x f x l =-+-=-⨯+-
108.071KN m =⋅。

通过计算，可以画出车架纵梁的支反力、剪力、弯矩图
图6 纵梁剪力、弯矩图
危险截面确定
由经验可知，纵梁的危险截面一般为变截面处和最大弯矩处，通过结构图和计算可知距车架前端距离为L X ，
截面：H, δ1，δ2，B 由此可计算抗弯截面系数:
3333211()(2)66BH B H BH bh H H
σσω----===0.000546632m 3
3333212()(2)66BH B H BH bh H H
σσω----===0.00077676m 3
3333213()(2)66BH B H BH bh H H
σσω----===0.001323191m 3
截面处的弯矩:
2/)1(2
1x x L q L f M ⨯--⨯=
M 1=23439Nm M 2=80718Nm M 3=108071Nm
由弯曲应力公式所计算出的弯矩分别计算各截面弯曲应力:
ω
σM =
1σ=42.86MPa 2σ=103.92MPa 3σ=81.67MPa
剪切应力：[]0.6[]τσ= []τ——材料许用剪切应力
对于工字梁截面，其腹板上的剪切应力可看成是均布的，所以其剪切应力可由如下公式计算： 2s
F h
τσ=
--------------2h σ为腹板截面面积。

图7 纵梁截面示意图
由上述计算各截面的剪切应力： τ1=29.49MPa τ2=12.27MPa τ3=0.038MPa
由于纵梁同时承受剪力和弯矩，所以其应力应按下面公式计算：
[]σσ=≤ 许用应力：12
[]s
n n σσ=
式中：s σ——材料屈服极限
1n ——疲劳系数 1n =1.2~1.4 取1n =1.3 2n ——动载系数 2n =1.8~2.2 取2n =2.0 所以可算出许用应力为：[σ]=90.38kPa
由第四强度理论，分别校核各个截面的强度：
截面1：66.68[]KPa σσ===≤ 截面2：σ=86.07kPa ≤[σ] 截面3：σ=81.67kPa ≤[σ]
通过上述计算，纵梁强度符合要求。

4 回转半径设计
该车距前1400，宽度2500，故回转半径R=（14002+12502）1/2=1876mm 满足挂车要求。

5 间隙半径设计 该车r=6830-4200=2630mm
允许后悬为L=（26302-12502）1/2=2313mm 满足牵引车要求。

6 侧倾稳定性
6.1整车最大倾翻稳定角为35°（GB7258规定）。

ψ=tg35°=0.7；其中ψ为车轮和路面间的附着系数。

6.2车辆侧翻稳定性按式（1）计算。

B/2hg ≥ψ (1)
式中：
B ——等效轮距，m ；
hg ——整车质心至地面的高度，m ；
ψ——车轮和路面间的附着系数，取0.7。

1840/（2×1148）=0.801≥0.7。