板簧前吊耳强度计算分析报告

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前钢板弹簧吊耳课程设计说明书解析

全套图纸2231156838

桂林航天工业学院

课程设计（论文）任务书

系别机械工程学院

专业机械设计制造及其自动化

学生班级数控2班

姓名黄高业

学号2013030040325

指导老师吕勇

职称副教授

设计（论文）题目及专题关于前钢板弹簧吊耳

及加工切槽夹具的设计

摘要 (1)

一零件分析 (1)

1.1零件的作用 (1)

1.2 零件的工艺分析 (2)

二机械加工工艺规程设计制定 (3)

2.1确定毛坯的制造形式 (3)

2.2基准的选择 (3)

2.3制定工艺路线 (4)

2.4确定加工余量及毛坯尺寸 (4)

2.5选择加工设备与加工装备 (7)

2.6确定切削用量和基本时间 (10)

三加工切槽夹具设计 (15)

3.1夹具设计 (15)

3.2定位方案的选定 (16)

3.3夹具夹紧装置的确定 (17)

3.4工件定位自由度分析 (18)

3.5工件定位精度分析 (19)

四参考文献 (20)

摘要

本次课程设计是对前钢板弹簧吊耳零件的加工工艺及对其加工时一些夹具的设计。该零件主要是平面的加工、孔的加工。由加工工艺原则可以知道，平面的加工比孔的加工容易，而且精度更容易保证，所以在加工过程中应该遵循先易后难的原则，即先面后孔的原则。

在加工前，应该先划分粗加工和精加工以保证达到所需的精度要求，基准选择以前钢板弹簧吊耳两个Φ40端面作为粗基准，以前钢板弹簧吊耳加工后的底平面作为精基准。主要加工工序安排是先以前钢板弹簧吊耳两个Φ40端面作为粗基准加工底平面，再以端面定位加工出工艺孔。在后续工序中除个别工序外均用端面和工艺孔定位加工其他孔与平面。整个加工过程选用不同类型的加工机床。

吊耳强度计算

图号：名称：

1. 吊耳的基本参数尺寸

吊耳起吊质量（设备空重） 2.3

t D，吊耳板中心孔直径50mm R，吊耳板端部的圆弧

50mm L，吊耳孔中心线至垫板中心的距离1200mm S，吊耳板厚度10

mm H TP ，垫板宽度mm L TP ，垫板长度mm α，吊索方向角度

30°

2. 吊耳的强度计算

吊耳板材质

Q235B [σ]，吊耳板许用应力

97MPa 吊耳板许用拉应力

87.3MPa [τ]，吊耳板许用剪应力，取0.6[σ]58.2MPa

υ，角焊缝系数

0.7

吊耳强度计算

HG／T 21574-2008 化工设备吊耳及工程技术要求

第 1 页，共 2 页

垫板、封头材质Q235B

[σ]H，垫板、封头许用应用116MPa

K，综合影响系数 1.65

2.1F v，竖向载荷37228.95N 2.2F H，横向载荷，F H=F v*tanα21494.1N 2.3F L，吊绳方向载荷，F L=F v/cosα42988.3N 2.4M，经向弯距：M=F H*L2579297

3.2N.mm

2.5吊耳板吊索方向的最大拉应力（偏保守）：

σL=F L/[(2R-D)S]85.98MPa

σL<[σ]满足要求。

2.6吊耳板角焊缝应力校核：

角焊缝面积为（偏保守）：

A=2(L*tan20°+R)S9735.3mm2角焊缝的拉应力：

σa=F V/A 3.82MPa 角焊缝的剪应力：

τa=F H/A 2.21MPa 角焊缝的弯曲应力：

σab=6M/S[2(L*tan20°+R)]216.3MPa

组合应力：

σab=[(σa+σab)2+4τa2]^0.520.63MPa

前钢板弹簧吊耳课程设计说明书剖析

全套图纸2231156838

桂林航天工业学院

课程设计（论文）任务书

系别机械工程学院

专业机械设计制造及其自动化

学生班级数控2班

姓名黄高业

学号2013030040325

指导老师吕勇

职称副教授

设计（论文）题目及专题关于前钢板弹簧吊耳

及加工切槽夹具的设计

摘要 (1)

一零件分析 (1)

1.1零件的作用 (1)

1.2 零件的工艺分析 (2)

二机械加工工艺规程设计制定 (3)

2.1确定毛坯的制造形式 (3)

2.2基准的选择 (3)

2.3制定工艺路线 (4)

2.4确定加工余量及毛坯尺寸 (4)

2.5选择加工设备与加工装备 (7)

2.6确定切削用量和基本时间 (10)

三加工切槽夹具设计 (15)

3.1夹具设计 (15)

3.2定位方案的选定 (16)

3.3夹具夹紧装置的确定 (17)

3.4工件定位自由度分析 (18)

3.5工件定位精度分析 (19)

四参考文献 (20)

摘要

吊耳板强度计算(输入参数得出结果)

单个耳板载荷

Q==

材料屈服应力

F 0=主板

R=加强板

D=孔

截面X-X

面积A=许用应力 F 1=0.45*F 0=计算应力F=

截面Y-Y

面积A=许用应力 F 2=0.675*F 0=计算应力F=

轴

轴的屈服应力F 0=

面积A=

转轴或孔的许用压应力 F 3=0.4*F 0=静轴或孔的许用压应力 F 4=0.8*F 0=

计算压应力F=

75.0t

358000N

355Mpa

130mm B=60mm

240mm t=20mm

131mm L=64.5mm偏心 t1=0mm

S=54.5mm偏心 t2=0mm

12100mm2

159.75Mpa

29.5868Mpa OK

6050mm2

239.625Mpa

59.1736Mpa OK

390Mpa

13100mm2

142MPa

284Mpa转轴OK

27.3282Mpa静轴OK

通用吊耳强度计算及焊缝校核

通用吊耳强度计算及焊缝校核项目

αβ

α+β

R D L L1S H1H2

顶部吊β=0侧壁吊耳：β

=90

焊缝拉应力：σL=F V/A19.26Mpa 焊缝剪应力：τa=F H/A19.26Mpa 焊缝抗弯截面系数:Wz=H*L1*L1/6105000.00mm3焊缝弯应力：σz=M/Wz26.97Mpa

组合应力：60.18Mpa

校验结果：满足要求

数值弧度

450.7854

50mm

36mm 35mm

150mm

40mm

0mm

20mm

顶部吊耳：β=0侧壁吊耳：β=90

吊耳强度计算

图号：名称：

1. 吊耳的基本参数尺寸

吊耳起吊质量（设备空重） 2.3

t D，吊耳板中心孔直径50mm R，吊耳板端部的圆弧

50mm L，吊耳孔中心线至垫板中心的距离1200mm S，吊耳板厚度10

mm H TP ，垫板宽度mm L TP ，垫板长度mm α，吊索方向角度

30°

2. 吊耳的强度计算

吊耳板材质

Q235B [σ]，吊耳板许用应力

97MPa 吊耳板许用拉应力

87.3MPa [τ]，吊耳板许用剪应力，取0.6[σ]58.2MPa

υ，角焊缝系数

0.7

吊耳强度计算

HG／T 21574-2008 化工设备吊耳及工程技术要求

第 1 页，共 2 页

垫板、封头材质Q235B

[σ]H，垫板、封头许用应用116MPa

K，综合影响系数 1.65

2.1F v，竖向载荷37228.95N 2.2F H，横向载荷，F H=F v*tanα21494.1N 2.3F L，吊绳方向载荷，F L=F v/cosα42988.3N 2.4M，经向弯距：M=F H*L2579297

3.2N.mm

2.5吊耳板吊索方向的最大拉应力（偏保守）：

σL=F L/[(2R-D)S]85.98MPa

σL<[σ]满足要求。

2.6吊耳板角焊缝应力校核：

角焊缝面积为（偏保守）：

A=2(L*tan20°+R)S9735.3mm2角焊缝的拉应力：

σa=F V/A 3.82MPa 角焊缝的剪应力：

τa=F H/A 2.21MPa 角焊缝的弯曲应力：

σab=6M/S[2(L*tan20°+R)]216.3MPa

前钢板弹簧吊耳加工工艺过程计算

前钢板弹簧吊耳的加工工艺过程计算如下：

1. 材料准备：根据设计要求，选择合适的钢材，并进行切割或切割成需要的尺寸和形状。

2. 缩径：将钢材端面缩径到设计要求的直径。

3. 卷制弹簧圈数计算：根据设计要求和钢材弹性模量等参数计算出所需卷制弹簧的圈数。

4. 张力计算：根据设计要求和弹簧圈数计算出所需的张力。

5. 弯曲加工：在卷制弹簧的同时，对吊耳部分进行弯曲加工，并通过计算确定所需的角度和圆心位置。

6. 尾部打扁：根据设计要求，在弹簧的末端打扁。

7. 清洗：对加工后的弹簧进行清洗和除油处理。

8. 表面处理：根据需要，对弹簧表面进行镀铬、喷涂等处理。

9. 检验：对加工好的弹簧吊耳进行检验，确保其符合设计要求和质量标准。

以上是前钢板弹簧吊耳加工工艺过程计算的一般步骤，具体加工过程可根据不同的设计要求和实际情况进行适当调整。

吊耳强度计算书

计算

结论

得τ=9.4Mpa

τ=9.4Mpa ﹤[τ]=65Mpa 所以，吊耳强度满足要求。 3.3 吊耳的焊缝强度校核

如图1和图2所示，将D=46892N ，2/2K 2/2a =

8=5.7mm ，∑l=（110×2+25）×2=490mm,代入公式∑=

a D h τ，

计算得 τh =16.8Mpa

τh =16.8Mpa ﹤[τh ]=73.8Mpa 所以，吊耳焊缝强度满足要求。

图1

图2

浅谈板式吊耳应力计算及校核

摘要：根据规范对某钢梁吊装的板式吊耳进行设计，结合实际情况，采用了简

化有限元分析法建模计算。对不同的结果分析,比较各个的差异，指出计算的特

点与不足，最后提出板式吊耳的设计建议。

关键词：吊耳计算拉曼公式有限元分析

吊耳在钢结构制作安装过程中有着广泛的应用，其局部的强度直接影响到连

接的安全，对吊装的顺利完成起关键作用。常用的吊耳形式分为板式与管轴式，

其中板式吊耳运用的更广泛。但目前现行的规范上对于板式吊耳没有明确的设计

参数，容易产生安全隐患。本文通过结合实例，对板式吊耳常用的计算方法进行

总结分析，为类似板式吊耳设计提供参考。

案例概况

某钢结构桥梁跨度为54米，吊装总重量为171吨。根据钢梁的结构形式确

定使用4点吊装，吊耳设置在钢梁1/3处，材质为Q345B。卸扣采用85t级，其

销轴直径为85mm。吊耳尺寸及钢丝绳、销轴、吊耳的相对关系如图1～图5所示。

图1 吊耳正视图图2吊耳侧视图图3吊耳俯视图

图4吊装正视图图5 吊装时销轴与吊耳关系

经验公式计算

首先根据《钢结构设计规范》，对吊耳的截面与局部承

压应力进行强度校核，如图6所示，a-b截面为抗拉主控，

c-d截面为抗剪主控。参照《石油化工大型设备吊装工程规范》，取动载系数为1.4。

计

图6 吊耳不利处示意图

算过程如下：（总拉力P=690KN，吊耳板，补强板，耳孔半径r=60mm，吊耳半径R

=200mm，补强板半径R

=140mm）：

a -b截面:

解得 33MPa , =265MPa，满足要求。

c-d截面:

解

图7 吊耳承压示意图

吊耳计算【范本模板】

[]22

v 22k P R r f d R r

σδ+=⋅≤- （1）式中：

k-动载系数，k=1.1；

-板孔壁承压应力，MPa ；

P —吊耳板所受外力，N;

δ—板孔壁厚度，mm ；

d —板孔孔径，mm ；

R-吊耳板外缘有效半径，mm ；

r-板孔半径，mm ；

[]v f -吊耳板材料抗剪强度设计值，N/mm 2;

载荷P=25t 的板式吊耳,材质Q345A 。选择55t 卸扣，卸扣轴直径70mm ，取板孔r=40mm ，R=150mm ，,030mm δ=.Q345A 强度设计值[]v f =180Mpa 。

拉曼公式校核吊耳板孔强度

σ=1.1×25×9800／30×80×（22500+1600）／22500－1600)=129 Mpa ＜180Mpa 故安全.

a. 当吊耳受拉伸作用,焊缝不开坡口或小坡口时，属于角焊缝焊接,焊缝强度按《钢结构设计规范》中式7.1。3-1校核，即：

w f f f e w

N f h l σβ=≤⋅ （2）式中：

f σ—垂直于焊缝方向的应力，MPa ；

N-焊缝受力， N=kP=1.4P, 其中k=1.4为可变载荷分项系数,N;

e h -角焊缝的计算厚度，0.7e

f h h =,f h 为焊角尺寸，mm ；

w l —角焊缝的计算长度，取角焊缝实际长度减去2f h ，mm;

f β-角焊缝的强度设计增大系数，取 1.0f β=；

w f f —角焊缝的强度设计值,N/mm 2；

抬尾吊耳在受力最大时为拉伸状态,按吊耳受拉伸校核焊缝强度。由式（2)按角焊缝校核

f ＝1.4×25×98000／0.7×10（600－2×10)1.22×2=34。6MPa ＜180Mpa

吊耳受力及强度验算.

1. 吊耳受力及强度验算

油醇分离器均无吊耳如用捆绑方法吊装,吊装难度大、费时、费工,且不经济。现用60mm厚的钢板组焊吊耳,用8根设备大盖螺栓固定在顶端筒部上。现根据设备装配图。进行吊耳受力及强度验算。

1.1受力验算

1.1.1设备重量

P'=Q'-Q1-Q2-Q3-Q4=106.7-0.338-23.023-2.351-

0.326=80.662t Q'——厂方给定设备重量Q'=106.7t

Q1——油罐环重Q1=0.338t

Q2——大盖重Q2=23.023t

Q3——主螺柱Q3=2.351t

Q4——主螺母Q4=0.326t

1.1.2 计算重量

P=(P'+g*K*K1 =(80.662+2.5×1.1×1.1=106.3t g——索具重g=2.5t

K——动载系数取K=1.1

K1——不均衡系数取K1=1.1

1.1.3 吊装时每根螺栓受力

P1=P/n=106.3/8=13.29t

n——吊装时使用螺栓根数n=8根

1.1.4 按设计压力推算每根螺栓受力

设备设计压力N=16Mpa,设备大盖受压面直径d2=22cm

大盖螺栓36根,螺栓最小断面d1=9.7cm

P2=(πd2/4*N÷36=(π*2202/4×160÷36=168947Kg

按设计压力推算每根螺栓受力168.947t,大于吊装时每根螺栓受力13.29t,安全。

2. 螺栓抗剪验算

2.1 每根螺栓永受剪力

σ=50/8=6.25t

2.2 每根螺栓断面积

F=πd2/4=π*9.72/4=73.898cm2

2.3 螺栓剪应力

τ=σ/F=6250÷73.898=84.6Kg/cm2安全

吊耳强度计算

45＃ 355 = ＝
安全系数： Mpa 142 106.5 F=
1.轴的抗弯校合
M W σ
2.轴的剪切应力校合
= = ＝ = =
F*L M/W 70650 F/A
= = mm2 =
219000000 2649375 82.661005 <
3.14*D^3/32 =
A τ
42.462845
<
m,
=345Mpa; =325Mpa; =315Mpa; =295Mpa; =275Mpa。
5mm,
6mm,
0mm,
0mm,
全焊透。 82.5 Mpa
09-50-2 备注 σ s=σ /2 τ s=0.6*σ s σ 挤压=0.42*σ = = = N 115.5 Mpa 82.5 Mpa 137.5 Mpa
Mpa
OK
σ ＝P/A
Mpa
OK
τ ＝P/A
Mpa
OK
σ ＝P/A
Mpa
OK
σ ＝P/A
mm mm mm mm mm Mpa T mm mm2 Mpa mm2 Mpa mm2 Mpa mm2 Mpa < 82.5 < < <
137.5
82.5
3.挤压应力校合：
A σ挤 A σ焊
115.5
4.焊缝强度校合

通用吊耳强度计算及焊缝校核

项目

αβ

α+β

R D L L1S H1H2

顶部吊β=0侧壁吊耳：β

=90

焊缝拉应力：σL=F V/A19.26Mpa 焊缝剪应力：τa=F H/A19.26Mpa 焊缝抗弯截面系数:Wz=H*L1*L1/6105000.00mm3焊缝弯应力：σz=M/Wz26.97Mpa

组合应力：60.18Mpa

校验结果：满足要求

数值弧度

450.7854

50mm

36mm

35mm

150mm

40mm

0mm

20mm

顶部吊耳：β=0

侧壁吊耳：β=90

吊耳强度校核

一、钢材强度设计值确定

查表得：件1抗拉、抗弯强度设计值f 为265MPa ，抗剪强度设计值v f 为155MPa ；件2抗拉、抗弯强度设计值f 为295MPa ，抗剪强度设计值v f 为170MPa 。取材料安全系数为n 为1.5。则：

件1的抗拉、抗弯许用应力为n f =

][σ=176.7MPa ，抗剪许用应力3][v f =τ= 59MPa ，件2的抗拉、抗弯许用应力为n f =][σ=196.7MPa ，抗剪许用应力3

][v f =τ= 98MPa 。二、板梁受力分析

图1 板梁受力分析图

如图1所示，每股钢丝绳拉力为F1=F2=F3=F4=G/4cos θ，G 为板梁重量。

三、吊耳加强板之间焊缝强度计算

焊缝面积：h l A w ⋅⋅=δ2

其中w l 为焊缝计算长度，一般为设计长度减去1cm ，δ为焊缝宽度，h 为焊缝折减系数，角焊缝取h =0.7。焊缝应力θ

δδσcos 1642⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅=h l G k h l F k A F k w w ，取起吊时冲击系数k 为2，若计算所得焊缝应力σ＜][σ，][τ，则吊耳满足强度要求。

四、危险截面参数的确定危

险

截

面

图2 吊耳危险截面示意图

若吊耳加强板之间焊缝强度满足要求，则可确定吊耳危险截面。如图2所示，吊耳危险面截面参数：S=（106×40+2×60×20）×2=13280mm 2

五、吊耳抗拉、抗剪强度计算

当θ=θmax 时，F=F max ，故吊耳承受最大应力σmax = k ·F max /S= kG/4Scos θ，取起吊时冲击系数k 为2，若吊耳承受最大应力σmax ＜吊耳许用应力][σ，][τ，则吊耳满足强度要求。

吊耳强度计算

刀盘吊耳：

拉应力计算

如图所示，拉应力的最不利位置在吊耳中心孔断面，其强度计算公式为：σ＝N ／S1

；σ≤［σ］；［σ］=600Mpa 。式中：σ―拉应力；N ―荷载；S1―断面处的截面积；［σ］―钢材允许拉应力。

N N 17857184.78210100035=⨯⨯⨯=

MPa mm N 61.111/61.111250161785712==⨯⨯=σ 合格。剪应力计算

如图所示，剪应力的最不利位置在吊耳中心孔断面，其强度计算公式为：

τ＝ N ／S2；τ≤［τ］=600Mpa ；式中：τ―剪应力；N ―荷载；S2―断面处的截面积；［τ］―钢材允许剪应力。

N N 3549184.759.1210100035=⨯⨯⨯=

[]σσ≤

MPa mm N 18.22/18.222

5016354912==⨯⨯=τ

合格

局部挤压应力计算如图所示，局部挤压应力的最不利位置在吊耳与销轴的结合处，其强度计算公式为： F ＝N ／（t ×d ）υ； F ≤［σ］；式中：F ―局部挤压应力；N ―荷载；t ―吊耳厚度；d ―销轴直径（22t 卸扣直径39）；υ―局部挤压系数1；［σ］―钢材允许压应力。

N N 17857184.78210100035=⨯⨯⨯= MPa mm N F 17.286/17.286139161785712==⨯⨯=

合格

角焊缝计算 P ＝N ／l ×h ×k ；P ≤［σ1］；式中：P ―焊缝应力；N ―荷载；l ―焊缝长度55mm ×2；h ―焊缝高度10mm ；k ―折减系数0.7；［σ1］―焊缝允许应力235N/mm 2。

作业指导书吊耳强度计算.

1 吊耳设计

1.1水冷壁吊耳设计

根据本期工程的水冷壁吊装样式, 共设计两种水冷壁吊装吊耳形式:第一种吊耳为前墙、侧墙上段带辅射再热器的水冷壁管屏、折焰角组件的吊耳; 第二种吊耳为侧墙上段中后组件、前后墙冷灰斗组件、侧墙下段中间组件等处的吊耳;第三种为其它组件重量在 6吨以下的水冷壁组件、角部管屏及其它小型散件的吊耳。下面分别进行设计计算。

第一种形式吊耳设计:

通过统计此类吊装组件的重量,其中最重件为 30222kg ,依据吊装形式确定,此类组件共设六个吊点 , 其中上方两个吊点为水冷壁的上集箱,下部四个吊点焊接于水冷壁的鳍片上, 每个吊点所受的最大拉力为 10吨,下面按此值进行设计。

考虑吊装时的 1.1倍动载系数,每个吊板的设计受力为:

F=1.1×10000/2=5500kgf

通过计算分析,此种形式吊装吊耳采用厚度为δ=8mm钢板,与水冷壁鳍片的焊缝高度为 5mm ,不但减少了与水冷壁的焊接工程量而且其强度满足安全吊装的需要。

第二种形式吊耳设计:

通过对此类组件重量的统计,其中最重件为 29700kg ,依据吊装形式确定,此类组件共设四个吊点 , 分别设置在组件的上部和下部,采用在水冷壁鳍片上切割开孔的方法设置吊耳, 下面每个吊点所受的最大拉力为 10吨进行设计。

考虑吊装时的 1.1倍动载系数,每个吊板的设计受力为:

F=1.1×10000/2=5500kgf

A-A 截面的强度校核:(同第一种

B-O 截面的强度校核:(同第一种

焊缝的强度校核:(反面支撑筋板

τ=11000/(12×0.6×0.7×0.9×8 =303kgf/cm2<[τ] 吊装用销轴强度校核:(同第一种

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板簧前吊耳强度计算分析报

告

内容提要

分析目的：

根据蒙派克财富快车降成本项目，开发财富快车简化版底盘，为非独立悬架结构。要验证钢板弹簧车身前后安装点结构设计的可靠性，降低设计风险。

使用软件：

CAD模型：CATIA。

前处理：HyperMesh。

求解器： Nastran。

后处理：HyperMesh。

分析方法：

利用HyperMesh建立相关部件的有限元模型，模拟连接并加载，利用Nastran 求解，利用HyperMesh将计算结果进行后处理。

分析结果：

在给定的两种极限工况下，前吊耳多个部位的等效应力值已超出材料的许用应力，个别位置如板簧前吊耳的支撑筋处出现较大应力集中，其等效应力值超过了材料的屈服极限值，值得关注。

结论：

为保证板簧前吊耳在较恶劣工况下的工作可靠性，建议改进其设计结构。

目录.................................... I II

一、任务的提出 (1)

二、计算模型的建立 (1)

2.1有限元模型 (1)

2.2材料参数 (2)

2.3约束方式 (2)

三、承载计算工况与计算结果 (2)

3.1 计算工况 (2)

3.2 颠簸路面工况计算结果 (3)

3.3 制动工况计算结果 (5)

3.4 计算结果分析 (6)

四、结论及建议 (7)

一、任务的提出

根据蒙派克财富快车降成本项目，开发财富快车简化版底盘，将原有的独立悬架改为非独立悬架结构，为了验证板簧车身前后安装点结构设计的可靠性，预知易疲劳破坏部位，降低设计风险，对其进行强度分析计算。

二、计算模型的建立

2.1 有限元模型

有限元模型中悬架吊耳结构是由板金结构和销轴连接而成，对于钣金构件采用壳单元，销轴单元采用梁单元模拟。用RBE2及实体单元单元来模拟钣金之间的点焊连接。

模型中长度单位为毫米，力单位为牛，重力加速度取9800mm/s2。

前吊耳的有限元模型如图2-1所示。

图2-1 前吊耳有限元模型

2.2 材料参数

零件材料为SPCE，性能参数如下：弹性模量 2.1×105MPa，泊松比0.3，密度7.8×10-6kg/mm3，屈服极限185MPa，抗拉强度325MPa，疲劳强度许用应力σ-1=抗拉强度×疲劳系数=325×0.43=139.75MPa，许用应力=疲劳强度许用应力/安全系数=139.75/1.3=107.5MPa。

2.3 约束方式

板簧前吊耳与车架点焊连接，在焊点部位对车架约束6个自由度，如图2-2所示。

图2-2 前吊耳有限元模型的约束方式

三、承载计算工况与计算结果

3.1 计算工况

为满足颠簸路面及紧急制动时吊耳的强度要求，根据设计部门提供的相关加载数据，分两种极限工况进行加载分析。

(1)颠簸路面工况Ⅰ根据客货车的动荷系数取值经验，取动荷系数为3.0。

垂直载荷=静载×动荷系数=4323.43×3.0=12970.3N

(2)紧急制动工况Ⅱ 考虑制动过程中产生的惯性力，所以除了在有限元模型上施加一个垂直载荷以外，还要施加一个水平向后的制动力，此制动力平衡制动加速度产生的惯性力，制动加速度a 取值为0.8g 。

垂直载荷=静载=4323.43N

制动力=簧载质量×制动加速度/6=(1325+1580-258)×0.8×9.8/6=3458.75N

3.2 颠簸路面工况计算结果

颠簸路面工况下，板簧前吊耳等效应力分布云图见图3-1、图3-2所示。由图中可以看出，前吊耳多个部位（1~4位置）等效应力值超出了许用应力值，其中等效应力较大部位出现在左右支架的支撑筋部位，图中部位1最大等效应力达到189MPa ，已超过屈服极限，但小于抗拉极限。部位2~4处等效应力分别为186 MPa 、131 MPa 、152 MPa ，均超出许用应力值。板簧前吊耳的最大位移为0.09mm ，如图3-3所示。

图3-1 颠簸路面工况下前吊耳等效应力云图 1 3 2 4

189MPa

152MPa （a）两个筋位置的等效应力

186MPa

131MPa

(b)其它部位较大的等效应力

图3-2 颠簸路面工况下前吊耳局部较大等效应力云图

图3-3 颠簸路面工况下前吊耳变形云图

3.3 制动工况计算结果

在制动工况下，板簧前吊耳的等效应力分布云图见图3-4、图3-5所示。由图中可以看出，前吊耳等效应力较大部位出现在左支架的支撑筋部位和右支架顶部拐角处，其中部位1等效应力值较大，达到115 MPa，超出了许用应力，但没有超过屈服极限，部位2等效应力值为85 MPa，接近许用应力。吊耳的最大位移为0.048mm，如图3-6所示。

图3-4 制动工况下前吊耳等效应力云图1

图3-5 制动工况下前吊耳局部较大等效应力云图

图3-6 制动工况变形云图

3.4 计算结果分析

由应力云图可以看出，在颠簸路面工况和制动工况下板簧前吊耳的左右支撑筋部位和右侧吊耳支架顶端拐角等处存在较大应力集中，超出了许用应力值，个别部位最大值85MPa 69MPa

达到189MPa，超过屈服极限值，具体数值如表3-1所示。颠簸路面工况最大变形为0.097mm，制动工况最大变形为0.04mm，可以接受。

表3-1 板簧前吊耳在颠簸路面工况及制动工况下等效应力值

四、结论及建议

在两种极限工况即颠簸路面工况及制动工况下，经过模拟计算分析，前吊耳支架上多处等效应力值超过了许用应力，个别部位等效应力值超过了屈服极限，但均未超过抗拉极限，其中左右支撑筋处为较薄弱环节，建议改进结构设计以降低其等效应力值，提高使用可靠性。

由于极限工况与实际使用的差别及有限元模拟的局限性，模拟结果与实际应力状况会存在一定差异，但是由应力云图所反映的应力较大部位的趋势建议适当关注。

以上结论是基于仿真计算得出的结果，建议安排试验对吊耳结构进行验证。