Я думаю о создании другого трейлера. В прошлом я построил много небольших прицепов, но на этот раз я хотел бы создать себе небольшую гусиную шею с тандемным мостом, рассчитанную на 7500 фунтов.

Я сертифицированный сварщик, имею степень бакалавра по физике и работаю разработчиком программного обеспечения. У меня есть ноу-хау, но я хотел бы получить информацию о выборе материала.

• Круглая труба
• Уголок Железный
• I-Beam
• Прямоугольные трубы

В настоящее время я склоняюсь к Прямоугольной трубе как к лучшему для поддержки, но я не могу найти ничего онлайн, подтверждающего это.

После того, как я выберу лучший материал для трейлера, где я найду хорошие диаграммы, чтобы сказать мне, какой размер и толщину я должен использовать? Очевидно, я мог бы пойти на излишние удары, но я хотел бы сделать это умнее, чем бросать в него столько железа, сколько у меня есть.

У кого-нибудь есть вход? Есть ли лучшая группа, чтобы опубликовать это? Я искал что-то в этом направлении, если бы занимался промышленным проектированием, но это все, что остановилось.

РЕДАКТИРОВАТЬ:
Я пытался сохранить этот общий вопрос, где кто-то может сказать мне что-то вроде: «Вот формула, которую мы используем, и это, как использовать ее ...» Похоже, я не получу это, хотя.

Моим самым тяжелым грузом был бы трактор с фронтальным погрузчиком и кусторезом сзади с общим весом от 5500 до 6500 фунтов. Прицеп с тандемной осью с двумя (2) осями весом 3500 фунтов может выдержать эту нагрузку. Я выбрал оси из торсионной оси Southwest Wheel с тормозами (передняя ось будет иметь тормоза, но не заднюю).

Длина трейлера будет 18 футов, и имеет конфигурацию гусиная шея (она лучше распределяет вес и тянет более плавно, чем трейлер бампера). Для расчетов я собираюсь использовать емкость 7500 фунтов.

Я смотрю структурные данные для квадратных труб, используя спецификацию ЗДЕСЬ (пытаясь не рекламировать другой веб-сайт, но именно там я вижу данные). На странице 21 показаны значения данных для различных размеров и толщин.

Существует линия под названием Фактор изгиба. Для 18-футового прицепа (18 x 12 = 216 дюймов) квадратная труба 4x2 толщиной 3/8 дюйма показывает коэффициент изгиба (x = 1,03, y = 1,55).

Вчера я использовал калькулятор Rogue Fabrication , где я ввел следующие значения: форма трубы = квадратная труба, внешний диаметр = 4 дюйма, толщина стенки = 0,1875 дюйма, материал = "дешевая труба со швом", нагрузка = 3800 фунтов, труба Длина = 216 дюймов, а Коэффициент опасности = 1, я получил, что мой материал в 1,22 раза прочнее, чем условия загрузки.

Затем я попробовал калькулятор отклонения луча EasyCalculation со значениями длины = 216, ширины = 2, высоты = 4, толщины стенки = 0,1875, силы = 3750. Он показывает прогиб около 100 дюймов для двух длин прямоугольной трубы. Если я использую 4 длины, это уменьшает силу до 7500/4 = 1875 за луч и отклонение до 50 дюймов. Эти значения отклонения кажутся действительно высокими. Это больше железа, чем у большинства трейлеров.

У старого прицепа с тандемным мостом, который я сейчас использую, есть только две (2) длины из 4-дюймового углового железа (толщиной 1/4). Он сгибает пару дюймов, но не 50 дюймов. Я должен что-то упустить.

Как рассчитать, сколько изгибов будет иметь материал длиной 20 футов?

Если квадратные трубки не самые лучшие, это нормально, если вы дадите мне знать, что будет лучше, и как вы выбрали эту конфигурацию, когда будете комментировать.

Вот формула (ы), которые мы используем

Изгиб луча ( доступно в Википедии )

I=∫(y- ˉ y )2dA ˉ y =

$$EI\frac{d^4\,\delta y}{d\,x^4}=q(x)$$ $$I=\int (y-\bar y)^2 dA$$ $$\bar y= \frac1{A}\int y \;dA$$

$$\sigma_{max} = y_{max}E\frac{d^2\,\delta y}{d\,x^2}_{max}$$

Где - площадь поперечного сечения балки, - позиция вдоль оси в направлении нагрузки балки, - прогиб в направлении нагрузки, - модуль упругости (найдите matweb, чтобы получить значение для вашего материала), и, наконец, - функция нагрузки на расстояние.y δ y E q ( x $A$$y$$\delta y$$E$$q(x)$

Вот как их использовать

Для прямоугольной трубы высотой , шириной и толщиной имеем:W $H$$W$$t$

$$\bar y=0$$ $$I=W\int_{-\frac{H}2}^{\frac{H}2}y^2\;dy-(W-2t)\int_{-\frac{H}2+t}^{\frac{H}2-t}y^2\;dy=\frac{H^3W-(H-2t)^3(W-2t)}{12}$$

Для$H=4\,in\,,\quad W=2\,in\,,\quad t=.1875\,in$

$$I\approx4.2\,in^4$$

Теперь есть загрузка луча, это, вероятно, где вы столкнулись с трудностями. Сначала давайте взглянем на консольную балку:

Здесь есть только две точки, которые загружены, поддержка и наконечник. Подумайте о сценарии прыжков с трамплина. Мы скажем, что поддержка находится в а нагрузка находится в$x=0$$F$$x=L$

$$q(x)= -\delta(x)F+\delta(x-L)F$$

$$EI\frac{d^4\,\delta y}{d\,x^4}=q(x)$$

$$EI\frac{d^3\,\delta y}{d\,x^3}=\int_{0^-}^xq(x) dx = F$$

Это в основном говорит о том, что в балке постоянно присутствует напряжение сдвига.

$$EI\frac{d^2\,\delta y}{d\,x^2}=\int F dx +C=F(x-L)$$

Это выражение для изгибающего момента в балке. Мы знаем, что свободный конец должен иметь изгибающий момент, равный нулю, поэтому мы устанавливаем постоянную интегрирования, чтобы учесть это.

$$\frac{d\,\delta y}{d\,x}=\frac1{EI}\int F(x-L) dx +C=\frac{F}{EI}(\frac12 x^2-Lx)$$

Это представляет наклон отклоненного луча. Здесь мы знаем, что наклон должен быть нулевым на опоре, поэтому мы соответственно установили постоянную интегрирования.

$$\delta y=\frac{F}{EI}\int \frac12 x^2-Lx \; dx +C=\frac{F}{EI}(\frac16 x^3-\frac{L}2 x^2)$$

Здесь мы знаем, что прогиб равен нулю на опоре, поэтому мы соответственно устанавливаем константу интегрирования. Теперь, если мы просто хотим посмотреть на отклонение в конце, мы подключаем$x=L$

$$\delta y=-\frac{FL^3}{3EI}$$

Это соответствует уравнению на последнем сайте в вашем посте.

От matweb для среднелегированной стали .$E=30\,000\,ksi$

$$\delta y= -\frac{3.750\,klb \, (216 in)^3}{3\,30000\,ksi\,4.2\,in^4}\approx -100\,in$$

Это именно то, что производится онлайн-калькулятор. Однако, если вы попытаетесь загрузить луч, как это, он будет постоянно деформироваться. Рычаг длиной 18 футов очень длинный и изгибает сопли из 4-дюймовой тонкостенной балки только с умеренной сложностью. Проблема в том, что трейлер - это не консольная балка.

Итак, давайте посмотрим на более разумный сценарий загрузки. Давайте смоделируем оси как точечные нагрузки, расположенные на расстоянии и от конца прицепа, нагрузка в распределенная по задним и гусиная шея поддерживают еще перед этим.$40\,in$$80\,in$$7500 lbf$$18\,ft$$5ft$

Сейчас некоторые из наших нагрузок еще не известны, но мы можем выяснить некоторые из них в процессе. Некоторые из них мы не можем, поэтому давайте добавим дополнительное ограничение. Распределение веса будет разделено между осями в соответствии с переменной$\alpha$

$$F_{axles}=F_{rear} \frac1{\alpha}=F_{front}\frac1{(1-\alpha)}$$

Теперь у нас есть:

$$q(x)=-\frac{F}{L}H(L-x)+F_{axels}(\alpha\delta(x-x_{rear})+(1-\alpha)\delta(x-x_{front})+(F-F_{axels})\delta(x-x_{goose})$$

Интеграция:

$$EI\frac{d^3\,\delta y}{d\,x^3}=\begin{cases} -\frac{F}{L}x & x\leq x_{rear} \\ -\frac{F}{L}x+F_{axels}\alpha & x_{rear} \lt x\leq x_{front} \\ -\frac{F}{L}x+F_{axels} & x_{front} \lt x\leq L \\ F_{axels}-F & L \leq x \end{cases}$$

Затем снова интегрируем:

$$EI\frac{d^2\,\delta y}{d\,x^2}=\begin{cases} -\frac{F}{2L}x^2 & x\leq x_{rear} \\ -\frac{F}{2L}x^2+F_{axels}\alpha (x-x_{rear}) & x_{rear} \leq x\leq x_{front} \\ -\frac{F}{2L}x^2+F_{axels} (x-(1-\alpha)x_{front}-\alpha x_{rear}) & x_{front} \leq x\leq L \\ (F_{axels}-F) (x-x_{goose}) & L \leq x \end{cases}$$

Обратите внимание, что этот изгибающий момент должен быть непрерывным, и оба конца должны быть равны нулю, поскольку на концах не применяется изгибающий момент (они могут свободно вращаться). Это приводит к дополнительному ограничению, которое можно использовать для поиска$F_{axles}$

$$F_{axels}=F\frac{x_{goose}-\frac{L}2}{x_{goose}-(1-\alpha)x_{front}-\alpha x_{rear}}$$

Однако, чтобы сократить выражения, давайте оставим в выражениях .$F_{axels}$

Теперь уклон будет:

$$\frac{d\,\delta y}{d\,x}=\frac1{EI}\begin{cases} -\frac{F}{6L}x^3+C_1 & x\leq x_{rear} \\ -\frac{F}{6L}x^3+F_{axels}\alpha \frac12 ( x-x_{rear})^2+C_1 & x_{rear} \leq x\leq x_{front} \\ -\frac{F}{6L}x^3+F_{axels}(\alpha \frac12 (x-x_{rear})^2+(1-\alpha)\frac12(x-x_{front})^2)+C_1 & x_{front} \leq x\leq L \\ (F_{axels}-F)\frac12 (x-x_{goose})^2 +C_2 & L \leq x \end{cases}$$

И в этот момент я перешел к численному решению. Я снова интегрировал и нашел значения для всех констант, так что наклон и смещение были непрерывными, а смещение на гусе и задней оси было равно нулю. Полученное отклонение имело максимум около 2 дюймов. Но я использовал полную нагрузку, и я должен был использовать половину нагрузки, дающей 1 дюйм. Это звучит как раз для меня.

Обратите внимание, что максимальный изгибающий момент составляет который при умножении на половину нашего роста и делении на момент площади дает пиковое напряжение что составляет около 13% предела текучести среднелегированной стали на полотне. Вы, наверное, знаете, этого было бы достаточно, однако, это только для статического трейлера, а не для того, чтобы двигаться и толкаться.38 K сек $9\, kN \,m$$38 ksi$

Усилия ускорения на прицепе могут легко утроить нагрузку за короткие промежутки времени. Кроме того, неровности дороги будут приводить к циклической нагрузке, и это будет не предел текучести, на который вы хотите смотреть, а усталостная прочность при соответствующем количестве циклов, которое вы хотите, чтобы прицеп выдержал. Усталостная прочность может составлять всего 10% от предела текучести, поэтому я бы хотел, чтобы минимальный коэффициент нагрузки составлял около 30 (3/10%), а затем добавьте коэффициент безопасности 2, и ваши балки должны быть примерно в 60 раз. сильнее, чем требуется, чтобы просто соответствовать вашему пределу текучести в сценарии статической нагрузки. Короче, я бы пошел с большими балками.

Вот некоторая дополнительная информация и длительное обсуждение критериев дизайна прицепа. В теме есть даже белая бумага о факторах загрузки и безопасности, которые следует использовать:

Нагрузки для дизайна трейлера

На этом сайте есть много других тем, предоставляющих хорошую информацию о дизайне трейлера.

Что бы это ни стоило, я бы начал свою конструкцию конструкции с какого-то типа прямоугольной стальной секции для трейлера. Они регулярно доступны и с ними «легко» работать (резать, сверлить, сваривать, монтировать другие компоненты и т. Д.).

Для конструкции прицепа трубы прямоугольного сечения, вероятно, будут наиболее эффективным компромиссом между прочностью, жесткостью и простотой конструкции и изготовления. Круглая труба немного тяжелее по весу, но ее гораздо сложнее собрать и точно соединить просто потому, что прямоугольная труба имеет удобные плоские поверхности.

Как уже упоминалось, подобные вещи не предназначены для исчисления в реальном мире, и, безусловно, лучше всего скопировать существующий дизайн, поскольку сбои в такого рода приложениях обычно возникают, когда вы получаете неожиданную концентрацию нагрузки, а не рассматриваете проект как приблизительный луч, поэтому если у вас нет доступа к программному обеспечению FEA, то бумажные расчеты будут немного бессмысленными.

Если вы впервые работаете с конструкционными стальными профилями или просто ищете точные данные об их механических свойствах, найдите официальный «Справочник по стальным конструкциям» для своего региона. Здесь, в Канаде, это «Канадский институт стальных конструкций (CISC): Справочник по стальным конструкциям», а в США - «Американский институт стальных конструкций (AISC): Руководство по стальным конструкциям»). Я не уверен насчет других стран, но все они в основном придерживаются одного и того же формата заголовка и называются «Руководство по стальному строительству» или «Руководство по стальному строительству». Должно быть довольно легко найти официальную версию для вашего региона, если вы ищете это.

Как человек, который наткнулся на эту тему, пытаясь исследовать эти же вопросы, я знаю, как трудно найти надежные ответы. Поэтому я не могу подчеркнуть это достаточно. ПОЛУЧИТЕ СЕБЯ КОПИЯ !! Эта книга буквально ответит на все ваши вопросы, и мне бы очень хотелось, чтобы я нашел ее раньше.

Ура, а.

Простой ответ - не дизайн - обман. Иди и ищи трейлер, похожий на тот, что тебе нужен. Сфотографируйте это и измерьте все биты. (Не ведите себя так, как будто пытаетесь надрезать это). Подобные разделы подойдут, но я бы ошибся на больших размерах.

Теперь ваши вопросы будут: -

1. Сварка стыков. Я не уверен, какой тип сварки вы сертифицировали, но угловая сварка 10-миллиметровой стали - это не то же самое, что наклеивание на крылья автомобиля.
2. Тормоза. Вы должны убедиться, что они работают. Как вы будете их тестировать? Тот факт, что трейлер не катит ваши диски, не означает, что они работают.
3. В Англии, если вы возьмете это на дорогу общего пользования, вам понадобится сертификат испытаний.

Я ненавижу всю глупость «Здоровье и глупость», но не стоит недооценивать ответственность, которую вы возьмете на себя, если будете ехать по дороге со скоростью.