RU2025371C1

RU2025371C1 - Vehicle frame

Info

Publication number: RU2025371C1
Application number: SU5036854/11A
Authority: RU
Inventors: Х.А. Фасхиев; П.Д. Павленко; Г.Н. Валькова
Original assignee: Акционерное общество "КамАЗ"
Priority date: 1992-02-13
Filing date: 1992-02-13
Publication date: 1994-12-30

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: vehicle frame has side-members interconnected by frame members. Frame members are made of closed rectangular hollow sections. Larger sides of sections are arranged vertically. Frame member section height-to-width ratio is equal to ratio of thickness of its vertically arranged wall to thickness of wall arranged horizontally. EFFECT: increased strength of structure. 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано преимущественно в конструкциях рам транспортных, подъемных, дорожных машин. The invention relates to mechanical engineering and can be used mainly in the construction of frames of transport, lifting, road machines.

Рама транспортного средства является основной несущей частью и служит для размещения и крепления различных узлов, агрегатов и систем. Широкое распространение получили лонжеронные рамы, в которых продольные лонжероны соединены между собой поперечинами открытого профиля с различным сечением. Поперечины к лонжеронам соединяют заклепками, болтами или сваркой. The frame of the vehicle is the main bearing part and serves for the placement and fastening of various components, assemblies and systems. Spar frames are widespread, in which longitudinal spars are interconnected by cross-sections of an open profile with different sections. The crossbars to the side members are connected with rivets, bolts or welding.

Недостатками известной конструкции являются пониженная жесткость поперечин и повышенная нагруженность узлов крепления поперечин с лонжеронами, что приводит к значительному снижению эксплуатационной долговечности рамы. Это объясняется депланацией сечений поперечин. The disadvantages of the known design are the reduced stiffness of the cross members and the increased load on the attachment points of the cross members with the side members, which leads to a significant reduction in the operational durability of the frame. This is due to the deployment of cross-sections of the cross members.

Известна конструкция рамы, выбранная в качестве прототипа, содержащая лонжероны, к которым приварены замкнутым по периметру швом поперечины, имеющие замкнутое прямоугольное сечение, причем толщина стенки профиля постоянная [1]. A known frame design, selected as a prototype, containing spars to which are welded by a seam of the cross member closed around the perimeter, having a closed rectangular section, the profile wall thickness being constant [1].

Недостатком данной конструкции является повышенная нагруженность узлов крепления поперечин с лонжеронами, что приводит к невысокой эксплуатационной долговечности рамы, что вызвано также депланацией сечений поперечин, которые подвергаются стесненному кручению. The disadvantage of this design is the increased load on the attachment points of the cross members with the side members, which leads to low operational durability of the frame, which is also caused by the deployment of cross-sections of the cross members, which are subjected to cramped torsion.

Изобретение устраняет вышеперечисленные недостатки и позволяет создать раму транспортного средства с пониженной нагруженностью узлов крепления поперечин с лонжеронами, обеспечивающей повышение ее эксплуатационной долговечности. The invention eliminates the above disadvantages and allows you to create a frame of the vehicle with reduced loading of the attachment points of the cross members with spars, providing an increase in its operational durability.

Целью изобретения является создание рамы транспортного средства с повышенной эксплуатационной долговечностью узлов соединения поперечин с лонжеронами. The aim of the invention is the creation of a vehicle frame with increased operational durability of the nodes connecting the cross members with the side members.

При осуществлении данного изобретения может быть получен технический результат в виде снижения нагруженности узлов крепления поперечин с лонжеронами. When implementing the present invention, a technical result can be obtained in the form of a reduction in the load on the attachment points of the cross members with spars.

Цель достигается тем, что в раме транспортного средства, содержащей лонжероны, полые прямоугольные замкнутого профиля поперечины, закрепленные к ним, размеры поперечины подобраны таким образом, что отношение высоты к ширине прямоугольника равно отношению толщины его вертикальной стенки к толщине горизонтальной, т.е. The goal is achieved in that in the frame of the vehicle containing the side members, hollow rectangular closed cross-section profiles fixed to them, the dimensions of the cross-beam are selected so that the ratio of the height to the width of the rectangle is equal to the ratio of the thickness of its vertical wall to the horizontal thickness, i.e.

=

где Н, В - высота и ширина прямоугольника соответственно;
h, b - толщина вертикальной и горизонтальной стенок прямоугольника поперечины соответственно.

=

where H, B - the height and width of the rectangle, respectively;
h, b - the thickness of the vertical and horizontal walls of the rectangle of the cross member, respectively.

При соблюдении этого соотношения в сечениях поперечины при кручении не происходит депланаций. Депланация сечений поперечин при эксплуатационном нагружении рам является основным разрушающим фактором узлов крепления рам (Гельфгат Д.Б., Ошноков В.А. Рамы грузовых автомобилей. М., Машгиз, 1959). Subject to this ratio, torsion does not occur during torsion cross-sections. Deplanation of cross-section cross-sections during operational loading of frames is the main destructive factor of frame attachment nodes (Gelfgat DB, Oshnokov V.A. Truck frames. M., Mashgiz, 1959).

Депланацию контура характеризует функция W(S), которая вычисляется по формуле (Феодосьев В.И. Сопротивление материалов, М.: Наука, 1979)
W(S) = -

τdS+θω_s (1) где G - модуль сдвига;
S - расстояние от начала отсчета до произвольной точки, в которой вычисляется депланация;
τ - касательное напряжение;
θ - относительный угол закручивания;
ω_S - секториальная площадь.Deplanation of the circuit is characterized by the function W (S), which is calculated by the formula (Feodosiev V.I. Resistance of materials, M .: Nauka, 1979)
W (S) = -

τdS + θω _s (1) where G is the shear modulus;
S is the distance from the reference point to an arbitrary point at which deplanation is calculated;
τ is the shear stress;
θ is the relative twist angle;
ω _S is the sectorial area.

Касательные напряжения в вертикальных полках
τ₁ =

(2) а в горизонтальных
τ₂ =

(3) где М_кр - крутящий момент;
f - площадь контура для тонкостенных сечений, равная
f = B ˙ H
С учетом f касательные напряжения
τ₁ =

(4)
τ₂ =

(5)
Угол закручивания поперечины постоянной жесткости на единицу длины определяется по формуле
θ =

(6) где J_кр - геометрический фактор жесткости при кручении, определяемый из соотношения
J_кр = 4f²

(7) где δ - толщина профиля.Shear stresses in vertical shelves
τ ₁ =

(2) a in horizontal
τ ₂ =

(3) where M _cr - torque;
f is the contour area for thin-walled sections, equal to
f = B ˙ H
Given f tangential stresses
τ ₁ =

(4)
τ ₂ =

(5)
The twist angle of the cross member of constant stiffness per unit length is determined by the formula
θ =

(6) where J _cr is the geometric torsional stiffness factor determined from the relation
J _cr = 4f ²

(7) where δ is the thickness of the profile.

Для прямоугольника с различной толщиной вертикальной и горизонтальной стенок
∮

=

+

= 2

+

(8)
Подставляя соотношение (8) в уравнение (7), получим
J_кр =

(9)
Тогда угол закручивания с учетом (9)
θ =

(10)
При кручении прямоугольника полюс совпадает с геометрическим центром прямоугольника.For a rectangle with different thicknesses of vertical and horizontal walls
∮

=

+

= 2

+

(8)
Substituting relation (8) into equation (7), we obtain
J _cr =

(9)
Then the twist angle taking into account (9)
θ =

(10)
When a rectangle is twisted, the pole coincides with the geometric center of the rectangle.

Для расчета депланации рассмотрим 4 характерные точки прямоугольника:
О - центр вертикальной стенки;
А - точка пересечения вертикальной и горизонтальной стенок;
Б - центр горизонтальной стенки;
С - точка пересечения горизонтальной стенки с второй вертикальной стенкой.To calculate the deployment, consider 4 characteristic points of the rectangle:
O is the center of the vertical wall;
A is the intersection point of the vertical and horizontal walls;
B - the center of the horizontal wall;
C is the point of intersection of the horizontal wall with the second vertical wall.

Эти четыре точки полностью характеризуют депланацию сечения, так как в остальных четырех характерных точках депланации будут такими же, как в противолежащих к ним точках, но с обратным знаком. These four points completely characterize the deplanation of the section, since at the other four characteristic points of deplanation they will be the same as at the points opposite to them, but with the opposite sign.

Секториальные площади выбранных точек

(11)
Подставляя значения τ , θ , ω_S из уравнений (4) - (6), (10), (11) в уравнение (1), получим
W_o = 0, так как

τdS = 0 при dS = 0 W_o=0,
W_A =

-

=

, W_A=0,
W_Б =

-

+

= 0 ; W_C =

-

при

=

W_c=0
Таким образом, во всех характерных точках депланация равна нулю, т.е. в сечении депланация отсутствует и эта закономерность выполняется в любом произвольном сечении поперечины.Sectorial areas of selected points

(eleven)
Substituting the values of τ, θ, ω _S from equations (4) - (6), (10), (11) into equation (1), we obtain
W _o = 0, since

τdS = 0 for dS = 0 W _o = 0,
W _A =

-

=

, W _A = 0,
W _B =

-

+

= 0; W _C =

-

at

=

W _c = 0
Thus, at all characteristic points, the deplanation is zero, i.e. Deplanation is absent in the section and this regularity is satisfied in any arbitrary cross-section of the cross member.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемая рама транспортного средства отличается тем, что размеры поперечины подобраны таким образом, что отношение высоты к ширине прямоугольника равно отношению толщины его вертикальной стенки к толщине горизонтальной стенки. Comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the inventive vehicle frame is characterized in that the dimensions of the cross member are selected so that the ratio of the height to the width of the rectangle is equal to the ratio of the thickness of its vertical wall to the thickness of the horizontal wall.

Это позволяет сделать заключение, что данный признак является новым, а предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна". This allows us to conclude that this feature is new, and the proposed technical solution meets the criterion of "novelty."

Проверка соответствия заявляемого изобретения требованию изобретательского уровня, которая проводилась в отношении совокупности его существенных признаков, показала, что из известного уровня техники не выявлено влияние предписываемого предлагаемым техническим решением преобразования, характеризуемого отличительным от прототипа существенным признаком (размеры поперечины подобраны таким образом, что отношение высоты к ширине прямоугольника равно отношению толщины его вертикальной стенки к толщине горизонтальной), на достижение технического результата: снижение нагруженности узлов крепления поперечин с лонжеронами. Это свидетельствует о том, что изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, т.е. оно соответствует критерию "изобретательский уровень". Verification of compliance of the claimed invention with the requirement of inventive step, which was carried out in relation to the combination of its essential features, showed that the prior art did not reveal the effect of the transformation prescribed by the proposed technical solution, characterized by a significant feature distinguishing from the prototype (the dimensions of the cross member are selected so that the height to the width of the rectangle is equal to the ratio of the thickness of its vertical wall to the horizontal thickness), to achieve t to technical result: reduced loading of attachment nodes with crossmembers spars. This indicates that the invention does not follow explicitly from the prior art, i.e. it meets the criterion of "inventive step".

Таким образом, новая совокупность существенных признаков, как известных, так и отличительного, обеспечивает создание рамы транспортного средства с пониженной нагруженностью узлов крепления поперечин с лонжеронами, обеспечивающей повышение ее эксплуатационной долговечности. Thus, a new set of essential features, both known and distinctive, provides the creation of a vehicle frame with a reduced loading of the attachment points of the cross members with spars, providing an increase in its operational durability.

На фиг.1 показан элемент рамы; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1. 1 shows a frame element; figure 2 is a section aa in figure 1.

Рама содержит лонжероны 1, которые соединяются полыми прямоугольными поперечинами 2, размеры сечений которых соответствуют выражению

=

.The frame contains spars 1, which are connected by hollow rectangular cross members 2, the cross-sectional dimensions of which correspond to the expression

=

.

Поперечины к лонжеронам закреплены сваркой. The cross members to the side members are fixed by welding.

В эксплуатации поперечины рамы подвергаются интенсивно кручению и изгибу. Наиболее повреждающим фактором для тонкостенных "стесненных" профилей является кручение, так как в этом случае появляется депланация сечений, повреждающая в первую очередь зоны соединения поперечины с лонжеронами, но подобранное соотношение размеров сечения позволяет исключить депланацию сечений, что приводит к снижению напряженно-деформированного состояния узлов и поперечин, следовательно, повышается долговечность рамы в эксплуатации. In operation, the frame cross members are subjected to intense torsion and bending. The most damaging factor for thin-walled “cramped” profiles is torsion, since in this case cross section deplanation appears, damaging primarily the connection zones of the cross member with the side members, but the selected ratio of the cross-sectional sizes eliminates cross section deplanation, which leads to a decrease in the stress-strain state of the nodes and cross members, therefore, increases the durability of the frame in operation.

Claims

VEHICLE FRAME, containing spars connected between each other by cross members, which are made of closed rectangular hollow profiles and installed with vertical arrangement of large sides, characterized in that the ratio of height to width of the cross member profile is equal to the ratio of the thickness of its vertically located wall to the thickness of the wall placed horizontally .