РАМА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 1994 года по МПК B62D21/02 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано преимущественно в конструкциях рам транспортных, подъемных, дорожных машин.

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.

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.

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].

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.

Изобретение устраняет вышеперечисленные недостатки и позволяет создать раму транспортного средства с пониженной нагруженностью узлов крепления поперечин с лонжеронами, обеспечивающей повышение ее эксплуатационной долговечности.

Целью изобретения является создание рамы транспортного средства с повышенной эксплуатационной долговечностью узлов соединения поперечин с лонжеронами.

При осуществлении данного изобретения может быть получен технический результат в виде снижения нагруженности узлов крепления поперечин с лонжеронами.

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.

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

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).

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Это позволяет сделать заключение, что данный признак является новым, а предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

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".

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.

На фиг.1 показан элемент рамы; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

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

Поперечины к лонжеронам закреплены сваркой.

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.

Использование: относится к машиностроению и может быть использовано преимущественно в конструкциях рам транспортных машин. Сущность изобретения: рама транспортного средства содержит лонжероны, связанные поперечинами. Поперечины выполнены из замкнутых прямоугольных полых профилей. Большие стороны профилей расположены вертикально. Отношение высоты к ширине профиля поперечины равно отношению толщины его вертикально расположенной стенки к толщине стенки, размещенной горизонтально. 2 ил.

РАМА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, содержащая лонжероны, связанные между собой поперечинами, которые выполнены из замкнутых прямоугольных полых профилей и установлены с вертикальным расположением больших сторон, отличающаяся тем, что отношение высоты к ширине профиля поперечины равно отношению толщины его вертикально расположенной стенки к толщине стенки, размещенной горизонтально.