拖拉机牵引拖钩应变强度研究_基于折线硬化和曲杆模型.docVIP

拖拉机牵引拖钩应变强度研究 —基于折线硬化和曲杆模型 刘爱荣1 ， 孔国利2 ， 姜 升3 ， 高明宪3 ，魏金营3 ( 1 ． 中州大学 信息工程学院， 郑州 450044 ; 2 ． 郑州市职工大学， 郑州 450007 ; 3 ． 郑州市公共交通总公司， 郑州 450054 ) 摘 要: 从材料折线硬化的角度，建立在曲杆模型条件下，对拖拉机拖钩的弹塑性变形进行分析和研究 。 通 过 对 位移方程逐次逼近积分，求出在弹塑性变形下拖钩的截面形心曲线的总位移 Δ ，并给出了确定钩口开度 Δ a 值 的 曲线图。 关键词: 折线硬化; 中性轴; 弹性区; 中图分类号: S219． 032． 9;TH114 塑性区; 位移方程; 文献标识码: A 钩口开度 文章编号: 1003 － 188X(2012)04 － 0185 － 04 λ —挠度方向与钩口开度方向的夹角。 引言 0 由外力引起的弯矩 M PR0 sinφ ，纵向 力 N = = 拖拉机牵引拖钩在引车—拖车工作系统中起着连 接和牵引这种极为重要的作用。它长期工作在弯曲、 拉伸重载荷且重复使用的交变载荷环境下，属于越过 屈服极限冷作硬化的工作阶段［1］。实际中，拖钩既有 弹性 变 形，又伴随塑性变 形，有时甚至是全 塑 性 变 形［2］。当然，这应该是少用或禁用的。在拖钩变形的 同时，钩口开度加大［3］。 Psinφ ( φ 角的意义见图 2 所示，下同) 。 力学模型 1 拖钩的危险截面在 A － A 截面，是一个具有单对 称轴的三角形( 或称梯形) 截面，如图 1 所示。 = R1 / R2 = 3 ，α = b1 / b2 = 0 ． 4 ，γ = a / R2 = 1 ． ρ1 2 6 。这时，ρ0 = 1. 857 ，ρy = 0. 7 b2 R2 。 = 1 ． 685 ，Sy = 0 ． 241 b2 R2 ，F 图 1 脱钩简图 Fig． 1 Towing hook diagram 各种拖钩的危险截面 A － A 上的截面参数大致相 同，即做一次计算可囊括各种规格的拖钩［4］。拖钩材 — 料为 A20 材料硬化模量GT = 0 ，拖钩的钩口开度可按 受力点处的挠度和该截面的转角来确定，即 ( 1 ) Δa Lθ + fcosλ f —拖钩受力点处的挠度; = 式中 θ —拖钩受力点处截面的转角; 收稿日期: 2011 － 06 － 15 基金项目: 河南省重大科技攻关项目( 82201343102 ) ; 郑州市科技攻 关项目( 083 STRF40345 － 5 ) 作者简介: 刘爱荣( 1956 － ) ，女，河南鄢陵人，教授，( E － mail) zzwzc@ 图 2 曲杆受拉弯时的变形示意图 Fig． 2 The bending deformation of bell crank in tension 2 0 1 2 年 4 月 农 机 化 研 究 第 4 期 根据结构力学的结论［5］，在确定挠度时，由单位 当上述条件得到满足时，平衡方程的解可略为简化。 众所周知，当曲杆的变形在弹性范围内时，中性 轴相对于形心向曲率中心偏移一定距离; 当变形超出 弹性范围时，中性轴的位置随截面上弹性参数的变化 而变化; 当发生塑性弯曲时，中性轴的半径取决于应 变值和变形曲线的特性。 甚至在最简单的理想塑性 情况下，将条件式( 7 ) 进行积分后也可得到对于 ρ 的 超越方程，其求解很繁［6］，因而可用图解法或逐次逼 力引起的弯矩 M0 = R sinφ ，纵向力 N0 = sinφ 。研究 0 表明，此问题下的截面剪力 Q Pcosφ 对挠度的影响 = 与 弯 矩对挠度的影响相差 10 －2 数 量 级 ( 约 2. 56 % ) ［6］。为简化计算，这里剪力对挠度的影响不 予考虑。 2 变形分析 2． 1 脱钩的变形 拖钩可认为是曲杆( 如图 2 所示) 。 根据平截面 假设，任意点的位移可表示绕离曲率中心为 r 的某轴 转动和面内平行移动的结果，即 － 近法求解。当 ρ = 6 时，在不同 α 和 G = 0 的情况下， T 中性轴半径与截面上最大应变 ε 所示。 之间的关系如图 3 max ( 2 ) dω0 － ydθ dω = 这时，曲杆某起始微段 ds ( r + y) dφ 的应变为 = dω0 － ydθ dω = = ε ds ( r + y) dφ 整理得 dω0 1 y dθ ( 3 ) ε = ． － ． dφ r + y dφ r + y 从另一方面看，这两种位移可以表示为截面绕曲 率中心转过 dψ 角和绕离曲率