9

다른 트레일러를 만들 생각입니다. 과거에 작은 트레일러를 많이 만들었지 만 이번에는 7,500 파운드의 작은 탠덤 액슬 구즈넥을 만들고 싶습니다.

저는 공인 용접공이고 물리학 학사 학위를 받았으며 소프트웨어 개발자로 일하고 있습니다. 방법을 알고 있지만 재료 선택에 대한 정보를 원합니다.

둥근 파이프
앵글 아이언
아이빔
직사각형 튜브

현재 직사각형 튜브를 가장 잘지지하고 있지만 온라인에서이를 확인할 수있는 것은 없습니다.

트레일러에 가장 적합한 재료를 결정한 후 어떤 크기와 두께를 사용해야하는지에 대한 차트를 어디에서 찾을 수 있습니까? 분명히, 나는 과잉 살 수 있지만, 내가 가진 철분을 많이 던지기보다는 이것을 똑똑하게 만들고 싶습니다.

누구든지 입력이 있습니까? 이것을 게시하기에 더 좋은 그룹이 있습니까? 산업 공학이라면 줄을 따라 무언가를 찾고 있었지만 이것이 전부였습니다.

편집 :
나는 누군가가 나에게 "우리가 사용하는 공식은 다음과 같습니다."라고 말할 수있는 일반적인 질문을 유지하려고 노력했습니다.

나의 가장 무거운 짐은 프론트 엔드 로더와 뒷면에 총 5500-6500 파운드의 브러시 커터가있는 트랙터입니다. 3500lbs 액슬 2 개가있는 탠덤 액슬 트레일러는이 하중을 잘 견딜 수 있습니다. 브레이크가 장착 된 사우스 웨스트 휠의 비틀림 차축 에서 차축을 선택했습니다 (전면 차축에는 브레이크가 있지만 후면에는 없습니다).

트레일러 길이는 18 피트이며 구즈넥 구성으로되어 있습니다 (버퍼 트레일러보다 무게를 더 잘 분배하고 부드럽게 잡아 당김). 계산에는 7500-lb 용량을 사용하겠습니다.

나는 사양 시트를 사용하여 사각형 튜브의 구조적 데이터를 찾고 여기 (다른 웹 사이트를 광고하지 않으려 고 노력하지만이 데이터를 볼 곳이다). 21 페이지는 다양한 크기와 두께에 대한 데이터 값을 보여줍니다.

벤딩 팩터라는 줄이 있습니다. 18 피트 트레일러 (18 x 12 = 216 인치)의 경우 3/8 인치 두께 4x2 정사각형 튜브는 (x = 1.03, y = 1.55)의 굽힘 계수를 보여줍니다.

어제 Rogue Fabrication의 계산기를 사용 하고 있는데 여기에 Tube Shape = Square Tubing, Outside Diameter = 4-in, Wall Thickness = 0.1875-in, Material = "Cheap seamed tube", Load = 3800-lbs, Tube 값을 입력했습니다. Length = 216-in, Hazard Factor = 1, 내 재료가 적재 조건보다 1.22 배 강하다는 것을 알았습니다.

다음 으로 길이 = 216, 너비 = 2, 높이 = 4, 벽 두께 = 0.1875, 힘 = 3750의 값으로 EasyCalculation의 빔 처짐 계산기를 시도했습니다 . 2 길이의 직사각형 튜브에 대해 약 100 인치의 편향을 보여줍니다. 4 개의 길이를 사용하면 빔당 힘이 7500 / 4 = 1875로 떨어지고 50 인치까지 처짐이 줄어 듭니다. 이러한 처짐 값은 실제로 높은 것으로 보입니다. 그것은 대부분의 트레일러보다 철분이 더 많습니다.

내가 사용하는 오래된 탠덤 액슬 트레일러에는 2 인치 길이의 4 인치 앵글 아이언 (1 / 4- 두께) 만 있습니다. 50 인치가 아니라 2 인치 정도 구부립니다. 뭔가 빠졌을 것입니다.

20 피트 길이의 재료가 갖는 플렉스 양을 어떻게 계산합니까?

정사각형 튜브가 가장 좋지 않은 경우 더 나은 점과 의견을 말할 때 해당 구성을 어떻게 선택했는지 알려주는 한 괜찮습니다.

— jp2code
소스

1

이 질문은이 사이트의 범위를 벗어나는 것 같습니다. 그것은 주관적인 의견의 혼합입니다 (모든 횡단면에는 장단점이 있으므로 그 의미가 무엇인지 정확히 알지 못하면 "최상의"것을 정의 할 수 없습니다).

— 와사비

2

부재의 모양은 면적 관성 모멘트 에 영향을 미치며 이는 부재의 하중에 영향을 미칩니다. 하중, 안전 계수, 재료를 정의한 다음 재료의 항복 강도 하에서 하중 * (안전 계수)을 얻는 조합을 찾을 때까지 치수와 모양을 가지고 놀아야합니다. 나는 일반 클래스를 제외하고 트레일러에 대해 아무것도 정의하지 않았고 트랙터를 원하기 때문에 대답 대신 주석에 넣었습니다. 참조가 필요한 경우 "변형 바디"또는 "기계 설계"텍스트를 사용해보십시오.

— Chuck

6

우리는 가능한 한 복잡하게 만들지 않습니다. 최대한 정확하게 작성하도록 요청하고 있습니다. 좋은 디자인을 찾는 것은 쉬운 일이 아니며 가볍게 가져 가지 않아야합니다.

— 와사비

4

당신은 3 가지 옵션이 있습니다-수학을하고 올바른 부분을 얻거나 다른 사람의 작업을 복사하고 그들이 수학을했으면 좋겠다고 생각합니다. 내 말은, 채워진 고속도로에서 55mph를 달리는 차에 부딪친 3.5 톤의 하중은 무엇입니까? Sarcasm은 제쳐두고, 아마도 이것을 진지하게 받아들이고 일을하거나 다른 프로젝트를 찾아야 할 것입니다.

— 척

3

우리 사무실에는 일반적인 규칙이 있습니다. "무엇이 움직이면 기계적인 것"기계 공학으로 태그를 달아보십시오. 빔의 동적 하중, 특히 연결은 매우 중요합니다. 구조에 대한 정적 분석만으로는 충분하지 않습니다.

— NamSandStorm

9

우리가 사용하는 공식은 다음과 같습니다.

빔 벤딩 ( Wikipedia에서 사용 가능 )

E I \frac{d^{4} δ y}{d x^{4}} = q (x)

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

I = \int (y - \bar{y})^{2} d A

$I=\int (y-\bar y)^2 dA$

\bar{y} = \frac{1}{A} \int y d A

$\bar y= \frac1{A}\int y \;dA$

σ_{m a x} = y_{m a x} E {\frac{d^{2} δ y}{d x^{2}}}_{m a x}

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

여기서 는 빔의 단면적, 는 빔 하중 방향으로 축을 따른 위치, 는 하중 방향으로의 편향, 는 탄성 계수 머티리얼의 값)과 마지막으로 는 거리 당로드 함수입니다. $A$ $y$ $\delta y$ $E$ $q(x)$

사용 방법은 다음과 같습니다.

높이 , 너비 및 두께 를 가진 직사각형 튜브의 경우 다음이 있습니다. $H$ $W$ $t$

\bar{y} = 0

$\bar y=0$

I = W \int_{- \frac{H}{2}}^{\frac{H}{2}} y^{2} d y - (W - 2 t) \int_{- \frac{H}{2} + t}^{\frac{H}{2} - t} y^{2} d y = \frac{H^{3} W - (H - 2 t)^{3} (W - 2 t)}{12}

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

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

I \approx 4.2 i n^{4}

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

이제 빔 로딩이 진행되고 있습니다. 먼저 캔틸레버 빔을 살펴 보겠습니다.

여기에는 지지대와 팁이라는 두 가지 점이 있습니다. 다이빙 보드 시나리오를 생각해보십시오. 지지대는 이고 하중 는 $x=0$ $F$ $x=L$

q (x) = - δ (x) F + δ (x - L) F

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

E I \frac{d^{4} δ y}{d x^{4}} = q (x)

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

E I \frac{d^{3} δ y}{d x^{3}} = \int_{0^{-}}^{x} q (x) d x = F

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

이것은 기본적으로 빔 전체에 일정한 전단 응력이 있다고 말합니다.

E I \frac{d^{2} δ y}{d x^{2}} = \int F d x + C = F (x - L)

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

이 표현은 보의 굽힘 모멘트에 대한 것입니다. 우리는 자유 단이 굽힘 모멘트가 0이어야한다는 것을 알고 있으므로이를 수용하기 위해 적분 상수를 설정합니다.

\frac{d δ y}{d x} = \frac{1}{E I} \int F (x - L) d x + C = \frac{F}{E I} (\frac{1}{2} x^{2} - L x)

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

이것은 편향된 빔의 기울기를 나타냅니다. 여기서 우리는 지지점에서 기울기가 0이어야함에 따라 적분 상수를 적절하게 설정했습니다.

δ y = \frac{F}{E I} \int \frac{1}{2} x^{2} - L x d x + C = \frac{F}{E I} (\frac{1}{6} x^{3} - \frac{L}{2} x^{2})

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

여기서 우리는 지지대에서 처짐이 0임을 알고 있으므로 이에 따라 적분 상수를 설정합니다. 이제 마지막 편향을보고 싶다면 $x=L$

δ y = - \frac{F L^{3}}{3 E I}

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

이것은 게시물의 마지막 웹 사이트에있는 방정식에 해당합니다.

에서 matweb 매체 합금 강철 우리는이 꽂 그래서 : $E=30\,000\,ksi$

δ y = - \frac{3.750 k l b (216 i n)^{3}}{3 30000 k s i 4.2 i n^{4}} \approx - 100 i n

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

이것이 바로 온라인 계산기가 만든 것입니다. 그러나 이와 같은 빔을로드하려고하면 영구적으로 변형됩니다. 18 피트 레버 암은 실제로 길고 약간의 어려움으로 4 인치의 얇은 벽 빔에서 코를 구부릴 수 있습니다. 문제는 트레일러가 캔틸레버 빔이 아니라는 것입니다.

보다 합리적인 로딩 시나리오를 살펴 보겠습니다. 하자의 모델 위치한 점 하중과 축 와 트레일러의 끝에서의 후방에 분포로로드 및 추가 구즈넥 지원 그 앞에있다. $40\,in$ $80\,in$ $7500 lbf$ $18\,ft$ $5ft$

이제 우리의 하중 중 일부는 아직 알려지지 않았지만 그 과정에서 일부를 알아낼 수 있습니다. 그들 중 일부는 우리가 할 수 없으므로 추가 제약을 추가합시다. 가중치 분포는 변수 에 따라 차축 사이에서 분할됩니다 $\alpha$

F_{a x l e s} = F_{r e a r} \frac{1}{α} = F_{f r o n t} \frac{1}{(1 - α)}

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

이제 우리는 :

q (x) = - \frac{F}{L} H (L - x) + F_{a x e l s} (α δ (x - x_{r e a r}) + (1 - α) δ (x - x_{f r o n t}) + (F - F_{a x e l s}) δ (x - x_{g o o s e})

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

통합 :

E I \frac{d^{3} δ y}{d x^{3}} = {\begin{cases} - \frac{F}{L} x & x \leq x_{r e a r} \\ - \frac{F}{L} x + F_{a x e l s} α & x_{r e a r} < x \leq x_{f r o n t} \\ - \frac{F}{L} x + F_{a x e l s} & x_{f r o n t} < x \leq L \\ F_{a x e l s} - F & L \leq x \end{cases}

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

그런 다음 다시 통합하십시오.

E I \frac{d^{2} δ y}{d x^{2}} = {\begin{cases} - \frac{F}{2 L} x^{2} & x \leq x_{r e a r} \\ - \frac{F}{2 L} x^{2} + F_{a x e l s} α (x - x_{r e a r}) & x_{r e a r} \leq x \leq x_{f r o n t} \\ - \frac{F}{2 L} x^{2} + F_{a x e l s} (x - (1 - α) x_{f r o n t} - α x_{r e a r}) & x_{f r o n t} \leq x \leq L \\ (F_{a x e l s} - F) (x - x_{g o o s e}) & L \leq x \end{cases}

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

이 굽힘 모멘트는 연속적이어야하고 끝에 굽힘 모멘트가 적용되지 않기 때문에 양쪽 끝이 0이어야합니다 (자유롭게 회전). 를 찾는 데 사용할 수있는 추가 구속 조건이 발생합니다. $F_{axles}$

F_{a x e l s} = F \frac{x_{g o o s e} - \frac{L}{2}}{x_{g o o s e} - (1 - α) x_{f r o n t} - α x_{r e a r}}

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

그러나 표현식을 더 짧게 유지하려면 표현식에 를 그대로 두십시오 . $F_{axels}$

이제 경사는 다음과 같습니다.

\frac{d δ y}{d x} = \frac{1}{E I} {\begin{cases} - \frac{F}{6 L} x^{3} + C_{1} & x \leq x_{r e a r} \\ - \frac{F}{6 L} x^{3} + F_{a x e l s} α \frac{1}{2} (x - x_{r e a r})^{2} + C_{1} & x_{r e a r} \leq x \leq x_{f r o n t} \\ - \frac{F}{6 L} x^{3} + F_{a x e l s} (α \frac{1}{2} (x - x_{r e a r})^{2} + (1 - α) \frac{1}{2} (x - x_{f r o n t})^{2}) + C_{1} & x_{f r o n t} \leq x \leq L \\ (F_{a x e l s} - F) \frac{1}{2} (x - x_{g o o s e})^{2} + C_{2} & L \leq x \end{cases}

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

그리고이 시점에서 나는 수치 솔루션으로 옮겼습니다. 나는 다시 통합하고 모든 상수에 대한 값을 발견하여 경사와 변위가 모두 연속적이고 거위와 리어 액슬의 변위가 0이되도록했습니다. 생성 된 편향은 약 2 인치에서 최대를 가졌다. 그러나 나는 전체 부하를 사용했고 1 인치를주는 부하의 절반을 사용해야했습니다. 그것은 나에게 맞는 것 같습니다.

참고 굽힘 모멘트 피크가 있음 의 반 높이 승산하고 영역 모멘트로 나눈 피크 응력 부여 이 13 % 내지 약 matweb의 매체 합금강의 항복 강도이다. 당신은 이것으로 충분하다고 생각하지만, 이것은 움직이는 트레일러가 아닌 정적 트레일러에만 해당됩니다. $9\, kN \,m$ $38 ksi$

트레일러의 가속력은 단기간에 쉽게 하중을 3 배 증가시킬 수 있습니다. 또한 도로의 충돌은 적재물을 순환시켜보고자하는 항복 강도가 아니라 트레일러가 지속되기를 원하는 적절한 횟수의 사이클에서 피로 강도를 만듭니다. 피로 강도는 항복 강도의 10 % 정도로 낮을 수 있으므로 최소 하중 계수를 약 30 (3 / 10 %)로 설정 한 다음 2의 안전 계수를 추가하고 빔은 약 60 배가되어야합니다. 정적 하중 시나리오에서 항복 응력을 충족시키는 데 필요한 것보다 더 강합니다. 요컨대, 나는 더 큰 광선으로 갈 것입니다.

— 약간 뒤틀리게 하다
소스

2

장대 한 답변에 +1. @ jp2code가 "예고편"을 만드는 데 관련된 노력을 실현하기를 바랍니다.

— 척

@Chuck, 구즈넥 트레일러 제조업체가 이러한 계산을 사용했는지 의심됩니다. 이것은 궁극적으로 받아 들일 수있는 훌륭한 답변이지만, 주어진 하중 범위의 트레일러를 만들 때 제조업체가 필요한 크기의 재료를 결정하는 방법을 알고 싶습니다.

— jp2code

1

@ jp2code 이것은 이것 또는 추측입니다.

— 척

@ jp2code 대부분의 문제와 마찬가지로 일단 문제를 해결하면 숫자가 변경 될 때 모든 계산을 다시 수행 할 수있는 도구를 만들 수 있습니다. 따라서 모든 트레일러 디자인에 대해이 작업을 수행하지는 않습니다. 그들은 그들을위한 도구를 만들었습니다. 그런 다음 FEA 분석을 통해 설계를 검증 할 수 있습니다. 구즈넥 트레일러 제조업체가이 수준의 세부 계산보다 적게 사용한 것은 의심 스럽지만, 온라인 도구와 비슷한 도구에 포함되었을 가능성이 높습니다.

— Rick

1

이것이 실제로 실제 디자인에 유용한 것을 추가하는지 확실하지 않습니다. 나는 한 번도 아무것도 통합하지 않고 6 차선 도로 교량을 설계했습니다. 나는 아직도 서 있다고 생각합니다. 엔지니어는 통합하지 않습니다.

— Paul Uszak

4

트레일러 디자인 기준에 대한 추가 정보와 긴 토론은 다음과 같습니다. 적재 및 안전 요소에 대한 스레드에는 백서도 있습니다.

트레일러 설계를위한 하중

해당 사이트에는 트레일러 디자인에 관한 좋은 정보를 제공하는 다른 스레드가 많이 있습니다.

가치있는 것을 위해, 나는 트레일러를 위해 어떤 유형의 직사각형 강철 섹션을 염두에두고 구조 설계를 시작합니다. 그것들은 정기적으로 이용 가능하고 작업하기에 "쉽습니다"(절단, 천공, 용접, 다른 구성 요소 장착 등).

— GisMofx
소스

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트레일러의 구조에서 직사각형 단면 튜브는 강도 강성과 설계 및 제조의 용이성 사이에서 가장 효율적인 절충안이 될 수 있습니다. 원형 튜브는 무게가 조금 더 강하지 만 직사각형 튜브가 편리한 평평한 표면을 가지기 때문에 정확하게 조립하고 결합하기가 훨씬 어렵습니다.

이미 언급했듯이 실제 세계에서는 미적분학에 의해 설계되지 않았으며 지금까지 가장 좋은 방법은 기존 설계를 복사하는 것입니다. 근사 빔이므로 FEA 소프트웨어에 액세스 할 수 없으면 용지 계산이 약간 의미가 없습니다.

— 크리스 존스
소스

이 사이트의 엔지니어 중 한 사람이 "{something} 파운드에 X를 사용하는 것이 가장 좋습니다"라고 말하고 싶었습니다. 결국, 나는 방금

— 손님을 만들었습니다

1

문제는 트레일러의 실제 하중이 전체 문제의 작은 부분이라는 것입니다. 내가 말할 말은 약 3m 길이의 100mm x 50mm 직사각형 상자 섹션 (3mm 월 두께)이 A 프레임의 3000kg 하중에 대한 것입니다. 편안한 야구장을 제공하는 일종의 야구장.

— Chris Johns

2

구조용 강재 섹션을 처음 사용하거나 단순히 기계적 특성에 대한 정확한 데이터를 찾고 있다면 해당 지역의 공식 "강철 구성 핸드북"을 찾으십시오. 캐나다에서는 "캐나다 철강 건설 협회 (CISC) : 핸드북 철강 건설 핸드북"이고 미국에서는 "미국 철강 건설 연구소 (AISC) : 철강 건설 매뉴얼"입니다. 다른 국가에 대해서는 잘 모르겠지만 거의 모두 동일한 제목 형식을 따르며 "철골 건축 핸드북"또는 "철골 건설 매뉴얼"이라고합니다. 해당 지역을 검색하면 해당 지역의 공식 버전을 쉽게 찾을 수 있습니다.

이 스레드를 우연히 발견 한 사람이 동일한 질문을 연구하려고 할 때 신뢰할 수있는 답변을 찾는 것이 얼마나 어려운지 알고 있습니다. 그래서 나는 이것을 충분히 강조 할 수 없습니다. 사본을 얻으십시오 !! 이 책은 말 그대로 당신이 가진 모든 질문에 답할 것이고 나는 그것을 빨리 발견했을 것입니다.

건배

— 살다
소스

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쉬운 대답은 디자인이 아닙니다-속임수입니다. 가서 예전과 비슷한 예고편을 찾으십시오. 그것을 촬영하고 모든 비트를 측정하십시오. (당신이 그것을 닉하려고하는 것처럼 행동하지 마십시오). 비슷한 섹션이 가능하지만 더 큰 크기에서는 오류가 발생합니다.

이제 문제는 다음과 같습니다.

조인트 용접. 인증 된 용접 유형이 확실하지 않지만 10mm 강철을 용접하는 필렛은 자동차 날개를 밟는 것과 다릅니다.
브레이크. 작동하는지 확인해야합니다. 당신은 그들을 어떻게 테스트 할 것입니까? 예고편이 드라이브를 롤 다운하지 않는다고해서 작동한다는 의미는 아닙니다.
영국에서는 이것을 공공 고속도로로 가져 가면 테스트 인증서가 필요합니다.

나는 건강과 어리 석음 전체가 넌센스를 싫어하지만, 당신이이 길을 빠른 속도로 운전할 때 가정 할 책임을 과소 평가하지는 않습니다.

— 폴 우사 크
소스

트레일러 제작을위한 철강 선택

20 피트 길이의 재료가 갖는 플렉스 양을 어떻게 계산합니까?

우리가 사용하는 공식은 다음과 같습니다.

빔 벤딩 ( Wikipedia에서 사용 가능 )

사용 방법은 다음과 같습니다.