车胎轮辋辐条张力优化分析.pdf

车胎轮辆辐条张力优化分析

天津轻工业学院孟庆逢

自行车、三轮车以及摩托车是人们喜爱的小表示。日为辐条轴向间夹角。R表示轮辆半

。,
交通工具,车胎轮辆的强弱程度将直接影响它径根据力的叠加原理不难算出各力对轮稠
们的承载能力和使用寿命。大家知道,辐条是产生的内力。
用来调整车胎轮辆的关健构件,当辐条被张紧

,
后它的张紧力使车胎轮惘基本呈现为一个受二、轮辆的内力图
均匀分布的外压圆环。分析表明,车胎轮辊主

.。
要承受两种载荷,除辐条张紧力对它的作用外,1载荷Q对轮惘产生的内力考虑到辐条
再一个就是人体、车体自重和负载传递给它的与轮辆连接的实际情况,辐条只能承受张力,不

。。
作用力理论分析证实,当车胎轮惘的几何尺能承受压力因此,载荷Q只能通过上半环的
寸和材料确定后,辐条张紧力的大与小对轮惘十五根辐条将之分配到轮惘上,其受力模型如
的强度有明显影响,正确施加辐条张紧力是一图2所示。
个非常重要的问题。只有弄清辐条张力与轮惘!
强度的关系,才能寻求到最优辐条张力。为此,
首先研究轮惘强度计算。

一、轮惘受力模型

轮惘的简化受力模型如图1所示。Q为车
体传递到轮惘上的总外力,P为辐条张紧后施
加给轮惘的压力,S为轮惘的支承反力。若辐条

.
按三十二根计,辐条周向间夹角为1125“,用

图2

这是一个高次超静定问题,利用力法或有
限单元法,容易求得其内力分布图。图3为轮
惘的弯矩分布图,注意这里将弯矩绘在构件的
受拉一侧。图4为轮辆的轴力分布图。

.
2辐条张紧力对轮惘产生的内力。辐条张
紧力对轮辆形成受压圆环,考虑到轮惘及载荷
的对称性,是一个低次超静定系统,容易求得

:2。。
图1(Pl~P=P)其内力分布图图5为弯矩分布图图6为轴

一30一
力分布图。

三、轮辆的应力计算

.。
内力1叠加分析内力分布图,可以知道,

。
轮辆可能的危险截面在m一m或n一n处
于是nI一m截面上的总弯矩和总轴力是:

..
M总=(03075Q~o3o21P)R(l)

..
N总=一00787Q一50767P(2)
n一n截面上的总弯矩和总轴力是:
图弯拒图3
..
M总=(01138Q+03021P)R(3)

..
N总二一0soQ一50767P(4)

.。’
2应力计算危险截面处为弯压组合变

。。
形m一m截面上的应力分布如图7所示

)
笋{

图7m一m截面
显然,可能的危险点在E或D点处,其应力
尹尸~一一、计算式为
总·总
YNr、了
M、了a尸八、少、产.
~D
。E=了一一一万一
—么乙`工
·
M总YN总
”=一1丁一一人一
n一n截面上的应力分布如图8所示。

图5弯头巨图

图sn一n截面
显然,该截面上可能的危险点在H或K点
处,其应力计算式为

一
rN总
Mr
f、`Z、r了丹0、户、少
’~
aH=Iz一A一

M总YN总
x=
QIA

、
式中I:A分别为轮惘的横截面惯性矩和
,YZ。
图6轴力图横截面积为研究点到中性轴的距离
数据。按部颁标准,人体重取70公斤,手把处

,,
四、最佳辐条张紧力的确定分配20公斤鞍座处50公斤根据车体几何尺
寸,考虑车架自重,后轮支反力S为48公斤。按

。
观察(、(式8显而易见,轮惘的最大照原)轻工)业部颁标准(QG4002一29一61)的规定,5

,
应力点位于nr一m截面的D点或n一n截面的H轮辆的型式和尺寸现取型式皿为例其横截面

。。。
点详察(1)式,可以发现,m一m截面上的总弯几何尺寸如图9所示轮惘半径R取30m二
矩随着辐条张紧力P值的增大而减小。由于轴
力产生的正应力远小子弯矩产生的正应力,也
即D点的正应力随着P值的增大而减小。若P

,,戈
值与Q值相等此时总弯矩为零m一m截面仅泛

。
承受较低水平的轴向压应力然而,从(3)式可
以看到,n一n截面上的总弯矩,随着辐条张紧力
图9型式l轮钢形心图
P值的增大而增大,也即H点的正应力随着P
、
。几图心座公移
值的增大而增大根据何形形标式平行轴定
,
,,,理和一系列理形心座如
无疑在确定的工况下Q值是不变的轮转轴公式的论计算标
图9所示。对Z轴的惯性矩
惘上危险点处的应力将随着辐条张紧力的大小
.
2=4
。191505mm
而变化,P值过大或过小都不好寻求最优P
横截面积
,,.
值使危险点处的应力达到最低水平这对轮惘A=3213mm2

。
进行强度设计是非常有意义的工作这样,m一m截面上D点应力随P值变化情
下面结合飞鸽牌26“男车为例,给出一组况是:

·
“g、g总g二总gaN2
Q()P()M(km)N(k)一若()口,aDZ
}】】{mR/各(N/mm)1(N/mm)

。.。.
53975291636368923725