Ich denke darüber nach, einen anderen Trailer zu bauen. Ich habe in der Vergangenheit viele kleinere Anhänger gebaut, aber dieses Mal möchte ich mir einen kleinen Tandemachsen-Schwanenhals bauen, der für 7.500 Pfund ausgelegt ist.

Ich bin zertifizierter Schweißer, habe einen Bachelor in Physik und arbeite als Softwareentwickler. Ich habe das Know-how, hätte aber gerne Anregungen zur Materialauswahl.

• Rundes Rohr
• Winkeleisen
• Ich glänze
• Rechteckrohr

Ich neige derzeit zu den rechteckigen Rohren als die beste Unterstützung, aber ich kann nichts online finden, was dies bestätigt.

Wo finde ich nach der Entscheidung über das beste Material für den Anhänger gute Tabellen, um mir zu sagen, welche Größe und Dicke ich verwenden soll? Natürlich könnte ich über den Haufen gehen, aber ich würde diesen gerne intelligenter bauen, anstatt so viel Eisen darauf zu werfen, wie ich habe.

Hat jemand einen Input? Gibt es eine bessere Gruppe, um dies zu posten? Ich war auf der Suche nach etwas in der Richtung, wenn es um Wirtschaftsingenieurwesen geht, aber das ist alles, was dazu geführt hat.

BEARBEITEN:
Ich habe versucht, diese generische Frage beizubehalten, bei der mir jemand sagen könnte: "Hier ist die Formel, die wir verwenden, und so wird sie verwendet ..." Es sieht jedoch so aus, als würde ich das nicht verstehen.

Meine schwerste Last wäre ein Traktor mit einem Frontlader und einem Freischneider auf der Rückseite mit einem Gesamtgewicht von 5500 bis 6500 Pfund. Ein Tandemachsanhänger mit zwei (2) 3500-lbs-Achsen kann diese Last gut tragen. Ich habe Achsen aus der Torsionsachse des Southwest Wheel mit Bremsen ausgewählt (die Vorderachse hat Bremsen, nicht aber die Hinterachse).

Der Anhänger hat eine Länge von 18 Fuß und einen Schwanenhals (verteilt das Gewicht besser und zieht geschmeidiger als ein Stoßstangenanhänger). Für Berechnungen werde ich eine Kapazität von 7500 Pfund verwenden.

Ich schaue mir die Strukturdaten für Vierkantrohre mithilfe eines Datenblattes HIER an (versuche, keine Werbung für eine andere Website zu schalten, aber dort sehe ich Daten). Seite 21 zeigt Datenwerte für verschiedene Größen und Dicken.

Es gibt eine Linie namens Biegefaktor. Für einen 18-Fuß-Anhänger (18 × 12 = 216 Zoll) zeigt ein 3/8 Zoll dickes 4 × 2-Vierkantrohr einen Biegefaktor von (x = 1,03, y = 1,55).

Ich habe gestern den Rechner von Rogue Fabrication verwendet , in dem ich die folgenden Werte eingegeben habe: Rohrform = Vierkantrohr, Außendurchmesser = 4 Zoll, Wandstärke = 0,1875 Zoll, Material = "Billig gesäumtes Rohr", Belastung = 3800 Pfund, Rohr Length = 216-in und Hazard Factor = 1, ich habe festgestellt, dass mein Material 1,22-mal so stark ist wie die Ladebedingungen.

Als Nächstes habe ich den Strahlablenkungsrechner von EasyCalculation mit den Werten Länge = 216, Breite = 2, Höhe = 4, Wandstärke = 0,1875 und Kraft = 3750 getestet. Es zeigt eine Durchbiegung von ungefähr 100 Zoll für 2 Längen eines rechteckigen Rohrs. Wenn ich 4 Längen verwende, sinkt die Kraft auf 7500/4 = 1875 pro Balken und die Durchbiegung auf 50 Zoll. Diese Ablenkwerte scheinen sehr hoch zu sein. Das ist mehr Eisen als die meisten Anhänger.

Der alte Tandemachsanhänger, den ich jetzt benutze, hat nur zwei (2) Längen von 4-Zoll-Winkeleisen (1/4-dick). Es biegt sich ein paar Zentimeter, aber nicht 50 Zoll. Ich muss etwas vermissen.

Wie berechne ich den Flex, den ein 20 Fuß langes Material haben würde?

Wenn ein Vierkantrohr nicht das Beste ist, ist das in Ordnung, solange Sie mir mitteilen, was besser wäre und wie Sie diese Konfiguration beim Kommentieren ausgewählt haben.

Hier ist die Formel (n), die wir verwenden

Balkenbiegen ( verfügbar bei Wikipedia )

$$EI\frac{d^4\,\delta y}{d\,x^4}=q(x)$$ $$I=\int (y-\bar y)^2 dA$$ $$\bar y= \frac1{A}\int y \;dA$$

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

Dabei ist die Querschnittsfläche des Trägers, die Position entlang der Achse in Richtung der Belastung des Trägers, die Auslenkung in Belastungsrichtung, der Elastizitätsmodul (zu ermittelndes Suchnetz) ein Wert für Ihr Material), und schließlich ist die Last pro Abstandsfunktion.$A$$y$$\delta y$$E$$q(x)$

Hier ist, wie man sie benutzt

Für ein Rechteckrohr mit Höhe , Breite und Dicke wir:$H$$W$$t$

$$\bar y=0$$ $$I=W\int_{-\frac{H}2}^{\frac{H}2}y^2\;dy-(W-2t)\int_{-\frac{H}2+t}^{\frac{H}2-t}y^2\;dy=\frac{H^3W-(H-2t)^3(W-2t)}{12}$$

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

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

Jetzt gibt es Strahlbelastung, das ist wahrscheinlich, wo Sie auf Schwierigkeiten gestoßen sind. Schauen wir uns zunächst einen Ausleger an:

Hier werden nur zwei Punkte geladen, die Stütze und die Spitze. Stellen Sie sich ein Sprungbrett-Szenario vor. Wir werden sagen, die Unterstützung ist bei und die Last ist bei$x=0$$F$$x=L$

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

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

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

Dies bedeutet im Grunde genommen, dass der Balken die ganze Zeit über eine konstante Scherbeanspruchung aufweist.

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

Dieser Ausdruck steht für das Biegemoment im Balken. Wir wissen, dass das freie Ende ein Biegemoment von Null haben muss, also setzen wir die Integrationskonstante, um dies zu berücksichtigen.

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

Dies stellt die Neigung des abgelenkten Strahls dar. Hier wissen wir, dass die Steigung am Träger Null sein muss, deshalb haben wir die Integrationskonstante entsprechend eingestellt.

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

Hier wissen wir, dass die Durchbiegung am Träger Null ist, also setzen wir die Integration entsprechend konstant. Wenn wir nun nur die Ablenkung am Ende betrachten wollen, fügen wir$x=L$

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

Dies entspricht der Gleichung auf der letzten Website in Ihrem Beitrag.

Von matweb für mittleren legierten Stahl haben wir So einstecken:$E=30\,000\,ksi$

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

Genau das hat der Online-Rechner produziert. Wenn Sie jedoch versuchen, einen Balken wie diesen zu laden, verformt sich dieser permanent. Ein 18-Fuß-Hebelarm ist sehr lang und biegt den Rotz mit nur mäßigen Schwierigkeiten aus einem 4-Zoll-Dünnwandträger heraus. Das Problem ist, dass ein Anhänger kein Kragträger ist.

Schauen wir uns also ein vernünftigeres Ladeszenario an. Lassen Sie uns die Achsen als Punktlasten modellieren, die sich und vom Ende des Anhängers entfernt befinden, die Last verteilt auf die hinteren und den Schwanenhals, der zusätzliche davor trägt.$40\,in$$80\,in$$7500 lbf$$18\,ft$$5ft$

Jetzt sind einige unserer Lasten noch nicht bekannt, aber wir können einige davon im Prozess herausfinden. Einige davon können wir jedoch nicht, also fügen wir eine zusätzliche Einschränkung hinzu. Die Gewichtsverteilung wird entsprechend der Variablen die Achsen aufgeteilt$\alpha$

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

Jetzt haben wir:

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

Integrieren:

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

Dann wieder integrieren:

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

Beachten Sie, dass dieses Biegemoment stetig sein muss und beide Enden Null sein müssen, da an den Enden kein Biegemoment anliegt (sie können sich frei drehen). Dies führt zu einer zusätzlichen Einschränkung, die zum Auffinden von$F_{axles}$

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

Um die Ausdrücke jedoch kürzer zu halten, lassen Sie in den Ausdrücken.$F_{axels}$

Jetzt wird die Steigung sein:

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

Und an diesem Punkt bin ich zu einer numerischen Lösung übergegangen. Ich integrierte erneut und fand Werte für alle Konstanten, so dass sowohl die Steigung als auch die Verschiebung kontinuierlich waren und die Verschiebung an der Gans und der Hinterachse Null waren. Die resultierende Ablenkung hatte ein Maximum bei ungefähr 2 Zoll. Aber ich habe die volle Ladung benutzt und ich hätte die halbe Ladung benutzen sollen, um 1 Zoll zu ergeben. Das klingt für mich ungefähr richtig.

Beachten Sie, dass das maximale Biegemoment beträgt. Multipliziert mit unserer halben Höhe und dividiert durch unser Flächenmoment ergibt dies eine maximale Spannung von Dies entspricht etwa 13% der Streckgrenze des Stahls mittlerer Legierung auf Matten. Sie mihgt hink das wäre dann aber ausreichend, dies ist nur für einen statischen Anhänger, nicht für einen, der sich bewegt und herumstößt.38 k s $9\, kN \,m$$38 ksi$

Die Beschleunigungskräfte auf einen Anhänger könnten die Ladung über kurze Zeiträume leicht verdreifachen. Außerdem werden die Unebenheiten auf der Straße die Ladung durchlaufen, sodass nicht die gewünschte Streckgrenze, sondern die Ermüdungsfestigkeit bei einer angemessenen Anzahl von Zyklen erreicht wird, die der Anhänger durchhalten soll. Die Dauerfestigkeit kann nur 10% der Streckgrenze betragen. Ich würde also einen Mindestlastfaktor von 30 (3/10%) wünschen, dann einen Sicherheitsfaktor von 2 hinzufügen und Ihre Träger müssen etwa 60-fach sein Stärker als erforderlich, um in einem statischen Lastszenario nur die Streckgrenze zu erreichen. Kurz gesagt, ich würde mit größeren Strahlen gehen.

Hier finden Sie einige zusätzliche Informationen und eine ausführliche Diskussion über die Kriterien für das Anhängerkonzept. Es gibt sogar ein Whitepaper im Thread zu Lade- und Sicherheitsfaktoren, die verwendet werden sollten:

Lasten für Trailer Design

Es gibt viele andere Themen auf dieser Seite, die gute Informationen zum Design von Anhängern liefern.

Für das, was es wert ist, würde ich meine Konstruktion mit einer Art rechteckigem Stahlprofil für einen Anhänger beginnen. Sie sind regelmäßig verfügbar und "leicht" zu bearbeiten (schneiden, bohren, schweißen, andere Komponenten montieren usw.).

Für den Aufbau eines Anhängers dürfte das Rechteckrohr der effizienteste Kompromiss zwischen Festigkeitssteifigkeit und einfacher Konstruktion und Herstellung sein. Rundrohr ist ein bisschen schwerer für das Gewicht, aber viel schwieriger zu montieren und genau zu verbinden, einfach weil rechteckiges Rohr bequeme flache Oberflächen hat.

Wie bereits erwähnt, wird so etwas in der Realität nicht von Calculus entworfen. Am besten kopieren Sie ein vorhandenes Design, da Fehler in dieser Art von Anwendung häufig auftreten, wenn unerwartete Lastkonzentrationen auftreten, anstatt das Design als zu betrachten Wenn Sie also keinen Zugriff auf die FEA-Software haben, sind Papierberechnungen etwas sinnlos.

Die einfache Antwort lautet: Nicht designen - Betrügen. Suchen Sie sich einen ähnlichen Trailer wie Sie. Fotografiere es und messe alle Teile. (Benimm dich nicht so, als würdest du es versuchen). Ähnliche Abschnitte reichen aus, aber ich würde mich über größere Größen irren.

Jetzt werden Ihre Probleme sein: -

1. Schweißen der Fugen. Ich bin mir nicht sicher, für welche Art von Schweißen Sie zertifiziert sind, aber das Kehlschweißen von 10 mm Stahl ist nicht dasselbe wie das Heften an Autokotflügeln.
2. Bremsen. Sie müssen sicherstellen, dass sie funktionieren. Wie wirst du sie testen? Allein die Tatsache, dass der Anhänger Ihre Festplatte nicht herunterrollt, bedeutet nicht, dass sie funktioniert.
3. Wenn Sie dies in England auf eine öffentliche Autobahn bringen, benötigen Sie ein Testzertifikat.

Ich hasse den ganzen Unsinn von Gesundheit und Dummheit, aber unterschätze nicht die Verantwortung, die du übernehmen wirst, wenn du so schnell eine Straße entlang fährst.