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別のトレーラーを作ることを考えています。過去にたくさんの小さなトレーラーを作りましたが、今回は7,500ポンドの小さなタンデムアクスルグースネックを自分で作りたいと思います。

私は認定溶接工であり、物理学の学士号を取得しており、ソフトウェア開発者として働いています。私はその方法を知っていますが、材料の選択についていくつかの情報が必要です。

丸パイプ
山形鋼
アイビーム
角形チューブ

私は現在、サポートに最適な長方形のチューブに傾いていますが、これを確認するものをオンラインで見つけることはできません。

トレーラーに最適な素材を決定した後、どのサイズと厚さを使用すればよいかを示す良いチャートはどこにありますか？明らかに、やりすぎになる可能性がありますが、これを私が持っているよりも多くの鉄を投げるのではなく、よりスマートに構築したいと思います。

誰かが何か入力がありますか？これを投稿するより良いグループはありますか？私は、産業工学であれば、沿線にあるものを探していましたが、これがすべてでした。

編集：
私はこれを一般的な質問にしようと思っていましたが、誰かが「ここに私たちが使用している数式があり、これがその使用方法です...」というようなことを教えてくれました。

私の最も重い荷物は、フロントエンドローダーと背面にブラシカッターがあり、総重量が5500〜6500ポンドのトラクターです。2本の3500ポンドの車軸を備えたタンデム車軸トレーラーは、この負荷を適切にサポートできます。Southwest Wheelのブレーキ付きトーションアクスルからアクスルを選択しました（フロントアクスルにはブレーキはありますが、リアにはありません）。

トレーラーの長さは18フィートで、グースネック構成になります（バンパートレーラーよりも重量が分散され、スムーズに引っ張られます）。計算には、7500ポンドの容量を使用します。

私はスペックシートを使用して、正方形の管のための構造的なデータで探していますHERE（別のウェブサイトを宣伝しないようにしようが、私は、データを見るところ、それはあります）。21ページに、さまざまなサイズと厚さのデータ値を示します。

Bending Factorというラインがあります。18フィートのトレーラー（18 x 12 = 216インチ）の場合、3/8インチの厚さの4x2正方形のチューブは（x = 1.03、y = 1.55）の曲げ係数を示します。

昨日、Rogue Fabricationの計算機を使用していて、次の値を入力しました：チューブの形状=正方形のチューブ、外径= 4インチ、壁の厚さ= 0.1875インチ、Material = "Cheap seamed tube"、Load = 3800-lbs、Tube長さ= 216インチ、ハザード係数= 1の場合、材料は荷重条件の1.22倍の強度があります。

次に、EasyCalculationのBeam Deflection Calculatorを試してみました。値は、Length = 216、Width = 2、Height = 4、Wall Thickness = 0.1875、Force = 3750です。2つの長さの長方形のチューブで約100インチのたわみを示しています。4つの長さを使用すると、力がビームあたり7500/4 = 1875に下がり、たわみが50インチに下がります。これらのたわみ値は本当に高いようです。それは、ほとんどのトレーラーが持っているよりも鉄です。

現在使用している古いタンデムアクスルトレーラーには、4インチの山形鋼（1/4厚）が2つしかありません。数インチは曲がりますが、50インチは曲がりません。私は何かを逃しているに違いない。

20フィートの長さの素材が持つフレックスの量を計算するにはどうすればよいですか？

正方形のチューブが最適でない場合は、コメントを書き込んだときに何がより良いか、その構成をどのように選択したかを教えてくれれば問題ありません。

— jp2code
ソース

1

この質問は、このサイトの範囲内ではないようです。これは主観的な意見（すべての断面に長所と短所があるため、その意味を正確に理解していないと「最良の」ものを定義することはできません）と参照を要求すること（どちらも範囲外）の混合です。

— わさび

2

部材の形状は、その領域の慣性モーメントに影響し、部材の負荷に影響します。荷重、安全係数、材料を定義し、材料の降伏強さの下で荷重*（安全係数）が得られる組み合わせが見つかるまで、寸法と形状を操作する必要があります。総称クラスを除いてトレーラについて何も定義しておらず、トラクタを必要としているため、これを回答ではなくコメントに入れました。参照が必要な場合は、「変形可能なボディ」または「機械設計」のテキストを試してください。

— チャックは、

6

できるだけ複雑にすることは求めていません。できる限り正確にするようにお願いしています。優れたデザインを考え出すことは簡単なことではなく、軽視すべきではありません。

— わさび

4

あなたには3つのオプションがあります-数学をして正しい部分を得る、誰か他の人の作品をコピーして彼らが数学をしたことを願う、または推測してそれがうまくいくことを願う。つまり、人口の多い高速道路を時速55マイルで走る車につながれた3.5トンの負荷の中で最悪のことは何でしょうか。皮肉はさておき、おそらくこれを真剣に受け止めて作業を行うか、別のプロジェクトを見つける必要があります。

— チャック

3

私たちのオフィスでは、一般的なルールがあります...「何かが動いたら、それは機械的なものです」これを機械工学でタグ付けしてみませんか？梁の動的負荷、特に接続が重要になります。構造に対して静的解析を行うだけでは十分ではありません。

— NamSandStorm 2015

9

これが私たちが使う公式です

ビーム曲げ（ウィキペディアで利用可能）

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}

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

ここで、はビームの断面積、はビーム荷重の方向の軸に沿った位置、は荷重方向のたわみ、は弾性率（matwebを検索して取得）最後には距離関数あたりの荷重です。 $A$ $y$ $\delta y$ $E$ $q(x)$

それらを使用する方法は次のとおりです

高さ、幅、厚さ長方形のチューブの場合： $H$ $W$ $t$

\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}

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

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

I \approx 4.2 i n^{4}

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

これでビームの読み込みが行われました。これは、問題が発生した場所です。まず、片持ち梁を見てみましょう。

ここには、サポートとチップという2つのポイントがロードされています。ダイビングボードのシナリオを考えてみてください。サポートはで、荷重は $x=0$ $F$ $x=L$

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

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

これは基本的に、梁全体に一定のせん断応力があることを示しています。

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

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

この式は、ビームの曲げモーメントに関するものです。自由端の曲げモーメントはゼロでなければならないので、それに対応するように積分定数を設定します。

\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)

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

これは、偏向されたビームの傾きを表します。ここでは、サポートで勾配がゼロでなければならないことがわかっているため、それに応じて積分定数を設定しました。

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})

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

ここでは、サポートでのたわみがゼロであることを知っているため、それに応じて積分定数を設定します。最後にたわみを見たいだけなら、を接続します $x=L$

δ y = - \frac{F L^{3}}{3 E I}

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

これはあなたの投稿の最後のウェブサイトの方程式に対応します。

中程度の合金鋼のmatwebからように接続します。 $E=30\,000\,ksi$

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

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

これはまさにオンライン計算機が作成したものです。ただし、このようにビームをロードしようとすると、永久に変形します。18フィートのレバーアームは本当に長く、中程度の難しさで4インチの薄い壁の梁から鼻を曲げます。問題は、トレーラーが片持ち梁ではないことです。

それでは、より合理的なロードシナリオを見てみましょう。レッツ・モデルに位置する点の負荷として車軸およびトレーラーの終わりから、後方にわたって分布して負荷、追加のグースネックサポートというの手前インチ $40\,in$ $80\,in$ $7500 lbf$ $18\,ft$ $5ft$

現在、一部の負荷はまだ不明ですが、プロセスでそれらの一部を把握できます。ただし、一部はできません。制約を追加してみましょう。重量分布は、変数に従って車軸間で分割されます $\alpha$

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

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

今私たちは持っています：

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})

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

統合：

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}

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

次に、再度統合します。

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}

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

この曲げモーメントは連続的である必要があり、両端には曲げモーメントが適用されない（両端は自由に回転できる）ため、両端はゼロでなければなりません。これにより、を見つけるために使用できる追加の制約が生じます $F_{axles}$

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}}

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

ただし、式を短くするには、式に残しておきます。 $F_{axels}$

これで勾配は次のようになります。

\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}

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

そしてこの時点で、数値解法に移りました。私は再び積分し、すべての定数の値を見つけました。傾斜と変位の両方が連続的で、ガチョウと後車軸の変位はゼロでした。結果として生じるたわみは、最大で約2インチでした。しかし、私は全負荷を使用し、半分の負荷を使用して1インチを与えるべきでした。それは私にはまさしく聞こえます。

ピーク曲げモーメントはあり、高さの半分を掛けて面積モーメントで割ると、ピーク応力が得られます。これは、マットウェブ上の中合金鋼の降伏強度の約13％です。あなたはこれで十分だと思いますが、これは静的なトレーラーのみであり、動き回ったりぶつかったりするものではありません。 $9\, kN \,m$ $38 ksi$

トレーラーに加わる加速力は、短時間で簡単に負荷を3倍にする可能性があります。さらに、道路のでこぼこは負荷を循環させ、見たい降伏強さではなく、トレーラーに持続させたい適切なサイクル数での疲労強さになります。疲労強度は降伏強度の10％程度の低さになる可能性があるため、約30（3/10％）の最小負荷係数が必要であり、次に安全係数2を追加すると、ビームは約60倍になる必要があります。静的負荷シナリオで降伏応力を満たすために必要な強度よりも強い。要するに、私はより大きなビームで行きます。

— リック
ソース

2

壮大な答えのための+1。@ jp2codeが「ただの予告編」を作るための努力を実現してくれることを願っています。

— チャック

@チャック、グースネックのトレーラーメーカーがこれらの計算を使用したことは疑わしい。これは私が最終的に受け入れるかもしれない壮観な答えですが、特定の負荷範囲のトレーラーを構築するときに必要なサイズの材料をメーカーがどのように決定するか知りたいのですが。

— jp2code

1

@ jp2codeこれは当て推量です。

— チャック

@ jp2codeほとんどの問題と同様に、一度問題を解決したら、数値が変わったときにすべての計算を再実行するツールを作成できます。だから、彼らはすべてのトレーラーデザインに対してこれを経験しません。彼らは彼らのためにそれを行うためのツールを作りました。次に、おそらくFEA解析で設計を検証します。グースネックトレーラーメーカーがこの詳細レベルの計算よりも少ない計算を使用しているとは思えません。おそらく、見つけたオンラインツールと同様のツールに埋め込まれている可能性があります。

— Rick

1

これが実際のデザインに役立つものを本当に追加しているのかどうかはわかりません。何も統合せずに6車線道路橋を設計したことがあります。まだ立っていると思います。エンジニアは統合しません。

— Paul Uszak

4

ここでは、トレーラーの設計基準に関するいくつかの追加情報と長い議論があります。スレッドには、使用すべき負荷と安全率に関するホワイトペーパーさえあります。

トレーラーデザインの荷重

そのサイトには、トレーラーのデザインに関する優れた情報を提供する他の多くのスレッドがあります。

価値があるのは、トレーラー用のある種の長方形の鋼鉄セクションを念頭に置いて構造設計を開始することです。それらは定期的に利用可能で、「簡単に」操作できます（カット、ドリル、溶接、他のコンポーネントのマウントなど）。

— GisMofx
ソース

2

トレーラーの構造の場合、長方形断面のチューブは、強度剛性と設計および製造の容易さの間の最も効率的な妥協である可能性があります。丸いチューブは重さに対して少し重いですが、長方形のチューブは便利な平らな表面を持っているため、正確に組み立てて結合することははるかに困難です。

すでに述べたように、このようなものは現実の計算では設計されておらず、この種のアプリケーションでの障害は、設計を近似ビームなので、FEAソフトウェアにアクセスできない限り、紙の計算は少し無意味です。

— クリス・ジョンズ
ソース

このサイトのエンジニアの1人が「Xを{何か}ポンドに使用するのが最善である」と言っていただければ幸いでした。最後に、私はちょうどゲストを評価しました：i.imgur.com/mkOJrhS.jpg

— jp2code

1

問題は、トレーラーへの実際の負荷が全体的な問題のごく一部であるということです。Aフレームに3000 kgの負荷をかける場合、長さ約3mの100mm x 50mmの長方形のボックスセクション（壁の厚さ3mm）が適切です。安全の快適な要素を与える一種の球場。

— Chris Johns

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構造用鋼のセクションで作業するのが初めての場合、または単に機械的特性に関する正確なデータを探す場合は、お住まいの地域の公式の「鋼構造のハンドブック」を見つけてください。ここカナダでは「カナダ鋼業研究所（CISC）：鋼構造ハンドブック」であり、アメリカでは「アメリカ鋼構造研究所（AISC）：鋼構造マニュアル」です。他の国についてはわかりませんが、ほとんどすべて同じタイトル形式に従っており、「鋼構造ハンドブック」または「鋼構造マニュアル」と呼ばれています。検索すると、お住まいの地域の公式バージョンを簡単に見つけることができます。

このスレッドを偶然見つけて同じ質問を調べようとした人として、信頼できる答えを見つけるのがいかに難しいかを知っています。だから私はこれを十分に強調することはできません。コピーを入手してください!! この本はあなたが持っているすべての質問に文字通り答えてくれるでしょう。

乾杯、ええ。

— livedeht
ソース

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簡単な答えは、設計しないでください-チート。行って、あなたが望んでいるものに似たトレーラーを探してください。写真を撮り、すべてのビットを測定します。（あなたがそれをニックにしようとしているように行動しないでください）。同様のセクションで十分ですが、サイズを大きくするとエラーになります。

今あなたの問題は：

ジョイントを溶接します。認定されている溶接の種類はわかりませんが、10mm鋼の隅肉溶接は、車の翼の仮付けと同じではありません。
ブレーキ。それらが機能することを確認する必要があります。どのようにテストしますか？トレーラーがあなたのドライブを転がさないという事実はそれらが働いていることを意味しません。
イギリスでは、これを公道に乗せた場合、テスト証明書が必要になります。

Health＆Stupidityのナンセンス全体は嫌いですが、これを高速で運転する場合に想定される責任を過小評価しないでください。

— ポール・ウザック
ソース

トレーラーを構築するための鋼の選択

20フィートの長さの素材が持つフレックスの量を計算するにはどうすればよいですか？

これが私たちが使う公式です

ビーム曲げ（ウィキペディアで利用可能）

それらを使用する方法は次のとおりです