[实用新型]一种间隔均布载荷椭圆横截面等强度支承梁

说明书

一种间隔均布载荷椭圆横截面等强度支承梁，属机械结构设计与制造技术领域，解决因梁的内部载荷分布不均匀造成的梁材料不能得到充分利用、结构尺寸过于庞大等技术问题。所述间隔均布载荷椭圆横截面等强度支承梁的结构尺寸随着其所受内部载荷的大小而变化，使梁的每个横截面上的最大应力都相等，达到各个横截面的强度处处相等、节约材料、精简结构、降低重量等技术效果。

技术领域

本实用新型涉及一种间隔均布载荷椭圆横截面等强度支承梁，属机械结构设计与制造技术领域。

背景技术

在生产实际中经常会遇到承受间隔均布载荷的大梁的技术问题，例如，铝箔生产厂的铝箔在热处理等工序中需要用大梁支承着。铝箔是成卷生产的，铝箔缠卷在一个中空的的芯子外面，一个铝卷约300kg至2000kg，在热处理炉中，由一条大梁穿过芯子支承若干个铝箔卷，各铝箔卷之间有一定间隔。如图1是铝箔卷支承示意图，长为L₂的大梁穿过芯子支承着若干个铝箔卷，等效于承受着间隔均布载荷，各铝箔卷之间的间隔为a，可用图2来表示这类工程问题的力学模型。力学模型图2适合于任何类似的承受间隔均布载荷梁的工程技术问题。图2中，L₁为均布载荷所分布的长度、q为均布载荷的集度或称线密度(单位为N/m或kN/m)、x为梁AB的任一截面到梁AB左端A的距离、V为支座反力。

由于外载荷很大，外载荷的作用方式也较特殊，支承梁的强度与刚度问题便成为亟待解决的工程技术问题。传统的设计大都是以限定梁的最危险截面的最大应力来确定梁的结构尺寸的，整个梁的尺寸跟最危险截面处的尺寸一样大小，这样，应力小的地方，材料没有充分发挥作用，不但造成浪费，而且增加了梁的重量，使成本增加且操作使用困难。更为科学合理的理念应该是，在保证安全可靠的前提下，以最经济的代价，为构件确定合理的形状和尺寸。对于本实用新型所涉及的承受间隔均布载荷的椭圆形横截面等强度支承梁，如果能构造一种特殊结构尺寸的梁，使梁各个横截面处于同等强度下，各个横截面的最大应力处处相等，便可达到既安全可靠又科学、经济的技术效果。根据相关专业知识，这是可以实现的，以下将作出具体分析。在数控加工技术日益发达的时代，这样的结构也是容易加工制造的。

发明内容

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种间隔均布载荷椭圆横截面等强度支承梁，其特征是：这种梁承受间隔均布载荷，即每隔一定的等距离承受着沿梁长度方向每单位长度均匀分布的载荷，这种梁的横截面为实心椭圆或空心椭圆(椭圆环)，这种梁的椭圆横截面的一条半轴，即横向半轴为b，另一条半轴即纵向半轴c随梁的长度方向尺寸x而变化，即在距离梁左端x处的横截面的椭圆的半轴为c(x)，梁的高度为2c(x)；(1)当梁的横截面为实心椭圆时，梁的椭圆横截面在梁的间隔段(无外载荷段)的纵向半轴为其中k为梁间隔段(无外载荷段)的段数标号且k为奇数、a为梁间隔段(无外载荷段)的长度、L₁为每段均布载荷所分布的长度、Q为梁所承受的总载荷(即梁上各段均布载荷的合力)、n为梁所承受的均布载荷的段数、[σ]为梁材料的拉压许用应力；梁在承受均布载荷区段的椭圆截面的纵向半轴为其中k为梁承受均布载荷区段的段数标号且k为偶数、其余符号意义同前；(2)当梁的横截面为空心椭圆时，椭圆纵向半轴c(x)符合以下结构尺寸的约束条件：其中t为空心椭圆周边的宽度、[σ]为梁材料的拉压许用应力、M_k(x)为梁在x截面处的弯矩，M_k(x)分以下两种情况：(i)当M_k(x)为梁在其间隔段(无外载荷段)所承受的弯矩且段数标号k为奇数时，其中a为梁间隔段(无外载荷段)的长度、L₁为每段均布载荷所分布的长度、Q为梁所承受的总载荷、n为梁所承受的均布载荷的段数；(ii)当M_k(x)为梁在均布载荷的分布区段所承受的弯矩且段数标号k为偶数时，其余符号意义同前。这种梁所承受的间隔均布载荷集度或线密度为各符号含义同前。当梁的横截面为实心椭圆横截面时，梁的最小纵向半轴是且c_min≥t、t≤b；当梁的横截面为空心椭圆横截面时，梁的最小纵向半轴是且c_min≥t、t≤b；其中[τ]为梁材料的剪切许用应力，其余符号含义同前。