畢業論文-20噸輪式挖掘機后橋橋殼設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 半軸直徑 車輪中線至鋼板彈簧座中心距離 兩鋼板彈簧座中心間的距離 最高速時傳動比 主減速比 一檔減速比 70mm 250mm 1400mm 4 表 22 計算尺寸 20噸輪式挖掘機后橋橋殼設計與分析 10 第三章 具體設計計算 選定橋殼的結構型式以后，應對其進行受力分析。選擇其斷面尺寸，進行強度計算。 挖掘機驅動橋的橋殼是挖掘機上的主要承載構件 之一，其形狀復雜，而挖掘機的行駛條件如路狀況、氣候條件及車輛的運動狀態等又是千變萬化的，因此要精確地計算挖掘機行駛時作用于橋殼各處應力的大小是很困難的。過去我國主要是靠對橋殼樣品進行臺架試驗和整車行駛試驗來考核其強度及剛度，有時還采用在橋殼上貼應變片的電測方法，使挖掘機在選定的典型路段上滿載行駛，以測定橋殼的應力。這些方法都是在有橋殼樣品的情況下才能采用，而且都需要付出相當大的人力、物力和時間。日本五十鈴公司曾采用略去橋殼后蓋，將橋殼中部安裝主減速器處的凸包簡化成規則的環形的簡化方法，用彈性力學進行應力和變 形計算。彈性力學計算方法本身雖精確，但由于對橋殼的幾何形狀作了較多的簡化，使計算結果受到很大限制。有限單元法是一種現代化的結構計算方法，在一定前提條件下，它可以計算各種機械零件的幾乎所有幾何部位的應力和應變。在國外， 20 世紀 70 年代前后，這種方法就逐漸為挖掘機零件的強度分析所采用，對挖掘機驅動橋殼的強度分析也不例外，國內、外都曾用它分析過挖掘機驅動橋殼的強度。在通常的情況下，在設計橋殼時多采用常規設計方法，這時將橋殼看成簡支梁并校核某特定斷面的最大應力值。例如，日本有的公司對驅動橋殼的設計要求是在 2. 5倍 滿載時軸負荷的作用下，各斷面 (彈份座處、橋殼與半軸套管焊接處、輪毅內軸承根部圈角處 )的應力不應超過屈服極限。我國通常推薦 :計算時將橋殼復雜的受力狀況簡化成三種典型的計算工況，它與前述半軸強度計算的三種載荷工況相同，即當車輪承受最大的鉛垂力 (當汽軍滿彝若 }手禾平路面，受沖擊載荷 )時 。當車輪承受最大切向力 (當挖掘機滿載并以最大牽引力行駛和緊急制動 )時 。以及當車輪承受最大側向力 (當挖掘機滿載側滑 )時。只要在這三種載荷計算工況下橋殼的強度得到保證，就認為該橋殼在挖掘機各種行駛條件下是可靠的。 在進行上述三種載荷工況 下橋殼的受力分析前，還應先分析一下挖掘機滿載靜止于水平路面時橋殼最簡單的受力情況，即進行橋殼的靜彎曲應力計算。 二 O一二屆計算機輔助設計與制造畢業設計（論文） 11 橋殼的設計是一個參數探索的過程，對于一款橋殼的設計首先是參考一款目前已經成熟的橋殼參數，并根據設計目標進行參數修正，將參數修正后的結果進行理論和有限元分析，查看是否滿足要求，如不滿足，就繼續修正參數，直到最終達到設計要求，對于本次設計的目標，參考了某公司 20噸輪式挖掘機驅動橋的參數，并根據實際需要進行了多次參數修正和分析，最終得到設計模型。 橋殼的靜彎曲應力計算 橋殼猶如一空心橫 梁，兩端經輪轂軸承支承于車輪上，在平板座處橋殼承受挖掘機的簧上質量，而沿左右輪胎中心線，地面給輪胎以反力 2G /2（雙胎時則沿雙胎之中心），橋殼 則承受此力與車輪重力 wg 之差值，即 ? ?2G wg? ，計算簡圖如圖 31所示。 圖 31橋殼靜彎曲應力計算簡圖 橋殼按靜載荷計算時，在其兩座之間的彎矩 M 為 mN125001025020222102)2GM 352 ???????????? ????? sBgw（ (3一 l) 式中： 2G —— 挖掘機滿載靜止與水平路面時驅動橋給地面的載荷， N； wg —— 車輪（包括輪轂、制動器等）的重力， N； B —— 驅動車輪輪距， m。 s —— 驅動橋殼上兩座中心距離， m. 20噸輪式挖掘機后橋橋殼設計與分析 12 由彎矩圖可見，橋殼的危險斷面通常在座附近。通常由于 wg 遠小于 2G /2，且設計時不易準確預計，當無數據時可以忽略不計。而靜彎曲應力 wj? 則為 M pa10WM 353vwj ??????? (3一 2) 式中： M —— 見彎矩公式； VW — — 危險斷面處橋殼的垂向彎曲截面系數。 見表 3— 1。 表 31 截面系數 斷面形狀 垂向及水平彎曲截面系數 hW vW 扭轉截面系數 tW 圓 55443443140100132140132D???????????? ??????????? ? ?? Dd 5443 10116D ????????? ? Dd? 關于橋殼在鋼板彈簧座附近的危鹼斷面的形狀甲主要由橋殼的結構型式和制造工藝來定。匆如對于鑄造整體式橋殼，籠于采 用了鑄造工藝‘所以可將彈簧蜜附近的斷面設粉成垂向抗彎強度較好的矩形管狀斷面 (計算時還應考慮里邊壓進的半軸套管 )。鋼板沖壓俘接整體式橋殼，在彈簧座附近多為圓管斷面，但當橋殼與半軸套管之間的聯接采用閃先對捍工藝時，橋殼危臉斷面的形狀就可設計成矩形管狀二從橋殼的使用強度來看，矩形管獄‘高度方向為長邊 )的比口形管狀的要好。 在不平路面沖擊載荷作用下的橋殼強度計算 當挖掘機在不平路面上高速行駛時，橋殼除了承受靜力狀態下那部分荷載以外，還承受附加的沖擊載荷。在這兩種載荷總的作用下，橋殼所產生的彎曲應力 wd? 為 8 wjdwd ???? ?? MPa （ 3一 3) 式中： dk —— 動載荷系數，對轎車、客車取 ，對載荷挖掘機去 ，對越野挖掘機取 ； wj? —— 橋殼在靜載荷下的彎曲應力， MPa. 挖掘機以最大牽引力行駛時的橋殼強度計算 為了使計算簡化，不考慮側向力 ，僅按挖掘機作直線行駛的情況進行計算，另從安全系數方向考慮。下圖為挖掘機以最大牽引力行駛時的受力簡圖。設地面對后驅動橋左、右車輪的垂向反作用力 2LZ 、 2RZ 相等，則 二 O一二屆計算機輔助設計與制造畢業設計（論文） 13 ???????? ???? Lhp gma x1a22R2L L LG212ZZZ (3一 4） 式中： aG —— 挖掘機滿載靜止于水平地面時給地面的總載荷； gh —— 挖掘機質心高度。 圖 32 而作用在左、右驅動車輪上的轉矩引起的地面對左、右驅動車輪的最大切向反作用力共為 4rT0gIrT0gIm a x em a x riinp9550riiTP ????????? ?? (3— 5) 式中： maxeT —— 發動機最大轉矩， N M； 1gi 變速器 ? 擋傳動比； 0i —— 驅動橋的主減速比； T? —— 傳動系的傳動效率； r —— 驅動車輪的滾動半徑， m 如果忽略 T? ，整理上式以后得 ，并將式 (35)代人式 (34)，經整理后得 ???????? ?? rL G hiiT12G2Z g0gIm a x e22 (3一 6) 式中： 2Z2 ——— 地面對一個后驅動車輪的垂向反作用力， N； 2G ——— 挖掘機滿載靜止于水平地面時驅動橋給地面的載荷， N。 gh ——— 挖掘機質心高度， m。 L ——— 挖掘機軸距， m。 2m ——— 挖掘機加速行駛時的質量 轉移系數。 20噸輪式挖掘機后橋橋殼設計與分析 14 由上式可知對后驅動橋： 5 420ma x2 ?? ???????????? ?? LGr hiiTrggIe (3— 7） 在設計中，當上式的某些參數未給定而無法計算出 2m 值時， 2m 的值可在下述范圍內選?。粚I車后驅動橋取 2m =~。對載貨挖掘機后橋驅動橋取 2m =~。 此時后驅動橋殼的左右鋼板彈簧座之間的垂向彎矩 VM 為 522v ??????????? ?? sBg wmN? （ 3— 8） 式中 : 2G ， wg ， B， s—— 見式（ 3— 1）下的說明。 由于驅動車輪所承受的地面對其作用的最大切向反作用力 maxP ，使驅動橋殼 也承受著水平方向的彎矩 hM ，對于裝用普通圓錐齒輪差速器的驅動橋，由于其左右驅動車輪的驅動轉矩相等，故有 mNs ??????? 4m a xh （ 3— 9） 當所裝用的差速器使左、右驅動車輪的轉矩不等時，應取驅動轉矩較大的那個車輪所引起的地面切向反作用力代替上式中的 maxP /2值。 橋殼還承受因驅動橋傳遞驅動轉矩而引起的反作用力矩，這時 在兩鋼板彈簧座間橋殼承受的轉矩 T為 mNT ????? 78642 TLm a x e ? (3— 10） 式中： maxTe ——— 發動機最大轉矩， N M； TLi ——— 傳動系的最低擋傳動比； T? —— 傳動系的傳動效率； 當橋殼在鋼板彈簧座附近的危險斷面為圓管截面時，在該斷面處的合成彎矩 M?為 7 6 1 2TMMM 22h2V ?????? （ 3— 11） 該危險斷面處的合成應力 ?? 為 M pa8810102 35222 ???????? ?? W TMMWM hv? （ 3— 12） 式中： W——— 危險斷面處的彎曲截面系數，見表 3— 2。 二 O一二屆計算機輔助設計與制造畢業設計（論文） 15 當橋殼在鋼板彈簧座附近的危險斷面為矩形管裝斷面時，則在該斷面處的彎曲應力w? 和扭轉應力 ? 分別為 Vhw MMWW? ?? tTW?? （ 313） 式中： VM ， hM —— 分別為橋殼在兩 鋼板彈簧座之間的垂向彎矩和水平彎矩； VW ， hW ， tW —— 分別為橋殼在危險斷面處的垂向彎曲截面系數、水品彎曲截面系數和扭轉截面系數。見表 3— 2。 橋殼的許用彎曲應力為 300~500MPa,許用扭轉應力為 150~400MPa,可煅鑄鐵橋殼取最小值，鋼板沖壓焊接橋殼取大值。 下圖給出了挖掘機以最大牽引力行駛時后驅動橋橋殼的受力分析簡圖。 圖 311給出了挖掘機以最大牽引力行駛時后驅動橋橋殼的受力分析簡圖 圖 33 驅動橋橋殼的受力分析簡圖 挖掘機緊急制動時的橋殼強度計算 這時不考慮側向力。下圖為挖掘機在緊急制動時的受力簡圖 20噸輪式挖掘機后橋橋殼設計與分析 16 圖 3— 4 挖掘機在緊急制動時的受力簡圖 設地面對后驅動橋左右車輪的垂向反作用力 2LZ 、 2RZ 相等，則 4522R2L 10221LLG212ZZZ ???????? ?????????????? ???? agh g （ 314） 式中： aG ——— 挖掘機滿載靜止于水平地面時給地面的總載荷， N； gh ——— 挖掘機質心高度， m。 g ——— 重力加速度， m/2s ； a ——— 制動減速度， m/2s 。 因 gaG aGg ??，故制動減速度 a 為 ag?? 代入上式得 39。221222 212G212Z mGLhGLGh gag ????????? ?????????? ???? （ 3— 15） 式中： ? ——— 驅動車輪與路面的附著系數，計算時取 ? =~； 2m? ——— 后驅動橋計算用的挖掘機緊急制動時的質量轉移系數。 由上式可知，對后驅動橋而言， 2m? 為 ???????? ??139。2 1m Lhg?