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華僑大學(xué)機電及自動化學(xué)院
課程設(shè)計說明書
車輛工程專業(yè)
（工程機械方向）
姓名：
學(xué)號：
指導(dǎo)老師：
2009年1月
目 錄
一 前言 1
二 橋殼的強度設(shè)計 1
2.1 主要尺寸的計算 1
2.2 其他尺寸的確定 5
2.3 校核 6
三 橋殼的加工工藝設(shè)計 8
3.1 零件分析 8
3.2 工藝規(guī)程的設(shè)計 9
四 總結(jié) 15
參考文獻
附件：工藝過程卡、橋殼工程圖、橋殼三維圖、測繪圖
驅(qū)動橋殼的設(shè)計
驅(qū)動橋殼的設(shè)計
一、前言
橋殼的主要作用是承受載荷，并將作用在車輪上的牽引力、制動力、橫向力等傳遞到車架上，同時橋殼的中央又是主傳動和差速器的殼體，裝載機在作業(yè)的時候，橋殼的受力是比較復(fù)雜的，因此必需要有足夠的強度橋殼
加工工藝設(shè)計整合我們所學(xué)的知識是對生產(chǎn)實習(xí)的總結(jié)，鞏固和加深所學(xué)知識如：《機械制造工藝》、《機械精度設(shè)計與檢測技術(shù)基礎(chǔ)》等
二、驅(qū)動橋殼的強度設(shè)計
2.1、計算主要尺寸
由力學(xué)分析和經(jīng)驗可得危險截面常常發(fā)生在副車架連接處，在裝載機發(fā)揮最大牽引力剛要提升鏟斗后輪離地時和滿載緊急制動及在不平路面作業(yè)的時候最容易出現(xiàn)，因此用這三種工況進行設(shè)計和計算先確定此截面的尺寸
2.1.1、 當(dāng)裝載機發(fā)揮最大牽引力插入并且鏟斗剛要提升時，后輪離地工況。
前輪的受力狀況如圖一：
圖一
(1)前橋側(cè)車輪上反作用力Z作用在垂直平面上產(chǎn)生的彎矩：
=Z=
—車輪中心線到副車架連接中心的距離（=460mm）。
—裝載機的使用重量 （=27468N）。
—后輪離地時鏟斗的垂直載荷
=
為鏟斗重心到前橋中心的距離，取1000mm；
L為軸距取2300mm，0.6L為整車重心到前橋中心的距離；
==27468N 0.62300mm/1000mm=37.91KN
—前橋的自重（=5886N）
= Z===13.683 KN.m
（2） 由最大牽引力產(chǎn)生的水平彎矩
====11.729KN.m
-輪胎與地面的附著系數(shù)（=0.78）
其合成彎矩為：
===18.00KN.m
橋殼的彎矩應(yīng)力為：
=
—橋殼的抗彎斷面系數(shù) {=（1-） ； =}
（3）橋殼所受的牽引力引起的反作用扭矩：
===12.88KN.m
(此反作用扭矩只是簡算，但是偏差不大)
—驅(qū)動輪的滾動半徑 (=0.505m)
其扭應(yīng)力為：
=
—橋殼抗扭斷面系數(shù) {=（1-）}
橋殼的彎矩和扭矩合成應(yīng)力為：
==
（可由查表取0.73，=330MPa）
d88.26mm
2.1.2、裝載機滿運行，緊急制動時的工況。
（1）緊急制動，由地面對輪胎的垂直反作用力作用于前橋殼上的垂直彎矩
=
—裝載機滿載時的總重量 (=42183N)
—緊急制動時，前橋殼上的質(zhì)量分配系數(shù)
為制動的時候前橋所承受的重量為
=+（aH）/L (不考慮動載荷)
= (為整車重心到后橋的距離取0.4L)
==42183N0.4=16873.2N
a為制動加速度 a=g=7.65N/Kg
H為整車重心高度取0.65m
=+（aH）/L
=16873.2N+（7.650.65）/2.1
=27.055KN
—前橋的自重
===4.87KN.m
（2）由制動力產(chǎn)生的水平面內(nèi)的彎矩
=*L==0.780.460=4.81KN.m
其合成彎矩為：
===6.75 KN.m
橋殼的彎矩應(yīng)力為：
=
制動扭矩：
==0.780.505=5.33 KN.m
其扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為：
=
橋殼的彎矩和扭矩合成應(yīng)力為：
==
=58.8mm
d52.75mm
2.1.3、裝載機當(dāng)通過不平路面工況
危險斷面也可能出現(xiàn)在與副車架連接處，但是此ZL15裝載機采用擺動橋，不易產(chǎn)生載荷集中，因此出現(xiàn)危險斷面的概率較小，在此不進行計算
綜上述：d88.26mm,
考慮其作業(yè)情況復(fù)雜常常受到?jīng)_擊載荷，d取大一些，因此d=110mm,
由=0.73，可得：=80mm （以上計算參考參考文獻[7]）
2.2、其它尺寸的確定
由主減速螺旋齒輪尺寸和最小離地間隙可決定橋包的最大尺寸為335mm
由主減速螺旋齒輪尺寸和托架尺寸可決定橋殼的大圓尺寸為263mm
橋殼兩端外圓與輪邊支承軸過盈配合，外圓尺寸為80mm，內(nèi)圓尺寸為42mm
橋殼的總長度根據(jù)車架的寬度和整車寬度設(shè)計為1140mm
為了保證主傳動在中間橋包的中心偏離橋殼中心25mm
三維模型如圖二：
圖二
最后生成工程圖紙，其橋殼的具體尺寸見工程圖
2.3、校核
現(xiàn)在用第三強度理論對危險截面進行校核（只需校核第一工況）
==
=
=179.82MPa<=210 MPa （合格) （參考文獻[６]）
現(xiàn)用有限元軟件ANSYS對其進行簡單的靜力分析，看其總體的應(yīng)力分布和是否有應(yīng)力集中，從而對其再次校核。
由上面的計算可知在當(dāng)裝載機發(fā)揮最大牽引力插入并且鏟斗剛要提升時，后輪離地工況其最有可能出現(xiàn)強度破壞，對此工況進行分析
為了分析的需要對橋殼進行簡化和一些處理，裝上輪邊支承軸，并將輪邊支承軸末端簡化成直軸且適當(dāng)加長，使其末端到橋殼中心的距離與輪胎中心到橋殼中心的距離相等，在輪邊支承軸末端施加載荷，垂直力=29746N，=25497.42N，牽引力引起的反作用扭矩等效到輪邊支承軸末端，即施加周向載荷F=229932.N，約束為兩支承面全約束，選用92號單元進行網(wǎng)格劃分
其應(yīng)力云圖如圖三：
圖三
此分析只關(guān)心橋殼的受力狀況并不涉及輪邊支承軸，因此上應(yīng)力云圖的輪邊支承軸應(yīng)力情況并不做考慮，有上圖可知橋殼的應(yīng)力最大處在支撐面附近，且最大應(yīng)力為291.2Mpa不超過許用應(yīng)力330MPa
三、橋殼的加工工藝設(shè)計
3.1、零件分析
3.1.1、橋殼的作用與結(jié)構(gòu)特點
驅(qū)動橋殼是裝載機的基礎(chǔ)和主要承載件之一。一方面用于支撐整個車架及其上的重量并保護主減速器、差速器及半軸等部件，另一方面固定左、右驅(qū)動車輪的軸向相對位置。因此受力大而復(fù)雜，要求其具有足夠的強度與剛度。驅(qū)動橋殼的的兩端要與輪邊支承軸過盈配合，其加工精度要求較高。橋殼的大圓孔及大圓孔端面要與托架間隙配合，其也要精加工。
3.1.2、橋殼的工藝性分析
此橋殼為整體式橋殼，經(jīng)鑄造而成。材料采用鑄鋼，切削加工性較差，加工中應(yīng)盡量避免切削速度過快。
橋殼的兩端外圓精度為IT7級同時要保證其一定的同軸度，因此其對基準(zhǔn)要求要能保證其同軸度，可以先精加工內(nèi)孔錐面用來定位，從而保證其同軸度要求
大圓孔的精度為IT9級、對兩端外圓軸線的位置度公差為Φ0.1mm，大圓端面的粗糙度要求為3.2um、與中心線的垂直度公差為0.12mm。這兩個部位也是主要配合面，其加工要求也較高，可以用已精加工過的兩端外圓定位（V形快定位），來保證精度要求
其主要技術(shù)要求如表一：
表一
技術(shù)要求項目
具體要求或數(shù)值
兩端端外圓精度
IT7
大圓孔精度
IT9
大圓孔位置度要求
對軸線的位置度公差為Φ0.1mm
大圓孔端面的垂直度要求
與中心線的垂直度公差為0.12mm
兩邊支承平面螺栓孔的尺寸要求
尺寸公差為0.4mm
同一支承平面螺栓孔的尺寸要求
尺寸公差為0.2mm
大圓端面的螺紋孔和定位銷孔的位置度要求
對大圓孔的軸線位置度公差為Φ0.2mm
其零件示意如圖三：
圖三
其詳見的零件圖見工程圖紙
3.2、工藝規(guī)程的設(shè)計
3.2.1、生產(chǎn)類型
橋殼的通用性強、產(chǎn)品換代更新慢，需要長期生產(chǎn)或大批量生產(chǎn)。因此可以設(shè)計一些專用夾具，保證定位的準(zhǔn)確，并且提高了生產(chǎn)效率。
3.2.2、確定毛坯的制造形成
根據(jù)生產(chǎn)批量、結(jié)構(gòu)及精度要求，選用鑄造的加工方法。件需要長期生產(chǎn)或大批量生產(chǎn)、結(jié)構(gòu)較簡單、需要加工面少和精度要求不高、材料鑄造性好。因此采用鑄造，性能符合要求，成本又低。
其毛坯如圖五：
圖五
3.2.3、切削加工性分析
橋殼采用鑄鋼鑄造而成的，其屬于難切削金屬材料。其切削加工特點：
1.切削力大.切削加工時變形抗力大，產(chǎn)生強烈的塑性變形，使切削力劇增
2.切削溫度高.其具有高的熱強性，摩擦系數(shù)大，切削時消耗的切削變形功和摩擦功大，產(chǎn)生的熱量多
3.刀具磨損劇烈.由于其材料的本身特性決定
這些切削加工特點常常在切削加工過程中，造成加工表面和表層比較嚴(yán)重的加工硬化，過大的殘余拉應(yīng)力，降低加工精度和表面粗糙度
3.2.4、基準(zhǔn)的選擇
１．粗基準(zhǔn)的選擇
粗基準(zhǔn)的選擇：首先應(yīng)加工出主要定位基準(zhǔn)面，不難分析出，可以先粗加工出支承平面，后以支承平面為基準(zhǔn)精加工內(nèi)孔錐面作為主要的加工定位基準(zhǔn)。這樣定位可靠，同時方便裝恰。因此可以選擇毛坯的外圓為粗基準(zhǔn)來粗加工支承平面。
2.精基準(zhǔn)的選擇
a.精加工內(nèi)孔錐面時，以支承平面為定位基準(zhǔn)。
b.粗加工和精加工兩端外圓時，以內(nèi)孔錐面為定位基準(zhǔn)。
c.粗加工和精加工大圓孔、大圓孔端面時，以兩端外圓為定位基準(zhǔn)。
d.半精加工支承平面、粗加工支承側(cè)面時，以兩端外圓為定位基準(zhǔn)。
e.鉆孔時采用專用工裝劃線定位。
3.2.5、擬訂工藝方法：
根據(jù)《機械制造工藝學(xué)》、《機械加工工藝手冊》選擇各表面加工方法如下：
端面加工：粗銑
支承平面：粗銑—半精銑
支承側(cè)面：粗銑
兩端外圓：粗車—半精車—精車
大圓孔：粗鏜—半精鏜—精鏜
大圓孔端面：粗銑—精銑
支承平面螺栓孔：鉆孔
大圓端面螺紋孔：鉆孔—鉸孔—攻螺紋
底部油孔：锪孔—鉆孔—擴孔—攻螺紋
測壓孔：鉆孔—攻螺紋
3.2.6、選定工藝路線:（參考文獻[１]、[2]）
其加工工藝路線見表二
3.2.7、加工余量的確定
鑄件機械加工余量的估算：
A=C （參考文獻[1]）
A— 余量 mm
B— 加工表面的基本尺寸 mm
C— 系數(shù)，可查表
—鑄件的最大尺寸
現(xiàn)在對重要的加工面的加工余量進行估算：
端外圓：A1= C=0.6**=4.7mm
大圓孔：A2= C=0.6**=5.6mm
根據(jù)零件的的尺寸精度及表面粗糙度要求,查《機械工藝手冊》得以下各加工方法的余量：
1.兩端端面的加工
粗銑端面加工余量：2.3mm ； 經(jīng)濟精度：IT11~13
2.支承平面的加工
粗銑加工余量：1.8mm ； 經(jīng)濟精度：IT11~13
半精銑加工余量：1.0mm ；經(jīng)濟精度：IT8~11
3. 支承側(cè)面的加工
粗銑加工余量：1.3mm；經(jīng)濟精度：IT11~13
4．端外圓的加工
粗車加工余量：2.5mm；經(jīng)濟精度：IT10~13
半精車加工余量：1.2mm；經(jīng)濟精度：IT8~11
精車加工余量：0.7mm； 經(jīng)濟精度：IT7~9
5．大圓孔的加工
粗鏜加工余量：3.2mm ； 經(jīng)濟精度：IT12~13
半精鏜加工余量：1.5mm；經(jīng)濟精度：IT11~12
精鏜加工余量：0.8mm ； 經(jīng)濟精度：IT7~9
6．大圓孔端面的加工
粗銑加工余量：2.5mm ；經(jīng)濟精度：IT11~13
精銑加工余量：0.9mm ；經(jīng)濟精度：IT6~8
7.螺紋孔及定位孔的加工：
鉆孔余量：10~20mm； 經(jīng)濟精度：IT10~13
擴孔余量：0.8~1.2mm；經(jīng)濟精度：IT9~13
鉸孔余量：0.2~0.3mm；經(jīng)濟精度：IT6~9
3.2.8、 機床和刀具的選擇
根據(jù)零件的的尺寸精度及表面粗糙度要求，選擇如下機床及刀具：
龍門銑床：X2010A； 刀具：硬質(zhì)合金刀具（端銑刀）
數(shù)控車床：CNK360； 刀具：硬質(zhì)合金刀具（機夾式）
數(shù)控車床：CK6140； 刀具：硬質(zhì)合金刀具（機夾式）
鏜銑加工中心：JCS—018 刀具：硬質(zhì)合金刀具（端銑刀、機夾式雙刃鏜刀）
立銑床：X5032A 刀具：硬質(zhì)合金刀具（立銑刀）
搖臂鉆床：Z3025B； 刀具：硬質(zhì)合金刀具（麻花鉆及鉸刀）
立式鉆床：Z5025； 刀具：硬質(zhì)合金刀具（麻花鉆及鉸刀）
3.2.9、 定位誤差的分析：
以毛坯的外圓做為粗基準(zhǔn)來加工基準(zhǔn)面，后又以初次加工的基準(zhǔn)面來加工主要定位基準(zhǔn)（內(nèi)孔錐面）。在加工主要定位基準(zhǔn)（內(nèi)孔錐面）要注意其精度，要精加工，不然會對后面的主要尺寸產(chǎn)生較大誤差。
這樣基準(zhǔn)的加工和選擇保證了零件尺寸精度、粗糙度以及相互位置要求，滿足該設(shè)計的需要。
4、總結(jié)
本次課程設(shè)計是對橋殼的強度和加工工藝進行了設(shè)計，通過此課程設(shè)計加深和鞏固所學(xué)的機械制造和設(shè)計的相關(guān)知識，同時也是對生產(chǎn)實習(xí)的總結(jié)。運用理論知識去解決了實際問題，強化了對理論知識的理解。
參考文獻
[1]《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 李益民
[2]《機械制造工藝學(xué)》 清華大學(xué) 王先逵
[3]《機械制造常用資料及新舊標(biāo)準(zhǔn)對照手冊》 中國勞動出版社 陳榕林
[4]《機械精度設(shè)計與檢測技術(shù)基礎(chǔ)》 機械工業(yè)出版社 楊沿平
[5]《熱加工工藝基礎(chǔ)》 清華大學(xué)金屬工藝學(xué)教研室 嚴(yán)紹華
[6]《機械設(shè)計》 高等教育出版社 紀(jì)名剛
[7]《輪式裝載機設(shè)計》 中國建筑工業(yè) 吉林大學(xué)工程機械教研室編
[8]《輪式裝載機》 化學(xué)工業(yè)出版社 楊占敏 王智明等
[9]《機械工程手冊》 機械工業(yè)出版社 機械工程手冊編輯委員會
[10]《車輛工程專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo)樹》 華僑大學(xué)機電及自動化學(xué)院 廖水容 陸勇
黃身桂 沈劍云
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