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華僑大學(xué)機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院
課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書
車輛工程專業(yè)
（工程機(jī)械方向）
姓名：
學(xué)號(hào)：
指導(dǎo)老師：
2009年1月
目 錄
一 前言 1
二 橋殼的強(qiáng)度設(shè)計(jì) 1
2.1 主要尺寸的計(jì)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(jì) 8
3.1 零件分析 8
3.2 工藝規(guī)程的設(shè)計(jì) 9
四 總結(jié) 15
參考文獻(xiàn)
附件：工藝過(guò)程卡、橋殼工程圖、橋殼三維圖、測(cè)繪圖
驅(qū)動(dòng)橋殼的設(shè)計(jì)
驅(qū)動(dòng)橋殼的設(shè)計(jì)
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(dòng)力、橫向力等傳遞到車架上，同時(shí)橋殼的中央又是主傳動(dòng)和差速器的殼體，裝載機(jī)在作業(yè)的時(shí)候，橋殼的受力是比較復(fù)雜的，因此必需要有足夠的強(qiáng)度橋殼
加工工藝設(shè)計(jì)整合我們所學(xué)的知識(shí)是對(duì)生產(chǎn)實(shí)習(xí)的總結(jié)，鞏固和加深所學(xué)知識(shí)如：《機(jī)械制造工藝》、《機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)》等
二、驅(qū)動(dòng)橋殼的強(qiáng)度設(shè)計(jì)
2.1、計(jì)算主要尺寸
由力學(xué)分析和經(jīng)驗(yàn)可得危險(xiǎn)截面常常發(fā)生在副車架連接處，在裝載機(jī)發(fā)揮最大牽引力剛要提升鏟斗后輪離地時(shí)和滿載緊急制動(dòng)及在不平路面作業(yè)的時(shí)候最容易出現(xiàn)，因此用這三種工況進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算先確定此截面的尺寸
2.1.1、 當(dāng)裝載機(jī)發(fā)揮最大牽引力插入并且鏟斗剛要提升時(shí)，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(jī)的使用重量 （=27468N）。
—后輪離地時(shí)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(jiǎn)算，但是偏差不大)
—驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)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(jī)滿運(yùn)行，緊急制動(dòng)時(shí)的工況。
（1）緊急制動(dòng)，由地面對(duì)輪胎的垂直反作用力作用于前橋殼上的垂直彎矩
=
—裝載機(jī)滿載時(shí)的總重量 (=42183N)
—緊急制動(dòng)時(shí)，前橋殼上的質(zhì)量分配系數(shù)
為制動(dòng)的時(shí)候前橋所承受的重量為
=+（aH）/L (不考慮動(dòng)載荷)
= (為整車重心到后橋的距離取0.4L)
==42183N0.4=16873.2N
a為制動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jī)當(dāng)通過(guò)不平路面工況
危險(xiǎn)斷面也可能出現(xiàn)在與副車架連接處，但是此ZL15裝載機(jī)采用擺動(dòng)橋，不易產(chǎn)生載荷集中，因此出現(xiàn)危險(xiǎn)斷面的概率較小，在此不進(jìn)行計(jì)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(jì)算參考參考文獻(xiàn)[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(guò)盈配合，外圓尺寸為80mm，內(nèi)圓尺寸為42mm
橋殼的總長(zhǎng)度根據(jù)車架的寬度和整車寬度設(shè)計(jì)為1140mm
為了保證主傳動(dòng)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(jiàn)工程圖
2.3、校核
現(xiàn)在用第三強(qiáng)度理論對(duì)危險(xiǎn)截面進(jìn)行校核（只需校核第一工況）
==
=
=179.82MPa<=210 MPa （合格) （參考文獻(xiàn)[６]）
現(xiàn)用有限元軟件ANSYS對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)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(duì)其再次校核。
由上面的計(jì)算可知在當(dāng)裝載機(jī)發(fā)揮最大牽引力插入并且鏟斗剛要提升時(shí)，后輪離地工況其最有可能出現(xiàn)強(qiáng)度破壞，對(duì)此工況進(jìn)行分析
為了分析的需要對(duì)橋殼進(jìn)行簡(jiǎn)化和一些處理，裝上輪邊支承軸，并將輪邊支承軸末端簡(jiǎn)化成直軸且適當(dāng)加長(zhǎng)，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(hào)單元進(jìn)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(guò)許用應(yīng)力330MPa
三、橋殼的加工工藝設(shè)計(jì)
3.1、零件分析
3.1.1、橋殼的作用與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
驅(qū)動(dòng)橋殼是裝載機(jī)的基礎(chǔ)和主要承載件之一。一方面用于支撐整個(gè)車架及其上的重量并保護(hù)主減速器、差速器及半軸等部件，另一方面固定左、右驅(qū)動(dòng)車輪的軸向相對(duì)位置。因此受力大而復(fù)雜，要求其具有足夠的強(qiáng)度與剛度。驅(qū)動(dòng)橋殼的的兩端要與輪邊支承軸過(guò)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(guò)快。
橋殼的兩端外圓精度為IT7級(jí)同時(shí)要保證其一定的同軸度，因此其對(duì)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(lái)定位，從而保證其同軸度要求
大圓孔的精度為IT9級(jí)、對(duì)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(gè)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(guò)的兩端外圓定位（V形快定位），來(lái)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(xiàng)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(duì)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(duì)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(jiàn)的零件圖見(jiàn)工程圖紙
3.2、工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)
3.2.1、生產(chǎn)類型
橋殼的通用性強(qiáng)、產(chǎn)品換代更新慢，需要長(zhǎng)期生產(chǎn)或大批量生產(chǎn)。因此可以設(shè)計(jì)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(zhǎng)期生產(chǎn)或大批量生產(chǎn)、結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)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(diǎn)：
1.切削力大.切削加工時(shí)變形抗力大，產(chǎn)生強(qiáng)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(qiáng)性，摩擦系數(shù)大，切削時(shí)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(diǎn)常常在切削加工過(guò)程中，造成加工表面和表層比較嚴(yán)重的加工硬化，過(guò)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(shí)方便裝恰。因此可以選擇毛坯的外圓為粗基準(zhǔn)來(lái)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(shí)，以支承平面為定位基準(zhǔn)。
b.粗加工和精加工兩端外圓時(shí)，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(shí)，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(shí)，以兩端外圓為定位基準(zhǔn)。
e.鉆孔時(shí)采用專用工裝劃線定位。
3.2.5、擬訂工藝方法：
根據(jù)《機(jī)械制造工藝學(xué)》、《機(jī)械加工工藝手冊(cè)》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(kuò)孔—攻螺紋
測(cè)壓孔：鉆孔—攻螺紋
3.2.6、選定工藝路線:（參考文獻(xiàn)[１]、[2]）
其加工工藝路線見(jiàn)表二
3.2.7、加工余量的確定
鑄件機(jī)械加工余量的估算：
A=C （參考文獻(xiàn)[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(duì)重要的加工面的加工余量進(jìn)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(jī)械工藝手冊(cè)》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(jì)精度：IT11~13
2.支承平面的加工
粗銑加工余量：1.8mm ； 經(jīng)濟(jì)精度：IT11~13
半精銑加工余量：1.0mm ；經(jīng)濟(jì)精度：IT8~11
3. 支承側(cè)面的加工
粗銑加工余量：1.3mm；經(jīng)濟(jì)精度：IT11~13
4．端外圓的加工
粗車加工余量：2.5mm；經(jīng)濟(jì)精度：IT10~13
半精車加工余量：1.2mm；經(jīng)濟(jì)精度：IT8~11
精車加工余量：0.7mm； 經(jīng)濟(jì)精度：IT7~9
5．大圓孔的加工
粗鏜加工余量：3.2mm ； 經(jīng)濟(jì)精度：IT12~13
半精鏜加工余量：1.5mm；經(jīng)濟(jì)精度：IT11~12
精鏜加工余量：0.8mm ； 經(jīng)濟(jì)精度：IT7~9
6．大圓孔端面的加工
粗銑加工余量：2.5mm ；經(jīng)濟(jì)精度：IT11~13
精銑加工余量：0.9mm ；經(jīng)濟(jì)精度：IT6~8
7.螺紋孔及定位孔的加工：
鉆孔余量：10~20mm； 經(jīng)濟(jì)精度：IT10~13
擴(kuò)孔余量：0.8~1.2mm；經(jīng)濟(jì)精度：IT9~13
鉸孔余量：0.2~0.3mm；經(jīng)濟(jì)精度：IT6~9
3.2.8、 機(jī)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(jī)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(jī)夾式）
數(shù)控車床：CK6140； 刀具：硬質(zhì)合金刀具（機(jī)夾式）
鏜銑加工中心：JCS—018 刀具：硬質(zhì)合金刀具（端銑刀、機(jī)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(lái)加工基準(zhǔn)面，后又以初次加工的基準(zhǔn)面來(lái)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(huì)對(duì)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(jì)的需要。
4、總結(jié)
本次課程設(shè)計(jì)是對(duì)橋殼的強(qiáng)度和加工工藝進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過(guò)此課程設(shè)計(jì)加深和鞏固所學(xué)的機(jī)械制造和設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，同時(shí)也是對(duì)生產(chǎn)實(shí)習(xí)的總結(jié)。運(yùn)用理論知識(shí)去解決了實(shí)際問(wèn)題，強(qiáng)化了對(duì)理論知識(shí)的理解。
參考文獻(xiàn)
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[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
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[7]《輪式裝載機(jī)設(shè)計(jì)》 中國(guó)建筑工業(yè) 吉林大學(xué)工程機(jī)械教研室編
[8]《輪式裝載機(jī)》 化學(xué)工業(yè)出版社 楊占敏 王智明等
[9]《機(jī)械工程手冊(cè)》 機(jī)械工業(yè)出版社 機(jī)械工程手冊(cè)編輯委員會(huì)
[10]《車輛工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樹》 華僑大學(xué)機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院 廖水容 陸勇
黃身桂 沈劍云
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