起重机车轮组的参量化设计

起重机车轮组的参量化设计摘要：根据起重机用车轮组设计指导，用 solidedge 三维软件将其制作成参量化虚拟部件。在设计使用时直接利用虚拟部件生成二维图纸及明细表。 1、概述车轮组是起重机大小车运行机构、某些回转机构的基础部件，是机构的重要组成部分。多年来，由于产品的改进，生产组织和生产方式的改进，形成了车轮结构型式的多样性，先进和落后共存。材料选用和技术要求的多样性，同一功能的零件其材质和热处理要求达数种，导致了合理与不合理共存。影响了整车的先进性，影响了进一步提高生产率、降低成本。因此，需要对车轮组的选用和设计进行规范，统一设计思想和设计方法、统一车轮组的结构型式、统一材料的选用和热处理等技术要求。根据整理出来的类型将其参量化设计。2、参量的定义d1 S d15 d3 d14130 200500 40 430150 240150 240630 60 510170 260170 260710 65 590180 280180 280800 70 680190 300900 75 770 200 300根据上面的参数化图形和图表将其车轮的重要参数分别定义为 S,b1,b2,L3,d3,d14,dd1 200 250 315 400 500 630 710 800 900X、Y 0.05 0.06 0.08 0.1 0 25 35 50 60将轴的参数定义为 d d3 d7轴示例：表 1.2d、d3、d780120 0.01 0.02120180 0.013 0.025180220 0.015 0.033 、车轮组各个要素31 基本假定：本指导书假定：轨道与车轮间的接触呈线接触。最大静力强度所承受的载荷（P ）不使接触面产生塑性变形，在当量载荷（P P d）作用下，接触面最大应力不超过材料的屈服强度，工作状态下的最大载荷 Pmax 可能使车轮或轨道中的一个处于或接近处于弹塑性状态，但不至于明显地影响接触寿命。3、2、基本要求车轮的材质及其热处理，技术要求符合前面推荐内容。通过合理设计使车轮组中主要件基本等强或等寿命。轮轨间的匹配符合表 1 要求。3、3、线接触时的投影比压由材料的强度决定的许可投影比压按式（1）计算适用于第类载荷情况。（1）式中： s材料的屈服极限，取接触件中较弱者，N/mm 2E钢的弹性模量，取 2.06 105N/mm2根据基本假定可获得 P 和 P ，其计算结果列于表 2 中。表 2比压许用值 采用轨道头尺寸 mm轨道标准代号型号、材料标准车轮材料、技术要求pN/mm2pN/mm2pN/mm2型号或截面头宽b圆角r计算宽b05050 50 5 408050 80 5 70GB/T159194；Q420B b520680MPa； s420 MP2.7 4.23 4.610050100 5 90P15 37 7 27.66YB/T2386；P1524 轻轨 55Q； b685N/mm 2 5.6 8.71 9.6P18 40 7 30.66GB/T258581；P43 重轨U71Mn； b884N/mm 2 7.8512.2713.35 P24 51 13 33.67P43 70 13 52.66QU80 7.5 11.72 12.75QU80 80 8 69.33QU100 100 8 89.33GB/T342682 起重机钢轨 U71Mn U70MnSi b884N/mm2QU100QU120d1400,淬火330380HBS;深 15 处260HBSd1400,淬火330380HBS;深 20处260HBS。荐用材料：碾锻时，CL60；锻造时，65Mn。7.2 11.25 12.24QU120 120 8 109.33注：p 、p 、p 分别为第、第、第载荷情况下的许用投影比压。3、4、车轮与轨道间许用轮压基准数据根据传动的需要，在确定了轨道和车轮直径后，依表 2 给定的许用投影比压按式（2）可得许用轮压基准数据（不计摩擦力的影响）。（2）式中：P 0、P IImax、P IIImax分别为第、第、第载荷情况的基准数据。b0 轨道计算宽度，mm。对于方钢轨道 b0 =b-2r；对于平顶圆角钢轨， 。推荐的轨道及其计算宽度见表 2。对于 500900 车轮组的许用轮压的基准数据列于表 3 中。表 3500900 车轮的许用轮压的基准数据 KN车轮直径（mm） d1=500 d1=630轨道型号 P43 QU80 QU100 QU120 P43 QU80 QU100 QU120载荷情况 P0 206 260 321 393 260 327 405 496载荷情况 PIImax 323 406 502 615 407 511 633 774载荷情况 PIIImax 351 442 546 669 442 556 688 843车轮直径（mm） d1=710 d1=800 d1=900轨道型号 P43 QU80 QU100 QU120 P43 QU80 QU100 QU120 QU100 QU120载荷情况 P0 293 369 456 558 330 416 514 629 578 708载荷情况 Pmax 458 576 713 873 516 650 804 984 904 1107载荷情况 Pmax499 627 776 950 562 707 874 1070 984 1204续表 3500900 车轮的许用轮压的基准数据3.5 轨道与车轮间的许用轮压第载荷情况下的许用轮压按式（3）计算kN （3）式中： 车轮转速修正系数，见表 4，工作级别修正系数，见表 5。第、载荷情况下的许用最大轮压 Pmax 和 Pmax 取表 3 中的相应数值。表 4C1与车轮转速的关系转速（r/min） C1 转速（r/min） C1 转速（r/min） C1200 0.66 50 0.94 16 1.09160 0.72 45 0.96 14 1.1125 0.77 40 0.97 12.5 1.11112 0.79 35.5 0.99 11.2 1.12100 0.82 31.5 1.00 10 1.1390 0.84 28 1.02 8 1.1480 0.87 25 1.03 6.3 1.1571 0.89 22.5 1.04 5.6 1.1663 0.91 20 1.06 5.0 1.1756 0.92 18 1.07表 5C2与机构工作级别的关系机构工作级别 M3 M4 M5 M6 M7,M8C2 1.25 1.12 1.0 0.9 0.8由表 4 和表 5 可知，表 3 中的 P0显然就是车轮转速为 31.5r/min、工作级别为 M5 时的第 类载荷情况下的许用工作轮压。4、草图设计在 solidedge 中设计车轮轴通盖轴承座的草图并根据 3 中定义的参数将其 se 中的参数定义。以下以车轮和轴为例。车轮草图车轮三维模型轴的参数化草图轴的三维模型5、变量关联及生成三维模型进入 solidedg 的装配环境下在“工具”“变量”菜单中实现同级变量的关联。如图 5.1 所示.。设置的参数入图 5.2 所示。图 5.2 所示的参量化用到了两种方式，一种是公式方法另一种是外部连接方式（Excel 表）。生成参量化的母本三维模型如图 5.3 所示。根据实际设计的需要改变变量的公式或者 Excel 表中的值即可驱动母本模型得到想要的三维模型并另存为需要的名字即可。在参数化模型设计的时要注意基准线的约束，如果约束不准确在参数驱动的时候会出现意想不到的结果导致出错。参量的定义是非常关键的要请教相关的专家将其相关的参量关系确定并分类。在确定无误的情况下才能进行参量化模型设计。在模型设计的同时将其零部件的相关属性及材料表在 se 中选取赋值到模型上。将会自动的计算重量，进行有限元分析和干涉检查等操作。图 5.1图 5.2图 5.36、生成 2D 图纸利用 solidedge 软件的 2D 转化功