机械毕业设计（论文）-三吨绿化洒水车设计（车架改造及后悬架校核）【全套图纸】 .pdf

i 三吨绿化洒水车设计三吨绿化洒水车设计 （车架改造及后悬架校核）（车架改造及后悬架校核） 摘摘 要要 绿化洒水车具有除尘、清洁路面、植被和降温等作用，是城市绿化建设和卫 生建设的专用汽车，随着人们对环境要求的不断提高，具有良好的市场前景。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 这次设计的绿化洒水车（三吨载重） ，是在选择通用二类底盘的基础上， 对它作了一些改动。在设计中，主要完成了变速箱总成的改动，取力器总成 的设计、水管总成的设计、水箱总成的设计和各总成的位置布置，而且保证 了改动后的洒水车具有良好的动力性、操纵稳定性和行驶平稳性。 在总体设计中， 参考了专用汽车的一般改装原则和要求，按照改装要求， 结合选择的通用底盘，主要完成了各总成具体位置的安排、前后轴轴荷的合 理分配、随车质心位置的确定和主车架的改装工作。在确定随车质心位置和 前后轴轴荷分配时主要计算了各总成的质量和质心位置，然后用公式计算出 洒水车整体的质心位置和前后轴轴荷，并根据设计要求进行了验证；车架改 动中主要确定了联接件和车架的联接形式，然后根据强度计算改装车架是否 满足设计要求，因为后轴的载荷较大，主要计算了后悬架的强度和轮胎的负 荷状况。最后校核主要联接件螺栓（副车架和主车架联接螺栓以及水泵底座 ii 和主车架联接螺栓）的强度，保证主要部件的可靠性。 关键词关键词：底盘，车架，悬架，轴荷 modification design of frame and check rear suspension of greening sprinkler (three tons load) abstract greening sprinkler is used to dust, clean road, vegetation and cooling. greening sprinkler is special purpose vehicle which is used for city building and health building.because people need a good environment, it has good market prospects. the design for greening sprinkler (three tons load) is choosed a common chassis which is made some changes. in the design, the main designs are gearbox assemblys changes, tank assemblys design and the location of the assembly layout; it has also ensured that the changes for sprinkler have good momentum, handling, stability and smoothness of ride. in the design, the reference is the special purpose vehicle modification of the general principles and requirements.and in accordance with modified requirements, with the common choice of chassis, mainly completed each assembly of the centroid location、distributing front and rear the axle load with a reasonable distribution、converting the main frame . in determining the centroid position of the vehicle and front or rear axle load distribution, the important thing is the calculation of the each assembly and the centroid location, then using the formula calculated overall sprinkler centroid locations and axles load distribution, at end checked the results in accordance with the design iii requirements. in the frames changes, working out the connect strength between the frame and sub- frame and do some strength check. because the rear axle load is larger, mainly checking rear suspensions strength and the tire load. at last work checked major pieces of bolt connecting, (bolts between the frame and sub- frame or bolts between the water pump and the base), and ensure the reliability of the main components. key words: chassis, frame, suspension, load 4 目目 录录 第 一 章第 一 章 前 言前 言 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 第二章第二章 洒水车总体设计洒水车总体设计.3 2.1 设计的特点和要求 .3 2.1.1 专用汽车设计的要求3 2.1.2 总体布置的要求4 2.1.3 总体参数的要求4 2.2 车型选择和各总成参数的确定6 2.2.1 车型的选择6 2.2.2 各总成参数的确定的依据6 2.3 各总成质量的计算7 2.3.1 原车底盘到前轴距离 1 l的计算.7 2.3.2 水管总成质量的计算7 2.3.3 工作台质量的计算7 2.3.4 水箱总成质量的计算8 2.4 轴荷和质心位置的确定9 2.5 主车架改装注意事项.11 2.6 主要部件的校核.12 2.6.1 后轮负荷的校核.12 2.6.2 后悬架钢板弹簧的校核.12 2.6.3 主车架强度的校核.13 2.6.4 水箱联接螺栓的校核.16 2.6.5 水泵螺栓组的校核.18 第三章第三章 变速器改装与设计变速器改装与设计.21 第四章第四章 取力器的设计取力器的设计26 第五章第五章 水管的设计水管的设计28 第六章第六章 水罐的设计水罐的设计29 第七章第七章 成本的核算成本的核算36 第八章第八章 结论结论.37 5 参考文献参考文献.38 致谢致谢39 第一章第一章 前言前言 6 洒水车是城市建设卫生专用车，主要用于大中城市、公路养护部门和基 建工地的洒水、喷雾、降温、扑尘和压水冲洗脏物等作业，也可远距离运水、 灌水，必要时亦可用于消防，另外还可以装备特殊装置（如药物喷洒、园林 绿化等） 。可见洒水车的功能在城市卫生建设中的作用不可低估，而且特别是 随着人们环保观念的转变，提高了对清新环境的要求，近来国家倡导建设卫 生城市，以及 2008 年绿色奥运的理念，洒水车的作用便凸现出来。 可见，洒水车的潜在市场需求相当大，但是纵观国内外的洒水车生产市 场，它们在技术领域呈现各自不同的特点。 总的来说，国内洒水车生产主要存在以下问题：技术水平有限、专用底 盘缺乏、开发能力薄弱；对于国外生产市场，如美、日、德等发达资本主义 国家，他们是在系列化、通用化、标准化的基础上按用户的定单进行、设计 和生产，具有极强的市场应变能力，而且底盘生产厂商按洒水车生产厂商的 要求加工生产专用底盘，开发能力较强。我国已加入 wto，国内市场必然受 到国际市场的冲击，国内的洒水车厂商如不采取积极的应对措施，必然会在 市场竞争中不是失掉市场份额就是被淘汰。 因此，不论从洒水车的功能，还是潜在的市场需求，以及开发的价值上， 其都具有良好的发展前景。 洒水车是装有专用罐型容器的专用汽车，具有吸水、洒水的功能。正规 生产厂家一般采用汽车生产厂家的汽车底盘进行改装、安装专用装置生产而 成。洒水车的总载质量和主要布置参数必须符合原汽车制造厂的有关规定。 一般洒水车的结构由汽车底盘、水箱总成、传动总成、水泵管路和操纵系统 组成。 一、水箱总成 洒水车的水罐一般由罐身、支撑腿、人孔以及内部隔仓、防波板等部分 组成。水罐通常用钢板卷制焊接加工制作，形状可以是圆形、椭圆形或方形 等，具体情况要依据最大容积、重心高度等技术参数加以确定。 二、传动总成 二类底盘汽车专用装置的动力来自汽车发动机，这决定了洒水车专用装 置的动力也必须取自汽车发动机，否则必然要增加改造投资。传动总成的作 用是将汽车发动机的动力传输给水泵，并满足水泵的转速和旋向要求，一般 是从汽车的变速箱取力，通过取力器来满足水泵转速和旋向的要求。 7 三、水泵管路总成 为了满足洒水车的功能，洒水车的水泵管路总成必须具有吸水-水罐和 水罐-洒水的双重传输功能，洒水时既可以前喷，又可以后喷或者同时喷洒， 并具有一定的洒水压力。 四、操纵系统总成 洒水车的操纵系统总成包括两大部分，取力箱挂档操纵和水泵吸水洒水 操纵。依据自卸汽车取力箱挂档操纵方式，洒水车通常采用气动操纵方式， 吸水洒水主要采用手动操纵方式，通过控制阀来决定水的流向，达到吸水和 洒水的目的。 8 第二章第二章 洒水车的总体设计洒水车的总体设计 2.1 设计的特点和要求 2.1.1 专用汽车设计的要求 洒水车属于专用汽车的一种，因此要设计好洒水车，需要了解一些专用 汽车的设计特点和要求。专用汽车除了具有基本型汽车的功能外，它还装有 专门的设备具有某些专用功能。因此专用汽车的设计尽管与基本型汽车设计 有许多共同的之处，但由于具有专用功能的要求，在专用汽车的设计、专用 设备设计等方面，都具有自身的特点。 专用汽车的设计特点和要求可概括为： 1、专用汽车产品具有多品种、少批量的特点。因此专用汽车的设计多采 用定型的基本底盘（如二类底盘、三类底盘）上进行改装设计。这样就需要 掌握国内外汽车产品的生产情况及有关资料。根据要设计的专用汽车的功能 和性能指标等要求，即可在功率匹配、驱动方式、外行尺寸、传动方式以及 结构布置等特点进行优选和比较，从而确定选用某种基本型汽车底盘作为专 用汽车改装设计的基础。 对于不能直接采用二类底盘或三类底盘进行改装的汽车，也尽可能的选 用定型的总成和部件（包括专用装置）进行设计，以缩短产品的开发周期和 提高产品的可靠性。 2、专用汽车的设计主要以保证获得优异的专用功能为主要目标，并同时 考虑汽车基本性能的发挥。在必要时将适当降低一些汽车底盘的性能，以满 足实际的某种专用功能的要求。 专用汽车设计的主要工作在于总体设计和专用装置的设计（或选型） 。选 择好改装设计的汽车底盘，选择或设计好专用装置，以达到理想的匹配和合 理的布置。 3、针对专用车的服务面广和产品生产品多、批量少的特点，专用汽车的 设计应考虑产品系列化，即根据用户的特殊需要而能较方便的作出定型。与 此同时对专用汽车零部件的设计，尽量标准化和通用化，即最大限度选用标 准件，或选用定型产品的通用零部件，最大限度的减少自制件。 9 4、基于专用汽车小批量的生产特点，专用汽车设计中某些自制件，应遵 循单件小批生产工艺，设计时要尽量考虑通用设备加工的可能性。 5、专用汽车应满足有关车辆交通安全法规的规定，对于某些特种车辆， 如油田修井车、矿用自卸车、重型半挂车等，则作为特定的作业环境的特种 车辆来处理。 综上所述，专用车的设计有自身的特点和要求，专用汽车的设计既要考 虑到作为汽车设计的要求，更要以获得优异的专用性能为主要目的。要使汽 车底盘和专用装置合理匹配，构成一个理想的整体，使汽车的基本性能和专 用性能都得到充分的发挥。 1.2.2 总体布置的要求总体布置的要求 在洒水车总体设计时，应该考虑到以下的几个要求： 1、 应有利于洒水车专用功能的充分发挥； 2、 应满足汽车底盘性能的要求。例如，轴载质量的分配对于汽车的行驶性 能有重大的影响，而洒水车的总体布置是决定轴载质量分配的关键因素。 因此在洒水车的总体布置完成后应对其进行轴载质量的校核， 看它是否满 足汽车底盘的性能要求。 3、 应满足有关法规的要求。例如，有关法规对汽车的长宽高以及最大轴载 质量都有具体的规定。 4、 应避免专用装置引起集中载荷。在洒水车的总体布置中特别注意水箱总 成的位置布置，因为其是满载时影响轴载质量分配的重要部件。 5、 应尽量减少对汽车底盘各总成的改动。洒水车由于其专有设备及其功能 的要求，需要对底盘上部件总成的结构和位置进行必要的改动，如果改装 不当，不仅会增加成本，而且还会影响洒水车专用功能的发挥。洒水车对 汽车底盘最重要的改动是变速箱的改动，以满足水泵功率的要求，再者就 是水箱在底盘上的布置，保证前后轴载质量的合理分配，还有取力器的布 置。 6、尽量减少洒水车的整车整备质量，提高其工作性能。 2.1.2 总体参数的要求 洒水车的总体参数包括总体布置参数和整车性能参数，在选用参数时应 考虑其专有功能、使用条件等因素。 10 洒水车的总布置参数包括外廓尺寸、轴距和轮距、前悬和后悬以及质量 参数等。 对于外廓尺寸，世界各国对运输车辆均有法定限制，我国法规规定：车 辆高不超过 4m，车宽不超过 2.5m，外开窗、后视镜等突出部分距车身不超过 250mm，车辆长对货车不超过 12m，半挂车不超过 16.5m，全挂汽车的列车不 超过 20m。轴距和轮距是影响汽车基本性能的主要尺寸参数。轴距减少可提 高机动性，减少纵向通过半径（纵向通过角） ，提高通过性。但轴距过短，导 致制动或上坡时轴载质量转移增大，使汽车的制动性和操纵稳定性变坏。轮 距对汽车的机动性和横向稳定性有较大的影响。 取力器的传动比应根据洒水车的水泵的转速、功率和发动机外特性来选 择，其基本原则是，在满足水泵所需功率的前提下，选择较低的发动机转速 和较高的发动机功率，此时发动机的燃油经济性较好。 质心位置及轴载质量的分配。在选择洒水车的质心位置及轴载质量时应 满足以下条件：轴载质量不得超过法规的规定。根据 jt701-88公路工程技 术标准对各种汽车的轴载质量做了明确的规定（参考下表） 。 汽车最大总质量（kg） 10000 15000 20000 30000 前轴轴载质量（kg） 3000 5000 7000 6000 后轴轴载质量（kg） 7000 10000 13000 212000 要求质心位置尽可能低。从汽车行驶的稳定性考虑，质心的高度应满足 以下条件： 保证汽车不发生侧翻： g h b ； 保证汽车不发生纵翻： g h l 2 2 。 式中：b汽车轮距； 2 l 汽车质心到后轴中心的距离； g h 汽车质心高度； 路面附着系数，一般取 =0.70.8。 2.2 车型选择和各总成参数的确定的依据 11 2.2.1 车型的选择 本次设计的三吨洒水车选用的汽车是 nj1061bld131，它的整车技术参数 如下所示： 整备质量（kg） 2660 装载质量（kg） 3450 空载轴荷分布（前/后） （kg） 1464/1196 满载轴荷分布（前/后） （kg） 2201/3909 总质量（kg） 6110 外形尺寸（长宽高）(mm) 599527062319 轴距(mm) 3308 最小离地间隙（cm） 240 前悬/后悬（） 1035/1457 接近角/离去角（） 34/18 前/后轮距（） 1584/1485 最高车速（km） 80 h km 额定条件下油耗 11.5 最大爬坡度（%） 30 最大驻车坡度（%） 20 轮胎规格 7.00-20 2.2.2 各总成参数的确定 一、 变速器总成的参数确定依据 本次洒水车的设计主要是在原有二类底盘的基础上，按照洒水车洒水量 的要求，通过改变原有变速器一、二档的传动比，使其增加来增大扭矩；然 后通过取力器从变速器中间轴常啮合齿轮取力，通过传动轴从而带动水泵工 作。设计要求洒水量 2 0 . 145 . 0 m kg 。 二、 取力器总成参数的确定依据 取力器在变速器上有多种布置形式，如前置、中置和后置式，本次的取 力器设计从变速器的中间轴常啮合齿轮上取力，它的输出转速是根据水泵的 12 额定转速确定的，并输出水泵所需的额定功率，其中水泵的额定转速是 1450 m r ，额定功率是 6.2kw。 三、 水管总成参数的确定依据 水管系统的设计是根据洒水车要求的性能技术参数和水泵的流量了确 定，其中洒水车的喷洒宽度是 8m,高压水炮的喷射高度是 30m，另外还要考 虑到水管的抗压能力和密封性能，满足 0.51.5kpa 无泄漏检验。 四、 水箱总成参数的确定依据 水箱的设计上户吨位是三吨，实际设计容量是四吨，在设计时不能大于 所选车型的长、宽、高（599520762319） ，并进行密封性实验，满足 20 24kpa 大气压无泄漏的检验。 2.3 各总成质量的计算 2.3.1 原车底盘到前轴距离 1 l 的计算 由轴距l=3308mm ,空载轴荷分配（前/后） 1464/1196( 2 1 m m )，则由力 矩的平衡： ()lmlmm=+ 2121 （2-1） 得 ： 1 l =1487mm。 2.3.2 水管总成质量的计算 水管采用输送液体用冷拔无缝钢管（gb8163-1987） ，外径为 68mm， 壁 厚 1.5mm，每米的理论质量为： w=2.46kg/m； 管路系统的总长度 l=15.7m。 故其理论质量为： lwm= （2-2） 38.4kg 2.3.3 工作台质量的计算 1） 工作台底版采用花纹钢板（gb3277-1991） ，基本厚度为 5mm 的菱形花纹 钢板，每平方米的理论质量w=42.3kg/，工作台的实际长度l=1.09m，宽 13 为 d=0.7m。 所以其质量为： 1 m =42.31.090.7=32.3 ； 2） 工作台的钢管用直缝电焊钢管（gb13793-1992） ，外径为 10 ，壁厚 1 ，每平方米的理论质量w=0.222 /m，外径为 25 ，壁厚 1 ，每平方 米的理论质量w=0.592 /m。 外径为 10 的钢管长度 l1=4.7m,其质量是： 04 . 1 7 . 4222 . 0 2 =m； 外径为 25 的钢管长度 l2=9.2m，其质量是： 3 m =0.5929.2=5.45 ； 3） 与主车架联接的联接件采用热轧钢板（gb709-1988） ，基本厚度 5 ，每 平方米的理论质量w=39.25 /，有两个联接件，每个的长为 1.04m，宽 为 0.125m。 其质量是： 4 m =239.250.40.125=3.93 ； 则工作台的总质量是： m = 1 m + 2 m + 3 m + 4 m （2-3） =32.3+1.04+5.45+3.93=42.7243 。 2.3.4 水箱总成质量的计算 水箱的材料是 q235，厚度是=5 ，密度=7.85 / 3 cm 。水箱是椭 圆形，它的长径 a=1.4m，短径 b=1.1m，长为l=3.4m。 1） 水箱圆柱面的体积是，由下式： () ()lbabav=22 4 1 （2-4） =0.0665 3 m ； 2） 两侧椭圆面和两个隔板的体积由下式： 4 4 2 =abv （2-5） = 3 0242. 0m ； 14 故水箱材料的总体积是： 21 vvv+= =0.0907 3 m ； （2-6） 则水箱的质量是： vm= =712 。 （2-7） 2.4 轴荷和质心位置的确定 洒水车的轴荷对其操纵稳定性有重大的影响，经过计算确定各总成的质 心位置如下表所示： 序号 总成名称 质量（） 距前轴的距离（m） 距地面的距离（m） 1 底盘总成 2660 1.487 0.55 2 水箱总成 3800 2.54 1.41 3 水泵 50 1.55 0.57 4 取力器总成 30 0.81 0.56 5 备胎 125 4.59 0.45 6 工作人员 653=195 0 1.25 7 工作台 43 4.59 0.83 8 水管总成 32 1.65 0.61 质心位置和轴荷质量的计算如下式： = i ii m xm l1 （2-8） = i ii g m ym h （2-9） = i m l ll m 1 1 （2-10） = i m l l m 1 2 （2-11） 式中： i m -第 i 个总成的质量； l-轴距(3308mm)； 15 1 m -前轴轴载质量； 2 m -后轴轴载质量； i x -第 i 个总成的质心距前轴中心线的水平距离； i y -第 i 个总成的质心到地面的距离； g h -整车质心的高度。 则： 1 l= () 6935 65 . 1 3259 . 4 4359 . 4 12581 . 0 3055 . 1 5054 . 2 3800487 . 1 2660+ =2.096m； g h= 6935 61 . 0 3283 . 0 4325 . 1 19545 . 0 12556 . 0 3057 . 0 5041 . 1 380055 . 0 2660+ =1.041m； 1 m =6935 3308 20963308 =2541 ； 2 m =6935-2541=4394 ； 即洒水车的质心位置是（2.049,1.041） 。满载状态下前轴的轴量占总质 量的百分数为： a= 6935 2541 100%=36.6%。 对于平头货车，前轴的质量一般占总质量的 30%以上，符合轴载性能的 要求。 从汽车行驶的稳定性考虑，质心的高度应满足以下条件： 保证汽车不发生侧翻： g h b ； 保证汽车不发生纵翻： g h l 2 2 。 式中：b-汽车轮距； 2 l 汽车质心到后轴中心的距离； 路面附着系数，一般取 =0.70.8。 16 由于 b=1584/1485（前后轴的轮距） ； 2 l =l- 1 l =3308-2096=1212mm； g h b 2 = 10412 1485 =0.713 ； g h l2 = 1041 1212 =1.164 。 故洒水车不会发生侧翻和纵翻；各总成的位置安排总体上满足要求。 2.5 主车架改装注意事项 水箱总成是洒水车上的一个重要部件，它的装配要对主车架进行一些改 装。而主车架是受载荷很大的部件，除承受整车静载荷外，还要受到车辆行 驶的动载荷，为了保持主车架的强度和刚度，在改装主车架的时候需要注意 一些基本的事项，具体要求如下。 在主车架上钻孔和焊接时，应避免在高应力区钻孔和焊接。主车架的纵 梁高应力区在轴距之间纵梁的下翼面和后悬上翼面处。因为这些部位受力较 大，钻孔容易产生应力集中。 对于主车架纵梁高应力区以外的其余的地方需要钻孔或焊接时，应注意 尽量减少孔径，增加孔间距离，对钻孔的位置和规范如下表所示： 17 尺寸 重型车 中型车 轻型车 孔间距 a 70 60 50 b 50 40 30 c 50 40 30 孔直径 15 13 11 禁止在纵梁的边、角区域 20 25 处钻孔和焊接，因为这些区域极 易引起车架早期开裂，严禁将车架纵梁和横梁加工的翼面加工成缺口形状。 按照以上的要求，三吨的的洒水车属于轻型车，在改装主车架的时候严 格遵守以上的规范，保证主车架的强度和刚度。 2.6 要部件的校核 2.6.1 后轮负荷的校核 后轴满载时的负荷为 2 m =4394 ，后轴有四个轮胎，轮胎类型是 7.00-20-10pr，外径是 904mm，断面宽度 200mm，气压 2 50 . 5 cm kg ，每个轮胎 负荷是 1285 ，所以四个轮胎的负荷是 m=5140 4394 ，满足轮胎负荷 的要求。 1.6.2 后悬架钢板弹簧的校核 后悬架的形式是纵置半椭圆钢板弹簧，并带有副钢板弹簧的的非独立悬 架，主钢板弹簧长mml1300=，前端长mml600 1 =，后端长mml700 2 =，宽 mmd70=，厚mm9=，共有8=n片，副钢板弹簧长mml630=，9=n片，弹 簧固定点到地面的距离是mmc740=。汽车驱动时，后钢板弹簧承受的压力最 大，其前半段出现最大应力由下式计算： () () + + = 1 22 021 21 22 max bh mg wll cllmg （2-12） 式中： 2 g -作用在后轮上的垂直静载荷； 2 m -驱动时后轴转移系数，对货车 2 m =1.101.20； -道路附着系数， =0.70.8； 18 0 w -钢板弹簧总截面系数； b-钢板弹簧宽度； 1 h -钢板弹簧主片厚度； 已知 2 g=ngm 2 . 43061 2 =，b=70， 1 h=9， 0 w =() 3 3 1 5953586 12 1 mmbh=+，取 2 m =1.15, =0.71 则： mpa 1 . 465 max =，后主钢板弹簧的许用应力是 mpa1000=，后悬架满 足强度要求。 2.6.3 主车架强度的校核 在校核洒水车的主车架的强度前做以下几点假设：纵梁为前后轴上的简 支梁；空载时全部质量均布在左右纵梁上，满载时的有效载荷则均布在水箱 全长上；所有作用力均通过截面的弯心（忽略不计局部的扭转产生的影响） 。 整车整备质量由底盘总成、水箱总成、取力器、备胎、工作台、水管系 统和工作人员组成： 0 m =2660+712+50+125+195+43+35=3717 水箱的设计容量是 4 吨，实际满载时装水 1 m =3 吨。载荷工况如下图所 示： 其中 ： s g =gm0 3 2 =24284n e g = 1 m g=29400n 19 一、 确定最大弯矩 根据图中所示载荷工况，可求得支反力为： ()() esr gccgbl l f 21 22 2 1 += ； （2-13） 在前轴至后轴的这一段距离的纵梁的弯矩为： ()()2 1 2 1 22 xlc c g ax l g xfm es rx +=； （2-14） 对 1-6 求导并令 x m d d x =0，即： ()() 11 clx c g ax l g f d d es r x mx +=0； （2-15） 由 1-7 得： () + + = c g l g c clg l ag f x es es r 1 1 ； （2-16） 将 a=1.035m、b=1.457m、c=3.4m、 1 c =2.958m、 2 c =0.442m、l=3.308、 l=5.9m，代入（2-13） 、 （2-16）中得： = 1r f22141n =x1.638m 把它们代入 1-6 中得： = max m14391mn 二、纵梁弯曲强度的校核 y yc c a3 a2 a1 20 如上图所示， 把槽钢分为三部分， 1 a 、 2 a 、 3 a 的形心分别是 （3.5,16.675） 、 （0.325,8.5） 、 （3.5,0.325） 。这三部分相对与 y 轴的惯性矩由下式： aaii ycy 2 +=； 式中： yc i-原对称图形相对于 yc 轴的惯性矩； a -y 轴与 yc 轴的距离； a-图形的面积； 1 a =0.657=4.55 2 cm = 3 a ； 2 a =0.6515.7=10.205 2 cm ； 则： 1 i =() 4 2 3 239.30455 . 4 5 . 8675.1665 . 0 7 12 1 cm=+= 3 i ； 2 i = 43 619.209 7 . 1565 . 0 12 1 cm=； 则： 4 321 097.818cmiiiiy=+=； 因为最大弯矩通过纵梁的弯心，所以纵梁的抗弯截面系数为： 3 246.96 5 . 8 097.818 2 cm h i w y =； 最大弯曲应力是： = w m 2 max max = 246.962 1439100 74.8mpa； 主车架弯曲强度的条件为： k max 式中： max -纵梁的最大静弯曲应力； -纵梁材料的许用应力； k -动荷系数，一般 k =34.3。 我国汽车行业多用mnl16作为主车架的纵横梁材料，它的屈服极限是 = s 353mpa。洒水车多在城市的公路上作业，根据其作业条件取 k =3.4。则： = k = 4 . 3 353 103.8mpa74.8mpa 所以改装后的洒水车的主车架弯曲强度满足材料要求，设计合适。 21 2.6.4 水箱联接螺栓的校核 洒水车在起步、加速、制动、和减速的时刻，水箱螺栓组承受水平方向 的惯性力的作用。因为与主车架相联接的螺栓是铰制孔螺栓，螺栓与孔壁之 间无间隙，接触表面受挤压，在联接结合面出，螺栓杆则受剪切。因此，分 别按挤压和剪切强度条件来计算。 计算时，假设螺栓杆与孔壁之间的压力是均匀分布，又因为这种联接所 受的预紧力很小，所以不考虑预紧力和螺纹摩擦力矩的影响。 螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为： pp ld f = min0 （2-17） 螺栓杆的剪切强度条件为： = 2 0 4 d f （2-18） 式中： f -螺栓所受的工作剪力，单位是 n； 0 d -螺栓剪切面的直径（可取为螺栓孔的直径） ，单位是 mm； min l-螺 栓 杆 和 孔 壁 挤 压 面 的 最 小 高 度 ， 单 位是 mm,设计 时 使 min l=1.25 0 d ； p -螺栓或孔壁材料的许用挤压应力，单位是 mpa； -螺栓材料的许用切应力，单位是 mpa。 假设洒水车以 0.6g 的加速度起步，则因为水箱满载时大概为 3800 ， 则此时螺栓组的总载荷是=f38000.6g=22344n。 洒水车螺栓组的受力如 下图所示： 22 一、 螺栓组受力分析 共有 4 个联接止推板，每个止推板上有 6 个铰制孔螺栓，每个螺栓的受 力相等，则每个螺栓受力是： = z f f= 64 22344 931n； 二、 螺栓直径的确定及校核 选择螺栓的材料为 45 钢， 性能等级为 4.6 级， 查得屈服极限= s 240mpa， 屈服安全系数为= p s1.5，剪切安全系数为=s4。 则屈服极限是 p s p s =160 5 . 1 240 =mpa； 剪切极限为 s s = 4 240 60mpa。 由式（2-18）得： f d 4 0 = 601416 . 3 9314 =4.445mm。 洒水车上的螺栓选用 m10 的铰制孔螺栓，满足剪切强度的要求。 又在设计时用的止推板的厚度=6mm，故 min l=6mm。此时螺栓杆与孔壁的 挤压极限是： min0l d f p = 610 931 =15.5mpa p 故挤压强度也满足要求。 2.6.5 水泵螺栓组的校核 在静载荷的作用下，水泵螺栓组受水泵的重力，底座的重力的作用，水 泵重 50 ，底座钢板采用 gb709-1988 的钢板，厚度为 6mm 的这种板料的理 论质量 w=47.1 2 m kg ，则底座的质量是： m =47.1(0.33+0.36)0.2=6.5 。 一 、受力分析 螺栓的受力如下图所示： 23 主车架截面 在 f 的作用下，螺栓主要横向力 v f 和倾覆力矩 m 的作用。 v f = f =（50+6.5）9.8=553.7n； m =17.5 f =553.717.5=9689.8ncm； 在 m 的作用下： 上排螺栓受的轴向力为： = = z i i l ml f 1 2 max 1 = 4 . 179 181818 18 8 . 9689 222 = + n； 下排螺栓受的轴向力为： = = z i i l ml f 1 max 2 = 6 . 293 113 119689 2 = n； 所以下排螺栓受的轴向力较大，需要强度校核。 在横向力 v f 的作用下，底座联接面可能产生滑移，根据不滑移的条件： vsh mb m fkf cc c zff + 0 式中： z -联接面螺栓总数； 24 f-接合面摩擦系数； 0 f -单个螺栓预紧力； h f-接合面的轴向力，这里取 h f= 2 f =293.6n； s k -防滑系数，一般 s k =1.11.3； v f-接合面的横向力，这里 v f= v f =553.7n。 查 得f=0.14 ， 并 取 螺 栓 的 相 对 刚 度 mb b cc c + =0.2 ， 则 mb b mb m cc c cc c + = + 1=0.8，取 s k =1.2。则每个螺栓的预紧力为： + + h mb mvs f cc c f fk z f 1 0 = 1 . 830 6 . 2938 . 0 14 . 0 7 . 5532 . 1 6 1 = + n； 取 0 f =1000n。 则每个螺栓所受的总拉力为： 203 f cc c ff mb b + +=6 .2932 . 01000+=1058.7n。 二 、确定螺栓的直径 选择螺栓的材料为 45 钢，性能等级 4.6 级，查得材料的屈服极限 s =240mpa，安全系数为s=5，故螺栓的许用应力为 s s = 5 240 =48mpa。 由下式求得螺栓危险截面的直径（螺纹的小径 1 d ）为： 2 1 3 . 14f d = 481416 . 3 7 . 10583 . 14 =6.042 ； 按普通螺纹的基本尺寸标准（gb196-81） ，选用螺纹公称直径 d=10 ， 螺纹小径 1 d =8.376 6.042 。 三 、校核螺栓接合面的工作能力 联接接合面上端的挤压应力不超过许用值，以防止被压碎。 w m f cc c zf a mb m p + + = 10max 1 ； 式中： a-接合面的有效面积，此时 a=1020=200 2 cm ； w-接合面的弯曲截面系数，此时 w= 6 1020 2 =333.3 3 cm 。 25 则： maxp =58.4 2 cm n =0.584mpa。 查得 sp 8 . 0=0.8240=192mpa0.584mpa，所以接合面的上端不会 被压碎。 接合面的下端应保持一定的残余应力，以防止底座受力时接合面产生间 隙 minp 0，由下式： w m f cc c zf a mb m p + = 20min 1 =-0.24 2 cm n 0， 所以预紧力有些小，应是 minp 0 求得： 0 f 1008.1n，取 0 f =1200n。这时每个螺栓的总拉力是： 203 f cc c ff mb b + +=1200+0.2293.6=1258.7n； 此时螺栓危险截面的小径是： 2 1 3 . 14f d = 481416 . 3 7 . 12583 . 14 =6.558 ， 所以选用的 m10 的螺栓仍合 适。由于预紧力的变化不大，而接合面的许用挤压应力较大，底座接合面处 仍不会被压碎，接合面处不会产生间隙。 四、 校核螺栓预紧力是否合适 对碳素钢螺栓要求的预紧力如下式： 0 f（0.60.7） 1 a s ； 1 a = 2 1 4 d = 2 376 . 8 4 1416 . 3 =55.102 2 mm ； 取预紧力下限 0.6 1 a s =0.624055.102=7934.6n 0 f ，所以预紧 力满足要求。 26 第三章 变速器改装与设计 洒水车变速器改装的目的是根据洒水量的要求而进行的，主要是通过增 加原变速器一、二档的传动比，从而降低车速，通过取力器给泵提供功率， 达到洒水的目的。 3.1 、档传动比的确定 跃进 nj131 型的具体参数从有关手册查得如下： 变速器型号为 cas5-20； 变速器各档传动比: 表 3.1 变速器各档传动比 1 档 2 档 3 档 4 档 倒档 640 309 169 100 576 排档位置： 13 24 倒 图 31 变速器排档位置 主减速比：i0 =6.67； 最高车速 80hkm，最低稳定车速 45hkm，最低经济车速 40hkm，最大爬 坡度 16 o 40 ； 发动机结构参数 nj70l 1型，最大功率 ()min330068.64rkw,最大扭矩 27 ()min1400196rmn ； 轮胎：普通斜交胎 7.0020,断面宽度 200mm,外直径 904。 从常用泵智能选择与查询手册选择泵 650z60/32，其具体参数下 表： 表 3.2 泵 650z-60/32 的参数 q/(m 3/h) h/m 轴功率/kw 60 32 6.2 选择洒水宽度 h=8，洒水量 q=1.03 2 ml，则： hqvt=qt v= hq q = 03. 18 60 =7.0hkm 再选择洒水宽度 h=8，洒水量 q=0.48 2 ml，则： v= hq q = 48 . 0 8 60 =15hkm 因为发动机工作范围 14003300minr 取 n=2000minr,并计算传动比 a=0.377 0 ii rn g ig=0.377 0 i rn a 一档 ig1=0.377 0 i rn a =0.377 67. 60 . 7 2000 2 904. 0 =7.02 二档 ig2=0.377 0 i rn a =0.377 67. 615 2000 2 904. 0 =3.27 28 3.2 、档齿轮齿数的确定 齿轮的计算： 档齿轮 z 7，z8的计算： z 7z8= n m a2 = 75 . 2 29cos852 o =54 8 7 z z =i1 2 1 z z =6.81 38 21 =3.76 3.76 z8+ z8=54 z8=11.34,取 z8=11, 则 z 743。 档 7.00（ 21 38 11 43 ） 。 档齿轮 z 5，z6的计算： z 5z6= n m a2 = 5 . 2 29cos852 o =59 6 5 z z =i 2 2 1 z z =3.27 38 21 =1.81, 1.81 z 6+ z6=59, z 6=20.99,取 z6=21, 则 z 5=38。 档 3.27（ 21 38 21 38 ） 。 改装后的变速器各档传动比参看表（3.3） 。 29 表 3.3 改装后变速器各档传动比 1 档 7.0（ 21 38 11 43 ） 2 档 3.27（ 21 38 21 38 ） 3 档 1.634（ 21 38 31 28 ） 4 档 1 倒档 7.2 （ 21 38 17 68 ） 计算各齿轮参数见表（3.4） ，中间轴式四档变速器简图见图（3-2） 。 表 3.4 各档齿轮参数表： 名称 z d= cos n zm h a=mnh a hf =m n(h * a+c * n) d a=d+2ha df =d-2h f 常啮合 21 60.03 2.5 3.125 65.03 53.78 38 108.62 2.5 3.125 113.62 102.37 1 档 11 34.59 2.75 3.4375 40.09 27.715 43 135.20 2.75 3.4375 140.70 128.325 2 档 21 60.03 2.5 3.125 65.03 53.78 38 108.62 2.5 3.125 113.62 102.37 3 档 28 80.03 2.5 3.125 85.03 73.78 31 88.61 2.5 3.125 93.61 82.36 倒档 17 21.25 2.5 3.125 47.5 36.25 30 75 2.5 3.125 80.0 68.75 45 112.5 2.5 3.125 117.5 106.25 30 图 3-2 中间轴式四档变速器 31 第四章 取力器设计 4.1 取力器工作原理 本次设计的取力器为变速器侧盖取力。由取力机构齿轮箱、操纵机构、 传动轴、一级增速齿轮箱等组成。取力器壳体（21）由定位销（2）定位，用 螺钉（6）紧固在洒水车变速器的侧下方。滚针轴承（4）套在轴上，输入齿 轮 （3）与变速器中间轴上的齿轮长啮合。图示位置为取力器空挡位置。此时， 发动机工作，变速器也工作，但由于输出轴大齿轮（17）是安装在滚针轴承 上，只能绕输出轴（18）空转，动力不能由输出轴传出，水泵不工作。 当操纵洒水车驾驶室内仪表板上的手动气阀，给取力机构汽缸（11）供 气时，压缩空气进入汽缸（11）推动活塞杆（15）向前移动。通过拨叉（16） 将啮合套（20）向左推移，使之与小齿轮（19）啮合。由于啮合套与输出轴 花键配合，动力便从变速器经输入