副车架设计说明书

青岛理工大学毕业设计 论文 摘要 摘摘 要要 本文是对侧倾式自卸汽车副车架总成设计的简要说明 本文首先对自卸车的设计特点以及国内外发展现状做了相关的概述 简要 介绍了自卸汽车的历史跟发展前景 文中通过对所给参数进行分析论证 对副 车架纵梁的尺寸参数 材料选择 横梁的参数设计 材料选择 纵梁与横梁之 间连接结构 举升机构在副车架上的安装方式进行了设计 在设计副车架总成 纵梁的的过程中 充分考虑了自卸汽车的经济性跟使用功能 在其他部件的设 计过程中 充分考虑了它们之间的相互配合 使它们能够协调工作 所设计的副车架总成能够满足预期期望 提供车厢 举升机构的安装位置 改善自卸汽车主车架的应力分布情况 关键字关键字 自卸汽车副车架总成 纵梁 横梁 连接结构安装位置 举升机构安 装位置 设计 青岛理工大学毕业设计 论文 ABSTRACT ABSTRACTABSTRACT That design specification is a simple explanation for the design of a subframe for a roll type dump truck In that design specification a simple but clear view about the roll type dump truck was given to help people understand the history of the roll type dump truck better To achieve that target in this design specification the deputy frame rails the subframe beams the connection of the deputy frame rails and the subframe beams the installation location of lifting mechanism must be well designed This subframe can achieve the expectation of the roll type dump truck as required And that subframe also provide some place to install the lifting mechanism and the compartment As people expect it also can make the roll type dump truck have a better work situation When design the subframe beams the economic effect and the function was considered And so on the others KeyKey wordswords subframe for a roll type dump truck deputy frame rails subframe beams location of connection location of lifting mechanism design 青岛理工大学毕业设计 论文 目录 1 目目 录录 第一章 绪论 1 1 1 课题的研究背景 意义 1 1 1 1 课题的研究背景 1 1 1 2 课题的研究意义 1 第二章 副车架总体方案设计 4 2 1 副车架截面形状及尺寸的设计 6 2 2 副车架前端形状的设计 7 2 3 举升机构位置的设计 8 2 4 连接结构安装位置的选择 9 2 5 铰支座位置的设计 11 2 6 副车架在二类底盘上的布置 11 第三章 副车架及相关零部件结构设计 13 3 1 纵梁的设计 13 3 1 1 纵梁结构 材料设计 13 3 1 1 纵梁强度校核 13 3 2 横梁的设计 19 3 3 连接结构的设计 20 3 3 1 副车架纵梁与横梁的连接方式的选择 20 3 3 2 铆缝的强度计算 21 3 3 2 焊接强度的计算 22 3 4 铰支座的设计 23 3 4 1 车厢与副车架连接铰支座的设计 23 3 4 2 举升机构与副车架连接铰支座的设计 24 第四章 结 论 25 致 谢 28 参考文献 29 附 录 30 青岛理工大学毕业设计 论文 绪论 1 第一章第一章 绪论绪论 1 11 1 课题的研究背景 意义课题的研究背景 意义 1 1 11 1 1 课题的研究背景 课题的研究背景 自卸汽车是利用汽车本身的发动机动力驱动液压举升机构 使车厢倾斜一 定角度进行卸货 并依靠车厢自重自动落下复位的专用汽车 目前 自卸汽车的应用相当广泛 随着我国建设速度的加快 对自卸汽车 的需求量越来越大 2007 年自卸汽车产量为辆 2008 年为辆 其中 重型自卸 汽车在 2007 年产量占自卸汽车总产量的 44 9 2008 年为 57 4 1 自卸汽车有多种不同的类型 通常按照用途可以分为两类 用于非公路 运输用的重型和超重型自卸汽车 装载质量一般在 20t 以上 主要承担大型矿 山 水利工地等的运输任务 通常与挖掘机配套使用 这类自卸汽车称为矿用 自卸汽车 其长度 宽度 高度及轴荷不受公路法规限制 但是只能在工地 矿山或指定的地方使用 用于公路运输的车辆 分为轻 中 重型自卸汽车 装载质量为 2 到 20t 主要承担沙石 泥土 煤炭等松散物质的运输 通常与 装载机配套使用 称为普通自卸汽车 2 自卸汽车按照结构分类又可以分为后倾式自卸汽车 侧卸自卸汽车 三面 卸自卸汽车和底卸式自卸汽车 重型自卸汽车多采用侧倾式结构 以避免后倾 式引起的失稳或卸货不完全等问题 本课题就是针对总质量为 26 吨的重型侧倾 式自卸汽车进行副车架总成设计 1 1 21 1 2 课题的研究意义 课题的研究意义 自卸汽车的设计主要是根据用户需求 在定型的二类底盘上合理布置车厢 举升机构等零部件 使汽车具有自卸功能 自卸汽车的副车架位于车厢底部与 汽车底盘主车架之间 副车架可以起到一个缓冲的作用 改善主车架的承载情 况 避免集中载荷 副车架通常通过 U 形螺栓和连接板等与主车架固定 副车 青岛理工大学毕业设计 论文 绪论 2 架后端焊有铰接支座 车厢与副车架通过该铰链支座相连 车厢在举升机构的 作用下 绕着这个铰链支座转动 副车架实际上就是自卸汽车车厢与自卸汽车主车架连接的一个缓冲带 在 不破坏主车架的结构情况下 自卸汽车车厢跟自卸汽车主车架之间采用副车架 过渡 可以改善自卸汽车主车架的承载情况 避免集中载荷 副车架可以有效 的保护主车架 延长自卸汽车的使用寿命 副车架总成的设计有着很重要的现实意义 重型自卸汽车装载质量大 对 副车架的的要求更加严格 采用刚性足够的副车架 可以使主车架纵梁所承受 的载荷均匀分布 所受应力值较小 有效的避免了载荷集中 有利于增加车架 纵梁的强度和寿命 本课题的基本内容为 1 根据给定的设计参数 确定副车架结构型式 尺寸 首先 要根据前人经验预定好副车架的结构形式 尺寸 然后对副车架纵 梁进行强度校核 使设计的副车架总成做到充分利用材料 以期达到用料结构 性能与其经济性的良好结合 2 设计副车架连接结构 主 副车架连接结构 根据所读资料 初步选定副车架的连接结构有两种 一种是焊接 另一种 是铆接 焊接与铆接各自的特点在下文中会有叙述 3 绘制副车架总成图 主 副车架连接总成图 组件装配图 零件图 根据给定的基本内容进行副车架总成设计时 需要留意以下几点 尽量使 所设计的副车架总成能够很好的满足自卸汽车使用要求 1 副车架截面形状及尺寸的设计 自卸汽车副车架的截面形状一般与主车架的纵梁截面形状相同 多采用槽 型结构 在本设计中 副车架的纵梁初步设计成采用 8mm 钢板冲压成形 2 副车架前端形状的设计 副车架的前端形状设计的优劣直接影响到主车架的应力分布情况 3 副车架在二类底盘上的布置 副车架在汽车底盘上布置时 其前端应尽可能的往驾驶室后围靠近 在满足 轴荷分配的前提下 车厢与驾驶室的距离不宜太大 副车架前端离主车架拱形 青岛理工大学毕业设计 论文 绪论 3 横梁的距离 一般在 100mm 之内 固定副车架的前面第一个 U 形螺栓距拱形横 梁的距离一般控制在 500 800mm 的范围内 2 4 副车架与主车架之间连接结构的设计 当副车架固定在主车架上时 副粱与车架压紧缓冲垫后 副粱与车架上的 连接支架之间还应保留 20mm 左右的间隙 可采用多种结构形式的联接装置将副 车架固定在主车架上 主 副车架的连接有三种形式 1 连接支架 2 止推 连接板 3 U 形螺栓 2 5 副车架练接结构的设计 1 选择合适的焊接工艺 焊接材料 使焊接残余应力降到最小 2 选择合适的铆接工艺 连接材料 尽量使应力集中降到最小 6 材料的选择及强度校核 选定二类底盘后 进行副车架总体方案的设计时 应该在设计过程中考虑 副车架自身结构 刚性分布等 要尽量符合主车架在承载状况下的变形规律 使副车架顺应主车架的扭曲 达到主 副车架的刚性尽量匹配合理 副车架上 还要设计出举升机构的安装位置 在副车架的相关零部件结构设计中 根据主车架的横梁 纵梁的尺寸来确 定副车架横梁 纵梁的尺寸 根据主车架的纵梁截面形式选择副车架的纵梁截 面形式 主 副车架的截面形状一般相同 主 副车架联接结构的设计 连接支架应该和止推连接板配合使用 一般 布置是在后悬架前支座前用连接支架连接 后悬架前支座后用止推连接板连接 相邻的俩个止推连接板之间的距离在 500 1000mm 的范围内 U 形螺栓不能 用在车架受扭转载荷最大的范围内 青岛理工大学毕业设计 论文 副车架总体方案设计 4 第二章 副车架总体方案设计 在专用汽车设计时 为了改善主车架的承载情况 避免集中载荷 同时也 为了不破坏主车架的结构 一般多采用副车架过渡 本车最大允许总质量为 26T 在工作中可能会受较大的弯曲应力 因此 本车副车架纵梁将采用抗弯 性能较好的材料 材料为 16MnL 即 Q345 钢 这种材料在工程上一般用于汽 车纵梁的生产制造 在增加副车架的同时 为了避免由于副车架刚度的急剧变化而引起主车架 上的应力集中 所以对副车架的形状 安装位置及与主车架的连接方式都有一 定的要求 专用汽车二类底盘选用 CA3258P1K2BT1 详细参数见表 2 1 表 2 1 CA3258P1K2BT1 二类底盘尺寸 底盘型号 CA3258P1K2BT1 底盘整备质量 7900kg 整备质量时前 后 轴荷 3535 4365kg 最大允许总质量 25490kg 前 后 轴允许最大载荷 5490 20000kg 质量参数 最高车速 92km h 最大爬坡度 43 加速行驶车外最大噪声 88dB A 最小转弯直径 16 8m 续驶里程 950km 最高档 60km h 等速油耗 27L 100km 性能参数 制动距离 36 7m 总长 7290mm 尺寸参数 总宽 2455mm 总高 2730mm 驾驶室翻转半径 前 后悬 1240 1200mm 轴距 3500 1350mm 轮距 1914 1847mm 空 满 最小离地间隙 245mm 接近角 30 离去角 32 青岛理工大学毕业设计 论文 副车架总体方案设计 5 重心至前轴中心距 2300mm 底盘重心高度 910mm 推荐车厢长度 5400mm 型号 CA6DE2 24 CA6DF2 24 CA6DF2 26 最大功率 kw rpm 177 2300177 2300192 2300 最大扭矩 n m rpm 890 1400890 1400930 1400 发动机 生产厂家一汽集团 型式单片 干式 膜片弹簧压紧式离合 器 摩擦片外径 430mm 机械式操 纵机构 离合器 生产商一汽集团 型号 CA7T156 型式机械式变速器 变速器 生产商一汽集团 总量断面尺寸 280mm 90mm 8mm 加强板尺寸 264mm 82mm 5mm 车架总成宽度 865mm 车架上表面离地高度 1075mm 车架有效长度 车架 底盘 满载 后桥中心处车架 上平面至地面高度 1082 1034mm 前簧 长 宽 厚 mm 片数 1350 90 10 12 后簧 长 宽 厚 mm 片数 1350 100 20 10 悬架 辅助弹簧 长 宽 厚 mm 片数 底盘如图 2 1 图 2 1 CA3258P1K2BT1 自卸车底盘车架总成图 青岛理工大学毕业设计 论文 副车架总体方案设计 6 自卸汽车副车架的总体方案设计就是在 CA3258P1K2BT1 自卸车底盘车架总 成的基础上进行 CA3258P1K2BT1 自卸车底盘车架总成详细资料见附录 1 2 12 1 副车架截面形状及尺寸的设计副车架截面形状及尺寸的设计 专用汽车副车架的截面形状一般和主车架纵梁的截面形状相同 多采用如 图 2 2 所示的槽形结构 其截面形状尺寸取决于专用汽车的种类及其承受载荷 的大小 对于随车起重运输车的副车架来说 在安装起重装置的范围内 应按 如图 2 3 和图 2 4 所示的方式用一块腹板将副车架截面封闭起来 以提高副车 架的抗扭和抗弯能力 图 2 2 副车架的截面形状 图 2 3 加强后的副车架截面形状 1 副车架 2 腹板 青岛理工大学毕业设计 论文 副车架总体方案设计 7 图 2 4 加强腹板的位置 参照 CA3258P1K2BT1 二类底盘主车架车架纵梁端面尺寸 见表 2 1 详见 附录 3 初步选定副车架纵梁端面尺寸为 200 mm 90 mm 8mm 所设计的副车架截面形状如图 2 2 腹板可根据实际情况补充添加 如果 添加 其副车架的截面形状如图 2 3 2 22 2 副车架前端形状的设计副车架前端形状的设计 为了避免由于副车架截面高度尺寸的突然变化而引起主车架纵梁的应力集 中 副车架的前端形状应采用逐步过渡的方式 例如采用如图 2 2 所示的 3 种 过渡方式 对于这三种不同形状的副车架前端 在其与主车架纵梁相接触的翼面上部 加工有局部斜面 其斜面尺寸如表 2 5 所列 h0 1mm l0 12 20mm 2 图图 2 5 副车架的三种前端形状 a U 形 b 角形 c L 形 表 2 2 副车架前端的结构尺寸 序号类别 ll0hh0 a U 形 1 0 1 2 H 15 20mm 0 6 0 7 H 1mm b 角形15 20mm 0 2 0 3 H 1mm 30 c L 形 H15 20mm 0 25 0 35 H 1mm 50 青岛理工大学毕业设计 论文 副车架总体方案设计 8 如果加工上述形状困难时 可以采用如图 2 6 所示的副车架前端简易形状 此时斜面尺寸较大 对于钢质副车架 h0 57mm l0 200mm 300mm 2 对于硬木质副车架 h0 5mm 10mm l0 H 2 图 2 6 副车架前端简易形状 a 刚质副车架 b 硬木质副车架 本课题即采用图 2 6 副车架前端简易形状中的 a 刚质副车架 初步选定 其尺寸 h0 57mm l0 200mm 2 32 3 举升机构位置的设计举升机构位置的设计 举升机构的液压油缸通过油缸支座铰接固定于副梁油缸支座横梁上 油缸 可绕油缸下轴线在油缸支座内摆动 油缸下销轴位于副车架对称面并平行于副 梁的对称中心线 副车架上的副梁油缸支座横梁形状如图 2 7 所示 在本设计中 举升液压缸的安装铰支座是有两根横梁组成的 如图 每根 横梁上各自安装有轴承 这样的设计 在自卸汽车车厢侧倾的情况下 能够方 便举升液压缸的安装 青岛理工大学毕业设计 论文 副车架总体方案设计 9 图 2 7 副车架液压缸铰支座安装横梁 详细内容见 cad 图纸 2 42 4 连接结构安装位置的选择连接结构安装位置的选择 副车架与主车架的连接常采用如下几种形式 1 止推连接板 2 图 2 8 是一种重型专用汽车 斯太尔 所采用的止推连接板的结构形状及 其安装方式 连接板上端通过焊接与副车架固定 而下端则利用螺栓与主车架 纵梁腹板相连接 止推板的优点在于可以承受较大的水平载荷 防止副车架与 主车架纵梁产生相对水平位移 相邻两个推止推连接板之间的距离在 500 1000 mm 范围内 青岛理工大学毕业设计 论文 副车架总体方案设计 10 图 2 8 止推连接板的结构 1 副车架 2 止推连接板 3 主车架纵梁 2 连接支架 2 连接支架由相互独立的上 下托架组成 上 下托架均通过螺栓分别与副 车架和主车架纵梁的腹板相固定 然后再用螺栓将上 下托架相连接 见图 2 9 所示 由于上 下托架之间留有间隙 因此连接支架所能承受的水平载荷较小 所以连接支架应和止推连接板配合使用 一般布置是在后悬架前支座前用连接 支架连接 在后悬架前支座后用止推连接板连接 图 2 9 连接支架 1 上托架 2 下托架 3 螺栓 3 U 形夹紧螺栓 2 当选用其它连接装置有困难时 可采用 U 形夹紧螺栓 但在车架受扭 转载荷最大的范围内不允许采用 U 形螺栓 当采用 U 形螺栓固定时 为防 止主车架纵梁翼面变形 应在其内侧衬以木块 坦在消声器附近 必须使 用角铁等作内衬 图 2 10 是一种 U 形螺栓的实物图 青岛理工大学毕业设计 论文 副车架总体方案设计 11 图 2 10 一种 U 形螺栓的实物图 综合考虑三种连接方式的特点 以及装配工艺性 本课题的连接结构方式 选择止推连接板和连接支架两种形式 自卸汽车主车架 副车架的具体连接位置尺寸参见附录 2 2 52 5 铰支座位置的设计铰支座位置的设计 本课题要求此侧倾式自卸汽车的车厢应当能够满足往左右倾斜卸货 以满 足不同工况下的使用情况 在副车架的两根纵梁上都安装铰支座 同时配合车 厢上的铰支座 便可满足这一要求 为了减轻铰支座上的载荷 每根纵梁上采 用 5 个铰支座 其安装位置如图 2 11 所示 图 2 11 副车架上铰支座位置图 副车架上与车厢连接的铰支座具体位置在附录 2 里也有体现 青岛理工大学毕业设计 论文 副车架总体方案设计 12 2 62 6 副车架在二类底盘上的布置副车架在二类底盘上的布置 侧倾式自卸汽车副车架在二类底盘上的布置应大体按照以下两个原则进行 1 在保证自卸汽车使用安全 可靠的前提下 为了提高挠曲性 减小副车 架刚度 应尽量减少副车架横梁的数量 以减少对纵梁扭转的约束 2 当副车架结构刚性要求较高时 可在主 副车架的中间增加一层橡胶垫 或软木 这样 当主车架变形时可以用弹性橡胶或软木的变形来减弱副车架对 主车架的约束 副车架与主车架连接如图 2 12 所示 图 2 12 副车架与主车架的连接 青岛理工大学毕业设计 论文 副车架及相关零部件结构设计 13 第三章第三章 副车架及相关零部件结构设计副车架及相关零部件结构设计 3 13 1 纵梁的设计纵梁的设计 3 1 13 1 1 纵梁结构 材料设计纵梁结构 材料设计 副车架纵梁初步选用 16MnL 来制造 即 Q345 钢 这种材料在工程上一般 用于汽车纵梁的生产制造 在本设计中 副车架纵梁已初步选定用 8mm 钢板冲 压而成 截面尺寸初步选为 200mm 90mm 8mm 腹板尺寸也为 8mm 材料 初步定为 Q235 3 1 13 1 1 纵梁强度校核纵梁强度校核 纵梁的弯矩计算 在实际使用状况下 主 副车架的受力情况比较复杂 在车架的初始设计时 一般把对车架的强度校核简化为对车架纵梁进行弯曲强 度校核 在对车架纵梁进行强度校核时 作以下假设 1 纵梁是支撑在悬架支座上 的简支梁 2 所有作用力均通过车架纵梁断面的弯曲中心 即纵梁只发生纯弯 曲 空车簧载质量均匀分布在汽车左 右纵梁上 3 满载时的有效载质量为 集中载荷 在平稳行驶工况下 满载时车厢内的货物易简化为均布载荷 卸货 过程中并须按照集中力处理 主 副车架为刚性连接 即主 副车架的桡度完 全相同 当满载时有效在质量作为集中力处理时 车架受力分析如下图 3 1 所示 青岛理工大学毕业设计 论文 副车架及相关零部件结构设计 14 图 3 1 满载有效载荷作为集中载荷处理时的车架受力分析 其中 Ge为有效载质量的集中载荷 GefGer为前 后支架所承受的有效载质 量 由上装平衡条件计算可得 3 1 2 n fe 2 d 2 n f GGeef 3 2 2 n fe 2 d 2 d e GGGGeefeer Ff Fr为前 后轴对车架的支反力 由车架平衡条件计算可得 3 3 b nf1bGa 2 L G F es f 3 4 b 1nf1 2 L G F s r Gs为空车簧载质量 取 m0是汽车整备质量 3 gm2 G 0 s 在这种情况下 车架纵梁弯矩计算公式见下 aX0 L2 XG M 2 s 1 caXa aXF L2 XG Mf 2 s 2 青岛理工大学毕业设计 论文 副车架及相关零部件结构设计 15 dcaXca d2 caXG aXF L2 XG M 2 ef f 2 s 3 baXdca dcaXGaXF L2 XG Meff 2 s 4 nlbaXba L2 baXG baXGM 2 s er5 LXnlba n2 nlbaXG L2 nlbaXG M 2 er 2 s 6 在平稳行驶时 自卸汽车的有效载质量可以简化为均布载荷 在这种情况 下 自卸汽车车架受到的弯矩的计算方法与上述不同 本课题中 汽车弯矩的计算方法取第二种 即自卸汽车的有效载质量简化 为均布载荷 其受力分析图如图 3 2 图 3 2 在这种情况下 3 5 2 ql Fa 3 6 2 ql Fb 剪力计算公式 3 7 qx 2 ql Fs 弯矩计算公式 3 8 2 qx 2 qlx M 2 青岛理工大学毕业设计 论文 副车架及相关零部件结构设计 16 在本设计中 经过计算 副车架 纵梁 横梁 与车厢的连接铰支座 的 近似体积为 纵梁 V1 33440cm3 8 055099202 横梁 V2 15912cm3 48 0 9 84 4 18101028 0 5 68201515 与车厢的连接铰支座 V3 6520 cm3 1034101108 01039 V V1 V2 V3 55872 cm3 又知道钢的密度为 7 85g cm3 所以 副车架的质量为 m 0 438t v 又因为底盘的整备质量为 7 9t 自卸汽车的最大允许载质量为 26t 故当汽 车满载时 加在主 副车架上的质量共有 17 662t 均布载荷计算公式 q 3 9 L Mg M 17 721t g 为重力加速度 此处取值 9 8n kg L 为副车架的长度 即 5 5m 经过计算 均布载荷为 q 31 47kn m 已知弯矩计算公式 代入数据 2 qx 2 qlx M 2 q 31 47kn m 0 X 5 5m 经过计算 最大弯矩发生在车架中部 Mmax 120 18kN m 主 副车架的弯矩计算 设在车架最大弯矩处 主车架纵梁的弯矩为 Mz 副车架纵梁所受的弯矩为 Mf 则有以下关系式 3 10 maxfzMMM 3 11 z zz EJ M dx yD 3 12 ff ff JE M dx yD 青岛理工大学毕业设计 论文 副车架及相关零部件结构设计 17 3 13 fzyy 式中 yf yz是副 主车架的挠度 Ez Ef是主 副车架纵梁材料的弹性 模量 Jz Jf是主 副车架纵梁的截面惯性矩 假设主 副车架纵梁的材料基本 一致 即 Ez Ef 则可得出副车架的最大弯矩 3 14 fz fmax maxf JJ JM M 截面惯性矩的算法 槽型钢跟腹板的组合可以近似认为为矩形截面粱 其近似形状见图 3 3 图 3 3 矩形截面的对 Z 轴的截面惯性矩计算公式为 3 15 12 bh 12 BH Jz 33 文中已经说明 副车架的截面尺寸初步选定为 200mm 90mm 8mm 根 据二类底盘主车架资料 其长度选定为 5500mm 即 B 0 09m H 0 2m b 0 082m h 0 184m 带入数据求得副车架的截面惯性矩为 0 m4 青岛理工大学毕业设计 论文 副车架及相关零部件结构设计 18 同理可得主车架的截面惯性矩为 0 m4 根据公式 上文已求得车架的最大弯矩 fz fmax maxf JJ JM M Mmax 120 18kN m 并代入上述数据可求得 副车架最大弯矩 Mfmax 47 002 kN m 对此预选副车架纵梁强度进行强度校核 副车架纵梁最大动弯曲应力计算公式 3 16 JJ2 MH fs fz maxf fd 式中 Hf为副车架纵梁高度 其高度为 200mm fs 为副车架纵梁材料 的许用应力 代入数据 求得 fd 102 497Gpa fs 345Gpa fs 查机械设计手册可得 计算可得 此副车架能够满足强度要求 为提高自卸汽车的经济性 减少底盘质量 决定减少副车架纵梁的高度 降为 140mm 在本设计中 经过计算 副车架 纵梁 横梁 与车厢的连接铰支座 的 近似体积为 纵梁 V1 28160cm3 8 055099142 横梁 V2 13625cm3 48 0 9 84 4 12101028 0 5 68141515 与车厢的连接铰支座 V3 6520 cm3 1034101108 01039 V V1 V2 V3 48305 cm3 又知道钢的密度为 7 85g cm3 所以 副车架的质量为 m 0 379t v 又因为底盘的整备质量为 7 9t 自卸汽车的最大允许载质量为 26t 故当汽 车满载时 加在主 副车架上的质量共有 17 721t 青岛理工大学毕业设计 论文 副车架及相关零部件结构设计 19 均布载荷计算公式 q L Mg M 17 721t g 为重力加速度 此处取值 9 8n kg L 为副车架的长度 即 5 5m 经过计算 均布载荷为 q 30 886kn m 代入数据求得 副车架的截面惯性矩为 0 2m4 主车架的截面惯性矩为 0 m4 副车架最大弯矩为 Mfmax 17 746kN m 对此副车架的纵梁进行强度校核 副车架纵梁最大动弯曲应力 3 16 JJ2 MH fs fz maxf fd 式中 HfM 为副车架纵梁高度 fs 副车架纵梁材料的许用应力 代入数据 求得 fd 77 6Gpa fs 345Gpa fs 查机械设计手册可得 此副车架总成设计能够满足自卸汽车的强度要求 对副车架强度的校核公式观察可以发现 在一定条件下 副车架分得的弯 矩虽其高度发生变化 其惯性截面矩的变化相对较小 故 在一定条件下 其 副车架的高度无论多少 都能达到其强度要求 不过为了优化自卸汽车主车架的应力分析 副车架的总成高度不能再降低 副车架的截面尺寸选定 140 90 8 3 23 2 横梁的设计横梁的设计 横梁的材料为 Q235 钢 本课题中的自卸汽车是侧倾式的 举升液压缸有 2 个 故必须设计出 2 个 举升液压缸的安装支座 其具体位置详见附录 2 横梁的具体安装位置详见附录 2 各横梁的具体形状见图 3 5 3 6 3 7 青岛理工大学毕业设计 论文 副车架及相关零部件结构设计 20 图 3 4 第一横梁 图 3 5 第六横梁 图 3 6 举升横梁 第一横梁跟第六横梁大小 截面尺寸相同 在 cad 图纸中 两者只给出第 一横梁的图纸 举升液压缸的安装绞支座由两根举升横梁组成 设计中给出两 个举升铰支座 故必须有 4 根举升横梁 又 为了满足自卸汽车的弯扭要求 不再设计其他的横梁 故所设计的横 梁共有六根 Cad 图纸中给出了一根第一横梁图 举升横梁图 3 33 3 连接结构的设计连接结构的设计 连接结构的坚固与否直接关系到自卸汽车的工作状况 连接结构的设计是 副车架总成设计中比较重要的环节 3 3 13 3 1 副车架纵梁与横梁的连接方式的选择副车架纵梁与横梁的连接方式的选择 副车架的纵梁与举升横梁的连接方式采用铆接 其结构形式见图 3 7 青岛理工大学毕业设计 论文 副车架及相关零部件结构设计 21 图 3 7 纵梁副梁铆接图 利用铆钉把两个以上的被铆件联接在一起的不可拆联接 称为铆钉联接 简称铆接 铆钉是一种金属制一端有帽的杆状零件 穿入被联接的构件后 在 杆的外端打 压出另一头 将构件压紧 固定 铆钉分为实心的和空心的两种 空心铆钉用于受力较小的薄板或非金属零件的联接 在本课题的情况下 铆钉 选用实心铆钉 铆钉材料选用合金钢 ML20MNA 形式采用平锥头铆钉 铆钉和被铆件铆合部分一起构成铆缝 根据工作情况要求 铆缝分为 强 固铆缝 强密铆缝 紧密铆缝 根据被铆件的相接位置 铆缝分为搭接和对接 两种 对接又分为单搭板对接和双搭板对接两种 每一种又可制成单排 双排 和多排等形式 如图所示 3 3 23 3 2 铆缝的强度计算铆缝的强度计算 铆钉间的距离称为钉距 垂直于载荷方向的钉距称为节距 用 t 表示 如图所示 图缺待补 铆缝的载荷垂直于铆钉中心连线 其合力通过铆钉组形 心 每个铆钉分担的载荷为 F 现取宽度等于节距 t 的一条铆缝进行分析 由 被铆件的拉伸强度条件 得知这条铆缝所能传递的载荷为 3 17 sd1F1 由被铆件的挤压强度条件 可得这个载荷为 青岛理工大学毕业设计 论文 副车架及相关零部件结构设计 22 3 18 dsFp2 由铆钉的剪切强度条件 可得 3 19 4 d F 2 3 以上式中 被铆件的许用拉应力 p 被铆件孔壁的许用挤 压应力 铆钉的许用切应力 s 被铆件的厚度 此处设两件的厚度 相等 d 针孔直径 也是铆钉的计算直径 决定这条铆缝的承载能力的是 F1 F2 F3中的最小值 整个铆缝的承载能 力就是这条铆缝承载能力乘以此单排中的铆钉数目 不同钢材的强固铆缝在静载荷下的许用应力见下表 表 3 1 许用应力 Q23516Mn15MnVZG230 450ZG310 570 200300335180240 115175195105140 p 320425435290370 铆钉材料为 ML2 或 ML3 钢时的许用应力 为 类孔为 185Mpa 类孔 为 155Mpa 铆钉头的许用拉应力为 120Mpa 在本课题的选材条件下 p 分别为 200 320 115 Mpa 铆钉的许用应力为 185Mpa 经过验算 可以满足强度要求 3 3 23 3 2 焊接强度的计算焊接强度的计算 副车架的纵梁与横梁 1 横梁 4 的连接方式采用焊接 焊接是借助加热 有时还需要加压 使两个以上的金属件在连接处形成分子或原子间结合从而 构成不可拆连接的连接方式 根据实现金属原子或分子间结合的方式不同 焊 接可以分为熔化焊 电弧焊 气焊 电渣焊等 压力焊 电阻焊 摩擦焊 钎焊 其中电弧焊应用最广 电弧焊操作灵活 适用范围广 连接强度高 是 目前最重要 用的最多的一种焊接方法 埋弧自动焊 氩弧焊等方法发明后 电弧焊的生产率大大提高 质量也得到了进一步的改善 青岛理工大学毕业设计 论文 副车架及相关零部件结构设计 23 根据被焊件在空间的相互位置 焊接接头基本上分为对接接头 搭接接头 和正交接头 T 形和 L 形 三种形式 坡口的基本形式和尺寸可参看 GB985 88 计算焊缝时假设 1 载荷沿焊缝均匀分布 2 焊缝中的工作应力也在其相应 的截面上均匀分布 副车架纵梁与副梁 1 副梁 4 的焊缝选择填角焊缝 其焊缝强度计算属于 端焊缝计算 3 kl7 0 F kl45sin F 20 为熔积金属的许用条件应力 见下表 表 3 2 许用应力 Q236 E43 16Mn E50 15MnV E55 160200220 经过验算 焊接强度能够满足副车架总成的强度要求 3 43 4 铰支座的设计铰支座的设计 铰支座设计直接关系到自卸汽车车厢的举升侧倾 是副车架设计中较为重 要的一个环节 在本设计中需要进行的铰支座设计有两种 1 车厢与副车架连 接铰支座的设计 2 举升机构与副车架连接铰支座的设计 二者的具体设计过 程见下文 3 4 13 4 1 车厢与副车架连接铰支座的设计车厢与副车架连接铰支座的设计 因为本课题所设计的自卸汽车要实现左右侧倾 因此必须在副车架的两根 纵梁上各安装绞支座 铰支座的位置结构详见附录 2 图 3 8 是此铰支座的示 意图 青岛理工大学毕业设计 论文 副车架及相关零部件结构设计 24 图 3 8 车厢与副车架连接铰支座示意图 其具体尺寸参数详见车厢铰支座零件图跟车厢铰支座装配图 侧倾式自卸汽车车厢进行举升时 当想要实现左侧倾的时候 只需要将车 厢左侧铰支与副车架左侧的铰支座连接 右侧活动 在举升液压缸的推动下 便可实现自卸汽车车厢的左侧倾 同理 可以实现自卸汽车车厢的右侧倾 3 4 23 4 2 举升机构与副车架连接铰支座的设计举升机构与副车架连接铰支座的设计 选用的举升液压缸为 4TG E150 830Z L3 即四级单作用伸缩式套筒液压 缸 其第一缸径是 150mm 举升机构与副车架连接铰支座就是在此基础上设计 出来的 举升机构安装在副车架举升横梁上 副车架举升横梁的结构形式见图 3 8 图 3 9 举升横梁 在本设计中 举升液压缸的安装铰支座要由两根举升横梁组成 故共有四 根举升横梁 其具体参数祥见 cad 图纸 青岛理工大学毕业设计 论文 结论 25 第四章 结 论 副车架总成设计相对于车的其它零部件设计来说 其设计计算相对简单 在设计副车架的时候 一般只考虑副车架的结构要求 强度要求 近年来 随 着科技的发展 以及化石燃料价格的日益增长 为了达到良好的经济型 副车 架总成设计在满足车架强度要求前提下 也开始追求车架质量的最小化 随着科技的进步 一些以前只应用于飞机 军事的材料也开始走向民用市 场 例如 比钢材的密度小的铝合金 钛合金 特别是高强度钢材 这些高科 技材料的应用大大减轻了车架重量 在一些只能采用钢材的部位 为了降低钢 板厚度 减轻车辆重量 可以采用用高强度的钢板 车架用的热轧钢板 也可 采用高强度钢材 欧美车系的重卡 例如斯堪尼亚 一般均采用高强度钢 不 过我国国产的重卡在这一领域才刚刚起步 重汽集团专用汽车公司 青专 牌 工程王自卸汽车的主车架钢板材料选用高强度特种合金钢板 主车架的强度比 一般主车架的强度要高 120 左右 高强度的材料出现也使得车架在结构方面变的日趋简单 随着设计水平 制造工艺的提高以及材料性能的提高 没有副车架的单层主车架完全可以胜任 自卸汽车标准载荷工况 2008 年北的京国际车展 东风 解放 陕汽等国产汽 车开始展示车架采用单层结构的重卡牵引车 其采用单层车架将是车架发展的 潮流趋势 重汽集团专用汽车公司 青专 牌工程王自卸汽车为了降低重心 采用了这种结构 整车无副车架 这种车的重心较一般自卸车重心降低 200mm 本课题要为总质量为 26t 采用侧倾式卸货方式的重型自卸汽车设计副车 架总成 在设计过程中 主要解决的问题有 1 副车架的结构尺寸 副车架的结构尺寸直接关系到自卸汽车车厢 举升 机构及各种辅助装置的安装 副车架的截面形状尺寸与其截面惯性矩有关 这 与它能分到的弯矩有必然关系 副车架的纵梁高度与其截面最大应力也有着必 青岛理工大学毕业设计 论文 结论 26 然的联系 这两个方面直接影响到副车架的选材 为了能有一个比较好的经济 性 在副车架的结构尺寸的选择设计上必须谨慎选择 副车架纵梁的材料为 Q235 钢 其具体截面结构尺寸为 140 90 8 详细 资料见 CAD 图纸 横梁的材料为 Q235 钢 其结构尺寸详见 CAD 图纸 2 副车架与主车架之间连接结构的设计