某中型卡车驾驶室翻转扭杆的设计研究

第 31 卷 第 5 期2008 年 5 月合 肥 工 业 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 )J F H N 31 5 008 收 稿 日 期 :2007207212基 金 项 目 :合 肥 工 业 大 学 科 学 研 究 发 展 基 金 资 助 项 目 (06 - 106) ;江 淮 汽 车 技 术 研 究 院 资 助 项 目 (06 - 86)作 者 简 介 :张 炳 力 (1968 ) ,男 ,安 徽 合 肥 人 ,合 肥 工 业 大 学 副 教 授 ,硕 士 生 导 师 型 卡 车 驾 驶 室 翻 转 扭 杆 的 设 计 研 究张 炳 力 1 , 张 平 平 1 , 刘 江 波 2 , 曹 皇 亲 2(1. 合 肥 工 业 大 学 机 械 与 汽 车 工 程 学 院 ,安 徽 合 肥 230009 ; 2. 安 徽 省 江 淮 汽 车 股 份 有 限 公 司 ,安 徽 合 肥 310011)摘 要 :某 中 型 卡 车 的 驾 驶 室 重 达 700 单 凭 人 力 无 法 实 现 其 翻 转 ,必 须 借 助 于 翻 转 机 构 。 文 章 提 出 了 翻转 扭 杆 的 设 计 方 法 ,并 结 合 该 驾 驶 室 的 实 测 质 量 、 重 心 坐 标 和 扭 杆 材 料 剪 切 模 量 等 数 据 对 翻 转 扭 杆 进 行 了 设计 研 究 ,对 扭 杆 进 行 了 疲 劳 试 验 ;试 验 结 果 表 明 ,扭 杆 的 性 能 符 合 设 计 要 求 。关 键 词 :驾 驶 室 ; 翻 转 机 构 ; 扭 杆 ; 疲 劳 试 验中 图 分 类 号 :4 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :100325060 (2008) 0520691203of of a L . 30006 , 2. o. , , 10011 , of a 00 t he f is is to it s In t a of t he of t he is On t he of of t he t he of t he he is t he s t t he of t he is up to t he s of t he f 型 卡 车 而 言 ,为 了 便 于 发 动 机 的 维 修 保养 ,要 求 驾 驶 室 能 够 向 前 翻 转 1 。 该 项 工 作 单 凭人 力 是 无 法 实 现 的 ,必 须 要 借 助 于 翻 转 机 构 。本 文 针 对 某 中 型 卡 车 驾 驶 室 ,基 于 人 机 工 程学 原 理 ,提 出 一 种 新 的 扭 杆 设 计 方 法 。1 主 要 结 构 与 工 作 原 理中 型 卡 车 驾 驶 室 翻 转 机 构 采 用 的 是 双 扭 杆 结构 ,如 图 1 所 示 。 扭 杆 3、 5 一 端 (固 定 端 ) 和 支 架6 通 过 花 键 连 接 ,另 一 端 穿 过 支 架 和 翻 转 臂 4 也通 过 花 键 连 接 ,驾 驶 室 通 过 滚 轮 作 用 于 翻 转 臂 上的 力 就 会 使 扭 杆 产 生 扭 转 。通 常 情 况 下 ,驾 驶 室 处 于 水 平 位 置 ,锁 紧 副 钩锁 紧 ,扭 杆 处 于 扭 转 极 限 状 态 。 当 需 要 把 驾 驶 室翻 起 来 时 ,打 开 锁 紧 副 钩 ,扭 杆 通 过 翻 转 臂 作 用 在驾 驶 室 上 的 弹 力 ,使 其 绕 翻 转 中 心 翻 转 (该 过 程 需要 借 助 人 操 作 力 ) 。1. 翻 转 中 心 2. 驾 驶 室 安 装 架 3. 右 扭 杆4. 翻 转 臂 5. 左 扭 杆 6. 支 架图 1 翻 转 机 构 结 构 简 图2 设 计 参 数 的 测 量翻 转 扭 杆 设 计 参 数 有 驾 驶 室 的 质 量 、 重 心 坐 标 、 扭 杆 材 料 的 剪 切 模 量 和 一 些 具 体 的 结构 尺 寸 参 数 。211 驾 驶 室 的 质 量 和 重 心 坐 标静 平 衡 法 测 量 驾 驶 室 质 量 和 重 心 坐 标 如 图 2所 示 ,选 定 驾 驶 室 翻 转 中 心 为 x 坐 标 轴 的 零 点 ,分 别 在 x 方 向 上 用 3 个 脚 支 撑 将 驾 驶 室 支 起 。 脚支 撑 安 放 在 3 台 地 磅 上 ,记 录 3 台 地 磅 上 质 量 。图 2 驾 驶 室 中 心 坐 标 测 量 示 意 图对 重 心 取 力 矩 平 衡 2 ,求 得 驾 驶 室 重 心 的 B 为B = ( L )驾 驶 室 的 总 质 量 W = 0. 66 M , W = 710 = 0166 m。212 结 构 尺 寸 参 数如 图 4 所 示 , 别 为 左 、 右 扭 杆 通 过 翻转 臂 作 用 于 驾 驶 室 的 力 , O 为 驾 驶 室 翻 转 中 心 , 左 、 右 扭 杆 转 动 中 心 。图 3 驾 驶 室 受 到 扭 杆 的 作 用 力左 、 右 扭 杆 的 转 动 中 心 和 驾 驶 室 翻 转 中 心 不为 同 一 点 ,所 以 扭 杆 的 扭 矩 和 扭 杆 作 用 于 翻 转 中心 的 力 矩 是 不 相 同 的 ,两 者 关 系 如 下 :T 1 = T 2 = 1)其 中 , 左 、 右 扭 杆 的 扭 矩 ; T 1 、 T 2 为 左右 扭 杆 作 用 于 翻 转 中 心 的 力 矩 ; 到 ; 到 力 臂 ; O 点 到 力 臂 。 驾 驶 室 处 于 水 平 位 置 时 ,实 车 测量 1 、 2 和 A 。3 翻 转 扭 杆 设 计3. 1 扭 杆 直 径 设 计 计 算驾 驶 室 水 平 位 置 受 力 ,如 图 4 所 示 。图 4 驾 驶 室 水 平 位 置 受 力 简 图由 翻 转 中 心 的 力 矩 平 衡 方 程 2 ,3 ,得d = 4 ( 918W B ) 32L e 180 2 G(1 2 (2)其 中 , L e 为 扭 杆 有 效 工 作 长 度 ; 锁 锁 紧 力 。已 知 : 1 = 45 , 2 = 42 , 11072 8 , 01967 1 , W = 710 B = 0166 m ,A = 11811 m , G = 80 109 据 车 架 宽 度 ,确 定 扭 杆 总 长 L = 01896 m ,初 取 L e 为 0. 83 m。 根 据 设 计 要 求 , 取 F =100 N。 代 入 (5) 式 得 : d = 01024 m。312 扭 杆 其 他 结 构 尺 寸 计 算扭 杆 的 具 体 结 构 尺 寸 如 图 5 所 示 。图 5 扭 杆 尺 寸 示 意 图尺 寸 计 算 公 式 4 为 :L d 1) - ( 1) / 22(3)296 合 肥 工 业 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 第 31 卷 L d 1) - ( 1) / 22(4)L L 10 15 5 1d - 1 (5)L L 10 15 5 2d - 1 (6)L e = L - L L L L L L )其 中 , 小 头 、 大 头 直 径 ; 过 度 圆 角半 径 ; L L 小 头 、 大 头 花 键 长 ; L L 小头 、 大 头 过 渡 部 分 实 际 长 度 ; L L 别 为 小 头和 大 头 的 过 渡 部 分 的 等 效 长 度 。根 据 文 献 4 ,取 112 d = 28 6 = 34 100 L L 30 杆 具 体 尺 寸 如 下 : L 1919 L 3112 L 1614 L 2016 L e =82119 13 扭 杆 花 键 设 计扭 杆 花 键 为 圆 柱 直 齿 渐 开 线 花 键 ,求 得 参 数如 下 :模 数 1 压 力 角 45 ,花 键 的 其 余 参 数 见表 1 所 列 。根 据 要 求 选 用 标 准 压 力 角 为 45 , 模 数 为1 有 5 z = m ( z + 018 ) ; m ( z - 112) 。表 1 花 键 尺 寸 值齿 数 / 个 分 度 圆 径 直 径 / 径 / 径 / 34 34. 8 32. 8小 头 28 28. 8 26. 84 试 验 与 结 论按 照 计 算 的 尺 寸 试 制 扭 杆 (材 料 为 弹 簧 钢60n) ,由 于 扭 杆 要 满 足 抗 蠕 变 、 疲 劳 失 效 、 强度 和 硬 度 等 方 面 的 要 求 ,必 须 对 扭 杆 进 行 中 频 感应 淬 火 6 、 喷 丸 强 化 7 、 预 扭 强 化 8 等 工 艺 处 理 。对 扭 杆 进 行 10 000 次 的 疲 劳 试 验 ,采 用 动 态定 载 荷 加 载 (正 弦 波 式 的 扭 矩 加 载 ,扭 矩 谷 值 和 峰值 不 变 ) ,频 率 为 015 采 集 数 据 频 率 为 2 时 间 与 扭 转 角 的 关 系 曲 线 (部 分 )如 图 6 所 示 。由 图 6 可 知 ,定 扭 矩 加 载 状 态 下 ,扭 转 角 大 小(峰 值 - 谷 值 )基 本 不 变 ,扭 矩 和 扭 转 角 的 比 值 (刚度 )基 本 不 变 ,随 着 时 间 推 移 ,曲 线 稍 微 上 移 ,扭 杆有 微 量 的 塑 性 变 形 ,10 000 次 疲 劳 实 验 后 ,扭 杆刚 度 基 本 不 变 ,扭 杆 没 有 失 效 。图 6 时 间 与 扭 转 角扭 杆 经 10 000 次 疲 劳 试 验 后 ,扭 杆 刚 度 不变 ,虽 然 扭 杆 有 少 许 的 塑 性 变 形 ,但 并 不 影 响 扭 杆的 性 能 ,符 合 中 型 卡 车 驾 驶 室 翻 转 扭 杆 的 使 用 寿命 要 求 ,翻 转 扭 杆 达 到 预 期 的 设 计 目 标 。参 考 文 献 1 徐 勇 刚 ,何 仁 . 重 型 汽 车 驾 驶 室 电 动 / 手 动 液 压 翻 转 机 构J . 重 型 卡 车 ,2004 , (1) :11 13. 2 哈 尔 滨 工 业 大 学 理 论 力 学 教 研 室 . 理 论 力 学 M . 北 京 :人民 教 育 出 版 社 ,1983 :10 - 80. 3 杨 伯 源 . 材 料 力 学 M . 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社 , 2002 :36 - 42. 4 王 彦 才 . 车 辆 扭 杆 弹 簧 设 计 与 制 造 M . 北 京 :国 防 工 业 出版 社 ,1996 :35 39. 5 北 京 有 色 冶 金 设 计 研 究 总 院 . 机 械 设 计 手 册 M . 北 京 :化学 工 业 出 版 社 ,2002 :5 - 229. 6 林 信 智 ,杨 连 第 . 汽 车 零 部 件 感 应 热 处 理 工 艺 与 设 备 M :北 京 理 工 大 学 出 版 社 ,199