装载机驱动桥壳的机械加工工艺设计【三维PROE零件图】
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华侨大学机电及自动化学院课程设计说明书车辆工程专业（工程机械方向）姓名：学号：指导老师：2009年1月目 录一 前言1二 桥壳的强度设计12.1 主要尺寸的计算12.2 其他尺寸的确定52.3 校核6三 桥壳的加工工艺设计83.1 零件分析83.2 工艺规程的设计9四 总结15参考文献附件：工艺过程卡、桥壳工程图、桥壳三维图、测绘图驱动桥壳的设计驱动桥壳的设计一、前言桥壳的主要作用是承受载荷，并将作用在车轮上的牵引力、制动力、横向力等传递到车架上，同时桥壳的中央又是主传动和差速器的壳体，装载机在作业的时候，桥壳的受力是比较复杂的，因此必需要有足够的强度桥壳加工工艺设计整合我们所学的知识是对生产实习的总结，巩固和加深所学知识如：机械制造工艺、机械精度设计与检测技术基础等二、驱动桥壳的强度设计2.1、计算主要尺寸由力学分析和经验可得危险截面常常发生在副车架连接处，在装载机发挥最大牵引力刚要提升铲斗后轮离地时和满载紧急制动及在不平路面作业的时候最容易出现，因此用这三种工况进行设计和计算先确定此截面的尺寸2.1.1、 当装载机发挥最大牵引力插入并且铲斗刚要提升时，后轮离地工况。前轮的受力状况如图一：图一(1)前桥侧车轮上反作用力Z作用在垂直平面上产生的弯矩： =Z=车轮中心线到副车架连接中心的距离（=460mm）。装载机的使用重量 （=27468N）。后轮离地时铲斗的垂直载荷 =为铲斗重心到前桥中心的距离，取1000mm；L为轴距取2300mm，0.6L为整车重心到前桥中心的距离；=27468N 0.62300mm/1000mm=37.91KN前桥的自重（=5886N）= Z=13.683 KN.m（2） 由最大牵引力产生的水平弯矩=11.729KN.m-轮胎与地面的附着系数（=0.78）其合成弯矩为：=18.00KN.m桥壳的弯矩应力为：=桥壳的抗弯断面系数 =（1-） ； =（3）桥壳所受的牵引力引起的反作用扭矩：=12.88KN.m(此反作用扭矩只是简算，但是偏差不大)驱动轮的滚动半径 (=0.505m)其扭应力为： =桥壳抗扭断面系数 =（1-）桥壳的弯矩和扭矩合成应力为： = （可由查表取0.73，=330MPa）d88.26mm2.1.2、装载机满运行，紧急制动时的工况。（1）紧急制动，由地面对轮胎的垂直反作用力作用于前桥壳上的垂直弯矩 = 装载机满载时的总重量 (=42183N)紧急制动时，前桥壳上的质量分配系数为制动的时候前桥所承受的重量为=+（aH）/L (不考虑动载荷)= (为整车重心到后桥的距离取0.4L)=42183N0.4=16873.2Na为制动加速度 a=g=7.65N/KgH为整车重心高度取0.65m=+（aH）/L =16873.2N+（7.650.65）/2.1=27.055KN前桥的自重=4.87KN.m（2）由制动力产生的水平面内的弯矩=*L=0.780.460=4.81KN.m其合成弯矩为：=6.75 KN.m桥壳的弯矩应力为：=制动扭矩： =0.780.505=5.33 KN.m其扭转应力为： =桥壳的弯矩和扭矩合成应力为： =58.8mmd52.75mm2.1.3、装载机当通过不平路面工况危险断面也可能出现在与副车架连接处，但是此ZL15装载机采用摆动桥，不易产生载荷集中，因此出现危险断面的概率较小，在此不进行计算综上述：d88.26mm,考虑其作业情况复杂常常受到冲击载荷，d取大一些，因此d=110mm,由=0.73，可得：=80mm （以上计算参考参考文献7）2.2、其它尺寸的确定由主减速螺旋齿轮尺寸和最小离地间隙可决定桥包的最大尺寸为335mm由主减速螺旋齿轮尺寸和托架尺寸可决定桥壳的大圆尺寸为263mm桥壳两端外圆与轮边支承轴过盈配合，外圆尺寸为80mm，内圆尺寸为42mm桥壳的总长度根据车架的宽度和整车宽度设计为1140mm为了保证主传动在中间桥包的中心偏离桥壳中心25mm三维模型如图二：图二 最后生成工程图纸，其桥壳的具体尺寸见工程图2.3、校核现在用第三强度理论对危险截面进行校核（只需校核第一工况）=179.82MPa=210 MPa （合格) （参考文献）现用有限元软件ANSYS对其进行简单的静力分析，看其总体的应力分布和是否有应力集中，从而对其再次校核。由上面的计算可知在当装载机发挥最大牵引力插入并且铲斗刚要提升时，后轮离地工况其最有可能出现强度破坏，对此工况进行分析为了分析的需要对桥壳进行简化和一些处理，装上轮边支承轴，并将轮边支承轴末端简化成直轴且适当加长，使其末端到桥壳中心的距离与轮胎中心到桥壳中心的距离相等，在轮边支承轴末端施加载荷，垂直力=29746N，=25497.42N，牵引力引起的反作用扭矩等效到轮边支承轴末端，即施加周向载荷F=229932.N，约束为两支承面全约束，选用92号单元进行网格划分其应力云图如图三：图三此分析只关心桥壳的受力状况并不涉及轮边支承轴，因此上应力云图的轮边支承轴应力情况并不做考虑，有上图可知桥壳的应力最大处在支撑面附近，且最大应力为291.2Mpa不超过许用应力330MPa三、桥壳的加工工艺设计3.1、零件分析3.1.1、桥壳的作用与结构特点驱动桥壳是装载机的基础和主要承载件之一。一方面用于支撑整个车架及其上的重量并保护主减速器、差速器及半轴等部件，另一方面固定左、右驱动车轮的轴向相对位置。因此受力大而复杂，要求其具有足够的强度与刚度。驱动桥壳的的两端要与轮边支承轴过盈配合，其加工精度要求较高。桥壳的大圆孔及大圆孔端面要与托架间隙配合，其也要精加工。3.1.2、桥壳的工艺性分析 此桥壳为整体式桥壳，经铸造而成。材料采用铸钢，切削加工性较差，加工中应尽量避免切削速度过快。桥壳的两端外圆精度为IT7级同时要保证其一定的同轴度，因此其对基准要求要能保证其同轴度，可以先精加工内孔锥面用来定位，从而保证其同轴度要求大圆孔的精度为IT9级、对两端外圆轴线的位置度公差为0.1mm，大圆端面的粗糙度要求为3.2um、与中心线的垂直度公差为0.12mm。这两个部位也是主要配合面，其加工要求也较高，可以用已精加工过的两端外圆定位（V形快定位），来保证精度要求其主要技术要求如表一：表一技术要求项目具体要求或数值两端端外圆精度IT7大圆孔精度IT9大圆孔位置度要求对轴线的位置度公差为0.1mm大圆孔端面的垂直度要求与中心线的垂直度公差为0.12mm两边支承平面螺栓孔的尺寸要求尺寸公差为0.4mm同一支承平面螺栓孔的尺寸要求尺寸公差为0.2mm大圆端面的螺纹孔和定位销孔的位置度要求对大圆孔的轴线位置度公差为0.2mm其零件示意如图三：图三其详见的零件图见工程图纸3.2、工艺规程的设计3.2.1、生产类型桥壳的通用性强、产品换代更新慢，需要长期生产或大批量生产。因此可以设计一些专用夹具，保证定位的准确，并且提高了生产效率。3.2.2、确定毛坯的制造形成 根据生产批量、结构及精度要求，选用铸造的加工方法。件需要长期生产或大批量生产、结构较简单、需要加工面少和精度要求不高、材料铸造性好。因此采用铸造，性能符合要求，成本又低。其毛坯如图五：图五3.2.3、切削加工性分析桥壳采用铸钢铸造而成的，其属于难切削金属材料。其切削加工特点：1.切削力大.切削加工时变形抗力大，产生强烈的塑性变形，使切削力剧增2.切削温度高.其具有高的热强性，摩擦系数大，切削时消耗的切削变形功和摩擦功大，产生的热量多3.刀具磨损剧烈.由于其材料的本身特性决定这些切削加工特点常常在切削加工过程中，造成加工表面和表层比较严重的加工硬化，过大的残余拉应力，降低加工精度和表面粗糙度3.2.4、基准的选择粗基准的选择粗基准的选择：首先应加工出主要定位基准面，不难分析出，可以先粗加工出支承平面，后以支承平面为基准精加工内孔锥面作为主要的加工定位基准。这样定位可靠，同时方便装恰。因此可以选择毛坯的外圆为粗基准来粗加工支承平面。 2.精基准的选择a.精加工内孔锥面时，以支承平面为定位基准。b.粗加工和精加工两端外圆时，以内孔锥面为定位基准。c.粗加工和精加工大圆孔、大圆孔端面时，以两端外圆为定位基准。d.半精加工支承平面、粗加工支承侧面时，以两端外圆为定位基准。e.钻孔时采用专用工装划线定位。3.2.5、拟订工艺方法：根据机械制造工艺学、机械加工工艺手册选择各表面加工方法如下：端面加工：粗铣支承平面：粗铣半精铣支承侧面：粗铣两端外圆：粗车半精车精车大圆孔：粗镗半精镗精镗大圆孔端面：粗铣精铣支承平面螺栓孔：钻孔大圆端面螺纹孔：钻孔铰孔攻螺纹底部油孔：锪孔钻孔扩孔攻螺纹测压孔：钻孔攻螺纹3.2.6、选定工艺路线:（参考文献、2）其加工工艺路线见表二3.2.7、加工余量的确定铸件机械加工余量的估算： A=C（参考文献1）A 余量 mmB 加工表面的基本尺寸 mmC 系数，可查表铸件的最大尺寸现在对重要的加工面的加工余量进行估算：端外圆：A1= C=0.6*=4.7mm 大圆孔：A2= C=0.6*=5.6mm根据零件的的尺寸精度及表面粗糙度要求,查机械工艺手册得以下各加工方法的余量：1.两端端面的加工粗铣端面加工余量：2.3mm ； 经济精度：IT11132.支承平面的加工粗铣加工余量：1.8mm ； 经济精度：IT1113半精铣加工余量：1.0mm ；经济精度：IT8113. 支承侧面的加工粗铣加工余量：1.3mm；经济精度：IT11134端外圆的加工粗车加工余量：2.5mm；经济精度：IT1013半精车加工余量：1.2mm；经济精度：IT811精车加工余量：0.7mm； 经济精度：IT795大圆孔的加工粗镗加工余量：3.2mm ； 经济精度：IT1213半精镗加工余量：1.5mm；经济精度：IT1112精镗加工余量：0.8mm ； 经济精度：IT796大圆孔端面的加工粗铣加工余量：2.5mm ；经济精度：IT1113精铣加工余量：0.9mm ；经济精度：IT687.螺纹孔及定位孔的加工：钻孔余量：1020mm； 经济精度：IT1013扩孔余量：0.81.2mm；经济精度：IT913铰孔余量：0.20.3mm；经济精度：IT693.2.8、 机床和刀具的选择根据零件的的尺寸精度及表面粗糙度要求，选择如下机床及刀具：龙门铣床：X2010A；刀具：硬质合金刀具（端铣刀）数控车床：CNK360； 刀具：硬质合金刀具（机夹式）数控车床：CK6140； 刀具：硬质合金刀具（机夹式）镗铣加工中心：JCS018 刀具：硬质合金刀具（端铣刀、机夹式双刃镗刀）立铣床：X5032A 刀具：硬质合金刀具（立铣刀）摇臂钻床：Z3025B； 刀具：硬质合金刀具（麻花钻及铰刀） 立式钻床：Z5025； 刀具：硬质合金刀具（麻花钻及铰刀） 3.2.9、 定位误差的分析：以毛坯的外圆做为粗基准来加工基准面，后又以初次加工的基准面来加工主要定位基准（内孔锥面）。在加工主要定位基准（内孔锥面）要注意其精度，要精加工，不然会对后面的主要尺寸产生较大误差。这样基准的加工和选择保证了零件尺寸精度、粗糙度以及相互位置要求，满足该设计的需要。4、总结本次课程设计是对桥壳的强度和加工工艺进行了设计，通过此课程设计加深和巩固所学的机械制造和设计的相关知识，同时也是对生产实习的总结。运用理论知识去解决了实际问题，强化了对理论知识的理解。参考文献1机械制造工艺设计简明手册 哈尔滨工业大学 李益民
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