【《某小型清扫车的受力分析与主要零件的校核案例》3600字】

-PAGE21-某小型清扫车的受力分析与主要零件的校核案例目录TOC\o"1-3"\h\u13314某小型清扫车的受力分析与主要零件的校核案例 1216821.1清扫车受力分析 1292581.2主要零件的校核 3303901.2.1键的强度校核 3320711.2.2轴的扭转强度校核 4275941.2.3轴的弯扭合成强度校核 583381.2.4轴疲劳强度的校核 61.1清扫车受力分析图4-1小型清扫车三维图图4-1为清扫车的三维实体模型，清扫车通过人对车体施加的推力来向前行驶的。所以需要从理论上计算推力的大小。清扫车工作时的动能包含平动动能和转动动能。平动动能计算公式为W1=12m根据平动动能计算公式可以计算出清扫车的平动动能W1在三维软件中通过对零件材料的选择，可以确定零件的转动惯量。得出车轮轴转动惯量为1939.33（千克*平方毫米）。清扫刷轴转动惯量为958.12（千克*平方毫米）。拨叶刷轴转动惯量为80.92（千克*平方毫米）。输送带轴转动惯量为32.05（千克*平方毫米）。车轮轴和传送带轴的角速度为。清扫刷轴和拨叶刷轴的角速度为。通过公式可以求出各轴的转动动能：车轮轴的转动动能W2清扫刷轴的转动动能W2拨叶刷轴的转动动能W2输送带轴的转动动能W24根轴上总的转动动能W清扫车前行的总动能W=W1+对于推力大小的计算还需要考虑到摩擦力的影响。清扫车前进速度的大小是由人来决定的。人正常步行的速度V=1.1~1.5m/s。取V=1.2m/s用于计算。网上查阅资料，查到车轮与地面间的摩擦因数μ=0.04。假设整辆清扫车的重量为10Kg,由公式F=mg×μ通过计算得出摩擦力为4N。带传动在工作过程中，传动带在初拉力F0的作用下张紧在带轮上。初拉力的作用会使带轮产生一定的压轴力Fp,最终V带与带轮之间的摩擦力Ff=μ×F选取平带摩擦系数μ=0.3，因为平带受力较小，平带所需初拉力F计算压轴力： Fp=2式中F0为初拉力，为小带轮包角，因为平带做等速传动，所以包角α1由公式（4-1）求出平带压轴力Fp平带与滚筒间的摩擦力Ff选取V带摩擦系数μ=0.5，需要能够更加省力，张紧V带所需初拉力F0=25N由公式（4-1）得压轴力V带与带轮间的摩擦力F最终推动清扫车总共需要的力F总1.2主要零件的校核1.2.1键的强度校核普通通平键连接的强度条件为： σbs=清扫刷处和拨叶刷使用的是圆头普通平键。根据最终确定平键型号为6×6×160。其中T是传递的转矩T=9550×Pn；k是键与键槽的接触高度k≈0.5h;l为键的工作长度，圆头平键对于键的校核如下：键的工作长度l=L−b=160−6=154mm。接触高度k≈0.5h=0.5×6=3mm。转矩T=9550×P由公式（4-2）可求得：σbs=2000Tkld=2000×1.073×154×22小带轮使用的是圆头普通平键。根据最终确定平键型号为3×3×18。对于键的校核如下：键的工作长度l=L−b=18−3=15mm。接触高度k≈0.5h=0.5×3=1.5mm。转矩T=9550×P由公式（4-2）可求得：σbs=2000Tkld=2000×1.071.5×15×10大带轮使用的是圆头普通平键。根据最终确定平键型号为5×5×16。对于键的校核如下：键的工作长度l=L−b=16−5=11mm。接触高度k≈0.5h=0.5×5=2.5mm。转矩T=9550×P由公式（4-2）可求得：σbs=2000Tkld=2000×1.512.5×11×15车轮使用的是单圆头普通平键。根据最终确定平键型号为4×4×28。对于键的校核如下：键的工作长度l=L−0.5b=28−0.5×4=26mm。接触高度k≈0.5h=0.5×4=2mm。转矩T=9550×P由公式（4-2）可求得：σbs=2000Tkld=2000×1.512×26×111.2.2轴的扭转强度校核清扫车是由人来推动的，人正常步行的速度V=1.1~1.5m/s。取V=1.2m/s，假设最大推力是50N,则功率P=F×V=50×1.2=0.06KW轴最小轴径的计算：轴的扭转强度条件为： τT=公式（4-3）中τTT是轴所受的扭矩，单位N.mm。WT轴的抗扭截面系数，单位是mm3n是轴的转速，单位r/min。P是轴传递的功率，单位为KW。d为计算截面处轴的直径，单位为mm。[τT]代表许用扭切应力，单位Mpa，清扫车轴的材料全部选用45号钢，45钢的许用扭切应力[由公式（4-4）可得轴的直径： d≥39550000P清扫刷轴和拨叶刷轴选用同一根轴，所以只需对清扫刷轴最小直径计算：清扫刷轴转速n=533r/min，功率P=0.06KW。由公式（4-4）计算d≥A清扫刷轴的最小轴径设计为10mm≥4.97mm满足要求。因为车轮轴的转速和传送带轴转速相同，所以二者的直径相同。车轮轴转速n=378r/min，功率P=0.06KW由公式（4-4）计算d≥A车轮轴的最小轴径设计为11mm≥5.57mm满足要求。1.2.3轴的弯扭合成强度校核清扫车的车轮轴需要安装滚筒、车轮以及大带轮。因此所承受的力和载荷是最大的，所以这里需要对车轮轴进行弯扭合成强度计算。车轮轴的受力图：如图4-2所示，带轮受到压轴力可沿水平方向和竖直方向进行分解。轴承在水平面和竖直面内同样也会受到力的作用。图4-2车轮轴的受力。输入转矩T=9.55×10滚筒承受压轴力FP=50N，和水平面的夹角大小为70°，可以计算出压轴力在水平面内的分力FV带初拉力F0=25N，主动轮与两个从动轮水平面内的夹角分别是59.68°可以求出水平分力FH2同理可求出竖直方向的分力FV2求轴承的支撑反力：轴左端与左侧轴承距离a=69mm，滚筒中点距左侧轴承的距离b=102mm，距右侧轴承的距离c=102mm，V带与右侧轴承间的距离d=23mm。左支点在水平面的分力力：MBFNH1右侧轴承在水平面的分力力：MAFNH2左侧轴承在竖直面的分力：FNV1右侧轴承在竖直面的分力：FNV2画出弯矩、转矩图，如图4-3所示。图4-3弯矩、转矩图从图中可以看出，滚筒中心的弯矩最大，水平面内的弯矩为：MH竖直面内的弯矩为：MV总弯矩为：M=M滚筒中心所受的弯矩最大，所以将滚筒中心作为校核截面。弯扭合成强度计算：σca轴的材料选择45钢，[σ−11.2.4轴疲劳强度的校核如图4-4所示，车轮轴两端安装车轮，只受转矩，滚筒中心的弯矩最大，所以需要进行疲劳强度的校核。考虑到应力集中的影响，也需要对截面3进行校核。图4-4车轮轴对截面3左侧进行校核：由抗弯截面系数计算公式可求W=0.1×d求得截面3左侧的弯矩为：M=2275.33×(102−100)/102=44.61mm最终求出截面所受的弯曲应力：σ=M求得扭转切应力τ=T弯曲应力的应力比r=−1,是对称循环应力。所以σm=0,σa=σ查阅45钢的力学性能σb=570MPa,截面3的轴肩圆角r=0.5mm,r/d=0.5/15=0.03,D/d=16/15=1.07，可得轴肩理论应力集中系数：ασ根据r=0.5mm，σbqσ计算零件的有效应力集中系数：kσkτ轴肩高度h=0.5mm、轴的直径为15mm，查阅资料可得零件的尺寸及截面形状系数εσ=1，而扭转剪切形状截面系数轴是通过精车加工来获得，σb=570MPa，查阅资料，可以确定轴的表面质量系数轴的表面不做任何处理，则轴的表面强化系数βq综合影响系数计算：Kσ轴选用45钢，等效系数φσ=0.1~0.2，选取0.1，仅在弯曲应力作用下计算安全系数： Sσ=仅在扭转切应力作用下计算安全系数： Sτ=弯扭综合作用下计算安全系数： Sca=Sσ×在载荷应力计算精确时，设计安全系数S=1.3~1.5,所以经过计算，能够满足使用要求。对滚筒中心的强度校核：由抗弯截面系数计算公式可求W=0.1×d滚筒中心承受的弯矩M=2275.33N.mm。最终可以求出滚筒中心所受的弯曲应力：σ=M求得扭转切应力τ=T弯曲应力的应力比r=−1,是对称循环应力。所以σm=0,σa=σ因为轴的直径是16mm，σb=570MPa,查阅机械设计手册，可知过盈配合时轴是通过精车加工来获得，σb=57