行吊横梁设计
二○一一届学生毕业论文（设计）存档编号：
毕业论文（设计）论文题目冶金企业天车设计——小车部分设计及优化
(英文) Smelter Crane Design——Car Part Design and Optimization
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2011年05 月31日
摘要
本文论述了冶金企业天车设计——小车部分设计及优化。本冶金企业天车为双梁单小车结构形式，单小车上设有主、副钩起升机构。主、副钩可单独起吊，又可以相互配合使用。冶金企业天车由小车、桥架、大车运行机构和电气设备等组成。小车由起升机构、小车架、小车运行机构、50t吊具等部分组成。
通过参考有关文献，分析了双梁桥式冶金企业天车的国内外研究现状，对我国冶金企业天车今后的发展方向进行了展望，特别对小车部分设计作了重点分析。本次设计的内容主要是主、副起升机构设计，包括电动机型号选择和功率的校核、减速器转速传动比的选择、轮式制动器、卷筒的长度选择、上滑轮装置和联轴器两端轴的长度和直径的选择；小车的运行机构的设计，包括电动机型号选择和功率的校核、减速器转速传动比的选择、轮式制动器和联轴器两端轴的长度和直径的选择。各机构均采用全封闭自润滑的中硬齿轮减速器，它具有运行平稳、寿命长的特点。小车车架的结构优化设计，主要是通过对车架进行改进，使其结构更加紧凑，质量更小。
关键字：冶金企业天车；减速器；制动器；联轴器；卷筒
Abstract
This paper discusses smelter crane design - car part design and optimization. The crane has double beam bridge crane with single car structure, and the single hoist has a main and a vice hook on lifting mechanism. The main and the vice hook can not only separately hang but also cooperate with each other. The crane contains car, bridge, operation institutions and electrical equipment etc. The car contains lifting mechanism, car frame, car mechanism, and 50t sling components.
According to the related documents, this paper analyzed the research situation of double beam bridge crane at home and abroad, prospected the future development direction of our crane, and especially researched the car part design. The contents of this paper was the main and vice lifting mechanism design, including motor model selection , power check, transmission ratio selection of reducer , length of reel , brake drum , pulley device, length and diameter of the shaft. The design of the car running part includes motor model selection, power check, transmission ratio of reducer, wheeled brake, and length and diameter of the shaft. Closed lubricated medium harden gear reducer are adopted, which has the characteristics of smooth operation and long life. Car frame structure optimization design mainly includes the improvement of frame to make it more compact and less weight.
Key words:Crane; Reducer; Brakes; Coupling; Reel
目录
1 绪论 (1)
1.1 选题意义 (1)
1.1.1 冶金企业天车的作用 (1)
1.1.2 国内、外冶金企业天车的发展 (1)
1.2 设计内容 (3)
1.3 设计参数 (3)
1.4 设计目的 (4)
2 设计方法与实施方案 (5)
2.1 小车结构介绍 (5)
2.1.1 起升机构 (5)
2.1.2 运行机构 (5)
2.1.3 缓冲器及车轮 (5)
2.2 总体结构介绍 (6)
3 起升机构计算 (7)
3.1 主起升机构 (7)
3.1.1 滑轮组选取 (7)
3.1.2 钢丝绳选取和计算 (7)
3.1.3 滑轮选取 (8)
3.1.4 卷筒选取 (8)
3.1.5 电动机选取 (10)
3.1.6 标准减速器选取 (11)
3.1.7 起升速度和实际所需功率验算 (11)
3.1.8 减速器输出轴强度校核 (12)
3.1.9 制动器选取 (12)
3.1.10 联轴器选取 (13)
3.1.11 高速浮动轴的计算 (13)
3.2 副起升机构 (16)
3.2.1 滑轮组选取 (16)
3.2.2 钢丝绳选取 (16)
3.2.3 滑轮选取 (16)
3.2.4 卷筒选取 (16)
3.2.5 电动机的选择 (19)
3.2.6 标准减速器的选择 (20)
3.2.7 起升速度和实际所需功率的验算 (20)
3.2.8 减速器输出轴强度校核 (20)
3.2.9 制动器的选择 (21)
3.2.10 联轴器的选择 (21)
3.2.11 高速浮动轴的计算 (22)
4 小车运行机构 (25)
4.1 确定机构传动方案 (25)
4.2 选择车轮与轨道并验算其强度 (25)
4.3 运行阻力计算 (27)
4.4 电动机的选择 (28)
4.5 电动机发热条件验算 (28)
4.6 减速器的选择 (28)
4.7 运行速度和实际所需功率验算 (29)
4.8 起动条件验算 (29)
4.9 按起动工况校核减速器功率 (30)
4.10 验算起动不打滑条件 (31)
4.11 制动器选择 (32)
4.12 低速浮动轴强度验算 (33)
5 小车车架结构优化设计 (35)
5.1 传统车架结构分析 (35)
5.2 优化车架结构分析 (35)
5.3 小车架结构有限元分析 (35)
参考文献 (39)
致谢 (40)
1 绪论
1.1 选题意义
1.1.1 冶金企业天车的作用
冶金企业天车是指用于垂直升降或者垂直升降并水平移动重物的机电设备，其范围规定为额定起重量大于或者等于0.5t的升降机；或额定起重量大于或者等于1t，且提升高度大于或者等于2m的冶金企业天车和承重形式固定的电动葫芦等。多数冶金企业天车在吊具取料之后即开始垂直或垂直兼有水平的工作行程，到达目的地后卸载，再空行程到取料地点，完成一个工作循环，然后再进行第二次吊运。一般来说，冶金企业天车工作时，取料、运移和卸载是依次进行的，各相应机构的工作是间歇性的。冶金企业天车主要用于搬运成件物品，配备抓斗后可搬运煤炭、矿石、粮食之类的散状物料，配备后可吊运钢水等液态物料。有些冶金企业天车如电梯也可用来载人。在某些使用场合，起重设备还是主要的作业机械，例如在港口和车站装卸物料的冶金企业天车就是主要的作业机械。
冶金企业天车是一种空间运输设备，主要作用是完成重物的位移。它可以减轻劳动强度，提高劳动生产率。冶金企业天车是现代化生产不可缺少的组成部分，有些冶金企业天车还能在生产过程中进行某些特殊的工艺操作，使生产过程实现机械化和自动化。冶金企业天车帮助人类在征服自然改造自然的活动中，实现了过去无法实现的大件物件的吊装和移动，如重型船舶的分段组装，化工反应塔的整体吊装，体育场馆钢屋架的整体吊装等。
使用冶金企业天车有巨大的市场需求和良好的经济性，近几年天车机械制造行业发展迅速，年均增长约20%。因为从原材料到产品的生产过程中，利用起重运输机械对物料的搬运量常常是产品重量的几十倍，甚至数百倍。据统计，机械加工行业每生产1吨产品，在加工过程中要装卸、搬运50吨物料，在铸造过程中要搬运80吨物料。在冶金行业每冶炼1吨钢，需要搬运9吨原料，车间之间的转运量为63吨，车间内部的转运量达160吨。起重运输费用在传统行业中也占有较高比例，如机械制造业用于起重运输的费用占全部生产费用的15～30%，冶金行业用于起重运输的费用占全部生产费用的35～45%，交通运输行业货物的装卸储存都要依靠起重运输机械，据统计海运费用中装卸费用占总运费的30～60%。近年来，国内基础设施建设投资持续旺盛，大型工程不断上马，有力地带动了冶金企业天车行业的发展，产品销售量连年攀升，冶金企业天车最大吨位不断刷新，中国冶金企业天车市场以突出的业绩引起世人瞩目。
1.1.2 国内、外冶金企业天车的发展
我国正以前所未有的速度进入全球化国际竞争市场,中国的冶金企业天车制造业面临着机遇与挑战并存的新形势。因此冶金企业天车的不断发展和创新是关键。
国内冶金企业天车制造业存在的问题：冶金企业天车制造厂家要按用户的要求承担特殊的设计，即包括冶金企业天车的所有部件和起升高度、所必须移动物料的距离等，在厂房建好前，就必须将厂房建筑蓝图或厂房的主要尺寸提供给冶金企业天车制造厂家，设计者按用户的要求，设计冶金企业天车的外形及确定其主要参数，用户确认后，才开始设计制造。从这个过程，国内冶金企业天车制造厂与国外工业发达国家有很多相似之处。但目前国内冶金企业天车行业存在的问题已严重阻碍着自身的发展。国内企业普遍缺乏生产技术，工艺水平较低，一些冶金企业天车生产企业的工装设备、装配及检测手段比较落后，油漆及焊接工艺不过关，严重影响了冶金企业天车的质量，设计手段不完善、工艺水平较低，专业化协作水平较低。我国专业化协作目前只做到20%，80%仍靠企业自己设计、制造。一台冶金企业天车中只有电动机、减速器、制动器及一些电气元件可外购，其它铆焊件、机加工件、台主梁、车轮组、端梁、小车架仍靠企业自行设计，这样需花费大量的时间，影响了冶金企业天车的生产周期。交货期长：由于设计及工艺原因，我们制作的非标准冶金企业天车交货期为4～6个月，是国外企业的2倍左右。这远远不能适应市场经济竞争的要求，使企业失掉了不少机遇。
（1）设计、制作的计算机化、自动化，近年来，随着电子计算机的广泛应用，许多国外冶金企业天车制造商从应用计算机辅助设计系统（CAD），提高到应用计算机进行冶金企业天车的模块化设计。根据市场调查预测的统计数字和积累的资料、图表、图线规律，在严密的科学理论指导下，拟定冶金企业天车结构、机构、部件等多层次的标准化、模块化单元。冶金企业天车采用模块单元化设计，不仅是一种设计方法的改革，而且将影响整个冶金企业天车行业的技术、生产和管理水平，老产品的更新换代、新产品的研制速度都将大大加快。对冶金企业天车的改进，只需针对几个需要修改的模块；设计新的冶金企业天车只需选用不同的模块重新进行组合；提高了通用化程度，可使单件小批量的产品改换成相对批量的模块生产。亦能以较少的模块形式，组合成不同功能和不同规格的冶金企业天车，满足市场的需求，增加竞争能力。德马克公司最近开发了一种标准车轮箱模块系列，上面有多组联接孔，选用不同型号的驱动单元，可组装成台车，可与金属构件组合后用作桥式、门式冶金企业天车或其它轨行式起重运输机械。其车轮有多种踏面形式可供选用，由于不受轮距的限制，组合更加灵活，用途更加广泛。据资料介绍，德马克公司的葫芦双梁冶金企业天车系列改用模块化设计后，比单件的设计其设计费用下降了12%,自重轻，与国内产品相比较，起重量32t、跨度25m，国内双梁冶金企业天车自重为46.4t，电动葫芦桥式冶金企业天车自重为28.3t，而德马克电动葫芦桥式冶金企业天车的自重只有18.5t，比国内产品分别轻60%和35%.
（2）冶金企业天车控制元件的革新与应用，冶金企业天车的定位精度是对冶金企业天车的重要要求，多数采用转角码盘、齿轮链、激光头与钢板孔带来保证，定位精度通常为±3mm，高于1mm的精度需外加定位系统。在冶金企业天车起升速度、制动器方面的改进，则使用低速运行的冶金企业天车吊钩精确定位，冶金企业天车的刹车系统也应用微处理进行控制和监视工作。遥控系统用于桥式冶金企业天车及其它移动式起重运输
机械，这种系统包括操作者携带的控制器和安装在冶金企业天车上的接收器，控制器具有电磁辐射发生器，接收器与作用在冶金企业天车传动装置操纵机械上的转换部分相连。遥控器的应用，不仅节省人力，提高工作效率，而且使操作者的作业条件得到改善。冶金企业天车的距离检测防撞装置，采用无线电信号型防撞装置，防撞装置由三相系统组成，用来监控冶金企业天车前端行驶距离，一般首先发出信号警告，接着将大车车速减小到50%，最后切断电机电源，将大车制动。
（3）新材料、新工艺的应用，由于钢铁工业新技术的应用，钢材质量得以提高，如瑞典的SSAB薄钢板公司，其生产的DOMEX系列高强度及超高强度钢材，在设计冶金企业天车主梁强度时，可使用较高的许用应力，而不需要很高的安全系数，以便减少冶金企业天车材料用量(这并不意味着不安全)，从而降低设备的重量和价格。因冶金企业天车重量的减小，可用功率较小的驱动装置启动，因此而减少电力，节省开支。国外电动葫芦在新材料应用方面，车轮采用空气硬化镍铬钼合金钢制造，可解决车轮的磨损和使用寿命的问题，据资料介绍，普通钢材车轮的寿命约18个月，采用这种新材料制造的车轮，其使用寿命可达5年。近年来，聚合材料在电葫芦上用作制造运行机构的齿轮、滑轮和导绳器等。在机加工方面，尽管采用少切削的精密铸件，尤其是铝合金铸件占多；加工设备大量采用高精、高效的加工中心，数控自动机床等，既保证加工质量，又提高了生产率、降低了成本；同时在工艺线上，使用机械来代替人机操作，如焊接用的机械手和配用机械手等。国外冶金企业天车厂商为了能迅速制造和装配出品种多样化的产品来，要求企业之间密切联系和协调，企业走向专业化、标准化和系列化。因为使用标准件设备能迅速组合和安装，减少标准件外组合部分的加工制造就显得特别重要。组合构件的使用比生产非标准件冶金企业天车来，有助于减少成本[2]。
1.2 设计内容
50t/10t桥式冶金企业天车设计-小车部分设计，本次设计是对50t/10t桥式冶金企业天车设计-小车部分进行设计，设计部分主要分为两大块：小车的起升机构和小车的运行机构。在小车起升机构中，有主起升和副起升的计算，其中分别都包括了滑轮组的选择，钢丝绳的选择和校核，卷筒的计算，吊钩的选择，电动机的选择和校核，减速器的计算，制动器的选择，联轴器的选择等等；在小车的运行机构中，主要包括了车轮、轨道、轮压的计算与选择，疲劳计算和强度校核，空载和满载时摩擦力的计算，电动机的选择和校核，减速器的计算和校核，制动器的计算，联轴器的选择等等。各机构均采用全封闭自润滑的中硬齿轮减速器，它具有运行平稳、寿命长的特点。
1.3 设计参数
主起升机构：
额定起重量：50t，最大起升高度：18m，起升速度：16m/min，工作级别：M6
副起升机构：
额定起重量：10t，最大起升高度：20m，起升速度：18m/min，工作级别：M5
小车运行机构：2.5m，运行速度：40m/min，工作级别：M5
大车运行机构：22m，运行速度：40m/min，工作级别：M5
1.4 设计目的
毕业设计是我们在校期间十分重要的综合性实践教学环节，是学生全面运用所学基础理论、专业知识和技能，对实际问题进行研究或设计的综合性训练，培养学生综合运用所学知识，结合实际独立完成课题的工作能力。在本门课程中，通过设计一台典型的冶金企业天车，进一步提高机械设计能力和巩固所学过的冶金企业天车械及机械零件等课程的理论知识。在设计中要求学会整部机器的设计方法，并且要求熟悉零件的工艺性、机器的装配和安全技术等方面的知识。提高分析问题和解决问题的能力。毕业设计旨在检验学生独立工作能分析和解决问题的能力、创新能力和科学精神。从而培养我们对结构分析和实物设计的能力，使我们树立正确的设计思想，扩大我们的知识面，锻炼我们的专业素质能力。通过毕业设计，综合运用以前所学的这些基础理论知识，对整体冶金企业天车的主要部分进行设计，这是一种基本技能的训练，是提高自己分析和解决实际问题能力的有效措施。
1.5 设计要求
设计者在设计中要严肃认真，一丝不苟，以认真踏实的态度进行设计。在设计中要充分发挥自己的主观能动性，通过毕业设计树立起正确的设计思想和良好的工作作风。要很好地学习和深入研究现有的资料和典型结构，并充分利用国际标准规范。既不盲目抄袭，也不脱离实际的设计，应该在学习和继承现有技术资料及调查研究的基础上加以改造和大胆创造。设计冶金企业天车应该注意到所采用的零部件工艺性要好，装拆检修容易，操作方便和使用安全，此外还要努力减少材料的消耗，降低机器的重量和成本，为国家节省投资。在设计的各阶段，要认真阅读指定的资料图纸，并按时完成各阶段的设计任务。
2 设计方法与实施方案
2.1 小车结构介绍
本冶金企业天车为双梁单小车结构形式。单小车上设有主、副钩起升机构。主、副钩可单独起吊，又可以相互配合使用。厂房内设两台50/10t桥机，吊装定子及转子时，两台桥机下挂500t平衡梁，利用平衡梁与转子轴联接起吊转子。吊运250t以下物品时，用250t吊钩来完成；当吊运50t以下物品时，用50t吊钩来完成；在桥架司机室另一侧的主梁副腹板下设有10t电葫芦，扩大了桥机的作业范围。
冶金企业天车由小车、桥架、大车运行机构和电气设备等组成。电气设备设置在主梁内，司机室内设有冷热空调。
小车由起升机构、小车架、小车运行机构、50t吊具等部分组成。
2.1.1 起升机构
主、副起升机构分别由一台电动机、一台减速器、一台轮式制动器、一套卷筒装置和上滑轮装置构成。起升机构减速器低速轴侧采用卷筒联轴器与卷筒联接。起升机构上滑轮组轴两端设有负荷式传感器，在司机室内平台前方设有大屏幕显示屏，可显示起吊负荷。起升机构设有重锤式和旋转式双重限位开关。
2.1.2 运行机构
对于具有四个车轮其中半数为主动轮的小车运行机构，其传动方案可分为两大类：即开式齿轮传动和全部为闭式齿轮传动。
大车运行机构为两侧分别驱动，采用万向联轴器与主动平衡架连接。大车运行机构共有16个车轮，其中4个为主动轮。
大、小车运行车轮装置、卷筒轴承座轴承、卷筒联轴器、滑轮装置，吊钩装置均采用单点分别润滑。
各机构均采用全封闭自润滑的中硬齿轮减速器，它具有运行平稳、寿命长的特点。运行机构减速器立式安装，带油泵润滑。
2.1.3 缓冲器及车轮
大、小车缓冲器均为聚氨脂缓冲器。
大、小车轮均采用索氏体淬火，车轮踏面和轮缘的硬度为HB300-360，具有较长的使用寿命。小车运行机构的车轮，过去常采用双轮缘的，其机械加工量较大。近年来已多采用单轮缘车轮，实践证明，其工作情况良好，而且减少了加工工时，降低了成本。车轮轴承箱是圆形的，45°安装，平衡架轴承箱孔和中间铰孔均是机床加工的，车轮轴承箱用半圆环固定在平衡架上，保证了车轮的偏斜在许用范
围内，减少了啃轨的可能性。该结构也便于车轮的装拆。小车上的缓冲器与桥架上的挡铁位置要配合好，小车上的撞尺和桥架上的行程限位开关要配合恰当。小车的平面布置愈紧凑，小车愈加能跑到靠近桥架的两端，冶金企业天车工作范围就愈大。小车的高度小，相应的可使冶金企业天车的高度减小，从而降低了厂房的建筑高度。冶金企业天车的桥架由两个偏轨箱形主梁和两个箱形端梁以及平台栏杆、扶梯、司机室等部分组成。
2.2 总体结构介绍
铸造冶金企业天车桥架结构有双梁双轨式、双梁四轨式、四梁四轨式和四梁六轨式几种型式。双梁双轨式和四梁四轨式用于小吨位铸造冶金企业天车，四梁六轨式用于特大吨位铸造冶金企业天车。主起升机构根据吨位大小及机构布置情况主要有四种布置形式：双减速器形式，大减速器形式、三减速器形式（指常规）形式和带行星减速器的三减速器形式。
运行机构车轮有两种布置形式：车轮集中布置，适用于对冶金企业天车高度无特别需求的用户；车轮分散布置，适用于对冶金企业天车高度有严格要求的用户。
3 起升机构计算
3.1 主起升机构
3.1.1 滑轮组选取
滑轮组是绳索和一定数量的定滑轮与动滑轮的组合体，多作为起升机构中的一个组成部分，但也可单独作为起重装置使用。
按照构造宜紧凑的原则，决定采用如图传动方案： 由Q=50t ，查表取滑轮组倍率m=4 承载绳分支数z=2m=8 由表可查50t 吊钩组 两滑轮间距A=690mm ， 自重0G =1050kg
选择滑动轴承，查表得滑轮组效率0η=0.97
3.1.2 钢丝绳选取和计算
钢丝绳所受最大拉力：
N
m Q
G S 08.6578697.04210500
50000020
0max =??+=
?+=η （3.1）
安全系数5.5=k
整绳破断拉力N k S F 45.361823max 0=≥
查表选用钢丝绳888918108177019624-+GB ZS FC W X NAT 钢丝绳直径d=24mm
为了延长钢丝绳的使用寿命，除了选用合适的钢丝绳构造型式外，可以采用下述几方面的措施：
（1）提高安全系数,也就是降低钢丝绳的应力； （2）选用较大的滑轮与卷筒直径；
（3）滑轮槽的尺寸与材料对于钢丝绳的寿命有很大的影响。理想的滑轮槽半径约为R=0.53d.R 太大是钢丝绳与滑轮槽接触面积减小，R 太小有将钢丝绳卡死的毛病。
图3.1 主起升滑轮组和吊钩结构简图
3.1.3 滑轮选取
由()()mm e d D 456120241=-?=-≥ 式中系数e=20
选用Mc 尼龙滑轮，查表知D=500mm ，R=11.0mm ，B=100mm ，mm D 2151=
3.1.4 卷筒选取
卷筒直径：
()()mm e d D 408241181=?-=-≥ 式中e 有查表得e=18
选用D=500mm ，由[1]查表知绳槽螺距:p=d+(2~4)mm 取p=27mm 。 卷筒长度：
m m
L L p D Hi L h 50.1343276524418000262
10=????
??+??=++????
??+=ππ （3.2）
取L=1350mm
式中： D 0——卷筒的计算直径mm d D D 5240=+= 卷筒壁厚：
m m
D 20~16)10~6(50002.0)
10~6(02.0=+?=+=δ 取mm 18=δ
卷筒壁的压应力验算：
p
S y δδmax max =
* （3.3）
2/23.135367
.28.108
.65786cm N =?=
对于ZJ40MN2，抗压强度极限[]
2/14994cm N y =σmax ?>y δ故强度足够。 由于卷筒的长度L>3D ，尚应计算有弯矩产生的拉应力 拉应力公式：W
M w
l =
σ （3.4） 式中 cm
N l
S M W ?=?=?=887869113508.65768
max 卷筒断面系数：
D D D W i 4
41.0-= （3.5）
34
41.354550
46501
.0cm =-= 式中：D —卷筒外径，取D=50cm ；
i D —卷筒内径，cm D D I 4622502=?-=-=δ 由此可得：
3/5.2504cm N W
M W
l ==
σ 合成应力： [][]
max
'??+
=y y
l l l σ
σσσσ （3.6）
23.1353614994
3000
5.2504?+
= []l cm N σ<=2/9.2851 式中许用拉应力：[]2/30005
cm N b
l ==
σσ
3.1.5 电动机选取
计算静功率： ()η
601020?+=v
G Q N j （3.7）
()80.06010216105050000???+=
=166.83kw
式中：η——机构的总效率，取80.0=η（注：一般规定在初选电动机时取85.0~80.0=η。因o j h ηηηη??=，卷筒效率98.00~96.0=j η；加速器一般效率为0.94，故对于一般的传动效率取0.80比较合适。）
电动机计算功率：
kw N k N j d e 46.13383.1668.0=?=≥ 式中：系数d k 由[1]中表查得，8.0=d k
查表选用电动机YZR —200L —8，其kw N e 46.133=，转速min /5881r n =转动惯量
()
22
08.17m kg GD d
?=
则按照等效功率法求得：
j x N k N ??=γ25 （3.8） 式中：25k ——工作类型系数，查表得75.025=k
γ——系数，查表取87.0=γ
由此得e x N kw N <=??=9.10883.16687.075.0则由计算可知，初选电动机满足发热条件。
3.1.6 标准减速器选取
卷筒转速： 524
.04
160??=
=
ππD vm n j （3.9） min /9.38r = 减速器总传动比； 1.159
.38588
10===
j n n i
（3.10） 查表选QJR —D —710—16—ⅢPW ，当中级工作类型时，许用功率[]kw N 432=；传动
比16'0=i ，自重kg G g 3200
=，输出轴允许最大径向载荷[]N R 107000=，输出最大扭矩[]M N M ?=118000；输入轴直径mm d 1201=，mm l 2101=。
3.1.7 起升速度和实际所需功率验算
实际起升速度： min /1.1516
1.1516''00m i i v v =?== 误差：
%100'?-=
v
v
v ε （3.11） []%15%6.5%10016
16
1.15=<=?-=
ε 误差在许用范围内，故可行。
实际所需等效功率： e
x
x v v N N '
'= （3.12） e N kw <=?
=7.10216
1
.159.108
3.1.8 减速器输出轴强度校核
输出轴最大径向力：有[1]中公式
()j G aS R +=max max 21
（3.13）
式中：N aS 08.657862max ?=——卷筒上卷绕钢丝绳引起的载荷；kg G j 1113=——卷筒及轴自重，加速器输出轴段最大容许径向载荷[]N R 107000=。
因此()[]R N R <=+?=
713511113008.6578622
1
max ，通过 输出轴最大扭矩：
()[]M i M M e ≤=00max max '8.0~7.0ηψ （3.14） 式中：m N n N M e e ?===2.2487588
150
975975
1——电动机的额定力矩； 5.3max =ψ——电动机最大力矩倍数； 95.00=η——减速器传动效率；
[]M N M ?=118000，因此
()95.01624875.38.0~7.0max ???=M []M m N
3.1.9 制动器选取
所需静制动力矩： ()η'
2'000mi D G Q k M k M Z
j Z Z +=?≥ （3.15）
()85.016
42524.01050050000075.1????+?
=
=3108.7N ?m
选用2YWZ —600/200制动轮，其额定制动力矩m N M eZ ?=5000；制动轮直径
mm D z 600=；制动器重量kg G z 250=。
3.1.10 联轴器选取
高速轴的计算扭矩：
20836.121??==n M M el js ? （3.16） m N ?=6.6665 式中：2=?等效系数，查[2]表2—7得 6.11=n 安全系数，查表2—21得
el M ——相应于机构的电动机额定力矩换算到高速轴上的力矩。 m N n N M e el ?=?==2083588
62
.125975975
1 （3.17）
由表查得YZR —355L2—10电动机轴端为圆柱形，d=110mm,mm l 210=.
由附表查得QJR —D —710—16—ⅢPW 减速器高速轴端为圆柱形，d=
mm l 210=。从[1]中查得选用7C L Z 联轴器，最大许用扭矩
[]m N
M ?=18000m a x ，飞轮矩()2225.1m kg GD l ?=，重量kg G l 106=
浮动轴的轴端为圆柱形mm d 115=，mm l 210=。
从[1]表中选用一个带制动轮的直径为600mm 的联轴器。最大允许扭矩
[]m N M ?=19000max ，飞轮矩()2235m kg GD z ?=，重量kg G z
218=。
3.1.11 高速浮动轴的计算
①疲劳计算：轴受脉动扭转载荷，其等效扭矩：
e I M M 1?= （3.22） 式中：21=?——等效系数
e M ——相应于机构工作类型的电动机额定力矩传至计算轴的力矩 1
975
n N M e
e = （3.23） 588
46
.133975
= m N ?=3.221
由此，m N M M e I ?=?==6.4423.22121?
由上节选择联轴器中，已确定浮动轴端直径为115mm ，因此扭转应力为： W
M I
n =τ （3.24） 3
5
.112.041660
?=
2/6.139cm kg = 许用扭转应力： []1
101
2n k k ηττ+=- （3.25）
轴材料用
45
钢，2/6000cm N b =σ；21/132022.0cm N b ==-στ；
2/18006.0cm N s s ==στ。
m x K K K ?=——考虑零件几何形状和零件表面状况的应力集中。
x K ——与零件几何形状有关，
对零件表面有急剧过度和开键槽及紧配合，5.2~5.1=x K m K ——与零件表面加工光洁度有关，对于▽5，2.1~15.1=m K ；▽3，35.1~25.1=m K 。 此处取 K=2?1.3=2.6
η——考虑材料对应力循环不对称的敏感系数，对碳钢，低合金钢2.0=η。 1n ——安全系数，取6.11=n 因此 []()6
.12.06.21320
20+?=
k τ
2/589cm N = 故 []k n 0ττ≤ 通过。
②静强度计算：轴的最大扭矩
j cII II M M ψ= （3.26） m N ?=?=8.4919.2452 式中：cII ψ——动力系数，查表得2=cII ψ；
j M ——按额定起重量计算轴受静力矩由上节计算得m N M j ?=9.245 最大扭转应力：
2
3max /7.1615
.112.049180cm N W M II =?==τ （3.27） 许用扭转应力：
[]II
s
II
n ττ=
（3.28）
2/11256
.11800
cm N ==
由此得： []II ττ 浮动轴的构造如图所示，中间轴径()mm d d 125~12010~51=+=，取 mm d 1251= 图3.2 主起升浮动轴的构造简图 车架的改装 主车架是汽车底盘上各总成及专用工作装置安装的基础，改装时受到的影响最大，因此，要特别引起注意。 主车架是受载荷很大的部件，除承受整车静载荷外，还要受到车辆行驶时的动载荷，为了保持主车架的强度和刚度，原则上不允许在主车架纵梁上钻孔和焊接，应尽量使用车架上原有的孔。如果安装专用设备或其它附件，不得不在车架上钻孔或焊接时．应避免在高应力区钻孔或焊接。主车架纵梁的高应力区在轴距之间纵梁的下冀面和后悬的上冀面处。因为这些部位纵梁应力较大，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地方需要钻孔或焊接时，应注意以下事项： 1)尽量减小孔径，增加孔间距离，对钻孔的位置和孔径规范，应满足图和表的要求。 主车架钻孔的孔径和孔间 距 2)在纵梁翼面高应力区外的其它部位钻孔，只能在中心处钻一个孔，如图所示。 3)在纵梁的边、角区域亦禁止钻孔或焊接，所示的区域即为不允许钻孔和焊接加的部位。因为在这些部位进行钻孔或焊接，极易引起车架早期开裂。 主车架纵梁禁止钻孔区主车架纵梁禁止焊接区 4)严禁将车架纵梁或横梁的男面加工成缺口形状。 本课题中由于主车架与副车架之间的连接选用止推连接板形式，故主车架不用考虑钻孔，只需考虑焊接的位置得当。 主车架的加长设计 因专用汽车法布置的需要，对主车架有时要进行加长。例如厢式零担货物运输车和轻泡货物运输车，若用普通汽车底盘改装．则需要将轴距加大，改装长货厢来提高运输效率，此时要将车架在其中部断开后再加长。也有将车架后悬部分加长的改装设计。 车架加长部分应尽量采用与原车架纵梁尺寸规格一样、性能相同的材料。车架的加长部分与车架的连接一般采用焊接。首先在纵梁腹板处，按与纵梁轴线成夹角45。或90。的方向把纵梁断开，然后把切口断面加工成坡口形状，如图3-4所示。最后将加部分与车架纵梁对接起来。为了获得v型焊缝对接接头的最佳强度，防止焊缝起点出现焊接缺陷，应朱用引弧焊法或退弧焊法。焊接时应根据纵梁的材料选择合适的焊条型号、直径及焊接 横梁模具设计方案 一.横梁： 1.横梁是车架的一部分，车架是汽车中的基础，分为箱式车架；X型车架；边梁型车架；脊柱型车架；平台式车架；短车架几种。 2.车架的构造 车架有纵梁、横梁、斜梁三种构成。 3.横梁 和纵梁垂直连接成车架框形结构的构件叫横梁。其中，第一横梁是安装前悬置和发动机支座的重要构件，它的上方和后方是曲轴皮带轮和油底壳，前面有悬置固定座，下面和离地间隙有关，所以形状复杂，帽形地封闭断面有平直形，<字型，两根相平行地形状或者加有斜撑而成K字型等形状；第二横梁是中间的连接构件，兼有发动机后支座的作用，而边梁型车架只有发动机支座而没有第二横梁；第三横梁承受后弹簧和减震器传递的力，断面形状有帽形，Z形和管形等；第四横梁是最后一根横梁，大部分采用]形断面。 二.设计横梁模具的工艺过程 1. 第一工序：（落料）按展开尺寸落料及冲出工艺孔 第二工序：（成形）用冲模板冲压成槽形断面 第三工序：（冲孔）在冲制成的梁上打孔。 所以第一步是分析整个横梁--展开，确定下料，根据展开形状（略），确定合理冲裁尺寸。针对复杂的形状在计算机上计算优化，并排样，实现最经济的尺寸，实现自动化，提高效率。 2．以<字形为例：（图） 图1-1 A-A剖面图 图 1.2横梁俯视图 图 1.3 横梁侧视图 在成形过程中板材加工，形状复杂，所以采用折板机对弯曲面进行加工。 1) 先对板材的竖直面进行加工，其模具示意图为： 图1.4 竖直面的拉深模具示意图 2) 拉伸 对成型的板材进行拉伸： 图 1.5 某一截面的拉伸模具示意图 3) 水平弯曲 复杂的变形，需进一步思考： 图 1.6 水平弯曲某一截面模具示意图 4) 对接头处的修改： 3.模具设计： 1）弯曲模的设计： 根据弯曲件的形状、精度要求等，弯曲模的形式有多种多样，最常见的有V形弯曲模和U形弯曲模等。由于横梁形状复杂，用板材加工而成，我们采用折扳机加工。由于折扳机它也是有凹模，凸模组成的，可以参照弯曲模的设计方法。 对于的形状相似的汽车横梁零件，经过提取相似的因素也可以实现系列化，模具的设计不是一次一次的重新开始，我们利用原有的图纸，建立知识库，提取相似性，实现计算机的系列化。在模具图纸中，图形有若干个局部图构成的，通过逐步分解，化成一些基本的图元组成数据库，我们给定一定的变化范围，使形成在某一范围构成一个标准模具，再次设计的过程仅仅是变换一些零件和尺寸的过程。其过程如下： 摘要 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：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 ABSTRACT 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. Key words: subframe for a roll-type dump truck，deputy frame rails，subframe beams，location of connection，location of lifting mechanism，design 梁的合理设计 能动二班曲力涛 1305060212 梁的设计的基本问题是如何保证在满足强度、刚度和稳定性要求的前提下，以最经济的代价，对梁进行合理设计，即满足实用又经济的要求。所以我们要在一定外力为作用下设计出一种杆件使其一方面满足强度要求，一方面使用材料很少。 在设计梁时，实用上的要求就是跨度和承载能力。我们作强度和刚度计算的时候，梁的跨度和承受的载荷应视为给定条件，也是我们讨论的前提。关于经济的要求，要考虑施工条件、材料选择、截面尺寸、技术经济指标等几个方面，这里只能考虑材料和截面尺寸两个因素。 一、对于材料截面的合理选择 对于一般情况，在梁的设计中，正应力骑着控制作用，不必核校切应力。 下面我选择正应力公式分析： 由正应力公式可见，梁所可以承受的额最大弯矩与弯曲截面系数成正比，由此可见，在截面面积相同的情况下，Wz越大的截面设计越合理。我们可以通过不同形状截面的W/A来比较其合理性。通过计算 分析得出，工字型截面、槽型截面比矩形截面合理，矩形截面比圆形截面合理。 二、选择离心铸造材料 根据梁的正应力分布情况来看，材料截面的两端正应力最大而中性轴附近正应力最小，由此可见，增强钢梁的抗弯能力，以加强两翼，将梁做成工字形或箱形横截面为最合理。我们可以采取离心铸造法铸造材料，由于两端材料密度大，中性轴处密度小的特点，使得材料两端的强度大，而中性轴附近的材料强度在满足条件下相对较小，从而达到节约材料用量、充分利用材料的设计目的。 通常我们设计梁的截面尺寸一般是根据最大弯矩设计并制成等截面，要求最大应力处小于容许应力即可，这样对于其它应力要求小的部分使用同样大小的截面很大程度的浪费了材料的性能，而且加大了用量。 专用汽车副车架的改装分析及设计要点 专用汽车的各种专用装置都直接或间接地安装在汽车底盘车架（简称主车架）上，即主车架是专用汽车上专用装置的主要承载构件。设计中，为了防止主车架纵梁的应力集中，使纵梁载荷均匀分布，一般在专用装置与主车架之间采用副车架过渡。通过近几年对专用汽车使用情况的调查发现，专用汽车副车架出现裂纹、断裂及焊缝撕裂现象是专用汽车使用中存在的主要问题，而副车架的载荷分析是否正确、结构设计是否合理，则是产生这些现象的重要原因。 2 副车架的结构分析 专用汽车在使用中，其副车架纵梁出现的裂纹、断裂及焊缝撕裂现象，以自卸汽车尤为严重。下面以自卸汽车为例，对副车架所受的静载荷、动载荷和疲劳破坏三方面进行分析。 2 . 1 静载荷分析 副车架所受的静载荷主要有焊接应力和静弯曲应力等。 2 . 1 . 1 焊接应力 副车架在焊接加工过程中产生的焊接应力对其焊缝的强度及冲击值都有较大影响，特别是三项应力集中的部位，极易产生裂纹。若焊接尺寸过长、焊缝不均匀，均可使焊接应力增大。焊接应力影响较大的部位，一般出现在纵梁焊有腹板处，如图l 中a 、b 、c 、d 等处。 2 . 1 . 2 静弯曲应力 以自卸汽车为例，设主车架纵梁与副车架纵梁为一整体（简称组合梁），货物重量与车厢自重的合力G 均匀作用在组合梁上面，使后桥支点O的两边有向下弯曲的趋势，即载荷P0和Pl （参看图2 ) ，支点后边的载荷通过后翻转轴传至副车架。通过下面公式可简略地计算出组合梁所受弯曲应力σ。 由此可知，汽车大梁与副车架纵梁在后桥部位承受较大的弯曲应力，其后悬越长， 弯曲应力越大。此外作用在组合大梁的垂直载荷在偏离各自的弯曲中心时，除产生弯曲应力外，还会产生扭转变形。 2 . 2 动载荷分析 汽车在行驶过程中，上述的弯曲应力与扭转应力都将变为动载荷，即出现动弯曲应力和扭转应力，其值将比静载荷大3～4 倍。另外，行驶路面的好坏以及载荷分布不均匀，也使副车架纵梁产生严重的扭转变形。一般来说，在副车架纵梁所受的弯曲和扭转复合应力中，扭转应力是主要的，其值将随副车架装置条件的不同而有显著变化。如纵梁在装有加强腹板的地方扭转应力会减小，但在它们的交界处（刚度变化的地方）扭转应力会增大。 2 . 3 疲劳破坏分析 疲劳破坏是由于构件外部形状的突变以及材料不均匀等原因，使构件某些局部应力特别高。而汽车是一个复杂的多质量振动系统，振动意味着交变应力长期重复出现，在交变应力的作用下，应力较高的点或材料有缺陷的点逐步形成了裂纹。当裂纹扩展到一定程度时，遇到偶然的超载冲击，构件就会沿薄弱的截面发生突然脆性断裂。 由于专用汽车在行驶中其副车架的受力情况比较复杂，结构设计时，必须针对其受力情况进行合理布局。否则副车架即会出现裂纹、断裂及焊缝撕裂等缺陷，严重影响专用汽车的使用寿命。 3 副车架的结构设计 了解了副车架的受力情况，则可在副车架的设计中采取相应措施，最大限度地避免副车架产生上述各种缺陷。副车架的设计应从两方面考虑其结构，一是副车架对主车架强度的影响，二是副车架自身的强度问题。 3 . 1 副车架纵梁（简称副梁）的前端形状 为避免副梁前端刚度的突然变化对主车架造成的应力集中，同时为防止汽车制动时和超载后副车架对主车架冲击而产生的附加集中应力，通常在设计中将副梁的前端做成逐步过渡的形式，如图3 所示。 3 . 2 腹板的采用 副车架纵梁多数采用槽形截面，在承受较大载荷部位，采用腹板将槽形盒封闭， 梁柱设计经验 一、梁的设计 1．梁尺寸确定。 该工程定为纵横向承重，主要为横向承重，根据梁尺寸初步确定： 主梁高h : (1/8—1/12)L, 宽b(1/3—1/2)h 连系梁高h : (1/10-1/15)L, 宽b(1/3-1/2)h 次梁高h : (1/12-1/18)L, 宽b(1/3-1/2)h 2我这里引用一些梁设计的经验： (1).梁上有次梁处(包括挑梁端部)应附加箍筋和吊筋，宜优先采用“附加箍筋”。 梁上小柱和水箱下, 架在板上的梁, 不必加附加筋。 可在结构设计总说明处画一节点，有次梁处两侧各加三根主梁箍筋，荷载较大处详施工图。 (2).当外部梁跨度相差不大时，梁高宜等高，尤其是外部的框架梁。 当梁底距外窗顶尺寸较小时，宜加大梁高做至窗顶。 外部框架梁尽量做成梁外皮与柱外皮齐平。 当建筑有要求时：梁也可偏出柱边一较小尺寸。梁与柱的偏心可大于1/4柱宽，并宜小于1/3柱宽。(3).折梁阴角在下时纵筋应断开，并锚入受压区内La，还应加附加箍筋 (4).梁上有次梁时，应避免次梁搭接在主梁的支座附近，否则应考虑由次梁引起的主梁抗扭，或增加构造抗扭纵筋和箍筋。（此条是从弹性计算角度出发）。当采用现浇板时，抗扭问题并不严重。 (5).原则上梁纵筋宜小直径小间距，有利于抗裂，但应注意钢筋间距要满足要求，并与梁的断面相应。箍筋按规定在梁端头加密。布筋时应将纵筋等距，箍筋肢距可不等。小断面的连续梁或框架梁，上、下部纵筋均应采用同直径的，尽量不在支座搭接。 (6).端部与框架梁相交或弹性支承在墙体上的次梁，梁端支座可按简支考虑，但梁端箍筋应加密。 (7).考虑抗扭的梁，纵筋间距不应大于300和梁宽，即要求加腰筋，并且纵筋和腰筋锚入支座内La。箍筋要求同抗震设防时的要求。 副车架设计指导书 1 副车架设计 副车架与主车架的连接一般采用刚性连接。副车架在设计中应考虑自身结构、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(如图2)。 2 车架强度校核 在实际使用状况下车架受力比较复杂，在车架初始设计时，一般对车架强度校核简化为对车架纵梁进行弯曲强度校核。 2．1基本假设 车架纵梁进行弯曲强度校核时，作以下假设：纵梁是支承在悬架支座上的简支梁；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；满载时有效载质量e 为集中载荷，分布如图3所示：主、副车架为刚性连接，即主、副车架挠度 2．2车架受力分析及计算 车架受力分析如图3所示。 图三 图中：G ef ,G er 为前、后支架所 承受的有效载质量，由上装平衡条件”1计算可得：G ef = ) 2/2//()2/(n f e d n f G e ++++ )2/2//()2/(n f e d d e ef e er G G G G e ++++=-=; F f ,F r 为前后轴对车架的 支反力，由车架平衡条件计算可得： F f =b n f l b G a L e s G /)]()2/ [--++-, F r =[l)]/b -n (f G L)-(L/2[e ++G s ; G s 为空车簧载重质量，取G s =20m g/3z(0m 为汽车整备质量) 2.3车架纵梁弯矩计算 由受力分析和计算结果，可计算每侧车架纵梁各段的弯矩： 21/(2)S M G X L =- 0X a <≤ 22/(2)()S f M G X L F X a =-+- a X a c <≤+ 223/(2)())s f ef M G X L F X a G X a c =-+---- a c X a c d +<≤++ 24/(2)()() s f ef M G X L F X a G X a c d =-+----- a c d X a b ++<≤+ 25()()/(2)er s M G X a b G X a b L =------ a c d X a b l n ++<≤++-226()/(2)()/(2) S er M G X a b l n L G X a b l n n =----+----+ a b l n X L ++-<≤ 式中：X 为截面至车架前端距离。由此可以求得车架纵梁的最大弯矩 max M 2.4 主，副车架弯矩计算 设车架纵梁在任一截面的弯矩为M,而在截面处，主车架纵梁所受弯矩 Z M ,副车架所受的弯矩为f M ，则有如下关系式； z f M M M += ''//yz z z z D dx M E J = '' //yf z f f D dx M E J = z f y y = 式中; z y f y 为主副车架纵梁的挠度；f z E E ,为主，副车架纵梁材料的弹性模量，f z J J ,为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相似，即 z f E E =,则可求得主副车架的弯矩 ) () /(f z f f f z z z J J MJ M J J MJ M +=+= 2.5 强度校核 一般梁的设计方法与步骤 一、梁截面的确定根据建筑功能的要求，确定梁系的布置形式后，按照建筑外立面造型、室内净高、外观要求、使用功能等需要，并结合结构受力和变形所需，综合确定梁截面的高度。当某梁高度因受力或变形所需而大于典型梁高时，需判断是否会对建筑使用功能造成影响，可能存在影响时，则必须跟建筑专业协商后确定最终解决方案。 二、有关梁的基本计算参数的确定 SATWE中与梁有关的主要有如下参数： 1.梁端负弯矩调幅系数：因混凝土本身就是一种非纯弹性的材料，在梁的裂缝宽度没有超出规范限制的情况下，砼也会进入弹塑性的工作状态，故在竖向荷载作用下，钢筋混凝土框架梁设计允许考虑混凝土的塑性变形内力重分布，适当减小支座负弯矩，相应增大跨中正弯矩。为避免梁支座处出现过宽裂缝，对现浇结构，梁端负弯矩调幅系数可在0.8～0.9的范围内取值，一般可取0.85。 2.梁设计弯矩放大系数：通过此参数可将梁的正负设计弯矩均放大，提高其安全储备。工程设计一般取1.0，不必高于规范的标准而对梁弯矩进行专门的放大。 3.梁扭距折减系数：对于现浇楼板结构，当采用刚性楼板假定时，可以考虑楼板对梁抗扭的作用而对梁的扭距进行折减。折减系数一般可取0.4。 4.连梁刚度折减系数：结构设计允许连梁开裂，开裂后连梁的刚度有所降低，程序中通过连梁刚度折减系数来反映开裂后的连梁刚度。取值大小以尽量使连梁不超筋为宜，程序限定不小于0.5。 5.中梁刚度增大系数： 当采用刚性楼板假定时，可用此系数来考虑楼板对梁刚度的贡献。按《高规》第 5.2.2条的条文说明，通常现浇楼面的中梁可取2.0，边梁由程序自动计算为1.5。 6.梁柱重叠部分简化为刚域：一般点选该项，以使计算模型较接近实际。 7.梁主筋及箍筋强度：按实际情况取用。 8.梁箍筋间距：为加密区间距，对实际配箍没有影响，仅会影响计算配筋简图中输出的数值，为便于以统一的标准对计算配箍值进行判断，现规定设计时均取为100。此外，还需在计算模型中，准确地定义框架梁的抗震等级、框支梁、需进行刚度折减的连梁、需设置的计算铰等，才会得到较符合实际的、合理的计算结果。 三、按计算配筋简图及规范的构造要求配置梁钢筋对于一个标准层对应多个计算层的平面，需经比较后选出一个配筋普遍较大的计算层作为配筋的基准平面，以该平面为依据完成配筋设计后，再对其它计算层中配筋较大的部位进行局部的修正。 配筋的具体步骤按以下顺序进行： 1．配置梁箍筋 一般设计人员习惯上往往较专注于梁纵筋的配置，而容易忽略梁计算箍筋超过说明中的箍筋缺省值的部位，从而造成若干部位配箍不足的情况时有发生。配箍不足会带来较不利的后果， 原因为：（1）由于抗剪计算的复杂性，其结果的准确性远没有抗弯计算成熟，各国对抗剪承载力的计算还没有得出统一的计算模式，故某些部位即使按计算箍筋配足，亦不一定有太大的富裕（相对于受弯），因此当实际配箍与计算箍筋相差较大时，可能会在正常使用或经受风及小震作用时即发生剪切破坏或出现过宽 汽车的底盘性能无外乎舒适性、操控性两大主题，而这两大功能又是一对相互制约的矛盾。传统悬挂系统通常只能偏向一方调校。也就是说注重操控性的悬挂系统势必会损失一些舒适性能，而注重舒适性的悬挂势必也会影响一些操控性能。所以在悬挂系统的设计和匹配上设计师们都尽可能的用一些复杂结构来实现舒适性和操控性的平衡。 而一些对舒适性和操控性影响较大的装备和设计也应运而生。副车架就是一个典型的代表。追溯副车架的发展历史，我们不难发现。与其他任何复杂技术一样，副车架最早也是从D级豪华车的标准配备，发展到如今A级家用车上也能找到的装备。那么副车架到底是什么东西？它的装配与否对汽车的底盘性能到底有哪样的影响呢？ 简单的说，副车架可以看成是前后车桥的骨架。是前后车桥的组成部分。我们知道，传统的没有副车架的承载式车身，其悬挂是直接与车身钢板相连的。因此前后车桥的悬挂摇臂机构都为散件，并非总成。在副车架诞生以后，前后悬挂可以先组装在副车架上，构成一个车桥总成，然后再将这个总成一同安装到车身上。 对于平台化的今天，这样的设计当然是大有好处的。复杂的悬挂系统由散件变成了总成。同样的悬挂总成可以安装在不同的车身上。也就是说，如今的悬挂设计已经不像过去，需要针对车身来开发与其匹配的悬挂，而是可以直接装上总成，只需稍作调校就能实现良好匹配。这种总成式的车桥能够很好的降低成本，提高技术利用率。 当然，这种带副车架的悬挂总成，除了在设计，安装上能带来各种方便和优越性以外，最重要的还是其舒适性和悬挂刚度的提高。 我们知道，汽车发动机并非直接与车身刚性连接。而是通过悬置与车身连接。悬置就是我们经常能看到的，发动机与车身连接处的橡胶软垫。随着技术的发展，悬置的种类也越来越多，高档车多采用液压悬置。 悬置的作用是用来隔绝发动机震动。也就是说在悬置的作用下，发动机震动能够尽可能少的被传至驾驶舱。由于发动机在各个转速范围段都有不同的震动特性，所以好的悬置机构能够有效屏蔽各个转速范围段的震动。这就是为什么我们在开一些匹配较好的高档车时，无论发动机处于2000转还是处于5000转，在驾驶时都感觉不到太多发动机震动的原因。 任务一 钢筋混凝土结构梁设计 现有某水工建筑物外伸梁，上部作用均布荷载如图1所示， 01.γ0=，01.=ψ，21.γd =，简支段荷载设计值q 1=57kN/m ，外伸段荷 载设计值q 2=115kN/m ，C25级混凝土，纵向受力钢筋采用II 级钢筋，箍筋采用I 级钢筋，设计此梁并绘制配筋图。 图1 外伸梁结构形式及荷载作用示意图 设计要求： 1. 根据已知条件查材料强度，计算参数的选取； C25：f c =1 2.5N/mm 2 f t =1.30N/mm 2 一级钢筋：f y =210N/mm 2 二级钢筋：f y =310N/mm 2 2. 内力计算（最大弯矩、剪力最大值）； 根据平衡方程求出F 1=171.08kN ，F 2=441.82kN 。 剪力 左=171.08kN 中1=-227.92kN 中2=213.90kN 因为剪力为0点是M 最大值点，所以171.08-57×x=0 X=3.00 M=171.08×3.00-57×3.00×3.00/2=256.74kN 115kN/m M=213.90×1.86/2=198.927kN 3. 截面尺寸校核（a 取40mm ）； a s =30+20/2=40mm h w =h 0=650-40=610mm h w b =610250 =2.24<4.0 0.25f c bh 0=0.25×12.5×250×610=4.76×105N=476.6kN γd V=1.2×227.92=273.50﹤0. 25f c bh 0=476.6kN 故截面尺寸满足抗剪要求。 4. 梁的计算简图及内力图； 弯矩图 剪力图 5. 计算纵向受弯钢筋用量及选配钢筋（验算最小配筋率）； M=25 6.74kN αs =γd M c 0 2=1.2×256.74×106 2=0.265 x x 车身前副车架安装点设计规范 1范围 本标准规定了车身前?副车架安装点设计要点及其判断标准等。 本标准适用于新开发的血类和N1类汽车车身前副车架安装点设汁。 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本 适用于本 文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文 件。 乘用车外部凸出物》 乘用车尺寸代码》 热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》 优质碳素结构钢热轧薄钢板和钢带》 汽车车身术语》 《整车车身设汁公差与装配尺寸链分析》 《螺栓连接的装配质量控制》 3术语和定义 3. 1车身结构 3. L 1车身结构是各个零件的安装载体。 3.2副车架 3. 2. 1副车架最早的应用原因是可以降低发动机舱传递到驾驶室的振动和噪音。副车 架 与车身的连接点就如同发动机悬置一样。通常一个副车架总成需要山四个悬置点与车身 连接，这样既能保证其连接刚度，乂能有很好的震动隔绝效果。副车架能分5级减小震动 的传入，对副车架来说，在性能上主要U 的是减小路面震动的传入，以及提高悬挂系统的 连接刚度，因此装有副车架的车驾驶起来会感觉底盘非常扎实，非常紧凑。而副车架悬置 软?度的设定也面临着像悬挂调校一样的一个不可规避的矛盾。所以工程师们在设计和匹 配副车架时通常会针对车型的定位和用途选择合适刚度的橡胶衬垫。由于来自发动机和悬 挂的一部分震动会先到达副车架然后再传到车身，经过副车架的衰减后振动噪声会有明显 改善。副车架发展到今天，可以简化多车型的研发步骤。这是因为悬挂、稳定杆、转向机 等底盘零件都可以预先安装在一起，形成一个所谓的超级模块，然后再一起安装到车身上。 3.3HIJ 副车架安装点 3. 3. 1前副车架安装点指安装在车身的安装孔中心线与安装面下平面交点的位置（XYZ 坐 标）及装配孔公称尺寸。 4车身前副车架安装点技术要求 4. 1车身安装硬点要求公差控制在±L5mm 范H 内； 4. 2前副车架与车身安装平面间的平度要求控制在±0. 5mm 范S 内； 4. 3车身安装硬点所采用的带法兰面的螺母或者螺纹管要求能够承受的扭矩事 160N. m ： 4. 4车身前-副车架安装点强度由CAE 部门依拯安装点所选材料及车辆工况分析确定； 4. 5车身前副车架安装点刚度要求达到SOOON/mm —lOOOON/mmo 5车身前副车架安装点设计要点 《GB 11566-2009 《GB/T19234-2003 《GB/T 709-2006 《GB/T 710-2008 二○一一届学生毕业论文（设计）存档编号： 毕业论文（设计）论文题目冶金企业天车设计——小车部分设计及优化 (英文) Smelter Crane Design——Car Part Design and Optimization 学院 专业 姓名 学号 指导老师 2011年05 月31日 摘要 本文论述了冶金企业天车设计——小车部分设计及优化。本冶金企业天车为双梁单小车结构形式，单小车上设有主、副钩起升机构。主、副钩可单独起吊，又可以相互配合使用。冶金企业天车由小车、桥架、大车运行机构和电气设备等组成。小车由起升机构、小车架、小车运行机构、50t吊具等部分组成。 通过参考有关文献，分析了双梁桥式冶金企业天车的国内外研究现状，对我国冶金企业天车今后的发展方向进行了展望，特别对小车部分设计作了重点分析。本次设计的内容主要是主、副起升机构设计，包括电动机型号选择和功率的校核、减速器转速传动比的选择、轮式制动器、卷筒的长度选择、上滑轮装置和联轴器两端轴的长度和直径的选择；小车的运行机构的设计，包括电动机型号选择和功率的校核、减速器转速传动比的选择、轮式制动器和联轴器两端轴的长度和直径的选择。各机构均采用全封闭自润滑的中硬齿轮减速器，它具有运行平稳、寿命长的特点。小车车架的结构优化设计，主要是通过对车架进行改进，使其结构更加紧凑，质量更小。 关键字：冶金企业天车；减速器；制动器；联轴器；卷筒 Abstract This paper discusses smelter crane design - car part design and optimization. The crane has double beam bridge crane with single car structure, and the single hoist has a main and a vice hook on lifting mechanism. The main and the vice hook can not only separately hang but also cooperate with each other. The crane contains car, bridge, operation institutions and electrical equipment etc. The car contains lifting mechanism, car frame, car mechanism, and 50t sling components. According to the related documents, this paper analyzed the research situation of double beam bridge crane at home and abroad, prospected the future development direction of our crane, and especially researched the car part design. The contents of this paper was the main and vice lifting mechanism design, including motor model selection , power check, transmission ratio selection of reducer , length of reel , brake drum , pulley device, length and diameter of the shaft. The design of the car running part includes motor model selection, power check, transmission ratio of reducer, wheeled brake, and length and diameter of the shaft. Closed lubricated medium harden gear reducer are adopted, which has the characteristics of smooth operation and long life. Car frame structure optimization design mainly includes the improvement of frame to make it more compact and less weight. Key words:Crane; Reducer; Brakes; Coupling; Reel 本科毕业设计（论文） 轿车前副车架设计 全日制本科生毕业设计（论文）承诺书 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） 是在导师的指导下，严格按照学校和学院的有关规定由本人独立完成。文中所引用的观点和参考资料均已标注并加以注释。论文研究过程中不存在抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。如若出现任何侵犯他人知识产权等问题，本人愿意承担相关法律责任。 承诺人（签名）： 日期： 轿车前副车架设计 摘要 汽车轻量化设计是现代汽车产业发展的必然趋势，本课题围绕Roewe轿车前副车架采用镁合金的轻量化设计，实现平衡轿车驾驶的操控性和舒适性的目标。通过对轿车前副车架功能的分析，确立前副车架的设计方案，建立三维模型和有限元分析模型，并对前副车架采用镁合金材料强度分析，并对于结构薄弱的位置提出优化思路。 研究过程中，首先了解了汽车轻量化设计的目的和方法，并学习前副车架的相关知识，明确其在汽车中的作用，前副车架的发展历史，功能设计要求，结构特点，型式，与车身连接方式，材料等，本课题的前副车架采用镁合金，文中也分析了镁合金的特性优点以及在汽车制造上的应用。然后建立了前副车架的三维模型。 接着对前副车架进行结构强度的理论分析，包括所受到的载荷类型和强度理论，确定载荷工况，为之后的有限元分析奠定基础。 在学习有限元分析理论和了解有限元分析法在汽车行业中的应用之后，利用有限元分析软件hypermesh对前副车架的三维模型进行简化处理，网格划分，施加刚性连接和载荷工况，完成前副车架有限元分析模型的建立。在对前副车架进行强度分析后得出应力云图，并对其结构薄弱的位置提出优化思路。 本课题的研究工作，无论在设计上还是分析上，都对汽车行业零部件现代化开发提供了参考。 关键词:前副车架汽车轻量化镁合金有限元方法 DESIGN OF FRONT SUB-FRAME OF ROEWE CAR ABSTRACT Automotive lightweight design is an inexorable trend of the development of modern auto industry. In this paper, magnesium alloy is used to design the front sub-frame of Roewe car by lightweight technology to achieve the balance of control and comfort during the car driving. By analysing the function of front sub-frame, the design scheme is established, as well as the 3D model and the finite element model. Strength analysis is carried out to the front sub-frame of magnesium alloy and optimized idea is suggested to the weak link of the structure. In the process of research, first, the intention and method of automotive lightweight design are comprehended. The related knowledge of the front sub-frame has been learned, and also the function, the development ,the design requirement, the shape ,the type ,the connection with the car body and the material have been confirmed. In this paper, the character and the application in the automotive manufacture of magnesium alloy is also analyzed. After that, a 3D model of front sub-frame is built. §5-2梁的设计梁设计的要求 与轴心受压相仿，钢梁设计应考虑强度、刚度、整体稳定和局部稳定各个方面满足要求。 (1)梁的强度计算主要包括抗弯、抗剪和折算应力等强度应足够。 (2)刚度主要是控制最大挠度不超过按受力和使用要求规定的容许值。 (3)整体稳定指梁不会在刚度较差的侧向发生弯扭失稳，主要通过对梁的受压翼缘设足够的侧向支承，或适当加大梁截面以降低弯曲压应力至临界应力以下。 (4)局部稳定指梁的翼缘和腹板等板件不会发生局部凸曲失稳，在梁中主要通过限制受压翼缘和腹板的宽厚比不超过规定，对组合梁的腹板则常设置加劲肋以提高其局部稳定性。 5.2.1 梁的截面选择 一、型钢梁截面的选择 型钢梁截面应满足梁的强度、刚度、整体稳定和局部稳定四个要求，其中强度包括抗弯、抗剪、局部压应力和折算应力。由于型钢截面的翼缘和腹板等板件常有足够的厚度，一般不必验算局部稳定，无很大孔洞削弱时一般也不必验算剪应力。局部压应力和折算应力只在有较大集中荷载或支座反力时计算。 型钢梁设计通常是先按抗弯强度(当梁的整体稳定有保证或Mmax处截面有较多孔洞削弱时)或整体稳定(当需计算整体稳定时)选择型钢截面，然后验算其它项目是否足够，不够时再作调整。为了节省钢材，应尽量采用牢固连接于受压翼缘的密铺面板或足够的侧向支承以达到不需计算整体稳定的要求。 按抗弯强度或整体稳定(φb值可先估计假定)选择单向(强轴)弯曲梁的型钢截面时，所需要的截面抵抗矩为： 选择型钢梁截面的具体要求和步骤见5.2强度和挠度、5.5梁的整体稳定。 二、组合梁截面的选择 组合梁截面的选择包括：估算梁高、腹板厚度和翼缘尺寸。 1、梁高的估算 2、腹板尺寸 梁高确定后腹板高也就确定了，腹板高为梁高减两个翼缘的厚度，在取腹板高时要考虑钢板的 副车架 汽车的底盘性能无外乎舒适性、操控性两大主题，而这两大功能又是一对相互制约的矛盾。传统悬挂系统通常只能偏向一方调校。也就是说注重操控性的悬挂系统势必会损失一些舒适性能，而注重舒适性的悬挂势必也会影响一些操控性能。所以在悬挂系统的设计和匹配上设计师们都尽可能的用一些复杂结构来实现舒适性和操控性的平衡。 而一些对舒适性和操控性影响较大的装备和设计也应运而生。副车架就是一个典型的代表。追溯副车架的发展历史，我们不难发现。与其他任何复杂技术一样，副车架最早也是从D级豪华车的标准配备，发展到如今A级家用车上也能找到的装备。那么副车架到底是什么东西？它的装配与否对汽车的底盘性能到底有哪样的影响呢？ 简单的说，副车架可以看成是前后车桥的骨架。是前后车桥的组成部分。我们知道，传统的没有副车架的承载式车身，其悬挂是直接与车身钢板相连的。因此前后车桥的悬挂摇臂机构都为散件，并非总成。在副车架诞生以后，前后悬挂可以先组装在副车架上，构成一个车桥总成，然后再将这个总成一同安装到车身上。 对于平台化的今天，这样的设计当然是大有好处的。复杂的悬挂系统由散件变成了总成。同样的悬挂总成可以安装在不同的车身上。也就是说，如今的悬挂设计已经不像过去，需要针对车身来开发与其匹配的悬挂，而是可以直接装上总成，只需稍作调校就能实现良好匹配。这种总成式的车桥能够很好的降低成本，提高技术利用率。 当然，这种带副车架的悬挂总成，除了在设计，安装上能带来各种方便和优越性以外，最重要的还是其舒适性和悬挂刚度的提高。 我们知道，汽车发动机并非直接与车身刚性连接。而是通过悬置与车身连接。悬置就是我们经常能看到的，发动机与车身连接处的橡胶软垫。随着技术的发展，悬置的种类也越来越多，高档车多采用液压悬置。 悬置的作用是用来隔绝发动机震动。也就是说在悬置的作用下，发动机震动能够尽可能少的被传至驾驶舱。由于发动机在各个转速范围段都有不同的震动特性，所以好的悬置机构能够有效屏蔽各个转速范围段的震动。这就是为什么我们在开一些匹配较好的高档车时，无论发动机处于2000转还是处于5000转，在驾驶时都感觉不到太多发动机震动的原因。 某车型副车架模态拓扑优化设计 沈智达 陈海树 刘双宇 （华晨汽车工程研究院 辽宁沈阳 ） 摘要：本文以某车型副车架为例，介绍了基于拓扑优化方法，应用有限元软件HyperWorks的OptiStruct模块建立有限元模型的过程。通过优化计算，使一阶扭转模态值达到最佳水平，并对优化结果进行了台架试验对比验证，优化结果可为同类产品设计提供参考。 关键词：拓扑优化模态频率副车架有限元分析 引言： 汽车底盘的主要性能是舒适性和操控性，悬挂系统的设计和匹配上设计师们都尽可能的用一些复杂结构来实现舒适性和操控性的平衡，而一些对舒适性和操控性影响较大的装备和设计也应运而生，副车架就是一个典型的代表。 副车架实际是一个支撑车桥和悬架的支架，汽车的行走系统（也就是车桥，包括车轮、轮轴、差速器等部件）通过悬架元件先安装在这个支架上，再作为一个整体总成，用起减振抗扭作用的弹性橡胶垫连接到车身上。 副车架的作用，相当于在悬架和车身之间增加了一级缓冲，它减轻了车身的负荷，可以明显改善整车的舒适和操控性。另外，由于副车架结构的出现，前桥和后桥从原来的零散部件变成了整体总成，这对汽车的平台化设计以及生产装配的便利性，都有很大的好处。副车架的成本一直很高，所以它以前更多出现在豪华车身上。现在，随着技术的进步以及成本的降低，它已经逐步向低端车型扩展，甚至有的紧凑级别车型也开始采用这种设计。 优化方法概述： 汽车零部件结构优化设计是指在不影响零部件的强度和性能的基础上，通过设计质量轻的产品达到降低汽车制造成本的目的。结构优化通常分为尺寸优化，形状优化，拓扑优化和结构类型优化等。其中尺寸优化和形状优化技术已经比较成熟，但对结构优化所起的作用有限。 结构拓扑优化又称为结构布局优化，它是一种根据约束，载荷及优化目标而寻求结构材料最佳分配的优化方法，主要应用在产品开发的初始阶段，是一种概念性设计，对最终产品的成本和性能有着决定性影响。变密度法是连续体结构拓扑优化的常用方法之一，其基本思想是引入一种假设的密度可变材料，将连续结构体离散为有限元模型后，使结构中的每个有限单元内的密度制定相同，并以每个单元密度为设计变量。当每个单元的相对密度X＝1时，则表示该单元为有材料，保留或增加该单元（实体）；当X=0时，表示该单元无材料，单元应当删除（孔洞）。拓扑优化时，尽量使该材料的相对密度为0或1分布在设计区域。 1.问题描述 副车架与车身的连接点就如同发动机悬置一样。本车型的副车架由四个悬置点与下车身连接，这样既能保证其连接刚度，又能有很好的震动隔绝效果。需要指出的是：带有副车架的悬挂能分5级来吸收震动的传入。第一级震动由轮胎台面的软橡胶变形来吸收，这一级变形能吸收大量的高频车架的改造与副车架的设计
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副车架设计说明书
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7 副车架设计指导书
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