路面冰雪除雪机设计(8)

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Components Applied Forces Relative Reactions Residual Magnitude Error 2.8601e-013 4.0299e-013 7.6634e-014 1.4405e-013 7.1751e-014 2.3729e-013 Fx (N) -1.0543e+000 -1.9048e+001 -3.4523e-016 1.0543e+000 5.3202e-013 Fy (N) 1.9048e+001 -7.4962e-013 Fz (N) 1.4289e-013 1.4255e-013 Mx (Nxm) 1.8515e+000 -1.8515e+000 1.3722e-013 My (Nxm) -1.0483e-001 1.0483e-001 6.8348e-014 Mz (Nxm) 2.1385e+000 -2.1385e+000 -2.2604e-013 Deformed Mesh

Von Mises Stress (nodal value)

5.3 销轴的校核计算

当路面冰雪清除机的工作装置接触冰雪路面的时候，清除机工作在牵引工况；而当工作装置抬起的时候，则工作在行驶工况。在冰雪清除机分别处于这两种不同的工况的时候，其受力都是不一样的。

当路面冰雪清除机处于牵引工况的时候，装置受力情况如图5.1示 图中，A点为支撑臂与冰雪清除装置联结处，B点为大臂与冰雪清除装置联结处。C点为冰雪清除装置的轴心位置，而N为动力装载机给冰雪清除装置施加

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图5.1 装置受力图

的推力大小为47826N。

通过图5.1对路面冰雪清除机处于牵引工况的时候大臂及支撑臂的受力情况进行分析，由图中我们可以看到，用于推动路面冰雪清除机的进行工作的绝大部分推力均是又大臂来提供的。因此，在冰雪清除机处于牵引工况的时候，主要校核用于大臂与冰雪清除装置联结的销轴即可。由受力分析图可以看到，大部分的推力都是由大臂销轴来承受的。因此，在校核计算过程中，可以假定大臂销轴所承受的力为动力装载机施与冰雪清除装置的力。

大臂销轴结构如图5.2所示：

图5.2 大臂销轴结构

通过图5.2分析可以得出在相同受力情况下，销轴的应力危险截面应处于钻有注油孔的一侧。由于动力装载机的大臂与冰雪清除装置间是通过两个相同

1的销轴来进行联结的，所以应平均分配，即每个销轴的受力应为N。

2销轴受力情况如图5.3：

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图5.3 销轴受力情况

由图5.3分析可知作用于销轴两侧面上外力的合力大小相等、方向相反、且作用线相距很近。销轴在位于两力间的截面（剪切面）发生相对错动，即发生剪切变形。假定剪力Q所对应的剪应力在剪切面上均匀分布，则剪切面上的剪应力为：

η= Q / A （5.5）

式中A为剪切面面积。

由以上经验公式以及经分析所得到的数据及可计算路面冰雪清除机在处于牵引工况时，大臂销轴危险截面的所受的剪切力η。

A= π×( 30-2.5 ) × 10 = 2.8×10 m

11Q= N = × 47826 = 11956.5 N

44-3

η= Q / A = 11956.5 / 2.8×10 = 4.27 MPa

由于销轴选用的材料为45 钢，所以由机械设计手册查得材料45钢的许用剪切应力为[η]=40 MPa，由上面计算结果可知η<[η]。所以在冰雪清除机处于牵引工况时，销轴的强度是足够的。

当冰雪清除机处于行驶工况时，装置的受力情况如图5.4所示：

图5.4 装置受力情况

2

2

-6

-3

2

图中，A点为支撑臂与冰雪清除装置联结处，B点为大臂与冰雪清除装置联

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结处。C点为冰雪清除装置的轴心位置，而N为冰雪清除装置自重，由前面的计算可以得出N的大小为36000N。

由图5.4分析可知：

Nb≈36000×143/110 = 46800N Na≈36000×170/110 = 55636N

其中Nb为大臂与冰雪清除装置联结销轴所承受的力，Na为支撑臂与冰雪清除装置联结销轴所承受的力。由5.1分析，可知在路面冰雪清除机处于行驶工况的时候，销轴的应力危险截面应位于臂与冰雪清楚装置联结的销轴上，并位于开有注油孔的一侧。

所以由以上经验公式以及经分析所得到的数据及可计算路面冰雪清除机在处于行驶工况时，支撑臂销轴应力危险截面的所受的剪切力η力危险截面所受的剪切力η2。

A1= π×( 25-2.5 ) × 10 = 1.9×10 m

11Q1= Na = × 55636 = 13909 N

44-3

η1= Q1/ A1= 13909 / 1.9×10 = 7.32 MPa A2 = π×( 30-2.5 ) × 10 = 2.8×10 m

11Q2 = Nb = × 47826 = 11956.5 N

44η

2

1以及大臂销轴应

22-6-32

22-6-32

= Q2/A2= 11956.5 / 2.8×10 = 4.27 MPa

-3

由于销轴选用的材料为45 钢，所以由机械设计手册查得材料45钢的许用剪切应力为[η]=40 MPa，由上面计算结果可知无论支撑臂销轴或者大臂销轴的应力危险截面所受的剪切应力η均小于[η]。所以在冰雪清除机处于牵引工况时，销轴的强度是足够的。

5.4 轴的校核计算

根据承受载荷的不同，轴可分为转轴、心轴和传动轴三大类。工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴，如齿轮减速器中的轴，这类轴在各类机械设备中最为常见；而只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴，心轴又分为传动心轴和固定心轴两种，如铁路车辆的轴，自行车的前轴。只承受扭矩而不承受弯矩（或弯矩很小）的轴称为传动轴，如汽车的传动轴等。在本次设计的路面冰雪清除装置中的轴应属于心轴类中的固定心轴。

轴在完成结构设计之后，还应进行校核计算，轴的设计计算准则是首先满足轴的强度要求，此外，对某些轴（如机床主轴）还需满足刚度要求，对高速轴还应校核轴的振动稳定性。由于轴系部件的结构比较复杂，应先简化成力学模型，然后再进行计算。在对于一般的轴的校核计算过程中（如变速箱中齿轮轴等），

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载荷在零件（如齿轮）上分布的长度相对于轴的长度来说是比较小的，故一般以集中载荷来代替分布载荷，其载荷作用点取轮毂宽度的中点，轴与轴上零件的自重通常忽略不计，轴上支反力作用点的位置通常作为铰支座处理。

但是在本次设计中，载荷在轴上的分布长度相对于轴的长度来说还是比较大的，因此不能一集中载荷来代替分布的载荷。轴的受力情况如图5.5所示：

图5.5 轴的受力情况

根据轴的受载情况，可采用不同的计算方法。常用的计算方法有下面几种。

5.4.1 按扭转强度条件计算。

对只受扭矩作用或主要承受扭矩作用的传动轴，应按扭转强度条件来进行校核计算。对于受扭矩T的圆截面轴，其扭转强度条件为

P3

ηT = T/WT = 9550000 / 0.2d ≤[η] T MPa （5.6）

n式中 ηT — 扭转切应力，MPa；

T — 轴所受的扭矩，N.mm WT — 轴的抗扭截面系数，mm； n — 轴的转速，r/min； P — 轴传递的功率，kW； d — 计算截面处的直径，mm；

[η] T — 许用扭转切应力，MPa，可用相关机械设计手册查得。

5.4.2 按弯扭合成强度条件计算

3

对于转轴，当轴上零件和轴承位置已知，并且轴上所受载荷的大小、方向和位置已定时，可按弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计算。

针对轴的某些危险截面（即当量弯矩大而直径可能不足的截面），对于实心圆轴的强度校核公式为

ζca = Mca / W = M2???T?/0.1d ≤ [ζ-1]b MPa （5.7）

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