YZ8H壓路機(jī)振動輪設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、SW三維模型】

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 YZ8H壓路機(jī)振動輪設(shè)計(jì) 摘 要 振動壓路機(jī)是眾多工程施工設(shè)備中的一種，其主要要用于壓實(shí)各種土壤、碎石塊以及各種瀝青混凝土等。在公路施工中，主要用于路基、路面的壓實(shí)，是修路施工中不可缺少的壓實(shí)設(shè)備。根據(jù)振動壓路機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、操作方法和主要用途等的不同，可以分為不同的種類。按振動輪內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同可分為：振動、震蕩和垂直振動。按振動型式又可分為：單頻單幅、單頻雙幅、雙頻多幅、無級調(diào)頻調(diào)幅等。由此可見，振動輪是振動壓路機(jī)的核心。 我國的振動壓路機(jī)的研究已經(jīng)相對成熟，但是與國外發(fā)達(dá)國家相比仍然有很大的差距，本文主要研究的就是壓路機(jī)振動輪的設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)簡要介紹了振動壓路機(jī)的發(fā)展概況、振動機(jī)構(gòu)、激振器的結(jié)構(gòu)、偏心塊的設(shè)計(jì)與計(jì)算和減振塊的設(shè)計(jì)計(jì)算，軸的設(shè)計(jì)與校核，軸承的壽命計(jì)算。 關(guān)鍵詞：振動壓路機(jī)，振動輪設(shè)計(jì)，偏心塊 The YZ8H vibratory roller design ABSTRACT The vibratory roller is one of the important construction equipments for compaction of soil, aggregates, asphalt and concrete. In highway construction, it is used in the compaction of the roadbed and act as an indispensable road construction. The vibratory roller can be classified depending on the vibratory roller’s working principle, the structural characteristics, methods of operation and use .It can be divided through the internal structure of the wheel vibration: vibration, shock and vertical vibration. Whele vibration can be divided into single-frequency single, single-frequency double-width, single-frequency multiple pieces of multi-frequency and stepless AM FM. So, the vibrating drum is the core of vibratory roller . Our vibratory roller studies have been approaching maturity, but there is still a big gap compared with foreign countries, this article is intended to study the relevant parameters and structure of the roller wheel vibration, to enable them to maximize efficiency in working condition, can be reduced and abroadresearch gaps. This article introduces the design of vibration roller development, vibration mechanism, vibration wheel configuration power calculation, the exciter eccentric block type, the design and calculation of vibration system, calculation of stiffness and damper design, shaft design and verification, selection and the service life of the bearing calculation. KEY WORDS: vibratory roller, design, Vibration exciter 36 目　錄 前　言 1 第一章 緒論 2 1.1 振動壓實(shí)的基本原理 2 1.2 國內(nèi)外壓路機(jī)的發(fā)展概況 3 1.3 振動式壓路機(jī)的發(fā)展趨勢 4 第二章 設(shè)計(jì)方案的比較 6 2.1壓路機(jī)的種類 6 2. 1. 1外振式振動壓路機(jī) 6 2. 1. 2內(nèi)振式振動壓路機(jī) 7 2. 1. 3單輪振動壓路機(jī) 7 2.1.4雙輪振動壓路機(jī) 7 2.1.5擺振式振動壓路機(jī) 7 2.1.6定向式振動壓路機(jī) 8 2.2激振器的分類及作用 8 2.3設(shè)計(jì)方案的選擇 12 第三章 振動輪的計(jì)算與校核 15 3.1 振動輪振動參數(shù)的確定 15 3.2 振動輪輪圈厚度與幅板厚度的計(jì)算 15 3.3 振動功率的計(jì)算 16 3.4 激振器與軸承的計(jì)算與校核 17 第四章 減震系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 4.1 振動壓路機(jī)減振系統(tǒng)的作用 20 4.2減振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式及常用材料 20 4.3橡膠減振器的設(shè)計(jì) 21 4.3.1橡膠減振器截面形狀的選擇 21 4.3.2橡膠減振器硬度的確定 21 4.3.3減振器外形尺寸的設(shè)計(jì) 22 4.4橡膠減振器剛度的校核 22 結(jié)論 24 謝辭 25 參考文獻(xiàn) 26 外文資料翻譯 28 前　言 本次設(shè)計(jì)的YZ8H振動壓路機(jī)為全液壓前輪振動，后輪驅(qū)動的振動單鋼輪振動壓路機(jī)，其工作重量為8T。振動方式為單頻雙幅振動。全液壓振動壓路機(jī)的優(yōu)勢有很多，比如激振力大，壓實(shí)效果好，而且可以減輕鋼輪擁土現(xiàn)象，具有傳動部件故障率低、操作空間大及易于維修、傳動效率高等優(yōu)點(diǎn)。 YZ8H振動壓路機(jī)屬于中型壓路機(jī)，主要適用于市政工程方面的工作，用于路基和路面的中間壓實(shí)，簡易路面的最終壓實(shí)等。驅(qū)動能力大，橫向穩(wěn)定性好。具有良好的實(shí)用性。振動壓路機(jī)現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展的比較成熟，本設(shè)計(jì)旨在總結(jié)已有的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行振動輪的設(shè)計(jì)。本課題的設(shè)計(jì)重要的是要解決一下一些問題： （1）振動壓路機(jī)振動輪的結(jié)構(gòu) （2）振動機(jī)構(gòu)的工作原理 （3）激振機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式 （4）偏心振子的設(shè)計(jì)計(jì)算 （5）振動軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 （6）振動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 （7）振動軸承的選擇與校核 本設(shè)計(jì)先由指導(dǎo)老師給出幾組參考數(shù)據(jù)，拿到數(shù)據(jù)后，根據(jù)數(shù)據(jù)參考壓路機(jī)方面的資料再進(jìn)行估算，試算出合適的數(shù)據(jù)，再進(jìn)行數(shù)據(jù)圓整，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)的校核，校核合格后，最后進(jìn)行CAD以及soildworks的繪圖。繪圖中遇到問題再與指導(dǎo)老師進(jìn)行討論，討論方案的可行性以及正確性，根據(jù)指導(dǎo)老師的指導(dǎo)與建議重新計(jì)算數(shù)據(jù)，直到所設(shè)計(jì)的方案正確合理。最后再由指導(dǎo)老師進(jìn)行確認(rèn)。確認(rèn)之后，進(jìn)行再次對錯(cuò)誤部分的修改，確保正確后進(jìn)行手工圖的繪制與論文的整理，最后是等待答辯。 第一章 緒論 振動壓實(shí)的出現(xiàn)是壓實(shí)機(jī)械的發(fā)展史上的一項(xiàng)重大的突破性科技進(jìn)步，從此以后機(jī)械壓實(shí)效果的不斷提高，也不再單純的以增加壓實(shí)機(jī)械的自重來實(shí)現(xiàn)壓實(shí)。振動壓路機(jī)和振動壓實(shí)技術(shù)從二十世紀(jì)三十年代問世以后，迅速獲得了推廣與應(yīng)用，振動壓路機(jī)很快成為了壓實(shí)機(jī)械領(lǐng)域的主導(dǎo)產(chǎn)品。 振動壓路機(jī)是現(xiàn)代工程施工的重要設(shè)備，它用來壓實(shí)各種施工場地的土壤或者各種混凝土瀝青路面，從而增加施工場地的硬度和平整度，在現(xiàn)代公路的建設(shè)中，振動壓路機(jī)更是必不可少。 1.1 振動壓實(shí)的基本原理 八十年代初期以來，國外發(fā)達(dá)國家的各大壓路機(jī)制造公司通過大量的試驗(yàn)和理論研究，尤其是對振動壓實(shí)理論的研究與應(yīng)用，將壓實(shí)技術(shù)又推向了一個(gè)新臺階。 目前比較流行的振動壓實(shí)有四種學(xué)說， （1）土壤共振學(xué)說 根據(jù)物理學(xué)原理我們可以知道，當(dāng)被壓實(shí)材料的固有頻率與振動壓路機(jī)的振動頻率相同時(shí)將會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，此時(shí)振動壓實(shí)的效果最好。但是由于被壓實(shí)材料的物理性能并不是處處相同，它的固有頻率是隨機(jī)變化的，所以振動壓路機(jī)的激振結(jié)構(gòu)必須要有一個(gè)大的調(diào)節(jié)范圍才能保證被壓材料能夠等到一個(gè)很好的壓實(shí)。 （2）重復(fù)擊實(shí)學(xué)說 重復(fù)擊實(shí)學(xué)說就是利用振動產(chǎn)生的周期性壓縮運(yùn)動反復(fù)對被壓實(shí)材料進(jìn)行壓實(shí)，這就需要壓實(shí)機(jī)械與被壓實(shí)材料接觸之前要有很大的動量，也就是說壓實(shí)機(jī)械要有較大的振幅和足夠的振動質(zhì)量。 （3）內(nèi)摩擦學(xué)說 由于振動作用使被壓實(shí)材料的內(nèi)部摩擦作用急劇減小，使被壓實(shí)材料的剪切強(qiáng)度減低，抗壓阻力減小，這樣就只需要用很小的負(fù)荷就能夠?qū)崿F(xiàn)對被壓實(shí)材料的壓實(shí)工作。但是，這就需要振動機(jī)械在振動過程中始終與被壓實(shí)材料的接觸，也就是被壓實(shí)材料的振動頻率和振幅要與振動機(jī)械的振動頻率及振幅相近或者相同才能獲得更好的壓實(shí)效果。在這種情況下，被壓實(shí)材料得到的是純粹的振動能量。但是只有在振幅較小時(shí)才能是振動機(jī)械保持這樣的工作狀態(tài)，否則就有可能使被壓實(shí)材料脫離，以至于被壓實(shí)材料不能有效的壓實(shí)。 （4）土壤液化學(xué)說 由于振動機(jī)械的振動作用，使被壓實(shí)材料產(chǎn)生高頻的脅迫振動，被壓實(shí)材料內(nèi)部的粘聚力和摩擦力急劇減小，就像是處于流動狀態(tài)，這種現(xiàn)象被稱為“液化現(xiàn)象”。液化現(xiàn)象的出現(xiàn)就會使被壓實(shí)材料顆粒之間的相互作用加強(qiáng)，在受到自身重力的作用下向低位能的方向移動，這就為壓實(shí)創(chuàng)造了條件。但是只有被壓實(shí)材料獲得夠的足振動加速度才能使被壓實(shí)材料充分液化。 1.2 國內(nèi)外壓路機(jī)的發(fā)展概況 提起壓路機(jī)很多人都知道，但也都不了解，壓路機(jī)的快速發(fā)展是在最近一百對年的事，但最先將壓實(shí)原理應(yīng)用在施工上的，最早起源于我國一千多年前的隋唐時(shí)期，從那時(shí)開始我們的祖先就已經(jīng)使用人力或者畜力拖動石磙來修筑驛道。然而在現(xiàn)代中國壓路機(jī)技術(shù)已經(jīng)落后于西方國家很多。 真正意義上的壓路機(jī)是在西方工業(yè)革命之后，英國人在一八六零年發(fā)明了以蒸汽機(jī)為動力的的、三輪自行式壓路機(jī)，并且在一八六五年投入生產(chǎn)。二十世紀(jì)以來隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及壓實(shí)設(shè)備的需要，國外發(fā)達(dá)國家開始重視壓實(shí)技術(shù)和壓實(shí)機(jī)械的發(fā)展。一九一九年，美國人率先使用內(nèi)燃機(jī)代替蒸汽機(jī)作為動力源，并且在一九四零年發(fā)明了輪胎壓路機(jī)；振動壓實(shí)技術(shù)最先由德國人使用，并且在一九四零年發(fā)明了振動壓路機(jī)；一九五七年瑞典莊家研制成功了由輪胎驅(qū)動的自行式振動壓路機(jī)。隨著振動壓實(shí)理論的深入研究，振動壓路機(jī)的發(fā)展日臻完善，涌現(xiàn)出了各式各樣的振動壓路機(jī)。 目前，世界上生產(chǎn)壓路機(jī)比較知名的有德國寶馬格、德國悼馬、瑞典沃爾沃、瑞典戴納派克、日本酒井等，其中以德國寶馬格市場占有率最高，達(dá)到了百分之二十八左右。由于看到中國市場壓路機(jī)市場的需求，許多國外巨頭開始重視中國市場，紛紛在中國建立分廠，其中瑞典沃爾沃搬遷到了山東臨沂工廠內(nèi)，戴納派克在天津建廠，卡特彼勒在徐州建廠，由此引發(fā)了國內(nèi)市場的激烈競爭，國外壓路機(jī)品牌以良好的產(chǎn)品質(zhì)量、先進(jìn)的理念和多樣化的品種在逐年增加其在中國高端產(chǎn)品市場的份額。壓路機(jī)市場的針鋒相對，也促使國內(nèi)制造企業(yè)提高其整體設(shè)計(jì)和制造水平。 我國壓路機(jī)經(jīng)歷了漫長的發(fā)展路程，一直到一九四零年我國才在大連仿制出我國第一臺以蒸汽機(jī)為動力的自行式壓路機(jī)，實(shí)現(xiàn)了從無到有。但真正能夠制造壓路機(jī)則是在上世紀(jì)五十年代，一九五二年，作為洛陽建筑機(jī)械廠前身的上海廈門路機(jī)械廠試制成功6/8t兩輪內(nèi)燃壓路機(jī)，以及1953年原天津工程機(jī)械廠前身的天津第五機(jī)器廠試制成功10t三輪蒸汽壓路機(jī)，自此我國有了自己的壓實(shí)機(jī)械制造業(yè)。 歷經(jīng)近五十年的創(chuàng)業(yè)和發(fā)展，從仿制到開發(fā)再到技術(shù)引進(jìn)，我國已有了以徐州、洛陽、上海、三明、江麓等產(chǎn)地為主的五十多家壓實(shí)機(jī)械制造企業(yè)和多家科研機(jī)構(gòu)，形成了一個(gè)科技開發(fā)與設(shè)計(jì)制造的完整體系。特別是進(jìn)入八十年代以來，先后引進(jìn)了瑞典和德國的振動壓路機(jī)制造技術(shù)，經(jīng)過消化吸收和創(chuàng)新，從而使我國的壓路機(jī)趕上和接近了世界先進(jìn)水平?，F(xiàn)已形成了4~12t靜作用壓路機(jī)、6~30t輪胎壓路機(jī)、0.5~20t振動壓路機(jī)三大系列及年產(chǎn)四千八百余臺的批量生產(chǎn)能力，基本上滿足了國內(nèi)工程建設(shè)的需要，從壓實(shí)巖石填方、路床、堤壩，到壓實(shí)穩(wěn)定土層和路面鋪裝層，我們都有了使用的國產(chǎn)壓路機(jī)，并且具有了一定的出口創(chuàng)匯能力，它們的輪跡遍布擺闊美國、加拿大、英國、意大利和日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家在內(nèi)的八十多個(gè)國家和地區(qū)。 一九九九年三一重工集團(tuán)有限公司引進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，自主開發(fā)研制了YZ系列的振動壓路機(jī)，該壓路機(jī)為全液壓控制、雙輪驅(qū)動、單（雙）鋼輪、自行式機(jī)構(gòu)，其型號有YZ14C、YZ16C、YZ18C、YZK18、YZ20、YZC12等。 1.3 振動式壓路機(jī)的發(fā)展趨勢 在進(jìn)入21世紀(jì)的未來發(fā)展中，隨著技術(shù)的進(jìn)步，壓實(shí)技術(shù)和壓實(shí)機(jī)械的科技進(jìn)步將會呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)和發(fā)展趨勢： （1）新的壓實(shí)技術(shù)和新的壓實(shí)機(jī)械的發(fā)展，將會越來越多的依靠壓實(shí)理論上的突破，并成為創(chuàng)造原理上全新的壓實(shí)過程的強(qiáng)大理論支撐。 （2）在壓實(shí)理論和技術(shù)的研究中，試驗(yàn)研究與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)相結(jié)合將會成為更加重要的研究手段。 （3）新的技術(shù)革命和現(xiàn)代高科技將繼續(xù)推動壓實(shí)機(jī)械向自動化、智能化、無人化和機(jī)器人化的方向發(fā)展。 第二章 設(shè)計(jì)方案的比較 不同的振動壓路機(jī)上有著不同的振動機(jī)構(gòu)配置方法，這就構(gòu)成了擁有不同工作性能的振動壓路機(jī)。例如，按激振器安裝位置的不同，可以分為為外振式振動壓路機(jī)與內(nèi)振式振動壓路機(jī)；按振動輪的個(gè)數(shù)不同，可以為單輪振動和雙輪振動，按振動力與傳遞方向的不同區(qū)分為無定向擺動、振蕩和垂直振動。其中振蕩與垂直振動合稱為定向振動。 2.1壓路機(jī)的種類 2. 1. 1外振式振動壓路機(jī) 外振式振動壓路機(jī)如下圖2-1所示，由上下兩層機(jī)架構(gòu)成，在兩層機(jī)架之間連接著壓縮減振器，激振器安裝在下機(jī)架上。當(dāng)振動軸帶動偏心塊高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)，壓路機(jī)的下機(jī)架和下機(jī)架上的壓輪一起振動。這種振動壓路機(jī)的激振器因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡單，而且便于維修保養(yǎng)，所以在很多手扶振動壓路機(jī)上得到了廣泛應(yīng)用。 圖2-1 外振式振動壓路機(jī) 2. 1. 2內(nèi)振式振動壓路機(jī) 目前，市場上絕大多數(shù)的振動壓路機(jī)從用的都是單軸內(nèi)振式振動結(jié)構(gòu)。這種內(nèi)振式振動壓路機(jī)的激振器安裝在振動輪內(nèi)部，并與振動輪的回轉(zhuǎn)軸處于同一軸線上。當(dāng)振動壓路機(jī)工作時(shí)，振動馬達(dá)驅(qū)動振動軸做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，帶動振動軸上的偏心塊產(chǎn)生離心力，振動輪在偏心塊的離心力作用下做圓周運(yùn)動。 由于內(nèi)振式振動壓路機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊，技術(shù)相對比較成熟，操作方便，安全，因此在振動壓路機(jī)上獲得了廣泛的應(yīng)用。 2. 1. 3單輪振動壓路機(jī) 單輪振動壓路機(jī)可想而知，只有一個(gè)振動輪，另一個(gè)車輪不振動，僅僅起到驅(qū)動或?qū)蜃饔茫鏨Z8H振動壓路機(jī)。 單輪振動壓路機(jī)的結(jié)構(gòu)相對比較簡單，是前輪振動，后輪由輪胎驅(qū)動的振動壓路機(jī)，用于基礎(chǔ)的壓實(shí)，這種壓路機(jī)驅(qū)動能力大，橫向穩(wěn)定性好。小型的串聯(lián)式單鋼輪振動壓路機(jī)用于體育場、路基的修補(bǔ)等。 2.1.4雙輪振動壓路機(jī) 串聯(lián)式雙鋼輪振動壓路機(jī)的結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，兩個(gè)鋼輪都是振動輪，可以是單輪驅(qū)動也可以是雙輪驅(qū)動，如YZC6振動壓路機(jī)。雙輪振動壓路機(jī)的具有壓實(shí)能力強(qiáng)，作業(yè)效率高的特點(diǎn)，與相同噸位的單輪振動壓路機(jī)相比，雙輪振動壓路機(jī)可提高80%壓實(shí)土壤時(shí)的生產(chǎn)率，可提高50%壓實(shí)瀝青混凝土?xí)r的生產(chǎn)率。 2.1.5擺振式振動壓路機(jī) 擺振式振動壓路機(jī)也有兩個(gè)振動輪，但是安裝在兩個(gè)振動輪上作為激振器的偏心塊具有的相位差。它們由一根齒形帶驅(qū)動工作，這就保證了兩振動輪旋轉(zhuǎn)方向相同并且相位差不發(fā)生變化。由于兩個(gè)激振器產(chǎn)生的離心力總是在相反方向，這就導(dǎo)致了壓路機(jī)的兩個(gè)振動輪總是一個(gè)跳起而另一個(gè)觸地，使得整個(gè)壓路機(jī)在工作時(shí)除了具有振動特性之外，還呈現(xiàn)前后擺動的特點(diǎn)。 由于搖擺式振動壓路機(jī)總是有一個(gè)振動輪接觸地面，它可以在相同重量的情況下得到較大的的線載荷和沖擊能量。這種結(jié)構(gòu)也在手扶振動壓路機(jī)上有所應(yīng)用。 2.1.6定向式振動壓路機(jī) 通常意義上的振動壓路機(jī)是無定向振動的，無定向振動壓路機(jī)使用的是單軸激振器，其激振力是沿振動輪圓周變化的。在同一個(gè)振動輪上屬于兩個(gè)激振器作不同的配置，可以使地面接收到理論上屬于純粹水平或純粹垂直的振動力，這就是所謂的“定向振動”。 2.2激振器的分類及作用 目前振動壓力機(jī)上采用的都是旋轉(zhuǎn)慣性激振器。單軸激振器旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使振動輪作圓周運(yùn)動，這樣不僅使被壓實(shí)的土顆粒產(chǎn)生垂直位移，同時(shí)也有水平位移，從而產(chǎn)生一定的揉搓力，得到比較好的壓實(shí)效果。這種激振器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較簡單，振動頻率的調(diào)節(jié)可用油馬達(dá)的變速完成，其安裝和調(diào)節(jié)控制都很方便。但振幅的調(diào)節(jié)仍有多種不同的方案，于是會有各種不同激振器結(jié)構(gòu)形式。 （1）單幅激振器 單幅激振器的振動機(jī)構(gòu)比較簡單，其結(jié)構(gòu)是在振動軸上加裝偏心塊，或者直接將振動軸做成偏心軸，使用這種結(jié)構(gòu)只能得到單振幅。 在設(shè)計(jì)時(shí)如果壓路機(jī)的噸位較小，振動輪的寬度比較窄時(shí)，振動軸的形式可以采用通軸式設(shè)計(jì)即使用一根振動軸直接支承在兩端的振動軸承上。振動機(jī)構(gòu)的偏心軸可以有多種形式例如可以在軸上加工出偏心圓。 如果壓路機(jī)的噸位比較大，振動輪的重量比較輕這個(gè)時(shí)候振動輪的寬度機(jī)會比較大如果采用通軸式設(shè)計(jì)就會導(dǎo)致振動軸的剛度不夠，或者振動軸的直徑過粗。所以對于比較寬的振動輪振動軸一般采用分軸式設(shè)計(jì)即振動輪被從中間分成來那個(gè)部分，每部分都有一個(gè)振動器，其結(jié)構(gòu)完全相同然后通過聯(lián)軸器將兩個(gè)振動軸連接起來，統(tǒng)一通過液壓馬達(dá)驅(qū)動。 如圖2-2為常見單幅激振器結(jié)構(gòu) （a） （b） 圖 2-2 單幅激振器機(jī)構(gòu)形式 a） 偏心圓振動軸；b）偏心塊振動軸 （2）逆轉(zhuǎn)偏心塊疊加雙幅激振器 單軸激振器結(jié)構(gòu)簡單而且只能產(chǎn)生單一的振幅，所以這種壓路機(jī)的適應(yīng)性不強(qiáng)，為增強(qiáng)壓路機(jī)工作的適應(yīng)性因此產(chǎn)生了可以產(chǎn)生多種振幅的激振器即逆轉(zhuǎn)偏心塊疊加激振器如下圖2-3，其結(jié)構(gòu)是振動軸首先與一塊固定偏心塊連接在一起，另一個(gè)活動的偏心塊空套于振動軸上，通過改變液壓馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)可以得到不同的振幅。 圖2-3變更偏心軸旋轉(zhuǎn)方向產(chǎn)生雙振幅機(jī)構(gòu) a）小振幅位置 b）大振幅位置 如圖a，當(dāng)馬達(dá)順時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí)固定偏心質(zhì)量和活動偏心質(zhì)量相互抵消從而得到較小的靜偏心距得到較小的振幅；如圖b，當(dāng)液壓馬達(dá)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動時(shí)固定偏心質(zhì)量和活動偏心質(zhì)量的靜偏心距相互疊加從而得到較大的振幅。 通過這種結(jié)構(gòu)可以在不改變偏心塊質(zhì)量的條件下，通過改變振動軸的旋轉(zhuǎn)方向就可以達(dá)到調(diào)節(jié)振動壓路機(jī)工作振幅的目的。 這種雙幅激振器的機(jī)構(gòu)形式有很多種，例如圖2-4所示的正反轉(zhuǎn)調(diào)幅機(jī)構(gòu)。這種調(diào)幅激振器結(jié)構(gòu)簡單，也不需要專門的調(diào)節(jié)控制裝置，能夠方便快速地轉(zhuǎn)換壓路機(jī)的振幅，也不會產(chǎn)生額外的功率損失。但是這種激振器只能實(shí)現(xiàn)兩種不同大小的振幅，而且振動軸必須作正反轉(zhuǎn)運(yùn)動，這樣就實(shí)現(xiàn)不了激振器總是與振動輪旋轉(zhuǎn)方向相同的要求。另外，在轉(zhuǎn)換振幅時(shí)，擋銷會受到很大的沖擊力，發(fā)出響亮的撞擊聲，頻繁轉(zhuǎn)換振幅會有損于零部件的工作壽命。一般振動壓路機(jī)上都采用與這種結(jié)構(gòu)類似的激振器，以增加擋銷的壽命，甚至不出現(xiàn)擋銷，結(jié)構(gòu)更為合理。 圖2-4 變幅機(jī)構(gòu)工作原理 a）順時(shí)針旋轉(zhuǎn) b）逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 1—活動偏心塊 2—振動軸 3—擋銷 4—固定偏心塊 （3）逆轉(zhuǎn)流球雙幅激振器 如圖2-5所示就是逆轉(zhuǎn)球雙幅激振器，在其空心室的外圓上焊接一塊弧形的固定偏轉(zhuǎn)塊，在封閉的空心室內(nèi)裝有一定量可以自由流動的鋼球及一定量的潤滑油。當(dāng)振動軸按圖所示作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，鋼球位于固定偏心塊的同一側(cè)，即產(chǎn)生大振幅；當(dāng)振動軸作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，鋼球在其慣性力的作用下將流向固定偏心塊的對面一側(cè)，就產(chǎn)生小振幅。 圖2-5 流球雙幅激振器 1.偏心塊；2.上擋板；3.振動軸；4.下?lián)醢澹?.鋼球；6.配重塊；7.潤滑油；8.振動腔. （4）逆轉(zhuǎn)流體雙幅激振器 此種激振器的變幅工作原理如圖2-6，在偏心殼體的封閉空腔內(nèi)有一定量的硅油，硅油可以流動且密度大。當(dāng)激振器順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，硅油在離心力和慣性的作用下，將滯留在A腔內(nèi)，使之平衡掉一部分偏心塊質(zhì)量，并且偏心距也減小。當(dāng)激振器逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，則硅油將反向滯留在B腔內(nèi)，使之偏心質(zhì)量增大，偏心距也增加。 圖2-6 流體變幅原理 （5）液體無級調(diào)幅激振器 液體無極調(diào)幅激振器是一種比較高級的激振器其結(jié)構(gòu)是偏心體是由兩根內(nèi)徑相同而外徑不同的兩個(gè)金屬管及其流動在管中的液體來構(gòu)成。其原理是通過氣壓來改變液體在金屬管中的位置從而改變激振器的靜偏心距 通過氣壓能夠隨意控制進(jìn)入重管的液體量，因此能將振動輪的振幅進(jìn)行無級調(diào)節(jié)。 2.3設(shè)計(jì)方案的選擇 綜合以上壓路機(jī)的性能特點(diǎn)，再結(jié)合YZ8H振動壓路機(jī)的性能特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用內(nèi)振式單頻雙幅無定向式振動壓路機(jī)設(shè)計(jì)。這種壓路機(jī)可機(jī)械行走、雙振幅，具有可靠的性能，較大的工作質(zhì)量和強(qiáng)大的激振力，因而是高質(zhì)量、高效能、機(jī)械化施工中的優(yōu)良壓實(shí)設(shè)備。主要適用于市政工程中，用于路基和路面的中間壓實(shí)，簡易路面的最終壓實(shí)等。 雙幅振動則由偏心塊實(shí)現(xiàn)，類似于圖2.5，但又進(jìn)行了少許修改，使之更合理，偏心塊同樣是由固定偏心塊加活動偏心塊構(gòu)成。但該振動機(jī)構(gòu)有六個(gè)偏心塊構(gòu)成，其中四個(gè)是固定偏心塊，兩個(gè)是活動偏心塊，每兩個(gè)固定偏心塊相結(jié)合構(gòu)成一個(gè)大的固定偏心塊。固定偏心塊套在振動軸上，活動偏心塊則套在每兩個(gè)固定偏心塊之間。當(dāng)振動馬達(dá)正轉(zhuǎn)時(shí)，固定偏心塊和活動偏心塊激振方向相同，激振力相加，此時(shí)振幅最大；當(dāng)振動馬達(dá)反轉(zhuǎn)時(shí)，固定偏心塊和活動偏心塊激振方向相反，激振力相減，此時(shí)振幅最小。這樣通過改變振動馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向就實(shí)現(xiàn)了振動壓路機(jī)工作振幅的調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，振動形式也便與實(shí)現(xiàn)。 偏心塊結(jié)構(gòu)如圖2-7所示 圖2-7偏心塊 1，3為固定偏心塊；2為活動偏心塊 圖c固定偏心塊 圖d活動偏心塊 第三章 振動輪的計(jì)算與校核 3.1 振動輪振動參數(shù)的確定 設(shè)計(jì)振動壓路機(jī)最主要的振動參數(shù)就是振幅和頻率，另外，振動加速度、激振力等都是一些派生參數(shù)，這些派生參數(shù)都可以由振幅和頻率計(jì)算出。還有就是振動功率，這是計(jì)算振動壓路機(jī)振動輪功率消耗所必需的。振動功率不僅僅與振動參數(shù)有關(guān)，還與振動壓路機(jī)的工作環(huán)境有著密切的關(guān)系。 為了減少計(jì)算量，指導(dǎo)老師給出了幾組參數(shù)，根據(jù)給出的參數(shù)進(jìn)行振動壓路機(jī)振動輪的設(shè)計(jì)。 參數(shù)如下： 振動輪總質(zhì)量；振動輪振動頻率f=40Hz；壓路機(jī)振動振幅分別為1.2/0.6mm；振動輪尺寸為φ1250×1600mm。 要求：振動輪輪體質(zhì)量占振動輪總質(zhì)量的80%左右；振動振幅偏差在0.1mm以內(nèi)等。 3.2 振動輪輪圈厚度與幅板厚度的計(jì)算 根據(jù)振動輪尺寸數(shù)據(jù)初步設(shè)定及要求，初步振動輪輪圈厚度為15mm，幅板厚度為30mm，進(jìn)行驗(yàn)算是否符合要求。 輪體的密度=7.85×， 則振動輪輪圈的質(zhì)量為： πD·D·H·=3.14×1250××1600××15××7.85× =739.47kg 幅板的質(zhì)量為： 2π××=2×3.14××30××7.85× =563.929kg 739.47+563.929=1303.399kg 1303.399/1600=0.8146=81.46% 經(jīng)驗(yàn)算，輪圈厚度為15mm，幅板厚度為30mm符合設(shè)計(jì)要求。 3.3 振動功率的計(jì)算 振動壓路機(jī)的振動功率是指振動壓路機(jī)的下車（振動輪）產(chǎn)生的振動并克服土的阻尼所消耗的功率。 查找有關(guān)壓路機(jī)的資料可以知道，壓路機(jī)振動功率的計(jì)算到現(xiàn)在仍然沒有一種比較完善的計(jì)算方法。瑞典的戴納帕克公司根據(jù)自己公司生產(chǎn)的產(chǎn)品特點(diǎn)，即以CA系列和CC系列為主的兩大系列產(chǎn)品，繪制出每一系列產(chǎn)品振動功率及整機(jī)功率曲線，在系列內(nèi)需開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，所需功率在曲線上查找；德國勞森浩森公司有其自己的振動功率計(jì)算方法，這套計(jì)算方法也不是十分完善，但經(jīng)實(shí)踐證明基本是可行的。 兩種常見的振動壓路機(jī)振動功率的計(jì)算方法如下：第一種為經(jīng)驗(yàn)公式，第二種為理論計(jì)算方法。前者計(jì)算凈度較低，但簡便易算，在初步設(shè)計(jì)中進(jìn)行估算是很有實(shí)用價(jià)值的；第二種方法計(jì)算精度略高，但人們對這個(gè)公式的理論依據(jù)上有不同看法，特別是這種算法可能出現(xiàn)功率負(fù)值，其解釋也不盡人意。 對比以上兩種計(jì)算方法的優(yōu)勢和劣勢，本設(shè)計(jì)選用第一種方法進(jìn)行初步計(jì)算。 振動功率的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式: 式中，——振動系統(tǒng)消耗功率，W； ——振動質(zhì)量（振動壓路機(jī)下車質(zhì)量或振動輪質(zhì)量），kg； ——名義振幅，mm； ——振動輪數(shù)量； ——頻率修正系數(shù)，見表3-1。 表3-1 振動功率的頻率修正系數(shù) 頻率 （Hz） 25~30 31~35 36~40 41~45 46~50 5.5 6.5 7 7.5 8 本設(shè)計(jì)中： =40Hz =1.2mm 和 =40Hz =0.6mm 第一組： 代入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得： =13440W 第二組： =6720W 取兩者中較大一個(gè)為本設(shè)計(jì)中振動輪的振動頻率的功率最大值，即=13.44KW。 3.4 激振器與軸承的計(jì)算與校核 已知振動輪的參振質(zhì)量=1600kg，振動頻率f=40Hz，雙振幅=1.2mm/0.6mm。軸承選用NJ416圓柱滾子軸承，額定動載荷為C=299KN。 設(shè)計(jì)成逆轉(zhuǎn)偏心塊疊加雙幅激振器兩組，如圖2.3所示，其中固定偏心塊（四塊，每兩個(gè)固定偏心塊可看做一塊，為方便計(jì)算認(rèn)為是兩個(gè)固定偏心塊來計(jì)算）的尺寸（mm）取=120、=80、=45、=20、=60，活動偏心塊的尺寸（mm）取=120、=80、=60、=10、=30，選取軸承的尺寸尺寸（mm）80×200×48。 (1)固定偏心塊的載面積、偏心距、偏心質(zhì)量和靜偏心距： =2=236.643 =2=154.92 =arcos(±)= =arcos()= =(＋)＋（－）－π=27922.096 =(－)=28.454mm ==13.151kg =0.374kg.m (2)活動偏心塊的截面積、偏心距、偏心質(zhì)量和靜偏心距： =2=239.165 =2=158.745 =arcos()= =arcos(±)= =(＋)－（－）－π=20561.51 =(－)=39.231mm ==4.842kg =0.189kg.m （3）計(jì)算合成靜偏心距、振幅及離心力： 大振幅時(shí) 小振幅時(shí)： （4）計(jì)算振動軸上的作用力P和轉(zhuǎn)矩T =58194.283N =31556.900N T==37.200N.m 取=0.95，=0.005，d=0.14m （5）校核振動軸的強(qiáng)度 取L=0.9m，=0.18m，振動軸的中間的彎矩為： =11784.342N.m 取[]=100N/、[]=40N/，計(jì)算振動軸中間直徑和輸入端直徑： =106.387mm =16.790mm （6）計(jì)算振動軸承的工作壽命（C=299000N，） =24517.062N =28994.351h 按大振幅工作時(shí)間100%校核： =29097.142N =16382.255h 經(jīng)校核，此設(shè)計(jì)符合要求 第四章 減震系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.1 振動壓路機(jī)減振系統(tǒng)的作用 振動壓路機(jī)工作時(shí)，壓路機(jī)的振動輪對需要壓實(shí)的材料沖擊力越大，則壓實(shí)的效果越好，因此，從振動壓路機(jī)的壓實(shí)效果進(jìn)行考慮，希望壓路機(jī)的振動輪產(chǎn)生的振動越強(qiáng)烈越好。但是振動輪強(qiáng)烈的振動會使壓路機(jī)其他零部件損壞，并且過強(qiáng)的振動會使壓路機(jī)駕駛員疲勞，有害駕駛員的身體健康，因此振動壓路機(jī)即希望振動輪振動強(qiáng)烈，又希望壓路機(jī)的上車身的振動較小，為了解決這個(gè)矛盾在振動壓路機(jī)上使用了減振器，用減振器作為振動壓路機(jī)振動輪和車身之間的緩沖連接，使振動輪的能量只有極小的一部分傳遞到車身上部分，從而解決這個(gè)矛盾。中大型的壓路機(jī)一般設(shè)有三級減振系統(tǒng)，但最重要的還是振動輪與上車身之間的減振器，本設(shè)計(jì)壓路機(jī)振動輪的重量較輕，振幅也比較小，采用兩級減振系統(tǒng)，這里只對振動輪與車身之間的減振器進(jìn)行設(shè)計(jì)。 4.2減振系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式及常用材料 減振系統(tǒng)用于連接振動輪與機(jī)架，起到減振的作用，常用的減振器主要有以下三種: 1. 鋼絲螺旋彈簧減振器； 2. 空氣組合彈簧減振器； 3. 橡膠減振器。 橡膠減振器設(shè)計(jì)比較靈活，可以根據(jù)需要，x，y，z三個(gè)方向的尺寸可以按需設(shè)計(jì)，而且模具設(shè)計(jì)簡單，制造成本低，因此，本設(shè)計(jì)采用橡膠減振器。 振動壓路機(jī)的減振器通常使用的橡膠材料有兩種，一種是天然的橡膠，另一種是人工合成的丁腈橡膠。 使用天然橡膠制成的橡膠減振器加工和制造都比較方便，耐日照性能比較好老化比較慢，綜合機(jī)械性好，彈性比較穩(wěn)定。但是天然橡膠也有缺點(diǎn)，其阻尼較小，工作頻率容易通過共振區(qū)會使得振動壓路機(jī)上車的瞬時(shí)振幅很大。除此之外，天然橡膠的耐油性能不好，當(dāng)橡膠減振器接觸油污后易發(fā)生變形，從而失去原來的彈性。因此，天然橡膠減振器只在早期的振動壓路機(jī)上使用過，現(xiàn)在已經(jīng)被淘汰。 人造丁腈橡膠與天然橡膠相比，耐油性與耐熱性都比較好，阻尼也比較大，是良好的減振器材料。因此丁腈橡膠在現(xiàn)代振動壓路機(jī)上得到了廣泛應(yīng)用，但人造丁腈橡膠的價(jià)格比較貴，使減振器制造成本增加。 4.3橡膠減振器的設(shè)計(jì) 橡膠減振器在振動壓路機(jī)與車架的連接之間起著重要的作用，減振器的外形尺寸及硬度都會影響到減振器的剛度，從而影響到減振器的減振效果及使用壽命，因此要對減振器的外形尺寸和截面形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)。 4.3.1橡膠減振器截面形狀的選擇 為了方便制造和便于設(shè)計(jì)計(jì)算，橡膠減振器的截面一般采用圓形和矩形，圓形截面的橡膠減振器在自驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動的時(shí)候，截面上的變形軸線不會隨著自驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)動而改變，減振系統(tǒng)的總剛度也不會隨之改變，但對于其他截面形狀的減振器自驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動時(shí)，減振系統(tǒng)的總剛度會隨之改變，因此對于自驅(qū)動的壓路機(jī)一定要采用圓形截面的橡膠減振器，本次設(shè)計(jì)的振動壓路機(jī)為前輪振動后輪振動，橡膠減振器不傳遞轉(zhuǎn)矩，所以此處使用矩形橡膠減振器。 4.3.2橡膠減振器硬度的確定 對于橡膠減振器除了截面尺寸需要設(shè)計(jì)，橡膠的硬度也是一個(gè)很重要的參數(shù)不同硬度的橡膠減振器即使外形尺寸完全相同，其剛度也完全不一樣，橡膠減振器的硬度一般是35-80HS，但在進(jìn)行初步設(shè)計(jì)的時(shí)候一般選用40-60HS之間，在此硬度范圍區(qū)間的橡膠減振器具有較高的強(qiáng)度和較高的韌性，并且能與兩端的金屬板具有比較可靠的粘結(jié)強(qiáng)度。除此之外，減振器的結(jié)構(gòu)尺寸一定時(shí)，減振器的剛度和硬度成正比關(guān)系，在設(shè)計(jì)過程中，通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)減振器的剛度不能滿足使用要求時(shí)，在不改變減振器的幾何尺寸的前提下，可以通過改變橡膠硬度HS達(dá)到改變減振器剛度的目的。所以，當(dāng)減振器的硬度在40-60HS的范圍內(nèi)選取時(shí)，給減振器后續(xù)的修改設(shè)計(jì),留有足夠的余地，容易滿足設(shè)計(jì)要求。綜合考慮本次設(shè)計(jì)橡膠減振器的硬度取50HS。查詢機(jī)械手冊，其對應(yīng)的剪切彈性模量為E=2.570MPa，G=0.710MPa。 4.3.3減振器外形尺寸的設(shè)計(jì) 對于矩形截面的剪切橡膠減振器，其幾何尺寸之間的關(guān)系如下： L/D=0.4～0.8 式中 L----剪切橡膠減振器的有效長度，不包括金屬板在內(nèi)的長度； D----矩形截面的短邊寬度a； 本設(shè)計(jì)取根據(jù)裝配草圖的相關(guān)尺寸，和市場上常用的矩形減振器的結(jié)構(gòu)形式，由于減振器與車架和振動輪之間是螺栓連接，為了使其螺栓強(qiáng)度滿足，因此減振器的尺寸被限定在一個(gè)范圍內(nèi)，綜合考慮，其橡膠減振器的尺寸定為： L=80mm，a=100mm，b=360mm 根據(jù)振動輪的結(jié)構(gòu)，選擇對稱性結(jié)構(gòu)，振動輪的左右兩邊各安裝兩個(gè)減振器，總共四個(gè)。 4.4橡膠減振器剛度的校核 振動壓路機(jī)的總剛度： (1) 式中----振動壓路機(jī)的上車當(dāng)量質(zhì)量， ----振動壓路機(jī)的工作頻率， 帶入數(shù)據(jù)得。 剪切橡膠減震器的動剛度為： (2) (3) 其中橡膠材料的肖氏硬度為50HS時(shí)，E=2.570MPa，G=0.710MPa，=1.2取L=80mm，a=100mm，b=360mm為橡膠減震器的受力約束面積，代入得 =0.85 =3.2589×N/m 則減震器系統(tǒng)的減震器個(gè)數(shù)i為： =3.274 取i=4。 根據(jù)驗(yàn)算，減振塊符合設(shè)計(jì)要求。 結(jié)論 經(jīng)過這段時(shí)間的努力我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成，這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)不同于平時(shí)的課程設(shè)計(jì)，本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)做的很仔細(xì)也很全面。因此，在這次設(shè)計(jì)中我收獲了很多。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我對振動壓路機(jī)振動輪的結(jié)構(gòu)有了基本的了解，在設(shè)計(jì)過程中遇到的困難有很多，首先計(jì)算量很大，幾乎全部數(shù)據(jù)都是先進(jìn)行試算，很多時(shí)候計(jì)算到最后的校核階段時(shí)不能滿足要求，或者后期設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的變化都需要重新開始計(jì)算，有時(shí)候計(jì)算數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差，也要重新開始校驗(yàn)數(shù)據(jù)，這樣就花費(fèi)了很長的時(shí)間。在設(shè)計(jì)振動軸的時(shí)候，根據(jù)設(shè)計(jì)要求有好幾種方案可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，零件的結(jié)構(gòu)也有很多種，因此需要對各種方案和零件的各種結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比，從而選擇出最優(yōu)的方案，本次設(shè)計(jì)中單頻雙幅的結(jié)構(gòu)就有好多種，比如可以采用在軸上同時(shí)加裝固定偏心塊和活動偏心塊達(dá)到目的，也可以采用逆轉(zhuǎn)流球疊加雙幅激振器，本設(shè)計(jì)最終選擇了振動軸加偏心塊的方式，這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，制造成本低。 為了減少制造成本，這里盡可能的選用了標(biāo)準(zhǔn)件，這樣可以使維修更加方便，不需要額外定制零件，成本更低。自己設(shè)計(jì)的成果和現(xiàn)在市場上已經(jīng)成熟的技術(shù)還是有很大的差距的，畢竟這是第一次做這樣的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，不過我相信在以后的工作中我會做出比較完善的設(shè)計(jì)。 謝辭 首先，感謝自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師，感謝李軍老師在我畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中的指導(dǎo)與建議。遇到問題時(shí)，他總能認(rèn)真耐心的指導(dǎo)，對設(shè)計(jì)中的不足之處給與指正并耐心分析。 感謝我的爸爸媽媽，沒有他們就沒有現(xiàn)在的我，是他們教育我要成為一個(gè)隊(duì)社會有用的人，是他們在背后一直默默地鼓勵著我，供我讀書，供我吃穿，是他們用自己的汗水養(yǎng)育了我。 感謝我的室友，在我遇到困難時(shí)，是他們伸出援助之手，給自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)提建議，指正繪圖中的錯(cuò)誤。 大學(xué)四年的生活即將結(jié)束，回想起來感慨頗多。大學(xué)就是人生道路上的一個(gè)基石，未來的生活剛剛開始。 最后，再次感謝所有在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中給予自己幫助的良師益友，以及在本設(shè)計(jì)中被引用或者參考的論著的作者。有了這些幫助，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)才順利完成。 參考文獻(xiàn) [1]尹繼瑤.壓路機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社，2000,05：259～282。 [2]陳宏彬，劉軍.國外振動壓路機(jī)發(fā)展趨勢.中外公路.2005，25（1）：35～37。 [3]李秀珍.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).機(jī)械工業(yè)出版社,2005，1。 [4]邊仁國.我國工程機(jī)械傳動裝置發(fā)展的現(xiàn)狀與分析.國際機(jī)械工程，2005(10):122～127。 [5]葛恒安，祁雋燕.國內(nèi)壓路機(jī)的碾壓之路.建筑機(jī)械，2005(4):28～31。 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高效率的要求造成了大量柴油機(jī)引擎曲軸的設(shè)計(jì)困難。當(dāng)軸承油膜厚度不到幾微米時(shí)，由于軸承負(fù)荷的變形量也僅為幾毫米。本論文詳細(xì)敘述了三維Elasto水力潤滑理論在4沖程柴油機(jī)引擎的曲軸設(shè)計(jì)上的應(yīng)用。這些理論包括衢州的變形和曲軸間隙中油膜的產(chǎn)生原因。 1. 緒論 近一個(gè)時(shí)期以來，內(nèi)燃機(jī)的出口量有所增加，但其比重卻在下降。這是因?yàn)檩S承在惡劣的環(huán)境下使用，大式軸承和主要的軸承連桿的機(jī)架變形在軸承的特征上產(chǎn)生重大影響。為解決這一問題，三菱重工有限公司（以下簡稱MHI）為這些動態(tài)軸承負(fù)荷開發(fā)了一種應(yīng)用elasto-hydrodynamic（EHL）原理的軸承特性預(yù)報(bào)方法，并且使用這種方法來對MHI公司的大負(fù)荷柴油機(jī)引擎進(jìn)行設(shè)計(jì)和評估。 EHL技術(shù)分析軸承表面彈性形變導(dǎo)致的油膜壓力，假設(shè)軸承剛體機(jī)構(gòu)，既考慮軸承局部表面變形的影響，同時(shí)又準(zhǔn)確預(yù)測特征相對于傳統(tǒng)的分析。 此外，在這些年里，三菱重工引進(jìn)EHL技術(shù)分析研究由于油膜壓力而產(chǎn)生的軸承變形的油膜歷史記錄，同時(shí)追蹤軸承清楚根據(jù)時(shí)間歷史記錄的油填充比例來改善評估的準(zhǔn)確性。 這份報(bào)告介紹了這一技術(shù)在大型連桿軸承上的應(yīng)用實(shí)例和對三菱重工的四沖程柴油發(fā)動機(jī)的主要影響。 2.理論 2.1基本公式 圖1顯示了這份論文中采用坐標(biāo)系統(tǒng)。影響油膜壓力參數(shù)p可用方程（1）來表示。 （1） 當(dāng)方程（1）和下面的力平衡組成一個(gè)相對時(shí)間t的聯(lián)立方程組，這樣一來就可以得到軸中心局部和槽油膜厚度的信息。 （2） （3） 由于開始的幾何間隙，軸的偏心率和彈性形變，所以公式（4）這樣來表示油膜厚度h。 （4） 其中： ：粘度壓力系數(shù) ：x軸的偏心率 ：y軸的偏心率 ：軸承半徑間隙 ：X方向的離心率 ：Y方向的離心率 h：油膜厚度 L：變形 N: 引擎速度 ：面積 P：油膜壓力 ：油填充比例 ：軸承圓軸坐標(biāo) t: 時(shí)間 U：滑動速度 : X方向負(fù)荷 :Y方向負(fù)荷 X: X軸方向坐標(biāo) Y: Y軸方向坐標(biāo) Z: Z軸方向坐標(biāo) 圖1坐標(biāo)系統(tǒng) 2.2 分析技術(shù) 2.2.1 考慮油膜歷史記錄曲線的EHL技術(shù)分析 我們開發(fā)了一個(gè)基于JONES提出的油膜歷史記錄曲線概念的EHL分析技術(shù)來考慮在軸承間隙中的由的運(yùn)動，三菱重工的常規(guī)EHL技術(shù)分析，計(jì)算假設(shè)在整個(gè)軸承表面覆蓋潤滑油的情況下的壓力分布，替代由于計(jì)算周圍壓力獲得的負(fù)壓力區(qū)域，并且把油膜斷裂邊界視為分界線。在以這個(gè)邊界為條件下，油膜斷裂區(qū)域的流動連續(xù)性不能被滿足。另一方面，EHL分析技術(shù)研究隨著油填充比率和時(shí)間的推移而變化的油膜歷史記錄曲線，則顯示流動連續(xù)性滿足。 由于受到波動負(fù)荷的軸承，如發(fā)動機(jī)軸承，在軸承上實(shí)際油膜壓力增長受限制的區(qū)域，在下文中EHL分析可以得出比常規(guī)EHL分析更高的壓力結(jié)果。這是主要用于檢驗(yàn)三菱重工的大型船用柴油機(jī)引擎的實(shí)際尺寸的。EHL技術(shù)分析油膜壓力歷史記錄曲線是作為一個(gè)有益的分析工具來用于設(shè)計(jì)和評價(jià)的。 2.2.2 計(jì)算方法 油膜壓力P和軸偏心率、的結(jié)果可以從聯(lián)立方程（1）到（4）中獲得。由于方程（1）和油膜壓力的非線性關(guān)系，我們用“牛頓-拉斐爾”方法來確定它們。我們用有限元方法（FEM）（Galerkin方法）進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算，four-point等參數(shù)原理被看做是原理內(nèi)容和線性方程系統(tǒng)的數(shù)字化解決方法。為了測定油膜斷裂邊界，我們改進(jìn)并使用了適用于油膜歷史記錄曲線的有限元運(yùn)算方法Kumar技術(shù)，圖（2）顯示的是流量計(jì)算。 圖2 流量計(jì)算 3.個(gè)案研究 3.1連桿頭軸承 例如S31發(fā)動機(jī)的大型連桿頭軸承，我們比較剛體分析和EHL技術(shù)分析、并且比較了EHL技術(shù)分析的油膜歷史記錄曲線和傳統(tǒng)的EHL技術(shù)分析。 此外，我們測算了連桿頭軸承特性上對曲柄銷外形的影響。 表格1所示放入軸承規(guī)格，圖3顯示了影響軸承和用于計(jì)算執(zhí)行3DFEM模型的負(fù)載向量。 當(dāng)考慮到彈性形變，則計(jì)算油膜壓力的減少量和油膜厚度的增加量。如果考慮到有魔力石渠縣，則軸承上油膜壓力的實(shí)際受力面積的發(fā)展受限制，并且壓力最大值會變的更大。 表格1s31引擎大型連接頭軸承的尺寸參數(shù) （a）軸承負(fù)載 （b）連桿頭FEM模型 圖3軸承工作狀況計(jì)算 3.1.1技術(shù)分析對比 在圖4（a）里顯示了油膜壓力隨著時(shí)間改變而產(chǎn)生的最大變化量。幾乎在所有的時(shí)間點(diǎn)，取決于剛體分析的油膜壓力高于EHL分析獲得的數(shù)值。這顯然說明，比如說，相對于瞬時(shí)時(shí)間，曲軸角度大約在10度左右的地方負(fù)載相當(dāng)大。當(dāng)取決于剛體分析的油膜壓力是180（MPa）時(shí)，取決于EHL分析的壓力是133(MPa)。圖4（c）和（d）顯示的是曲柄角度在10度時(shí)軸承中心部分的油膜厚度分布狀態(tài)。由于考慮到彈性變形，由EHL技術(shù)分析得到的油膜厚度相比于由剛體分析得到的幾乎差不多大，并且在壓力區(qū)域幾乎一致。比起剛體分析，由EHL分析給出的壓力分布區(qū)域在圓周方向更寬，并且顯示較低的油膜壓力最大值。顯然，從圖4（b）顯示的軸中心軌跡和EHL技術(shù)分析表明，軸中心是明顯偏離曲軸間隙的。 在圖4（a）中顯示了，在曲軸角度約250度時(shí)，由于EHL技術(shù)分析決定的油膜壓力最大值不同于有傳統(tǒng)EHL技術(shù)分析所決定的數(shù)值。當(dāng)軸向油膜斷裂面的一邊運(yùn)動時(shí)，曲柄角度調(diào)整符合從上部金屬到下部金屬負(fù)載的轉(zhuǎn)變。 圖4（e）顯示的是油膜壓力分布狀態(tài)和曲柄角度在250度時(shí)的油填充比例。從這個(gè)圖表上明顯看出，考慮油膜歷史曲線分析顯示出，軸承正壓力區(qū)域的發(fā)展由于油量的缺乏而受限制，并且給出相比于傳統(tǒng)EHL分析得到的更高的油膜壓力。 曲柄角度（deg） （a）最大變化，油膜壓力的時(shí)間變化曲線 （b）軸心軌跡 軸承的圓周坐標(biāo)（deg） （c）軸承中心部分的油膜壓力（曲軸角度10度） 軸承的圓周坐標(biāo)（deg） （d）軸承中心部分的油膜壓力（曲軸角度10度） （e）壓力分布在考慮油膜歷史的EHL分析和不考慮油膜歷史分析的情況下的差異（在曲軸角度250度） 圖4 大端軸承特性分析結(jié)果 3.1.2曲軸銷外形在軸承特性上的影響 我們評估曲柄銷外形在大型連桿頭軸承特性上的影響。圖5中顯示的是我們研究的三種曲柄銷外形，即（1）直線型，（2）桶形，（3）曲線形。圖6顯示的是油膜壓力最大值和油膜厚度最小值的分析結(jié)果。這表明，在直線外形的曲柄銷（1）顯示出更大的油膜厚度，并且適用于曲軸的操作條件。 直線型 桶形 曲線形 圖5 曲柄銷外形的形式 圖6 由于銷的幾何誤差引起的曲軸特性差異 3.2主要影響 這一方法不僅可以適用于分析大型連桿頭軸承，而且也適用于大部分軸承和小型連桿頭軸承。下面是一臺S6r引擎的4號主軸承的分析實(shí)例。表格2顯示了軸承的規(guī)格，圖7顯示了包括軸承負(fù)載和主要軸承的發(fā)動機(jī)框架結(jié)構(gòu)的FEM模型。 （a）曲軸負(fù)載 （b）發(fā)動機(jī)框架結(jié)構(gòu)的FEM模型 圖7 主要影響的計(jì)算情況 表格2 S6r引擎四號主軸承的尺寸參數(shù) 圖8（a）所示的油膜壓力最大值的時(shí)間變化歷史記錄曲線，顯示了剛體分析評估的壓力值高于EHL分析結(jié)果。圖8（b）明顯顯示了曲柄角度在245度時(shí)的壓力分布狀態(tài)，考慮了油膜歷史記錄曲線的EHL分析認(rèn)為，軸承上由于潤滑油的不足而導(dǎo)致油膜壓力發(fā)展受限制，并且得出常規(guī)EHL分析結(jié)果更高的油膜壓力值。因此，有人認(rèn)為，主要軸承的分析顯示了和大型連桿頭軸承分析相類似的趨勢。 曲柄角度（deg） （a）最大變化，油膜壓力的時(shí)間變化曲線 （b）壓力分布在考慮油膜歷史的EHL分析和不考慮油膜歷史記錄分析的情況下的差異（曲軸角度270度） 4.結(jié)論 EHL分析和研究油膜歷史記錄曲線的EHL分析是作為一種能夠改善發(fā)動機(jī)曲軸系統(tǒng)可靠性的先進(jìn)技術(shù)來提出的。 為了給輕型高功率的開發(fā)設(shè)計(jì)軸承，我們必須用上述評估技術(shù)來保證高度的可靠性，并且提高三維CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)化技術(shù)連接的便利性。這項(xiàng)開發(fā)的部分是與Truck&BusResearch、開發(fā)中心和三菱汽車公司合作的。