消防沖鋒舟拖車設計【含圖紙】

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編 號 無錫太湖學院 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 題目： 消防沖鋒舟拖車設計 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學 號： 0923117 學生姓名： 胡 健 指導教師： 許 文 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 消防沖鋒舟拖車設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內容除了在畢業(yè) 設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內容外，本畢業(yè)設計 （論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械 93 學 號： 0923117 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學 院 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設 計 論 文 任 務 書 一、題目及專題： 1、題目 消防舟沖鋒舟拖車設計 2、專題 二、課題來源及選題依據 目前我國消防沖鋒舟拖車設備比較落后，運載運輸不便，同時存在許多安 全隱患，而且運輸的成本大，靈活性低，運 輸時易造成磨損。本設計為消防舟 運輸拖車設計。該拖車既可以減少運輸時間，降低運輸成本，同時還可以消除 安全隱患，防止運輸造成的磨損和破壞，保證了搶險救援的及時性，而且產品 的質量更加得以保證。 三、本設計（論文或其他）應達到的要求： 1.通過該設計使學生熟悉機械設計的一般思路。 2.使學生掌握機械設計的方法和技巧。 3.通過設計鞏固機械制圖、機械設計、液壓與氣動等課程的基礎知識。 4. 掌握拖車運作的原理、性質以及它為何作為沖鋒舟運輸的性能評價標準的 理由； 5. 能夠熟練使用 CAD 操作軟件。針對典型的二 維和三維圖像，采用基于 CAD 的基本系統對其操作，用客 觀標準和主 觀標準綜合評價重建圖像的質量； 6.完成零、部件圖 5 張以上。 7.完成塑料盒封口機總裝圖 1 張。 8.撰寫畢業(yè)說明書一份。 計算正確完整，文字簡潔通順， 書寫整齊清晰。 論文中所引用的公式和數據應注明出處。 論文字數不少于 1.5 萬字 四、接受任務學生： II 機械 93 班 姓名 胡 健 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學科組組長研究所所長 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 現代隨著救援搶險設備的發(fā)展將需要更加便捷靈活的運輸工具,沖鋒舟拖車設計的技 術在高科技搶險救援的研究開發(fā)中將起著越來越重要的作用。沖鋒舟拖車設計與搶險救 援有著密切的聯系,在未來搶險救援設備技術的開發(fā)中和設備高速靈活的運輸中占據主導 地位;在其開發(fā)利用及其深加設計程中還必須考慮各類型地里環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展。 未來沖鋒舟拖車設計發(fā)展趨勢是高速、適應性強、簡便和靈活。雖然可以通過普通 運輸車運輸,但其成本過高，運輸不靈活,運輸過程中容易對沖鋒舟造成破損。至今未能 普遍應用。優(yōu)質的消防沖鋒舟拖車對產品本身的使用安全要求、產品設計的機動靈活性 要求、產品專業(yè)度和全面性要求很高。無論是加工工藝還是選擇型材、本身功能和用途 要求多元化、機動靈活性以及配件的選擇等，都有較高的要求，自己有這樣全優(yōu)全控的 優(yōu)秀組合，才能確保消防沖鋒舟拖車等裝備使用安全，進而確保救援人員的人生安全。 沖鋒舟拖車包括山木型和滾輪型。整車鍍鋅、采用高強度耐磨的聚乙烯滾輪、防腐 較強的山木而研制的新型專用拖車，拖車采用汽車制造工藝，配備專用的工裝夾具一次 成型，確保車架實用美觀。其結構包括用于裝載沖鋒舟的拖車本體、設置于所述的拖車 本體 下方的車輪、設置于所述的拖車本體 前方的用于與運輸車相連接的掛鉤，還包括 下端部與所述的拖車本體 相轉動地連接的立桿、一端部與所述的立桿的上端部通過第一 轉軸相轉動地連接的橫桿、設置于橫桿的另一端部的用于升降沖鋒舟的升降機構，所述 的升降機構包括固定設置于所述的橫桿上的連接部、繞設于所述的連接部上的牽引索、 連接于所述的牽引索上的用于與所述的沖鋒舟的邊緣部相連接的兩個連接件，進一步進 行強度和配合等審核 關鍵詞: 消防；沖鋒舟；拖車 IV Abstract Along with the development of modern emergency rescue equipment will need to be more flexible and convenient transportation, assault boat trailer design technology plays a more and more important role in the research and development of high-tech rescue. Design and emergency rescue boats trailers are closely linked, occupy the leading position in the development of future rescue equipment technology and equipment of high-speed flexible transport; in its development and utilization of the deep and the design process must also consider the types in the environment and sustainable development. Future development trend is charge boat trailer design of high speed, strong adaptability, convenient and flexible. Although the common transport vehicle, but the cost is too high, the transportation is not flexible, the transport process is easy to cause the damage to assault boat. Has not be widely applied. High quality fire assault boat trailer for the product itself that is used safety requirements, flexibility of product design requirements, professional products and comprehensive high requirements. Whether the process is still choose the profile, function and use of diversified requirements itself, flexibility and choice of accessories and so on, have higher requirements, the excellent combination of himself with such a full control, to ensure the safe use of fire assault boat trailers and other equipment, and to ensure that the rescue personnel life safety. Assault boat trailer include roller type. Automobile galvanized, uses the high strength wear-resisting polythene roller, anticorrosion strong wooden and developed a new type of special trailer, trailer adopts auto manufacturing process, equipped with special fixture of a molding, ensuring the frame and practical appearance. The structure comprises a trailer body for trailer below the main body, loading assault boat is arranged on the wheel, is arranged on the front part of the body of the trailer for the hook is connected with the transport vehicle, lifting mechanism for assault boat trailer body also comprises a lower part and the phase rotation connection pole at one end, and the vertical rod of the upper end of the phase rotation through a first rotating shaft connecting bar, is arranged on the other end of the bar, the lifting mechanism comprises a connecting part, is wound around the connecting part of the traction rope, connected to the traction for two connectors connected with the edge of the boats of the cable rail fixed on the upper, further strength and coordination of audit Keywords: Fire; Canoe; Trail Car V 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III ABSTRACT ..................................................................................................................................IV 目 錄 ............................................................................................................................................V 1 緒論 .............................................................................................................................................1 1.1 消防沖鋒舟拖車產業(yè)發(fā)展概述 ..........................................................................................1 1.1.1 世界消防沖鋒舟發(fā)展歷史 .............................................................................................1 1.1.2 我國拖車發(fā)展歷程及趨勢 .............................................................................................1 1.1.3 沖鋒舟拖車現狀及發(fā)展趨勢 .........................................................................................1 1.2 沖鋒舟拖車設計技術研究現狀 ............................................................................................2 1.3 本課題的研究目的和主要研究內容 .....................................................................................2 1.3.1 消防沖鋒舟拖車的研究目的 ..........................................................................................2 1.3.2 消防沖鋒舟拖車研究的主要內容 ..................................................................................2 1.3.3 消防沖鋒舟拖車的國內外研究情況 ..............................................................................3 1.3.4 消防沖鋒舟拖車的設想來由 .........................................................................................3 1.4 本章小結 .................................................................................................................................3 2 消防沖鋒舟的數據獲取 .............................................................................................................4 2.1 消防沖鋒舟的特性 ................................................................................................................4 2.2 消防沖鋒舟的參數獲取 ........................................................................................................4 3 消防沖鋒舟拖車的結構設計 .....................................................................................................6 3.1 消防沖鋒舟拖車的構造設計 .................................................................................................6 3.2 消防沖鋒舟拖車的支架選擇設計 ........................................................................................8 3.2.1 車架承載狀況 ...............................................................................................................8 3.2.2 主車架設計 ...................................................................................................................8 3.3 拖車車架強度校核 ................................................................................................................9 3.3.1 基本假設 ..........................................................................................................................9 3.3.2 車架受力分析及計算 ......................................................................................................9 3.3.3 車架縱梁彎矩計算 ..........................................................................................................9 3.3.4 強度校核 .......................................................................................................................10 3.3.5 縱梁和橫梁材料 ...........................................................................................................10 3.4 拖車車架參數確定 ..............................................................................................................10 3.5 拖車結構的確定 ..................................................................................................................11 4 消防沖鋒舟拖車零件選擇與設計 ............................................................................................12 4.1 消防沖鋒舟拖車的軸承的選擇設計 ..................................................................................12 4.1.1 軸承的選擇依據和準則 .............................................................................................12 4.1.2 軸承的選擇參數 .........................................................................................................12 4.1.3 軸承的工序及計算選擇 .............................................................................................14 4.2 消防沖鋒舟拖車的輪胎的選擇設計 ..................................................................................18 VI 4.3 消防沖鋒舟拖車的活絡腳輪的選擇設計 ..........................................................................21 4.3.1 腳輪的組成 .................................................................................................................21 4.4 鋼結構連板焊接的計算 .......................................................................................................24 4.5 標準件的選擇 ......................................................................................................................25 5 結論與展望 ................................................................................................................................30 致 謝 ...........................................................................................................................................31 參考文獻 .....................................................................................................................................32 消防沖鋒舟拖車設計 1 1 緒論 1.1 消防沖鋒舟拖車產業(yè)發(fā)展概述 沖鋒舟，是充氣艇的一種,分有玻璃鋼板的沖鋒舟和橡皮艇式的沖鋒舟，現代充氣沖 鋒舟主要用于政府機構執(zhí)行海事任務的比較多，方便運輸簡易安裝使用，現成為民間一 種用于休閑娛樂設備。 1.1.1 世界消防沖鋒舟發(fā)展歷史 根據世界吉尼斯大全中的記載 ，充氣艇的歷史可以追溯到盡公元前 880 年，亞述人 二世國王下令部隊不斷的給 greased 獸皮充氣，使其膨脹，以便能通過河流的！在古代的 中國，在宋，明兩代，人們也使用密封的充了氣的獸皮通過河流。沖鋒舟的的應運而生 主要在于其速度。 在 1839 年，惠靈頓公爵第一次做了充氣船的浮筒測試后 1840 年，英國人托馬斯?jié)h 考克設計了充氣筏并把他的工作相關介紹收錄在之后幾年出版的英國天然橡膠的起源 和進程一書中。1844 年，一名海軍上尉 設計了一個輪狀的充氣船，這個充氣船被多次 用在北極探險中。法國人克萊門特也設計了一個浮動的船只。事實上，許多其他發(fā)明先 驅發(fā)明的充氣筏，這就預示著“充氣船” 的誕生 。 1913 年，德國艾伯特梅耶想出了一個相 當新穎的設計。到 1920 年，他的公司，人參巴烏，是營銷他的“氣” 船，其中 9 只已在德 國的軍隊中被使用了，并且逐步演繹成了沖鋒舟。 在法國和英國，ZODIAC 和 RFD 先后推出了第一屆現代橡皮艇。 1919 年，RFD 的 創(chuàng)始人雷福斯特在英國的 Wisely 湖上測試了一條橡皮艇，并在在 20 世紀 30 年代對他的 設計進行了改進。這就是后來的一人氣脹式救生筏的始祖。1934 年在法國，皮埃爾設計 出了充氣艇的原型。 第一條現代橡皮艇被用于法國海軍，ZODIAC 的發(fā)展模式引發(fā)了民用和軍用橡皮艇產 業(yè)的飛速發(fā)展。與之相對應的是皮埃爾于 1937 年設計出了第一條 U 形的橡皮艇，1943 年 8 月 10 日他申請了此項設計的專利?，F金沖鋒舟已經被廣泛用于軍事行動和救災行動 之中。 1.1.2 我國拖車發(fā)展歷程及趨勢 拖車，是以動力拉的搬運車輛。它是一切車輛的始祖。雖然 物料搬運技術不斷發(fā)展， 但拖車仍作為不可缺少的搬運工具而沿用至今。拖車在生產和生活中獲得廣泛應用是因 為它造價低廉、維護簡單、操作方便、自重輕，能在機動車輛不便使用的地方工作，在 短距離搬運較輕的物品時十分方便，搬運貨物省力，省時，又省了錢。 拖車有兩輪、三輪和四輪之分。拖車車可在狹窄的便橋和羊腸小道上行駛，能夠原地 轉向，傾卸貨物十分便利。常用的拖車有搬運成件物品的搬運車、架子車和搬運散狀物 料的斗車等。三輪拖車中有一個、四輪拖車中有兩個可繞鉛垂軸回轉的回轉腳輪。這種 回轉腳輪在運行中能隨著車輛運動方向的改變而自動調整到運行阻力最小的方向。 1.1.3 沖鋒舟拖車現狀及發(fā)展趨勢 現代隨著救援搶險設備的發(fā)展將需要更加便捷靈活的運輸工具,沖鋒舟拖車設計的技 術在高科技搶險救援的研究開發(fā)中將起著越來越重要的作用。沖鋒舟拖車設計與搶險救 無錫太湖學院學士學位論文 2 援有著密切的聯系,在未來搶險救援設備技術的開發(fā)中和設備高速靈活的運輸中占據主導 地位;在其開發(fā)利用及其深加設計程中還必須考慮各類型地里環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展。 未來沖鋒舟拖車設計發(fā)展趨勢是高速、適應性強、簡便和靈活。雖然可以通過普通運 輸車運輸,但其成本過高，運輸不靈活,運輸過程中容易對沖鋒舟造成破損。至今未能普遍 應用。優(yōu)質的消防沖鋒舟拖車對產品本身的使用安全要求、產品設計的機動靈活性要求、 產品專業(yè)度和全面性要求很高。無論是加工工藝還是選擇型材、本身功能和用途要求多 元化、機動靈活性以及配件的選擇等，都有較高的要求，自己有這樣全優(yōu)全控的優(yōu)秀組 合，才能確保消防沖鋒舟拖車等裝備使用安全，進而確保救援人員的人生安全。 1.2 沖鋒舟拖車設計技術研究現狀 沖鋒舟的拖車，包括用于裝載沖鋒舟的拖車本體、設置于所述的拖車本體下方的車輪、 設置于所述的拖車本體前方的用于與運輸車相連接的掛鉤，還包括下端部與所述的拖車 本體相轉動地連接的立桿、一端部與所述的立桿的上端部通過第一轉軸相轉動地連接的 橫桿、設置于所述的橫桿的另一端部的用于升降所述的沖鋒舟的升降機構，所述的升降 機構包括固定設置于所述的橫桿上的連接部、繞設于所述的連接部上的牽引索、連接于 所述的牽引索上的用于與所述的沖鋒舟的邊緣部相連接的兩個連接件。兩個所述的連接 件開設有與所述的沖鋒舟的邊緣部相配合的卡槽，所述的卡槽的深度方向沿著水平方向 延伸。 立桿的轉動中心沿著鉛垂方向延伸，第一轉軸的軸心線沿著水平方向延伸。拖車本 體上設置有開口向上的插槽，立桿的下端部插在插槽內，立桿的下端部與插槽之間設置 有轉動軸承。拖車本體的兩側部相對稱地沿著上下方向滑動地設置有至少兩個支撐架， 拖車具有用于運輸時的第一工作位置與用于裝載或者卸載時的第二工作位置，當拖車位 于第一工作位置時，所述的車輪的最低點低于所述的支撐架的最低點，當拖車位于第二 工作位置時，車輪的最低點高于所述的支撐架的最低點，支撐架與所述的拖車本體之間 設置有將兩者鎖定于第一工作位置或者第二工作位置的鎖定機構。鎖定機構不是本實用 新型的發(fā)明要點，只要是能夠將兩個相滑動的部件鎖定于至少兩個工作位置的鎖定機構 都能在此使用，具體結構在橫桿與立桿之間設置有千斤頂。拖車本體上具有與所述的沖 鋒舟的下表面相配合的支撐面，所述的支撐面上設置有硅膠。沖鋒舟放置于所述的支撐 面上，兩者接觸面積較大，受力較小，運輸過程中使得沖鋒舟較平穩(wěn)。 1.3 本課題的研究目的和主要研究內容 1.3.1 消防沖鋒舟拖車的研究目的 設計一種簡單，加工方便，生產效率高且安全性高的消防沖鋒舟拖車。本沖鋒舟拖 車的特色在于靈活便捷，并且裝載或者卸載簡便，使得拖車的功能較多，操作較方便， 運輸過程中較為平穩(wěn)，良好地保護了沖鋒舟不會受力變形。 1.3.2 消防沖鋒舟拖車研究的主要內容 明確消防沖鋒舟拖車預期達到的性能指標和工作原理?？傮w方案的設計，可行性的 分析。沖鋒舟拖車的初步設計，總體結構的設計，本體結構的選擇，支架的材料和類型 的選擇，各部件的參數設計。強度計算，分析驗證,優(yōu)化設計。 (1) 閱讀外文資料，翻譯與所學專業(yè)或課題相關的外文文獻 4000 字左右，語句通順、 消防沖鋒舟拖車設計 3 流暢、準確。 (2)了解消防沖鋒舟拖車的實際工作原理。 (3)根據加工產品具體結構和加工要求，擬定分析設備設計方案。 (4)繪制 整套零件圖，裝配圖，各零件的精度配合。 (5)用 UG 進行造型，裝配后進行運動仿真。 1.3.3 消防沖鋒舟拖車的國內外研究情況 沖鋒舟拖車包括山木型和滾輪型。整車鍍鋅、采用高強度耐磨的聚乙烯滾輪、防腐 較強的山木而研制的新型專用拖車，拖車采用汽車制造工藝，配備專用的工裝夾具一次 成型，確保車架實用美觀。其結構包括用于裝載沖鋒舟的拖車本體、設置于所述的拖車 本體 下方的車輪、設置于所述的拖車本體 前方的用于與運輸車相連接的掛鉤，還包括 下端部與所述的拖車本體 相轉動地連接的立桿、一端部與所述的立桿的上端部通過第一 轉軸相轉動地連接的橫桿、設置于橫桿的另一端部的用于升降沖鋒舟的升降機構，所述 的升降機構包括固定設置于所述的橫桿上的連接部、繞設于所述的連接部上的牽引索、 連接于所述的牽引索上的用于與所述的沖鋒舟的邊緣部相連接的兩個連接件，進一步進 行強度和配合等審核 1.3.4 消防沖鋒舟拖車的設想來由 沖鋒舟拖車設計與搶險救援有著密切的聯系,在未來搶險救援設備技術的開發(fā)中和設 備高速靈活的運輸中占據主導地位;在其開發(fā)利用及其深加設計程中還必須考慮各類型地 里環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展。沖鋒舟拖車設計發(fā)展趨勢是高速、適應性強、簡便和靈活。雖然 可以通過普通運輸車運輸,但其成本過高，運輸不靈活,運輸過程中容易對沖鋒舟造成破 損。至今未能普遍應用。 所以隨著救援搶險設備的發(fā)展將需要更加便捷靈活的運輸工具,沖鋒舟拖車設計的技 術在高科技搶險救援的研究開發(fā)中將起著越來越重要的作用。 1.4 本章小結 在運輸中，由于普通拖車運輸不靈活，效率很低，且易破損沖鋒舟，既影響了運輸 速度，又耽誤了搶險救援的進度，所以簡便快捷的拖車設計在以后的搶險救援中會有很 多的應用。沖鋒舟拖車設計需要簡單，加工方便，生產效率高且安全性高。本沖鋒舟拖 車的特色在于靈活便捷，并且裝載或者卸載簡便，使得拖車的功能較多，操作較方便， 運輸過程中較為平穩(wěn)，良好地保護了沖鋒舟不會受力變形。 無錫太湖學院學士學位論文 4 2 消防沖鋒舟的數據獲取 2.1 消防沖鋒舟的特性 沖鋒舟主要用于在洪災中搶救人民生命和財產，也可用于水上偵察、巡邏等。現在沖 鋒舟舟體材料大多由玻璃纖維增強塑料(俗稱“玻璃鋼”)、膠合板和橡膠布等組成。水上 多用船外機驅動，也可用槳操行。常見的有 TZ588 型、TZ590、TZ600 型等多種型號，消 防部隊當前配備的主要為 TZ590 型沖鋒舟。 消防沖鋒舟一般采用進口專用氣艇布料 0.9T1000D/PVC ，氣密性、耐磨性極好、使 用壽命長。采用進口氣閥，方便、安全、可靠。所有粘接部位全部采用進口膠水粘接， 剝離強度以及耐高溫、耐水解、抗紫外線等性能均大大優(yōu)于國產膠水，即使在陽光暴曬 下，氣艇連接部位牢固性能得到充分保證。進口材料色牢度高、布面顏色歷久如新，進 口專用耐磨雙色護舷，保證了船體經久耐用。消防沖鋒舟塑膠船底易拆裝，耐力久，承 載力強，不變形。船體由聚合涂料加強纖維制成，有效防止長期曝曬，四個獨立氣室， 放氣后可折疊存放，可裝置配雅馬哈，水星等舷外機。 2.2 消防沖鋒舟的參數獲取 下面是常用消防沖鋒舟的型號、配機、載重人數、航速的相關參數。 圖 1 常見橡皮艇的技術性能 消防沖鋒舟拖車設計 5 表 2-1 常見沖鋒舟的技術性能 型號 尺寸 配機 承載人 航速 TZ468 4.68X1.72X0.7 30-48 6 人 35-55 TZ590 5.9x1.95x0.8 40-60 12 人 45-55 TZ520 5.2X1.72X0.75 40-60 8 人 30-55 TZ600 6.0X1.8X0.85 48-60 10 人 40-55 由圖 1 和表 2 可知消防沖鋒舟的相關性數據，根據具體的設計要求，選取消防沖鋒舟 的數據為： 長 X 寬 X 高4300 X 1900 X 800mm 型號為：橡皮艇 LSD 430 J 無錫太湖學院學士學位論文 6 3 消防沖鋒舟拖車的結構設計 3.1 消防沖鋒舟拖車的構造設計 與“單體式”汽車相比，拖車更能夠提高公路運輸的綜合經濟效益。運輸效率可提 高 30-50%，成本降低 30-40%，油耗下降 20-30%。更重要的是，拖車的使用，還能對我 國物流的組織形式起到一定程度的促進作用。 拖車車載部位無欄板，用途廣泛，主要用于中短途運輸。系列拖車車架為穿梁式結 構，縱梁采用平直式活鵝頸式。腹板高度從 400mm 至 550mm，縱梁采用自動埋弧焊焊接， 車架采用噴丸處理，很亮穿入縱梁并焊接整體。串聯式干板彈簧和懸掛支座組成，結構 合理，具有較強的剛性和強度，用來支承載荷緩沖擊。拖車通常用來運輸船只（如沖鋒 舟、橡皮艇等）及其他重載貨物，其重心越低，穩(wěn)定性和安全性越好，運輸超高貨物和 通過頭頂障礙的能力就越強。低平板拖車結構和裝載，低平板拖車通常采用凹梁式（或 者井型）車架，既車架前段為鵝頸（鵝頸前段的牽引銷與牽引車上的牽引鞍座相連，鵝 頸后端與半掛車架相連），中段為貨臺（車架最低部分），后端為輪架（含車輪）。在 往低平板半掛車上裝載機械設備時，通常是從半掛車后端裝載機械設備，即采用從后輪 架上 面移動機械設備或者將車輪移除的方式， 然后再將機械設備固定在半掛車上。低 平板式半掛車行走結構使用高強度國際鋼材質，整車自重輕，并保障其抗扭曲、抗震、 抗顛簸能力、滿足不同的路面承載能力。 選用機械式承載裝置其作用是當牽引裝置與掛車脫開時，用于支撐地面，承受半掛 車前部載荷。支承裝置有單動式和聯動式兩種，主要由支承盤、螺桿傳動機構、減速箱 和操縱手柄等構成。懸掛裝置有單軸式懸掛和雙軸式懸掛三軸式懸掛三種裝置半掛車。 縱梁是車架的主要承載部件,在行駛中受較大的彎曲應力。為了滿足拖車使用性能的 要求,縱梁采用階梯形結構,斷面為工字形,材料為 16Mn。為保證牽引裝置和懸架系統有足 夠的活動空間,其鵝頸處設計成變截面,懸架支座部位高度盡量收縮。 根據設計計算,并參照國內外同類型產品的結構,縱梁主截面高度為 860mm,鵝頸處高 度為 648mm,懸架支座處高度為 410mm,縱梁上、 下翼面寬度為 160mm,厚度為 18mm,腹 板厚度為 8mm。 縱梁加強板的布置是由于懸架支座部位的縱梁高度尺寸較小,此部位承受的支座反力 較大。為了保證該區(qū)域具有足夠的強度,在這里布置了內、外側加強板和下加強板。內、 外 側加強板與工字鋼焊接組成箱形結構, 下加強板上開有若干個塞焊孔,通過塞焊和兩側 間斷焊與工字鋼下翼面連接。 加強板的端頭形狀，為了減小應力集中,內、外側加強板端頭設計成 U 形結構,下加 強板端頭采用 69斜面,且下加強板端頭與內、外側加強板端頭避開。 橫梁是車架中用來連接左、右縱梁,構成車架的主要構件。橫梁本身的抗扭性能的好 壞及其分布,直接影響著縱梁的內應力大小及其分布。合理設計橫梁,可以保證車架具有足 夠的扭轉剛度。 鵝頸處是為了簡化制造工藝,遵循產品設計標準化、系列化、通用化的原則,鵝頸處的 橫梁采用與本廠普通半橫梁是車架中用來連接左、右縱梁,構成車架的主要構件。橫梁本 消防沖鋒舟拖車設計 7 身的抗扭性能的好壞及其分布,直接影響著縱梁的內應力大小及其分布。合理設計橫梁,可 以保證車架具有足夠的扭轉剛度。為了簡化制造工藝,遵循產品設計標準化、系列化、通 用化的原則,鵝頸處的橫梁采用與本廠普通半。 懸架支座處低平板半掛車為單后軸結構,采用的是單軸平衡式懸架系統,前、后懸架支 座直接與縱梁的下翼面焊接。行駛時,由于車架的懸架部位承受較大的扭轉應力,在前、后 支座處設置了 2 個截面尺寸較大的箱形橫梁,保證車架有足夠的扭轉剛度,并能較理想的傳 遞載荷。 車架中部由于牽引銷和后軸處的扭轉剛度大,車架中部的變形往往較大。為了允許車 架有微量的翹曲,在車架中部布置了 6 根僅與縱梁腹板焊接的工字形橫梁,橫梁間距為 400mm。 橫梁與縱梁連接的節(jié)點剛度直接影響到車架的整體剛度,合理設計橫梁與縱梁的節(jié)點 結構,是車架設計的重要問題。橫梁與縱梁的連接形式通常有兩種, 橫梁與縱梁的上、下翼面相連接 這種結構的優(yōu)點是有利于提高車架的扭轉剛度,缺點 是在受扭嚴重的情況下,縱梁翼緣會出現較大的應力。由于車架的牽引銷處和懸架支座部 位扭轉變形小,在此部位采用了這種連接方式,并在牽引銷后橫梁處增設斜撐,以提高縱梁的 扭轉剛度。 橫梁僅與縱梁的腹板相連接 這種結構剛度較差,允許縱梁截面產生自由翹曲,不產生 約束扭轉,因為該車架中部變形較大,所以采用了這種連接方式。 由于工程機械的重力是通過履帶作用在車架承載面的左、右兩側,為此,在縱梁兩側對 稱設置了 4 根變截面等強度翼梁。翼梁斷面為工字形,間距為 1200mm。 車架寬度運輸的需要,車架按照橡膠艇尺寸設計成超寬(指國家標準規(guī)定的寬度限界)的 特種結構,鵝頸處和懸架支座處僅與縱梁外緣等寬,而在前、后 2 個懸架支座處設置了截面 尺寸較大的箱形支架。支架離地高度與輪胎直徑相等,工程機械行駛至此時,由輪胎和支架 承受載荷。 車架底板結構，為使車架底板有一定彈性,防止打滑,車架在承載部位采用木底板,其余 部位采用花紋面板,并適當布置防滑筋,以保證運輸安全。木底板用內六角圓柱螺釘與橫梁 連接。 載荷處理，節(jié)點靜力載荷數據 備胎總成質量 80kg,支承裝置質量 142kg。 梁單元均布載荷數據按實際裝載量除以車架承載的實際長度,再乘以動載荷系數,得出 車架單位長度所承受的重量。 取實際裝載 G=3000N,車架承載的實際長度 L=3900mm,動載荷系數一般取 K d=2,因此,車 架單位長度所承受的重量為: q=G*K d / L=1.54N*mm 進行約束處理為了避免車架產生剛體位移,應約束所有節(jié)點繞 Z 軸的轉動。 所有參考點應全約束。牽引銷和懸架支座與車架的連接點視具體情況應約束相應的 自由度。 計算結果表明,最大應力在節(jié)點其值： =31.18N*mm 2 , 無錫太湖學院學士學位論文 8 縱梁材料 16Mn 的屈服極限： s= 254 N*mm 2 結構最大節(jié)點位移及變形節(jié)點位,最大節(jié)點位移在其值為： Z max=0.129mm, 按文獻2推薦 ,一般縱梁的允許變形量Z=13,Fa/Fr<=0.25 左右）下旋轉時轉速 的界限值。 另外，潤滑劑根據其種類和牌號的不同，也可能雖優(yōu)于其他性能但不適用于高速旋 轉極限轉速的修正負荷條件 C/P<13（即當量動負荷 P 超過基本額定動負荷 C 的 8%左右） ，或承受的合成負荷中的軸向負荷超過徑向負荷的 25%時，要用下式對極限轉速進行修 正。 Na=f1*f2*n Na：修正后的極限轉速，rpm f1： 與負荷條件有關的修正系數（圖8.1) f2 ：與合成負荷有關的修正系數（圖8.2) n ：一般負荷條件下的極限轉速，rpm（參照軸承尺寸表） C ：基本額定動負荷，N P ：當量動負荷， N Fr：徑向負荷，N 消防沖鋒舟拖車設計 15 F a：軸向負荷，N 圖 4.1 與負荷條件有關的修正系數 f1。 圖 4.2 與合成負荷條件有關的修正系數 f2。 帶接觸式密封圈（型）球軸承的極限轉速受到密封圈接觸面線速度的限制，允 許線速度取決于密封圈的橡膠材質。 軸承在高速旋轉、尤其是轉速接近或超過尺寸表記載的極限轉速時，主要應該注意 如下事項： （）使用精密軸承 （）分析軸承內部游隙（考慮溫升產生的軸承內部游隙減少量）。 （）分析保持架的材料的型式（對于高速旋轉，適合采用銅合金或酚醛樹脂切制保 持架。另外也有適用于高速旋轉的合成樹脂成型保持架）。 （）分析潤滑方式（采用適用于高速旋轉的循環(huán)潤滑、噴射潤滑、油霧潤滑和油氣 潤滑等潤滑方式）。 軸承的摩擦系數，為便于與滑動軸承比較，滾動軸承的摩擦力矩可按軸承內徑由下式計 算： M=uPd/2 M：摩擦力矩，m N * m 無錫太湖學院學士學位論文 16 u：摩擦系數，表 1 P：軸承負荷， N d：軸承公稱內徑，mm 摩擦系數 u 受軸承型式、軸承負荷、轉速、潤滑方式等的影響較大，一般條件下穩(wěn)定 旋轉時的摩擦系數參考值如表 4-5 所示。（對于滑動軸承，一般 u=0.01-0.02，有時也達 0.1-0.2）。 表 4-5各類軸承的摩擦系數 u 軸承型式 摩擦系數u 深溝球軸承 0.0010-0.0015 角接觸球軸承 0.0012-0.0020 調心球軸承 圓柱滾子軸承 0.0008-0.0012 滿裝型滾針軸承 0.0025-0.0035 帶保持架滾針軸承 0.0020-0.0030 圓錐滾子軸承 0.0017-0.0025 調心滾子軸承 0.0020-0.0025 推力球軸承 0.0010-0.0015 推力調心滾子軸承 0.0020-0.0025 又有已知P=2460 N，主軸半徑選擇為150mm，則軸承公稱內徑為 12mm。 軸及外殼的尺寸公差公制系列的軸及外殼孔的尺寸公差已由GB/T275-93 滾動 軸承與軸和外殼的配合標準化，從中選定尺寸公差即可確定軸承與軸或外殼的配合。 配合的選擇配合的選擇一般按下述原則進行。 根據作用于軸承的負荷方向、性質及內外圈的哪一方旋轉，則各套圈所承受的負荷 可分為旋轉負荷、靜止負荷或不定向負荷。承受旋轉負荷及不定向負荷的套圈應取靜配 合（過盈配合），承受靜止負荷的套圈，可取過渡配合或動配合（游隙配合）。 軸承負荷大或承受振動、沖擊負荷時，其過盈須增大。采用空心軸、薄壁軸承箱或 輕合金、塑料制軸承箱時，也須增大過盈量。 要求保持高旋轉時，須采用高精度軸承，并提高軸及軸承箱的尺寸精度，避免過盈 過大。如果過盈太大，可能使軸或軸承箱的幾何形狀精度影響軸承套圈的幾何形狀，從 而損害軸承的旋轉精度。 非分離型軸承（例如深溝球軸承）內外圈都采用靜配合，則軸承安裝、拆卸極為不 便，最好將內外圈的某一方采用動配合。）負荷性質的影響 軸承負荷根據其性質可分為內圈旋轉負荷、外圈旋轉負荷及不定向負荷，其與配合 的關系如表4-6所示： 消防沖鋒舟拖車設計 17 表 4-6 軸承負荷的配合關系 軸承旋轉條件 圖例 負荷性質 配合方式 內圈：旋轉 負圈：靜止 負荷方向：固定 內圈：靜止 負圈：旋轉 負荷方向：與外圈同時旋轉 內圈旋轉負荷 外圈靜止負荷 內圈：采用靜配合（過盈配合） 外圈：可用動配合（游隙配合） 內圈：旋轉 負圈：靜止 負荷方向：固定 內圈靜止負荷 外圈旋轉負荷 內圈：可用動配合（游隙配合） 外圈：采用靜配合（過盈配合） 配合面粗糙度的影響，若考慮配合面的塑性變形，則配合后的有效過盈受配合面加工質 量的影響，近似地可用下式表示： 磨削軸 d e =(d/(d+2))*d 車削軸 d e=(d/(d+3))*d 這里： d e ：有效過盈，mm d：視在過盈，mm d：軸承公稱內徑，mm）溫度的影響 一般來說，動轉時的軸承溫度高于周邊溫度，而且軸承帶負荷旋轉時，內圈溫度高 于軸溫，因此熱膨脹將使有效過盈減少。 現設軸承內部與外殼周邊的溫差為t 則不妨可假定內圈與軸在配合面的溫差近似 地為(0.01-0.15)t 。因此溫差產生的過盈減少量d t 可由式計算： d t=(0.10 to 0.15)t**d =0.0015t*d*0.01 這里： d t:溫差產生的過盈減少量，mm t:軸承內部與外殼周邊的溫差， :軸承鋼的線膨脹系數,(12.510-6)1/ d:軸承公稱內徑，mm 無錫太湖學院學士學位論文 18 因此，當軸承溫度高于軸溫時，配合必須緊。 另外，在外圈與外殼之間，由于溫差或線膨脹系數的不同，反過來有時過盈也會增加 。因此在考慮利用外圈與外殼配合面之間的滑動避讓軸的熱膨脹時，需要加以注意。配 合產生的軸承內部最大應力軸承采用過盈配合安裝時，套圈時會膨脹或收縮，從而產生 應力。 應力過大時，有時套圈會破裂，需要加以注意。 配合產生的軸承內部最大應力可由表的式子計算。作為參考值，取最大過盈不超過 軸徑的 1/1000，或由表 4-7 的計算式得到的最大應力 不大于 120Mpa12kgf/mm2為安 全。 表 4-7 配合產生的軸承內部最大應力 軸與內圈 外殼孔與外圈 這里： :最大應力,M Pa d:軸承公稱內徑（軸徑），mm Di:內圈滾道直徑，mm 球軸承Di=0.2(D+4d) 滾子軸承Di=0.25(D+3d) def:內圈的有效過盈，mm do:中空軸半徑，mm De:外滾道直徑， mm 球軸承De=0.2(4D+d) 滾子軸承De=0.25(3D+d) D:軸承公稱外徑（外殼孔徑），mm def:外圈的有效過盈，mm Dh:外殼外徑，mm E:彈性模量，2.08105MPa21 200kgf/mm2 同時，精確性要求特別高時，應提高軸與外殼的精度。與軸相比，一般外殼難加工、 精度低，因此放松外圈與外殼的配合為宜。