zl50裝載機(jī)輪轂軸承的有限元分析(畢業(yè)論文+全套cad圖紙)(答辯通過(guò))

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題 目： ZL50裝載機(jī)輪轂軸承的有限元分析 </p><p>　　學(xué) 院： 機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： 09機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（4）班 </p><p>

2、　　姓 名： 邵曉暉 學(xué) 號(hào)： Q09310121 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 吳躍成 </p><p>　　二O一三 年 五 月 十五 日</p><p>　　浙 江 理 工 大 學(xué)</p><p><b

3、>　　機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)誠(chéng)信聲明</b></p><p>　　我謹(jǐn)在此保證：本人所做的畢業(yè)設(shè)計(jì)，凡引用他人的研究成果均已在參考文獻(xiàn)或注釋中列出。設(shè)計(jì)說(shuō)明書與圖紙均由本人獨(dú)立完成，沒(méi)有抄襲、剽竊他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的研究成果行為。如出現(xiàn)以上違反知識(shí)產(chǎn)權(quán)的情況，本人愿意承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。</p>

4、<p>　　聲明人（簽名）： </p><p>　　2013 年 5月 1日</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　國(guó)內(nèi)裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋的輪轂軸承，都是采用國(guó)外進(jìn)口軸承，國(guó)產(chǎn)軸承基本不采用，主要原因是強(qiáng)度和壽命難以保證。因此為將其國(guó)產(chǎn)化，研究其強(qiáng)度和壽命對(duì)降低驅(qū)動(dòng)橋的成本和保證可靠性將具有重要應(yīng)用價(jià)值。

5、</p><p>　　本次研究的課題是ZL50裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋輪轂軸承的有限元分析，輪轂軸承的有限元分析的論文工作內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：</p><p>　　1、了解與輪轂軸承相關(guān)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與研究趨勢(shì)，準(zhǔn)確把握輪轂軸承的各種工作情況。</p><p>　　2、輪轂軸承的結(jié)構(gòu)類型與特點(diǎn)以及在各種工況下的受力分析，然后在以赫茲理論為基礎(chǔ)，對(duì)輪轂軸承的接觸問(wèn)題和載荷

6、分布情況進(jìn)行分析。</p><p>　　3、進(jìn)行輪轂軸承的強(qiáng)度校核計(jì)算，這部分通過(guò)輪轂軸承的強(qiáng)度計(jì)算，來(lái)證實(shí)所選用的軸承是否滿足ZL50裝載機(jī)的工況需求。</p><p>　　4、基于有限元分析軟件ANSYS，通過(guò)Pro/E建立所選用的滾動(dòng)輪轂軸承的三維有限元模型，從半個(gè)輪轂軸承和最大滾動(dòng)體兩個(gè)情況，分別對(duì)輪轂軸承的接觸疲勞問(wèn)題進(jìn)行了有限元分析，得到兩個(gè)情況下的應(yīng)力與分布情況，然后與赫茲理

7、論中計(jì)算所得的結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)計(jì)算與有限元分析所得結(jié)果接近。</p><p>　　關(guān)鍵字：裝載機(jī)；輪轂軸承；受力分析；強(qiáng)度校核；有限元分析</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The wheel hub bearing of loader, are all use imported bearing, ne

8、arly did not use domestic bearing, the main reason is hard to ensure strength and service life. So we should make it localization, research its strength and life to reduce the cost and ensure reliability of the drive axl

9、e will has important application value.</p><p>　　The research topic is loader ZL50 wheel drive axle bearing finite element analysis, finite element analysis of wheel bearings, in the following ways:</p>

10、;<p>　　1, understanding the issues related to research status, accurately grasp the wheel bearings work environment.</p><p>　　2, the wheel bearings and its structure features and the stress analysis u

11、nder the the kinds if working condition, then based on hertz theory for the contact problem and wheel bearing load distribution analysis.</p><p>　　3, Strength check calculation of wheel hub bearing, this sec

12、tion through the wheel hub bearing strength calculation, to confirm the selected bearing whether meet the demand of working condition of ZL50 loader.</p><p>　　4, based on finite element analysis software ANS

13、YS, Through the Pro/E set up using a 3d finite element model of rolling wheel hub bearing, from half a wheel hub bearing and two roller, respectively contact fatigue of wheel hub bearing is carried on the finite element

14、analysis, get two cases of stress and the distribution, and then compared with Hertz theory computing result and found the calculation with the finite element analysis results.</p><p>　　Key words: loader; Wh

15、eel bearings; Force analysis; Strength check; Finite element analysis</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p><b>　　Abstract</b></p>

16、;<p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 裝載機(jī)概述1</p><p>　　1.1.1 裝載機(jī)的定義與用途1</p><p>　　1.1.2 國(guó)內(nèi)裝載機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)1</p><p>　　1.1.3 國(guó)外裝載機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)3</p><p

17、>　　1.2 輪轂軸承概述4</p><p>　　1.2.1 輪轂軸承的定義4</p><p>　　1.2.2 輪轂軸承的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)5</p><p>　　1.3 本文研究的意義與基本內(nèi)容7</p><p>　　1.3.1 輪轂軸承強(qiáng)度與壽命分析的意義7</p><p>　　1.3.2 主要內(nèi)容7

18、</p><p>　　1.3.3 主要目標(biāo)8</p><p>　　第2章 輪轂軸承的結(jié)構(gòu)與特性9</p><p>　　2.1 輪轂軸承的結(jié)構(gòu)形式9</p><p>　　2.2 輪轂軸承的基本特性9</p><p>　　2.2.1 輪轂軸承的材料特性10</p><p>　　第3章 輪轂

19、軸承的力學(xué)分析12</p><p>　　3.1輪轂軸承的載荷分布12</p><p>　　3.2 輪轂軸承的接觸表面應(yīng)力14</p><p>　　3.2.1 赫茲理論求解接觸問(wèn)題14</p><p>　　3.2.2 輪轂軸承的接觸應(yīng)力計(jì)算15</p><p>　　第4章 輪轂軸承的強(qiáng)度校核16</p&

20、gt;<p>　　4.1 相關(guān)基本參數(shù)16</p><p>　　4.1.1裝載機(jī)技術(shù)參數(shù)16</p><p>　　4.1.2輪轂軸承相關(guān)參數(shù)16</p><p>　　4.2 疲勞強(qiáng)度校核17</p><p>　　4.3 靜強(qiáng)度校核18</p><p>　　4.3.1 緊急制動(dòng)時(shí)18</p

21、><p>　　4.3.2高速轉(zhuǎn)彎時(shí)19</p><p>　　4.3.3 發(fā)生側(cè)滑時(shí)21</p><p>　　第5章輪轂軸承有限元分析23</p><p>　　5.1 ANSYS軟件分析基本思想23</p><p>　　5.2輪轂軸承有限元分析三維模型的建立23</p><p>　　5.2.

22、1模型的建立23</p><p>　　5.2.2輪轂軸承模型特點(diǎn)26</p><p>　　5.2.3設(shè)定材料屬性27</p><p>　　5.2.4選取單元類型28</p><p>　　5.2.5網(wǎng)格劃分29</p><p>　　5.2.6接觸對(duì)設(shè)置29</p><p>　　5.2.

23、7約束條件與加載求解32</p><p>　　5.2.8 有限元計(jì)算結(jié)果分析34</p><p>　　第6章 總結(jié)與展望38</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)39</b></p><p><b>　　致 謝41</b></p><p>　　全套資料帶CAD圖，

24、QQ聯(lián)系414951605或1304139763</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 裝載機(jī)概述</b></p><p>　　1.1.1 裝載機(jī)的定義與用途</p><p>　　裝載機(jī)是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設(shè)工程的土石方

25、施工機(jī)械，它主要用于鏟裝土壤、砂石、石灰、煤炭等散狀物料，也可對(duì)礦石、硬土等作輕度鏟挖作業(yè)。</p><p>　　裝載機(jī)主要用來(lái)鏟、裝、卸、運(yùn)土和石料一類散狀物料，也可以對(duì)巖石、硬土進(jìn)行輕度鏟掘作業(yè)。如果換不同的工作裝置，還可以完成推土、起重、裝卸其他物料的工作。在公路施工中主要用于路基工程的填挖，瀝青和水泥混凝土料場(chǎng)的集料、裝料等作業(yè)。由于它具有作業(yè)速度快，機(jī)動(dòng)性好，操作輕便等優(yōu)點(diǎn)，因而發(fā)展很快，成為土石方施工

26、中的主要機(jī)械。對(duì)于加快工程建設(shè)速度，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工程質(zhì)量，降低工程成本都發(fā)揮著重要的作用，是現(xiàn)代機(jī)械化施工中不可缺少的裝備之一。</p><p>　　1.1.2 國(guó)內(nèi)裝載機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)</p><p>　　中國(guó)現(xiàn)代輪式裝載機(jī)起始于20世紀(jì)60年代中期的Z435型。該機(jī)為整體機(jī)架、后橋轉(zhuǎn)向。經(jīng)過(guò)幾年的努力，在吸收當(dāng)時(shí)世界最先進(jìn)的輪式裝載機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)成功了功率為162KW的鏟

27、接式輪式裝載機(jī)，定型為Z450(即后來(lái)的ZL50)，并于1971年12月18日正式通過(guò)專家鑒定。就這樣誕生了中國(guó)第一臺(tái)鉸接式輪式裝載機(jī)，從而開創(chuàng)了中國(guó)裝載機(jī)行業(yè)形成與發(fā)展的歷史。Z450型裝載機(jī)具有液力機(jī)械傳動(dòng)、動(dòng)力換擋、雙橋驅(qū)動(dòng)、液壓操縱、鉸接式動(dòng)力轉(zhuǎn)向、氣推油加力制動(dòng)等現(xiàn)代輪式裝載機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，為當(dāng)時(shí)世界先進(jìn)水平。也基本上代表了中國(guó)第一代輪式裝載的基本結(jié)構(gòu)。該機(jī)在總體性能方面具有動(dòng)力性好，插入力有掘起力大、機(jī)動(dòng)靈活、操縱輕便、作業(yè)效

28、率高等一系列優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　1978年，天工所根據(jù)機(jī)械部的要求，制訂出以柳工Z450為基型的中國(guó)輪式裝載機(jī)系列標(biāo)準(zhǔn)。制訂標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，保留用Z代表裝載機(jī)，用L取代“4”代表輪式，改Z450為ZL50，就這樣制訂出了以柳工ZL50型為基型的中國(guó)ZL輪式裝載機(jī)系列標(biāo)準(zhǔn)，這是中國(guó)裝載機(jī)發(fā)展史上的重大轉(zhuǎn)折點(diǎn)。該標(biāo)準(zhǔn)制訂出來(lái)后按當(dāng)時(shí)的行業(yè)分工，柳工、廈工制造ZL40以上的大中型輪式裝載機(jī)，成工、宜工制造ZL30以下的

29、中小型輪式裝載機(jī)，逐步形成了柳工、廈工、成工和宜工當(dāng)時(shí)的裝載機(jī)四大骨干企業(yè)。</p><p>　　到70年代末、80年代初中國(guó)裝載機(jī)制造企業(yè)已增加至20多家，初步形成了中國(guó)裝載機(jī)行業(yè)。到目前為止，中國(guó)輪式裝載機(jī)已經(jīng)發(fā)展到了第三代，但最基本的結(jié)構(gòu)仍然是由Z450（ZL50）演變而來(lái)。第二代變化不很大，第三代變化稍大一些。2001年中國(guó)裝載機(jī)全行業(yè)總銷售量已突破3萬(wàn)臺(tái)，居世界裝載機(jī)市場(chǎng)的前列。因此，中國(guó)已經(jīng)成了世界上

30、裝載機(jī)產(chǎn)銷大國(guó)。</p><p>　　2006年中國(guó)裝載機(jī)行業(yè)全行業(yè)總銷售量為129，793臺(tái)，比2005年的112，527臺(tái)，增長(zhǎng)了15.3%，凈增了17266臺(tái)，其凈增量超過(guò)了中國(guó)裝載機(jī)行業(yè)“八五”以前任何一年的總銷售量，可以說(shuō)2006年中國(guó)裝載機(jī)行業(yè)又是一個(gè)紅紅火火的豐收年。</p><p>　　2007年1-11月，裝載機(jī)26家主要企業(yè)累計(jì)銷量為143794 臺(tái)，同比（109397

31、 臺(tái)）增加34397 臺(tái)，增幅為31.4%；累計(jì)出口為8606 臺(tái)，占累計(jì)銷量的6.0%，同比（3234 臺(tái)）增加5372 臺(tái)，增幅達(dá)166.1%。2008年，中國(guó)裝載機(jī)行業(yè)增速不減，1-7月，全國(guó)裝載機(jī)累計(jì)銷量為12.0449萬(wàn)臺(tái)，同比增幅達(dá)30.5%。</p><p>　　中國(guó)裝載機(jī)工業(yè)在發(fā)展的同時(shí)，一些問(wèn)題也日益顯露出來(lái)。特別是行業(yè)進(jìn)入門檻極低，價(jià)格惡性競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致企業(yè)盈利能力低下，營(yíng)銷理念缺失，市場(chǎng)難以拓展，

32、產(chǎn)品質(zhì)量及可靠性差，此外，產(chǎn)品及組織結(jié)構(gòu)老化以及服務(wù)升級(jí)增加的成本難以消化等因素嚴(yán)重等制約了行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展和品質(zhì)的提高。</p><p>　　因此，中國(guó)裝載機(jī)企業(yè)必須抓住新的發(fā)展形勢(shì)，在產(chǎn)品研發(fā)上體現(xiàn)差異化戰(zhàn)略和成本領(lǐng)先戰(zhàn)略，繼續(xù)加強(qiáng)行業(yè)以企業(yè)國(guó)家級(jí)技術(shù)中心和高校及科研院所為主體的科研開發(fā)體系建設(shè)，打造價(jià)值鏈營(yíng)銷，加強(qiáng)品牌建設(shè)，提升品牌價(jià)值，只有這樣才能在新形勢(shì)下立于不敗之地。</p><p

33、>　　中國(guó)最大輪式裝載機(jī)是徐工LW1200K。 2010年11月23日，在baumachina2010展會(huì)隆重舉辦之際，徐工科技震撼推出國(guó)內(nèi)最大噸位裝載機(jī)——LW1200K，并當(dāng)場(chǎng)銷售，在二十一世紀(jì)第二個(gè)十年到來(lái)之際，引領(lǐng)中國(guó)裝載機(jī)產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展進(jìn)入新時(shí)代。</p><p>　　LW1200K的問(wèn)世，使徐工和歐、美企業(yè)并列，成為全球有能力開發(fā)該級(jí)別產(chǎn)品的四大巨頭之一。</p><p>

34、　　LW1200K裝載機(jī)是徐工立足市場(chǎng)需求，瞄準(zhǔn)國(guó)際高端技術(shù)主流，自主研制開發(fā)的新產(chǎn)品，是中國(guó)目前最大噸位的輪式裝載機(jī)，擁有國(guó)際先進(jìn)技術(shù)，裝備國(guó)際一流部件，體現(xiàn)質(zhì)量、安全和環(huán)保的價(jià)值觀念。并順利通過(guò)了由吉林大學(xué)、北京理工大學(xué)、東南大學(xué)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)等多名行業(yè)專家的鑒定。鑒定委員會(huì)給予了高度評(píng)價(jià)，并一致認(rèn)為“是國(guó)內(nèi)裝載機(jī)行業(yè)的一次重大技術(shù)提升和突破，對(duì)打破國(guó)外大型裝載機(jī)的絕對(duì)壟斷局面，推動(dòng)中國(guó)裝載機(jī)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，引領(lǐng)裝載機(jī)行業(yè)朝著高可靠

35、性、高技術(shù)含量、高性能、大噸位的方向發(fā)展具有劃時(shí)代的意義”。</p><p>　　國(guó)產(chǎn)輪式裝載機(jī)正在從低水平、低質(zhì)量、低價(jià)位、滿足功能型向高水平、高質(zhì)量、中價(jià)位、經(jīng)濟(jì)實(shí)用型過(guò)渡。從仿制仿造向自主開發(fā)過(guò)渡，各主要廠家不斷進(jìn)行技術(shù)投入，采用不同的技術(shù)路線，在關(guān)鍵部件及系統(tǒng)上技術(shù)創(chuàng)新，擺脫產(chǎn)品設(shè)計(jì)雷同，無(wú)自己特色和優(yōu)勢(shì)的現(xiàn)狀，從低水平的無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)的怪圈中脫穎而出，成為裝載機(jī)行業(yè)的領(lǐng)先者。</p><p

36、>　　1.1.3 國(guó)外裝載機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)</p><p>　　輪式裝載機(jī)起源于美國(guó)，它從一種簡(jiǎn)單的裝料附屬設(shè)備發(fā)展成為高效能多用途的建筑機(jī)械，并且已經(jīng)有63年歷史了，半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，技術(shù)不斷發(fā)展，工作性能不斷得提高，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，特別是近十年來(lái)，裝載機(jī)的技術(shù)發(fā)展變得更快，80年代以來(lái)，輪式裝載機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是：擴(kuò)大功能、降低消耗、特高性能、全方面的滿足用戶需求，以下就是國(guó)外裝載機(jī)的發(fā)展與趨勢(shì)：<

37、/p><p>　　輪式裝載機(jī)在通過(guò)50-60年的發(fā)展之后，到20世紀(jì)90年代中末期的時(shí)候，國(guó)外輪式裝載機(jī)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)相當(dāng)高的水平。通過(guò)液壓技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的各種智能系統(tǒng)的幫助下，并廣泛應(yīng)用于裝載機(jī)的設(shè)計(jì)、計(jì)算操作控制、檢測(cè)監(jiān)控、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和維修服務(wù)等各個(gè)方面。使國(guó)外輪式裝載機(jī)在原來(lái)的基礎(chǔ)上更加“精致”，其自動(dòng)化程度也得到提高。</p><p>　　改善了裝載機(jī)的使用性能，使操作者

38、更舒適，雖然輪式裝載機(jī)在提高性能方面作了很多工作，但在裝卸，運(yùn)載仍是裝載機(jī)的使用目的，因此在舒適性方面需要得到提高。提高通用性，不斷滿足市場(chǎng)需要，通用性可以使用戶在更少的投入下，使裝載機(jī)獲得更高的使用價(jià)值，因此提高這一性能，非常重要。改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，加速更新?lián)Q代，電子技術(shù)的應(yīng)用并不能促使裝載機(jī)更新?lián)Q代加快，而應(yīng)該不斷改進(jìn)產(chǎn)品和設(shè)計(jì)，來(lái)達(dá)到強(qiáng)度、操作性與可靠性提高。</p><p>　　在未來(lái)，國(guó)外的輪式裝載機(jī)的發(fā)展

39、主要集中在微電子技術(shù)與信息技術(shù)，完善裝載機(jī)的計(jì)算機(jī)輔助駕駛系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)以及信息管理系統(tǒng)；不斷改進(jìn)電噴裝置，使得柴油發(fā)動(dòng)機(jī)更節(jié)能，并且他的尾氣排放量更??；采用一些特殊材料，應(yīng)用一些噪聲減少方法，使裝載機(jī)的噪聲得到降低或是消除；研究出更環(huán)保、更節(jié)能的動(dòng)力裝置，以達(dá)到無(wú)污染、無(wú)噪聲的工作環(huán)境；在可靠性方面，裝載機(jī)的液壓系統(tǒng)需要得到特高，并且在傳感器與控制單元方面，同樣需要得到重視，是的整體的可靠性得到一個(gè)更好的提升，使用戶體驗(yàn)更好；最后

40、在安全性方面，將采用更多的電子監(jiān)控系統(tǒng)，以達(dá)到自動(dòng)報(bào)警，自動(dòng)換擋變速，更甚至達(dá)到自動(dòng)操作，使裝載機(jī)操作更安全，更快捷。</p><p>　　1.2 輪轂軸承概述</p><p>　　1.2.1 輪轂軸承的定義</p><p>　　輪轂軸承是應(yīng)用于汽車車軸處用來(lái)承重和為輪轂的轉(zhuǎn)動(dòng)提供精確引導(dǎo)的零部件，既承受軸向載荷又承受徑向載荷，是汽車載重和轉(zhuǎn)動(dòng)的重要組成部分。傳統(tǒng)的

41、汽車車輪用軸承是由兩套圓錐滾子軸承或球軸承組合而成的，軸承的安裝、涂油、密封以及游隙的調(diào)整都是在汽車生產(chǎn)線上進(jìn)行的。這種結(jié)構(gòu)使得其在汽車生產(chǎn)廠裝配困難、成本高、可靠性差，而且汽車在維修點(diǎn)維護(hù)時(shí)，還需要對(duì)軸承進(jìn)行清洗、涂油和調(diào)整。</p><p>　　傳統(tǒng)的汽車車輪上的輪轂軸承是由兩個(gè)軸承相互連接而成，因此在輪轂軸承的安裝、密封與游隙調(diào)整方面有很大的考驗(yàn)，這種結(jié)構(gòu)使得汽車的生產(chǎn)廠裝配軸承時(shí)困難，成本高，使得軸承可靠

42、性很差，因此設(shè)計(jì)出汽車專用的軸承必不可少了。專用的汽車輪轂軸承單元是在標(biāo)準(zhǔn)角接觸球軸承和圓錐滾子軸承的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它將兩套軸承做為一體，具有組裝性能好、可省略游隙調(diào)整、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、載荷容量大、為密封軸承可事先裝入潤(rùn)滑脂、省略外部輪轂密封及免于維修等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于轎車中，在載重汽車中也有逐步擴(kuò)大應(yīng)用的趨勢(shì)。</p><p>　　1.2.2 輪轂軸承的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)</p><p&g

43、t;　　對(duì)于車用的傳統(tǒng)輪轂軸承，起初是使用兩套圓錐滾子軸承或是球軸承組合而成的，并沒(méi)有專用的輪轂軸承。由于輪轂軸承的作用特殊，所以使得裝配輪轂軸承非常困難，難道高，而且可靠性很差。這就促使人們?nèi)パ芯科噷Ｓ玫妮嗇炤S承，這樣隨著研究的進(jìn)展，也慢慢的得到了很多的輪轂軸承的設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　對(duì)于第一代輪轂軸承來(lái)說(shuō)，它只是將雙列軸承合為一體，裝配和調(diào)整只在工廠里調(diào)整好的，并且加入了密封圈，可以說(shuō)使得輪轂軸承

44、的可靠性大大提高了。代表著輪轂軸承的制造進(jìn)入了規(guī)范化道路。而后，慢慢的研制出了第二代，第三代，第四代輪轂軸承，可以說(shuō)，一代比一代裝配更方便，可靠性更高，更輕更便捷。</p><p>　　第二代輪轂軸承與第一代輪轂軸承的區(qū)別就在于將軸承套圈與跟軸承相配合的零件即輪轂與轉(zhuǎn)向節(jié)制成一體。第二代在外滾道上有一個(gè)用于將軸承固定的法蘭，可簡(jiǎn)單的將軸承套到輪軸上用螺母固定。使得汽車的維修變的容易。第二代輪轂軸承所使用的法蘭盤，

45、使得輪轂軸承質(zhì)量更小，裝配部件更少，更易于安裝。在熱處理方面，第二代輪轂軸承使用的是在線高頻加熱淬火，而第一代輪轂軸承采用的是分批完成的淬火，所以第二代輪轂軸承在強(qiáng)度與硬度方面都比第一代產(chǎn)品要優(yōu)秀一些。</p><p>　　與第二代輪轂軸承相比，第三代輪轂軸承單元是采用了軸承單元和防抱剎系統(tǒng)ABS相配合。輪轂單元設(shè)計(jì)成有內(nèi)法蘭和外法蘭，內(nèi)法蘭用螺栓固定在驅(qū)動(dòng)軸上，外法蘭將整個(gè)軸承安裝在一起。由于在構(gòu)造上，第三代軸

46、承連接懸掛的法蘭盤和剎車盤之間連接在一起了，所以與第二代輪轂軸承最大的區(qū)別是帶有了ABS傳感器，所以使得裝有第三代軸承的車輛在安裝ABS系統(tǒng)時(shí)變得非常方便。</p><p>　　最后，現(xiàn)在有的公司已經(jīng)著手于第四代輪轂軸承的研究與開發(fā)了，但現(xiàn)在并沒(méi)有量產(chǎn)。與前幾代產(chǎn)品相比，這代產(chǎn)品也同樣在集成上做了改良，將等速萬(wàn)向節(jié)與軸承做成了一體，但這樣使得輪轂的尺寸變大，重量變重。第四代輪轂軸承的特點(diǎn)總結(jié)為：無(wú)需調(diào)整軸承間隙，

47、軸承組裝工藝更合理，重量大小跟小，潤(rùn)滑劑使用更高效，更持久。這代輪轂還在研發(fā)中，未進(jìn)行大量使用，有待以后研究。</p><p>　　我所研究的裝載機(jī)輪轂軸承為第二代輪轂軸承。在國(guó)內(nèi)，車輛大概使用的是第二代輪轂軸承或是第一代輪轂軸承，很少有使用第三代輪轂軸承。這主要是由于國(guó)內(nèi)還沒(méi)有能夠很好的技術(shù)來(lái)制造第三代輪轂軸承，也便沒(méi)有修理技術(shù)。所以國(guó)內(nèi)的輪轂軸承大致為第二代與第一代產(chǎn)品。</p><p&g

48、t;　　隨著汽車工業(yè)發(fā)展，對(duì)車用的輪轂軸承提出了更高的要求。對(duì)于以后軸承的發(fā)展趨勢(shì)，大致為：減輕重量，降低摩擦，更加整合簡(jiǎn)單，密封性加強(qiáng)，以達(dá)到提高輪轂軸承的可靠性和壽命。下面是我了解到了國(guó)內(nèi)外關(guān)于輪轂軸承的一些研究新趨勢(shì)。</p><p>　　隨著越來(lái)越多的的轎車配備ABS,ABS的功能也越來(lái)越強(qiáng)。為解決向ABS提供車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)的車輪速度傳感器的成本、安裝及信號(hào)質(zhì)量等方面存在的問(wèn)題開發(fā)了集成ABS脈沖發(fā)生器的輪

49、轂軸承單元。</p><p>　　帶ABS傳感器的輪轂軸承單元，主要包括法蘭盤、齒圈旋轉(zhuǎn)體、密封組件和輪轂，在輪轂上設(shè)有ABS傳感器，ABS傳感器中的磁鋼套裝在齒圈旋轉(zhuǎn)體上，并與之相配合；齒圈旋轉(zhuǎn)體與法蘭盤呈固定連接。本實(shí)用新型有益的效果是：該結(jié)構(gòu)替代了原來(lái)的汽車轉(zhuǎn)向節(jié)、輪轂、軸承的組合，既將三者的功能集成為一體，又大大減小了原結(jié)構(gòu)的體積，減少了重量，同時(shí)還大大提高了可靠性 。</p><p&

50、gt;　　高性能密封圈的研究，由于汽車行駛情況復(fù)雜，輪轂軸承工作環(huán)境復(fù)雜，軸承能不進(jìn)入泥漿或是污水，會(huì)使得輪轂軸承失效更快。因此我們?cè)谳嗇炤S承的密封性上要提高，這樣還能使?jié)櫥瑒┦褂眯矢摺?lt;/p><p>　　搖輾技術(shù)的應(yīng)用，主要是通過(guò)是輪轂軸承與半內(nèi)圈連接一體來(lái)代替緊固螺母，使得重量減輕，裝配簡(jiǎn)單，減少成本，可靠性更高。</p><p>　　還有就是一代一代產(chǎn)品研發(fā)的初衷都是為了減輕重

51、量，減小尺寸，這在以后的輪轂軸承研發(fā)中，我們依然要考慮，減輕了重量，減小了尺寸，能夠減少成本，并且減少能源使用，更加節(jié)約資源，更綠色更環(huán)保。</p><p>　　通過(guò)參閱其他文獻(xiàn)，我們得到輪轂軸承失效形式中由于球與內(nèi)外圈之間接觸疲勞失效較多，而疲勞失效是由于接觸面之間有摩擦力作用，以后的發(fā)展研究就需要在輪轂軸承接觸表面間減小摩擦力，以得到更長(zhǎng)的壽命和更好的可靠性。</p><p>　　1.

52、3 本文研究的意義與基本內(nèi)容</p><p>　　1.3.1 輪轂軸承強(qiáng)度與壽命分析的意義</p><p>　　國(guó)內(nèi)裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋的輪轂軸承，都是采用國(guó)外進(jìn)口軸承，國(guó)產(chǎn)軸承基本不采用，主要原因是強(qiáng)度和壽命難以保證。因此為將其國(guó)產(chǎn)化，研究其強(qiáng)度和壽命對(duì)降低驅(qū)動(dòng)橋的成本和保證可靠性將具有重要應(yīng)用價(jià)值。</p><p>　　1.3.2 主要內(nèi)容</p><

53、;p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中主要完成的內(nèi)容包括：</p><p>　　(1) 了解與課題相關(guān)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀；</p><p>　　對(duì)所研究的裝載機(jī)與裝載機(jī)輪轂軸承有初步的了解，能夠更準(zhǔn)確的把握輪轂軸承的工作情況，更準(zhǔn)確的確立所研究的主要目標(biāo)，使論文結(jié)構(gòu)更有層次感，更有結(jié)構(gòu)。</p><p>　　(2) 對(duì)輪轂軸承的各種特性進(jìn)行綜合性介紹與分析；</p>

54、;<p>　　介紹輪轂軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，工作情況與工作特點(diǎn)，輪轂軸承所使用的材料以及材料的一些特性，以便后面的有限元分析。</p><p>　　(3) 進(jìn)行輪轂軸承在各工況下的受力分析。</p><p>　　介紹輪轂軸承的載荷分布情況，計(jì)算得到載荷分布的計(jì)算式。以赫茲理論為基礎(chǔ)，進(jìn)行接觸問(wèn)題的求解，試探性求解輪轂軸承的滾子的最大接觸應(yīng)力，為與下一步的有限元分析比較。所選用的輪轂

55、軸承的強(qiáng)度是否滿足裝載機(jī)的工況需要，進(jìn)行強(qiáng)度校核分析。</p><p>　　(4) 完成三維造型，進(jìn)行有限元分析。</p><p>　　根據(jù)自己所學(xué)的三維軟件知識(shí)與有限元知識(shí)，運(yùn)用Pro/E工具對(duì)輪轂軸承完成三維造型，然后運(yùn)用ANSYS有限元分析軟件對(duì)ZL50裝載機(jī)上的輪轂軸承單元進(jìn)行有限元分析。</p><p>　　1.3.3 主要目標(biāo)</p>&l

56、t;p>　　(1) 介紹所選用的輪轂軸承的結(jié)構(gòu)與相關(guān)特性；</p><p>　　(2) 完成論文所要求的關(guān)于輪轂軸承的相關(guān)力學(xué)計(jì)算：</p><p>　　了解輪轂軸承的載荷分布情況，計(jì)算得到載荷分布的計(jì)算式。以赫茲理論為基礎(chǔ)，進(jìn)行接觸問(wèn)題的求解，求解出輪轂軸承滾子的最大接觸應(yīng)力。進(jìn)行強(qiáng)度校核，確定所選用輪轂軸承滿足強(qiáng)度需要。</p><p>　　(3) 完成輪

57、轂軸承有限元強(qiáng)度分析：</p><p>　　運(yùn)用Pro/E完成三維模型，運(yùn)用ANSYS對(duì)輪轂軸承與最大接觸應(yīng)力的滾動(dòng)體單元進(jìn)行應(yīng)力分析，并與計(jì)算所得相差不大。</p><p>　　第2章 輪轂軸承的結(jié)構(gòu)與特性</p><p>　　2.1 輪轂軸承的結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　通過(guò)對(duì)裝載機(jī)的輪轂軸承的研究，對(duì)裝載機(jī)基本的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，初步

58、確定所選用的輪轂軸承為32028和32030的圓錐滾子軸承。圓錐滾子軸承主要能夠同時(shí)承受徑向與軸向載荷，并且以承受徑向載荷為主，與角接觸球軸承相比，承載能力更強(qiáng)，這便是選用圓錐滾子軸承的原因。通常情況下，圓錐滾子軸承的外圈圓錐角在10º～19º之間，能夠同時(shí)承受軸向與徑向載荷，角度越大，承受的軸向載荷也越大，但有一個(gè)上限。同樣對(duì)于一些特殊情況，需要承受很大的軸向載荷時(shí)，設(shè)計(jì)了錐角在25º～29º之

59、間的大角度圓錐滾子軸承，以適應(yīng)更加嚴(yán)峻的工作情況。</p><p>　　2.2 輪轂軸承的基本特性</p><p>　　(1)可承受徑向和軸向聯(lián)合載荷 由于存在圓錐角的情況下，輪轂軸承傾斜方向的滾道使其能夠承受徑向和軸向載荷。軸承承受軸向載荷的能力取決于外滾道與軸承中心線之間的夾角(即接觸角α)的大小，α越大，軸承承受軸向載荷的能力越大，但是α角度不能無(wú)限擴(kuò)大，一般小于30º。&

60、lt;/p><p>　　(2)純滾動(dòng) 如圖2-2所示，輪轂軸承的內(nèi)圈滾道、外圈滾道以及圓錐滾子的中心線的延長(zhǎng)線剛好匯集于一點(diǎn)，說(shuō)明滾子在內(nèi)圈滾道與外圈滾道之間是作一個(gè)純滾動(dòng)。以便為后續(xù)的計(jì)算與有限元分析提供一個(gè)很好的證明。</p><p>　　圖2-1 輪轂軸承純滾動(dòng)示意圖</p><p>　　(3)滾子的正引導(dǎo) 通過(guò)下面的介紹，滾子的正引導(dǎo)對(duì)輪轂軸承有著非常重要的作

61、用。所謂滾子的正引導(dǎo)是指滾子的圓錐結(jié)構(gòu)不僅保證了沿接觸副的承載線有純滾動(dòng)，而且還能產(chǎn)生一個(gè)分力，將滾子推向內(nèi)圈的大擋邊，內(nèi)圈大擋邊對(duì)滾子產(chǎn)生一個(gè)反座力。反座力是隨外圈和內(nèi)圈角度而變化的，它使?jié)L子相對(duì)于內(nèi)圈擋邊保持精確的同心和定位。這樣輪轂軸承內(nèi)圈的擋邊能夠更準(zhǔn)確的定位滾子的位置，使得輪轂軸承工作時(shí)，達(dá)到更小的不必要的能量損失以及更少的不必要的滾子或是內(nèi)外圈磨損。</p><p>　　2.2.1 輪轂軸承的材料特性

62、</p><p>　　(1) 軸承套圈用鋼材</p><p>　　1)高碳鉻軸承鋼。目前使用的高碳鉻軸承鋼的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18524-2002《高碳鉻軸承鋼》，基本鋼號(hào)有GCr4、GCr15、GCR15SiMn、GCr15SiMo和GCr18Mo，常用的是GCr15和GCR15SiMn，其性能基本相同，只是GCR15SiMn的淬透性較好。</p><p>　　高碳鉻

63、軸承鋼能滿足一般和某些特殊用途軸承的要求，具有良好的耐磨性能和抗接觸疲勞性能，有較理想的耐銹性能和一定的彈性、韌性，價(jià)格性能良好，價(jià)格較便宜。</p><p>　　當(dāng)制造軸承零件用材料的化學(xué)成分標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，軸承的內(nèi)在質(zhì)量在很大程度上取決于軸承鋼的質(zhì)量——即化學(xué)成分的均勻性、非金屬夾雜物的含量、類型、大小及分布、碳化物不均勻性以及低倍組織。此外，軸承零件的熱處理質(zhì)量對(duì)軸承的使用性能和壽命也起決定性的作用。</p&

64、gt;<p>　　2)滲碳軸承鋼。此類鋼含有較低的碳和一定量的合金元素，對(duì)鋼的純潔度和組織均勻性要求較高。滲碳淬、回火后表面硬度58～62HRC，心部硬度25～45HRC，心部強(qiáng)度σb≧980MPa。心部韌、表面硬，既可承受較大的沖擊負(fù)荷，又具有較強(qiáng)的耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度。這類鋼的工藝性能也比較好。常用的有：G20CrNiMo、G20Cr2Ni4A，25Mn和G20Cr2Ni4A。</p><p>

65、　　3)不銹軸承鋼。9Cr18和9Cr18Mo是應(yīng)用較普遍的不銹軸承鋼。這類鋼有1%左右的碳和18%左右的鉻，屬于高碳馬氏體不銹鋼，經(jīng)熱處理后具有較高的強(qiáng)度、硬度、彈性、耐磨性及抗接觸疲勞性能。這類鋼有很好的抗大氣、海水、水蒸氣腐蝕的能力。由于這類鋼經(jīng)530～550ºC回火后，硬度≧55HRC，所以有時(shí)用來(lái)制造低于350ºC高溫抗腐蝕軸承零件。又因這類鋼較好的低溫穩(wěn)定性，也用于制造-253ºC以上的低溫軸承

66、零件。</p><p>　　綜合以上的一些關(guān)于軸承套圈用軸承鋼的知識(shí)，ZL50裝載機(jī)上所使用的輪轂軸承是由高碳鉻軸承鋼制造的。高碳鉻軸承鋼在很多方面能夠滿足ZL50裝載機(jī)的工況要求，以及強(qiáng)度與疲勞要求。以下是所選用的高碳鉻軸承鋼的一些物理參數(shù)與力學(xué)性能，這對(duì)后面的有限元分析有很大用處。</p><p><b>　　表2-1 物理參數(shù)</b></p>&l

67、t;p><b>　　表2-2 力學(xué)性能</b></p><p>　　(2)滾動(dòng)體常用材料</p><p>　　制造滾動(dòng)體的材料大多數(shù)是高碳鉻軸承鋼，生產(chǎn)直徑45mm以下的鋼球和直徑22mm以下的滾子用高碳鉻軸承鋼（GCr15），否則用高碳鉻軸承鋼（GCr15SiMn）。與輪轂軸承的內(nèi)外圈所選用的軸承鋼是一致的，使得輪轂軸承的力學(xué)性能達(dá)到更高的高度，能夠勝任更艱巨

68、的工況需要。</p><p>　　第3章 輪轂軸承的力學(xué)分析</p><p>　　3.1輪轂軸承的載荷分布</p><p>　　通過(guò)了解，作用于輪轂軸承的載荷通過(guò)滾動(dòng)體由內(nèi)圈套圈傳遞到外圈套圈。由圖3-1所示，軸承內(nèi)各滾動(dòng)體所受的載荷是不同的，因此分析輪轂軸承的各個(gè)滾動(dòng)體所承受的載荷，對(duì)于強(qiáng)度校核或是三維有限元分析是至關(guān)重要的。查看文獻(xiàn)可得，分析徑向載荷作用下輪轂軸

69、承中的載荷分布情況，要考慮徑向游隙為零和負(fù)徑向游隙兩種情況，本文就僅僅介紹徑向游隙為零一種情況下輪轂軸承的載荷分布情況。</p><p>　　斯特貝克（Stribeck）是最早提出軸承在徑向游隙為零情況下滾子所受載荷分布情況的科學(xué)家，下面就參考文獻(xiàn)所介紹的，了解到如下的一些內(nèi)容。如圖3-1所示，考慮有一個(gè)滾動(dòng)體的中心位于徑向負(fù)荷的作用線上。此時(shí)，上半圈的滾動(dòng)體不承受負(fù)荷，而下半圈的滾動(dòng)體承受負(fù)荷。</p&g

70、t;<p>　　圖中Ψi為第i個(gè)滾動(dòng)體的中心線與徑向載荷作用線之間的夾角，則</p><p>　　為與載荷作用線夾角為Ψ位置的滾動(dòng)體所承受的接觸載荷；</p><p>　　為外圈中心與內(nèi)圈中心之間的距離；</p><p>　　為與徑向載荷作用線夾角為零處的總彈性變形量；</p><p>　　為沿徑向載荷作用線上的滾動(dòng)體與內(nèi)圈和外

71、圈接觸處的總彈性變形量；</p><p><b>　　Z為軸承滾子數(shù)量。</b></p><p>　　圖3-1軸承負(fù)荷分布圖</p><p>　　對(duì)上面所作的這一靜不定問(wèn)題，內(nèi)圈在外加載荷和滾動(dòng)體接觸載荷的作用下，是處于一個(gè)平衡狀態(tài)，可得：</p><p><b>　?。?-1）</b></p

72、><p><b>　　其中，。</b></p><p>　　根據(jù)在角度為Ψ的這一位置上的的變形協(xié)調(diào)條件：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　可得接觸載荷與變形量之間的關(guān)系為</p><p><b>　　（3-3）</b>&l

73、t;/p><p>　　其中，t為接觸彈性變形量與作用載荷之間的關(guān)系指數(shù)；為受載荷最大的滾動(dòng)體載荷荷。</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　受載荷最大滾動(dòng)體的載荷為</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　

74、　其中，</b></p><p>　　在得到受載最大滾動(dòng)體的載荷之后，通過(guò)有限元的分析方法，就能夠得到軸承在受載最大滾動(dòng)體下的最大接觸應(yīng)力了。</p><p>　　3.2 輪轂軸承的接觸表面應(yīng)力</p><p>　　3.2.1 赫茲理論求解接觸問(wèn)題</p><p>　　對(duì)于滾動(dòng)軸承而言，滾動(dòng)體與滾道之間的滾動(dòng)過(guò)程是軸承的主要工作內(nèi)

75、容，所以不可避免，我們需要討論滾動(dòng)體與滾道之間的復(fù)雜的接觸問(wèn)題，因?yàn)檫@關(guān)系到滾動(dòng)軸承的工作是否可靠。假如施加于軸承的載荷Q為零，那么接觸區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)點(diǎn)。那么假如載荷Q不為零，接觸區(qū)域就不會(huì)一個(gè)點(diǎn)，而是零，這將使得軸承上的滾動(dòng)體的應(yīng)力為無(wú)窮大。在實(shí)際情況中，能承受無(wú)窮大應(yīng)力的材料是不存在的，即接觸區(qū)域不可能為零。因此，滾動(dòng)體與滾道都發(fā)生了相應(yīng)的一些或大或小的變形，通過(guò)這一變形來(lái)避免應(yīng)力無(wú)窮大。</p><p>　　曲

76、率和： （3-11）</p><p>　　曲率差： （3-12）</p><p>　　其中為接觸體的主曲率，分別為的倒數(shù)，在對(duì)于軸承溝道，有凸也有凹，所以在凸面時(shí)取正數(shù)，在凹面時(shí)取負(fù)數(shù)。</p><p>　　再以赫茲接觸理論為基礎(chǔ)，通過(guò)計(jì)算，算出橢圓的長(zhǎng)半軸a和短

77、半軸b。</p><p>　　赫茲接觸應(yīng)力計(jì)算式如下：</p><p><b>　　最大赫茲接觸應(yīng)力：</b></p><p><b>　?。?-13）</b></p><p><b>　　其中， </b></p><p>　　、v是接觸區(qū)尺寸，兩個(gè)數(shù)據(jù)

78、可以通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得到。對(duì)于軸承鋼而言，可取值為1。</p><p><b>　　平均赫茲接觸應(yīng)力：</b></p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　通過(guò)赫茲接觸理論的計(jì)算，可以得到接觸面的尺寸及應(yīng)力計(jì)算式，但是我們發(fā)現(xiàn)該方法每次都要帶、v，計(jì)算過(guò)程比較繁瑣。因?yàn)榻佑|的兩物體為剛—?jiǎng)偟牟牧蠈?/p>

79、性：彈性模量，泊松比，為此，Palmgren以剛對(duì)剛為接觸對(duì)象的基礎(chǔ)上，對(duì)以上的赫茲理論所得的計(jì)算式進(jìn)行了簡(jiǎn)化。</p><p>　　簡(jiǎn)化式子中，接觸尺寸為：</p><p><b>　?。?-15）</b></p><p><b>　?。?-16）</b></p><p>　　最大赫茲接觸應(yīng)力（M

80、Pa）：</p><p><b>　?。?-17）</b></p><p>　　3.2.2 輪轂軸承的接觸應(yīng)力計(jì)算</p><p>　　下面，以上面通過(guò)赫茲理論與簡(jiǎn)化式為基礎(chǔ)，進(jìn)行輪轂軸承的接觸應(yīng)力計(jì)算。以32028軸承為例：根據(jù)所提供的三維幾何模型，該型號(hào)的幾何參數(shù)為：外徑，內(nèi)徑。</p><p>　　材料為高碳鉻軸承

81、鋼，材料參數(shù)：彈性模量，泊松比。徑向載荷為。</p><p>　　最大滾動(dòng)體的載荷由上面公式3-5得：，簡(jiǎn)化后。</p><p><b>　　計(jì)算得：</b></p><p>　　將數(shù)據(jù)帶入公式3-17得最大接觸應(yīng)力為1386MPa。</p><p>　　第4章 輪轂軸承的強(qiáng)度校核</p><p>

82、;　　4.1 相關(guān)基本參數(shù)</p><p>　　4.1.1裝載機(jī)技術(shù)參數(shù)</p><p>　　ZL50裝載機(jī)的有關(guān)技術(shù)參數(shù)：</p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)總功率 168 kW/2200 r/min 發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩 935Nm/1300r/min</p><p>　　變矩器零速變矩比 4.0 變速箱一檔傳動(dòng)

83、比 2.155 </p><p>　　機(jī)重 16.8t 額定載重量 5 t</p><p>　　整機(jī)空載前橋質(zhì)量 8.4t 整機(jī)空載后橋質(zhì)量 8.4t</p><p>　　輪距 2142mm 軸距

84、 3427mm</p><p>　　整機(jī)空載質(zhì)心高度 約 1500mm 輪胎半徑 807.5mm</p><p>　　鏟斗滿載舉起時(shí)質(zhì)心距前軸距離 約860mm</p><p>　　最大卸載高度 2.97m 最大卸載距離 1.20m</p><p>　　爬

85、坡能力 30° 最高行駛速度 36km/h</p><p>　　有效功率一般取 （0.9—0.95） 總功率 153.9kW</p><p>　　4.1.2輪轂軸承相關(guān)參數(shù)</p><p>　　已知內(nèi)外輪轂軸承分別為圓錐滾子軸承32028（QC）和32030（GY）。&

86、lt;/p><p><b>　　查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：</b></p><p>　　32028（QC）：＝0.46、=1.3、=0.7、基本額定動(dòng)載荷、基本額定靜載荷 </p><p>　　32030（GY）：＝0.46、=1.3、=0.7、基本額定動(dòng)載荷、基本額定靜載荷 </p><p>　　4.2 疲勞強(qiáng)度校核</p&g

87、t;<p>　　在計(jì)算輪轂軸承疲勞強(qiáng)度時(shí)，其徑向載荷除了垂直方向上的動(dòng)載荷外，還受到制動(dòng)和加速時(shí)縱向載荷的作用，以及轉(zhuǎn)彎時(shí)側(cè)向力的作用，因此在下面我們進(jìn)行制動(dòng)、轉(zhuǎn)彎以及側(cè)滑時(shí)的強(qiáng)度分析。在考慮到橋殼的疲勞主要決定于垂直載荷，因而可以認(rèn)為輪轂軸承的疲勞主要決定于徑向載荷。等效的軸承動(dòng)載荷可以由附著條件來(lái)確定：</p><p><b>　　(4-1)</b></p>

88、<p>　　式中：——滿載前橋重量，N；</p><p><b>　　k——?jiǎng)虞d荷系數(shù)。</b></p><p><b>　　則 </b></p><p><b>　　(4-2)</b></p><p><b>　　附加軸向力： </b>

89、</p><p>　　軸向力： </p><p>　　因?yàn)?，則X=1，Y=0。</p><p><b>　　當(dāng)量動(dòng)載荷：</b></p><p>　　(4-3) </p>

90、<p><b>　　計(jì)算額定壽命： </b></p><p><b>　　(4-4)</b></p><p>　　裝載機(jī)按10km/h計(jì)算，，則轉(zhuǎn)換成時(shí)間為</p><p><b>　　(4-5)</b></p><p>　　因?yàn)?，則X=1，Y=0。</p&g

91、t;<p>　　當(dāng)量動(dòng)載荷： </p><p><b>　　計(jì)算額定壽命：</b></p><p><b>　　(4-6)</b></p><p>　　裝載機(jī)按10km/h計(jì)算，，則轉(zhuǎn)換成時(shí)間為</p><p><b&g

92、t;　　(4-7)</b></p><p><b>　　4.3 靜強(qiáng)度校核</b></p><p>　　通過(guò)對(duì)裝載機(jī)工作環(huán)境與工作狀況的研究與歸納總結(jié)，以及工況復(fù)雜性的前提下，本文對(duì)裝載機(jī)輪轂軸承靜強(qiáng)度校核就單單分為三種情況下進(jìn)行校核計(jì)算，從緊急制動(dòng)、高速轉(zhuǎn)彎以及側(cè)滑三方面。</p><p>　　4.3.1 緊急制動(dòng)時(shí)</p&

93、gt;<p>　　當(dāng)在緊急制動(dòng)情況下，前橋制動(dòng)力：</p><p>　　(4-8) </p><p>　　式中：——制動(dòng)時(shí)地面對(duì)前橋的支撐反力，N；</p><p>　　φ——地面附著系數(shù)；</p><p><b>　　Ga——總重，N；</b></p>

94、;<p><b>　　L——軸距，m；</b></p><p>　　L2——重心至后軸距離，m；</p><p>　　hg——重心高度，m。</p><p><b>　　(4-9)</b></p><p>　　此時(shí)，前橋的垂直載荷力為：</p><p><

95、b>　　(4-10)</b></p><p>　　則每個(gè)軸承受徑向合力為：</p><p><b>　　(4-11)</b></p><p><b>　　附加軸向力：</b></p><p>　　可得，緊急制動(dòng)時(shí)，所選用輪轂軸承滿足強(qiáng)度要求。</p><p>

96、;　　4.3.2高速轉(zhuǎn)彎時(shí)</p><p>　　當(dāng)高速轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于裝載機(jī)一般行駛速度不是很大并且行駛路面也符合本國(guó)的一般路面質(zhì)量，駕駛按很小的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑進(jìn)行計(jì)算，假設(shè)車速為18km/h，則此時(shí)地面總側(cè)向力為：</p><p><b>　　(4-12)</b></p><p>　　此時(shí)，由于左右兩側(cè)的地面支撐力分別為</p><

97、p><b>　　(4-13)</b></p><p><b>　　(4-14)</b></p><p>　　計(jì)算可得右側(cè)車輪承載力大于左側(cè)車輪，故只分析右側(cè)車輪。</p><p>　　下面通過(guò)對(duì)右側(cè)要分析的輪胎進(jìn)行受力分析，輪胎所承受的力即為輪轂軸承的力，以此來(lái)計(jì)算輪轂軸承的徑向力，輪胎的受力分析如圖4-1。<

98、/p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　(4-15)</b></p><p>　　式中：GL——右側(cè)輪胎及輪殼等自重，為6400N；</p><p>　　FcR——右側(cè)車輪受到的側(cè)向力，N；</p><p>　　圖4-1 高速轉(zhuǎn)彎時(shí)輪胎的受力分析&l

99、t;/p><p>　　解得。此即輪轂軸承的徑向力。</p><p><b>　　附加軸向力：</b></p><p>　　此時(shí)外側(cè)軸承壓緊，內(nèi)側(cè)軸承放松。</p><p>　　可得，在假設(shè)條件下，所選用輪轂軸承滿足此時(shí)的強(qiáng)度要求。</p><p>　　4.3.3 發(fā)生側(cè)滑時(shí)</p>&l

100、t;p>　　當(dāng)發(fā)生側(cè)滑時(shí)，最危險(xiǎn)的情況是一側(cè)車輪的重量都集中在另一側(cè)，當(dāng)向右側(cè)滑時(shí)車輪受力圖如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 側(cè)滑時(shí)輪胎的受力分析</p><p><b>　　則</b></p><p>　　(4-16) </p><p>　

101、　式中：GL——右側(cè)輪胎及輪殼等自重，為6400N；</p><p>　　ZR——地面對(duì)右側(cè)輪胎的支撐反力，為整個(gè)前橋重量，N；</p><p>　　Fc——右側(cè)車輪受到的側(cè)向力，N；</p><p>　　解得。此即輪轂軸承的徑向力。</p><p><b>　　附加軸向力： </b></p><p

102、>　　此時(shí)內(nèi)側(cè)軸承壓緊，外側(cè)軸承放松。</p><p>　　由于安全系數(shù)一般取0.8～1.2，此時(shí)內(nèi)側(cè)軸承的當(dāng)量靜載荷大于基本額定靜載荷，所選用的輪轂軸承已經(jīng)接近載荷極限。</p><p>　　第5章輪轂軸承有限元分析</p><p>　　5.1 ANSYS軟件分析基本思想</p><p>　　ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、

103、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó)ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如PROE, NASTRAN,Alogor, I－DEAS, AutoCAD等， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級(jí)CAE工具之一。ANSYS有限元軟件包是一個(gè)多用途的有限元法計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)程序，可以用來(lái)求解結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場(chǎng)及碰撞等問(wèn)題。包括結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)非線性分析、動(dòng)力學(xué)分析、

104、熱分析、電磁場(chǎng)分析等。本文所用ANSYS分析使用了結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析這一功能進(jìn)行分析。ANSYS有限元分析過(guò)程主要包括三個(gè)基本步驟：</p><p>　?。?）創(chuàng)建有限元模型——前處理</p><p><b>　　第一步：實(shí)體建模</b></p><p><b>　　第二步：網(wǎng)格劃分</b></p><p&

105、gt;　?。?）施加載荷并求解——求解</p><p>　　第一步：施加約束條件</p><p><b>　　第二步：施加載荷</b></p><p><b>　　第三步：求解</b></p><p>　　（3）查看分析結(jié)果——后處理</p><p>　　第一步：查看分析結(jié)果

106、</p><p>　　第二步：檢驗(yàn)分析結(jié)果的正確性</p><p>　　本文利用ANSYS軟件的強(qiáng)大非線性求解功能，進(jìn)行裝載機(jī)輪轂軸承的接觸分析，分析輪轂軸承在承受靜態(tài)載荷時(shí)偏載情況。</p><p>　　5.2輪轂軸承有限元分析三維模型的建立</p><p>　　5.2.1模型的建立</p><p>　　雖然ANSY

107、S也提供實(shí)體建模功能，但通過(guò)ANSYS建立實(shí)體模型相對(duì)于Pro/E來(lái)說(shuō)復(fù)雜一些，因此本文通過(guò)Pro/E建立三維模型，然后通過(guò)通用格式導(dǎo)入到ANSYS中，然后進(jìn)行有限元分析，這樣可以保證模型更準(zhǔn)確，更直觀。</p><p>　　Pro/E（Pro/Engineer操作軟件）是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corporation，簡(jiǎn)稱PTC）的重要產(chǎn)品。在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著

108、重要地位，并作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一。 </p><p>　　Pro/E第一個(gè)提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)解決特征的相關(guān)性問(wèn)題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇，而不必安裝所有模塊。Pro/E的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過(guò)程集成到一起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也

109、可以應(yīng)用到單機(jī)上。 </p><p>　　Pro/E采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。</p><p>　　本穩(wěn)所選用的輪轂軸承模型為圓錐滾子軸承，型號(hào)為32028、32030，建模中我們省去了圓錐滾子軸承的保持架，這將有便于有限元分析，對(duì)分析結(jié)果頁(yè)沒(méi)有多大的影響。在建模過(guò)程中，主要應(yīng)用到伸出項(xiàng)，旋轉(zhuǎn)，拉

110、伸，陣列以及裝配等命令。型號(hào)為32028的輪轂軸承零件圖見(jiàn)圖5-1，型號(hào)為32030輪轂軸承的零件圖見(jiàn)圖5-2。裝配圖見(jiàn)圖5-3。</p><p>　　圖5-1 32028輪轂軸承內(nèi)外圈與滾子</p><p>　　圖5-2 32030輪轂軸承內(nèi)外圈與滾子</p><p>　　圖5-3 輪轂軸承三維模型（上為32028，下為32030）</p>&l

111、t;p>　　5.2.2輪轂軸承模型特點(diǎn)</p><p>　　本文所建立的圓錐滾子軸承分析模型屬于三維靜力學(xué)模型。模擬分析模型采用與裝載機(jī)相同的圓錐滾子軸承（32028）模型。其幾何模型特點(diǎn)如下：</p><p>　?。?）在第三章中，介紹了在徑向游隙為零時(shí)的載荷分布情況，因此模型建立時(shí)，假設(shè)輪轂軸承的游隙為零；</p><p>　　（2）實(shí)體建模時(shí)，我們忽略了

112、保持架，并且不考慮倒角等對(duì)分析的影響。</p><p>　?。?）假設(shè)輪轂軸承的零件多少剛體，只是接觸時(shí)發(fā)生的變形，在彈性形變范圍內(nèi)，所以輪轂軸承有限元分析時(shí)在一個(gè)線性問(wèn)題下的研究分析。</p><p>　　（4）通過(guò)對(duì)輪轂軸承的載荷分布進(jìn)行研究，我們發(fā)現(xiàn)在載荷方向，有一個(gè)滾子承受最大的載荷，這個(gè)滾子即為這次有限元分析的對(duì)象，去最大載荷滾動(dòng)體模型，如圖5-4所示。</p>&

113、lt;p>　?。?）對(duì)于輪轂軸承，內(nèi)圈與軸之間的配合是剛性的，我們忽略了軸對(duì)于內(nèi)圈在裝配時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力。這將不會(huì)影響輪轂軸承的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)分析結(jié)構(gòu)沒(méi)有太大的影響。</p><p><b>　　圖5-4 分析模型</b></p><p>　　5.2.3設(shè)定材料屬性</p><p>　　型號(hào)為32028圓錐滾子軸承采用的材料為高碳鉻軸承鋼（GC

114、r15），在設(shè)定材料屬性時(shí)，選擇ANSYS Main Menu中的Preprocessor，然后是Material Models 彈出對(duì)話框，依次選擇Structural、Liner、Elastic、Isotropic，填入彈性模量與泊松比，如圖5-5為材料屬性設(shè)置方式對(duì)話框。</p><p>　　圖5-5 材料屬性設(shè)置方式</p><p>　　5.2.4選取單元類型</p>