移动模架造桥机结构有限元分析.docx

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移动模架造桥机结构有限元分析

宁

毕业设计（论文）

移动模架造桥机结构有限元分析

所在学院

机械与电气工程学院

专业

机械设计制造及其自动化

班级

姓名

学号

指导老师

2015年3月31日

摘要

造桥机模架用来支撑发动机.变速传动系统以及造桥机乘员.此外模架还为车轮提供安装位置,从而使整个模架又支撑在车轮上.造桥机的前轮作为转向轮可以左右摆动.由于模架是整个造桥机的支撑部分,因此其材料和结构必须有相当的强度和刚性,同时又要求重量轻巧,以便高速行驶.其中两轮造桥机车辆在静止状态时,必须借助于支架来保持平衡:

在行驶过程中,必须靠操控来保持平衡.因此,两轮模架要尽量采用重量轻,刚性好的管材或板材.另外在零部件的组成方式上大都以外露的形式装配在模架上的一定空间范围内,在外观造型方面也十分考究.造桥机的使用范围广泛,种类繁多,为了适应各种车辆的使用要求,必须设计出各种不同特性的模架,一般来说,造桥机模架的形式以发动机的大小而异,具体说,是由车辆性能加工的形式以及使用状况的不同而定的.从大的组合结构形式来看,分为两大类:

1. 由多个简单件通过一定的工艺组合成一个空间框架结构体,即空间结构型模架.2.以一个主梁为主体骨架,加上一些辅助安装件组成的主体梁式结构模架造桥机的使用范围广泛,种类繁多,为了适应各种车辆的使用要求,必须设计出各种不同特性的模架,一般来说,造桥机模架的形式以发动机的大小而异,具体说,是由车辆性能加工的形式以及使用状况的不同而定的.从大的组合结构形式来看,分为两大类:

1. 由多个简单件通过一定的工艺组合成一个空间框架结构体,即空间结构型模架.2.以一个主梁为主体骨架,加上一些辅助安装件组成的主体梁式结构模架

关键词：

饲料装置；；改进设计

Abstract

Thedevelopmentdirectionofharvesterwillbetohigh-techdirection,makingouttheapplicabilityofharvesteristhedevelopmentofthemarket,isverypromisingfordifferentregionsdevelopeddifferentharvester.Thus,thecorrespondingmanufacturingcombinehighperformanceisthedevelopmentofforeignharvester.Thericecombineharvestercancompleteharvesting,threshing,separationandbaggingoperationsatonetime.Themachinehastheadvantagesofsmallvolume,Thedevelopmentdirectionofharvesterwillbetohigh-techdirection,makingouttheapplicabilityofharvesteristhedevelopmentofthemarket,isverypromisingfordifferentregionsdevelopeddifferentharvester.Thus,thecorrespondingmanufacturingcombinehighperformanceisthedevelopmentofforeignharvester.Thericecombineharvestercancompleteharvesting,threshing,separationandbaggingoperationsatonetime.Themachinehastheadvantagesofsmallvolume,lightweight,flexibleoperation,throughandgoodadaptability,canbettersolvetheproblemofbig,medium-sizedharvestertoharvestinthehilly,mountainousandpaddyfield.lightweight,flexibleoperation,throughandgoodadaptability,canbettersolvetheproblemofbig,medium-sizedharvestertoharvestinthehilly,mountainousandpaddyfieldThus,thecorrespondingmanufacturingcombinehighperformanceisthedevelopmentofforeignharvester.Thericecombineharvestercancompleteharvesting,threshing,separationandbaggingoperationsatonetime.Themachinehastheadvantagesofsmallvolume,lightweight,flexibleoperation,throughandgoodadaptability,canbettersolvetheproblemofbig,medium-sizedharvestertoharvestinthehilly,mountainousandpaddyfield.lightweight,flexibleoperation,throughandgoodadaptability,canbettersolvetheproblemofbig,medium-sizedharvestertoharvestinthehilly,mountainousandpaddyfield.

.

KeyWords:

ricethresherthreshing;improveddesign;

目录

摘要III

AbstractIV

目录V

第1章绪论1

第2章总体方案确定3

2.1国内外模架概况6

2.2造桥机模架总体设计8

2.2.1造桥机模架的类型定位10

2.2.2造桥机模架的整机结构及选择12

2.2.3造桥机模架的主要承载13

第3章模架零部件设计15

3.1支架主体18

3.2支撑板20

第4章力学分析21

4.1有限元简介22

4.2模型处理23

4.3前处理24

4.4工况设定25

4.5后处理26

4.6结果分析27

结论28

参考文献29

致谢30

第1章绪论

造桥机模架用来支撑发动机.变速传动系统以及造桥机乘员.此外模架还为车轮提供安装位置,从而使整个模架又支撑在车轮上.造桥机的前轮作为转向轮可以左右摆动.由于模架是整个造桥机的支撑部分,因此其材料和结构必须有相当的强度和刚性,同时又要求重量轻巧,以便高速行驶.其中两轮造桥机车辆在静止状态时,必须借助于支架来保持平衡:

在行驶过程中,必须靠操控来保持平衡.因此,两轮模架要尽量采用重量轻,刚性好的管材或板材.另外在零部件的组成方式上大都以外露的形式装配在模架上的一定空间范围内,在外观造型方面也十分考究.造桥机的使用范围广泛,种类繁多,为了适应各种车辆的使用要求,必须设计出各种不同特性的模架,一般来说,造桥机模架的形式以发动机的大小而异,具体说,是由车辆性能加工的形式以及使用状况的不同而定的.从大的组合结构形式来看,分为两大类:

1. 由多个简单件通过一定的工艺组合成一个空间框架结构体,即空间结构型模架.2.以一个主梁为主体骨架,加上一些辅助安装件组成的主体梁式结构模架造桥机的使用范围广泛,种类繁多,为了适应各种车辆的使用要求,必须设计出各种不同特性的模架,一般来说,造桥机模架的形式以发动机的大小而异,具体说,是由车辆性能加工的形式以及使用状况的不同而定的.从大的组合结构形式来看,分为两大类:

1. 由多个简单件通过一定的工艺组合成一个空间框架结构体,即空间结构型模架.2.以一个主梁为主体骨架,加上一些辅助安装件组成的主体梁式结构模架造桥机的使用范围广泛,种类繁多,为了适应各种车辆的使用要求,必须设计出各种不同特性的模架,一般来说,造桥机模架的形式以发动机的大小而异,具体说,是由车辆性能加工的形式以及使用状况的不同而定的.从大的组合结构形式来看,分为两大类:

1.由多个简单件通过一定的工艺组合成一个空间框架结构体,即空间结构型模架.2.以一个主梁为主体骨架,加上一些辅助安装件组成的主体梁式结构模架.按结构形式分类

摇篮式模架:

其特点是造桥机发动机的安装状态犹如婴儿被放在框架的摇篮中一样,所以称为摇篮式模架.这些空间结构的模架在强度和刚性方面都要好的多,所以大功率造桥机.高速竞赛车广泛地采用这种模架.

摇篮式模架又可细分为

⑴双排管摇篮式模架：

从模架转向立管至发动机下方由两根并排钢管配置.,如LX250-8,

⑵叉形管摇篮式模架：

以单根钢管与模架转向立管相接,而在发动机下方为两根并排

钢管配置,例如LX150-.

⑶由单根钢管构成摇篮框架的称为单管摇篮式模架.

这三种模架在使用上的区别是（即在成车开发时对模架的选择）:

根据发动机的结构形式不同而采用相应的模架.除与发动机的大小和形状外其中最主要的原因是为了更合理地布置发动机的排气管及进气管.如双缸和四缸发动机排气管分置两侧,一般易采用叉形管或单管的模架.三缸发动机排气管置于中间和两边,多采用双排管模架.单缸发动机也采用双排管模架或叉形管模架.

摇篮式模架不但有理想的强度和刚性.而且造型美观,有力感,利于成车的结构布置.但这种模架的生产制造工艺技术要求较高.

跨接式菱形模架:

（如LX125GY-4A）它的特点是省去了发动机下方的模架部,直接利用发动机本身这一刚性体作为模架的一个组成部分,将模架连接起来.所以这种模架是依靠发动机把菱形的不连续部分跨接而成,因此称它为跨接式菱形模架

由于这种模架是把发动机作为模架的一个构件,模架所承受的震动和冲击,也就是发动机体要受的震动和冲击.因此,它的缺点是发动机曲轴箱有可能产生变形而影响发动机的性能.其优点是省去了模架下面的材料,模架重量减轻,结构简单.多用于中排量的造桥机,特别是越野车.另外,为了能获得理想的最低离地高度时,也较多采用这种模架.在大排量的造桥机中,解决了发动机的连接强度问题,也逐渐采用了这种模架

脊梁悬挂式模架:

例:

LX90,LX80,它不像摇篮式模架那样把发动机置于框架之内,而是把发动机下面的模架部分全部省去,从模架转向立管到模架尾部以一个较大的主体骨架形成一个好像脊梁骨一样的构件,发动机以脊梁的方式安装于脊梁的下部,所以这类模架为脊梁悬挂式模架.

此类模架基本上都是采用左右结构组合的冲压薄钢板形成的,或用钢管和钢板混合组成模架,如:

LX110-3.

这种模架结构简单,适于大量生,但由于脊梁部位受运行中的冲击负荷较大,同时又受发动机震动的影响,容易产生应力集中的弱点.因此,断面形状设计必须根据成车的载荷状况慎重考虑,特别是轮距较大的车型,应有足够大的断面面积和理想的断面形状.这种模架在强度和刚性上受结构的一定限制,同时成车辅助零件的空间布置比较困难,一般多用于中小型两轮造桥机.

此类模架又可分为上脊梁式和下脊梁式.所谓上脊梁式就是主体脊梁位于东梁上方,一般大体形状呈“T”字形，其优点是在主脊梁前部可以设置一个较大的燃油箱，这种模架大都用于中小型造桥机如LX90。

下脊梁式模架与上脊梁式模架的主要区别在，下脊梁式模架的脊梁前部向下弯曲形成一个适当空间，这样乘骑者可以从座垫前面方便上下车。

。

所以，这类模架也称为弯梁模架。

则类结构的车辆运载货物较为方便。

组合揺臂式模架及其它模架。

此类模架多用于踏板车及三轮车，因我司基本上无此种车型这里就不介绍了。

按材料分类

管材模架。

此类模架的组成部分又钢管构成，采用高频焊管，其上焊有支耳。

支座，用以安装发动机，悬架等部件或总成。

钢管截面为圆形、正方形或矩形。

较先进的模架往往采用正方形或矩形截面的钢管，因为这种钢管的平面上便于焊接支耳或支座。

与园截面钢管模架相比，在平面上更方便定位，使其在模架实现过程利于工艺控制，其缺点是，在重量相同的条件下，非园截面钢管的强度揺略逊于圆形截面。

管材模架的特点是能利用小直径的钢管构成大型的模架，获得有效的零部件利用空间，便于造型，美观使用，具有理想的强度和刚性。

这种模架不但广泛的用于大排量造桥机，也常被小排量造桥机采用。

它结构简单，生产方便，造价抵。

由于这种模架的连接部位较多，特别是小直径管空间结构的模架，连接的形成直接影响到模架的强度和可靠性，以前多采用铸造、锻造的连接头来增加连接的可靠性，但不便于大量生产。

随着先进的焊接技术的发展以及加工工艺水平的提高，如气体保护焊的普遍使用，管口成形技术的生产实现（冲口。

切口），数控双模弯管等技术采用，大大的提高了管材之间的连接可靠程度，并有利于大批量生产。

板材模架：

这种模架是薄钢板结构的模架，一般主体部分都是1-2mm厚的钢板冲压成形后焊接组合而成。

此类模架大都为主体梁结构的形式，并以左右对合方式合成。

为了使模架主要断面有足够的强度和刚性，断面形状和面积都应予以充分考虑，在容易产生应力集中的地方，如模架立管。

平叉管，发动机安装孔等部位，一般都用加强板，加强肋等方法来增加强度。

板式模架主体部分一般为大断面造型，可以利用其所形成的空间合理的布置零部件。

从生产工艺来看，它主要的构成件是左右模架板，因此它最适合于大批量冲压生，但整体式大模架板模具制造困难，加工周期长。

3．板、管合成模架：

管式和板式模架各有所长，合成模架是兼有两者优点的模架形式。

具体讲就是冲压成形的钢板代替管式模架中复杂的接头部分。

模架的结构特点和组成

一辆造桥机如果没有坚固的模架作为成车的基础结构，无疑是一堆松散的零部件，对造桥机的模架而言，正确的结构造型比选择模架的材料更为重要。

模架的前端是模架转向立管，此处通过推力轴承与前叉，减震机构连接，抵抗来自前轮的冲击和颠簸，模架中下部的平叉轴与平叉铰接，并通过后减震器连接，组成造桥机后悬挂，抵抗来自后轮的震动，此外发动机的正确安装,其他部件的合理布置，这些都是设计模架所必须考虑的问题。

当然它不只是把分散的零部件组合成一个整体，还必须确保下面两项主要功能。

1．模架必须能在载荷作用下保持结构上的完整，换句话说，当一辆供某种用途的造桥机在行驶时，模架必须具有足够的强度。

所谓“供某种用途”，是因为受力状况随造桥机用途不同（例如一般道路用车、越野车、公路赛车等）而不同，所以，对模架的设计及材料选择，都应考虑到某种受力的特征。

2．模架必须能够在相应的载荷作用时保持前、后车轮的平直度、共面性。

即模架应有足够的刚性，不致于产生影响行驶稳定性的弹性弯曲或扭曲。

其次还要考虑材料的节省，尽可能减少构件的数量和接头，简化装配和制造过程，对车种的适应性，如何预防翻车、撞车时所产生的强冲击力等。

下面再介绍一下具体的模架构成中其重要部位及各自所具有的功能：

1．转向立管

转向立管是任何形成的造桥机模架必不可少的部分，它是前轮转向系统和车体部分的唯一连接点。

造桥机在运行中通过它抵抗来自凸凹路面的冲击力，制动的惯性力，手把转动的横向载荷等，其受力状况十分复杂，可以认为是在杂复交变力条件下工作，为增强此处的强度和刚性，除必须对模架主体进行可靠的焊接外，还需要用加强板加固它与模架的连接。

为了使车体与前轮转向系统通过立管进行有机的连接，在立管内设置了推动轴承，从而实现了前轮转向系统与车体之间转向灵性又无上下窜动，确保车辆的稳定性和安全性。

2．平叉管

平叉管是平叉随同后减振器的转动中心，造桥机的平叉在静止无负荷的情况下，大都与水平线有一定的夹角，作为链条式末级传动的车，驱动链条还不得于平叉发生干涉，特别是越野车，由于减震运动的行程较长，平叉的转动弧度也就较大，车辆上、下振动时，链条很容易与平叉加强杆干涉，因而普遍采用尼龙套式橡胶套来减小链条与平叉加强横杆的干涉，根据这种结构特点，平叉管中心的位置必须在决定发动机小飞链轮的同时确定下来，此外，根据一般乘车姿势时的人体工程来看，搁脚位置应设置于平叉管中心附近，因此，平叉管中心一般都作为整个模架的设计基础（即基准）。

3．倒三角形布局

在平叉管中心的前面，设有发动机，上部设有座垫，平叉设有后轮，在这三者形成的倒三角形的范围内，是造桥机附属机构安装的有效空间，如：

空滤器、蓄电池等，如何恰当地布置在这一范围，与模架倒三角形空间的设计有关，它直接影响模架的高度和宽度，成车座垫的高度和位置，它还决定了成车的布局以及操作性能。

4．后减震器安装轴

模架的后减震安装轴，是决定后减震器安装倾斜度的重要因素，当其安装位置不等当时，会降低成车的舒适性。

5．发动机在模架上的连接支点

发动机是造桥机的心脏，在模架上如何正确可靠地安装发动机，是对模架的主要要求之一。

发动机活塞作功和曲轴高速旋转所产生的强烈振动，直接影响模架的强度，解决的方法主要从两个方面着手，一是设法降低发动机本身的振动，比如加平衡轴等方法，另一种就是在模架安装部位用橡胶减震来解决，车辆在行驶中，受左右惯性力的作用，对模架的刚性影响较大。

对于利用发动机的刚性来提高模架刚性的结构，模架和发动机不能采用减震胶套的形成，而是直接固定连接。

第2章总体方案确定

2.1国内外模架概况

摇篮式模架:

其特点是造桥机发动机的安装状态犹如婴儿被放在框架的摇篮中一样,所以称为摇篮式模架.这些空间结构的模架在强度和刚性方面都要好的多,所以大功率造桥机.高速竞赛车广泛地采用这种模架.

摇篮式模架又可细分为

⑴双排管摇篮式模架：

从模架转向立管至发动机下方由两根并排钢管配置.,如LX250-8,

⑵叉形管摇篮式模架：

以单根钢管与模架转向立管相接,而在发动机下方为两根并排

钢管配置,例如LX150-.

⑶由单根钢管构成摇篮框架的称为单管摇篮式模架.

这三种模架在使用上的区别是（即在成车开发时对模架的选择）:

根据发动机的结构形式不同而采用相应的模架.除与发动机的大小和形状外其中最主要的原因是为了更合理地布置发动机的排气管及进气管.如双缸和四缸发动机排气管分置两侧,一般易采用叉形管或单管的模架.三缸发动机排气管置于中间和两边,多采用双排管模架.单缸发动机也采用双排管模架或叉形管模架.

摇篮式模架不但有理想的强度和刚性.而且造型美观,有力感,利于成车的结构布置.但这种模架的生产制造工艺技术要求较高.

跨接式菱形模架:

（如LX125GY-4A）它的特点是省去了发动机下方的模架部,直接利用发动机本身这一刚性体作为模架的一个组成部分,将模架连接起来.所以这种模架是依靠发动机把菱形的不连续部分跨接而成,因此称它为跨接式菱形模架

由于这种模架是把发动机作为模架的一个构件,模架所承受的震动和冲击,也就是发动机体要受的震动和冲击.因此,它的缺点是发动机曲轴箱有可能产生变形而影响发动机的性能.其优点是省去了模架下面的材料,模架重量减轻,结构简单.多用于中排量的造桥机,特别是越野车.另外,为了能获得理想的最低离地高度时,也较多采用这种模架.在大排量的造桥机中,解决了发动机的连接强度问题,也逐渐采用了这种模架

脊梁悬挂式模架:

例:

LX90,LX80,它不像摇篮式模架那样把发动机置于框架之内,而是把发动机下面的模架部分全部省去,从模架转向立管到模架尾部以一个较大的主体骨架形成一个好像脊梁骨一样的构件,发动机以脊梁的方式安装于脊梁的下部,所以这类模架为脊梁悬挂式模架.

此类模架基本上都是采用左右结构组合的冲压薄钢板形成的,或用钢管和钢板混合组成模架,如:

LX110-3.

这种模架结构简单,适于大量生,但由于脊梁部位受运行中的冲击负荷较大,同时又受发动机震动的影响,容易产生应力集中的弱点.因此,断面形状设计必须根据成车的载荷状况慎重考虑,特别是轮距较大的车型,应有足够大的断面面积和理想的断面形状.这种模架在强度和刚性上受结构的一定限制,同时成车辅助零件的空间布置比较困难,一般多用于中小型两轮造桥机.

此类模架又可分为上脊梁式和下脊梁式.所谓上脊梁式就是主体脊梁位于东梁上方,一般大体形状呈“T”字形，其优点是在主脊梁前部可以设置一个较大的燃油箱，这种模架大都用于中小型造桥机如LX90。

下脊梁式模架与上脊梁式模架的主要区别在，下脊梁式模架的脊梁前部向下弯曲形成一个适当空间，这样乘骑者可以从座垫前面方便上下车。

。

所以，这类模架也称为弯梁模架。

则类结构的车辆运载货物较为方便。

组合揺臂式模架及其它模架。

此类模架多用于踏板车及三轮车，因我司基本上无此种车型这里就不介绍了。

2.2造桥机模架总体设计

跨接式菱形模架:

（如LX125GY-4A）它的特点是省去了发动机下方的模架部,直接利用发动机本身这一刚性体作为模架的一个组成部分,将模架连接起来.所以这种模架是依靠发动机把菱形的不连续部分跨接而成,因此称它为跨接式菱形模架

由于这种模架是把发动机作为模架的一个构件,模架所承受的震动和冲击,也就是发动机体要受的震动和冲击.因此,它的缺点是发动机曲轴箱有可能产生变形而影响发动机的性能.其优点是省去了模架下面的材料,模架重量减轻,结构简单.多用于中排量的造桥机,特别是越野车.另外,为了能获得理想的最低离地高度时,也较多采用这种模架.在大排量的造桥机中,解决了发动机的连接强度问题,也逐渐采用了这种模架

脊梁悬挂式模架:

例:

LX90,LX80,它不像摇篮式模架那样把发动机置于框架之内,而是把发动机下面的模架部分全部省去,从模架转向立管到模架尾部以一个较大的主体骨架形成一个好像脊梁骨一样的构件,发动机以脊梁的方式安装于脊梁的下部,所以这类模架为脊梁悬挂式模架.

2.2.1造桥机模架的类型定位

这三种模架在使用上的区别是（即在成车开发时对模架的选择）:

根据发动机的结构形式不同而采用相应的模架.除与发动机的大小和形状外其中最主要的原因是为了更合理地布置发动机的排气管及进气管.如双缸和四缸发动机排气管分置两侧,一般易采用叉形管或单管的模架.三缸发动机排气管置于中间和两边,多采用双排管模架.单缸发动机也采用双排管模架或叉形管模架.

摇篮式模架不但有理想的强度和刚性.而且造型美观,有力感,利于成车的结构布置.但这种模架的生产制造工艺技术要求较高.

跨接式菱形模架:

（如LX125GY-4A）它的特点是省去了发动机下方的模架部,直接利用发动机本身这一刚性体作为模架的一个组成部分,将模架连接起来.所以这种模架是依靠发动机把菱形的不连续部分跨接而成,因此称它为跨接式菱形模架

由于这种模架是把发动机作为模架的一个构件,模架所承受的震动和冲击,也就是发动机体要受的震动和冲击.因此,它的缺点是发动机曲轴箱有可能产生变形而影响发动机的性能.其优点是省去了模架下面的材料,模架重量减轻,结构简单.多用于中排量的造桥机,特别是越野车.另外,为了能获得理想的最低离地高度时,也较多采用这种模架.在大排量的造桥机中,解决了发动机的连接强度问题,也逐渐采用了这种模架

脊梁悬挂式模架:

例:

LX90,LX8