【正文】 間位置變化，而且隨時(shí)間變化。動(dòng)力學(xué)要解決的問題主要有兩點(diǎn)：（1）尋求結(jié)構(gòu)的固有頻率和主振型，從而了解結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性，以便更好地利用或減小振動(dòng)；（2）分析結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)特性，以計(jì)算結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)的動(dòng)力響應(yīng)和動(dòng)位移的大小及其變化規(guī)律。與靜力學(xué)分析相似，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析時(shí)，只要加入彈性力學(xué)特征值，引入虛位移、虛功等力學(xué)參數(shù)，就能按照一般的靜力學(xué)分析方法步驟，建立節(jié)點(diǎn)位移與節(jié)點(diǎn)速度、加速度和節(jié)點(diǎn)力之間的關(guān)系，最后，利用各節(jié)點(diǎn)處的變形協(xié)調(diào)條件和動(dòng)力學(xué)達(dá)朗貝爾原理，建立整體剛度方程并進(jìn)行求解。 材料力學(xué)分析工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械的各組成部分，統(tǒng)稱為構(gòu)件。當(dāng)工作機(jī)構(gòu)或機(jī)械工作時(shí)，構(gòu)件將受到載荷的作用。構(gòu)件一般由固體制成，在外力作用下，構(gòu)件有抵抗破壞的能力，但是這種能力又是有限度的。為保證工程機(jī)構(gòu)或機(jī)械的正常工作，構(gòu)件應(yīng)有足夠的能力負(fù)擔(dān)棋應(yīng)當(dāng)承受的載荷。一般情況下至少滿足一下要求：（1）強(qiáng)度要求。在規(guī)定載荷作用下的構(gòu)件不應(yīng)物理破壞。（2）剛度要求。在載荷作用下，構(gòu)件即使有足夠的強(qiáng)度，但若變形過大，仍不能正常工作。剛度要求就是指構(gòu)件應(yīng)有足夠的抵抗變形能力。（3）穩(wěn)定性要求。指構(gòu)件應(yīng)有足夠的保持原有平衡狀態(tài)的能力。另外在一般的工程問題中，構(gòu)件還應(yīng)通過材料特性的分析，進(jìn)而確定其使用壽命，最大可承受載荷，滿足安全系數(shù)等等參數(shù)要求。3 鉸接式卡車受力分析 AJK20 型自卸車的新特點(diǎn)AJK20車型與以往安期生公司生產(chǎn)的鉸接式自卸車（例如AJK12 型、AJK25 型）相比，有以下幾個(gè)突出的新特點(diǎn)：（1）AJK20型地下鉸接式卡車選用CUMMINS QSL9C300 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。適合地下、高溫及高海拔地區(qū)使用，具有極佳的動(dòng)力性，可以承載更大的有效載荷，在同等發(fā)動(dòng)機(jī)中具有更高的功率和更大的扭矩，即使在低速條件下也具有良好的使用性。這種發(fā)動(dòng)機(jī)兼有廢氣凈化和消音裝置，降低了巷道內(nèi)的噪音分貝，發(fā)動(dòng)機(jī)排放達(dá)到歐Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)，裝備井下凈化器，滿足礦山空氣環(huán)保要求排放。（2）選用DANA 型變矩器。此變矩器為單級(jí)兩相三元件式變矩器，尺寸小，節(jié)省占用空間。當(dāng)?shù)孛孀枇哟蠡蛟诖筘?fù)荷情況下工作時(shí)，閉鎖離合器將自動(dòng)分離，轉(zhuǎn)為變矩工況。在空載或是小負(fù)荷工況下變矩器閉鎖呈現(xiàn)機(jī)械傳遞工況，提高傳動(dòng)效率。（3）選用濕式多盤全封閉彈簧制動(dòng)器。壓緊作用在四個(gè)車輪上，同時(shí)制動(dòng)，有較大的制動(dòng)力矩；且完全密封，徹底避免了水衰退現(xiàn)象，隔斷外界濕度及粉塵影響；制動(dòng)狀態(tài)平穩(wěn)，安全可靠。全新的配置打破了鉸接卡車9 km/h 的限速，使卡車最高時(shí)速可達(dá)35 km/h，而1：7 坡度時(shí)速可達(dá)8 km/h，所以AJK20 型自卸車可以稱為是一種新型的快速鉸接卡車?；诒拒囆偷男绿攸c(diǎn)對(duì)AJK20型卡車的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，一邊為中央擺動(dòng)架的優(yōu)化問題提供基本依據(jù)和優(yōu)化校核。 整車受力模型簡(jiǎn)化研究力學(xué)問題時(shí)，根據(jù)問題的不同要求，首先要選取適當(dāng)?shù)难芯繉?duì)象，為了弄清它的受力情況，不僅要明確它所受的主動(dòng)力（既解除約束力以外的所有力，工程上中也稱為載荷），而且還必須把它從周圍的物體中分離出來，將周圍物體對(duì)它的作用，用相應(yīng)的約束力來代替。對(duì)卡車進(jìn)行受力分析是整篇論文的基礎(chǔ)，載荷與約束的正確確定是得到有效分析結(jié)果的基本前提。20T 鉸接式自卸車整車結(jié)構(gòu)由前車體、后車體與車廂組成。前后車體采用中央鉸接式結(jié)構(gòu)，由后車架與擺動(dòng)架通過主銷連接來實(shí)現(xiàn)；前車體鉸接處采用回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)，這樣就能實(shí)現(xiàn)了前后車體的相對(duì)擺動(dòng)。自卸車的前后車體都要求具有較強(qiáng)的剛度和強(qiáng)度，以支撐發(fā)動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)裝置、懸架和散熱器等，并承受各方向各種載荷作用，所以前、后車架結(jié)構(gòu)的安全性直接決定著自卸車的使用壽命。自卸卡車的靜載荷包括卡車懸掛著的自身載荷G r和車身有效載荷Ge 。G r 是指由懸掛的彈性原件所負(fù)載的的那些部件，如車身、車架以及固定在車身或車架上的所有總成和設(shè)備的重力； G e 是指額定裝載時(shí)，行李或貨物的重力。所有這些重力都按集中載荷Fi （或均布載荷）分布在車架的適當(dāng)位置i（i = 1, 2L ）上，即G r + G e = Σ F i 。對(duì)于整車進(jìn)行受力分析，研究對(duì)象可簡(jiǎn)化為前車架，后車架，中央擺動(dòng)架三個(gè)組件?？ㄜ嚻渌牟糠秩绨l(fā)動(dòng)機(jī)裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、車廂物料等，以等效載荷的形加載到相應(yīng)的三個(gè)組件上。下圖為自卸車整車的受力示意圖： 整車受力示意簡(jiǎn)圖圖中G1為前車體的重力；G2 為后車體、車廂及物料重力總和；F X 1 、F X 2 為作用在前、后輪上的地面切向反力（地面驅(qū)動(dòng)力）；F Y1 、F Y 2 為作用在前、后輪上的地面法向反作用力（即支撐力）； F f 1 、F f 2 分別為地面對(duì)輪胎的摩擦力（滾動(dòng)摩擦力），a 為卡車前進(jìn)方向的加速度。根據(jù)理論力學(xué)達(dá)朗貝爾原理，將慣性力和慣性力矩附加入靜力平衡方程，來求出為平衡靜載荷和動(dòng)載荷而需在原動(dòng)件上施加的力和力矩，這種分析方法稱為動(dòng)態(tài)靜力分析。本文中為了使運(yùn)動(dòng)著的卡車的受力分析仍然能采用動(dòng)態(tài)靜力分析求解，將卡車加上一個(gè)方向與加速度方向相反、大小相等的慣性力，表示為ma 。將前后輪胎與車架相連接部位分別簡(jiǎn)化為固定鉸鏈支座和可動(dòng)鉸鏈支座。在考慮車廂時(shí)，與物料看作一體，將車廂和物料的重力以集中載荷的形式加到后車架上，簡(jiǎn)化后整車受力示意圖為： 整車結(jié)構(gòu)受力分析簡(jiǎn)圖圖中G 1 為前車體的重力， G2 為后車架的重力， G21 、G22 為車廂與物料的重力在后車架上的分配值， R 3 為車廂通過液壓舉升油缸作用在后車架上的力。卡車在進(jìn)行卸載工作時(shí)，R3需進(jìn)行特殊分析，而當(dāng)卡車非卸載工作時(shí)，液壓系統(tǒng)油壓各處相等，即在本文的三種工況中R 3 均為零。本文分①滿載勻速行駛工況②滿載勻速振動(dòng)沖擊工況③緊急制動(dòng)工況三種情況，對(duì)主要承載部件前車架、后車架和擺動(dòng)架進(jìn)行重點(diǎn)分析。 滿載勻速行駛工況勻速行駛時(shí)，加速度a 等于零，所以慣性力ma 也為零。 中的鉸支結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化后如下圖： 滿載勻速工況的受力分析簡(jiǎn)圖由理論力學(xué)可知，如果空間力系是平衡的，那么它的充要條件是：力系的主矢F39。R 和對(duì)任意點(diǎn)的主矩Mo均等于零。即： F 39。 R = 0 ， M o = 0 ?？ㄜ嚨耐廨d荷受力可以簡(jiǎn)化為平面力系，設(shè)力系的作用面為oxy 平面，則各力在z 軸上的投影及對(duì)x 軸和y 軸之矩均等于零，因此平衡方程為：ΣFx = 0 ΣFy = 0 ΣMo(F) = 0 AJK—20 型鉸接式自卸卡車采用四輪驅(qū)動(dòng)，勻速運(yùn)行工況下，地面對(duì)卡車的切向反作用力與地面對(duì)卡車的滾動(dòng)摩擦阻力相平衡，因此由Σ FX =0可知：R1x = R2x = 0 卡車滿載勻速行駛時(shí)，在水平方向的外力為零，在豎直方向外力為平衡力。以前車架前橋支撐處為坐標(biāo)原點(diǎn)o ，豎直方向的各力對(duì)原點(diǎn)取矩，可列出平衡方程：Y 方向： R1 + R2 － G1－ G2－ G21 － G22 = 0ΣMo(F) = 0 ： R2L5+G1L1G2L2G21L3G22L5=0圖中 G1 為前車體的重力， G2 為后車架的重力， G21 、G22 為車箱與物料的重力在后車架上的分配值。關(guān)于G 21 、G22 在后車架上的分配值的求解如下圖： G 21 、G22分配值求解圖圖中G39。2 為車廂和物料的總重力， G21 、G22 為車箱與物料的重力在后車架上的分配值，是待求的未知數(shù)。由整車工程圖數(shù)據(jù)資料，根據(jù)車廂與后車架的接觸點(diǎn)位置可求得： L21= ， L22=1225mm由圖 列平衡方程如下： G21+G22=G239。 G21L21=G22L22即可求得G 2G22 數(shù)值。GG2 、G21 、G22 的大小和作用點(diǎn)均為已知， R1 、R2 的作用點(diǎn)也為已知量，因此可求出平衡方程中的R1 、R2 的大小。名稱重量G（kg）重力F（N）重心至前軸距離x（mm）重力對(duì)前軸力矩M（Nm）前車架1119011190060067140后車架6310631002665168162后橋181018100477186355車廂與物料225002250003821859725 自卸車各部件質(zhì)量以及載荷參數(shù)值為了保證能夠?qū)筌嚰?、中央擺動(dòng)架、回轉(zhuǎn)支承進(jìn)行相對(duì)精確的分析，本文將前后車架及擺動(dòng)架分開來分析，對(duì)于兩個(gè)組件相連接處的力，通過整體受力分析以整體內(nèi)力形式求出，在進(jìn)行各組件應(yīng)力布計(jì)算時(shí)作為邊界條件施加到組件上。這樣做一方面克服了以往單個(gè)組件受力分析時(shí)與整體實(shí)際受力情況不相符的缺陷，另一方面保證了關(guān)鍵組件分析的精確性。 后車架受力分析后車架與擺動(dòng)架之間的主銷采用關(guān)節(jié)銷聯(lián)結(jié)，關(guān)節(jié)銷只承受剪切力和軸向力，不承受繞z 軸方向的彎矩，下面是后車架的受力分析簡(jiǎn)圖。 后車架受力分析簡(jiǎn)圖圖中 G1 、GG2 中的相同。h為R X 1 、R X 2 兩力作用點(diǎn)之間的距離，從后車架的圖紙中可查到h = 1186mm。R X 1 、R X 2 、R Y1 、R Y 2 為待求的未知力。對(duì)于R Y1 與R Y 2 ，我們?nèi)∠嗟鹊闹?。R Y1 、R Y 2 分別為后車架與擺動(dòng)架相連接處的上下兩個(gè)接觸對(duì)上的兩個(gè)等效集中力。實(shí)際情況中會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)力大小不相等的情況，這樣的話就變成了力學(xué)分析中靜不定問題，將無法求解。由于截面上的合力是一定的，而兩個(gè)接觸面的狀態(tài)也基本相同，所以在求解過程中假設(shè)R Y1 與R Y 2 為等值。由于截面上的合力是一定的，而兩個(gè)接觸面的狀態(tài)也基本相同，將R Y1 、R Y 2 取相等的值是可行的。即令R Y1 = R Y 2在所有未知力的求解時(shí)，均以前端前橋支承處為坐標(biāo)原點(diǎn)O，建立平衡方程：X方向：RX1+RX2+R2X=0Y方向：RY1+RY2+R2G2G21G22=0 Mo(F)=0： R2L5+RY1+RY2L6+RX2h2RX1h1G2L2G21L3G22L4=0RX1 作用點(diǎn)距前橋支撐原點(diǎn)o 在Y 方向上的垂直距離為h1 = 719mm ， R X 2 距原點(diǎn)o 在Y 方向上的垂直距離為h 2= 467mm。，卡車勻速行駛時(shí)， R 1X = R2 X = 0。由上述三個(gè)方程可以求解得到R X 1 、R X 2 、R Y1 、R Y 2 值，這樣接下來所求各值將其作為擺動(dòng)架受力分析中的已知力施加到力學(xué)模型上。 中央擺動(dòng)架與回轉(zhuǎn)支承受力分析擺動(dòng)架與回轉(zhuǎn)支承構(gòu)成聯(lián)接在前、后車架之間的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，形成了前后車架的相對(duì)擺動(dòng)，是整車車架中受力最為復(fù)雜的一個(gè)部件，也是卡車使用過程中最容易失效的部件。下圖為擺動(dòng)架與回轉(zhuǎn)支承的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖： 擺動(dòng)架與回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)圖 中的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)由回轉(zhuǎn)支承處分解，分成三部分進(jìn)行受力分析： 擺動(dòng)機(jī)構(gòu)分解圖在圖 中，前車架軸承板屬于前車架，因此在下一節(jié)的前車架受力分析中進(jìn)行分析，下面重點(diǎn)分析回轉(zhuǎn)支承和擺動(dòng)架。 擺動(dòng)架受力分析先進(jìn)行擺動(dòng)架的受力分析。 150螺栓與軸承外圈聯(lián)結(jié)，因此螺栓的預(yù)緊力產(chǎn)生了傾覆力矩。 擺動(dòng)架受力分析簡(jiǎn)圖圖中R X 3 、R X 4 、R Y 3 、R Y 4 分別為R X 1 、R X 2 、R Y1 、R Y 2 的反作用力， G3 為擺動(dòng)架的重力， M1 是由螺栓預(yù)緊力產(chǎn)生的力矩。以前橋支撐原點(diǎn)建立擺動(dòng)架力系的平衡方程：X方向：RX3+RX4RX5=0Y方向：RY3+RY4+G3RY5=0Mo(F)=0： M1+RY3+RY4L6RX3h1+RX4h2+RX5h3=0方程中 L7 是R X 5 、R Y 5 作用點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)在X 方向的水平距離， h3 是R X 5 作用點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)在Y 方向的垂直距離， h h2 節(jié)中意義和數(shù)值相同，h為R X R X 4 兩力作用點(diǎn)之間的距離， 節(jié)中的相同。由于擺動(dòng)架的質(zhì)量相對(duì)整車質(zhì)量來說很小，所以計(jì)算時(shí)可將它的質(zhì)量加到前車體里面。受力分析中，擺動(dòng)架兩個(gè)面上的內(nèi)力很大，而擺動(dòng)架本身質(zhì)量對(duì)截面內(nèi)力的貢獻(xiàn)很小，可以忽略。這樣做基本不會(huì)影響到計(jì)算結(jié)果的精度，故在此處G3 取零值。由以上方程可求得MR X 5 、R Y 5 。 回轉(zhuǎn)支承受力分析卡車中央擺動(dòng)架的回轉(zhuǎn)支承部分的受力分析是整個(gè)分析中關(guān)鍵的部分，本文對(duì)回轉(zhuǎn)支承的分析分為一下四個(gè)步驟：（一）軸承整體受力分析；（二）軸承內(nèi)滾動(dòng)體的受力分析；（三）軸承的動(dòng)態(tài)壽命和靜載能力校核。（四）聯(lián)結(jié)螺栓組的應(yīng)力分析。下面為具體分析：（一） 軸承整體受力分析。前車體與擺動(dòng)架之間由回轉(zhuǎn)支承聯(lián)結(jié)，其由套圈（內(nèi)圈、外圈）、滾動(dòng)體、隔離塊、密封圈和油杯等組成。回轉(zhuǎn)支承裝置是近 30 年來發(fā)展起來的新型機(jī)器部件，分析時(shí)近乎理解為特大型的滾動(dòng)軸承。AJK20 型自卸車采用中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)回轉(zhuǎn)支承中的單排四點(diǎn)接觸球式回轉(zhuǎn)支承，回轉(zhuǎn)支承要承受軸向力、徑向力，還要承受較大的傾覆力矩，對(duì)于相同外形尺寸的回轉(zhuǎn)支承，單排球式的承載能力一般高于交叉滾柱式和雙排球式。本車采用的回轉(zhuǎn)支承型號(hào)是010—40—1120，軸承的外圈通過36 個(gè)M20150 的螺栓同擺動(dòng)架相連；軸承內(nèi)圈也由36 個(gè)圓形均布螺栓與前車架固定。 單排四點(diǎn)接觸球式回轉(zhuǎn)軸承回轉(zhuǎn)支承的特殊結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了前、后車架間的相對(duì)擺動(dòng)，從而增加輪胎與地面的附著能力。將回轉(zhuǎn)支承從擺動(dòng)架和前車架分離出來，在軸承的左側(cè)內(nèi)圈截面和右側(cè)外圈截面上都承受軸向力、徑向力、傾覆力矩，先對(duì)軸承整體進(jìn)行受力分析。軸承整體受力如下圖所示： 回轉(zhuǎn)支承受力分析簡(jiǎn)圖圖中 M2 為作用在軸承外圈右邊截面上的彎矩，它是M1 的反作用力，是由聯(lián)結(jié)在軸承外圈與擺動(dòng)架之間的螺栓的預(yù)緊力作用產(chǎn)生。當(dāng)X 方向的作用力大到等于螺栓預(yù)緊力時(shí)，軸承外圈與擺動(dòng)架接觸面之間的壓力將等于零，所以， R X 6 、M2 均由螺栓的預(yù)緊力產(chǎn)生。由于軸承質(zhì)量與整車質(zhì)量相比很小，在進(jìn)行計(jì)算時(shí)忽略了軸承質(zhì)量。R X 6