【正文】 （516） MQ x = W1b/2= 3105 NmN點作用力與作用力矩RN x 、RN y的求解：取曲柄和連桿為研究對象，如圖54所示，則有：RN yF3HNRN xR kK H搖臂 HK連桿F3鏟斗油缸的推力 RK–連桿的作用力RX–搖臂的作用力沿HK連線上的分力 RY–搖臂的作用力沿HK連線垂直方向上的分力圖54 曲柄和連桿受力圖∑X2 = 0RNX + R k COS∠ F3 = 0 （517）RNX = 105 NRN y = RNX tan ∠FNH = 105tan∠=105 N 第二工況位置的受力分析（5） 在這個工況位置下斗桿可能存在最大彎矩，受到的應(yīng)力也可能最大[1]具體簡圖如圖55所示。取工作裝置為研究對象，如圖55所示。在該工況下存在的力有：工作裝置各部件所受到的重力Gi；作用在鏟斗上的挖掘阻力，包括切向阻力W法向阻力W2。YDEBGCFAXNQHKW2W1VNH搖臂；HK連桿；C動臂下鉸點；A 動臂油缸下鉸點；B動臂與動臂油缸鉸點；F動臂上鉸點；D斗桿油缸上鉸點；E斗桿下鉸點；G鏟斗油缸下鉸點；Q鏟斗下鉸點；K鏟斗上鉸點；V鏟斗斗齒尖圖55 第二工況下工作裝置計算簡圖同第一工況的分析一樣，可以得到以下向量：FC = 5700（COS163+Sin163）FV = 4550（+）0V = OC + CF + FV = 1865（COS88+Sin88）+ 5700（COS17+Sin17）+ 4550（+）則 XV = 1865COS88+ 5700COS17 + = 5238mm同理也可以求得在該工況下作用在斗桿和鏟斗上的力，其分別為：W1 = 1105 NW2 = 105 NRk2 = 105 NWN2 = 105 NRQ x =105 NRQ y= 105 NMQ x = 105 NmMQ y = 105 Nm 斗桿內(nèi)力圖的繪制根據(jù)第一工況和第二工況下所求出的斗桿所受到的力和力矩，可以分別繪制出在第一工況下和第二工況下的內(nèi)力圖，如圖55555515151+FGENQ—圖56 105N105N+105NEFGNQ—圖57 第一工況下斗桿的Q y圖257KNm+FEQ圖58 第一工況下斗桿的My圖105N+105NmEFQ圖59 第一工況下斗桿的QZ圖1105Nm+EFQ圖510 第一工況下斗桿的MZ圖105Nm+F105NEQ圖511 第一工況下斗桿的T x圖105N105NG+NFEQ105N105N圖512 第二工況下斗桿的N x圖105N105N+105NFGENQ105N圖513 第二工況下斗桿的Q y圖257KNm+EFQ圖514 第二工況下斗桿的M x圖 結(jié)構(gòu)尺寸的計算由前面的受力分析知，在第二工況下所受到的彎矩和內(nèi)力均要比第一工況中要小，故用第一工況進(jìn)行計算，而用第二截面校核。由圖5圖5圖511知在通過F點且與斗桿下底板垂直的截面所受到的應(yīng)力最大，是危險截面。故首先要對該截面進(jìn)行計算，然后以此為基礎(chǔ)再求解其它尺寸。 斗桿寬度、鋼板厚度、許用應(yīng)力的選取由經(jīng)驗統(tǒng)計和其它同斗容機型的測繪，處取斗桿的寬度。挖掘機所用鋼板的厚度在我國一般為，初選底板厚度如圖515所示。12為斗桿側(cè)板的厚度； 14為斗桿底板和頂板的厚度；275為底板的寬度圖515在挖掘機中選用的結(jié)構(gòu)鋼材一般為16Mn，其有足夠大的屈服極限和良好的機械性能。其屈服極限。在斗桿中取安全系數(shù)，則斗桿的許用安全應(yīng)力為： 斗桿危險截面處高度的計算危險截面的有效面積： (517) 該截面對y軸的慣性矩: (518) 該截面對z軸的慣性距: (519)橫截面總面積: (520)該危險截面所受到的正應(yīng)力: (521)該截面所受到的最大彎曲正應(yīng)力: (522) (523)則截面所受到軸向拉應(yīng)力與彎曲應(yīng)力合成后有: (524)由于剪應(yīng)力的大小相對于彎矩所產(chǎn)生的彎曲正應(yīng)力要小得多，為簡化計算，在計算中簡應(yīng)力忽略不計，僅在校核中用，則有： (525)由525252 52525解得h=800mm。有了危險截面的結(jié)構(gòu)尺寸，再結(jié)合前面的基本尺寸，就可以利用CAD軟件將斗桿繪制出來。這樣斗桿的所有尺寸已經(jīng)基本確定。 同斗桿的受力分析及結(jié)構(gòu)計算一樣，在動臂的計算 。首先還是要分析計算動臂可能出現(xiàn)應(yīng)力的工況，并找出在該工況下的危險截面，并計算出其尺寸。以此為基礎(chǔ)，就可以計算出動臂上的其他尺寸。在這工況下可能在動臂上出現(xiàn)最大載荷，其應(yīng)滿足以下條件：（1） 動臂油缸全縮。（2） F、Q、V在同一條直線上，其連線與X軸垂直。（3） 鏟斗挖掘時，斗邊點遇到障礙。 該工況也就是最大挖掘深度工況，具體工作裝置簡圖如516所示。NH搖臂；HK連桿；C動臂下鉸點；A 動臂油缸下鉸點；B動臂與動臂油缸鉸點；F動臂上鉸點；D斗桿油缸上鉸點；E斗桿下鉸點；G鏟斗油缸下鉸點；Q鏟斗下鉸點；K鏟斗上鉸點；V鏟斗斗齒尖圖516 第一工況位置工作裝置簡圖力的計算W1的求解：由于K、Q、V在同一條直線上，連桿機構(gòu)的傳動比不變，而鏟斗的重力繞Q點所產(chǎn)生的力矩相對于鏟斗油缸對C點所產(chǎn)生的力矩而言可以忽略不計，故W1的值與前面兩工況一樣，W1=105N。W1的求解：在此工況下時 而（前面的計算中已經(jīng)得出）取整個工作裝置為研究對象，則有： （526）求得為負(fù)值，知在此工況中鏟斗油缸的挖掘力不能得到最大的發(fā)揮。故需要轉(zhuǎn)動鉸點E直到鏟斗油缸發(fā)揮最大挖掘力為止。由計算知當(dāng)V點縱坐標(biāo)即=3000mm時，鏟斗油缸能發(fā)揮最大的挖掘力。NH搖臂；HK連桿；C動臂下鉸點；A 動臂油缸下鉸點；B動臂與動臂油缸鉸點；F動臂上鉸點；D斗桿油缸上鉸點；E斗桿下鉸點；G鏟斗油缸下鉸點；Q鏟斗下鉸點；K鏟斗上鉸點；V鏟斗斗齒尖圖517 實際工作時第一工況位置工作裝置簡圖此工況是第Ⅰ工況下轉(zhuǎn)動斗桿油缸而得的。除第（2）點中的K、Q、V連線與X軸垂直修改成=3000mm外，其他條件均不變，如圖517所示。在此工況中，動臂油缸全縮，由前面的計算有： 則 解之 在△DEF中，由幾何關(guān)系則有：此時解得 而則由圖 知與的求解：由于挖掘時為鏟斗油缸工作，而K、Q、V又在同一條直線上，故的值仍與前面的計算一樣。工作裝置各部分受到的重力對C點的矩： （527）取整個工作裝置為研究對象，則有： （528）也就是說此時僅是動臂與鏟斗油缸進(jìn)行挖掘。動臂鉸點作用力的求?。喝《窏U、鏟斗、連桿機構(gòu)為研究對象，則有： （529）方向與軸平行，在軸的正方向上。鉸點的求解： ?。?30） （531） 對上下動臂附加彎矩與扭矩的求解：W與的夾角為，與的夾角為則在坐標(biāo)系上沿坐標(biāo)軸的分力： （532） （533）則所產(chǎn)生的橫向彎矩M： （534）則所產(chǎn)生的附加橫向彎矩M： （535）所產(chǎn)生的附加橫向扭矩T： （536）在坐標(biāo)系上沿坐標(biāo)軸的分力為： （537） （538）則所產(chǎn)生的附加橫向彎矩： （539）所產(chǎn)生的附加扭矩： （540） 第二工況位置：在此工況下，動臂所受到的應(yīng)力也可能最大，其滿足以下條件：（1） 動臂油缸的作用力臂最大（2） 斗桿的作用力臂最大（3） 鏟斗進(jìn)行正常挖掘，鏟斗位于最大挖掘力位置。此時的工作裝置的簡圖如圖518所示：NH搖臂；HK連桿；C動臂下鉸點；A 動臂油缸下鉸點；B動臂與動臂油缸鉸點；F動臂上鉸點；D斗桿油缸上鉸點；E斗桿下鉸點；G鏟斗油缸下鉸點；Q鏟斗下鉸點；K鏟斗上鉸點；V鏟斗斗齒尖圖518 第二工況位置下工作裝置簡圖的求解：此時動臂油缸的力臂最大，即：取鏟斗為研究對象 （541） 解之：的求解在此工況中，工作裝置所受重力對C點的矩： （542）取整個工作裝置為研究對象，則有： （543） 的校核：取斗桿和鏟斗為研究對象，則有： 這說明當(dāng)時，斗桿油缸的閉鎖力足夠，故取。取斗桿與鏟斗為研究對象，則有： （544） （545）又取整個工作裝置為研究對象，則有： （546）：由圖 的幾何關(guān)系知:則在上動臂所產(chǎn)生的彎矩為: （547）在上動臂所產(chǎn)生的扭矩為: （548）同理,則上沿坐標(biāo)軸所產(chǎn)生的分力矩為: （549）在下動臂上所產(chǎn)生的彎矩為: （550） 在下動臂上所產(chǎn)生的扭矩為: （551）:Ⅰ工況中內(nèi)力和彎矩的求解:在上動臂上所受到的軸向力: （552） 在上動臂上所受到的剪力: （553）在上動臂上所受到的軸向彎矩: （554）在下動臂上所受到的軸向力: （555）在下動臂上所受到的剪力: （556）在下臂上所受到的軸向彎矩： （557）由計算可以得到在第一工況中的內(nèi)力和彎矩圖如圖515521所示。C動臂下鉸點 F動臂與動臂油缸鉸點 Q動臂油缸下鉸點519 第一工況下N圖C動臂下鉸點 F動臂與動臂油缸鉸點 Q動臂油缸下鉸點520 第一工況下T圖C動臂下鉸點 F動臂與動臂油缸鉸點 Q動臂油缸下鉸點521 第一工況下M圖 第Ⅱ工況中內(nèi)力和彎矩的求解:在上動臂上所受到的軸向力: