【正文】 安裝處彎矩最大，且有一定程度上的應(yīng)力集中，即認(rèn)為軸段6的右端面為危險(xiǎn)截面。 抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 合成彎矩 扭矩 T=彎曲應(yīng)力幅 彎曲平均應(yīng)力 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力幅 扭轉(zhuǎn)平均應(yīng)力 由查得尺寸系數(shù)；軸按精加工處理，查得表面質(zhì)量系數(shù)。軸肩圓角引起的有效應(yīng)力集中系數(shù)是，查得故得綜合影響系數(shù)值為 由于軸的材料是45鋼，取彎曲等效系數(shù)；扭轉(zhuǎn)等效系數(shù)只考慮彎矩作用的安全系數(shù)，得 只考慮扭轉(zhuǎn)作用的安全系數(shù)，得 計(jì)算安全系數(shù) 取[S]=~ ，所以此截面安全。 （二）、當(dāng)被檢汽車車輪位于檢測(cè)臺(tái)臺(tái)板一側(cè)時(shí) A、按彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行校核 圖39 軸的受力簡(jiǎn)圖 安裝聯(lián)軸器處軸的轉(zhuǎn)矩： 安裝滾柱軸承處的轉(zhuǎn)矩： ，并作圖 已知軸段BE長(zhǎng)度為：l2=其所受彎矩為 根據(jù)所計(jì)算的彎矩和轉(zhuǎn)矩分別作彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖，如圖310軸的受力計(jì)算圖所示 （如圖310軸的受力計(jì)算圖） 圖310 軸的受力計(jì)算圖 轉(zhuǎn)矩按對(duì)稱循環(huán)變化計(jì)算，取得 通過比較發(fā)現(xiàn)，危險(xiǎn)截面在E處，即帶座外球面球軸承處，進(jìn)行校核時(shí)僅需對(duì)承受最大彎矩及轉(zhuǎn)矩的截面進(jìn)行強(qiáng)度校核，即 比較發(fā)現(xiàn)，軸的強(qiáng)度足夠。 B、按疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)校核計(jì)算 通過圖310軸的受力計(jì)算圖分析知帶座外球面球軸承安裝處彎矩最大，且有一定程度上的應(yīng)力集中，即認(rèn)為軸段6的右端面為危險(xiǎn)截面。 抗彎截面系數(shù) 抗扭截面系數(shù) 合成彎矩 扭矩 T=彎曲應(yīng)力幅 彎曲平均應(yīng)力 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力幅 扭轉(zhuǎn)平均應(yīng)力 由查得尺寸系數(shù)；軸按精加工處理，查得表面質(zhì)量系數(shù)。軸肩圓角引起的有效應(yīng)力集中系數(shù)是，查得故得綜合影響系數(shù)值為 由于軸的材料是45鋼，取彎曲等效系數(shù)；扭轉(zhuǎn)等效系數(shù)只考慮彎矩作用的安全系數(shù)，得 只考慮扭轉(zhuǎn)作用的安全系數(shù)，得 計(jì)算安全系數(shù) 取[S]=~ ，所以此截面安全。即此軸的設(shè)計(jì)時(shí)合理的，符合實(shí)際的檢測(cè)要求。 偏心輪的設(shè)計(jì)及校核I、材料的選擇 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可知，偏心輪的結(jié)構(gòu)比較小，在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)成與軸是一體的，即偏心輪是在軸上直接加工出的，故偏心輪的材料選擇與軸的材料選擇相同，采用45鋼。由于經(jīng)過熱處理或者是化學(xué)處理的碳鋼，其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度均很高，其特點(diǎn)符合偏心輪要求具有較好耐磨性的特點(diǎn)。II、偏心輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)檢測(cè)臺(tái)的性能及設(shè)計(jì)參數(shù)要求，其檢測(cè)臺(tái)臺(tái)板的振幅要求為6mm，為使檢測(cè)臺(tái)臺(tái)板產(chǎn)生激振并成周期性變化，則此激振裝置采用偏心輪設(shè)計(jì)。為使其振幅為6mm，則偏心輪的偏心距應(yīng)為3mm。由于承重橫梁是垂直做上下周期運(yùn)動(dòng)的，故可將其視為直動(dòng)平底從動(dòng)件（平底與導(dǎo)路垂直）盤形凸輪機(jī)構(gòu)，對(duì)于該機(jī)構(gòu)的壓力角是一確定值為90186。，按照凸輪外廓全凸的條件來進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于凸輪外廓為圓形，曲率半徑為 由于此凸輪的外部還需要安裝與其同心的滾柱軸承，考慮滾柱軸承以及聯(lián)軸器的安裝問題需對(duì)偏心輪的安裝直徑以及偏心輪的直徑進(jìn)行設(shè)計(jì)?？紤]到聯(lián)軸器的安裝直徑為24mm，以及其定位軸肩高度取值為2~4mm，為減少軸的加工次數(shù)，則取滾柱軸承的安裝直徑為34mm，滾柱軸承的內(nèi)圈直徑為35mm，即偏心輪的直徑為35mm。為方便軸承的安裝以及防止軸承在使用過程中出現(xiàn)左右軸向攢動(dòng)，取其寬度與滾柱軸承的內(nèi)圈寬度相同即可。 軸承的選型及校核I、軸承的選型由于偏心輪是與轉(zhuǎn)軸同軸的，且在旋轉(zhuǎn)的過程中會(huì)與承重橫梁因其偏心設(shè)計(jì)而不斷受周向摩擦，考慮到檢測(cè)臺(tái)在檢測(cè)過程中受到的載荷較大，為減少承重橫梁和偏心輪的磨損并提高其設(shè)計(jì)壽命，在偏心輪的外側(cè)安裝有與其同心的圓柱滾子軸承?？紤]到軸承在安裝時(shí)其外圈無法定位，為防止?jié)L子軸承的軸向攢動(dòng)，決定采用外圈帶擋邊內(nèi)圈單擋邊并帶平擋圈的圓柱滾子軸承。根據(jù)其安裝直徑，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[16]確定所選軸承為內(nèi)圈單擋邊并帶平擋邊的圓柱滾子軸承[22]，其代號(hào)為NUP2207E，其相關(guān)參數(shù)見表39所示 表39 軸承代號(hào)為NUP2207E的技術(shù)參數(shù)軸承代號(hào)基本尺寸/mm基本額定載荷/kNdDBNUP2207E35722363II、軸承的校核計(jì)算由于汽車懸架特性檢臺(tái)屬于短期或者是間斷使用的機(jī)械，且間斷使用也不會(huì)引起一些嚴(yán)重的后果，故對(duì)其有一個(gè)預(yù)期的設(shè)計(jì)壽命，預(yù)期其軸承的壽命為5000h。按照當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算軸承的壽命時(shí)，考慮兩種極端情況，即當(dāng)載荷作用在檢測(cè)臺(tái)臺(tái)板的中間和一側(cè)兩種情況。當(dāng)作用在一側(cè)時(shí)軸承所受載荷最大，壽命最短，故僅需對(duì)此種情況校核即可。對(duì)于滾柱軸承，其僅受徑向載荷的作用，其當(dāng)量動(dòng)載荷為 式中：：載荷系數(shù)（~）； ：徑向載荷。由于檢測(cè)臺(tái)臺(tái)板所受最大載荷為7500N，檢測(cè)臺(tái)認(rèn)為受到輕微沖擊，則滾柱軸承所受最大當(dāng)量動(dòng)載荷為 軸承的壽命計(jì)算式為 式中：：溫度系數(shù)，取值為1； ：壽命指數(shù)，取值為10/3。則所選的軸承的壽命為 即：所選用軸承符合實(shí)際的檢測(cè)要求，選型合理。 圓環(huán)套的設(shè)計(jì) 由于偏心輪在帶動(dòng)滾柱軸承旋轉(zhuǎn)的過程中，滾柱軸承不僅受到承重橫梁的正壓力的作用，還會(huì)受到因正壓力所產(chǎn)生的滑動(dòng)摩擦的作用。當(dāng)檢測(cè)臺(tái)長(zhǎng)時(shí)間使用后，會(huì)有一定程度的磨損并產(chǎn)生較大的測(cè)試誤差。此外，因其偏心運(yùn)動(dòng)引起檢測(cè)臺(tái)臺(tái)板激振，當(dāng)頻率一定，振幅增大，會(huì)加快檢測(cè)臺(tái)的損壞，降低其使用壽命。因此，可將滾柱軸承與承重橫梁間的動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)殪o摩擦，可以考慮在滾柱軸承的外側(cè)安裝一個(gè)與其同心的圓環(huán)套，以改善滾柱軸承的受力環(huán)境，降低磨損，提高其使用壽命，也提高了檢測(cè)臺(tái)的使用壽命和測(cè)試精度。在對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，需要選擇合適的材料。由于45鋼經(jīng)過熱處理或者是化學(xué)處理后，其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度均很高，其特點(diǎn)符合圓環(huán)套要求具有較好耐磨性和抗壓能力的特點(diǎn)。因此，無論是從圓環(huán)套的性能要求還是從加工方便性，以及經(jīng)濟(jì)性等方面考慮，45鋼都是一個(gè)較好的選擇。對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮到滾柱軸承的安裝要求以及結(jié)構(gòu)參數(shù)，為防止其的軸向攢動(dòng)，應(yīng)使其與滾柱軸承的外圈采用過盈配合。其厚度不宜設(shè)計(jì)的過大，目的是盡量減小其與整個(gè)檢測(cè)臺(tái)的安裝空間，降低檢測(cè)臺(tái)的整體質(zhì)量，同時(shí)亦不宜過小，既為其他零件提供合適的安裝空間，也防止因其過薄降低強(qiáng)度。充分考慮不同因素后，其設(shè)計(jì)圖如圖311所示 圖311 圓環(huán)套的設(shè)計(jì)圖 檢測(cè)臺(tái)臺(tái)板的設(shè)計(jì)計(jì)算檢測(cè)臺(tái)臺(tái)板是一個(gè)較大的平板，承受垂直方向上較大的正壓力，且此板形狀不規(guī)則，可以考慮采用鑄造的方法得到。另外根據(jù)臺(tái)板的安裝要求以及檢測(cè)臺(tái)的結(jié)構(gòu)要求，此臺(tái)板的質(zhì)量不宜過大。且臺(tái)板應(yīng)該造型[17]簡(jiǎn)易，以防止在澆注的過程中產(chǎn)生鑄造缺陷，而鋁合金的流動(dòng)性較好，充型能力好，得到的鑄件形狀完整、輪廓清晰、缺陷較少，因此較宜采用鋁合金材料，其具體參數(shù)如下表所示 表310 ZL201A合金參數(shù)列表項(xiàng)目參數(shù)合金牌號(hào)ZAlCu5MnA合金代號(hào)ZL201A鑄造方法S砂型鑄造、J金屬型鑄造合金狀態(tài)T5抗拉強(qiáng)度390伸長(zhǎng)率8布氏硬度（HBW）100 臺(tái)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）、鑄件的最小壁厚 合理的鑄件壁厚，既能夠滿足鑄件的強(qiáng)度與剛度要求，還能夠防止出現(xiàn)澆不到、縮孔、變形、裂紋等缺陷。此外，鑄件的最小壁厚不僅與所選材料密切相關(guān)，還與鑄型的種類有關(guān)。金屬型鑄造具有尺寸精度高、表面粗糙度低、金屬型鑄件的表面質(zhì)量和力學(xué)性能好等優(yōu)點(diǎn)，尤其是對(duì)鋁合金類鑄件，可以對(duì)其強(qiáng)度提高20%。此外金屬型鑄造便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)，因此，臺(tái)板的制造采用金屬型鑄造的方法。鑒于其鑄造方法以及材料選擇和臺(tái)板的大小要求，通過查表確定臺(tái)板的厚度為7mm。（2） 、避免界面過厚采用加強(qiáng)筋 由于檢測(cè)臺(tái)臺(tái)板不宜設(shè)計(jì)的過厚，且臺(tái)板需要承受較大的壓力。因此，為保證鑄件的強(qiáng)度與剛度，就需要選擇合理的截面形狀和在薄弱的部分合理安置加強(qiáng)筋。加強(qiáng)筋的設(shè)置，在選擇其厚度時(shí)為防止出現(xiàn)變形、裂紋等缺陷，減少熱節(jié)，要考慮臺(tái)板的厚度，同時(shí)參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[16]，取加強(qiáng)筋的厚度為8mm。 （3） 、鑄件的厚度應(yīng)盡可能均勻 如果鑄件的厚度不均勻就極易產(chǎn)生縮孔或縮松，引起鑄件變形或產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生裂紋，從而極大影響鑄件的強(qiáng)度和剛度，使得到的鑄件無法滿足實(shí)際要求[16]。 臺(tái)板的計(jì)算校核在完成檢測(cè)臺(tái)臺(tái)板的基本尺寸的設(shè)計(jì)后，還需要對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核，以滿足實(shí)際的檢測(cè)需要。根據(jù)圖312檢測(cè)臺(tái)臺(tái)板的結(jié)構(gòu)圖，需要分別對(duì)檢測(cè)臺(tái)平板和加強(qiáng)筋分別進(jìn)行校核。在進(jìn)行校核之前，需要對(duì)檢測(cè)臺(tái)臺(tái)板的受載情況進(jìn)行分析。通過查閱資料以及生活經(jīng)驗(yàn)可知，乘用車的輪胎寬度與車的整備質(zhì)量以及車身的寬度有很大關(guān)系，乘用車的整備質(zhì)量越大，車身的寬度越大，一般輪胎寬度也越大，且乘用車的輪胎寬度一般在165mm~260mm之間。同時(shí)考慮到汽車輪胎的材質(zhì)為合成橡膠，在受載時(shí)有較大的形變量，因此，在進(jìn)行臺(tái)板的強(qiáng)度校核時(shí)，臺(tái)板的受載情況不能認(rèn)為是受集中作用力，而應(yīng)該視為臺(tái)板受局部均布力的作用。在進(jìn)行校核時(shí)，選取合理且特殊的參數(shù)進(jìn)行校核，根據(jù)前面的分析，認(rèn)為臺(tái)板受到最大載荷時(shí)的參數(shù)為：輪胎寬度為180mm，（為防止檢測(cè)臺(tái)在檢測(cè)過程中出現(xiàn)過載，同時(shí)保證檢測(cè)臺(tái)的強(qiáng)度和剛度要求，所選參數(shù)在實(shí)際生活中偏大）。 圖312 臺(tái)板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖已知牌號(hào)為ZL201A的鑄鋁件的抗拉強(qiáng)度為390MPa，考慮到構(gòu)件必要的強(qiáng)度儲(chǔ)備，如構(gòu)件在工作過程中可能遇到的不利的工作條件（局部載荷過大、有銳利物體刮傷等），以及檢測(cè)臺(tái)臺(tái)板對(duì)下部零件具有保護(hù)作用。此外，還要考慮到在強(qiáng)度計(jì)算過程中有些參數(shù)本身就存在著主觀設(shè)計(jì)和客觀實(shí)際的區(qū)別，如鑄造的方式、臺(tái)板的受載簡(jiǎn)化以及強(qiáng)度計(jì)算方法的選擇等等都可能對(duì)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性造成較大的誤差，對(duì)檢測(cè)臺(tái)的實(shí)際的檢測(cè)性能造成較大的影響。在對(duì)臺(tái)板和加強(qiáng)筋的強(qiáng)度校核時(shí)需取定安全系數(shù)，來保證檢測(cè)臺(tái)的實(shí)際性能，提高使用壽命，取定安全系數(shù)為3。根據(jù)圖312所示的設(shè)計(jì)，首先要對(duì)檢測(cè)臺(tái)臺(tái)板進(jìn)行簡(jiǎn)化[19]，分別對(duì)臺(tái)板的無筋平板和加強(qiáng)筋的強(qiáng)度進(jìn)行校核。I、平板的強(qiáng)度校核 平板縱向均勻分布5根加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋間的最大間距為80mm，當(dāng)汽車輪胎（即載荷）處在平板的縱向和加強(qiáng)筋的中間處時(shí)，平板所受彎矩最大，撓曲變形亦最大，此時(shí)的臺(tái)板受到最大工作應(yīng)力。對(duì)此截面進(jìn)行校核，若此處臺(tái)板強(qiáng)度滿足要求，則整個(gè)臺(tái)板滿足實(shí)際應(yīng)用要求。取平板上受載處單位寬度為計(jì)算單元[20]，假設(shè)該單元上的荷載由相鄰的兩加強(qiáng)筋承擔(dān)，考慮輪胎的寬度以及形變，對(duì)其按照簡(jiǎn)支梁均布載荷進(jìn)行計(jì)算。取定輪胎寬度c為180mm，計(jì)算單元寬度b為10mm，平板厚度h為7mm，簡(jiǎn)支梁（即加強(qiáng)筋間距）的長(zhǎng)度l為80mm，安全系數(shù)為3。許用應(yīng)力為 板單元所受載荷 板單元的最大彎矩 板單元所受到的最大應(yīng)力 通過計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)檢測(cè)臺(tái)臺(tái)板受最大載荷且在危險(xiǎn)截面處受最大工作應(yīng)力時(shí)亦滿足工作要求，因此設(shè)計(jì)的此平板符合工作要求。II、加強(qiáng)筋的強(qiáng)度校核 在對(duì)加強(qiáng)筋強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，亦需要找到臺(tái)板受載時(shí)加強(qiáng)筋的危險(xiǎn)截面。根據(jù)材料力學(xué)可知，當(dāng)載荷作用在加強(qiáng)筋的中間部位時(shí)，加強(qiáng)筋有最大撓曲變形，加強(qiáng)筋的中間部位為危險(xiǎn)截面且受到最大彎曲應(yīng)力，此處亦為需要進(jìn)行強(qiáng)度校核的部位。在進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算之前，還需要對(duì)加強(qiáng)筋受最大工作應(yīng)力處進(jìn)行相應(yīng)的受力分析，如圖313所示?？紤]到車輪輪胎的寬度以及輪胎的接地形變，可以認(rèn)為檢測(cè)臺(tái)臺(tái)板受到局部均布力的作用。 橫向平面分析 縱向平面分析 圖313 加強(qiáng)筋受力分析圖 根據(jù)受力分析圖的橫向平面分析可知，此危險(xiǎn)截面是組合式圖形，欲進(jìn)行強(qiáng)度分析，需先求得截面的形心軸的位置。如圖314 所示即為截面形心軸的位置。 圖314 加強(qiáng)筋截面分析 對(duì)于組合式截面對(duì)z軸的靜矩為：