22吨压路机振动轮设计（范文）

设计任务书题目：22吨压路机振动轮设计基本任务及要求：1.研究学习单钢轮压路机振动轮设计的结构及工作原理，对国内外单钢轮压路机振动轮设计的相关专利、文献等进行跟踪分析研究，对单钢轮压路机振动轮设计进行功能分析，对振动轮的结构方案进行分析和设计计算；2.对振动轮偏心机构设计计算，激振力达到同类产品标杆水平；3.根据计算结果，对相关传动装置（减速机、联轴器）进行选型；利用UG软件对振动轮体、联轴器、偏心轴、偏心块、轴承座等相关零部件进行三维建模、虚拟装配并进行干涉检查等；4.按照国标的要求利用UG软件绘制装配工程图及主要相关件的零件工程图；5.对22吨压路机振动轮设计的重要部件提出加工，检验技术要求；6.设计说明书撰写。进度安排及完成时间：1.准备阶段（1周）；2.查阅文献（1周）；3.确定设计方案（2周）；4.撰写文献综述及开题报告（2周）；5.利用UG软件进行三维建模（3周）；6.三维图转化二维图进行零件工程图绘制（2周）；7.撰写毕业论文说明书（3周）；8.毕业答辩工作（1.5周）；9.毕业设计整改（0.5周）；

目录摘要 IAbstract II第1章 概述 摘要本文的课题是22吨压路机振动轮设计，主要对道路机械中的压实机械振动压路机的钢轮的原理及其结构进行研究、分析还有方案的确立、设计以及实施。课题中22吨振动压路机是国内市场中振动压路机已知主要产品里最为集中的规格，对该规格的振动压路机振动轮进行研究对国内振动压路机的发展有一定的积极意义。本文首先确立钢轮的工作原理和设计方案，然后设计过程中通过三维建模进行完善并最后根据国家标准绘制出装配总图及相关结构树里的零件工程图。关键词：22吨；压路机；振动轮；道路机械；钢轮；三维建模

AbstractThesubjectofthispaperisthedesignofthevibratingwheelofthe22Troller.Itmainlystudiesandanalyzestheprincipleandstructureofthevibratingwheelofthecompactingmachineintheroadmachinery,aswellastheestablishment,designandimplementationofthescheme.Inthisproject,22tonvibratoryrolleristhemostconcentratedspecificationintheknownmainproductsofvibratoryrollerinthedomesticmarket.Theresearchonthevibratorywheelofthisspecificationhascertainpositivesignificanceforthedevelopmentofdomesticvibratoryroller.Inthispaper,firstly,theworkingprincipleanddesignschemeofthesteelwheelareestablished,thenthethree-dimensionalmodelingisusedtoimprovethedesignprocess,andfinallytheassemblygeneraldrawingandthepartengineeringdrawingintherelevantstructuretreearedrawnaccordingtothenationalstandards.KEYWORDS:22tons;roller;vibratingwheel;roadmachinery;steelwheel;three-dimensionalmodeling

绪论1.1压路机简介在现当代建筑工程里，路面压实一直是其中的一个重要的机械过程，而利用压实机械实现压实技术，能够顺利完成压实的机械过程，其目的是让结构物基础、填方、路面土壤等被压实材料的强度及刚度更大，消除沉陷，提高该项工程的承载能力以及使用时长，大大地减少工程的维修经费。早在人类科技文明还没有发达的时代，人类就面临着对被压实材料进行压实的问题，而对于此人类也聪明地利用畜类的蹄部、石条乃至木棒解决压实问题。而在一千年以前的隋唐时期，人们就已经开始充分利用畜力和人力拖动石磙，致使石磙一边滚动一边压实土壤，以此修筑驿道。19世纪中叶以前，西方国家一直用自然车辆碾压碎石子铺路，此时压实机械的发展还未有雏形，而之后轧石机问世，使得碎石路面得到了发展，于是有人利用马拉动滚筒进行压实工作，这便开始有了压路机的雏形。压路机是路面压实机械里的主要机械，也经过了漫长的发展过程，它因不同的工作方式而划分为不同的压路机机种，例如拖式压路机、振动式压路机、静力式压路机和冲击式压路机。[1]现在国内市场对于压力机的需求量在逐年上升，但只是销售的规模大幅度增加，而高端机械的市场并不是很强。在这些各式各样的压路机里，振动式压路机在国内市场销量里占有很大的比例，而世界建筑路面工程里，单钢轮压路机完成了绝大多数的工作量。[2]1.2压实技术压实机械应用非常广泛，一般运用于公路的路基和路面、铁路的路基、机场的跑道、堤坝还有建筑物基础等基本的建设工程。一般来说，压实路基、底基层、基层或者面层材料不足时，当车辆、人群等使用者经过路面后，路面就可能会留下车辙印、脚印或者产生裂缝、沉陷，甚至破坏整个路面，造成返工、交通堵塞等不良现象，因此压实要做到的任务就是在路基工程的施工过程中确保路基能够达到一定的密实度，使得后续铺上去的路面的强度够高。用较为高的标准来进行路基和路面的压实,保证了路基和路面具有其应有的强度和稳定性，这是其中一项最为经济有效的技术措施。简单来说，压实技术最基本的是施加外力提高被压实材料的密实度。向压实材料加以载荷,克服掉松散多相的材料中固体颗粒间常有的摩擦力以及粘着力,有效地排掉这些固体颗粒间的空气和水分,使各个颗粒之间产生位移,彼此之间互相靠近，这样被压实材料通过高标准的压实作业以后，它的密实度就增加了。压路机因工作方式不同，可以划分为数几种压路机，可以分为：静力式压路机、冲击式压路机、振动式压路机、真空压路机、智能压路机[3]着重讲述一下振动压路机的压实技术。振动式压路机结构较为复杂，它的工作轮为钢轮，在钢轮内安装了振动轴，在振动轴上又安装了偏心块，这些结构构成了偏振装置。通过振动系统的振动马达的带动,使得振动轴进行着超快速旋转,致使钢轮产生振动，然后在产生出来的振动力的作用下,工作轮将产生的一系列压力波传递到了被压实材料里面，达到了压实的目的。此外还有一种振荡压实技术，它是在第二十世纪的八十年代，由德国悍马(HAMM)公司最优先开发出来的,该公司的代表产品是HAMM公司的HDO75K。振荡压路机的压实原理和振动式压路机不尽相同，它是在振动轮的振动室中以对称的形式安装上能同步反向旋转的两个激振器,能让两个激振器在旋转时互相抵消掉上下方向产生的作用力,使得工作轮承受交变的扭矩,并且对地面持续地作用,形成一段段前后的振动波,致使被碾压的材料产生出交变剪应变,在水平激振力与工作轮的垂直静力的作用下,完成对被压实的材料在合力方向上的压实。[4]1.3单钢轮压路机概述单钢轮振动压路机主要作用在路面和工程结构物土石方基础的压实工作当中,在国外通常称之为土壤压实机，以此来和压实路面的双钢轮振动压路机作区别。[5]在我国，单钢轮振动压路机的生产有两种：机械驱动式的单钢轮振动压路机和全液压驱动式的单钢轮振动压路机。这是根据振动压路机的行走形式来划分的。国内的市场一直是这两者并存，但却以机械传动式的为主导地位。机械传动单钢轮振动压路机和全液压传动式的单钢轮振动压路机之间有着截然相反的优劣势，因此选择不同的压路机行走形式，振动轮的行走系统的设计也会有着大大的不同。全液压传动单钢轮振动压路机的优势很多，首先它的拥土现象更轻，在与机械传动式相比，它的振动轮通过发动机传递动力给了行走液压泵，再传递给振动轮行走系统，因此振动轮本身不是从动轮，机械传动式的振动压路机是将动力都分配给了后轮，由后轮的驱动力让地面对压路机有了一个相反的作用力，这个地面反作用力的一部分通过发动机机架又传递到了前轮轴，推动了钢轮往前滚动或者有一个往前滚动的趋势，这样振动轮也就有了行走能力。作为从动轮，相比于驱动轮，它的驱动力不足，对于压实土壤会造成更严重的拥土现象。其次它的爬坡能力更强，试想一下，钢轮既然拥有了发动机给予的驱动力，那么其液压系统带来的牵引力以及钢轮本身的附着力是不是更大一些呢，那么爬坡能力相比之下更强也是可以说通的。再者是驾驶人员会更为轻松，全液压传动式是单杆操作，通过这根操纵杆，就可以实现无极调速。最后它的压实力相比更大，同等吨位的工作质量的总压实力(其值为工作轮的当量压力与驱动轮胎的静压力之和)比机械传动式的要大大概16%左右。假如用机械传动式来替代全液压传动式的话，就需要增大振动轮质量分配规格的17%~20%。而全液压传动式的缺点也很明显，这直接导致了市场占比的减小。它的液压元件总价更为昂贵，导致生产成本增加，售价便也相应提升，机械传动式的振动压路机同样能够让一般的工程基础的压实作业完成时，人们会更倾向于物美价廉；而技术人员（压路机的驾驶员和修理人员）也要对液压技术更为熟稔，导致招聘工作人员需要更高要求。[6,7]全液压传动方案图机械传动方案图1.4振动轮发展现状和前景展望压路机振动轮一直都是压路机系列产品市场里最热门的工作轮种，21世纪初它的份额便已经在国际市场的销售总额里占比到百分之八十左右，在压实机械产品里占有主导地位。早在二十世纪末，国外的振动压路机振动轮便已经在检测混沌振动压实技术。中国对于振动轮的技术研究和产品开发起步偏晚，所以整体水平与国际最先进的水平相比存在着较大的差异，主要表现在产品的系列不够完善，专业设备缺乏，品种规格过于狭小，经济指标和综合性能还有自动化技术相对落后。中国最开始自主研发出机械传动行走形式的振动轮，近年来也开始发展全液压传动行走行驶的振动轮，并开始在探索电气传动行走形式的振动轮；在单钢轮产品市场里，主要还是机械传动式的振动轮产品为主导地位的。目前振动轮产品以及技术存在的问题主要表现为名义振幅定义不够精准、振动参数设计较为混乱、起振与停振阶段振动轮的振动不够稳定、振动轮可能偏振等四个问题，另外还有一些产品存在着减振性能达不到标准、振动轴承温升过高导致轴承使用寿命简短等问题。单论部分技术，如定向振动技术，其振动轮结构相对复杂，应用时间还不够长，产品相对单一；如圆周振动技术，振动轮对被压实材料的作用深度有限，其系列产品作为高频压路机的优势也没有完全发挥出来。振动轮的技术研究和产品开发实际上已经发展得足够成熟,至今国内外的研究方向主要瞄准在智能化控制、共平台设计系列化产品、能使让钢轮结构得到优化的相关振幅均匀性技术的研究、振动轮起振与停振性能优化技术的研究、机械传动式的单钢轮压路机振动轮起步性能优化。振动轮及其机型产品的发展趋势汇总:（1）销量连续且大幅度增加。（2）技术不断地创新开发、升级、改造、制造。（3）设计理念趋于人性化。（4）注重节能环保。（5）智能化或者无人化技术的探索。（6）适用范围逐步扩大。（7）多种振动方式组合。（8）譬如油与电混合的新传动方式的开发。

第2章总体方案设计2.1设计目的与意义振动压路机是道路压实机械中的一种，它以增大路面铺层、土石填方的密实度为目的的施工设备，在道路与路面及结构物基础铺装工程的施工中起到了主要作用。最早期时它只用于压实非粘性的材料，在技术的不断改进下，即使是粘性土质、水泥混凝土的路面也能用以压实工作了。振动轮是振动压路机做压实工作的主要结构部件，因此课题需要对单钢轮振动压路机的工作部件进行一系列探讨，并能在原有技术上加以部分优化设计。在完成课题研究的过程中需不断探索各项技术，能从其余学科借鉴到相关新颖的技术并利用。课题的意义就在于培养课题设计者的创新思维、随机应变能力、对相关专业的工程技术问题的分析及解决的工作能力，规范设计者的专业设计思想，检验并提高设计者对专业知识的掌握程度，让设计者学会学习，善于学习，能够灵活运用工程软件，树立起技术研究的耐心、细心、好奇心及探索心，为步入社会进行专业工作走向岗位打好扎实的基础。2.2振动轮工作原理单钢轮振动压路机振动轮的结构会导致振动轮的工作原理略微有所不同，虽然其目的都是使钢轮轮体振动达到压实。设计不同的振动系统结构，振动轮的功能也不尽一样。目前市场上具有代表性的振动压路机激振系统主要有三种:圆周振动系统、振荡系统以及定向振动系统。[8]激振系统中最核心的就是激振器，现在的激振器的原理绝大多数都是根据偏心质量块（简称偏心块）旋转来产生离心力达到振动的目的。常见激振器依据结构形式可以划分成单幅激振器、逆转偏心块叠加式的双幅激振器、逆转流体叠加式的双幅激振器、偏心块轴套换位叠加式的多幅激振器和液体无级调幅激振器等。但是这些激振器都具有一个共同特点，就是由振动马达带动结构中唯一的一根振动轴旋转，振动轴装有偏心块且振动轴的中心轴线与振动轮的中心轴线重合。它们的振动方式便是圆周振动，也可称作简谐振动。圆周振动里，激振力就是由旋转轴离心力通过偏心块转化的，因此它的方向就是离心力的方向。当这根振动轴带着偏心块作圆周运动时，就会产生离心力，离心力便通过轴作用于钢轮之上，钢轮便振动起来，对地面产生出不定向的作用力，因此圆周振动也叫不定向振动。圆周振动原理简图定向振动则和圆周振动有了区别。定向振动可以分为三种形式，分别是水平激振、垂直激振和定向激振。一般来说定向振动具有三根在同一平面内且互相平行的振动轴，中间的振动轴中心轴线与振动轮的中心轴线重合，并由着振动马达工作而带动它旋转。中间这根振动轴无需安装偏心块，它只用负责将转矩传递到其余两根旋转轴使它们旋转即可。其余两根振动轴安放在中间振动轴两旁侧的对称的位置，其上都安装好固定偏心块，当中间振动轴旋转时，通过齿轮或者皮带轮传动同步反向旋转。水平激振里，两根旋转轴上安装的固定偏心块产生的激振力在初始角度0°时，即垂直方向上互相抵减，合力为零；当两根旋转轴被中间振动轴驱动得轴向在相反方向旋转了90°时，两个固定偏心块的合力便在水平方向上保持一致；当旋转到180°的时候，产生的激振力又互相抵消了；当旋转到270°时，激振力合力又在与90°相反的水平方向上保持了一致；当旋转了360°回归时，又复原为至合力为零。水平激振在一个振动周期里，于水平方向左右分别振动了一次，而垂直方向上并没有产生任何激振力。垂直激振则和水平激振相反，它是在一个振动周期里，于垂直方向上下分别振动了一次，而水平方向上并没有产生任何激振力。定向激振是三根振动轴中心连线和水平线保持着一定角度，通过对这个角度的大小进行调整，就可以实现对垂直于地面的激振力的分力的大小进行调整，而它的振动方向也依旧是定向的。定向振动可以给压实工作带来的好处是非常明显的,如果说在桥梁的压实过程中,可以选择水平振动,可以避免压实作业对桥梁结构的影响；而如果说在大厚度压实工况之下,那么可以选择用垂直振动,在垂直方向上能够取得最大的激振力,从而大大地升高了压实的效率；如果说在工况比较复杂的条件下,工程人员可以根据不同的压实工况,通过调整三根振动轴中心连线与水平线之间的角度而适当地去调整激振力,从而可以解决这些复杂的压实工况。垂直激振原理简图振荡压实技术算是一种新技术，它是通过定向振动技术延伸的，其实质上和定向振动技术差不多。振荡压实技术其实是利用钢轮的扭振力矩在水平方向上对材料施加了一个交变剪切力。而扭振力矩其实是水平方向上的一个周期性的外力一直在对钢轮作用着,使得钢轮作起了振荡运动。振荡技术技术与定向振动不一样，它两根在外侧的振动轴旋转方向是一致的。若初始旋转方向为逆时针，当中间的旋转轴通过传动系统使外侧的两根振动轴旋转时，两根旋转轴产生了大小相等且方向相反的激振力，此时两轴的离心力互相抵消，合力为零；当中间的振动轴带动两根旋转轴旋转了90°以后，两轴产生的离心力方向相反且大小相等，生成了一个力偶矩，此时使振动轮瞬间完成了一次顺时针方向的扭转振动；当旋转至180°时，两轴的离心力互相抵消；当旋转至270°时，振动轮瞬间又完成了一次逆时针方向的扭转振动；当旋转360°后就复原为与初始一致的状态。在整个振动周期里，振动轮共实现了顺时针方向与逆时针方向两次扭转振动，这样就对被压实的材料实现起到了交变剪切力的重复作用。[9，10,11]振荡激振原理简图2.3振动轮重要参数探讨振动压路机里，振幅是它的主要参数之一，振幅的大小会对地面压实的深度和效果造成影响。什么是振幅呢？在振动压路机振动的时候，振动轮会在各个方向上都产生微小的位移量，这个位移量就是振幅。在条件不一样时，振幅也会不同，根据实际的需求对于振幅也有着不同的定义。振幅可分为设计振幅、名义振幅、实际振幅。设计振幅是指设计人员经过对被压实材料的不断研究后选择出来的指导压路机设计的振幅参数，激振器的静偏心矩Me由设计振幅乘以振动体的质量可以求出。名义振幅A0就是用支撑物将振动压路机架起来的时候测得的悬空状态的振动轮的振幅，此时名义振幅大小与阻尼比、频率比和激振器静偏心矩有关，又被成为空载振幅。实际振幅就是振动轮做实际压实工作时的振幅，所以也被称为工作振幅，它的大小与被压的介质刚度有关，由于该刚度数值在不断变化，因此实际振幅大小也是一个不确定值。[12,13]振动轮的其余参数还有参振质量md、振动频率f、激振力F0，这些参数之间的关系可以用以下公式表示。Md=F0/A0(2πf)2，F0=Meω2。[14]振动轮工作的状况也受到土壤性质的影响。由于振动轮依靠内部的偏心质量来引起激励，所以它与不同土壤之间产生的静载与动载的联合作用也不一样，传递到前车架的振动也会或大或小。例如弹塑性的土壤对振动轮的压实平顺性有着较大的影响,低频工况下对弹性土壤地面压实时,振动轮的平顺性比较差。[15，16]对于不同性质的土壤，调节振动轮的主要参数就能做到完成压实目的。当土壤较为厚实，可以合理提高参振质量；当土壤含水量多时，可以合理提高激振力；当土壤为具有软弱性和不稳定性的软弱性混合料时，可以合理提高振幅。[17,18]当压路机的频率与振动轮的质量一定时，振幅越小，压实的能量就越小，对压实深度的影响也小，但是过小会造成压实效果不理想；振幅越大，对压实深度的影响就大，但是过大会造成过压实现象，使刚刚已经压实好的路面再次变得松散。所以压实工作的工况有不同的要求时，对振动轮的振幅进行调整也能去解决这些难题。过去的振动轮里的调幅机构都较为单一，而现在已经发展到了多种多样的单幅机构、双幅机构和多幅机构。以正反转调幅机构为例，它是一种简单而广泛应用的调幅方法，属于双幅机构中的一种。正反转调幅机构就是设计了固定偏心块与活动偏心块，当液压马达的旋转方法更改的时候，振动轴的旋转方向也跟着改变，在固定偏心块上放置一个挡销，活动偏心块会因为振动轴的旋转方向改变而随之与固定偏心块有不同的工作位置，当活动偏心块旋转半周时会被挡销挡住，此时它与固定偏心块的静偏心矩叠加，所处的工作位置有最大振幅。因此正反转调幅机构可以根据压实面层与压实基础层的不同要求,在低频时配以大振幅，在高频时配以小振幅。[19]活动偏心块2.固定偏心块3.振动轴4.挡销5.振动轴承正反转调幅机构示意图偏心块是激振器里的核心所在，与其说振动轴旋转产生了离心力倒不如说是振动轴带动着偏心块旋转产生了离心力。传统的设计方法是公式法，用固定的公式计算即可；而随着各种软件的发展，可以采取软件来做设计。在二维软件CAD里画出偏心块，然后利用软件求封闭图形面积的功能可以迅速求得偏心块的面积。三维软件UG中的分析功能能够直接得出偏心块的质量与偏心矩，首先进入到UG的“建模”界面，利用草图将2块偏心块和挡销的实体画出来，记得要把实体的比重从默认值7830.64改为7850(即钢的比重)，建模时建议以偏心块的大圆孔中心为坐标的原点，然后将固定偏心块、活动偏心块、挡销根据实际尺寸装配在一起。在装配时必须要给固定偏心块和活动偏心块的平面之间加上一个夹角的约束，即：当偏心块叠加时这个夹角度数为0°，相减时夹角度数为180°。最后按以下步骤求偏心矩和质量，“分析→质量→使用实体计算…”，就会弹出“质量分析”的对话框，点击“确定”以后就会弹出一个精度对话框，接着点击“确定”后就能够选择自己要分析的实体了，之后全部选择；紧接着在对话框中选“面积/体积/质量”就会看到质量选项，再后退回去选择“质心/第一力矩”就会出现各个方向上的偏心距和偏心矩的数值，显示的数值单位是以克和毫米为单位，要注意单位换算。[20]2.4研究方法措施及方案确立1.在知网上首先以“大海捞针”的方式大量查询与课题相关的文献，找准关键词进行文献检索，在国家专利局网址里查询相关设计的专利，通过查询收藏的文献及专利寻找灵感，并消化、吸收，将工作原理、相关设计知识、创新思维等了解透彻，同时学习基本专业课程知识，定下方案后要能够画出工作原理简图。2.撰写完成文献综述及开题报告，并通过相关知识准备进行计算。3.计算的同时检验并完善构思完成的方案，其中有：振动轮工作质量分配、振动轮体直径和宽度、振动轮的振动参数、偏心质量块的设计计算等。4.对相关元件进行选型，可参照《机械设计手册》，并尽快熟悉三维软件UG的使用方法及相关简便或复杂的操作。5.完成三维设计及装配以后，开始对振动轮总成及其重要零件的二维工程图作绘制并修改完善。图一图一是圆周振动轮的设计方案，其工作原理如图二所示：图二振动轴与偏心块由振动马达带动作圆周运动时，产生离心力，离心力通过轴作用于钢轮之上，使得钢轮振动起来，以此达到压实的目的。图三图三是一种水平定向振动轮的设计方案，其工作原理如图四所示：图四驱动马达驱动输入振动轴，通过齿轮传动带动两根输出振动轴转动。两根输出振动轴上安装的固定偏心块产生的激振力在初始角度0°时，即垂直方向上互相抵减，合力为零；当两根输出振动轴被输入振动轴驱动得轴向在相反方向旋转了90°时，两个固定偏心块的合力便在水平方向上保持一致；当旋转到180°的时候，产生的激振力又互相抵消了；当旋转到270°时，激振力合力又在与90°相反的水平方向上保持了一致；当旋转了360°回归时，又复原为至合力为零。水平激振在一个振动周期里，于水平方向左右分别振动了一次，而垂直方向上并没有产生任何激振力。两种方案里，就结构而言，圆周振动轮对地面产生的作用力是不定向的，因而振动不稳定，可能造成某些被压实材料压实深度不够的现象；水平振动轮对于地面产生了水平方向的作用力，消除了在垂直方向上对被压实材料造成的扰动。因此选择水平定向振动轮的设计。就传动方式而言，两者都属于全液压驱动，当发动机通过液压系统让行走马达驱动时，通过减速机调速并带动轮体旋转，而振动轮另一边也有行走轴承支承，由于前车架固定，使得钢轮能够前行。图五为机械驱动式的水平振动轮。图五机械传动式的方案没有行走马达和减速机，因此该方案里的振动轮本身没有驱动力，只是由行走轴承支承使滚轮具有行走能力，它的滚动需要由压路机后轮驱动时对地面产生一个作用力，地面再对机体产生一个反作用力，这个反作用力通过车架传递到前轮，使前轮具有滚动趋势或能够滚动前行。两种驱动方式的方案里，机械驱动式由于钢轮本身并没有驱动力，所以压实作业中会有拥土现象，爬坡能力相对更弱，参与压实的重量设定相对需要更小，使得压实效果更差。全液压驱动方式的价格成本相对更高，但是液压元件近年来价格下调，因此依旧选择全液压传动方式的水平振动轮。

第3章振动轮结构设计3.1基本参数设计依据本文课题为22吨压路机振动轮设计，按照最后确立的方案选择的是全液压驱动式的水平振动轮。可以从三一重工官网上查到质量同为22吨的全液压驱动式的单钢轮振动压路机的部分设备参数。SSR220AC-8SSR220C-8H总质量22000kg22000kg激振力390/258kN410/300kN参振质量11000kg14600kg驱动质量11000kg7400kg静线载荷516N/cm678N/cm振动频率29/35Hz29/35Hz名义振幅1.9/0.95mm2.0/1.0mm直径1600mm1600mm宽度2130mm2130mm轮圈厚度40mm40mm此外还另外寻找了一些其余国内外生产商的典型单钢轮振动压路机的主要技术参数。生产厂家机型频率Hz振幅mm激振力kN参振质量kg驱动质量kg直径mm宽度mm行走速度km/h总质量kgDYNAPACCA610D29/311.8/1.1317/231140506650156321300～1120700VOLVOSD200DX23.3/30.81.76/1.14368/137136056800165121340～12.720408洛建LSD222H28/352.0/1.0400/320137008300160021300～11.222000徐工XS22228/331.86/0.93400/280150007000160021300～1022000所以根据以上其余类似机型参数，本设计课题的振动轮压轮为光轮，其直径D为1600mm，宽度L为2130mm，轮圈厚度为40mm。3.1.1振动轮参振重量振动轮的参振重量是单钢轮压路机工作钢轮的主要工作参数的其中之一，它与其它主要工作参数同为振动压路机以及其内部部件总成的设计的依据，往往也是振动压路机整体的性能优劣性的带有决定性质的因素。本文课题选取的全液压驱动式的单钢轮振动压路机，其振动轮的分配重量理所当然地可以分配到比后轮更多的质量来支持振动参与土壤、桥梁、填方和路面路基的压实。因此光轮钢轮的分配重量可以取到整机总质量的百分之六十到百分之六十五左右，用以保持其压实能力。分配振动轮的参振重量m为22000×0.65=14300kg。3.1.2静线载荷由于振动轮的参振质量的数值不同，其对于被压实材料所施加上的静压力的大小也就有所不同，因此为了需要比较出不同参振质量的振动轮的压实能力，就再引入了一个叫振动轮的“静线载荷”的概念。静线载荷的具体含义是指沿着振动轮的轴向的单位长度上施加给被压实材料（通常设定以土壤为例）的静压力，又可以被称作线压力。静线载荷q的单位为N/cm，其的计算表达式为q=G/b式中G为压轮上的分配载荷，Nb为压轮宽度，cm。所以本设计的振动轮的静线载荷q=（14300×9.8）/213≈658N/cm。3.1.3振动参数振动轮的每一项振动参数会展现出振动压路机的整机性能的好坏，而工作对象作用在不同的被压实材料上时，会有不同的工作频率和振幅。由于在国内外振动压实理论暂时还不够成熟、压实的工作状况充满了随机性、被压实材料物理性质具有多变性导致的铺层材料的刚度以及振动系统的固有频率都产生了随机变化，最后致使振动参数也变得复杂到难以精确选取，因此目前采取较为可靠的做法是利用已有的大量的实验结果统计及分析，从中间对振动参数选择出一个合理的取值范围。工作频率f和名义振幅A0依据以下参数选择取值范围：压实路床以及路基时，f取25～30Hz，A0取1.4～2.0mm压实次级的基础层时，f取25～40Hz，A0取0.8～2.0mm压实沥青浇灌的混凝土以及路面时，f取30～50Hz，A0取0.4～0.8mm本设计工作振幅f取值28～33Hz，名义振幅A0取值1.0～2.0mm。根据上车质量和下车质量的比值0.8～1.8左右，故此分配上车质量为7300kg，下车质量为7000kg。激振器的转速n=60f，所以最大转速为60×33=1980r/min，最低转速为60×28=1680r/min。角频率ω=2πf，最大角频率为207.24rad/s，最小角频率为175.84rad/s。周期T=0.03s。振动加速度是反映振动轮工作时对地面动态冲击力度的大小值的参数，它的大小a=（A0·ω²）÷9.81，高频时加速度为4.37m/s²，低频时加速度为6.31m/s²。静偏心矩Me为振动质量及名义振幅的乘积，故我们可以求得低振幅时的静偏心矩为7N·m，高振幅时的静偏心矩为14N·m。已知振动功率公式P=（Me·ω·φ）÷75ηη＇，其中φ为振动轮的振动阻力系数，取值一般为1.5，η为振动泵参数，取值为0.85，η＇为振动马达效率，取值为0.77。最后求得振动功率为75.2kW。激振力F0是凭借着偏心块在超快速旋转时产生的离心力提供的，它的大小只能和静偏心矩以及角频率有关。由于水平振动轮有两组振动旋转轴，在水平方向两组振动轴上的偏心块会有合力即为激振力，每一组轴和偏心块产生的激振力即为一半。已知激振力计算公式F0=ω²·Me，可以求得振动轮最大激振力为434kN，最小激振力为301kN。所以单组轴的最大激振力即为217kN。3.2振动系统设计3.2.1偏心块设计图六本水平振动轮采用整半圆偏心块，结构如图六所示。代入截面面积A与偏心距r0，依据公式A=（R1²+R2²）×π/2-πr²、r0=4×（R1³-R2³）/{3×π×（R1²+R2²-2r²）}根据静偏心矩Me=m0·r0=ρ·A·δ·r0，式中ρ为偏心质量的材料密度，45钢的kg/mm³；δ为偏心部分的长度mm。得出R1为170mm，R2为80mm，r为60mm，A为44117mm²，r0为66.5mm。3.2.2振动轴及轴上零件设计振动轴在振动轮进行着振动压实工作中的过程中，在里面的工作条件特别差，它们一边遭到了偏心块离心力的作用在进行着超快速旋转，一边承受着来自激振力赋予的强迫性的激振。振动轴安装有偏心块，它所受到的最大径向力P（单位为N）可以由公式P=γ·F0确定值。式中F0为偏心块的离心力，即激振力的大小，单位为N；γ为平衡系数，γ=（md-mw）÷md，其中mw为包括了偏心块在内的旋转质量，单位为kg，md为振动轮的参振质量，单位为kg。γ一般可取值为0.95。最终求得单根振动轴所受径向力为1/2P=206.15N。振动轴所受弯矩Mc（单位为N·m）=（2-δ÷L）·P·L/8式中L为跨距，单位为m；δ为偏心块的总厚度，单位为m。根据振动轴中间的直径dc（单位为mm）的抗弯强度计算公式dc＞21.7·式中[σ]为振动轴的许用弯曲应力，根据材料45钢可以取[σ]=100N/mm²，最后求得dc＞113mm，于是取dc为130mm，该轴段长度为200mm；偏心块厚度δ为152mm，即偏心块所在轴段长度为152mm。由于偏心块安装在振动轴上需要定位，采用平键连接的方式，故此根据查询机械设计手册取平键为国家标准件GB/T1096-2003,b×h×l=32×18×140，键槽尺寸为b×t×l=32×12×140。根据结构和内径尺寸最近的圆柱滚子轴承，选用GB/T283-2007NJ321圆柱滚子轴承，外径为225mm、内径为105mm、宽度为49mm。因此安装轴承的轴段直径为105mm。图七根据确立的方案，可以知道由输入振动轴通过齿轮传动带动两根输出振动轴转动，图七为输出振动轴1的三维建模。输出振动轴1最左端轴段长度根据结构设定为74mm。而右端安装的轴承需要安装轴承座与振动室滚筒结构板相接，设定长度为82mm。圆柱滚子轴承在轴上的定位需要用轴用挡圈，根据机械设计手册可查询到使用GB/T894.2-1996轴用弹性挡圈。图八图八为该标准件的轴用挡圈的三维建模，其内径尺寸为98mm，厚度为3mm。振动轴1最右端轴段通过平键连接与方案里大齿轮相接。下面对大小传动齿轮进行设计。设计项目设计依据及内容设计结果1.选择齿轮材料、热处理方法、精度等级、齿数Z及齿宽系数φd齿轮传动中的大小齿轮均选择45钢调质处理，首先设计出输入轴与输出轴上相互啮合的两个小齿轮的数据。齿面硬度为260HBS，初选7级精度，按软齿面齿轮悬臂布置选取齿宽系数φd为0.4，齿数暂设定为65大小齿轮均为45钢调质处理，齿面硬度为260HBS，7级精度，小齿轮齿数Z为65按齿面接触疲劳强度设计确定参数1）载荷系数分度圆直径dt≥3.32··试选载荷系数Kt为1.5Kt=1.52）齿轮转矩T1T1=9.55××（P/n）=9.55××（75/1680）=4.263×N·mT1=4.263×N·m3）材料系数查机械设计手册得=189.8=189.84）接触疲劳强度按齿面硬度与机械设计手册查得为560MPa=560MPa5）应力循环次数设定工作寿命10年，每年工作3000天，两班制，工作平稳。N=60nj=60×1680×1×10×300×16=4.838×次N=4.838×次6）接触疲劳寿命系数查机械设计手册得=0.90=0.907）确定许用接触应力[]取安全系数=1[]=·/=0.90×600MPa[]=504MPa设计计算1）试算齿轮分度圆直径dt代入以上数据dt≥141.46mm2）计算圆周速度vV=（π·dt·n）/（60000）V=3.10m/s3）计算载荷系数K查机械设计手册得使用系数=1,动载系数=1.2，齿向载荷分布系数=1.2，K为三者乘积K=1.444）校正分度圆直径d1d1=dt·d1=197.3mm计算大小齿轮的几何尺寸1）计算模数mm=d1/z=197.3÷65=3.03mm，按标准模数选取m=3mmm=3mm2）分度圆直径dd=mz=3×65=195mmd=195mm3）齿宽bb=φd·db=390mm4）大齿轮根据轴径设定大齿轮分度圆直径为390mm，齿数则为130，b=85mm分度圆直径为390mm，齿数为130，齿宽85mm大小齿轮由于是悬臂布置，也需要定位，采用轴用挡圈固定。大齿轮的轴用弹性挡圈内径为94.5mm，厚度为3mm。小齿轮的轴用弹性挡圈内径为65.5mm，厚度为2.5mm。图九图九为振动轴2的三维建模，小齿轮安装的轴段长度为87mm，根据机械设计手册查询，采用GB/T1096-2003平键b×h×l=22×14×70，键槽尺寸为b×t×l=22×10×70。大齿轮采用GB/T1096-2003平键b×h×l=28×16×80，键槽尺寸为b×t×l=28×11×80。图十图十为输入振动轴的三维建模，根据结构和查询机械设计手册选用GB/T283-2007NJ215E圆柱滚子轴承，内径为75mm，外径为130mm，宽度为25mm，因此安装该圆柱滚子轴承的轴段直径为75mm，根据结构决定长度为55mm；中间轴段长度为168.5mm，直径由于需要对圆柱滚子轴承进行轴向的定位，设计其直径为80mm。对于圆柱滚子轴承的另一方向的轴向定位，同样采用轴用挡圈定位的方式，查询机械设计手册，可得该圆柱滚子轴承的轴用弹性挡圈内径为70.5mm，厚度为2.5mm。联轴器三维建模示意图输入振动轴通过联轴器与振动马达相连接，振动马达旋转通过联轴器带动输入振动轴旋转实现钢轮内振动轴、偏心块的旋转产生离心力来达到振动压实的目的，因此联轴器也是一个重要部件。因为振动轮会产生振动，而弹性柱销联轴器适用于将两同轴度的传动轴系连接，并且其功能里还有补偿两轴之间的相对偏移以及一定程度上的减振性能。弹性柱销联轴器有LXZ与LX两个型种，LXZ是属于带制动轮式的弹性柱销联轴器，所以本设计选择的是LX类型的弹性柱销联轴器，根据转矩和许用转速选择LX3型号，联轴器的连接型式选择为平键单键槽，型式代号为A型，用J型的有沉孔的短圆柱形轴孔。从动端轴孔直径为35mm，轴孔长度为60mm，键槽尺寸为b×t×l=10×38.3×82，主动端轴孔直径为30mm，轴孔长度为60mm，键槽尺寸为b×t×l=8×33.3×82。3.3减振系统设计3.3.1橡胶减振器振动轮是整个振动压路机的工作部件，其振动状态为整个车辆振动的重要来源。在振动压实工作中，会特别需要减振装置来降低振动对驾驶员的影响。减振分为三级环节，第一级减振就是我们本次设计需要的一级减振器，介于前车架与振动轮之间的位置；第二级减振为二级减振器，介于驾驶室的底板和后机架之间的位置；而驾驶员座椅之下的弹簧弹性支承元件就是三级减振器。据大家所知，振动轮振动越激烈，振动压实的能力就越强大，但是过于激烈的振动也会导致机械零部件的使用寿命受到影响，最为直观的是会对驾驶员的身体造成极为严重的损伤。所以人们需要在减振功能上有所需求，通常就采用减振器将振动传递到上车架。一级的减振器一般分为三种常见的类型：橡胶减振器、空气组合的弹簧减振器、钢丝螺旋的弹簧减振器。相比其余两种减振装置，橡胶减振器的减振能力尤为明显，优越性更大，因此本设计一级减振器就选择使用橡胶减振器。橡胶减振器通过阻尼减振的方式进行减振工作。所谓阻尼减振就是在一定程度上充分地将振动传达来的能量转化为热能逐步地消耗掉。橡胶减振器的优点如下：①形状以及来自各个方向上的刚度均可以根据设计的需求来确定。②橡胶材料的内摩擦很大，振动轮的工作频率会更加安全地通过共振区。③橡胶减振器对于高频率振动的吸收能力很强，弹性模量远远小于金属材料，减振工作时变形允许的形变量很大。④可以无需刻意去改变橡胶材料的外形以及尺寸，只需要去改变它的硬度就能获得不同情况下的刚度。⑤橡胶材料的重量更为轻便，拆卸时更简单容易，修理方便，可减少工人工作时间。3.3.2橡胶减振器的确定橡胶减振器的材料只有两种，分别是丁腈橡胶和天然橡胶。两者相比之下天然橡胶制成的减振器加工起来更加方便，机械性能也更好，但是阻尼相比更小，在通过共振区时很不安全，耐油性较差，接触油污以后就会发生变形导致弹性丧失，所以本次设计选择阻尼更大以及耐油性更好的丁腈橡胶。橡胶减振器的几何形状也只有两种，根据截断面的二维几何形状分为圆截面以及矩形截面。圆截面的橡胶减振器的剪切刚度在各个不同的方向上却均相等，矩形截面则在不同的方向上有着不同的剪切刚度的差异。本设计的振动轮是全液压驱动的，因此扭矩需要传递，故此采用圆截面的橡胶减振器。橡胶材料的硬度是橡胶减振器里的一个非常重要的参数，本设计选择40～60HB的丁腈橡胶。3.3.3振动轮减振布置因为本设计为全液压驱动式的水平振动轮，因此振动轮会传递驱动力矩，属于驱动型振动轮。我们设计的振动轮对于被压实的材料发生堆积的现象趋向会更小，它和前机架之间有多个橡胶减振器组成了一个较为庞大的弹性联轴节，所以我们按照辐射的形式布置好圆截面的橡胶减振器，用以保证橡胶材料的连接刚度所受的来自于驱动力位置变化而产生的影响更少。

橡胶减振器分布三维建模本设计的圆截面橡胶减振器是非变径的，几何尺寸有经验公式0.4≤≤0.8，式中，H为圆形截面的减振器高度，D为圆形截面的减振器直径。取H=60mm，D=100mm，求得比值为0.6，符合这一设计原则。

第4章设计时遇到的问题4.1轴上定位我在三维建模的设计过程中遇到了一系列的问题，轴上定位便是其一。轴上安装有圆柱滚子轴承、大小齿轮以及偏心块。在最初的设计过程中，我并未考虑到这些轴上零件的定位，比如悬臂布置的齿轮会向悬空处游动，偏心块若不固定就会在轴上自由转动无法建立起相位摆放及按照原理安装实现水平振动轮仅仅只在水平方向上产生激振合力。简单介绍一下圆柱滚子轴承，它是圆柱体滚子和轴承内的滚道为线接触的轴承。由于它主要能够承受径向负荷且它承受负荷的能力极强，适合于在高速旋转的场合下使用，因此我在振动轴上的轴承选用圆柱滚子轴承。可由于圆柱滚子轴承是外圈和内圈能够在轴向作相对运动，因此在轴上需要进行四个方向上的定位。查阅了机械设计手册以后，逐步明白圆柱滚子轴承的轴上定位方法，所以我采用轴的阶梯结构和轴用挡圈对圆柱滚子轴承的内圈进行轴向上的定位。而偏心块和大齿轮也同样用轴用挡圈进行轴向定位。对于圆柱滚子轴承的外圈，我采用轴承座和端盖定位，还有其余部件结构以及孔用挡圈进行定位。.圆柱滚子轴承的轴上定位孔用挡圈三维建模示意图孔用挡圈安装在与外圈配合的结构上，按照机械设计手册取GB/T893.2-1986孔用弹性挡圈B型。4.2装配关系作为一个零件工程图的绘制者，对于课题机械产品的结构应该是有足够清晰的思路的，我恰恰在设计过程中很不巧地弄错了逻辑关系。对于一个有复杂结构的机械设备来说，它并非设计困难，也绝非是设计容易。在进行设计之前，就要首先去了解到该机械设备的工作原理，然后其中各零件各组件之间的逻辑关系，谁是谁的上级图纸，装配的过程中哪些零件属于哪个部件属于总成装配图的结构树，这些都是要弄清楚的。有“自底向上”和“自顶向下”的方法。从总的逐渐向下走到最简单最基础的零部件，或从最基础的一路增加部件构思到总成图，就能在过程中清晰地认清楚逻辑关系。水平振动轮的设计过程是较为漫长和复杂的，最为鲜明的就是装配关系。该怎么去装，考虑到安装顺序，建立起完善的结构树。逻辑关系结构树截图通过“自底向上”，首先从核心的偏心块构思起，有振动轴才能让偏心块转动，有两根具有相对位置的振动轴才能产生相位差保证不同角度下的合力方向，有滚轮才能是一个完整的振动结构，有输入振动轴通过齿轮传动才能带动两根输出振动轴旋转，振动马达保证振动轴转动，钢轮和幅板作为外部结构，通过行走系统让车架能推动水平振动轮前行，通过减振系统保持前车架和滚轮之间有减振的功能，反之“自顶向下”则是从总体逐步向下思考，考虑到水平振动轮该具有怎样的功能，这些功能怎么去实现，用哪些结构哪些组件部件零件，依次类推。4.3制图规范在三维建模的时候就会有不严谨的行为，机械设计手册作为机械工程师和机械专业学习者眼中的“神书”，其实是有很重要用途的，重要到它根本就是我们的命根。一个好的设计者绝对是会合理使用机械设计手册查图表和标准的。绝大多数零件都是有严格意义上的规格，例如圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、轴用挡圈、孔用挡圈、齿轮、轴系结构和螺纹紧固件等，都是具有严格标准选用准则和尺寸的。在设计过程中我无可避免地没有及时去查询机械设计手册，导致许多结构出现别扭的视觉，最后重新查询机械设计手册去改善结构去增加零件。而三维转化为二维工程图的时候，剖面线和中心线是需要注意的地方。对称结构需要有中心线，看不见的视图里的重要结构需要剖切后使用剖面线以展示出来，而螺纹紧固件是需要在二维图里设定为非剖切的。而二维图的技术要求，例如加工面，例如焊接件，例如公差配合，都是需要仔细去标注清楚的，因为我们做的图就是为了给加工的人去明白如何操作如何加工成我们需要的样子。明细表里的组件、部件、零件需要一一区分开来，标准件需要注明清楚国家标准的代号是什么，例如平键还需要将平键的规格尺寸注明出来。制图规范严谨是一直都需要记住的一点。总结毕业设计是真的挺难的。虽然最后自己从头到尾完成了毕业设计，但还是想要大声地喊出一声：“不容易啊！”但是通过指导老师不厌其烦的悉心教导，以及和毕业指导小组里的其他的优秀的同学通过讨论一起共同解决了难题，也会觉得毕业设计并不是为了阻碍毕业而存在的难题。每一个课题可能领域不一样，有些课题是偏向于模具，有些课