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轮式装载机驱动桥安装螺栓拧紧力矩的计算 |
内容摘要：通过对轮式装载机驱动桥安装螺栓拧紧力矩的计算，确定既满足设计和使用要求，又易于装配、防松能力强的桥螺栓拧紧力矩。
关键词：桥螺栓 拧紧力矩
驱动桥位于装载机传动系统的末端，主要由桥壳、主传动器、半轴、轮边减速器以及轮胎轮辋总成组成。桥螺栓连接驱动桥和车架底盘于一体，是装载机上控制拧紧力矩的重要部分。
螺纹联接在装配时都必须拧紧，使联接在承受工作载荷之前，预先受到预紧力的作用。预紧的目的在一增强联接螺栓的可靠性和紧密性，以防止受载后被 联接件间出现缝隙或发生相对滑移。桥螺栓通常为塑性材料（45），工作时承受变载荷，预紧力过大，螺纹副过度变形造成早期损伤、拉断螺栓，破坏结合面。而预紧里过小容易造成连接松脱，结合面错移，从而导致螺栓横面剪断。显然，在允许的范围内适当选用较大的预紧力对螺纹联接可靠性和被联接的疲劳强度是有利的。在装配过程中，比较常用的控制和测量预紧力的控制方法为力矩法。
下面以ZL50G 轮式装载机为例，计算在满载时，以前进二挡最高速度 V=37Km/h制动，制动距离 s=11m的状态，分析前桥螺栓（受载大于后桥螺栓）所承受的载荷，计算所需的拧紧力矩，如图1
1、桥螺栓 2、前车架 3、驱动桥
4、平垫圈 5、弹簧垫圈 6、螺母
图 （1） 桥螺栓连接局部剖视图
1 确定桥与车架结合面螺栓可能受到的最大摩擦力
V=37Km/h=10.3m/s
a===4.8m
F=ma=23000×4.8=110400N
式中m---满载时整机质量
显然在制动状态下，这个合力就是轮胎受到地面对它的摩擦力。已经知道满载时，前桥载荷的分配比为0.688，则前桥轮胎所受到的摩擦力为0.688×110400=76000N，由此可知，前桥与前车架结合面之间的摩擦力为76000N。
2 桥螺栓受力分析
2、1 如图（2）所示，该螺栓组螺栓数=8，对称布置。
2、2 在摩擦力作用下，前桥螺栓承受横向力和倾覆力矩的作用。
2、2、1 横向力（作用于结合面）
P=F=76000N
2.2.2 倾覆力矩（逆时针方向）
M=F×0.824=76000×0.824=64000N.m
2.3 在倾覆力矩的作用下，左面四个螺栓受到加载作用，而右面四个螺栓受到减载作用，故左面的螺栓受力大，可按下式计算：
F===67000N
式中Z-桥螺栓的总数目
L-各螺栓轴线到安装轴线距离
故左面螺栓所受的轴向工作载荷为F=6700N
2.4 在横向力的作用下，联接结合面可能产生滑移，根据结合面不滑移的条件
f(zQ-P)KP
式中 P-螺栓组所受的轴向力，此力较小，忽略不记，作为钢材料的结合面，摩擦系数f=0.16，取=0.2，则=1=0.8，取防滑系数K=1.2，则各螺栓所需要的预紧力为
Q(+P)=(+0.8×0)= 71250N
2.5 螺栓所受的总拉力Q为
Q=Q+F=71250+0.2×76000=86450N
2.6 验证桥螺栓的强度。
ZL50G桥螺栓是细牙螺纹M30×2，螺纹公称直径 d=30mm， 螺纹中径d=28.701mm.
σ＝
τ＝＝··
＝·２×１．０４·＝０．３４４σ
式中 ψ－－－－螺纹升角
ψ＝ａｒｃｔａｎ＝ａｒｃｔａｎ＝ａｒｃｔａｎ
＝ａｒｃｔａｎ０．０２２
ｐ－－螺纹当量摩擦角，
ｆ－－螺纹当量摩擦系数
ｐ＝ａｒｃｔａｎＦ＝ａｒｃｔａｎ０．３２
考虑到螺栓是塑性的，故可根据第四强度理论，求出螺栓预紧状态下的计算应力为：
σ＝＝＝１．２σ
由此可见，螺栓在拧紧时，虽是同时承受拉伸和扭转的联合作用，但在计算时，可以只考虑拉伸强度计算，并将所受的拉ｌ力增大２０％来考虑扭转的影响，此处，螺栓既承受预紧力，又承受工作拉力。因此，危险截面的拉伸强度条件为：
σ＝＝＝１７０×１０Ｐａ
＝１７０Ｍｐａ＜σ＜σ
式中ｄ－螺栓危险截面的直径，ｍｍ；
σ－－螺栓材料的屈服极限，３５５Ｍｐａ．
σ－－螺栓材料的强度极限，６００Ｍｐａ．
２．７ 计算桥螺栓所需拧紧力矩
拧紧时，扳手力矩Ｔ是用于克服螺纹副的螺纹阻力矩Ｔ及螺母与被连接件（或垫圈）支承面间的端面摩擦力矩Ｔ
Ｔ＝Ｔ＋ＴＦｔａｎψ＋Ｐｖ＋Ｆｆ×
＝ＫＦｄ Ｎ·ｍｍ
式中Ｆ－预紧力
Ｋ－拧紧力矩系数
Ｋ＝ｔａｎφ＋Ｐｖ＋×
式中 Ｆ－螺母与被连接件支承面间的摩擦系数接合面钢－钢干燥的机加工表面，取Ｆ＝０．１６
Ｄ－桥螺栓头内切圆直径Ｄ＝４６ｍｍ
ｄ－安装孔直径ｄ＝３２ｍｍ
代入数据得：Ｋ＝０．２７
Ｔ＝ＫＦｄ＝０．２７×８６４５０×０．０３０＝７００Ｎ．Ｍ
考虑到铲掘作业时，螺栓受力比较复杂，数值要比这种状态大，同时因此需要在螺栓强度允许的范围内的加大拧紧力矩１．５倍。
所以技术要求的拧紧力矩为１０００Ｎ．ｍ
参考文献：
１．濮良贵、纪明刚编著，机械设计（第六版），高等教育出版社
２．徐灏主编，机械设计手册，中国矿业大学出版社
３．吴相宪等编，实用机械设计手册，中国矿业大学出版社
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