常喜慶，張力存

（1.泰安航天特種車有限公司，山東 泰安 271000；2.火箭軍裝備部駐泰安地區(qū)軍事代表室，山東 泰安 271000）

車橋安裝需要準(zhǔn)確定位便于推力桿及相關(guān)部件螺栓連接。專門的重型車橋安裝舉升車，國內(nèi)許多廠家也進(jìn)行了許多探索，如，中聯(lián)重科股份有限公司余自朝、肖利2012 年8 月申請的專利車橋安裝小車（申請?zhí)枺?01220410858.1，授權(quán)公告號：CN202703746U）實(shí)現(xiàn)了車橋的安裝。從結(jié)構(gòu)上看，其采用升降小車形式，升降小車可手推移動，剪式升降結(jié)構(gòu)升降車橋，但車橋與懸架連接孔需要準(zhǔn)確定位，小車僅通過轉(zhuǎn)向移動實(shí)現(xiàn)定位，定位準(zhǔn)確度較低。江蘇松源機(jī)械制造有限公司高桂松2018 年1 月申請的車橋安裝小車（申請?zhí)枺?01820081862.5，授權(quán)公告號：CN207932974U）實(shí)現(xiàn)車橋的安裝。從結(jié)構(gòu)上看，仍采用升降小車形式，小車可手推移動，該小車有微調(diào)機(jī)構(gòu)，萬向球支撐方便旋轉(zhuǎn)微調(diào)車橋，定位準(zhǔn)確度較高，可滿足懸架連接孔準(zhǔn)確定位需要。

研究某車橋定位安裝設(shè)備將運(yùn)載車橋至車架裝配工位下，車橋與車架通過推力桿進(jìn)行連接，推力桿及相關(guān)部件連接螺栓需對齊螺栓孔[1]，設(shè)備依靠車輪驅(qū)動無法一步準(zhǔn)確到位，需要設(shè)置進(jìn)行調(diào)節(jié)的微調(diào)機(jī)構(gòu)，確定該微調(diào)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及參數(shù)。

1 微調(diào)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)確定

某車橋定位安裝設(shè)備的三維模型如圖1 所示。

圖1 重型車橋定位與安裝設(shè)備結(jié)構(gòu)

設(shè)備運(yùn)載車橋到車架下部后，車橋與車架通過推力桿進(jìn)行連接，推力桿及相關(guān)部件連接螺栓需對齊螺栓孔，設(shè)備依靠車輪驅(qū)動無法一步準(zhǔn)確到位，需設(shè)置微調(diào)機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。微調(diào)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)軸方向自由度調(diào)節(jié)，設(shè)備行駛系統(tǒng)前后移動可繼續(xù)進(jìn)行設(shè)備前進(jìn)方向自由度調(diào)節(jié)，這樣縱橫向調(diào)節(jié)綜合作用可實(shí)現(xiàn)水平面內(nèi)全方位調(diào)節(jié)，高度方向可繼續(xù)使用電動液壓剪式升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣實(shí)現(xiàn)三維空間安裝位置全覆蓋，因此微調(diào)機(jī)構(gòu)可滿足使用要求。微調(diào)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖2 所示，該微調(diào)機(jī)構(gòu)位于圖1 設(shè)備舉升機(jī)構(gòu)上平板上平面，微調(diào)機(jī)構(gòu)包括：微調(diào)平臺板、舉升機(jī)構(gòu)上平板、微調(diào)平臺旋轉(zhuǎn)套、導(dǎo)向槽、旋桿及手柄。

圖2 螺紋調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)手柄，微調(diào)平臺螺轉(zhuǎn)套與旋桿相對運(yùn)動，平臺沿導(dǎo)向槽運(yùn)動。導(dǎo)向槽采用燕尾槽結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通常作為機(jī)械相對運(yùn)動導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，運(yùn)動精度高，穩(wěn)定性好，此外燕尾槽和導(dǎo)軌配合使用起支撐作用。具體結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 燕尾槽結(jié)構(gòu)

旋桿兩側(cè)通過軸承支撐固定于底板焊合，結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 旋桿結(jié)構(gòu)

2 梯形螺紋副參數(shù)確定

2.1 梯形螺紋副參數(shù)確定

旋轉(zhuǎn)旋調(diào)手柄，微調(diào)平臺螺轉(zhuǎn)套與旋桿相對運(yùn)動，平臺沿導(dǎo)向槽運(yùn)動[2]。螺旋套與旋桿螺紋副選用梯形螺紋副?；瑒幽Σ亮Γ?/p>

式中：f為滑動摩擦力，μ為滑動摩擦系數(shù)，燕尾槽部兩構(gòu)件為鋼材且定期潤滑，取0.13～ 0.17，啟動時f取大值，運(yùn)轉(zhuǎn)中取小值。本次取0.17，N為壓力，根據(jù)車橋質(zhì)量，本次載荷選取2.5 t，微調(diào)平臺板重63 kg，本次壓力取25117.4 N。

帶入式（1）得

螺紋傳動選取梯形螺紋，旋桿材質(zhì)選用45#鋼，按耐磨性計算螺紋中徑為：

式中：F為軸向載荷，本次為摩擦力的反向力取值4270 N；Pp為螺紋副需用壓強(qiáng)，本結(jié)構(gòu)移動為低速移動，螺紋副材料為鋼對鋼，值為7.5～ 13，當(dāng)ψ＜2.5或人力驅(qū)動時，Pp可提高20%，本次取12，手動設(shè)計時ψ值可根據(jù)螺母的形式選定，整體式螺母1.2～2.5，本次取2。

帶入式（2）得

由GB/T5796.3-2005 梯形螺紋基本尺寸和兩側(cè)配合軸承孔尺寸限制可選公稱直徑d＝18，螺距P＝2 mm，中徑d2＝17mm，大徑D4＝18.5 mm，小徑d3＝15.5 mm，小徑D1＝16 mm 的梯形螺紋，中等精度，螺旋副標(biāo)記為Tr18×2-8H/8e。

2.2 梯形螺紋副參數(shù)校核

自鎖性驗(yàn)算：

式中：S為導(dǎo)程，本次取2 mm，d2為外螺紋中徑，本次為d2＝17 mm，代入式（2-3）得：

式中：ρ′為當(dāng)量摩擦角，f為摩擦因數(shù)，本次取0.16，a-螺紋牙型角，本次取常見30°，代入式（4）得：

因此自鎖可靠。旋桿強(qiáng)度驗(yàn)算：

螺紋摩擦力矩

式中：Mt1為螺紋摩擦力矩；d2為外螺紋中徑，本次為17 mm；F為螺旋傳動的軸向載荷，本次為4270 N；λ為螺紋升角，本次取2°8′；ρ′為當(dāng)量摩擦角，本次取9°24′，代入式（5）得：

式中：σca為當(dāng)量應(yīng)力，根據(jù)前計算值代入式（2-6）得：

式中：σp為旋桿的許用應(yīng)力；σs為旋桿的屈服強(qiáng)度，旋桿為45#號鋼，本次取355 MPa，3～ 5 取5，代入式（7）得：

旋桿強(qiáng)度滿足要求。螺紋強(qiáng)度校核：

本梯形螺紋副旋桿和螺母材料都為45#鋼，只需校核旋桿螺紋強(qiáng)度。

式中：τ為剪切強(qiáng)度，F(xiàn)為螺旋傳動的軸向載荷為4270 N，d3為外螺紋小徑本次為15.5 mm，b為螺紋牙根部的寬度，梯形螺紋為0.65P，本次取1.3，旋桿的轉(zhuǎn)速，本次取10 r/min。代入式（8）得

式中：τp為許用切應(yīng)力，σp為旋桿的許用應(yīng)力，本次取71 N/mm2，代入式（9）得：

因此螺紋剪切強(qiáng)度滿足要求。

式中：σb為彎曲強(qiáng)度；F為螺旋傳動的軸向載荷，本次為4270N；H1為基本牙型高度，梯形螺紋為0.5P，即為1 mm；d3為外螺紋小徑，本次為15.5 mm；b為螺紋牙根部的寬度，梯形螺紋為0.65P，本次取1.3，n為旋桿的轉(zhuǎn)速，本次取10 r/min。代入式（10）得：

式中：σbp為許用彎曲應(yīng)力，σp為旋桿的許用應(yīng)力，本次取71 N/mm2，1～1.2 取1，代入式（11）得：

螺紋彎曲強(qiáng)度滿足要求。

經(jīng)校核該Tr18×2-8H/8e 滿足強(qiáng)度要求。

梯形螺旋副參數(shù)表如表1 所示。

表1 梯形螺紋副結(jié)構(gòu)參數(shù)

3 旋桿支撐軸承參數(shù)確定

3.1 旋桿支撐軸承參數(shù)確定

螺紋副手輪端支撐軸承承受較大雙向軸向載荷因此手輪端軸承采用一對圓錐滾子軸承背對，梯形螺紋副軸較長，因此另一端軸承選用調(diào)心球軸承[2]，如圖5 所示。

圖5 軸承配置結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)手輪端軸承需承受軸向載荷和徑向載荷且軸向力較大的特點(diǎn)，根據(jù)國標(biāo)GB/T297-2015[3]選擇成對安裝圓錐滾子軸承，初步選定兩32004 型背對和調(diào)心球軸承2300，軸承參數(shù)如表2、表3 所示。

表2 圓錐滾子軸承32004 型參數(shù)

表3 調(diào)心球軸承2300 型參數(shù)

3.2 旋桿支撐軸承參數(shù)的校核

圓錐滾子軸承校核計算[5]：

式中：Fa1為為軸承所受軸向力，f為微調(diào)平臺移動的滑動摩擦力，本次為4270 N，代入式（12）中得

旋轉(zhuǎn)軸豎直受力如圖6 所示，旋轉(zhuǎn)軸重力G為20.58 N，質(zhì)心為C點(diǎn)，調(diào)心球軸承對旋轉(zhuǎn)軸的支撐力為F1，受力支撐點(diǎn)為A點(diǎn)，圓錐滾子軸承對旋轉(zhuǎn)軸支撐力F2，受力支撐點(diǎn)為B點(diǎn)[4]。

圖6 旋轉(zhuǎn)軸軸承支撐受力

旋轉(zhuǎn)軸豎直方向受力平衡[4]：

旋轉(zhuǎn)軸豎直方向力矩平衡：

式中：LAC為AC點(diǎn)距離430 mm，LBC為BC點(diǎn)距離50 mm，旋轉(zhuǎn)軸重力G為20.58 N。

由式（13）和式（14）可求得

則圓錐滾子軸承所受徑向力大小

式中：查表得圓錐滾子軸承32004 的e值為0.37。

式中：Pr1為徑向當(dāng)量動載荷；Fr1為圓錐滾子軸承所受徑向力，本次為11.64 N；Fa1為為圓錐滾子軸承所受軸向力，本次為4270 N；Y為圓錐滾子軸承32004 的計算系數(shù)，本次取1.6[2]，代入式（16）

基本額定動載荷計算

式中：C為基本額定動載荷計算值；P為當(dāng)量動載荷，本次為6836.656N，fh為壽命因數(shù)，本次取2.3，fm為力矩載荷因數(shù)，本次取1.5，fd為沖擊載荷因數(shù)，本次取1，fn為速度因數(shù)，本次取1.435，fT為溫度因數(shù)，本次取1[2]，代入式（17）得：

查表圓錐滾子軸承32004 的Cr-徑向基本額定動載荷為25000 N，有：

故初選圓錐滾子軸承32004 型號是準(zhǔn)確的。

調(diào)心球軸承的校核計算[5]：

式中：Fa2為軸承所受軸向力。

式中：Fr2為軸承所受徑向力，大小與F1相等2.7 N。

式中：查表得調(diào)心球軸承2300 的e值為0.66。

式中：Pr2為徑向當(dāng)量動載荷；Fr2為調(diào)心球軸承所受徑向力，本次為2.7 N；Fa2為調(diào)心球軸承所受軸向力，本次取0 N；Y1為圓錐滾子軸承2300 的計算系數(shù)，本次取0.95[2]，代入式（21）得：

基本額定動載荷計算

式中：C為基本額定動載荷計算值；P為當(dāng)量動載荷，本次為2.7 N；fh為壽命因數(shù)，本次取2.52；fm為力矩載荷因數(shù)，本次取1.5；fd為沖擊載荷因數(shù)，本次取1；fn為速度因數(shù)，本次取1.494；fT為溫度因數(shù)，本次取1[2]，代入式（22）得：

查表調(diào)心球軸承2300 的Cr為徑向基本額定動載荷為11000 N。

故初選調(diào)心球軸承2300 型號是準(zhǔn)確的。

4 試驗(yàn)測試

根據(jù)設(shè)備功能確定了微調(diào)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及參數(shù)，試制安裝設(shè)備（如圖7 所示）并進(jìn)行靜動態(tài)試驗(yàn)。設(shè)備空滿載行駛速度在17～ 133 mm/s 時，滿足8 m/min 即133 mm/s 內(nèi)速度可調(diào)行駛的要求，設(shè)備空滿載舉升速度在20 mm/s～150 mm/s 時，滿足9 m/min 即150 mm/s內(nèi)速度可調(diào)舉升的要求，微調(diào)旋桿調(diào)節(jié)范圍300 mm內(nèi)可調(diào)。設(shè)備試制后實(shí)現(xiàn)了車橋微調(diào)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)軸軸向位置的微調(diào)，微調(diào)機(jī)構(gòu)和設(shè)備車輪及舉升機(jī)構(gòu)共同實(shí)現(xiàn)了車橋三維空間安裝位置全覆蓋。

圖7 車橋定位安裝設(shè)備

5 結(jié)語

以某車橋定位安裝設(shè)備將運(yùn)載車橋至車架裝配工位下，車橋與車架通過推力桿進(jìn)行連接，推力桿及相關(guān)部件連接螺栓需對齊螺栓孔，設(shè)備依靠車輪驅(qū)動無法一步準(zhǔn)確到位，需要設(shè)置進(jìn)行調(diào)節(jié)的微調(diào)機(jī)構(gòu)為研究對象，根據(jù)設(shè)備使用工況和國內(nèi)外相關(guān)設(shè)備研制現(xiàn)狀，由設(shè)備功能確定微調(diào)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，微調(diào)機(jī)構(gòu)通過梯形螺紋副的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)微調(diào)平臺旋桿方向的位置覆蓋。對梯形螺紋副參數(shù)和旋桿支撐軸承參數(shù)進(jìn)行計算確定，梯形螺紋副確定為Tr18×2-8H/8e，旋桿支撐軸承選定兩32004 型背對和調(diào)心球軸承2300。對設(shè)備進(jìn)行試制和動靜態(tài)試驗(yàn)，設(shè)備在微調(diào)旋桿調(diào)節(jié)范圍300mm 內(nèi)可調(diào)，能夠?qū)崿F(xiàn)車橋微調(diào)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)軸軸向位置的微調(diào)，微調(diào)機(jī)構(gòu)和設(shè)備車輪及舉升機(jī)構(gòu)可以共同實(shí)現(xiàn)車橋三維空間安裝位置全覆蓋。