论文总字数：15681字

摘 要

压路机机架在压路机结构中起到承载车身，联接滚动轴，保持车身稳定的作用。此外，由于直接承载驾驶室，所以也承担了保护驾驶员安全，为驾驶员创造稳定驾驶，精确操作的责任。因此，我们需要对压路机机架进行强度分析和计算，通过计算结果，我们可以对机架的材料选用，结构设计提出更好的优化建议。

在论文撰写中，在第一章我简单介绍了此次论文的任务，对查阅的文献进行介绍并进行简单总结；在第二章，我介绍了压路机的工作原理以及机架的位置和工作的意义，并对强度分析计算所需要的有限元软件进行简单介绍并且说明了分析的原理和方法。第三章，我罗列了SRM220B压路机车架的尺寸参数和材料性能。并用材料力学简化方法，对简单状态以及行驶遇到阻碍情况下压路机机架承受的正应力和扭矩进行计算，最后采用最大切应力理论（第三强度理论）对压路机车架强度进行计算校核分析。在第四章，为了得到更精确的强度分析结果，我首先对SRM220B压路机车架进行建模，并对车架在压路机各种复杂工作状态下所受的载荷和约束进行分类和计算。确定好载荷以及边界条件后，我把模型放入有限元软件进行静力学分析，得出位移云图发现最大位移61.83mm以及应力云图可以看到大部分应力56MPa，远小于材料许用应力。此外，我对车架结构做了模态分析，通过十阶振型云图可以更明显的观察车架的变形情况。

关键词：压路机，机架，有限元分析，强度分析

Strength analysis and calculation of

mechanical transmission roller frame

Abstract

Roller frame plays the role of bearing the body, connecting the rolling axle and maintaining the stability of the body in the structure of the roller. In addition, because it directly carries the cab, it also assumes the responsibility of protecting the driver's safety and creating stable driving and accurate operation for the driver. So,it is necessary for us to find out what happened in roller frame.Through the calculation results, we can make better optimization suggestions for the material selection and structure design of the frame.

list the dimensions and material properties of SRM220B roller frame. By using the simplified method of material mechanics, the normal stress and torsion of the roller frame under the simple state and obstacle conditions are calculated. Finally, the (the third strength theory) is used to calculate and check the strength of the roller frame. In the fourth chapter, in order to get more accurate strength analysis results, I first modeled the frame of SRM220B roller, and classified and calculated the loads and constraints of the frame under various complex nephogram shows that the maximum displacement is 61.83 mm and the stress through the tenth order mode shape cloud can more clearly observe the deformation of the frame.

Key words: roller, frame, finite element analysis, strength analysis

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2文献综述 1

1.3主要工作 3

第二章 论文基础 4

2.1引言 4

2.2压路机简介 4

2.3常规计算方法 6

2.3.1 最大拉应力理论（第一强度理论） 6

2.3.2 最大伸长线应变理论（第二强度理论） 6

2.3.3 最大切应力理论（第三强度理论） 7

2.3.4 畸变能密度理论（第四强度理论） 8

2.4有限元分析简介 8

2.4.1有限单元分析 8

2.4.2有限元概念： 9

2.4.3 分析方法： 10

第三章 常规方法机架强度计算和分析 11

3.1引言 11

3.2用常规方法进行强度计算： 11

第四章 有限元软件机架强度分析计算 19

4.1引言 19

4.2车架载荷边界条件计算 19

4.2.1　复杂行驶状态下机架受力分析 19

4.2.2 滚动轮摆动时车架受力分析 20

4.2.3 铰接式机架受转向油缸作用力分析 21

4.3 有限元分析 23

4.3.1 对车架用creo进行建模得到下图所示模型 23

4.3.2 静力学分析： 24

4.3.3 模态分析 35

第五章 总结与展望 43

5.1总结 43

5.2 展望 43

引用文献 44

致谢 47

第一章 绪论

1.1引言

压路机作为道路施工中的不可缺少的压实设备，在工程机械中有着不可动摇的地位。我们对压路机各个部分进行了资料查阅，了解了压路机的工作原理。然后对强度分析所需的有限元分析进行学习，并结合有限元软件对压路机机架部分进行了静力学分析和模态分析并且得出报告和结论。

压路机设计涉及机械动力、机械传动、振动、结构强度等方面专业知识。因此选择压路机作为毕业论文的选题对象，对于综合应用大学阶段学习的知识、培养综合分析和解决问题能力具有重要作用。

我需要了解压路机工作原理，了解有限元计算步骤，包括了解压路机结构和原理、压路机机架强度计算、压路机机架三维模型建立、压路机机架强度分析计算、压路机机架强度有限元分析计算等方面内容。

1.2文献综述

撰写论文前，我需要了解压路机的结构和控制原理。我查阅了长安大学徐长宁先生的。首先他介绍了振动压路机的研究背景，提出了现有国产压路机在施工中存在的问题，比如压实不牢固，造成了路面破坏等问题，说明了研究智能压实的必要性。然后他介绍了路面被压实的一般方法，分为静力压实，振动压实，冲击压实。然后重点解释了振动压路机的压实原理，是通过振动碾轮来减小地面的间隙。他提出了影响压路机施工的主要因素有压路机本身，被压实路面材料，压实的方法，作业的现场环境等等。接着他使用了激振器来实现压路机的控制。对压路机建立动力学模型，并用MATLAB进行仿真分析。列出振动压路机动力学方程，解出微分方程后得到机架垂直向上的加速度表达式。最后对工作参数进行优化，确定振动压路机的主要参数，并且计算上下车架的质量分配。建立目标函数后，对优化结果进行分析对比，选用最优的结构。在不同的土壤中进行试验，土壤刚度为变量，拟合出最佳激振角度与激振频率。

确定自己的研究对象之后，我需要了解压路机机架的具体信息。我查阅了沈志龙先生的《重型振动压路机车架设计分析》。首先他分析了压路机主要成本构成，提出了优化车架结构，减少钢材使用的必要性。接着他介绍了压路机车架的结构，有前车架，铰接架，后车架，配重组成，并分别做了详细介绍。他认为影响压路机压实性能的主要因素是静线压力，静线压力对滚轮配重要求严格，而整车的质量主要靠车架来调节，因此优化车架设计也可以提高压实性能。他提出可以对前后车架进行模块化设计，通过固定和可变模块，可以组合到不同的压路机上，满足不同的压路机车架载荷分配要求，同时有效地控制了成本。同样的对压路机的油箱也进行模块化设计，因为发动机的油箱上会有散热部件，有时会影响车后方的视野。因此重新布置了油箱的结构和位置。对车架的设计提出了更高的要求。

对压路机进行强度计算，我需要了解强度计算的方法。我查阅了韩军等人所著的《光轮压路机车架有限元分析及结构改进设计》。首先他们简化了压路机车架的结构，使其适用于静力学分析。接着设置了数种压路机行驶的条件，有在坑里行驶，遇到障碍物行驶和铰接车架受到扭矩影响的情况。在此条件下，他们对压路机的工况进行升级，分为原地转向行驶和斜坡转向行驶。在确定完边界条件和载荷组合的各种工作条件以后，他们把车架模型放入有限元软件进行了优化分析。结果显示车架出现了许多应力集中的问题。有些结构变形过大，说明结构布置不合理。依据此类问题，得出了优化建议。

车架模型需要进行有限元分析，我需要了解有限元计算的过程。我查阅了唐鹏程等人所著《关节有限元模型建立及碰撞损伤三维有限元分析》。首先他们介绍了肘关节的结构，由肱骨，尺骨，桡骨组成。介绍了肘关节的运动方式，以及损伤的方式。接着确立研究对象，无关节损伤病史的男性，先用建模软件对CT扫描后的关节组织进行建模，然后对建好的模型进行网格划分。对于应力集中的地方，增加了网格的密度。最后对模型赋予材料。材料分为不同种类，他们定义好接触种类和方式后，对关节运动特点设置了不同的边界条件，都是通过地面约束。最后，在有限元元软件里对关节模型施加初始撞击速度，可以得到骨皮质断裂的速度。

1.3主要工作

在论文撰写中，在第一章我简单介绍了此次论文的任务，对查阅的文献进行介绍并进行简单总结；在第二章，我介绍了压路机的工作原理以及机架的位置和工作的意义，并对强度分析计算所需要的有限元软件进行简单介绍并且说明了分析的原理和方法。第三章，我罗列了SRM220B压路机车架的尺寸参数和材料性能。并用材料力学简化方法，对简单状态以及行驶遇到阻碍情况下压路机机架承受的正应力和扭矩进行计算，最后采用最大切应力理论（第三强度理论）对压路机车架强度进行计算校核分析。在第四章，为了得到更精确的强度分析结果，我首先对SRM220B压路机车架进行建模，并对车架在压路机各种复杂工作状态下所受的载荷和约束进行分类和计算。确定好载荷以及边界条件后，我把模型放入有限元软件进行静力学分析，得出位移云图发现最大位移61.83mm以及应力云图可以看到大部分应力56MPa，远小于材料许用应力。此外，我对车架结构做了模态分析，通过十阶振型云图可以更明显的观察车架的变形情况。

第二章 论文基础

2.1引言

本章内容介绍了压路机的历史以及发展历程，讨论了机架的作用与意义。然后说明了常规强度计算校核的方法与理论依据。最后介绍了有限元分析软件ANSYS及使用步骤。

2.2压路机简介

第一部压路机是采用兽力(用马拖拉)，而且可能是由农具借取而来。19世纪中叶，蒸气动力压路机因为强大的效率(来自重量与本身的动力)，取代了原本的兽力压路机。单汽缸蒸气动力压路机广泛应用于地基压密，就如同现今的振动压路机，利用高引擎转速与低齿比来驱动曲轴产生振动。1910年左右所发展的双汽缸(或称复合式)蒸气动力压路机，因为能在热铺面上运转平顺，因此受到欢迎。蒸气动力压路机可藉齿比调整来执行不同任务。低齿比引擎用于地基压密，高齿比则可接续在焦油与碎石铺设后进行碎块清除。直到1950年代，美国的道路工程公司仍在使用蒸气动力压路机，而英国则一直用到1970年初。

到了20世纪，的压路机逐渐取代。第一部内燃机机非常相似，采用，以及庞大且外露的正齿轮组连结引擎与滚轮。一开始推出时并没有得到太多青睐，主要原因是当时的引擎启动不易(特别是煤油动力引擎)。时至今日，

压路机可借由机体本身的重量来压密物体表面(利用静压力来滚压)，或利用振动产生额外下压力。路面施工初期，会利用凸点压路机将路基压密，因为凸点的小面积可以达成较大的压密度。大型公路会采用搭载凸点滚轮和刀板的四轮压路机(例如Caterpillar 815/825等系列机种)，利用强大的在小范围的路接着，路机来消除路面突起，这个阶使用

这些变形将会改变安装在车架上的各部件之间的相对位置，从而影响其正常工作。因此，车架还应具有足够的强度和适当的刚度。

2.3常规计算方法

依据失效形式分为两类：，分别是变理论；还有一类分别为最大我们对这几种分别进行介绍。

2.3.1

在这个在最大拉应力与材料性能某一极值相匹配的情况下。因为拉应力极值与应力状态没有关系，所以我们可以用单向应力状态确定最大拉应力。单向拉伸只有，而达到强度极限，材料发生断裂。因此我们得到

（2-1）

如果除以，所以理论。

断裂发生材料

2.3.2

不考虑应力状态，同样的，极限值与

则到达极值

（a）。在此理论下，只要达到,。

（2-2）

代入（a）式

将，我们得到强度。

在接触剂，影响，这就是的方向。向，

2.3.3

由

（2-3）

得到屈服准则

化简一下

将，得到按建立的强度条件

2.3.4 （）

在这个理论中，不考虑应力状态，对于密度为（b）。

在任意应力状态下，

代入（b）式后，把，整理得

2.4有限元分析简介

2.4.1有限单元分析

2.4.3 分析方法：

库，有限元法的就是：许多，区别仅在于。

第三章 常规方法机架强度计算和分析

3.1引言

我们选择了常规计算方法对压路机机架进行强度分析，首先明确了压路机的具体参数，用材料力学方法简化车架结构之后进行受力分析，计算弯矩，剪力以及复杂车况下发生的扭转对车架产生的影响，对压路机进行材料力学的强度校核并得出结论。

3.2用常规方法进行强度计算：

压路机型号和具体参数：

压路机型号：SRM220B

整车质量 ：20000KG

车架尺寸 ：6208*2215*686

车梁截面 ：686*367

车架材料 ：Q235钢

首先，我们将车架简化为两端铰支的大梁（见图1），通过静力学分析可以得到，大梁受到自身质量带来的向下的载荷以及两个铰支点的向上支持力。

图1

根据大梁受力先列下平衡方程

（3-1）

式中 ——压路机前轮对车架的支持力；

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