支重轮轮缘尺寸的设计方法及设计装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及工程机械领域，尤其涉及支重轮轮缘尺寸的设计方法及设计装置。所述设计方法包括：由轮缘基本工作参数确定初始结构尺寸；基于所述初始结构尺寸，通过有限元仿真或材料力学计算得到轮缘应力场；根据所述轮缘应力场寻找结构危险位置；计算所述结构危险位置处的轮缘强度要求；依据所述结构危险位置处的轮缘强度要求确定基于强度设计的轮缘尺寸，并将所述基于强度设计的轮缘尺寸作为优化结构尺寸，以使优化结构尺寸的轮缘应力场在所述结构危险位置满足轮缘强度要求；和输出优化结构尺寸。上述设计方法能够针对轮缘结构薄弱区域进行针对性的设计优化，使轮缘结构尺寸更加合理。

【技术实现步骤摘要】
支重轮轮缘尺寸的设计方法及设计装置
本专利技术涉及工程机械领域，尤其涉及支重轮轮缘尺寸的设计方法及设计装置。
技术介绍
支重轮是工程机械四轮一带(驱动轮、导向轮、支重轮、托轮、履带)中的主要承载部件，其作用是将挖掘机重量传给地面。在支重轮工作状态下，其上的轮缘结构主要承受径向载荷，不但直接影响到支重轮的承载能力，还由于其易于磨损而关系到支重轮轮体的耐磨性能以及四轮一带的定位。具体而言，在支重轮轮体和链轨节踏面之间发生微动、滚动和滑动时，两者形成属于干摩擦的摩擦副，其中支重轮轮缘结构对支重轮磨损的敏感度最高，随着支重轮磨损加剧，不但其上轮缘结构的弯曲强度不断下降，还通过尺寸偏差的逐步加大间接影响支重轮轮缘对四轮一带的定位。针对上述支重轮的工作特性，相关的支重轮轮缘尺寸设计方法无法找到轮缘结构的薄弱点，并作出针对性的结构修改与强化。而是通过同类产品进行类比设计，仅仅考虑支重轮轮体的强度要求，导致轮缘尺寸设计不合理。类比的设计方法容易导致支重轮的轮缘结构尺寸设计产生冗余或不足，其中设计冗余使支重轮的轮缘结构尺寸过大，强度过剩，加剧局部磨损，而设计不足则容易使支重轮的轮缘结构尺寸过小，局部强度、耐磨性以及磨损后的强度均不足，影响四轮一带定位。此外，相关的支重轮轮缘尺寸设计方法也未能将支重轮轮缘的强度要求、磨损要求分别与应力场、硬度场匹配，并将基于磨损的设计与基于强度的设计有机耦合起来。
技术实现思路
本专利技术的至少一个目的是提出一种能够针对轮缘结构薄弱区域进行针对性优化的设计方法以及设计装置。本专利技术提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种轮缘尺寸的设计方法，其特征在于，包括：由轮缘基本工作参数确定初始结构尺寸；基于所述初始结构尺寸，通过有限元仿真或材料力学计算得到轮缘应力场；根据所述轮缘应力场寻找结构危险位置；计算所述结构危险位置处的轮缘强度要求；依据所述结构危险位置处的轮缘强度要求确定基于强度设计的轮缘尺寸，并将所述基于强度设计的轮缘尺寸作为优化结构尺寸，以使优化结构尺寸的轮缘应力场在所述结构危险位置满足轮缘强度要求；和输出优化结构尺寸。在一些实施例中，所述轮缘应力场包括静应力场和疲劳应力场。在一些实施例中，所述轮缘强度要求包括强度最大值要求，以及从轮缘表面指向轮缘内部的强度沿深度分布要求。在一些实施例中，所述方法还包括：根据所述轮缘应力场寻找非结构危险位置；计算所述非结构危险位置处的轮缘强度要求；和依据所述非结构危险位置处的轮缘强度要求确定基于强度设计的轮缘尺寸，并将基于强度设计的轮缘尺寸作为优化结构尺寸，以使优化结构尺寸的轮缘应力场在所述非结构危险位置满足并接近于轮缘强度要求。在一些实施例中，所述方法还包括：基于所述初始结构尺寸，计算得到轮缘硬度场；基于所述轮缘基本工作参数及初始结构尺寸，计算轮缘的磨损要求；和依据所述磨损要求确定基于磨损设计的轮缘尺寸，并将基于磨损设计的轮缘尺寸作为优化结构尺寸，以使所述优化结构尺寸的轮缘硬度场满足所述磨损要求。在一些实施例中，所述轮缘的磨损要求包括磨损极限要求和硬化层深度要求。在一些实施例中，所述方法还包括：匹配所述基于强度设计的轮缘尺寸和基于磨损设计的轮缘尺寸，并将匹配后的轮缘尺寸作为优化结构尺寸，以使优化结构尺寸同时满足轮缘强度要求及磨损要求。在一些实施例中，所述方法还包括：校验优化结构尺寸是否符合设计要求，并在优化结构尺寸不符合所述设计要求的情况下，将优化设计结果反馈为初始结构尺寸并迭代设计，直至优化结构尺寸符合所述设计要求。在一些实施例中，所述轮缘尺寸为一种支重轮的轮缘尺寸。根据本专利技术实施例的另一方面，提供了一种轮缘尺寸的设计装置，其特征在于，包括：初始模块，用于由轮缘基本工作参数确定初始结构尺寸；第一计算模块，用于基于所述初始结构尺寸，通过有限元仿真或材料力学计算得到轮缘应力场；寻找模块，用于根据所述轮缘应力场寻找结构危险位置；第二计算模块，用于计算结构危险位置的轮缘强度要求；第一设计模块，用于依据所述结构危险位置的轮缘强度要求确定基于强度设计的轮缘尺寸，并将基于强度设计的轮缘尺寸作为优化结构尺寸，以使所述优化结构尺寸的轮缘应力场在所述结构危险位置满足轮缘强度要求，在所述结构危险位置满足并接近于轮缘强度要求；和输出模块，用于输出优化结构尺寸。在一些实施例中，所述第一计算模块包括第一计算单元和第二计算单元，所述第一计算单元用于计算轮缘应力场中的静应力场，所述第二计算单元用于计算轮缘应力场中的疲劳应力场。在一些实施例中，所述第二计算模块包括第三计算单元及第四计算单元，所述第三计算单元用于计算轮缘强度要求中的强度最大值要求，所述第四计算单元用于计算轮缘强度要求中的从轮缘表面指向轮缘内部的强度沿深度分布要求。在一些实施例中，所述装置还包括：第三计算模块，用于基于所述初始结构尺寸，计算得到轮缘硬度场；第四计算模块，用于基于所述轮缘基本工作参数及初始结构尺寸，计算轮缘的磨损要求；和第二设计模块，用于依据所述磨损要求确定基于磨损设计的轮缘尺寸，并将基于磨损设计的轮缘尺寸作为优化结构尺寸，以使所述优化结构尺寸的轮缘硬度场满足所述磨损要求。在一些实施例中，所述第四计算模块包括第五计算单元和第六计算单元，所述第五计算单元用于计算所述磨损要求中的磨损极限要求，所述第六计算单元用于计算所述磨损要求中的硬化层深度要求。在一些实施例中，所述装置还包括：匹配模块，用于匹配所述基于强度设计的轮缘尺寸和基于磨损设计的轮缘尺寸，并将匹配后的轮缘尺寸作为优化结构尺寸，以使优化结构尺寸同时满足轮缘强度要求及磨损要求。在一些实施例中，所述装置还包括：校验模块，用于校验优化结构尺寸是否符合设计要求，并在所述优化结构尺寸不符合所述设计要求的情况下，将所述优化设计结果反馈为初始结构尺寸并迭代设计，直至优化结构尺寸符合所述设计要求。本专利技术实施例的又一个方面提供了一种轮缘尺寸的设计装置，其特征在于，包括：存储器；以及耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器中的指令，执行如前述任一项所述的轮缘尺寸的设计方法。本专利技术实施例的再一个方面提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储由计算机指令，所述指令被处理器执行时实现如前述任一项所述的支重轮轮缘尺寸的设计方法。基于上述技术方案，本专利技术实施例通过查找轮缘结构危险区域，并做出针对性的结构修改与强化，再分别匹配轮缘的强度要求、磨损要求与轮缘的应力场、硬度场，将轮缘的强度要求与磨损要求进行耦合设计，从而得到结构危险区域被加强，耐磨性和强度符合要求，磨损情况被充分考虑，结构设计合理的轮缘尺寸设计方法。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出本专利技术轮缘尺寸的设计方法的一个实施例的流程示意图；图2示出本专利技术轮缘尺寸的设计方法的另一个实施例的流程示意图；图3示出本专利技术轮缘尺寸的设计装置的一个实施例的结构示意图。图4示出本专利技术轮缘尺寸的设计装置的另一个实施例的结构示意图。图5示出本专利技术轮缘尺寸的设计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轮缘尺寸的设计方法，其特征在于，包括：由轮缘基本工作参数确定初始结构尺寸；基于所述初始结构尺寸，通过有限元仿真或材料力学计算得到轮缘应力场；根据所述轮缘应力场寻找结构危险位置；计算所述结构危险位置处的轮缘强度要求；依据所述结构危险位置处的轮缘强度要求确定基于强度设计的轮缘尺寸，并将所述基于强度设计的轮缘尺寸作为优化结构尺寸，以使优化结构尺寸的轮缘应力场在所述结构危险位置满足轮缘强度要求；和输出优化结构尺寸。

【技术特征摘要】
1.一种轮缘尺寸的设计方法，其特征在于，包括：由轮缘基本工作参数确定初始结构尺寸；基于所述初始结构尺寸，通过有限元仿真或材料力学计算得到轮缘应力场；根据所述轮缘应力场寻找结构危险位置；计算所述结构危险位置处的轮缘强度要求；依据所述结构危险位置处的轮缘强度要求确定基于强度设计的轮缘尺寸，并将所述基于强度设计的轮缘尺寸作为优化结构尺寸，以使优化结构尺寸的轮缘应力场在所述结构危险位置满足轮缘强度要求；和输出优化结构尺寸。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轮缘应力场包括静应力场和疲劳应力场。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轮缘强度要求包括强度最大值要求，以及从轮缘表面指向轮缘内部的强度沿深度分布要求。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述轮缘应力场寻找非结构危险位置；计算所述非结构危险位置处的轮缘强度要求；依据所述非结构危险位置处的轮缘强度要求确定基于强度设计的轮缘尺寸，并将基于强度设计的轮缘尺寸作为优化结构尺寸，以使优化结构尺寸的轮缘应力场在所述非结构危险位置满足并接近于轮缘强度要求。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：基于所述初始结构尺寸，计算得到轮缘硬度场；基于所述轮缘基本工作参数及初始结构尺寸，计算轮缘的磨损要求；依据所述磨损要求确定基于磨损设计的轮缘尺寸，并将基于磨损设计的轮缘尺寸作为优化结构尺寸，以使所述优化结构尺寸的轮缘硬度场满足所述磨损要求。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述轮缘的磨损要求包括磨损极限要求和硬化层深度要求。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：匹配所述基于强度设计的轮缘尺寸和基于磨损设计的轮缘尺寸，并将匹配后的轮缘尺寸作为优化结构尺寸，以使优化结构尺寸同时满足轮缘强度要求及磨损要求。8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：校验优化结构尺寸是否符合设计要求，并在优化结构尺寸不符合所述设计要求的情况下，将优化设计结果反馈为初始结构尺寸并迭代设计，直至优化结构尺寸符合所述设计要求。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轮缘尺寸为一种支重轮的轮缘尺寸。10.一种轮缘尺寸的设计装置，其特征在于，包括：初始模块，用于由轮缘基本工作参数确定初始结构尺寸；第一计算模块，用于基于所述初始结构尺寸，通过有限元仿真或材料力学计算得到轮缘应力场；寻找模块，用于根据所述轮缘应力场寻找结构危险位置或非结构危险位置；第二计算模块，用于计算结构危险...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘汉光，张红，田磊，
申请(专利权)人：徐工集团工程机械有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32