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目 錄
1 緒 論 1
1.1 選題意義 1
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.3 研究內(nèi)容及方法 3
2 行走裝置設(shè)計(jì)總體基本方案 4
2.1行走裝置設(shè)計(jì)原則 4
2.2輪式液壓挖掘機(jī)行走裝置的結(jié)構(gòu)形式 4
2.3液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 6
2.4輪式行走裝置的傳動(dòng)設(shè)計(jì)（液壓機(jī)械傳動(dòng)） 10
2.5輪式行走裝置的構(gòu)造 11
2.5.1懸掛裝置選擇 11
2.5.2 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 12
2.5.3 轉(zhuǎn)向方式 13
3 整機(jī)傳動(dòng)系的設(shè)計(jì) 15
3.1選擇液壓馬達(dá)類型、行走速度及傳動(dòng)比 15
3.2實(shí)際速度及牽引力 17
3.3挖掘機(jī)行走裝置參數(shù) 17
3.4 變速箱設(shè)計(jì) 18
3.4.1低速檔齒輪設(shè)計(jì) 18
1 材料選擇 18
2 齒數(shù)確定 18
3 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 18
4 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 21
5 齒輪幾何尺寸計(jì)算 23
3.4.2高速檔齒輪設(shè)計(jì) 23
3.4.3齒輪變位 24
3.5 輪邊減速器 26
3.5.1傳動(dòng)方案的選擇 26
3.5.2配齒選擇 26
3.5.3行星傳動(dòng)系設(shè)計(jì) 27
主要參數(shù)確定. 27
4 其他部件設(shè)計(jì) 28
4.1軸和軸承設(shè)計(jì) 28
4.2軸承、鍵和連軸器的選擇 28
4.2.1輸入軸 28
4.2.2 輸出軸 29
5液壓挖掘機(jī)行走裝置運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì) 31
5.1模型的建立 31
5.2構(gòu)件運(yùn)動(dòng)配裝 31
5.2.1相似點(diǎn) 31
5.2.2 不同點(diǎn) 31
結(jié) 論 35
參考文獻(xiàn) 36
致 謝 37
1 緒 論
改革開放以來，我國的科學(xué)技術(shù)、信息技術(shù)迅猛發(fā)展，各行各業(yè)都發(fā)生了翻天覆地的變化，工程機(jī)械行業(yè)同樣得到了相應(yīng)的快速發(fā)展。各行各業(yè)都在奮力拼搏、大膽創(chuàng)新，使得工程機(jī)械品種不斷增加、產(chǎn)量不斷提高、性能不斷完善，發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁。液壓挖掘機(jī)是工程機(jī)械的一個(gè)重要品種，是一種廣泛用于建筑、鐵路、公路、水利、采礦等建設(shè)工程的土方機(jī)械。它的發(fā)展與應(yīng)用反映了一個(gè)國家施工機(jī)械化的水平。液壓挖掘機(jī)由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、工作裝置、底盤五部分組成。發(fā)動(dòng)機(jī)的作用是提供動(dòng)力；液壓系統(tǒng)功能是把發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械能以油液為介質(zhì)，利用油泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗軅魉徒o油缸、馬達(dá)等，再傳動(dòng)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)；工作裝置的作用是進(jìn)行作業(yè)；底盤的作用是承重、傳力并保證滿足對(duì)車速、牽引力和行駛方向的要求。底盤是組成整體的主要部分，行走機(jī)構(gòu)的性能優(yōu)劣直接影響整機(jī)的使用性能、經(jīng)濟(jì)性能，因此著力研究液壓挖掘機(jī)的行走裝置具有十分重要的意義。根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)及要求，完成挖掘機(jī)行走機(jī)構(gòu)總體及減速器設(shè)計(jì)，進(jìn)一步掌握挖掘機(jī)的設(shè)計(jì)方法和步驟；鞏固、加深對(duì)所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本技能和專業(yè)知識(shí)的掌握；了解國內(nèi)外液壓挖掘機(jī)發(fā)展?fàn)顩r。
液壓挖掘機(jī)是在機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它的工作過程是以鏟斗的切割刃切削土壤，鏟斗裝滿后提升、回轉(zhuǎn)至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置并開始下一次的作業(yè)。因此，液壓挖掘機(jī)是一種周期作業(yè)的土方機(jī)械。液壓挖掘機(jī)與機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)一樣，在工業(yè)與民用建筑、交通運(yùn)輸、水利施工、露天采礦及現(xiàn)代化軍事工程中都有著廣泛的應(yīng)用，是各種土石方施工中不可缺少的一種重要機(jī)械設(shè)備。所以，液壓挖掘機(jī)作為工程機(jī)械的一個(gè)重要品種，對(duì)于減輕工人繁重的體力勞動(dòng)，提高施工機(jī)械化水平，加快施工進(jìn)度，促進(jìn)各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，都起著很大的作用。據(jù)建筑施工部門統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)容量為1.0 m3的液壓挖掘機(jī)挖掘Ⅰ~Ⅳ級(jí)土壤時(shí)。每班生產(chǎn)率大約相當(dāng)于300~400 和工人一天的工作量。因此，大力發(fā)展液壓挖掘機(jī)，對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和加速國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。
1.1 選題意義
液壓挖掘機(jī)是在機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它的工作過程是以鏟斗的切削刃切削土壤，鏟斗裝滿后提升、回轉(zhuǎn)至卸土位置，卸空后的鏟斗再回到挖掘位置并開始下一次的作業(yè)。因此，液壓挖掘機(jī)是一種周期作業(yè)的土方機(jī)械。
液壓挖掘機(jī)與機(jī)械傳動(dòng)挖掘機(jī)一樣，在工業(yè)與民用建筑、交通運(yùn)輸、水利施工、露天采礦及現(xiàn)代化軍事工程中都有著廣泛的應(yīng)用，是各種土石方施工中不可缺少的一種重要機(jī)械設(shè)備。
在建筑工程中，可用來挖掘苦坑、排水溝，拆除舊有建筑物，平整場(chǎng)地等。更換工作裝置后，可進(jìn)行裝卸、安裝、打樁和拔除樹根等作業(yè)。
在水利施工中，可用來開挖水庫、運(yùn)河、水電站堤壩的基坑、排水或灌溉的溝渠，疏浚和挖深原有河道等。
在鐵路、公路建設(shè)中，用來挖掘土方、建筑路基、平整地面和開挖路旁排水溝等。
在石油、電力、通信業(yè)的基礎(chǔ)建設(shè)及市政建設(shè)中，用來挖掘電纜溝和管道等。
在露天采礦場(chǎng)上，可用來剝離礦石或煤，也可用來進(jìn)行堆棄、裝載和鉆孔等作業(yè)。
在軍事工程中，或用來筑路、挖壕溝和掩體、建造各種軍事建筑物。
所以，液壓挖掘機(jī)作為工程機(jī)械的一個(gè)重要品種，對(duì)于減輕工人繁重的體力勞動(dòng)，提高施工機(jī)械化水平，加快施工進(jìn)度，促進(jìn)各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，都 起著很大的作用。因此，大力發(fā)展液壓挖掘機(jī)，對(duì)于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和加速國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
國外研究現(xiàn)狀：
近些年來，隨著微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，控制技術(shù)通信技術(shù)等新技術(shù)的日益滲透液壓挖掘機(jī)技術(shù)中，智能化的進(jìn)一步應(yīng)用，使得動(dòng)力系統(tǒng)內(nèi)部一些控制元件能夠隨著挖掘機(jī)具體工作狀況而改變，從而提高工作效率，使操縱變得更容易。世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家的液壓挖掘機(jī)技術(shù)得以迅速提高，像國外的這些廠家如日本的小松、日立、神鋼、住友等，美國的卡特，韓國的大宇、現(xiàn)代，尤其是德國的挖掘機(jī)，技術(shù)都已經(jīng)很先進(jìn)了。而今，挖掘機(jī)技術(shù)更是朝著智能、環(huán)保的方向發(fā)展，像Carnegie Mellon 大學(xué)的自主裝載系統(tǒng)、澳大利亞機(jī)器人中心、英國蘭卡斯特大學(xué)的智能挖掘機(jī)等都在開始新興技術(shù)的融合發(fā)展，上世紀(jì)80 年代初, 美國Kraft TeleRobtics 公司和John Deere 公司等都相繼成功開發(fā)出遙控挖掘機(jī)，日本小松制作所以PC200- 2 型液壓挖掘機(jī)為基本機(jī)型進(jìn)行遙控挖掘機(jī)研制。
國內(nèi)研究現(xiàn)狀：
國產(chǎn)挖掘機(jī)的功能比較單一，其衍生產(chǎn)品較少，而且國產(chǎn)挖掘機(jī)規(guī)格主要集中在30t以下，6t以下的規(guī)格比較齊全，從1.5t-30t基本形成系列，200t以上基本空白，因此我國挖掘機(jī)還處于“發(fā)展期”。我國挖掘機(jī)企業(yè)在研發(fā)體系和試驗(yàn)體系建設(shè)方面雛形難見，產(chǎn)品的開發(fā)基本上處于仿造階段，電控技術(shù)只有山東眾友等少數(shù)公司自己開發(fā)，大多數(shù)企業(yè)都在選購。節(jié)能減排，降噪安全部件精細(xì)作業(yè)的工作裝置、不同功能的附屬裝置等方面的研發(fā)個(gè)別企業(yè)才剛剛起步，大多數(shù)企業(yè)沒有能力涉及。目前我國挖掘機(jī)的質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在：結(jié)構(gòu)件、電控、發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓件等核心部件，以及諸如軸銷、司機(jī)室、四輪一帶等其他部件。國內(nèi)挖掘機(jī)廠家諸如廣西玉柴、柳工股份、三一重工、河北宣工、徐工、山河智能、龍工集團(tuán)等，正在崛起的江西南特、桂林華力、湖南九五重工、南昌華工、大連黑貓、合肥振宇等。
1.3 研究內(nèi)容及方法
研究內(nèi)容：
1；根據(jù)要求，初步確定行走裝置總體方案的設(shè)計(jì)。
2；行走裝置等有關(guān)參數(shù)和行走裝置結(jié)構(gòu)布置。
3；行走機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案，確定行走液壓馬達(dá)主參數(shù)和傳動(dòng)比等。
4；進(jìn)行變速箱設(shè)計(jì)、軸及其他相關(guān)部件選擇，并對(duì)相關(guān)行走裝置強(qiáng)度的計(jì)算。
5；驗(yàn)算行走速度、爬坡能力。對(duì)行走穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。
研究方法：
主要是根據(jù)公式計(jì)算法（查表法）以挖掘機(jī)的機(jī)重為指標(biāo)，對(duì)現(xiàn)代挖掘機(jī)總體參數(shù)用概率的方法得出各主要參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，以公式來確定挖掘機(jī)的各種參數(shù)，然后根據(jù)所得出的參數(shù)與給出的參數(shù)對(duì)比，求得最接近的設(shè)計(jì)參數(shù)。根據(jù)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行CAD圖紙的繪制，利用Pro/e軟件將行走裝置的零件進(jìn)行三維裝配，并進(jìn)行仿真行走運(yùn)動(dòng)的模擬，通過三維仿真模擬檢驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性。
2 行走裝置設(shè)計(jì)總體基本方案
2.1行走裝置設(shè)計(jì)原則
單斗液壓挖掘機(jī)的行走裝置是整機(jī)的支撐部分，其作用是用來承受機(jī)械的自重及工作裝置挖掘時(shí)的反力，使挖掘機(jī)穩(wěn)定的支撐在地面上工作。同時(shí)又使挖掘機(jī)能在工作時(shí)作場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)及轉(zhuǎn)移工地時(shí)作運(yùn)輸性（輪式行走裝置）運(yùn)行。
因而，設(shè)計(jì)單斗液壓挖掘機(jī)的行走裝置時(shí)應(yīng)盡量滿足以下要求：
1、單斗液壓挖掘機(jī)應(yīng)有較大的牽引力，使挖掘機(jī)在濕軟的地面或高低不平的地面上行走時(shí)具有良好的越野性能，并有較強(qiáng)的爬坡能力和轉(zhuǎn)彎能。
2、在不增高行走裝置的總高度的前提下應(yīng)使行走裝置具有較大的離地間隙，使挖掘機(jī)在不平地面上行走具有良好的通過性能。
3、要降低挖掘機(jī)的接地比壓或使其具有較大的支撐面積，以提高挖掘機(jī)的穩(wěn)定性。
4、挖掘機(jī)在斜坡下行時(shí)不發(fā)生超速溜坡現(xiàn)象，挖掘時(shí)不發(fā)生下滑，提高工作時(shí)的安全可靠性。
5、挖掘機(jī)的行走裝置外形尺寸應(yīng)符合道路運(yùn)輸?shù)囊蟆?
輪胎式行走裝置與履帶式相比，最大的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)動(dòng)性好，運(yùn)行速度快（通常達(dá)到20KM/h）。如將傳動(dòng)箱脫檔后由牽引車拖運(yùn)作長距離運(yùn)輸時(shí)，速度可達(dá)60KM/h。輪胎式行走裝置的缺點(diǎn)是接地比壓較大（150～500KPa）爬坡能力較?。ㄍǔ２怀^65％）。挖掘時(shí)需用專門的支腿支撐使機(jī)身穩(wěn)定。目前輪胎式行走裝置基本上只用在斗容量1m以下的挖掘機(jī)中。單斗液壓挖掘機(jī)的行走裝置按照傳動(dòng)方式可分為液壓式和機(jī)械式兩類。
選擇行走裝置的形式時(shí)，應(yīng)根據(jù)工作地點(diǎn)的土壤條件、工作量、運(yùn)輸距離及使用條件等決定。
2.2輪式液壓挖掘機(jī)行走裝置的結(jié)構(gòu)形式
輪胎式液壓挖掘機(jī)形式很多，有裝在標(biāo)準(zhǔn)汽車地盤上的液壓挖掘機(jī)，也有裝在輪胎式拖拉機(jī)地盤上的懸掛式液壓挖掘機(jī)。這些挖掘機(jī)的斗容量斗較小，工作裝置回轉(zhuǎn)角度受一定的限制。若斗容量稍大、工作性能要求較高的輪胎式挖掘機(jī)斗具有專業(yè)的輪胎地盤行走裝置。
專用輪胎地盤的行走裝置式根據(jù)挖掘機(jī)的工況、行駛要求等因素合理設(shè)計(jì)的行走裝置，挖掘機(jī)的作業(yè)及行駛操作均在駕駛室內(nèi)進(jìn)行，因此，操作方便，靈活可靠。
圖2.1 輪式挖掘機(jī)行走裝置
1-車架；2-回轉(zhuǎn)支承；3-中央回轉(zhuǎn)接頭；4-支腿；5-后橋；6-傳動(dòng)軸；
7-液壓馬達(dá)及變速箱：8-前橋
輪胎式行走裝置的主要特點(diǎn):
a 用于承載能力較強(qiáng)的越野路面:
b 輪式挖掘機(jī)的行駛速度通常不超過20KM/h。對(duì)地面最大比壓為150~500KPa。爬坡能力為40~60%。標(biāo)準(zhǔn)斗容小于0.6立方米的挖掘機(jī)可采用與履帶行走裝置完全相同的回轉(zhuǎn)平臺(tái)及上部機(jī)構(gòu)。
c 為了改善越野性能。輪胎式行走裝置多采用全輪驅(qū)動(dòng)。液壓懸掛平衡擺動(dòng)軸.作業(yè)時(shí)有液壓支腿支撐。使驅(qū)動(dòng)橋卸荷，工作穩(wěn)定。
d 長距離運(yùn)輸時(shí)為了提高效率。傳動(dòng)分配箱應(yīng)脫擋。有牽引車牽引。并應(yīng)與拖掛牽引車達(dá)到同步行車。而挖掘機(jī)可以無司機(jī)照管。
輪式液壓行走裝置如圖2.1所示。行走液壓馬達(dá)直接與變速箱相連接（變速箱安裝在底盤上），動(dòng)力通過變速箱由傳動(dòng)軸輸出給前后驅(qū)動(dòng)橋，或再經(jīng)輪邊減速傳驅(qū)動(dòng)車輪。
輪式單斗液壓挖掘機(jī)的行走速度不高，其后橋常采用剛性連接，結(jié)構(gòu)簡單。前橋軸可以懸掛擺動(dòng)，如圖2.2所示。
圖2.2 擺動(dòng)前橋機(jī)構(gòu)示意圖
1-車架；2-回轉(zhuǎn)支承；3-中央回轉(zhuǎn)接頭；4-支腿；5-后橋；
6-傳動(dòng)軸；7-液壓馬達(dá)及變速箱：8-前橋
車橋與前橋4通過中間的擺動(dòng)鉸銷鉸接。鉸的兩側(cè)設(shè)有兩個(gè)懸掛液壓油缸2，它的一端與車架5連接，活塞桿端與前橋4連接。挖掘機(jī)工作時(shí)，控制閥1把兩個(gè)液壓缸的工作腔與油箱的通路切斷，此時(shí)液壓油缸將前橋的平衡懸掛鎖住，減少了擺動(dòng)，提高了作業(yè)穩(wěn)定性：行走時(shí)控制閥1左移，使兩個(gè)懸掛液壓缸的工作腔相通，并與油箱接通。前橋便能適應(yīng)路面的高低坡度，上下擺動(dòng)使輪胎與地面保持足夠的附著力。
2.3液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
一、根據(jù)挖掘機(jī)的工作環(huán)境和條件。液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足下列要求:
充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率。提高傳動(dòng)效率;
系統(tǒng)和元件應(yīng)保證在外負(fù)荷變化大和急劇的振動(dòng)沖擊作用下。具有足夠的可靠性;
力求減少系統(tǒng)總發(fā)熱量。設(shè)置輕便耐振的冷卻裝置。使主機(jī)持續(xù)工作時(shí)。油溫不超過85度，或溫升不大于45度;
系統(tǒng)的密封性能要好.由于工作場(chǎng)地塵土多。油液容易污染。要求所用元件對(duì)油液污染的敏感性低。整個(gè)系統(tǒng)要設(shè)置濾油器和防塵裝置;
為了減輕司機(jī)操作強(qiáng)度。要考慮采用液壓或電液伺服操縱裝置。
全液壓推土機(jī)行駛系統(tǒng)的傳動(dòng)方案圖2.3和控制原理圖2.4。
發(fā)動(dòng)機(jī)
分動(dòng)箱
左變量泵
左變量泵
左變量馬達(dá)
左變量馬達(dá)
左變速裝置
右變速裝置
左驅(qū)動(dòng)輪
右驅(qū)動(dòng)輪
圖2.3 液壓挖掘機(jī)行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)方案
全液壓推土機(jī)的行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由變量泵、變量馬達(dá)、補(bǔ)油泵、溢流閥等組成，確定電液比例控制全液壓推土機(jī)行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單邊回路和控制原理如圖2、3所示：
圖2.4液壓挖掘機(jī)機(jī)行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單邊回路
1變量泵2變量馬達(dá)3、4單向閥5過濾器6補(bǔ)油泵7、9溢流閥8電磁閥
確定整個(gè)系統(tǒng)的控制原理如圖2.5
發(fā)動(dòng)機(jī)
變量泵
變量馬達(dá)
行走機(jī)構(gòu)
控
制
器
電液比例變量機(jī)構(gòu)
速度傳感器
速度傳感器
電液比例變量機(jī)構(gòu)
油門控制機(jī)構(gòu)
壓力傳感器
圖2.5 控制原理框圖
二、液壓系統(tǒng)中發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵，液壓馬達(dá)的控制策略。
推土機(jī)靜壓傳動(dòng)整個(gè)系統(tǒng)的控制原理為極限負(fù)載控制。即根據(jù)負(fù)載的大小變化，發(fā)動(dòng)機(jī)提供相應(yīng)的功率和扭矩。
2.1控制策略部分
表1 挖掘機(jī)行走系統(tǒng)控制策略
工作狀態(tài)
發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)
泵狀態(tài)
馬達(dá)狀態(tài)
系統(tǒng)壓力
車速
起步
由怠速起動(dòng)，轉(zhuǎn)速上升功率增大
檢測(cè)泵排量，減少或增大泵排量到額定值區(qū)間
接受信號(hào)則調(diào)至最大效率排量
逐漸增大至馬達(dá)扭矩需要壓力
逐漸增大
800-2200
28ml/r
90ml/r
0-15mpa-21mpa
0-2km/h
行走
發(fā)動(dòng)機(jī)處于低功率低油耗區(qū)
起步排量
定量
起步排量
定量
漸回落
3.7mpa
16.8ml/r
40ml/r
55ml/r
3.7
4mpa
0
4.3km/h
40ml/r
56ml/r
55ml/r
4mpa
4mpa
4.3
6.5km/h
56ml/r
55ml/r
38ml/r
4mpa
4mpa
6.5
8.5km/h
工作
最大深度
下鏟
40ml/r
56ml/r
107ml/r
16.8mpa
21mpa
3.3km/h
平均鏟運(yùn)深度
鏟運(yùn)
50ml/r
56ml/r
90ml/r
107ml/r
18mpa
21mpa
制動(dòng)
低功率
0
0
0
2.2控制實(shí)現(xiàn)
控制系統(tǒng)需要通過多個(gè)控制系統(tǒng)共同作用，以PLC作為主控制器的控制系統(tǒng)簡圖2.6和驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)原理如圖2.7及挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)圖2.8。
微
電
子
系
控
制
器
（PLC）
顯示器
電位計(jì)輸入信號(hào)
開關(guān)控制信號(hào)
傳感器信號(hào)
電液比例電磁閥
電液開關(guān)閥
報(bào)警信號(hào)燈等
發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)
GPS&GSM
J1939
CAN總線
輸入控制信號(hào)
輸出控制信號(hào)
圖2.6 PLC控制系統(tǒng)簡圖
圖2.7 液壓挖掘機(jī)行駛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制原理圖
圖2.8 挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)圖
1－補(bǔ)油閥；2－中央回轉(zhuǎn)接頭；3－馬達(dá)支腿分配閥；4－行走馬達(dá)制動(dòng)閥；5－行走馬達(dá)；6－支腿油缸；7－支腿鎖閥；8－回轉(zhuǎn)馬達(dá)；9－回轉(zhuǎn)制動(dòng)閥；10－斗桿油缸；11－懸掛分配閥；12－懸掛油缸；13－閥組II；14－閥組I；15－鏟斗油缸；16－動(dòng)臂油缸；17-單向節(jié)流閥；18-柴油機(jī); 19－雙聯(lián)齒輪泵;201－油箱;21－冷卻器;22－濾油器
2.4輪式行走裝置的傳動(dòng)設(shè)計(jì)（液壓機(jī)械傳動(dòng)）
單斗液壓挖掘機(jī)輪胎地盤較為普遍的傳動(dòng)方式是行走液壓馬達(dá)直接裝在變速箱上。變速箱引出前后傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)前后橋，或者再經(jīng)過輪邊減速裝置驅(qū)動(dòng)輪胎。變速箱有專門的氣壓或液壓操縱，有越野檔、公路檔。
液壓機(jī)械傳動(dòng)采用高速液壓馬達(dá)，使用可靠。這鐘傳動(dòng)系統(tǒng)比機(jī)械傳動(dòng)簡單。省掉了上下傳動(dòng)箱及垂直軸。機(jī)構(gòu)布置較為方便，在轉(zhuǎn)向性能方面經(jīng)過適當(dāng)選擇液壓組件和變速箱檔位可以減少各檔間的牽引力突變。液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)原理如圖2.9
圖2.9 輪胎式挖掘機(jī)行走液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖
1-輪胎總成;2-轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋;3-轉(zhuǎn)向油缸;4-轉(zhuǎn)向軸;5-行走馬達(dá);6-變速箱;7-中央制動(dòng)氣缸;8-驅(qū)動(dòng)橋;9-制動(dòng)鼓;
10-輪邊減速器;11-主減速器;12-中央制動(dòng)器;13-換檔氣缸
2.5輪式行走裝置的構(gòu)造
專用輪胎地盤通常由箱形結(jié)構(gòu)的車架、轉(zhuǎn)向前橋、后橋、行走傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及支腿等組成.由于輪胎式挖掘機(jī)的行走速度不高。因此。后橋斗式剛性懸掛的.而前橋則采用中間鉸接液壓懸掛的平衡裝置。
2.5.1懸掛裝置選擇
輪胎式單斗液壓挖掘機(jī)由于行走速度不高。因此，一般采用后橋剛性固接，使結(jié)構(gòu)簡單。但為了改善行走性能，前橋通常制成擺動(dòng)式懸掛平衡裝置如圖2.10。車架與前橋通過中間的擺動(dòng)銷軸鉸接。在鉸的兩側(cè)設(shè)有兩個(gè)懸掛液壓缸，液壓缸的一端與車架連接，活塞桿端與前橋連接?？刂崎y有兩個(gè)位置。圖示的位置為挖掘機(jī)在工作時(shí)的狀態(tài)。控制閥將兩個(gè)液壓缸的工作腔及油箱的聯(lián)系切斷。此時(shí)液壓缸將前橋的平衡懸掛鎖住。有利于穩(wěn)定工作，當(dāng)挖掘機(jī)行走時(shí)控制閥向左移。使兩個(gè)懸掛液壓缸的工作腔連通，并與油箱接通。前橋能適應(yīng)路面的高低坡度。上下擺動(dòng)使輪胎與地面接觸良好，充分發(fā)揮牽引力。
圖2.10 液壓挖掘機(jī)懸掛平衡裝置
1-閥;2-懸掛液壓缸;3-擺動(dòng)鉸;4-前橋
2.5.2 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)
輪胎式挖掘機(jī)的司機(jī)室布置在回轉(zhuǎn)平臺(tái)上。轉(zhuǎn)臺(tái)可三百六十度回轉(zhuǎn)，因而挖掘機(jī)必須有一套專門的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，方可在司機(jī)室操縱輪胎轉(zhuǎn)向。
轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)應(yīng)該滿足轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的操縱:
(1).轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)不影響轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的操縱;
(2).操縱輪胎轉(zhuǎn)向要有隨動(dòng)特性。輪胎的轉(zhuǎn)交隨方向盤成比例而轉(zhuǎn)動(dòng)。方向盤不動(dòng);輪胎也應(yīng)停止轉(zhuǎn)動(dòng);
(3).操縱輕便。減輕勞動(dòng)強(qiáng)度;
(4).要減輕轉(zhuǎn)向時(shí)輪子受到?jīng)_擊反應(yīng)到方向盤的力.
能實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)向的機(jī)構(gòu)有多種見圖2.11。如機(jī)械式轉(zhuǎn)向、液壓助力轉(zhuǎn)向和氣壓助力轉(zhuǎn)向等，其中以液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)向應(yīng)用最為普遍。
圖2.11 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)原理示意
1-轉(zhuǎn)向輪;2-左轉(zhuǎn)向節(jié)臂;3-轉(zhuǎn)向節(jié)主銷;4-轉(zhuǎn)向液壓缸;5-轉(zhuǎn)向橫拉桿;6-前軸;7-右轉(zhuǎn)向節(jié)臂; 8-液壓泵;
9-轉(zhuǎn)向器;10-方向盤;11-中心回轉(zhuǎn)接頭
2.5.3 轉(zhuǎn)向方式
圖2.12 各種轉(zhuǎn)向方式
a) 前輪轉(zhuǎn)向; b) 四輪轉(zhuǎn)向; c) 斜形轉(zhuǎn)向; d) 后輪轉(zhuǎn)向
液壓挖掘機(jī)的轉(zhuǎn)向性能優(yōu)劣也是影響作業(yè)效率的因素之一。為了使輪胎挖掘機(jī)機(jī)動(dòng)靈活，可在轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中增加一套四位六通閥?？梢园葱枰蔀樗姆N不同的方式操縱轉(zhuǎn)向輪，如圖2.12
a) 為前輪轉(zhuǎn)向，屬于一般情況;
b) 為前后輪轉(zhuǎn)向，車身較長時(shí)可使轉(zhuǎn)彎半徑較小;
c) 為斜形轉(zhuǎn)向，使整個(gè)車身斜形，便于車子離開或靠近作業(yè)面;
d) 為后輪轉(zhuǎn)向便于倒車行走時(shí)轉(zhuǎn)向。
圖1.7中列出了多種轉(zhuǎn)向方式。
3 整機(jī)傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，機(jī)重為11噸；輪胎規(guī)格為9.00-20；輪胎動(dòng)力半徑r=0.491米。挖掘機(jī)最大牽引力P=0.6機(jī)重；發(fā)動(dòng)機(jī)功率N=58.8KW，轉(zhuǎn)速2000r/min；油泵最大流量2×100l/min；最大工作壓力21MPa。最高行駛速度31Km/h，設(shè)計(jì)取全橋驅(qū)動(dòng)。
根據(jù)已知參數(shù)。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選長江液壓件廠油泵G20＊-＊＊15＊-＊＊系列。額定壓力21MPa采用定量泵系統(tǒng)。
3.1選擇液壓馬達(dá)類型、行走速度及傳動(dòng)比
(1) 確定油馬達(dá)的參數(shù)
此挖掘機(jī)采用定量系統(tǒng)，故液壓馬達(dá)選用雙速定量低速大扭矩（軸向柱塞液壓馬達(dá)），采用雙速的原因是因?yàn)殡p速液壓馬達(dá)有利于調(diào)節(jié)牽引力和行走速度。最高行駛速度由設(shè)計(jì)任務(wù)書所給為Km/h。
根據(jù)樣機(jī)數(shù)據(jù)并參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。液壓馬達(dá)選取長江液壓件廠的GM—16型液壓馬達(dá)。額定壓力21MPa.
Q=200L/min。 n=1800r/min。
q==0.111L/r (3--1)
==0.115L/min (3--2)
==×0.98=1704r/min (3--3)
=
=0.159×30×0.115×0.9=493.7N.M (3--4)
= ×△p×q×
=0.159×30×0.115×0.8=439N.M (3--5)
式中 ---壓力損失，
---容積效率，0.98
---機(jī)械效率，0.9
---額定扭矩(N.M)
---實(shí)際扭矩 即油馬達(dá)啟動(dòng)扭矩(N.M)
(2) 傳動(dòng)比分配
根據(jù)啟動(dòng)牽引力作為計(jì)算第一檔速度的依據(jù)(越野檔)。則其總傳動(dòng)比為:
(3--6)
式中 ---機(jī)重(T);
---油馬達(dá)啟動(dòng)扭矩(N.M);
---輪胎半徑(m);
---軸與變速箱總效率。0.8.
第二檔速度(公路檔)取決于挖掘機(jī)的最大行駛速度合油馬達(dá)的最大轉(zhuǎn)速。其總傳動(dòng)比為:
(3--7)
式中 ---油馬達(dá)最大轉(zhuǎn)速(r/min);
---輪胎半徑(m);
---挖掘機(jī)最大行駛速度(Km/h).
=
=10.175
根據(jù)上面的總傳動(dòng)比計(jì)算。變速箱合驅(qū)動(dòng)橋的傳動(dòng)比分配如下:
驅(qū)動(dòng)橋:一般工程車輛中多采用驅(qū)動(dòng)橋合輪邊減速器結(jié)合使用。所以驅(qū)動(dòng)橋總減速比可取
的大一點(diǎn).參考樣機(jī)選取本機(jī)的驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)比為21.
變速箱: 第一檔
第二檔
3.2實(shí)際速度及牽引力
越野檔速度: == 3.4 Km/h
牽引力為: == 66 KN
變速箱輸出軸扭矩:
公路檔速度: == 31 Km/h
牽引力為: == 7.28 KN
3.3挖掘機(jī)行走裝置參數(shù)
行走裝置型式: 輪胎式;
挖掘機(jī)重量: 11噸;
牽引力: 66 KN
輪胎規(guī)格: 9.00---20;
輪胎動(dòng)力半徑: 0.491m;
油馬達(dá)主要參數(shù):
排量: 0.115L/min;
扭矩: 493.7 N.m
轉(zhuǎn)速: 1704 r/min;
流量: 200 L/min.
公路行駛時(shí)的主要參數(shù):
速度: 31 Km/h;
變速箱傳動(dòng)比: 0.485
變速箱輸出軸扭矩: 212.9 N.m
變速箱及驅(qū)動(dòng)橋效率: 0.85
越野檔行駛時(shí)的主要參數(shù):
速度: 3.4 Km/h;
變速箱傳動(dòng)比: 4.5
變速箱輸出軸扭矩: 1975.5 N.m
變速箱及驅(qū)動(dòng)橋效率: 0.85
3.4 變速箱設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)的變速箱要能保證一下要求:
(1) 改變傳動(dòng)比。擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩合轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件。如起步、加速、上坡等，同時(shí)使發(fā)動(dòng)機(jī)在有利的工況下作業(yè)。
(2) 實(shí)現(xiàn)倒檔。在發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變的前提下，使車輛能前進(jìn)和倒退行駛;
(3) 實(shí)現(xiàn)空檔?？汕袛鄠鲃?dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力傳遞，以使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠啟動(dòng)、怠速。并可在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，車輛長時(shí)間停車，便于變速箱換檔和動(dòng)力輸出。
本設(shè)計(jì)采用機(jī)械式換檔，即人力通過操縱機(jī)構(gòu)撥動(dòng)嚙合套進(jìn)行換檔。變速箱有兩對(duì)嚙合齒輪，采用齒輪常嚙合，嚙合套換檔。因此兩對(duì)齒輪的中心距離要相等。
3.4.1低速檔齒輪設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。因其傳動(dòng)速度不高，故齒面嚙合選用7級(jí)精度（GB10095－88）。
1 材料選擇
由參考文獻(xiàn)[3]第189頁，表10-1，選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)后表面淬火），硬度為50HRC，大齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS。
2 齒數(shù)確定
選小齒輪齒數(shù) =18.大齒輪齒數(shù)＝＝18×4.5＝81，
?。?1。
3 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)公式進(jìn)行計(jì)算，即
(3--8)
式中 ----載荷系數(shù)；
----齒輪分度圓直徑；
----齒寬系數(shù)；
----齒輪傳動(dòng)比；
----彈性影響系數(shù)；
----齒輪所傳遞的扭矩
----材料許用應(yīng)力。
a 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
① 試選載荷系數(shù)=1.3
② 小齒輪所傳遞的扭矩
③ 由參考文獻(xiàn)[3]第201頁，表10－7 兩支撐相對(duì)小齒輪作不對(duì)稱布置，
故取 ＝1.0
④ 由參考文獻(xiàn)[3]第198頁，表10－6 彈性影響系數(shù)，
取 =189.8 MPa
⑤ 由參考文獻(xiàn)[3]第207頁，表10－21d 調(diào)質(zhì)處理合金鋼的
查得 小齒輪得接觸疲勞強(qiáng)度極限＝1200 MPa；
大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限＝800 MPa
⑥ 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)系數(shù)
=60×1704×8×200×6
＝9.82× h (3--9)
=60××8×200×6
式中 ----轉(zhuǎn)速；
----同側(cè)齒廓嚙合次數(shù)；
----工作小時(shí)數(shù)。
⑦ 由參考文獻(xiàn)[3]第203頁，圖10-19 灰鑄鐵接觸疲勞壽命系數(shù)。
查得 =0.95; =0.97
⑧ 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%。安全系數(shù)為S=1
=
=0.95×1200=1140 MPa (3--10)
=
=0.97×800=776 MPa
b 計(jì)算
① 計(jì)算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的數(shù)值
=2.32×
=80.469 mm
② 計(jì)算圓周速度
==4.85 m/s (3--11)
③ 計(jì)算齒寬
==80.469 mm
④ 計(jì)算齒寬與齒高之比
模數(shù): =/=4.47 mm
齒高: =2.25=2.25×4.47=10.06 mm
=80.469/10.06=8.0
⑤ 計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)=4.85 m/s。7級(jí)精度.查參考文獻(xiàn)[3]第192頁，圖10-8 動(dòng)載系數(shù)值
得動(dòng)載系數(shù)=1.14。
由參考文獻(xiàn)[3]第190頁，表10-2 取使用系數(shù)=2.0，7級(jí)精度.
由參考文獻(xiàn)[3]第193頁，表10-3
及
(3--12)
=539.2 N.mm > 100 N.mm
查得 ==1.1
小齒輪相對(duì)支撐非對(duì)稱布置時(shí):
=1.12+0.18(1+0.62)2+0.23×10-3b (3--13)
10-2
=1.593
由=8.0。 =1.593得=1.46。故載荷系數(shù)
(3--14)
=2×1.14×1.1×1.593
=3.995
⑥ 按實(shí)際得載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑。有
=.= 80.469×= 112.25 mm (3--15)
⑦ 計(jì)算模數(shù)
M=d/z = = 6.23
(3--16)
4 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為:
m≥ (3--17)
式中 ----載荷系數(shù)
----齒寬系數(shù)；
----齒輪齒數(shù)；
----齒形系數(shù);
----應(yīng)力校正系數(shù);
----齒輪所傳遞的扭矩；
----彎曲疲勞強(qiáng)度極限。
a 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值:
① 由參考文獻(xiàn)[3]第204頁，圖10-20 齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
查得 小齒輪得彎曲疲勞強(qiáng)度極限=650 MPa;
大齒輪得彎曲疲勞強(qiáng)度極限=550 MPa.
② 由參考文獻(xiàn)[3]第202頁，圖10-18 彎曲疲勞壽命系數(shù)
查得 =0.85;=0.88.
③ 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞許用系數(shù) S=1.4
得 == 0.85×650/1.4 = 394.6 Mpa
(3--18)
==0.88×550/1.4 = 345.7 MPa
④ 計(jì)算載荷系數(shù)
= 2×1.14×1.1×1.46 = 3.662 (3--19)
⑤ 由參考文獻(xiàn)[3]第197頁，表10-5齒形系數(shù) 及應(yīng)力校正系數(shù)
查得 =2.91; =2.22
=1.54; =1.775
⑥ 計(jì)算大小齒輪的并加以比較
==0.01136 (3--20)
==0.01141
兩者比較,大齒輪的數(shù)值大.
b 設(shè)計(jì)計(jì)算
=4.81 mm
對(duì)比計(jì)算結(jié)果。由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m。由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力。而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力。僅與齒輪直徑(即模數(shù)與齒數(shù)的乘積)有關(guān)?？捎蓮澢趶?qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m=4.81。取m=5。按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的分度圓直徑計(jì)算。.
小齒輪的齒數(shù) =/m
=22.45
圓整取22。
大齒輪齒數(shù) =4.5×22.45=101.025
圓整取102
5 齒輪幾何尺寸計(jì)算
① 分度圓直徑
=×m=110 mm
=×m=510 mm
② 計(jì)算中心距
=(+)/2=310 mm
③ 計(jì)算齒輪寬度
==110 mm
取 =110 mm;=115 mm
3.4.2高速檔齒輪設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)方案,選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。因其傳動(dòng)速度不高,故齒面嚙合選用7級(jí)精度（GB10095－88）。
由于高速擋齒輪設(shè)計(jì)原理和步驟和低速擋齒輪一樣，因此低速擋齒輪設(shè)計(jì)同上步驟，經(jīng)計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度的模數(shù)m=2.517。取m=3。
按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的分度圓直徑
計(jì)算小齒輪的齒數(shù) ==50
大齒輪齒數(shù) =0.485×50=24
這樣設(shè)計(jì)出來的齒輪傳動(dòng)即滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度。又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。并做到結(jié)構(gòu)緊湊。避免浪費(fèi).
3.4.3齒輪變位
因?yàn)橛?jì)算的上對(duì)齒輪已將兩軸的中心距確定。所以現(xiàn)在需要調(diào)整兩對(duì)齒輪的分度圓直徑。來滿足兩軸的中心距.
解決方法:先在傳動(dòng)比不變的條件下改變齒數(shù)。使改變后的中心距與實(shí)際要求的相差較小。再通過齒輪的變位來達(dá)到滿足中心距的要求.
重新確定小齒輪齒數(shù)為:
;
此時(shí)的中心距為
==309
采用角度變位齒輪傳動(dòng)中的正傳動(dòng)。其中心距大于標(biāo)準(zhǔn)中心距。嚙合角大于分度圓壓力角。兩輪的齒全高比標(biāo)準(zhǔn)齒輪短.
正傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是可以減少齒輪機(jī)構(gòu)的尺寸。并且兩輪均采用正變位。能使齒輪機(jī)構(gòu)的承載能力有較大提高.缺點(diǎn)使。由于嚙合角的增大和實(shí)際嚙合線減短。故使重合度減少較多.
a 變位齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
已知 、、m、、
① 確定嚙合角
=arccos ()
= arccos ()
② 確定變位系數(shù)和
+= (+)(+)/(2)
=0.4217
③ 確定中心距變動(dòng)系數(shù)
===0.33
④ 確定齒頂高降低系數(shù)
=(+)-
=0.4217-0.33=0.0917
⑤ 分配變位系數(shù)(盡量平均分配)
=0.2117; =0.21
⑥ 計(jì)算齒輪的幾何尺寸
齒頂高 =(+-)m
=(1+0.2117-0.0917) ×3
=3.36
(+-)m
=(1+0.21-0.0917) ×3
=3.355
齒根高 =(+-)m
=(1+0.25-0.2117) ×3
=3.115
=(+-)m
=(1+0.25-0.21) ×3
=3.12
節(jié)圓直徑 =
=418.668 mm
=
=201.805 mm
齒頂圓直徑 =+2
=423.72
=+2
=207.71
3.5 輪邊減速器
3.5.1傳動(dòng)方案的選擇
由參考文獻(xiàn)[12]第123頁，初定輪邊減速傳動(dòng)比為。方案采用常見得一級(jí)大減。太陽輪輸入行星架輸出。由此確定行星排參數(shù).等于齒圈齒數(shù)與太陽輪齒數(shù)之比.下圖為其傳動(dòng)簡圖3-1.
圖3-1 輪邊減速器傳動(dòng)簡圖
1-半軸套管;2-半軸;3-太陽輪;4-行星齒輪;5-行星齒輪軸;
6-齒圈;7-行星架.
3.5.2配齒選擇
a 各行星排齒圈齒數(shù)盡量接近，最好是取成相同。
b小齒輪的齒數(shù)不要取得過小，應(yīng)考慮軸和軸承的布置和避免產(chǎn)生根切。
c行星輪最小齒數(shù)不小于14～17，太陽輪的最小齒數(shù)應(yīng)取得更多一些。
本設(shè)計(jì)取的太陽輪18個(gè)齒。行星輪30個(gè)齒。滿足要求.
3.5.3行星傳動(dòng)系設(shè)計(jì)
主要參數(shù)確定.
首先找倒現(xiàn)有的同類機(jī)械。統(tǒng)一等級(jí)和機(jī)構(gòu)類型相似的輪邊減速器作為參考.然后根據(jù)情況的不同。適當(dāng)?shù)倪x擇參數(shù).
a 齒輪模數(shù)
齒輪模數(shù)直接決定齒輪彎曲強(qiáng)度。從增加彎曲強(qiáng)度出發(fā)。應(yīng)選大模數(shù).但在中心距和速比一定的情況下若選用小模數(shù)。則可以增加齒數(shù)。使重疊系數(shù)增大。傳動(dòng)的平穩(wěn)性和齒輪接觸強(qiáng)度有所改善.因此在滿足彎曲強(qiáng)度的前提下。應(yīng)盡量采用小模數(shù)。
一般可按下面的經(jīng)驗(yàn)公式來初選模數(shù):
(3--21)
式中 ---太陽輪扭矩
---模數(shù)系數(shù)。
模數(shù)初取4 mm.
經(jīng)計(jì)算:
=96 mm。
b 齒寬
在一定范圍內(nèi)齒寬大齒的強(qiáng)度就高。但輪邊減速器受徑向尺寸和軸向尺寸的限制。又不能太大。試驗(yàn)證明。齒寬過分增大時(shí)。由于沿齒寬方向負(fù)荷分布不均勻性增大。反而使齒輪承載能力隨之降低.
查參考文獻(xiàn)[3]第201頁，表10-7 圓柱齒輪的齒寬系數(shù)
結(jié)合本機(jī)工作情況。取=0.5.
則: =0.5×18×4=36
4 其他部件設(shè)計(jì)
4.1軸和軸承設(shè)計(jì)
初選軸徑
由參考文獻(xiàn)[3]第362頁，公式(15--2)可初步估算出軸得直徑
即
式中 ---軸所受得扭矩 KW;
---軸的轉(zhuǎn)速 r/min;
=(查參考文獻(xiàn)[3]第362頁，表15—3取126)
代入各數(shù)據(jù)得:
所以輸入軸得最小直徑取40毫米。兩端軸承選內(nèi)徑為40毫米深溝球軸承.載荷大，尺寸受限制時(shí)。往往采用圓錐滾子軸承。其支撐剛度大。但對(duì)軸的變形敏感.內(nèi)外圈可分離。裝拆方便.圓錐滾子軸承能承受軸向力。當(dāng)要求承載能力大時(shí)。還可采用雙列球面滾柱軸承。這種軸承耐沖擊能力好。能自動(dòng)調(diào)心。允許內(nèi)外圈軸線有較大的現(xiàn)對(duì)偏斜。對(duì)軸線偏差能起補(bǔ)償作用.但徑向球軸承價(jià)格便宜、且能承受一定得軸向力、對(duì)軸的變形不敏感、點(diǎn)接觸的摩擦小。適宜用于高速。因其額定負(fù)荷小，因而主要用于中、小載荷。
代入輸出軸的扭矩。計(jì)算如下:
所以輸出軸選最小軸徑65毫米。兩端用65毫米的圓錐滾子軸承支撐。中部為花鍵形式。
4.2軸承、鍵和連軸器的選擇
4.2.1輸入軸
根據(jù)輸入軸的軸徑選擇其鍵、軸承和連軸器.
已知輸入軸的軸徑為40 mm。由參考文獻(xiàn)[4]第107頁，表11-28。選擇普通平鍵。公稱直徑=12×8.
由參考文獻(xiàn)[3] 第103頁，公式(6--1)
校核普通平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度.
式中 ---傳遞的轉(zhuǎn)矩，N. m；
---鍵與輪轂鍵槽的接觸高度。 =0.5h
---鍵的工作長度，單位為mm。平頭平鍵，這里為鍵的公稱長度，單位為mm;b為鍵的寬度，單位為mm
---軸的直徑。單位為mm
---鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力。單位為MP
對(duì)于變速箱軸上的鍵。 取為100 MPa.
代入數(shù)值得:
=48.99 MPa
故，此鍵滿足工作要求.
連軸器:
由軸徑和轉(zhuǎn)矩并查參考文獻(xiàn)[4]第125頁，表13-2 選取YL10型.
軸承:
由軸徑和轉(zhuǎn)矩并查參考文獻(xiàn)[4]第119頁，表12-6 選取6209型深溝球軸承.
軸承端蓋:
由軸徑和轉(zhuǎn)矩并查參考文獻(xiàn)[4]第132頁，表14-1 計(jì)算軸承端蓋得各幾何參數(shù).端蓋的連接螺釘直徑為
4.2.2 輸出軸
根據(jù)輸出軸的軸徑選擇其鍵、軸承和連軸器.
已知輸出軸的軸徑為65 mm。由參考文獻(xiàn)[4]第107頁，表11-28。選擇普通平鍵。公稱直徑=22×14.
由參考文獻(xiàn)[3]第103頁，公式(6--1)
校核普通平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度.
式中 ---傳遞的轉(zhuǎn)矩，N. m；
---鍵與輪轂鍵槽的接觸高度， ；
---鍵的工作長度，單位為mm，平頭平鍵，這里為鍵的公稱長度，單位為mm;b為鍵的寬度，單位為mm。
---軸的直徑，單位為mm；
---鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，單位為MP
對(duì)于變速箱軸上的鍵， 取為100 MPa。
代入數(shù)值得:
=13.59 MPa≤
故，此鍵滿足工作要求.
連軸器:
由軸徑和轉(zhuǎn)矩并查參考文獻(xiàn)[4]第123頁，表13-2 選取YLD 10型.
軸承:
由軸徑和轉(zhuǎn)矩并查參考文獻(xiàn)[4]第119頁，表12-6 選取6214型深溝球軸承.
軸承端蓋:
由軸徑和轉(zhuǎn)矩并查參考文獻(xiàn)[4]第132頁，表14-1 計(jì)算軸承端蓋得各幾何參數(shù).端蓋的連接螺釘直徑為
5液壓挖掘機(jī)行走裝置運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)
5.1模型的建立
液壓挖掘機(jī)的行走過程是通過輪胎與地面的摩擦力使得產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的一個(gè)過程。斗裝滿后提升,回轉(zhuǎn)到卸土位置進(jìn)行卸土。液壓挖掘機(jī)行走裝置為了實(shí)現(xiàn)上述周期性作業(yè)動(dòng)作,整機(jī)由下列幾個(gè)基本組成部分:動(dòng)力裝置、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)操作機(jī)構(gòu)、行走裝置和輔助設(shè)備。對(duì)液壓挖掘機(jī)行走裝置的零件進(jìn)行三維實(shí)體造型幾乎要用到Pro/ E 中所有的常用操作方法,如拉伸、旋轉(zhuǎn)、倒角、以及圓角等常用操作命令。例如傳動(dòng)齒輪先繪制草繪圖,用到[ 直線] 、[圓] 、[修剪]等操作,再拉伸得到齒輪的主體。接下來主要用[拉伸]操作依次繪制傳動(dòng)軸、減速箱,[切除]操作繪制軸孔,最后用相關(guān)其他工具完成整個(gè)行走裝置的繪制。其它主要零部件還包括車架、輪子等。
5.2構(gòu)件運(yùn)動(dòng)配裝
為了使裝配完的挖掘機(jī)能夠進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真,需要將各零件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)裝配。運(yùn)動(dòng)裝配既要使兩個(gè)構(gòu)件直接接觸,又要使兩個(gè)構(gòu)件產(chǎn)生一定運(yùn)動(dòng)。由于運(yùn)動(dòng)裝配與零件裝配都是將單個(gè)零部件裝成一個(gè)完整的機(jī)構(gòu)模型,它們之間有很多相似之處。
5.2.1相似點(diǎn)
①兩者都利用[元件放置]對(duì)話框連接或安裝零部件,并根據(jù)同軸、共面等幾何約束關(guān)系將各零件裝配起來：②裝配和子裝配之間的關(guān)系相同, Pro/ E 將連接信息保存在裝配文件中,使父裝配繼承了子裝配中的連接定義。
5.2.2 不同點(diǎn)
①創(chuàng)建機(jī)構(gòu)是應(yīng)用[元件放置]對(duì)話框的[連接]功能連接機(jī)構(gòu)中的各個(gè)機(jī)構(gòu),而零件裝配直接在[元件放置]對(duì)話框中通過定義裝配約束來安裝各個(gè)零部件;
②由零件裝配得到裝配體,其內(nèi)部的零部件之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng),而由連接得到的機(jī)構(gòu)其內(nèi)部的構(gòu)件之間可以產(chǎn)生一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng);
③創(chuàng)建機(jī)構(gòu)以后必須添加驅(qū)動(dòng)器才能進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真。運(yùn)動(dòng)裝配首先插入回轉(zhuǎn)支撐,單擊元件放置對(duì)話框中的“默認(rèn)位置”,以系統(tǒng)默認(rèn)位置裝入回轉(zhuǎn)支撐零件。接下來插入齒輪軸,設(shè)置放置類型為“約束”,選取齒輪軸和回轉(zhuǎn)支撐之間的基準(zhǔn)軸線,再分別選取齒輪軸和回轉(zhuǎn)支撐的FRON T 基準(zhǔn)面作為配合。同理,按一定的順序,將挖掘機(jī)其它部件裝配到相應(yīng)的固定位置,得到的總裝配如圖和行走裝置機(jī)構(gòu)如下面5-1，5-2，5-3，5-4圖示
圖5-1 輪式挖掘機(jī)行走裝置總裝配圖
圖5-2 減速箱
5-3 車架及行走裝置整體
5-4 挖掘機(jī)傳動(dòng)軸
結(jié) 論
本課題主要進(jìn)行了液壓挖掘機(jī)的行走裝置、動(dòng)力機(jī)構(gòu)、變速箱和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，通過查找相關(guān)的設(shè)計(jì)資料和詳細(xì)的計(jì)算過程，選擇了發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)，對(duì)行走裝置中的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)選擇，控制系統(tǒng)采用較為普遍的PLC控制系統(tǒng)，確定了行走裝置各部分的結(jié)構(gòu)尺寸并對(duì)主要部件進(jìn)行了強(qiáng)度校核，對(duì)減速器的行星傳動(dòng)齒輪進(jìn)行了鉸詳細(xì)的設(shè)計(jì)和校核，盡可能使行走裝置設(shè)計(jì)結(jié)果能滿足作業(yè)要求和理論工作時(shí)間。
通過本次設(shè)計(jì)，鞏固了大學(xué)許多所學(xué)的課程，掌握了一些基本的設(shè)計(jì)思路，為今后從事設(shè)計(jì)方面工作打下了良好的基礎(chǔ)，由于知識(shí)有限，本次設(shè)計(jì)仍然有很多的不足和缺陷，需要以后不斷的學(xué)習(xí)改進(jìn)。
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