履带车的设计全解

1 / 37 毕业设计说明书 学号： 学院： 专业方向 ： 题目： 指导者： 评阅者： 2 / 37 声 明 我声明，本毕业设计说明书及其研究工作和所获得的成果是本人在导师的 指导下独立完成的。研究过程中利用的所有资料均已在参考文献中列出， 其 他 人员或机构对本毕业设计工作做出的奉献也已在致谢部分说明。 本毕业设计说明书不涉及任何机密，南京理工大学有权保存其电子和纸质 文档， 可以借阅或网上公布其部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并受权保存、借阅或网上公布其部分或全部内容。 学生签名： 年月日 指导 老师签名： 年月日 3 / 37 4 / 37 毕业设计说明书中文摘要 5 / 37 地策资源勘探采渠车是一种新型的地冤资源勘探装备，可实现检波器遥控定位与插 置、信号遥控采渠，是一种 平安、高效、高密度信息采集的陆地资源勘探装备，代表着陆地资源勘探装备的开展方向。本文针对采集车的车体构造、行走机构以及检波器的插 置机构开展相关技术研究。 论文论证并确定了采集车的总体方案，根据总体方案设计了履带式行走机构和检波 器插置机构e 对行走机构的履带、驱动轮、支重轮、导向轮和托链轮进展了理论计算与设计； 采用电动推杆构造设计了检波器插置机构； 最后， 基千上述两部分的设计，进展了采渠车的总成设计。 本文对新型地 策资源采集车的研制 与 设 计 进展了初步的尝试，获得了初步的经历 关键词 地策资源 采媒车 履带式行走机构 检波器插置 毕业设计说明书外文摘要 6 / 37 Title Mobile distributed seismic ex loration device - The desi n of the vehi cl e and detector inserted device Abstract The seismic explorat i on and acquisition vehicle is a new t ype of seismic explor a t ion equi pment . I t can achieve remote control ,positioning of the detector, signal re,note contr ol i ng. It is a safe, efficient, hi gh- dens i t y information acquisition of land resources exploration equipment, Representing t he development direction of land resources exploration equi pment . In this paper , t he relevant technology is carried out for the car body s t ru c t ur e, walking m echanim s and the insertion m echani sm of the de t ect or . The overa ll scheme of the acquisition vehicle is demonstrated and t he crawler type traveling mechanism and the detector are designed according to t he overall scheme. The crawler walking m echani sm, t he driving wheel, the branch heavy wheel, guiding wheel and entrusted sprocket of the theoretical calculation is also designed; designing the geophone in device us i ng e l ec tr ic push rod st ructur e. Fi nall y, based on t he two pai t s of the design, acquisition vehicle des ign. In t hi s paper, t he design of the new seismic resour ce acquisition vehicle is preliminarily attempted, and the exper i ence of this paper is acquir ed. Keywords Seismic resource acquisition vehicle Crawler Det ec tor inserting 7 / 37 第 4 页 目次 1 弓I言 ，. . 1 . . . . . . . . . . . . I.I 课题 的研究慈义- . 1. . . . 1. 2 国内 外研究现状 .1. 1.3 论文幸节安 排 - . 3. 1.4 本章小结 . 3 2 地 策 采渠车 的总体设计方案 . 4 2. 1 本课题要解决的根本问题.-.- . . 4 2.2 本课题拟采用的设计方案 .4 2.3 方案选择根据 . . .-.-.-.-.-.-.-.-. . 4 2.4 设计根据 . 6. 2.5 履带式行走装置的组成与作用 . 6 2.6 履带式车 辆的行驶原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 2.7 电动 推杆的工作原理 . . . . . . . . .7. . 3 行 走装 置各个部分的设计- . 8. 3.1 履带 . 8 3.2 驱动轮的设计 9 3.3 支重 轮 . 1.0. 3.5 张紧装置的设计与计算 .12 3.6 托 链 轮 . 1.4. 3.7 履带行走装置的总体装配00. . -.-. .15 4 履带行走构造的运动分析. .晕 . 15 4.1 履带式行走装 置的接地比压 . 16 4.2 运行阻力计算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1. .6. . 4.3 转向录大驱动力矩的分析与计算 . 1 7 2 轮 向导 4 勹3 8 / 37 笫 5 页 5 检波器插置装置的设计 . 2.3. 5.1 检波器插置装 置的 总体设计 . 23 5. 2 电动推杆 2 3 5 .3 电动推杆的选择 - .24 5.4 地笢检波器的安装 - 2 4 5.5 应力分析 . 2.6. 5.6 地策采集车 的总体装 配- 令 . 26 5.7 小 结 . 2.7. 结 论 - 2 8 致 谢 . 2.9. 参 考 文 献 - 30 9 / 37 1 引言 采焦车作 为一种新型的信息 采媒工具 ，在科学探 究 中运用越 来越广泛， 本幸主要介绍课题慈义和本论文要讨论的内容 1. 1 课题的研究意义 现代社会中，对信息的采媒越来越重视。在过去，信息的采媒主要通过技术人员亲自操 作机器去采负，往往会面临各种风险，而且效率很低 。在一些危险的行业，人体根本无法工作，为理解决这一难题，采集车应运而生。 采媒车是一种新型的信息采集工具，本身主 要由 可挪动的车 身和信息采焦装置组成。采集车的出现把人类从恶劣的工作环境中解放了出来，与传统方法相比优势十清楚显，因此近 年来开展非常迅速。采集车可应用于地策勘探、石油探测、天然气资源开采、固体资源地质 找矿等行业，也可用千灾害搜救。采渠车的工作原理： 通过远程操控采拫车的运动，到达指定地点通过控制车上的地策检波器插置装置使检波器下插，检波器插入地而使土堁层发生策 动产生地策波，地策波向地下传播，遇到岩层分界面介原屈性不同时会发生反射和折射。发 射和折射的波到达地而然后人们在地表利用接收器接收这种地策波。通过对地恁波分析处理， 可以推断出地下岩层的性质和形态。地恁检波器是一种专用传感器，主要用千地质勘探和工 程测登，它可以将地表振动转化为电信号。如何挪动小车和地策检波器结合起来是研究的重 点，也是本课题需 要解 决的问题 1. 2 国内外研究现状 世界范围内对采媒车的研究重点是挪动机构的研究。常见的挪动机构主要有轮式、腿式、 履带式和轮履、轮腿等复合式机构。在不同的环境下，每种挪动机构都有其优势和实用性， 但也有其局限性。 1. 2. 1 轮式挪动机构 轮式挪动机构的优点表达在速度上，通常， 轮式挪动机构的速度范围较广，尤其是地而平坦时，轮式挪动机构具有很大的优势。常见的轮式挪动机构主要有两轮、三轮、四轮、六 轮的构造形式，也有五轮构造。美国“消灭者 地而无人作战车辆是由卡内菇梅陷大学国家机器人工程中心为国防高级研究方案署地面无人车辆感知栠成系统工程研制的一款越野机动 平台它是6 轮全驱的混合动力无人车辆， 采用 6x6 弹性独立绞链，可以适应各种复杂地形， 承受不同任务负载，机动性强，可靠性高，续 航才能持久。 10 / 37 1. 2. 2 履带式挪动机构 履带挪动机构的突出特点是地面适应性强，履带挪动机构可以在各种复杂的地面上行驶， 越降才能比拟强，对运动环境的适应性特别强。它可以看作是对轮式挪动机构的拓展，履带 本身相当千在给车轮铺路。履带挪动机构具有以下特点： ( I ) 接地而积大， 接地比 压小。 ( 2 ) 机 动 性好，越野才能强。 (3 ) 牵引附着性能好，不易打滑， 稳定 性高 ( 4 ) 构造复杂，易 损坏， 重昼大， 减策性差 针对普通履带式挪动机构的缺点，目前的解决方法是改变履带的形状和构造。随着材料科学的开展，近年来出现了各种增强的非金属复合材料履带，使履带挪动机构的重登大大减 轻，克制了起笨重的缺点，使其整体性能得到大幅改菩。在环境复杂的情况下，履带式挪动 机构适应性较强。例如 Gemini Scout 是美国职业平安与安康中心资助圣帝亚国家实验室研制的一款矿井救灾机器人。它是为煤矿井下环境专门设计的履带式双节机器人，长 1.2m, 宽 0.7m, 在身体上方有一个高出机体的摄像机挽杆，其上安装了一个能透过烟雾和尘埃的红外 摄像头，配置了有苺气体传感器和爆炸气体传感器。因内也有类似产品，例如北京神州明达 科技股份研制的 RAPTOR-EOD中型排爆机器人，该机器人 采用了单 节双履带挪动机构，井且采用三角形履带构造， 进步了其 越降 性能， 使移 动机 器人前部履带而与地而 45 度左右倾角，进步机器人通过台阶等障碍地形的才能。此外还有多节轮履复合式挪动机器人 使用轮履复合式挪动机构，中间为轮式挪动机构，两端增加两节履带劈，在平整路面上可充 分发挥轮式挪动机构高速、低功耗的优点，在 复杂地形条件下又充分利用履带劈进步机器人的通过性能，这种挪动机构通过履带臂的伸展运动，可以灵敏调整体积和大小，伸展开时可 以通过较大尺寸的韬碍，收缩状态那么可通过较小空间，实现的功能和多节履带式挪动机构相 类似。另外还有底盘抬高型履带，它通过履带构造的设计，增大挪动机器人底盘与地而之间 的间隔 ，防止路而凸起的石块与底盘发生干预，进步挪动机器人通过复杂地形的才能。这种 改良设计可以克制传统履带式挪动机构复杂地形通过性差的特点，但同时也会抬高车体屈心， 降低机器人稳定性。还有一种是可变形履带式挪动机器人，可以变化履带的构造与形状，通 过变形，一方而可以进步挪动机器入底盘，另一方而还可以改变机器人运动和越陷特性。 1. 2. 3 腿足式挪动机构 人们通过运用仿生学来模拟生物的肢体运动，仿造了了腿足式挪动机构。这种机构有极强的适应性，儿乎可以通过任慈路面，机动性也特别好，可以轻松跨过大跨度降碍和通过松 2 / 37 软的路而。该机构缺点主要是行进速度慢，构造形式复杂，控制比拟困难，目前并未大规模 应用，主要处千理论研究和实验室阶段。 Big-Dog 四足机器人是由美国国防高级研究方案署资助，由波士顿动力公司研制的军用机器人。它是当前世界上性能最好的四足机器人， 可以跳跃、奔跑和负重越野。它的设计目是： 能 够 不受地形限制，跟从部队一起挪动，在陡峭崎妪、森林、雪地、泥拧不堪和满地岩石的复杂路况下替大兵背负重物、装备和补给。从Big-Dog 已经公布的资料和相关视频中我们可以理解到，它具有较大的负载才能和运动速度， 尤其是它的运动平稳性和地形适应性值得称道，比方在冰而上受到强烈的冲击干扰后仍能通 过步态调整迅速恢复平衡，平稳平安地通过乱石堆，实现 Im 左右的跳跃等。Big-Dog 出色 的性能是由它的能源和驱动系统、机械系统、导航系统的出色的设计和互相之间完美结合而 实现的。还有小狗机器人，一款小型的四足机器人，体积仅一个手华大小，可灵敏平稳地通 过凹凸不平的路面； RISE六脚爬壁机器人， 能在各种粗糙程度的 墙而上行走 。这些成果代 表了腿式挪动机器人领域的最高研究成果。 此外，采织车还有很多复式构造，如轮履复合式，轮腿复合式等，由千构造比拟复杂和考虑到实用性，本课题不作研究。 1. 3 论文章节安排 通过对目前三种主流挪动机构的 分析介绍，结合国内外的 现有产品 。本论文 设计的采织车采用履带式挪动机构。因为综合来看， 轮式挪动 机构 速度快， 但地而适应性不 够好： 履带式 移 动结 构 地而适应性很 强 ，但 行进速度较慢 ： 腿 式挪动机构那么开展还不成熟。由千本课题要求小车要有一定的越障才能，但对其行驶速度没有 过高要 求，所以本课题拟采用履带 式挪动机构来设计采负车。 论文的章节安排如下： 第1 章： 介绍 课题研 究 背景和 慈义 ，分析 国内外 研究现状， 初步 确定设 计方案。 第 2 章： 地冤 采媒车的总 体方案设 计以 及设 计依 据 第 3 幸 ： 采织 车具 体零部 件 的 设 计 第 4 章 ： 采银车 运动的力学 分析 第 5 章 ： 地恁检 波器的 插 登构造选择与设计 1. 4 本章小结 本幸主要阐述了课题的研究背景喝慈义，介绍国内外的研究的现状，井且对论文构造进展了划分。 3 / 37 2 地震采集车的总体设计方案 2. 1 本课题要解决的根本问题 本课题拟设计一种便携式的小型采渠车，可以在复杂的 地而上行驶。其设计要求如下： ( I ) 采渠车运动机构确实定 采媒车运行于野外路况相对复杂的环境中，要具有一定的爬坡及越降才能，运动机构的设计是课题的关键之一。 ( 2) 检波器的插置机构确实定 为了有效采镁地策波，检波器应插入地表下10cm 以上，与大地可靠耦合采集车运载的检波器需要有一个插置机构实现检波器向地下插置 2.2 本课题拟采用的设计方案 2. 2. 1 产品 的主要技术要求 主要针对履带挪动机构的设计，要求采媒 车轻便、可靠，便千携带 。设计要求采集车要有较好的地而通过性，接地比压不能过高，有 一定的越 障才能，可平安通过沙土地。关键技术主要是履带构造的设计和详细零件的选型和校核 2. 2. 2 总体方案的设想 (I ) 地恁采织车的总体方案设想 针对课题要求，采奂车要有一定的越障和爬 坡 才 能 ，那么运动机构可采用履带式机构 ，因为相比轮式和腿式以及复合式机构，履带式构造的越障才能更强并且地面适应性更好，而且 目前技术比拟成熟。 ( 2 ) 检波器插置装置问题的解决方案 本课题关键要解决的问题是检波器的插宜，根据题目要 求检波器需要插入地下 10cm以上井可实现往复运动，需要克制较大的土壤阻力，电动推杆机构较易实现且可保证插入深度， 往复运动较易实现。 2. 3 方案选择根据 2. 3. 1 届带行走机构的优点 履带行走机构具有以下特点： ( I ) 接地面积大，接地比压小。 ( 2 ) 机动性强，爬坡越障才能好 (3 ) 牵引附着性能好，稳定性高 4 / 37 ( 4 ) 橡胶履带构造简单，原噩轻，可更换，易千 维修。 2.3.2 电动推杆 检波器的插置有很多种方法，常见有液压气压机构、导杆滑块机构、连杆构造、滚珠 丝杠机构等。每种构造都有各自的特点，运用场 合也有所差异，考虑到本课题设计的采集 车车身 较 小 ， 构 造 要 求 简 单 ， 所 以 本 课 题 拟 采 用 电 动 推 杆 机 构 。 电 动 推 杆 是 一 种 可 以 进 展 往 返 运 动 的 设 备 ， 通 过 电 力 驱 动 ， 用 千 各 种 或 简 单 或 复 杂 的 场 合 。电 动 推 杆 一 般 作 为 电 动 执 行 机 构 ， 可 以 实 现 远 方 渠 中 控 制 或 自 动 控 制 。 电 动 推 杆 具 有 以 下 优 点： ( I) 设 计精致、体积小，节 省空间 。 ( 2 ) 精度高，平安可靠。 (3 ) 完全同步， 自锁性能好。 ( 4 ) 电机直接驱动。 2. 3. 3 轮骰电机技术 轮毅电机技术也就是电机内理车轮技术，它通过把电机、传动装置和制动装置整合到轮 敕里从而使得车身的构造大大简化。轮教电机的优点主要有以下几点： (1 ) 传动部件很少，极大简化了构造。 ( 2 ) 轮毅电机具备单个车轮驱动的特性，可以实现 更为复杂的驱动形式。 (3 ) 轮敕电机布局更加灵敏，不需 要太复杂的机械传动系统。 主动悬挂电机 轮致电机 恒定 功率：30kw ) 刹车卡钳 图2. 1 轮效电机原 理图 由千车身较小，用直流电机驱动，难免会附加一些其他机械构造，而且线的布置也会受 到履带的干预。因此，本次设计的驱动轮是采用轮毅电机驱动 5 / 37 2.4 设计根据 本设计参考了常用履带设计方法，根据工程机械履带底盘设计的通用原那么，结合机械设计手册，多采用了标准件。某些非标准件也根据机械设计原那么进展了设计。 2. 5 履带式行走装置的组成与作用 履带式行走装置的作用是： 支承车 身， 与地面接触 并在上而运动： 将来 自发 动 机的 扭 矩转化为汽车行驶的牵引力： 缓冲 路面冲击，减策。 履带 式行走 装置主要由支重轮、托链轮、引导轮、张紧装置及履带等组成。 1 驱动轮 2 履带3 托轮 4. 台车架 5. 支重轮6 张紧装蛋7. 导向轮 图 2. 2 典型 的履 带行走机构总 体结 构图 2.6 履带式车辆的行驶原理 履带车辆的行驶过程是： 发 动 机 输出功 经传 动机构 到达 驱 动 轮，转变为扭矩。驱动轮转动，上而的轮齿和履带齿互相咽合将履带不断向前铺设，导向轮、支重轮沿铺设的履带不断 向前滚动从而使车体向前运动。大多数的履带车驱动轮都装在车体前方已保持车身重心。本 设计驱动轮也装在前方。 6 / 37 图 2. 3 届带车直线行驶受力图 如阳所示，履带受到驱动轮传达的力矩Al , , 履带内 部张力 T, 履 带张紧，履带受到向后的作用 力，履带所接触的土壤受到剪切而发生剪切变形，进而导致履带发生滑转 。同时， 由千力的互相作用可知，土壤对履带产生程度反力凡，即为驱动力。当驱动力大于行走阻 力时，支重轮就会在履带上向前滚动，从而使车体发生位移 。 2. 7 电动推杆的工作原理 电动推杆内部由一系列齿轮构成，电动机经过齿轮变速后带动一对丝杠螺母。丝杠螺 母把电动机的旋转运动转变成直线运动，推杆和丝杠相接。电机的旋转运动最终转化为推杆的 直线运动，控制电机的正反转可控制推杆的往复运动。 7 / 37 3 行走装置各个部分的设计 3. 1 履带 3. 1. 1 履带的作用 履带和地面直接接触， 把整个采狼车的 重昼传给地而。 来自地而的各种压力不 断冲击者履带，因此履带 的设计必须可靠 。除了要求良好的附 着性能，强度、刚度和耐磨性也要考虑 履带按材料划分可分为金属履带、橡胶履带、橡胶金屈履带，金屈 履带 运用最 广。金屈履带巩固可靠，但重昼不轻，橡胶履带虽然 强度不及金屈履带，但却 能大大 减轻车 身重鱼。橡胶金屈履带那么结合了两者的优点， 性能 较好。本 课题由千设计的 车辆较小，橡胶履带足够满足要求，因此选用橡胶履带 履带的设计原那么： ( 1) 安 全设 计，履带 要满足 使用 要求 ( 2 ) 底盘必须压登可靠 (3 ) 经济性原那么。 ( 4 ) 可行性原那么。 ( 5 ) 满足使用条件的情况下尽昼缩短履带长度本课题选用橡胶履带。 3. 1. 2 履带 尺寸参数的 选择 Ir 表示履带 高度，300mm: G- 表示整机版噩，初始为 100kg : L -履带支承长度： Lo-履带 接 地 长 度： 根据经 验 公式 ： L。a, J.07妨 = 496mm , 取为 5001nm. L 丑 L0 +-0.67h = 70 1mm L 轨距B: - z l.2 1.4 B B = L = 500 = 0 57- 416) mm (3.1) L2- L4 1.2-1.4 8 / 37 取 B 为 400mm b 履带板宽： 一叭0 .22 - 0 .80 L (0.220.80)x 70 I = (154560)mm (3.2) 取 b=500 血 n 节距 I = (15 - 17.5) 茹 = (15 - 17.5) 打而 = (47 - 55) mm (3.3) 取节距为 50mm. 那么 设履带总长度为L , 那么 L 24 + -zt + c- -2 + Ll,:J400 nun (3.4) 2 2 3 表3. 1 履带参数表 参数 数值 履带总长度 1400mm 宽度 200mm 履带接地长度 500mm 商度 300mm 3.2 驱动轮的设计 3. 2. 1 驱动轮的作用 驱动轮的主要作用传递动力，把来自 轮效电机的 动力 传给履 带，驱动轮的 主要设 计要求是咄合要平稳，即便受到较大冲击时仍能喳合良好。履带式工程机械，多数是把驱动轮布置 在前方，驱动轮的安放高度应合理，最好有利于降低整机的重心，选取直径尺寸时应有利千 增加履带的接地长度。 3.2.2 驱动轮的构造 驱动轮的轮齿的形状和它同履带的咽合形式有关。可分为两种，一种是整体式履带咄合的驱动轮，另一种是组合式咽合的驱动轮。本文采用的是整体式履带咕合的驱动轮，其齿形及详细参数如图 3.1 9 / 37 第 9 页 图 3. 1 驱动轮 3. 2. 3 驱动轮齿数的设 计计算 驱动轮齿数 为一般取 10- 15 , 为使驱动轮不致过大同保证履带运动的平稳性，当节距较 小时，齿数取 较大 值， 反之取最大 值。 驱动轮的 节距 为 飞 = (10 - 15)妨 = ( 46 - 69 ) mm G 为 100 kg , 飞的单位 为 mm, G 的单位为 kg: 取 T。=50m: z= 12 驱动 轮分 度的直径 ： d =二竺 ( 3. 5) 式中： z为驱动轮的齿数，九为节圆的节距取为50nun 代入数据得d = 200mm。 3.3 支重轮 支重轮起支撑车体的的作用， 分布在轮架下 面。根据 功率的区别，履带两侧通常 有 4 到 7 个支重轮，本设计采用 8 个支重轮。一般取支重轮直径 Dz= (l- 2.0)l, . 3. 3. 1 支重轮的直径 直径可由公式 d,=(0.8 I)d=(0.8 1) x200=160 200mm求得， 选为160mm。 10 / 37 少档 原创 汽 I身 了创 am,. = 竺= 147 kPa 第 10 页 3. 3. 2 支重轮轴强度的校核 支重轮轴直径 为60trun, 长度为200mm。材料为50Mn, 在行走装置中支重轮的总承载可 忽略不计。 设原 仓纺 文 /3在支重轮上 本慎 譬惶翌 i此笠停E轮的承重为 M =牛寻= 12. Skg 所以G = mg = 125N 通过对支重轮轴进展受力分析， 建立如图3.2的力学模型 Fl 图 3. 2 支重轴受力模型 G q = - = 125 = 625 N/m (3.6) 画出弯矩00: I 0.2 s 日 图 3. 3 弯矩图 ql M = - = 3. J2 5N.m 8 矿 3. 14 x (0.06 )3 ( 3.7) (3.8 ) 玑可 3 2; 1分文档 w max.book118 支重轮轴材料为50Mn, 查资料可得： a6 = 645 汤 浮与职涅初o讲丙 载 的 2 商盆 (3.9 ) 50 Mn 为塑性材料，所以 丐 = CT, ; 11 取 2 q 】 11 / 37 D 同 立 逆 = 195 n 2 由千6 叩 X = - = = 209r ad/ s , 那么代入公式： 30 30 K = - mli = x 50 x 2092 = J.37x J0 - 2.24 x lO N/m (3.12) z 32 -42 那么通过计算知弹 簧的刚 度 为4.5 x! O N/m 。在计算工作的载荷时，许用应力应适当取低， 取 & = 3.0 x! 08 Pa , 弹簧的工作载荷约为 400N。 (2) 弹簧的计算 运用公式求得螺旋弹簧曲度系数 K = 4C - J 0 .6 15 4C-4 C (3.13) 式中： C 旋绕比 ，试取旋绕 比 C=6 , 那么 K = 竺二牛竺 = 1.2525 4C - 4 C (3.14) 根据公式求得材料的直径 d = 1.6 x严 (3. 15) K一曲度系数： ( K = 1.2525) c旋绕比： ( C = 6 ) F 弹 簧的工 作载荷 (N): ( F = 400N ) 许用切应力 ( Pa) : r = 3.0 x l08Pa ) 计算得弹簧丝直径： 根据公 式： d = J.6 x严= 0.005m 环 n = GD 8CK 0 .16 ) 0 .17 ) 13 / 37 G 一切变模鱼( Mp) , G= 8x!00 Pa : D- 弹簧中径 ( mm) , D = 42mm 计算得弹簧有效胞数， n = 7.2 , 根据标准取，产兀 选择冷卷压缩弹 簧 Yu, 两端圆 并紧并磨平，取，,=, 2.5 那么 总圉 数 11, = 11 +历 = 0.5 (3.18) 根据公式： 尸 弹簧材料直径(mm): P = d + .:.+ ,5, = (0 .28 - 0.5 ) D (3.19) 计算得节距 P = 0.01176 - 0.02 1 : 选择 P 动 .012 m=12mm, 间距,5= P - d = 7 mm . 根据公式： H0 = P. + 2d (3.20) 计算得 自由 高度： H0 = 0.094 m 根据标准选取 H0 = 95 mm , 压缩弹簧的高径比为b = -H2. = 2.26, D 压缩弹 簧工作高度H. = H0 - 几= 94.3m , 压缩弹簧压并高度Hb = 11,d = 9. Sx 0.005 = 0.0475m , p 螺旋角a :a rc tan( )= 5.2勹 过 弹簧材料的 展开长 度 L 吐风 = 1.12m , 经计算可知： b B 0 5 R:, B 2 2 I 20 / 37 第 20 页 图 4. 4 此时转向示窑图 F1 , F. , 分别为内侧前进阻力和驱动力； Ffl, F, 分别为外侧前进阻力和驱动力。 由于车身重心 在中心位置，故履带的 前进阻 力为： I ( 4.1 2) 式中： J 一 履带滚动阻力系数 F1 , = F1 , =- Gf 2 转向时的录大驱动力矩为： M ,. 立 = max 忆，F 勺扣 ( 4. 13 ) 式中 ：r 为驱动轮节圆直径 。 三是大半径区 B R - 转向行驶时主动轮上的力： 2 小 半径区 0 R B F,于气 F, , =车(1-号 ( 4. 14) 一转向行驶时主动轮上的力： 2 F 在于(!+号 (4.15 ) ,F , =-宁(!+号 式中： 儿 转向比 ， G B - I M G o F L - B 2 21 / 37 一和0 5.R 5. - 转向时 的鼓大驱 动力 矩为： Msm , = max忆，F,伈 第 2 1 页 (4.16) 分别计算转向半径R B B 2 2 的 情况： 得到： M = F,2 xr = l 50N.m (4.17) 22 / 37 5 检波器插置装置的设计 5. 1 检波器插置装置的总体设计 实现升降功能的方法有很多种，例如 液压气 压、导杆滑块、连杆机构、齿轮齿条等。每种构造都有各自的特点，考虑到可行性，本课题拟采用电动推杆机构，可以 很好的将电机的旋转运动转换为直线运动，并且实现往复运动。本设计通过把检波器固结在推杆底端来实现 检波器的插置。 选择电动推杆的思路是： 电动 推杆可以在远程控制往返运动，且电动推杆的功率、导程和执行力都可以定制。假设要实现检波器的插置，那么只要把检波器和电动推杆的运动端结合 在一起便可实现检波器的往返。详细设计需要考虑推杆的选型，连接杆的长度和零件的应力 计算。 5. 2 电动推杆 电动推杆由驱动电机 、弹簧、外壳及涡轮、滑座、推杆、导套、螺杆、螺母、微动控制开关和减速齿轮等组成 。 I 2 34S618 9 10 11 12 13 1 动 机6、拨杆 11、导轨 2、小齿轮 7、煤杆 1 2、推杆 3、大齿轮 螺母 13、轴头 4、沿座 9、弹簧 5、平安开关 10、导套 图 5. 1 电动推杆的构造组成 电动推杆的工作原理 是： 电 动 推杆内部由一系列齿轮构成，电动机经过齿轮变速后带动一对丝杠螺母。丝杠螺母把电 动机的旋转运动转变成直线运动，推杆和丝杠相接。电机的旋转运动最终转化为推杆的直线运动，控制电机的正反转可控制推杆的往复运动。改变推杆的 长度，可以增大或减小行程 23 / 37 5. 3 电动推杆的选择 由课题要求，检波器要至少插入地面以下 100 m m 以上，设计时电动推杆的导程在100mm 以上，这里取 150mm。又因为不同的土层对检波器的阻碍力是不同的， 本课题选择沙土地作为设计标准。土壤的力学性质可用土壤坚实度表示，土壤 坚实度可用土埮硬度仪来 测定。这里取沙土 地的 土埬硬度 为IO Pa 设传感器的 插入速度 为 20 mm/ s,检波器的最大横截而积按2cm2 计 纬 ，那么所需推力 为F F = P.S = 10 x ( 2 x 10 一3 = 20 0 N (5. 1) 所 需 功 率 P=F v=4 x 4= 1 6 W 各个型 号 的 电 动推 杆 参数 差 别 很大 ，D YT Z 型整体直式电 液推杆的参数 如下表 表 5. 1 OYTZ型直式电液推杆技术参数表额定输出力 额定速度 型号 ( N ) (mm/s) 电机型