履带行走装置设计

Xxxxx大学毕业设计工程钻机履带行走部分设计摘 要工程机械是国民经济建设及国防工程施工中使用的重要技术装备，在国民经济建设中，尤其是城市建设、民用建筑、水利建设、道路构筑、机场修建、矿山开采、码头建造、农田改良中，工程机械起着越来越重要的作用。我国的工程机械行业目前进入了一个高速发展阶段，推、挖、装、起重、铲土运输、筑路、农用机械等各种品种齐全并形成了系列化，各种工程机械虽然品种很多但基本上可划分为动力装置、行走装置和工作装置。履带行走装置的挖掘机履带行驶系统包括车架。行走装置和悬架三部分。车架是整体骨架，用来安装所有的 总成和部件。行走装置用来支持机体，把动力装置传到驱动轮上的驱动转矩和旋转运动变为车辆工作与行驶所需的驱动力和速度。悬架是车架和行走装置之间互相传力的连接装置。本文在详述履带行走装置整体设计的基础上，又对驱动轮、拖链轮、导向轮、支重轮结构进行了设计，对一些关键部分进行了设计校核计算。对各个轮的加工工艺有粗略的描述。本文还详述了减速系统的设计包括轴、齿轮的选择及校核。关键词：整体设计；驱动轮；支重轮；减速系统AbstractConstruction Machinery is a national economic construction and national defense construction in the importance of the use of technical equipment, construction in the national economy, especially in urban construction, civil construction, water conservancy, road building, airport construction, mining, pier construction, agricultural improvement, mechanical engineering is playing an increasingly important role. Chinas construction machinery industry has now entered a phase of rapid development, pushing, digging, loading, lifting, shoveling transport, roads, agricultural machinery and other species and formed a complete series, all kinds of construction machinery but although many species can basically be classified into power plant, operating equipment and working equipment. Crawler excavator crawler traveling device system includes the frame. Walking devices and suspension of three parts. Overall skeleton frame is used to install all the assemblies and components. Walking device used to support the body, the power plant came on the drive wheel torque and rotary movement into a vehicle required for work and driving the driving force and speed. Suspension is a walking frame and transmission device between the connected devices. In this paper, detailed walking track devices based on the overall design, but also on the driving wheel, drag chain, guide wheel, supporting wheels structure design, for some of the key parts of the design verification calculation. For each round of processing technology has a rough description. This article also details the system design, including speed shaft, gear selection and verification.Keywords: the overall design, wheel, supporting wheels, slowing the Department 目录摘 要IAbstractII第一章 前言11.1国内履带式液压驱动底盘的现状1第二章 履带式行走装置的总体方案设计42.1履带式行走装置的特点42.2国内履带式液压驱动底盘的发展趋势42.3 产品的主要技术要求52.4总体设计依据52.5履带式行走装置的功用与组成52.5.1驱动轮62.5.2支重轮62.5.3导向轮72.5.4缓冲装置72.5.5托链轮72.5.6履带82.6考虑到的若干方案的比较82.7履带式行走装置的接地比压92.8运行阻力计算102.8.1履带支承长度L、轨距B和履带板宽度b102.8.2履带的张紧度计算102.8.3节距102.8.4运行阻力计算112.9拟定和分析传动方案12第三章 传动方案的总体设计及各零部件的设计133.1选择液压马达133.2液压马达选取133.3液压泵的选取14第四章 驱动轮的设计154.1驱动轮的整体设计154.2 驱动轮的形状154.2.1 驱动轮的结构154.2.2 驱动轮齿数的设计计算154.3 驱动轮各部分结构尺寸164.4 轴的设计174.4.1 轴直径的确定174.4.2 心轴的强度校核174.5 轴承的计算184.6 驱动轮的加工工艺194.6.1 工艺方案194.6.2 工艺基准选择204.6.3 加工顺序的安排204.7 标准件的选择20第五章 支重轮和托链轮的设计及计算215.1 支重轮的直径215.1.1 支重轮的摩擦阻力215.1.2 支重轮的摩擦阻力215.1.3 支重轮轴强度的校核：215.2 支重轮的加工工艺235.2.1选材及结构235.2.2 热处理235.2.3 表面喷丸245.2.4 压力机压铜套245.3托链轮轮及轴的强度校核255.3.1根据轴的结构图做出轴的计算简图255.3.2根据轴的计算简图做出轴的剪力图与弯矩图265.3.3确定材料的许用切应力和弯曲应力275.3.4 校核轴的剪切应力及弯曲强度27第六章 导向轮的整体设计286.1 导向轮的结构设计286.1.1导向轮的结构形状286.1.2轮轴的设计296.1.3轴径的确定296.1.4 轴的强度校核306.3 导向轮外部尺寸316.3.1轮的尺寸316.4轴承的计算326.4.1验算轴承的平均压力P(单位./MPa)326.4.2 验算轴承的pv (单位Mpa.m/s)值336.4.3 验算滑动速度（单位）336.5 标准件的选择33第七章 履带的选择34第八章 履带张紧装置358.1结构形式和设计要求358.1.1结构形式358.1.2对张紧装置的设计要求是：358.2 设计方法378.2.1履带的张紧度378.2.2缓冲弹簧的预紧力和最大弹性行程时的张力。388.2.3缓冲弹簧的弹性行程388.2.4张紧装置零件的寿命计算工况38结 论39致谢40参考文献4141第一章 前言1.1国内履带式液压驱动底盘的现状底盘的作用是支承、安装发动机及其各部件、总成，形成车辆的整体造型，并动力，使整车产生运动，保证正常行驶。 我国生产履带底盘的历史较短，与起重机的发展基本相同，与世界先进国家相比，国内履带底盘的技术含量低、系列化程度低，在制造和设计上还存在一定的差距。近年来，国内履带起重机的快速发展，给履带底盘的发展带了机遇，系列得以不断的提高。履带式与轮式底盘的比较行走依靠履带装置的的底盘为履带式底盘，行走依靠轮胎前进的底盘为轮胎式底盘，履带式底盘具有全回转转台，起升高度大，牵引系数高，爬坡度大，行驶速度低，行驶过程中可能对路面造成损坏，一般不宜在公路上行驶。履带式与轮胎式相比，因履带与地面接触面积大，故对地面平均比压小，可在松软、泥泞地面上作业。目前国内生产履带底盘的主要厂家有宁波邦力、济宁一飞工程机械有限公司、奉化优嘉力液压有限公司、上海五一重工挖掘机履带总成有限公司、宁波杰瑞液压传动有限公司。（1）宁波邦力专业生产橡胶和钢制履带行走底盘，有5吨、8吨、12吨，最大克最大130吨的底盘行走，产品大量用于各种履带行走机构中，有挖掘机，钻机，煤矿设备等行业中；同时，专业生产非开挖钻机履带底盘，各种钻机履带行走底盘。结构性能特点： 支承主机重量，具有前进、后退转弯行走之功能。 橡胶履带采用日本技术生产的建筑机械型，承载能力、牵引力大，噪音低，不伤及柏油路面，具有良好的行驶性能。 配有内藏式低速大扭矩马达行走减速机，具有高通过性能。 形行走架，结构强度、刚度大，利用折弯加工。 支重轮、导向轮采用深沟球轴承，一次性加黄油润滑，免使用中维护和保养加油。 轴端双密封结构，保证润滑油密封不外漏，并能防止泥水进入轮腔。 支重轮，导向轮、驱动轮齿采用合金钢并经淬火处理，耐磨性好，使用寿命长。 弹簧涨紧机构彩螺杆调节，可靠性高。性能参数： 底盘自身质量1.4t，机械允许总重6-6.5t。 履带高度低，H=466mm。 行驶速度高 v=2-4Km/h。 行走液压马达减速机工作压力 PH=20Mpa，Q总=1634ml/r，MH=5724Nm。 牵引力大，T=5536kg，牵引能力92%（理论值），爬坡能力30。 地比压力 p=0.038Mpa。目前该产品从4T到18T已成系列化批量生产。（2）济宁一飞专业生产各种进口，国产挖掘机，推土机，摊铺机，旋挖钻机，给料机，装载机等各种工程机械链轨，履带总成，各种链轨节，链轨合件，销套，履带板及四轮产品。各种型号小挖橡胶履带，橡胶块，节距101，106，135，140，154，160，171，190，203，216，228，240，260等10余种规格，上百个系列。（3）奉化优嘉力系列履带底盘选用高品质的行走马达、减速机，体积小、重量轻、输出扭矩大、制动可靠，整体行走机构更加紧凑。（4）上海五一重工主要经营进口挖掘机、推土机底盘件。直接从国外生产厂家进货,以意大利，日本，韩国底盘件为主。产品有进口挖掘机、推土机履带总成：支重轮、引导轮、托链轮、驱动轮、链轨、螺栓、链板、链节、斗轴、肖、套等。 这些优质进口零件广泛应用于：（CATERPILLAR）卡特、（KOMATSU）小松、（HITACHI）日立、（KATO）加藤、（SUMITOMO）住友、（KOBELCO）神钢、（DAEWOO）大宇、（HYUNDAI）现代等各种进口或合资挖掘机、推土机，重型工程机械。（5）宁波杰瑞专业生产橡胶JRXD系列和钢制履带JRLD行走底盘，有5吨、8吨、12吨，最大克最大130吨的底盘行走，产品大量用于各种履带行走机构中，有挖掘机，钻机，煤矿设备等行业中；同时，专业生产非开挖钻机履带底盘，各种钻机履带行走底盘。结构性能特点：支承主机重量，具有前进、后退转弯行走之功能。 橡胶履带采用日本技术生产的建筑机械型，承载能力、牵引力大，噪音低，不伤及柏油路面，具有良好的行驶性能。 配有内藏式低速大扭矩马达行走减速机，具有高通过性能。 形行走架，结构强度、刚度大，利用折弯加工。 支重轮、导向轮采用深沟球轴承，一次性加黄油润滑，免使用中维护和保养加油。 轴端双密封结构，保证润滑油密封不外漏，并能防止泥水进入轮腔。 支重轮，导向轮、驱动轮齿采用合金钢并经淬火处理，耐磨性好，使用寿命长。 弹簧涨紧机构彩螺杆调节，可靠性高。履带底盘的主要用途是支撑机架，为各总成提供支撑，其性能直接影响到作业能否顺利进行，由于其工作环境恶劣、泥脚深负荷重，采用一般的轮式昴易出现挂不上档、乱档，离合齿轮牙嵌磨损、分离拨叉磨损、行走离合打滑，甚至输出轴断裂。采用液压驱动底盘后，能够克服上述缺点，从而使整机性能得到了很大的提高。能够用为多种工程机械的行走装置。第二章 履带式行走装置的总体方案设计2.1履带式行走装置的特点（1）支承面积大，接地比压小。例如，履带推土机接地比压为0.02Mpa0.08 Mpa,而轮式推土机的接地比压一般为0.2Mpa。因此，履带推土机适合在松软或泥泞场地进行作业，下限度小，滚动阻力也小，通过性能较好；（2）履带支承面上有履齿，不易打滑，牵引附性能好，有利于发挥较大牵引力；（3）结构复杂，质量大，运动惯性大，减振功能差，使得零件易损坏。因此，行驶速度不能太高，机动性能差。2.2国内履带式液压驱动底盘的发展趋势由国内外履带底盘的发展现状，可以看到履带液压底盘发展趋势有以下几个特点：（1）为适应大型工程项目的需求,履带底盘正在迅速向超大吨位发展由于各种工程建设的大型化，所需的配套设备构件等的重量也不断增加,对超大型起重设备的需求也愈来愈多，为了实现起吊大的重物,在原有 起重机的基础上增加超起装置，不仅扩大了履带起重机的工作范围,而且提高了履带起重机的利用率。（2）充分运用新技术、新材料、新工艺、新的设计方法,使整机性能大大提高充分利用新技术、新工艺来提高产品质量，并不断开发新材料、新结构、新功能提高产品竞争力。例如1000抗拉强度的臂架材料已被 广泛采用,从而大幅度地降低了臂架自重，提高了产品起重性能。整机的结构也逐渐采用高强材料,通过优化设计显著减轻整机重量，同时为保证整机稳定性,增加 了必要的车身压重，这些都使得大吨位产品能够具有较高的性能和良好的经济性。（3）核心技术化各大知名企业均具有其独特的核心技术,并不断创新，努力保持在同行业内的领先地位。现在各大公司均下大力气研究开发自己的核心技术,以不断提升自己的产品档次和竞争能力。（4）操作控制系统的智能化随着计算机技术和电子技术的不断发展，逐步完善的计算机控制技术和集成传感技术在履带底盘行业得到广泛的应用,先进的电子控制和电脑 操作系统的配置已非常便。各种电子监控系统、运行作业时的在线故障检测和诊断、智 能化总体控制等是今后履带底盘不断向智能化方向发展的重要研究领域。2.3 产品的主要技术要求主要技术指标有马达输出功率的确定、液压泵的选取、履带底盘的接地比压、履带的参数设计， 要求履带有较好的通过性，接地比压较高，越野性能强，稳定性好，在潮湿、粘重土地上履带底盘具有较好的的使用性能。（1）液压系统的设计计算，包括液压泵、液压马达的选型和参数确定。（2）履带张紧装置的设计。（3）驱动装置的设计。（4）机架的结构设计。关键技术主要包括液压系统的设计和驱动装置的设计，液压系统的参数选取和驱动装置的合理布置对履带底盘的性能具有重要影响。2.4总体设计依据本设计是根据常用履带设计方法和较成熟和现代设计方法，参考了工程机械履带底盘设计的通用原则，依据所给的动力选取了液压元件，结合机械设计手册，选择了标准件，总体结构设计参照了东方红拖拉机的结构形式。2.5履带式行走装置的功用与组成履带式行走装置的功用是支承机体及机械的全部质量，将发动机传到驱动轮上的扭矩转变成机械行驶和进行作业所需的牵引力，传递、承受各种力、力矩，缓和路面不平引起的冲击、振动。履带式行走装置有结构完全相同的两部分，分别装在机械的两侧，主要由支重轮、托链轮、引导轮、缓冲装置及履带等组成，如图2-1。 图2-1 总体结构示意图1驱动轮 2.履带 3.托轮 4.台车架 5.支重轮6.张紧装置7.导向轮本设计的工作原理：液压泵通过驱动液压马达带动驱动轴转动，从而驱动整个底盘行走，中间的缓冲装置是为了张紧履带、防止履带横向滑脱以及在行走系统卡入石块时能减小壳体和履带的应力。2.5.1驱动轮在履带工程机械上，多数是把驱动轮布置在后方，驱动轮中心的高度hk应有利于降低整机的重心高度，其直径尺寸Dk，应有利于增加履带的接地长度，但在决定上述两个尺寸时，还需综合考虑整机的离地间隙和离去角2的值。履带推土机的2值，一般不超过25。2.5.2支重轮功用：支重轮用螺钉固定在轮架下面，用于支撑机械的质量，并将质量分布在履带板上。同时还依靠其滚轮凸缘夹持链轨不使履带横向滑脱（脱轨），保证机械沿履带方向运动。结构布置：根据功率大小，履带推土机每侧有47个支重轮，功率小的取下限，功率大的取上限。当履带接地长度一定时，增加支重轮个数，可使接地压强均匀，减少履辙深度金额滚动阻力，但增加个数后，势必减少直径，从而增大支重轮在履轨上滚动的阻力，综合考虑这两个因素，一般取支重轮直径Dz=（12.0）lt。各支重轮等距分布，轴间距lz=(1.72.0)lt,最后端的支重轮轴与驱动轮轴之间的距离lk=(2.32.6)lt，最前端的支重轮位置应保证张紧轮调整到最后极限位置而缓冲弹簧又压缩达最大值时不会发生干涉。驱动链轮齿顶与支重轮轮毂之间，应留有足够的间隙，以防积泥。2.5.3导向轮功用：引导轮安装在台车架的前部，它主要用来引导履带的行驶方向，并借助缓冲装置使履带保持一定的紧度，减小履带在运行中的跳动，从而减小冲击载荷以及额外的功率损耗，并防止履带脱轨。结构布置：较大的导向轮可以减少履带载荷的波动，但增大导向轮直径D。受结构布置限制。导向轮轮缘最高点，应比驱动轮低1060mm，这样能使上方区段的履带依靠本身重量顺势前滑。轮缘的最低点则受1限制。履带推土机因前方有推土板开路，故接近角可较小，一般为13。试验表明，导向轮轴与最前面的支重轮轴之间的距离，一般不应小于履带节距的三倍，否则履带运动的不均匀性太大。2.5.4缓冲装置功用：缓冲装置的主要功用是使履带保持有一定的紧度，减少履带的下垂和在运动时的跳动。同时当引导轮前遇有障碍物或履带卡入石块等硬物而使履带过于张紧时，它能允许引导轮后移，以避免损坏机件。越过障碍物后，引导轮又在缓冲装置弹簧的作用下恢复原位。2.5.5托链轮功用：托链轮通过支架安装在台车车架上，其功用是用来将履带上部托起，防止履带下垂过大，减小履带在运动中产生的跳动和侧向摆动。靠近驱动轮的托链轮，还能减小因驱动轮旋转而将履带沿驱动轮的切线方向甩动时所产生的履带下垂。结构布置：托链轮主要用来限制上方区段履带的下垂量。因此，为了减少托链轮与履带间的摩擦损失，托链轮数目不宜过多，每侧履带一般为12个。托链轮的位置应有利于履带脱离驱动链轮的齿合，并平稳而顺利地滑过托链轮和保持履带的张紧状态。当采用两个托链轮时，后面一个托链轮应靠近驱动链轮，并使托链轮轮缘的上平面高度ht1与0.5Dt之和等于或大于驱动轮的节圆半径0.5Dk,以限制该处履带下垂，并使履带易于脱开齿合。托链轮的位置尺寸，通常为，。2.5.6履带功用：履带用来将整个推土机的重量传给地面、并保证推土机有足够的牵引力、履带直接和土壤、沙石等较复杂地面接触，并承受地面不平所带来的冲击和局部负荷，因此，履带除应具有良好的附着性能外，还要有足够的强度、刚度和耐磨性。设计原则：（1）底盘的安全设计安全设计包括对材料的安全选择和使用，材料的选择不但要满足功能要求，而且要同时满足使用过程中的安全要求，此外要考虑作业环境因素及超负荷工作的可能性，要有适当的安全保险系数。（2）底盘的质量可靠。（3）人机匹配的安全工效学原则。（4）经济性原则和可行性原则2.6考虑到的若干方案的比较液压传动装置中泵与马达可分式结构形式，这种结构形式便于元件布置，给工程机械的设计带来极大方便，使结构多样化并提高了性能，液压传动装置的特点往往是通过与液力机械传动比较得出的，概括如下：（1）马达轮独立驱动方式省去了变速箱，差速器、驱动桥以及轮边减速，提高传动效率，降低了机器成本，便于零件布置。安装、设计自由度大，车辆性能和结构形式多样化，这是其它传动不可比拟的。正因为如此，对那些需要装有多个工作部件的复杂结构的工程机械和需要特殊牵引性能的车辆，液压传动无疑中最好的选择。同时，马达独立驱动的方式可以实现差速转向，可以原地转向，也可以简化机械转向机构，对那些因结构限制不便采用机械转向或对转向性能有特殊要求的，这是非常必要的。（2）在闭式液压传动中， 可以使转矩双向对称传递，这一性能使闭式液压传动无须变速装置即可实现前进、倒退操作，同时具有反拖制动能力，操纵方便，感觉良好，可减少刹车功率和磨损。（3）操纵和控制和多样性是液压传动的一大特点，这样的由其快速动态特性及其结构特点决定的。改变变量泵斜角和方向即可方便地实现平稳换向和变速，前进、倒退、制动、变速只需要一根操纵杆即可完成，操纵生物工程化。液压传动功率大，扭矩惯量比大，因而动态性能好，加之闭式系统在减速过程中具有制动能力，因而速度变化快捷柔和，冲击小，迅速变换前进方向和加减速不会损坏传动系统和车辆。前进和倒退可以获得相同的速度。2.7履带式行走装置的接地比压履带行走装置的尺寸和接地比压的确定 ,主要考虑的是钻机工作质量 、行走时的工作条件 、行走速度等 。由于工程钻机的行走大多是辅助功能 ,行走速度较慢 ,一般在选择或设计履带行走装置时主要考虑钻机的质量和驱动能力 。在确定钻机的接地比压时主要考虑钻机行走的地层条件 ,再根据接地比压确定履带行走装置的尺寸 。目前 ,工程钻机主要考虑的是平均接地比压 ,其计算公式为：式中 : p履带平均接地比压 ( Pa )；m钻机的工作质量 ( kg)； b履带的宽度 ( m)； L履带的接地长度 ( m)； 履带高度 ( m)； g重力加速度（g=9.81m/s）2.8运行阻力计算2.8.1履带支承长度L、轨距B和履带板宽度b令l驱动轮与引导轮之间的轮距； h表示高度； G表示整机质量；轨距B：履带板宽： 由于是钻机底座,取： b=427.68mm2.8.2履带的张紧度计算 h的值一般取为：2.8.3节距 根据机械工程手册，履带的节距已经标准化，取节距为154mm表2-2 履带底盘的主要技术参数额定功率轨距节距履带板宽接地长度外形尺寸37kw15001544251944245015005852.8.4运行阻力计算( 1) 履带运行的内阻力 Fn 履带运行时，由于驱动轮与履带链轨的啮合、履带销轴间的摩擦以及支重轮、引导轮和驱动轮等滚动阻力和轴颈摩擦阻力等构成了履带运行的内阻力。计算时通常取履带本身损失等于其垂直自重载荷的57%，即：也可取履带行走装置的效率等于0.70.85。（2）土壤变形阻力：上坡时：式中：坡度角，运行比阻力系数，见表2-3：表2-3（3）坡度阻力：坡度阻力由于机械在斜坡上因自身重力的分力所引起的；（4）转弯阻力：式中：履带转弯时的摩擦系数；R履带转弯半径（m）表2-4履带转弯时的最大摩擦系数表max计算时一般取值范围为0.40.7，对于坚实地面取较小值，对于松软地面取较大值。（5）惯性阻力： 综上所述，以上5种阻力中，以坡道阻力和转弯阻力为最大，往往占到总阻力的2/3，但是转弯阻力和爬坡阻力一般不同时进行。因此，在确定钻机的行走牵引力时，取二者的较大值，即：爬坡时：转弯时：对于钻机履带底盘设计时，有些阻力很难计算，一般行走牵引力取为整机重量的0.70.85，对于工作条件好了可以取小值0.7。2.9拟定和分析传动方案液压工程钻机由工作装置、回转装置、液压传动系统和行走装置四大部分组成，行走装置主要有履带式和轮胎式两种，他们的特点是：作业时不行走，行走时则采用专门的锁销把转台与底座固定，并停止作业，履带式行走装置均由行走液压马达通过减速器实现前进、后退、和转弯，轮胎式行走装置有机械传动、半液压传动和全液压传动三种形式。履带行走装置形式很多，其基本构造是类同的，大多由底座、行走液压马达、减速装置和履带总成等构成，发动机的动力通过驱动轮传给履带，因此，对其要求应是与履带啮合正确，传动平稳，并且当履带因销套磨损而伸长后仍能很好啮合，履带的驱动轮通常至于后部，这样，履带的张紧段较短，减少了磨损和功率损失。第三章 传动方案的总体设计及各零部件的设计3.1选择液压马达设计参数、已知数据：整机重为6t，行走速度02.5km/h，爬坡能力30，接地比压为0.20.8MPa，额定功率为50KW，总传动比为i=6。大多数履带式液压挖掘机的行走牵引力与机重有一定关系，由公式得牵引力。3.2液压马达选取液压马达驱动方案有两种。1高速方案：高速小扭矩马达，配大减速比例减速箱，优点是尺寸小，质量轻，但减速箱结构复杂，价格高。2低速方案，低速大扭矩马达，配一级减速小齿轮，优点是传动简化，价格底， 但马达体积大，质量大。比较两种方案及其履带底盘的自身结构，选取低速大扭矩马达较为合理。（1）驱动轮的角速度为w，则 其中最大速度v=2.5km/h，履带轮半径r=500mm，得到w=1.39rad/s（2）驱动轮的转速，得到（3）工作载荷力矩计算（4）轴径磨擦力矩（5）马达的总负载力矩（6）取Pa=22.5MPa，行走马达的排量查取液压马达技术参数选取邦力GM2420系列，其参数如下：表3-1 GM2-420马达参数表型号理论排量（ml/r）额定压（MPa）最高压力（MPa）稳定扭矩（nm）持续转速最高转速（r/min）重量（kg）GM2-420425253516580.7750750513.3液压泵的选取根据转速n=44r/min，每台行走马达所需流量：系统需要的总流量：系统最大功率计算：额定功率：w=27kw选取上海液压泵厂生产的XM-F40其参数如下：表3-2 液压泵参数表型号理论排量（ml/r）额定转速（n/min）最高转速（n/min）稳定转速（n/min）额定压力（MPa）输入功率扭矩重量XM-F40281980375031.5353812029第四章 驱动轮的设计4.1驱动轮的整体设计驱动轮用来将发动机的动力传递给履带，因此对驱动轮的主要要求使啮合平稳。并在履带因销套磨损而伸长时仍能很好的啮合。履带行走装置的驱动轮通常放在后部，这样既可缩短履带驱动段的长度减少功率损耗，又可提高履带的使用寿命。4.2 驱动轮的形状4.2.1 驱动轮的结构驱动轮的形状决定于它同履带的啮合形式。一般分为整体式履带啮合的驱动轮和组合式啮合的驱动轮。驱动轮有整体铸造齿圈和轮毂、分开铸造以及分段铸造三种。后两种形式一般采用螺栓固定，磨损后修复方便也可以节约钢材。但与整体式比较制造较为复杂。驱动轮用来将发动机的动力传递给履带，因此对驱动轮的主要要求使啮合平稳。并在履带因销套磨损而伸长时仍能很好的啮合。履带行走装置的驱动轮通常放在后部，这样既可缩短履带驱动段的长度减少功率损耗，又可提高履带的使用寿命。4.2.2 驱动轮齿数的设计计算驱动轮齿数为1923，为使h不致过大又兼顾履带运动的平稳性当节距取最小值时，齿数取最大值。当节距取最大值时，齿数取最小值。驱动轮的节距G为6吨；的单位为mm；G的单位为取；4.3 驱动轮各部分结构尺寸驱动轮与履带的啮合有正常啮合和特殊啮合两种。在正常啮合中履带的节距等于驱动轮的节距这样就能同时有几个节销和齿啮合，受力比较均匀。缺点是当作一段时间后履带的节距由于磨损大于驱动轮节距使之不能很好的啮合。在特殊啮合中履带的节距小于驱动轮的节距，这时只有最前面的一个轮齿和即将脱出啮合的一个节销在啮合。其它节销都和各齿不接触，特殊啮合的优点是当履带因磨损而增大节距时可以变成正常啮合。特殊啮合驱动轮齿廓绘制的方法：由于特殊啮合所以驱动轮的节距比履带节距大一个值：所以履带的节距为150。驱动轮节圆的直径：式中：-卷绕在驱动轮上的履带板数；为节圆的直径单位为mm。代入数据的 齿形的绘制步骤如下：以为半径画圆在圆周上取两点1和2，其节距等于。在以点1和点2为圆心做两个圆其直径等于履带节销直径d设当节销1处于图中所示的位置时节销2并不在图中位置，而是在实线位置。因为点1和点3的距离为T1，但当节销1退出啮合时，节销2应该进入啮合并在图中2的位置。图4-1齿廓的设计应使载荷由节销1传给节销2的过程中，是逐渐消失的。以保证不发生冲击。也就是说在节销1退出啮合时履带应处于图中2-4的位置。以点2为圆心，T1为半径画圆弧，在以点1为圆心以为半径画圆得交点4再以点1和点4为圆心做半径为T1的两个圆交于点5。以点5为圆心，以为半径做圆弧既得齿形。齿顶圆的直径：齿厚等于：由履带的线速度，由公式可知：由于线速度为节销与齿根的的速度所以R为齿根圆的半径为230mm用同样的方法可以做出齿的另一面齿形。4.4 轴的设计4.4.1 轴直径的确定初步确定输出轴的最小直径选轴的材料为45钢。调质由表53取 于是;式中P为输出轴功率； 然后按轴上零件的装配根据驱动轮结构设计由经验取轴的直径为80mm。确定各轴段的长度应尽可能使结构紧凑。同时还要保证零件所需要的装配或调整空间。轴的各段长度主要是根据各零件与轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件必要的空隙来确定的。为了保证轴向定位可靠与齿轮和联轴器等零件相配合部分的轴段长度一般应比轮毂长度短23mm。所以取轴长为200mm。4.4.2 心轴的强度校核轴的计算通常都是在初步完成结构设计后进行校核计算。计算的准则是满足轴的强度或刚度的要求。必要时还要校核轴的稳定性。进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况采取相应的计算方法。此轴可以看作是承受均布载荷，此心轴只承受弯距的轴应按弯曲强度条件计算。通过轴的结构设计轴的主要结构尺寸以及轴上零件的位置和外载荷已确定。轴上载荷可求得：按弯曲强度校核计算。计算步骤如下：(1) 作出轴的计算简图（即力学模型）此轴可以看作是受到均布载荷。驱动轮承受载荷可按履带和链轨的总重的四分之一计算，不必考虑自重。由履带的重量为74 链轨的重量为482所以受到的径向载荷F为：.(2)作出轴的剪力弯矩图图4-3（3）校核轴的强度已知轴的弯矩后可按弯曲强度计算：对于直径D=80mm的轴弯曲应力弯曲强度条件：式中：轴的计算应力 ；许用弯曲应力 Mpa， 轴的弯曲应力：式中：M轴所受的弯矩；W轴的抗弯截面系数 ，轴的弯曲应力小于许用应力，即满足弯曲强度的要求。4.5 轴承的计算轴承所承受的径向载荷对于承受径向载荷的轴承许用支承中还会出现一些附加载荷比如冲击力不平衡力，以及惯性力以及轴轴的挠曲或轴承座的变形产生附加力等等。这些因素很难从理论上精确计算。所以 由表136可知：所以根据式（136）求轴承应有的基本额定动载荷选择C=29800N的6014轴承，此轴的基本静载荷验算如下： 所以满足工作要求。4.6 驱动轮的加工工艺目前国内外工程机械行业生产驱动轮大体有两种方法：一种采用精密铸造和摸段的方法制造齿块毛坯。（例如日本小松制作生产的齿块只有三个齿形）只加工与驱动轮体（轮毂）装配有关尺寸及表面而齿形部分不加工。另一种方法是采用铸造的方法制造整体或齿圈毛坯。采用这种方法制造的齿形在尺寸精度，位置精度以及表面粗糙度方面一般都很难满足产品的技术要求，要进行机械加工。4.6.1 工艺方案驱动轮是工程机械履带式挖掘机的传动系统中最关键的驱动零件。承受着复杂的冲击载荷，要求有很高的强度和刚度。是行走系统中一个形状复杂，重量较重加工要求较高的一种大型铸刚件。工作材料为45simn钢。根据零件的技术要求和批量要求，将钻1216孔及齿形加工安排在机械加工的最后一道工序。4.6.2 工艺基准选择由该零件的技术要求可知80H7孔是该零件的主要设计基准，也是装配基准。工序加工1216孔及齿形的位置精度都是以80H7孔孔为基准。根据基准重合的原则和加工要求。以80H7孔作为定位基准。采用螺旋夹紧机构夹紧工件及定位。4.6.3 加工顺序的安排首先，铸造制造整体或齿圈的毛坯。铸件不得有缩孔，缩松，砂眼和裂纹等影响使用铸造缺陷。然后进行回火处理。回火的目的是为了降低钢件的脆性。，通常跟淬火工艺联合使用当温度进行长时间的保温，再进行冷却的热处理工艺。其次，根据该零件上1216孔的技术要求采用专用夹具在摇臂钻床上钻孔，然后利用钻好的孔加紧工件。采用镗刀在机床上采用近似加工法镗削齿形。本工序的操作步骤如下：钻1216孔镗齿形R23采用分度装置，分21次加工倒棱，去毛刺最后齿部表面淬火处理。淬火是将工件加热保温后，在水、油或其他无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。淬火是为了提高材料的硬度。硬度HRC4252，淬硬层深35mm，过界硬度HRC3440。4.7 标准件的选择 直接拧入被连接件的螺纹孔中，不用螺母。在结构上比双头螺栓连接简单紧凑。所以采用螺钉连接。根据要求查设计手册选用以下标准件：GB70-76圆柱头螺钉M16*30 选用的弹簧垫圈GB93-76.12GB70-76圆柱头螺钉M14*55 选用的弹簧垫圈GB93-76.12第五章 支重轮和托链轮的设计及计算5.1 支重轮的直径直径 d=(0.81)t=(0.81)154=123.2154(mm)选为135mm5.1.1 支重轮的摩擦阻力驱动轮一圈，损耗于履带板销套间摩擦的牵引力为：；驱动轮的齿数；销轴直径；节距5.1.2 支重轮的摩擦阻力支重轮沿履带链节滚动的摩擦阻力和轴颈的摩擦阻力组成于是 : G作用于履带的总重量；支重轮的直径（mm）；d支重轮销轴直径（cm）；f滚动摩擦系数f=0.030.015(cm)；m支重轮销轴与销套间的摩擦系数m=0.1；支重轮摩擦阻力（v）。5.1.3 支重轮轴强度的校核：支重轮轴直径为50mm，长度为240mm。材料为50Mn，在行走装置中支重轮的总承载可忽略不计。所以支重轮的总承载为（1/2吨位+1/2履带重+1/2轨链重）。即:吨位；履带重；轨链重所以每个支重轮的承重为所以对支重轮轴进行受力分析，建立力学模型：如下图所示：图5-1画出弯矩图：图5-2所以支重轮轴材料为50Mn，查资料可得：；50Mn为塑性材料，所以 ； n取2； 由于所以该轴有足够的强度。5.2 支重轮的加工工艺行走装置的履带支重轮，工艺设计应先进行加工工艺路线设计。支重轮为一个焊接件，加工工艺过程一般为支重轮半体加工与支重轮焊接成部件后整体加工。5.2.1选材及结构在机械制造业中，许多形状复杂，用锻造方法难以生产，力学性能要求比铸铁高的零件，可以用碳钢铸造生产，铸造碳钢广泛用于制造重型机械、矿山机械，冶金机械，机车车辆的某些零件、构件。铸钢有较高的强度和较好的塑性，铸造型良好，焊接尚好，且削性好。支重轮体的铸造结构如下:图5-3将成型的两铸件通过焊接，使分离的两材料牢固地连接在一起。5.2.2 热处理为了改善支重轮体的使用性能和工艺性能，要对其进行热处理的工艺方法，强化金属材料，提高产品质量和寿命的主要途径之一。热处理在机械制造过程中应用相当广泛，它穿插在机械制造过程中的各个冷、热加工工序之间，正确合理地安排热处理的工序位置是一个重要问题。再者，机械零件类型很多，形状结构复杂，工作时承受各种压力，其选用的材料及要求的性能各异。因此，热处理技术条件的提出、热处理工艺规范的正确制定和实施也是一个相当重要的问题。支重轮是挖掘机的承重部分，由两对称部分经过激光自动焊接而成，经过焊接其焊缝附近区域相当于经过了一次热处理，存在较大的内应力，由于各点与焊缝中心距离不同，所受的最高加热温度不同，相当于对焊接接头区域进行了一次不同规范的热处理，因此焊接接头的各部位会出现不同的组织变化和性能变化，所以焊后要采用热处理的方式（正火或退火）来消除或改善支重轮体的热处理各工序及作用：调质后获得回火马氏体，使轮体整体具有较好的综合性能，为表面淬火做好组织准备。表面淬火+低温回火表面淬火是为了使轮体表面得到高的硬度，耐磨性和疲劳强度；低温回火是为了消除应力，防止消磨时产生裂纹，并保持高硬度和耐磨性。5.2.3 表面喷丸 在热处理后由于其表面易产生铁屑，易脱落，导致表面粗糙，不利于后续的机加工及涂装，所以要在热处理后增加喷丸处理，表面喷丸处理可以提高零件机械强度以及耐磨性、抗疲劳和耐腐蚀性。还可表面消光、去氧化皮和消除铸、锻、焊件的残余应力等。处理后的焊接件表面光洁，内部组织好，利于后续机加工，是铸件表面清理的主要方法。车一端内孔，车一段精度较好的外圆作工艺基准。调头，校准外圆工艺基准，保证形位公差，车另一端对加工完的支重轮体要进行冲击气泡浴清洗，是为了避免残留的铁屑做研磨剂。再对轮体内孔压铜套，因铜套磨成系数小，散热性好。5.2.4 压力机压铜套支重轮接近地面，要有可靠地密封装置，既要防止润滑剂外流，又要防止沙土、泥浆进入。常采用端面密封，其中浮式油封应用日益广泛，它结构简单，效果良好。O型橡胶圈不仅是密封元件，还是压紧元件。密封环用含锰、铬、铜等元素的合金铸铁制造。O型橡胶圈和密封环成对安装。5.3托链轮轮及轴的强度校核托轮的作用是限制履带下垂，其结构与支重轮相似，为了减少备件可考虑两者通用。某些大直径支重轮的上缘同时起托轮作用。托轮是由较小的磨擦带动旋转，所以直径不应过小，润滑和密封应可靠。根据托链轮的功用，应选择耐磨性较高的材料，因此选择50Mn（含碳量为0.5%，Mn含量为1.5%以下）作为制造材料5.3.1根据轴的结构图做出轴的计算简图图5-4 托链轮吨位：6吨；履带重量:74千克；链轨重量：482千克；总重：556千克；托链轮承受的重量按总重的一半计算，以下是对拖链轮轴的强度校核。；由得：由得：由得：图5-55.3.2根据轴的计算简图做出轴的剪力图与弯矩图图5-6由弯矩图6-6可得出：在B截面左侧受弯矩最大图6-7由剪力图6-7和弯矩图6-6可得出：轴在A截面处受到剪力最大在B截面左侧受弯矩最大5.3.3确定材料的许用切应力和弯曲应力查机械工具手册知50Mn材料的；由于50Mn属于塑性材料所以有；得，5.3.4 校核轴的剪切应力及弯曲强度抗弯截面模量经过校核，轴的剪切强度与弯曲正应力强度满足要求。第六章 导向轮的整体设计履带挖掘机导向轮总成特征是：导向轮为中空桶形，外表面有一个与链条配合的环形凸棱，导向轮通过滑动轴承连接于轮轴的中间，两端用轮座固定，并在轴与轮座间用弹性圆柱销连接，轮座上设有螺纹孔，与车架、缓冲装置连接。在轮与轮座间采用浮动油封（由两个形状相同的金属油封环和二个O型密封圈组成），防止砂石泥土等进入。在导向轮与轮座开有注油孔，便于注油润滑。导向轮用来引导履带正确绕转，防止其跑偏和越轨，同时起到支重的作用。所以必须具有良好的导向性，一般导向轮略小于驱动轮。一个导向轮是有许多其它零件相互组合而成的一个整体。它的性能不仅决定于各个零件的设计是否合理，而更重要的决定于各部件性能的相互协调。机械零件的毛坯按其制造方法可分为铸件、锻件、焊接件、扎材下料件、冲压件等几大类。各类在成形特点、金属组织和性能、零件结构特征及适用范围有区别。零件毛坯选择原则：（1）适用性原则，首先考虑满足其使用要求。（2）经济性原则，进行生产成本的核算。（3）可行性原则，与部门的实际生产条件结合起来。在设计中还必须注意，从设计开始对结构、外观、零件材料等选用时，就要认真贯彻标准化、系列化、通用化。（1）导向轮的整体设计的主要内容：（2）初步确定导向轮的整体尺寸。（3）导向轮的各部分结构尺寸的校核。（4）材料的选择及加工工艺（5）轴承的选择。（6）标准件的选择。6.1 导向轮的结构设计6.1.1导向轮的结构形状导向轮有带齿和光面两种。带齿的外缘直径比光面的挡肩环直径大。因此带齿导向轮侧面导向好，越轨的危险性小，但不能支撑轨链，履带链齿槽内产生见切增加了断裂的危险。光面导向轮有中间挡肩环，两侧环面能支撑轨链，增加了轨链的支承面和轨链的厚度，但侧面导向不好。综合考虑后本次设计采用光面导向轮。导向轮直径不是太大（），为中等尺寸，可做成孔板式。轮座用于支撑轮轴并对导向轮进行定位，用金属板制造即可。如下图所示。6.1.2轮轴的设计轮轴主要用于支承作用、连接轮与轮座，属于心轴。轴的载荷F即导向轮承载可大约按履带和链轨总重的。图6-1导向轮结构图6.1.3轴径的确定取试算: 轴的弯曲刚度条件： 其中：轴的挠度；轴的允许挠度，查得值为0.001；轴的偏转角；轴的允许偏转角，查得值为0.0004。经验算符合弯曲刚度要求。6.1.4 轴的强度校核进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况采取相应计算方法，并恰当选取其许用应力。对于只承受弯矩的轴（心轴），应按弯曲强度条件计算。轴的弯矩图如下所示：其中 均布载荷， 图6-2 弯矩图由图6-2可知最大弯矩： 弯曲强度条件： 考虑到挖掘机在起动、停车和路况等情况下产生的冲击、振动，取式中：轴的计算应力 脉动不对称应力时的许用弯曲应力Mpa W轴的抗弯截面系数符合弯曲强度条件。附表6-3：轴材料的性能牌号热处理毛坯直径/mm硬度/HBS抗拉强度/屈服强度极限/弯曲疲劳极限/剪切疲劳极限/许用弯曲应力/45正火17021759029525514055调质21725564035522515560综上所述，初选d=30合格。考虑到有密封圈轴径+5mm，轴上开有销孔轴径+7mm,最终轴径d取42mm，轴长L=240mm。6.3 导向轮外部尺寸6.3.1轮的尺寸为了减少功率的损耗，导向轮应略小于驱动轮的尺寸：式中：导向轮的直径；驱动轮的直径所以，挡肩环宽轮宽轴孔6.4轴承的计算根据轴承中摩擦性的不同，可把轴承分为滑动轴承和滚动轴承两大类。滚动轴承摩擦系数小，启动阻力小，已标准化。但由于滑动轴承本身具有一些独特优点，如在特大冲击与振动、需在水或腐蚀性介质中工作等场合，仍占有重要地位。轴承材料应满足以下主要要求：（1）良好的减磨性、耐磨性和抗咬系数。（2）良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性。（3）足够的强度和抗腐蚀应力。（4）良好的导热性、工艺性、经济性等。导向轮上的轴承重要承受径向载荷，工作时有冲击或振动，以及工作环境恶劣，可选用滑动轴承。它有轴承座、轴套等组成。在工程中，这类轴承以维持边界油膜不遭破坏作为设计最低要求。但使边界油膜破坏的因素复杂，目前仍采用简化的条件计算。这种算法只适用于一般对工作可靠性要求布告的低速、重载的轴承。6.4.1验算轴承的平均压力P(单位./MPa)式中：F径向载荷N；B轴承的宽度mm；p轴瓦材料许用应力MPa；d轴径mm附表6-4轴承材料的性能材料最大许用值最高工作温度轴径硬度/HBs性能比较抗咬顺应性耐蚀性疲劳强度MPam/sMpa.m/s铝青铜1541228030055526.4.2 验算轴承的pv (单位Mpa.m/s)值6.4.3 验算滑动速度（单位）经验算该材料符合要求。根据直径间隙，按选配合。6.5 标准件的选择型密封圈 圆柱销 螺纹 油塞 六角螺母M18 弹簧垫圈 第七章 履带的选择按材料可分为金属履带、橡胶履带和橡胶金属履带。金属履带应用最广，按结构可分为整体式和组合式。整体式履带重量轻，制造拆装简单，成本低，高速行驶功率损耗小。但修理不便，合金钢用量大，销孔间隙大，泥沙易进入，寿命短。其履带板常用高锰钢制造，水中淬火成奥氏体组织。使用中节销等处受挤压而硬化。因冷作硬化，孔一般不加工。整体式履带板也可用35Mn、35SiMn或球墨铸铁制造。在设计整体式履带板时，要注意到壁厚均匀等铸造工艺要求是，防止裂纹和缩松等铸造缺陷产生。组合时履带由履带、履带销、销套、履带板和履带螺栓等组成，各零件可用不同的材料制造，修理时可单独更换，且泥沙不易进入销套内，寿命较长。但重量较大，拆装困难。履带板或履带节整体调质后，履刺或轨道淬火可显著提高强度和耐磨性。非渗碳钢销