畢業(yè)論文裝載機(jī)行走系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、 . PAGE19 / NUMPAGES191 前言1.1裝載機(jī)國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀自90年代以來(lái)，國(guó)外工程機(jī)械進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段，工程機(jī)械產(chǎn)品以信息技術(shù)為主導(dǎo)，在發(fā)動(dòng)機(jī)燃料燃燒與電控、可視化駕駛、液壓控制系統(tǒng)、自動(dòng)操縱、精確定位與作業(yè)、故障診斷與監(jiān)控、環(huán)保與節(jié)能等方面，進(jìn)行了大量的研究，開(kāi)發(fā)出許多新結(jié)構(gòu)和新產(chǎn)品，提高了工程機(jī)械的高科技含量，促進(jìn)了工程機(jī)械的發(fā)展。我國(guó)裝載機(jī)行業(yè)通過(guò)十幾年的發(fā)展走出了一條自主發(fā)展的道路，并逐漸發(fā)展壯大，牢牢控制了國(guó)90%以上的市場(chǎng)份額。同時(shí)國(guó)產(chǎn)裝載機(jī)產(chǎn)品以其出色的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)開(kāi)始在國(guó)際市場(chǎng)上嶄露頭角，呈現(xiàn)出較好的發(fā)展勢(shì)頭。與工程機(jī)械其他機(jī)種相比，輪式裝載機(jī)的橋、

2、箱、泵、閥與缸等零部件產(chǎn)品配套相對(duì)成熟，已經(jīng)形成了比較完整的配套體系。 目前全國(guó)裝載機(jī)生產(chǎn)企業(yè)達(dá)到130多家，其中專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)有30多家，主要生產(chǎn)企業(yè)有柳工、廈工、龍工、臨工、徐工、常林、成工和山工等，這些廠家憑借長(zhǎng)期生產(chǎn)裝載機(jī)的經(jīng)驗(yàn)、較強(qiáng)的實(shí)力和較好的售后服務(wù)贏得了較高的市場(chǎng)占有率。柳、廈、龍、臨2000年銷量分別為2831臺(tái)、2828臺(tái)、2100臺(tái)、1362臺(tái)，2006年銷量則分別為20180臺(tái)、16731臺(tái)、20023臺(tái)、14273臺(tái)，年銷量增長(zhǎng)幅度分別為7倍、6倍、9.5倍、10倍。市場(chǎng)份額逐步走向集中，行業(yè)正向穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)演進(jìn)，行業(yè)少數(shù)優(yōu)勢(shì)企業(yè)占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)權(quán)，并獲取了主要利潤(rùn)。國(guó)6t以

3、與6t以上的裝載機(jī)是國(guó)潛在市場(chǎng)最大的產(chǎn)品，1998年以前大多數(shù)生產(chǎn)廠家均開(kāi)發(fā)了ZL60裝載機(jī)，但由于受傳動(dòng)件的制約，ZL60裝載機(jī)沒(méi)能成功地推向市場(chǎng)。在99年國(guó)際工程機(jī)械博覽會(huì)上，各廠家推出了新的一代ZL60裝載機(jī)，多數(shù)廠家選擇ZF合資生產(chǎn)的箱或橋，液壓元件也有新配置，發(fā)動(dòng)機(jī)可選用斯太爾或上柴6121（Cat3306），整機(jī)可靠性上得到很大提高，給國(guó)大噸位裝載機(jī)帶來(lái)發(fā)展機(jī)遇。目前國(guó)裝載機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是國(guó)產(chǎn)輪式裝載機(jī)正在從低水平、低質(zhì)量、低價(jià)位、滿足功能型向高水平、高質(zhì)量、中價(jià)位、經(jīng)濟(jì)實(shí)用型過(guò)渡。特別是向高效、安全、節(jié)能、微電子技術(shù)、環(huán)保與變量全液壓系統(tǒng)、雙動(dòng)力模式等方向發(fā)展的速度在加快。產(chǎn)品品種

4、向小型、大型，特別是大型與專用型、多用途方向發(fā)展。產(chǎn)品性能正在向國(guó)際先進(jìn)水平靠攏，產(chǎn)品已開(kāi)始進(jìn)入北美、歐盟等發(fā)達(dá)國(guó)家市場(chǎng)。在制造技術(shù)方面正在向“精細(xì)化”方向發(fā)展。同時(shí)，各主要主機(jī)制造企業(yè)與主要配套件企業(yè)都致力于發(fā)展更高技術(shù)水平的傳動(dòng)件、液壓件、電氣元件等主要基礎(chǔ)件，我國(guó)裝載機(jī)的發(fā)展已進(jìn)入了一個(gè)新階段。從仿制仿造向自主開(kāi)發(fā)過(guò)渡，各主要廠家不斷進(jìn)行技術(shù)投入，采用不同的技術(shù)路線，在關(guān)鍵部件與系統(tǒng)上技術(shù)創(chuàng)新，擺脫目前產(chǎn)品設(shè)計(jì)雷同，無(wú)自己特色和優(yōu)勢(shì)的現(xiàn)狀，從低水平的無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)的怪圈中脫穎而出，成為裝載機(jī)行業(yè)的領(lǐng)先者。而國(guó)外企業(yè)進(jìn)一步加大入主我國(guó)裝載機(jī)行業(yè)的力度.國(guó)際著名的大企業(yè)集團(tuán)紛紛進(jìn)入中國(guó)工程機(jī)械行業(yè)

5、,以美國(guó)凱雷入主徐工集團(tuán).卡特彼勒入主山工為起點(diǎn),掀起了工程機(jī)械行業(yè)新一輪的并購(gòu)熱潮.近期卡特彼勒又與國(guó)裝載機(jī)龍頭企業(yè)如廈工.柳工等骨干生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行了密切的接觸,這些跨國(guó)企業(yè)主要以其雄厚的資金和技術(shù)實(shí)力逐步打開(kāi)國(guó)裝載機(jī)市場(chǎng).可以預(yù)見(jiàn)十一五頭幾年,我國(guó)工程機(jī)械行業(yè)的發(fā)展以裝載機(jī)企業(yè)為代表,競(jìng)爭(zhēng)結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化,對(duì)我國(guó)國(guó)產(chǎn)裝載機(jī)行業(yè)的格局將產(chǎn)生重大的影響。近4年多以來(lái)，世界主要裝載機(jī)制造企業(yè)通過(guò)收購(gòu)我國(guó)主要裝載機(jī)企業(yè),“屬地化”管理方式基本上取得了成功。在國(guó)企業(yè)中，形成了以3家龍頭企業(yè)即柳工、廈工、龍工三足鼎立之勢(shì)，支撐起我國(guó)裝載機(jī)行業(yè)的大局。加上其它幾個(gè)主要裝載機(jī)企業(yè)，形成了資裝載機(jī)企業(yè)陣營(yíng)。從2

6、005年到現(xiàn)在，國(guó)外企業(yè)通過(guò)并購(gòu)、全資或控股等方式使卡特山工、沃爾沃臨工、神鋼成工等在中國(guó)也形成了三足鼎立之勢(shì)，加上來(lái)勢(shì)兇猛的國(guó)斗山、現(xiàn)代以與日本小松等，逐步形成了強(qiáng)大的外資裝載機(jī)陣營(yíng)。目前外資企業(yè)的裝載機(jī)在我國(guó)的市場(chǎng)占有率已超過(guò)25%，國(guó)裝載機(jī)企業(yè)從99%以上的市場(chǎng)占有率已經(jīng)下降到了目前的75%以下。今后我國(guó)裝載機(jī)行業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，主要表現(xiàn)在以柳工、廈工、龍工為首，加上徐工、常林，以與民營(yíng)企業(yè)如福田雷沃重工、宇通重工、晉工等組成的我國(guó)資裝載機(jī)企業(yè)陣營(yíng)與以卡特山工、沃爾沃臨工、神鋼成工等為首，加上國(guó)斗山、現(xiàn)代、以與日本小松等外資裝載機(jī)企業(yè)陣營(yíng)之間的競(jìng)爭(zhēng)。1.2 裝載機(jī)發(fā)展趨勢(shì)展望未來(lái)，輪式裝載機(jī)

7、今后發(fā)展的大趨勢(shì)是：提高可操縱性，減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)而達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的；傳動(dòng)系統(tǒng)向靜液壓傳動(dòng)方向發(fā)展，提高工作機(jī)械、人體、環(huán)境系統(tǒng)的總體效能；利用電子對(duì)抗技術(shù)，消除或降低噪聲，改變單一消聲材料密封等限制噪聲傳播的消聲方法；通過(guò)對(duì)電子計(jì)算機(jī)的使用，研發(fā)出計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)和司機(jī)輔助操作系統(tǒng)，廣泛利用故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行安全保障；可以選擇更加省油的發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)改善尾氣的排放，從而達(dá)到減少環(huán)境污染的目標(biāo)；努力向靈敏可靠的傳感元件和控制元件的機(jī)電一體化發(fā)展。我國(guó)裝載機(jī)具有很高的性價(jià)比，且產(chǎn)品也已基本成熟，加上我國(guó)在全球每年不斷增加的建筑施工企業(yè)帶產(chǎn)品出國(guó)等，因此裝載機(jī)出口近幾年翻番增長(zhǎng)。同時(shí)，近

8、幾年來(lái)，我國(guó)主要裝載機(jī)制造企業(yè)在全世界主要裝載機(jī)市場(chǎng)，逐步建立健全代理商網(wǎng)絡(luò)和售后服務(wù)系統(tǒng)，使用戶可放心使用我國(guó)裝載機(jī)產(chǎn)品，有力地支撐了我國(guó)裝載機(jī)國(guó)際市場(chǎng)。在東南亞、南亞、中東、非洲等傳統(tǒng)市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，而且在獨(dú)聯(lián)體與南美洲國(guó)家等市場(chǎng)增長(zhǎng)更快。我國(guó)裝載機(jī)從2001年開(kāi)始進(jìn)入獨(dú)聯(lián)體國(guó)家市場(chǎng)，當(dāng)年只有8臺(tái)，到2008年就迅猛增長(zhǎng)到6000臺(tái)以上，增長(zhǎng)了700倍以上。我國(guó)裝載機(jī)是從2003年以后才開(kāi)始進(jìn)入南美洲國(guó)家的。2004年只有13臺(tái)，可僅僅3年后的2008年迅速上升至2559臺(tái)，增長(zhǎng)了近200倍。由此可見(jiàn)我國(guó)裝載機(jī)在新興國(guó)家市場(chǎng)發(fā)展之快。可以預(yù)計(jì)，今后獨(dú)聯(lián)體與南美洲國(guó)家市場(chǎng)將有更大規(guī)模的增長(zhǎng)。目

9、前我國(guó)主要裝載機(jī)制造企業(yè)正在開(kāi)拓歐盟、北美等發(fā)達(dá)國(guó)家市場(chǎng)，進(jìn)展也非常迅速。在當(dāng)今這個(gè)飛速發(fā)展的現(xiàn)代化社會(huì)里，機(jī)械尤其是工程機(jī)械在很大圍將會(huì)代替人力。因此，工程機(jī)械的市場(chǎng)前景是比較樂(lè)觀的，尤其是應(yīng)用于裝卸零散物料的輪式裝載機(jī)的利用空間必將會(huì)更加廣闊。1.3裝載機(jī)行走系統(tǒng)概況作為裝載機(jī)行走系統(tǒng)的橋梁機(jī)構(gòu)車(chē)橋?qū)φ麄€(gè)底盤(pán)結(jié)構(gòu)起到至關(guān)重要的作用， 擺動(dòng)式驅(qū)動(dòng)橋是裝載機(jī)后橋技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，現(xiàn)有的擺動(dòng)式驅(qū)動(dòng)橋基本上是進(jìn)口的，其特點(diǎn)是支承主傳動(dòng)總成的主動(dòng)螺旋錐齒輪采用懸臂支撐；主動(dòng)螺旋錐齒輪支承于同一件殼體，殼體是整體式；橋殼總成的橋殼與輪邊支承軸采用螺栓連接的分體式裝配結(jié)構(gòu)。由于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的擺動(dòng)式驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)結(jié)

10、構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)成本高，因次造成擺動(dòng)式驅(qū)動(dòng)橋市場(chǎng)推廣困難，服務(wù)維修不方便。文獻(xiàn)1中設(shè)計(jì)的裝載機(jī)擺動(dòng)式驅(qū)動(dòng)橋正好解決了以上問(wèn)題，其中設(shè)計(jì)的實(shí)用新型的解決方案是這樣的:支承主傳動(dòng)總成的主動(dòng)螺旋錐齒輪采用跨置支撐，其中擺動(dòng)支撐軸承座支承一端，托架支撐支承另一端;支承主傳動(dòng)總成的殼體是由托架與擺動(dòng)支撐軸承座采用分體裝配式結(jié)構(gòu)，用螺栓連接成一體;托架是與橋殼總成連接一起的。設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)是支承主傳動(dòng)總成的主動(dòng)螺旋錐齒輪采用跨置式支撐，支承剛性好，可靠性高；橋殼總成的橋殼與輪邊支撐軸承采用焊接方式，制造加工性好；產(chǎn)品零部件的維修服務(wù)方便，通用化程度高，造價(jià)成本低。在文獻(xiàn)2中涉與了工程機(jī)械的整個(gè)底盤(pán)構(gòu)造，包括行走系統(tǒng)

11、、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)等，并對(duì)各個(gè)系統(tǒng)包括從結(jié)構(gòu)到必要強(qiáng)度計(jì)算都給出了一定參考方法，其中在行走系統(tǒng)方面不僅談到主要結(jié)構(gòu)包含車(chē)架、車(chē)橋、懸架、車(chē)輪等，而且還進(jìn)行了傳動(dòng)軸的尺寸與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算。而文獻(xiàn)3是關(guān)于輪式裝載機(jī)驅(qū)動(dòng)橋鏟裝循環(huán)作業(yè)熱分析，由于傳動(dòng)系統(tǒng)是工程機(jī)械的重要組成部分，其工作工程中產(chǎn)生的大量熱必將會(huì)對(duì)系統(tǒng)的潤(rùn)滑和冷卻產(chǎn)生影響，而且會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)元件的工作強(qiáng)度產(chǎn)生影響，因此對(duì)傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)和尺寸進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)才不會(huì)對(duì)整機(jī)的性能產(chǎn)生影響。在文獻(xiàn)4中提到了分體式裝載機(jī)車(chē)架，這種結(jié)構(gòu)采用銷連接，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于維修而且能有效降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。因此本次設(shè)計(jì)采用用銷鉸接的車(chē)架。文獻(xiàn)5是關(guān)于裝載機(jī)

12、前車(chē)架的空間結(jié)構(gòu)有限元模型，由于裝載機(jī)前車(chē)架是整機(jī)強(qiáng)度、剛度設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部件之一，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、承載量大。在保證計(jì)算方法精確、可靠的前提下，關(guān)鍵是建模問(wèn)題。文中不僅提供了前車(chē)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，而且對(duì)如何進(jìn)行建模提與了一些常見(jiàn)錯(cuò)誤，以便自己在設(shè)計(jì)過(guò)程中避免出現(xiàn)類似錯(cuò)誤，從而提高自己的設(shè)計(jì)效率。文獻(xiàn)6提到自動(dòng)裝載機(jī)，根據(jù)本文可以對(duì)裝載機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)有個(gè)大致了解，這樣便于自己在進(jìn)行行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)時(shí)，能夠合理進(jìn)行裝配。而在文獻(xiàn)7中涉與的是一般農(nóng)業(yè)用搬運(yùn)裝載機(jī)傳動(dòng)裝置，參考此文獻(xiàn)可以對(duì)底盤(pán)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)尤其是對(duì)傳動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)有個(gè)大體了解，為自己設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸提供了一個(gè)很好的參考。現(xiàn)如今，很多裝載機(jī)都采用液壓式行走系

13、統(tǒng)，其主要用于大功率、大負(fù)載的工作環(huán)境，而很多場(chǎng)所都需要小功率的裝載機(jī)，比如說(shuō)煤廠、沙場(chǎng)等，這些場(chǎng)所適用于小型裝載機(jī)工作，因此，本次設(shè)計(jì)的只是關(guān)于小型裝載機(jī)的行走系統(tǒng)，目的在于優(yōu)化小型裝載機(jī)的行走工作性能和工作壽命，所以，此次設(shè)計(jì)具有很廣泛的意義。對(duì)于本次設(shè)計(jì)，參用了三維實(shí)體建模，一方面能形象畫(huà)出實(shí)體結(jié)構(gòu)圖，另一方面能夠?qū)Ω鱾€(gè)零部件的裝配位置與裝配的正確性有個(gè)整體上的了解與把握?？傊?，經(jīng)過(guò)仔細(xì)閱讀分析文獻(xiàn)，對(duì)裝載機(jī)地盤(pán)行走系統(tǒng)有了大體上的了解，這樣為接下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)打下了一個(gè)比較好的基礎(chǔ)。2 裝載機(jī)行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1整體結(jié)構(gòu)分析本次設(shè)計(jì)的是裝載機(jī)行走系統(tǒng)設(shè)計(jì)，涉與部分傳動(dòng)系統(tǒng)部件，其中文獻(xiàn)8

14、中提到的行走系統(tǒng)主要包括車(chē)架、車(chē)橋、懸架、車(chē)胎。以下分別介紹各個(gè)組成結(jié)構(gòu)的作用與構(gòu)成：（1）車(chē)架：車(chē)架是整臺(tái)機(jī)械的基礎(chǔ)，在它上面安裝著所有的零部件，使機(jī)械成為一個(gè)整體。車(chē)架支承著整個(gè)機(jī)械的大部分質(zhì)量，在整個(gè)行駛或作業(yè)時(shí)，還將承受著更大的動(dòng)載荷的作用。在工作過(guò)程中為了保證車(chē)架上各機(jī)件的正確相對(duì)位置，車(chē)架要有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)質(zhì)量要輕。而車(chē)架分為整體式和鉸接式，整體式車(chē)架是由兩根縱梁與若干橫梁用鉚接或焊接而構(gòu)成一個(gè)完整的框架，縱梁一般用鋼板沖壓而成，斷面為槽形或箱形。在載荷較重的地方可另加焊板或者加強(qiáng)筋以保證足夠的剛度與強(qiáng)度安裝有關(guān)零部件的支架都裝在主車(chē)架上，從而形成一個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的構(gòu)架。而目前

15、大多數(shù)輪式裝載機(jī)和一些輪式推土機(jī)上采用鉸接式車(chē)架，它由前后兩段車(chē)架組成，兩車(chē)架之間用鉸接連接。同時(shí)后車(chē)架上設(shè)有變速箱支架、變矩器支架與柴油機(jī)前后支架，一邊安裝變速箱、變矩器以與柴油機(jī)等總成。它與后驅(qū)動(dòng)橋的連接方式是鉸接式，驅(qū)動(dòng)橋與橋架用螺釘連接，而橋架則通過(guò)兩個(gè)銷軸與后車(chē)架上的橫梁鉸接，故驅(qū)動(dòng)橋遇到不平道路時(shí)，可以隨地形變化而隨橋架一起擺動(dòng)，從而減輕地形變化或遇障礙物時(shí)對(duì)車(chē)架和鉸接銷軸的沖擊力，使裝載機(jī)行駛或作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性與平順性較好。其結(jié)構(gòu)視圖如下圖2.1所示：鉸接式車(chē)架俯視圖鉸接式車(chē)架主視圖圖2.1（2）車(chē)橋： 采用整體式車(chē)架的工程機(jī)械其轉(zhuǎn)向橋有兩種：轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋和轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋。轉(zhuǎn)向從動(dòng)橋式由

16、一根剛性的實(shí)心或空心梁，轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷與輪轂等部分組成。為了減少偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向輪的操縱力矩，并保證轉(zhuǎn)向的自動(dòng)回正作用即工程機(jī)械直線行駛時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)向輪偶遇外力作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)，有立即使車(chē)輪自動(dòng)回到相應(yīng)于直線行駛位置的能力轉(zhuǎn)向輪和主銷在從動(dòng)橋上應(yīng)具有一定傾斜角度，包括：主銷后傾角，主銷傾角，轉(zhuǎn)向輪外傾角和轉(zhuǎn)向輪前束。（3）懸架：懸架是機(jī)架和行走裝置的連接部件，機(jī)架上的機(jī)重通過(guò)懸架傳給支重輪，同時(shí)支重輪在機(jī)械行駛過(guò)程中所受地面的沖擊也經(jīng)過(guò)懸架傳給機(jī)架。因此，裝載機(jī)的機(jī)架應(yīng)具有一定的緩沖能力，才能保證行駛過(guò)程中的平穩(wěn)和駕駛員的舒適。（4）車(chē)輪：輪式工程機(jī)械的車(chē)輪是由輪轂，輪輞以與這兩個(gè)元件之間的連接部分所組成，按

17、連接部分的構(gòu)造不同，車(chē)輪可分為盤(pán)式與輻式兩種，盤(pán)式車(chē)輪應(yīng)用最廣。輪輞式用來(lái)固定輪胎的。輪輞結(jié)構(gòu)有深式、平式和組合式三種型式。深式輪輞具有帶肩的凸緣，用以安放外胎的胎圈，其肩部通常略有傾斜，斷面中的深槽是便利外胎的拆裝而設(shè)的。深式輪輞的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且剛度大，重量輕；對(duì)于小尺寸彈性較大的輪胎較適宜，對(duì)于尺寸較大較硬的輪胎則難以裝進(jìn)這樣的整體輪輞。輪轂的軸承一般采用一對(duì)圓錐滾柱軸承。軸承間隙可由調(diào)節(jié)螺母進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)整后用鎖定方法使螺母保持在調(diào)整位置，不能所開(kāi)，否則就會(huì)發(fā)生車(chē)輪脫出的事故。在軸承旁邊空腔貯有潤(rùn)滑脂，為了不使?jié)櫥绯觯谳嗇炆涎b有油封。輪式工程機(jī)械大都采用充氣橡膠輪胎，它能緩和和吸收不平

18、路面所產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊。這種振動(dòng)和沖擊大部分由胎的壓縮空氣來(lái)吸收，少部分由胎壁來(lái)吸收。有胎的充氣輪胎由外胎，胎和襯帶等組成。以上是輪式裝載機(jī)行走系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)組成。工程機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的基本功用是將動(dòng)力按需要傳給驅(qū)動(dòng)輪和其它的操縱機(jī)構(gòu)。從分析不同機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)可知，傳動(dòng)系的組成和布置形式取決于工程機(jī)械的總體結(jié)構(gòu)型式與傳動(dòng)系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)型式等許多因素。工程機(jī)械之所以需要傳動(dòng)系統(tǒng)而不能把柴油機(jī)或其它燃機(jī)直接與驅(qū)動(dòng)輪相連接，是由于現(xiàn)在廣泛采用的活塞式燃機(jī)所具有的扭矩小、轉(zhuǎn)速高和扭矩、轉(zhuǎn)速變化幅度小的特點(diǎn)，同工程機(jī)械運(yùn)行所需要的大扭矩、低速和扭矩、速度變化幅度大之間存在矛盾。因此，傳動(dòng)系統(tǒng)的任務(wù)就是吧燃機(jī)的

19、動(dòng)力傳遞給驅(qū)動(dòng)輪，并使之適應(yīng)工程機(jī)械的運(yùn)行需要。而作為萬(wàn)向傳動(dòng)裝置組成之一的傳動(dòng)軸，一般長(zhǎng)度較長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速高，并且由于所連接的兩部件的相對(duì)位置經(jīng)常變化，因而要求傳動(dòng)軸長(zhǎng)度也要能相應(yīng)地有所變化，以保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)。為此，傳動(dòng)軸一般具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）目前大部分傳動(dòng)軸是空心的，這是因?yàn)樵趥鬟f一樣大小的扭矩情況下，空心軸具有更大的剛度，而且重量輕，也能節(jié)約材料。（2）傳動(dòng)軸是高速轉(zhuǎn)動(dòng)件，為了避免由于離心力產(chǎn)生的劇烈振動(dòng)，因此，要求傳動(dòng)軸的質(zhì)量沿圓周均勻分布。為此通常不用無(wú)縫鋼管，而是用鋼板卷制對(duì)焊成管型圓軸。此外，當(dāng)傳動(dòng)軸和萬(wàn)向節(jié)裝配以后，要經(jīng)過(guò)動(dòng)平衡，用焊接小鋼片辦法來(lái)使之平衡。作為萬(wàn)向傳動(dòng)裝置的另一

20、個(gè)組成部分就是萬(wàn)向節(jié)，而用的最多的是普通十字軸剛性萬(wàn)向節(jié)，其組成部分有萬(wàn)向節(jié)叉、十字軸、油封、套筒等，其工作源流是兩萬(wàn)向節(jié)叉上的孔分別活套在十字軸的兩對(duì)軸頸上，當(dāng)主動(dòng)軸開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)軸就可以隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)又可繞十字軸中心在任意方向擺動(dòng)。為了減少摩擦損失，提高傳動(dòng)效率，在十字軸軸頸和萬(wàn)向節(jié)叉孔間裝有滾針與套筒組成的滾針軸承。為了防止軸承由于離心力的作用從萬(wàn)向節(jié)叉脫出，套筒用螺釘和蓋固定在萬(wàn)向節(jié)叉上，并用鎖片將螺釘鎖緊。為了保護(hù)軸承，十字軸做成中空以貯存潤(rùn)滑油，并有油路通向軸頸。為了避免潤(rùn)滑油流出與塵垢進(jìn)入軸承而污染軸承，在十字軸的軸頸上套裝著帶金屬座圈的毛氈油封，在十字軸的中部還裝有帶彈簧的安

21、全閥。如果十字軸腔所加的潤(rùn)滑油過(guò)多易導(dǎo)致有的壓力大于允許值，安全閥就被頂開(kāi)而使?jié)櫥屯庖纾褂头獠恢劣谝蛴蛪哼^(guò)高而損壞。這樣的剛性萬(wàn)向節(jié)可以保證在軸間交角變化時(shí)可靠地傳動(dòng)，并且有較高的傳動(dòng)效率，所以廣泛使用。而起到傳遞動(dòng)力的是驅(qū)動(dòng)橋，輪式驅(qū)動(dòng)橋是由差速器、傳動(dòng)器、半軸、最終傳動(dòng)和橋殼等零部件組成。它的作用是將變速箱傳遞來(lái)的動(dòng)力經(jīng)主傳動(dòng)器減低轉(zhuǎn)速，增大扭矩，并將旋轉(zhuǎn)軸線改變?yōu)闄M向方向后，傳至差速器，然后經(jīng)差速器中行星齒輪、半軸、半軸齒輪，然后將動(dòng)力傳至最終傳動(dòng)齒輪再一次減低轉(zhuǎn)速、增大扭矩后，將動(dòng)力傳至驅(qū)動(dòng)輪，使裝載機(jī)行駛。 2.2 萬(wàn)向節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)萬(wàn)向節(jié)可以實(shí)現(xiàn)兩根相交軸之間的傳動(dòng)，在工程機(jī)械底盤(pán)

22、的傳動(dòng)系統(tǒng)中，主要用于以下幾種情況：（1）連接兩根傳遞動(dòng)力的軸，他們的軸線不在同一直線上，比如輪式地盤(pán)中變速箱輸出軸和驅(qū)動(dòng)橋輸入軸。（2）連接在工作中相對(duì)位置變化的兩根傳遞動(dòng)力的軸，比如輪式底盤(pán)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中的外兩半軸。（3）降低理論上處于同一直線的兩根傳遞動(dòng)力的軸由于安裝和車(chē)架變形引起的軸線偏移誤差的要求，比如履帶地盤(pán)中主離合器的輸出軸和變速箱的輸入軸。萬(wàn)向節(jié)可分為不等角速和等角速兩種，而應(yīng)用廣泛的十之軸剛性萬(wàn)向節(jié)是不等角速的。其結(jié)構(gòu)如圖2.2所示： 圖2.2其中圖中顯示的十之軸的尺寸根據(jù)手冊(cè)可以查出，選取M=2000NM，這種剛性萬(wàn)向節(jié)在軸間夾角變化時(shí)傳動(dòng)可靠，傳動(dòng)效率高，裝卸方便，制造簡(jiǎn)單

23、，因此應(yīng)用廣泛。2.3 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算與校核輪式裝載機(jī)地盤(pán)包括行走系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)等。其中本次設(shè)計(jì)主要涉與行走系統(tǒng)和傳動(dòng)系統(tǒng)，行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括車(chē)架、車(chē)橋、車(chē)輪、車(chē)胎，而傳動(dòng)系統(tǒng)則主要指?jìng)鲃?dòng)軸。本次行走系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)所給參數(shù)與結(jié)構(gòu)分析主要需要校核傳動(dòng)軸和車(chē)橋橋殼的強(qiáng)度，然后根據(jù)所計(jì)算出的軸尺寸來(lái)定出其它部件的相關(guān)尺寸，可由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得。2.3.1 傳動(dòng)軸強(qiáng)度計(jì)算與校核工程機(jī)械采用的傳動(dòng)系統(tǒng)通常有四種類型：（1）機(jī)械傳動(dòng)；（2）液力機(jī)械傳動(dòng)；（3）液壓傳動(dòng)；（4）電傳動(dòng)。由于機(jī)械傳動(dòng)具有：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、廉價(jià)、重輕、工作可靠、傳動(dòng)效率高，可以利用發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)零件的慣性進(jìn)行作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，由

24、于濕式離合器的普遍采用與柴油機(jī)特性的改善在某種程度上改進(jìn)了機(jī)械傳動(dòng)的某些缺點(diǎn)，因此，采用機(jī)械傳動(dòng)的工程機(jī)械仍占有很大比例，所以本設(shè)計(jì)選取機(jī)械傳動(dòng)。其中的傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)如圖2.3所示： 圖2.3以下是軸的直徑計(jì)算與校核：設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中所給參數(shù)：額定功率：P=29kw已知最大扭矩：M=2000Nm，文獻(xiàn)9中提出外力偶矩公式：M=9549 （2.1）式中 P額定功率； n軸的轉(zhuǎn)速； M軸的扭矩。將數(shù)值代入公式（2.1）中算出轉(zhuǎn)速：n=139(r/min)；臨界轉(zhuǎn)速公式如下： n= （2.2）式中 D、d軸的外、徑； L兩萬(wàn)向節(jié)中心的距離； n臨界轉(zhuǎn)速。其中取軸長(zhǎng)：L=900（mm）；軸外徑： D=60（m

25、m）；軸徑： d=20（mm）。代入公式（2.2）中算得結(jié)果：n=810（r/min）；其中：nn 即軸滿足強(qiáng)度要求。2.3.2 車(chē)橋殼體強(qiáng)度計(jì)算與校核車(chē)橋的主要作用是承受載荷，并將作用于車(chē)輪上的牽引力、制動(dòng)力、橫向力等傳遞給車(chē)架。橋殼的中央部分又是主傳動(dòng)器和差速器的殼體。工程機(jī)械在作業(yè)過(guò)程中，橋殼的受力比較復(fù)雜，承受車(chē)輪與地面間的沖擊載荷和工作負(fù)荷，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮有足夠的強(qiáng)度和剛度。在不同的工況下橋殼的危險(xiǎn)斷面位置也不同，這點(diǎn)類似與從動(dòng)橋情況。在發(fā)揮最大牽引力，緊急制動(dòng)或通過(guò)不平地面時(shí)，危險(xiǎn)斷面在與車(chē)架連接處。當(dāng)轉(zhuǎn)向和處于臨界側(cè)滑時(shí)，橫向力最大，危險(xiǎn)斷面在輪殼軸承附近。1、最大牽引力工況

26、（1）一側(cè)車(chē)輪反作用力Z作用在垂直平面的彎矩M：M=Zl （2.3）式中 l車(chē)輪中心線到車(chē)架連接中心的距離。已知整機(jī)重量：G=3200（kg） 所以，Z=16（kg） 取l=150（mm）然后代入公式（2.3）中得： M=16100.15=2.410（Nm） （2）有牽引力P產(chǎn)生的水平彎矩M M=Z（&+f）l （2.4）式中 &附著系數(shù)；f滾動(dòng)阻力系數(shù)。取輪胎充氣壓力為320(Kpa)查表知：&=0.7；f=0.17代入公式（2.4）得： M=1610（0.7+0.17）0.15=2088（Nm）合成彎矩公式為： M=3.1810（Nm） （2.5）橋殼彎曲應(yīng)力為：= （2.6）式中 W橋殼

27、抗彎斷面系數(shù)。對(duì)于圓形橫截面有： W= （2.7）取橋殼直徑為：d=200（mm）代入公式（2.7）得：=4.05（Mpa） （3）橋殼承受牽引力P引起的反作用扭矩M： M=Z（&+f）r （2.8）式中 r驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑。 r=r- （2.9）式中 r輪胎的自由半徑，即輪胎不受任何載荷事的半徑； b輪胎斷面寬度；系數(shù)，取=0.080.10。由輪胎氣壓320Kpa，查表知：r=1360（mm） b=452（mm）代入公式（2.9）得： r=1360-0.1452=1314.8（mm）將r代入公式（2.8）可知： M=1610（0.7+0.17）1.31=18.210（Nm）扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為：= （2

28、.10）式中 W橋殼抗扭斷面系數(shù)。 W= （2.11）將公式（2.11）代入公式（2.10）得：=11.6(Mpa)橋殼彎矩合成應(yīng)力=20.5(Mpa)其中:可鍛造鑄鐵橋殼的應(yīng)力=300(Mpa)因此，橋殼滿足強(qiáng)度要求，所取直徑符合要求。2.4車(chē)架的選擇車(chē)架是整臺(tái)機(jī)械的基礎(chǔ)，在它上面安裝著所有的零部件，使得機(jī)械成為一個(gè)整體。車(chē)架支承著整個(gè)機(jī)械的大部分質(zhì)量，在整機(jī)行駛或者作業(yè)時(shí)候，還將會(huì)承受著更大的動(dòng)載荷的作用。在工作過(guò)程中為了保證車(chē)架上各機(jī)件的相對(duì)正確位置，車(chē)架要有足夠的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)質(zhì)量一定要輕。車(chē)架一般可以分為整體式與鉸接式兩種基本類型。本次設(shè)計(jì)采用鉸接式車(chē)架，其結(jié)構(gòu)圖如圖2.4所示：

29、圖2.4之所以選擇鉸接式車(chē)架主要是基于以下優(yōu)點(diǎn)：（1）鉸接式車(chē)架車(chē)重利用系數(shù)高，加上全輪驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)效率高，因此，可以降低油耗；（2）轉(zhuǎn)彎半徑小，轉(zhuǎn)彎時(shí)要求的通道寬度比較小，轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)性極高；（3）車(chē)身矮，裝載高度低，質(zhì)量中重心低、行駛穩(wěn)定性好，不會(huì)側(cè)翻；（4）由于前后車(chē)架采用鉸接體聯(lián)結(jié)，可在垂直平面互相擺動(dòng)調(diào)位，以與獨(dú)立式的前懸架與特殊擺桿式的后懸架，使得全部驅(qū)動(dòng)車(chē)輪能夠保持和非平整地面均勻接觸，從而增加驅(qū)動(dòng)能力和爬坡能力。綜合以上分析本次設(shè)計(jì)采用鉸接式車(chē)架比較合理。2.5輪胎的選擇輪胎根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式可以分為：實(shí)心輪胎和充氣輪胎兩種。在工程機(jī)械中主要應(yīng)用充氣輪胎，實(shí)心輪胎只用于在像混凝土這類水平

30、路面上低速行駛的車(chē)輛。本次設(shè)計(jì)采用充氣輪胎。充氣輪胎按胎的壓力可以分為高壓輪胎、低壓輪胎、超低壓輪胎。高壓輪胎充氣壓力為500700Kpa；低壓胎為150450Kpa；超低壓為50150Kpa。此次設(shè)計(jì)采用低壓輪胎，原因是低壓輪胎有以下優(yōu)點(diǎn)：1）低壓輪胎的外形尺寸較大，彈性也不較好，即能增大接地面積，也能減少接地壓力，因此能在軟路面上行駛，下陷小，阻力小，通過(guò)性能好；2）在凸凹路面或者碎石論面上行駛時(shí)，能很好吸收振動(dòng)與沖擊，緩沖性能較好。因此，選用低壓輪胎能夠改善地盤(pán)在不平整地面上行駛的平順性和在松軟地面上行駛的通過(guò)性。在校核橋殼的強(qiáng)度時(shí)選用了輪胎充氣壓力為320Kpa，車(chē)胎規(guī)格是：16.00

31、-20，輪胎充氣后外徑尺寸為：136010（mm）,斷面高為：4457（mm）；車(chē)輪結(jié)構(gòu)圖如下圖2.4所示：圖2.5對(duì)于輪胎的材料選擇橡膠的，應(yīng)為這樣的輪胎能起到很好的緩沖作用，從而很好的減輕由于沖擊和振動(dòng)帶來(lái)的有害影響。而充氣的橡膠輪胎由胎、外胎、和襯帶三部分組成。胎是一環(huán)形橡膠管，充有一定壓力的空氣。外胎勢(shì)一個(gè)堅(jiān)固而有彈性的外殼，用來(lái)保護(hù)胎使其不受外來(lái)?yè)p害。襯帶是用來(lái)隔開(kāi)胎，使它不和輪輞與外胎上堅(jiān)硬的胎圈直接接觸，免遭擦傷。對(duì)于車(chē)輪的選擇多使用低壓的輪胎，因?yàn)檫@種輪胎具有緩沖性好，行駛溫度較低，使用壽命較長(zhǎng)，能節(jié)省材料，行駛比較安全，因此能大大避免行駛過(guò)程中發(fā)生爆胎的危險(xiǎn)。3基于solid

32、works三維造型設(shè)計(jì)Solidworks是一款三維設(shè)計(jì)軟件，軟件以其優(yōu)異的性能、創(chuàng)新性和易用性，極提高了機(jī)械設(shè)計(jì)工程師的設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，目前已經(jīng)成為主流3DCAD軟件市場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，并已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、造船、航天、通用機(jī)械和電子等工業(yè)領(lǐng)域。文獻(xiàn)10中提到Solidworks機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件是一個(gè)基于特征、參數(shù)化、實(shí)體建模的設(shè)計(jì)工具。該軟件采用了Windows圖形用戶界面，易學(xué)易用。利用solidworks，可以創(chuàng)建全相關(guān)的三維實(shí)體模型，設(shè)計(jì)過(guò)程中，實(shí)體之間可以存在或者不存在約束關(guān)系；同時(shí)，可以利用自動(dòng)的或者用戶定義的約束關(guān)系來(lái)體現(xiàn)設(shè)計(jì)的意圖。Solidworks軟件不僅具有很強(qiáng)大的實(shí)體造型、

33、曲面構(gòu)造、虛擬裝配和產(chǎn)生工程圖等設(shè)計(jì)功能外，然而，在設(shè)計(jì)工程中可以進(jìn)行有限元分析、動(dòng)力學(xué)分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析以與仿真模擬分析，從而可以提高設(shè)計(jì)的可靠性。軟件常涉與的一些術(shù)語(yǔ)如下：1）基于特征 正如裝配體是許多單獨(dú)的零件組成的一樣，Solidworks中的模型是有許多單獨(dú)的元素組成的，這些元素就被稱作特征；2）參數(shù)化 用于創(chuàng)建特征的尺寸和幾何關(guān)系，可以被記錄并保存于設(shè)計(jì)模型中。這不僅可以使模型充分體現(xiàn)設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)意圖，而且還能夠快速而容易地修改模型；3）實(shí)體建模 實(shí)體模型是CAD系統(tǒng)中所使用的最完整的幾何模型類型，它還包含了完整描述模型的邊和表面所必須的所有線框與表面幾何信息；4）約束 Solidworks支持約束，比如垂直、平行、水平、同心和重合這樣的幾何關(guān)系。此外，還可以利用方程式來(lái)創(chuàng)造參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。5）設(shè)計(jì)意圖 關(guān)于模型改變后如何表現(xiàn)的規(guī)劃稱之為設(shè)計(jì)意圖，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，使用什么方法來(lái)創(chuàng)建密性，決定于設(shè)計(jì)人員將如何體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，以與體現(xiàn)什么類型的設(shè)計(jì)意圖。本次設(shè)計(jì)借助于Solidworks強(qiáng)大的建模功能，對(duì)裝載機(jī)行走系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行三維實(shí)體建模，然后進(jìn)行虛擬裝配，進(jìn)而找出設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤，進(jìn)行修正。 3.1零件建模所謂零件建模就是根據(jù)零件輪廓編輯出特征草圖，然后通過(guò)拉伸、切除、凸臺(tái)等特征進(jìn)行實(shí)體建模。利用這一功能，本次設(shè)計(jì)對(duì)裝載機(jī)行走系統(tǒng)的