毕业设计（论文）-180型液压挖掘机行走机构减速器设计（含全套CAD图纸）

1 全日制普通本科生毕业论文全日制普通本科生毕业论文 180180 型液压挖掘机行走机构减速器设计型液压挖掘机行走机构减速器设计 The Design on the Overall Walking Device and Reducer of the 180 Hydraulic Excavator 由于部分原因，说明书已删除部分，完整版说明书，由于部分原因，说明书已删除部分，完整版说明书， CAD 图纸，联系图纸，联系 153893706 学生姓名学生姓名： 学学 号：号： 年级专业及班级：年级专业及班级：2008 级级机械制造及其自机械制造及其自动动化（化（5） ） 指导老师及职称：指导老师及职称： 提交日期：2012 年 5 月 2 目 录 摘要 1 关键词 1 1 前言 2 第一章 绪论 .2 1.1 液压挖掘机在现代化建设中的作用2 1.2 液压挖掘机的工作特点和基本类型3 1.2.1 液压挖掘机的主要优缺点 3 1.4 课题设计的目的和意义4 1.5 本设计所要完成的主要任务4 第二章 减速器的方案设计 5 2.1 减速器的功用及分类5 2.2 减速器方案的选择及传动方案的确定 .6 2.2.1 减速器方案的选择 7 2.2.2 行星减速器传动方案的选定 8 2.2.3 减速器传动比的分配 8 2.2.4 传动比公式推导 8 2.3 行星减速器齿轮配齿与计算9 2.3.1 行星排齿轮的配齿 9 2.3.2 行星齿轮模数计算与确定 .10 2.4 啮合参数计算.11 2.5 变位系数选取.12 2.6 各行星齿轮几何尺寸计算.13 2.6.1 第排行星齿轮的几何尺寸 .13 3 2.6.2 第排行星轮的几何尺寸 .16 2.7 各行星齿轮强度校核19 2.7.1 太阳轮和行星轮接触疲劳强度校核 .19 2.7.2 太阳轮和行星轮弯曲疲劳强度校核 .21 2.7.3 内齿轮材料选择 .22 第三章 减速器结构的设计 .23 3.1 齿轮轴的设计计算.23 3.2 传递连接.24 3.3 轴承选用与校核与其他附件说明.24 3.3.1 轴承选用与校核 .24 3.3.2 其他附件说明 .26 第四章 设计工作总结 .26 参考文献 .27 致 谢 27 附 录 28 4 180180 型液压挖掘机行走机构减速器设计型液压挖掘机行走机构减速器设计 摘 要：本次设计的主要内容为：行星减速器及零部件的设计计算，主要零件强度 校核；绘制零、部件图和总装配图，编写设计计算说明书。 本设计的主要特点是：方案设计中提出多种方案，从可靠性、可实现性、综合性 能等进行方案比较，选择方案。技术设计中应考虑总体配置合理、安全；选材、加工 方法和技术条件可行；制图正确、标注齐全符合国家标准。充分注意整机各子系统之 间的相关性，力求整机性能的一致性和最优化性。 关键词：液压挖掘机；行星减速器；强度校核 Abstract Abstract:The design of the main features are: design in a variety of programmes, from the reliability, can be realized, such as comprehensive performance programme, the options. Technical design should be considered in the overall allocation of reasonable safety; selection, processing methods and technical conditions feasible; correct mapping, tagging complete with national standards.full attention to the relationship between the various subsystems, to the consistency and performance optimization of. KeyWords: Planetary reducer,Tensioning device. 前言 液压挖掘机是工程机械的一个重要品种，是一种广泛用于建筑、铁路、公路、水 利、采矿等建设工程的土方机械。它的发展与应用反映了一个国家施工机械化的水平。 液压挖掘机由发动机、液压系统、回转机构、工作装置、底盘五部分组成。发动 机的作用是提供动力；液压系统功能是把发动机机械能以油液为介质，利用油泵转变 为液压能传送给油缸、马达等，再传动各个执行机构，实现各种运动；回转机构是实 5 现转台的回转；工作装置的作用是进行作业；底盘的作用是承重、传力并保证满足对 车速、牵引力和行驶方向的要求。底盘是组成整体的主要部分，行走机构的性能优劣 直接影响整机的使用性能、经济性能，因此着力研究液压挖掘机的底盘具有十分重要 的意义。 第一章 绪论 1.1 液压挖掘机在现代化建设中的作用 液压挖掘机是在机械传动挖掘机的基础上发展起来的。它的工作过程是以铲斗的 切割刃切削土壤，铲斗装满后提升、回转至卸土位置，卸空后的铲斗再回到挖掘位置 并开始下一次的作业。因此，液压挖掘机是一种周期作业的土方机械。 液压挖掘机与机械传动挖掘机一样，在工业与民用建筑、交通运输、水利施工、 露天采矿及现代化军事工程中都有着广泛的应用，是各种土石方施工中不可缺少的一 种重要机械设备。 在建筑工程中，可用来挖掘基坑、排水沟，拆除旧有建筑物，平整场地等。更换 工作装置后，可进行装卸、安装、打桩和拔除树根等作业。 在水利中，可用来开挖水库、运河、水电站堤坝的基坑、排水或灌溉的沟渠，疏 浚和挖深原有河道等。 在铁路、公路建设中，用来挖掘土方、建筑路基、平整地面和开挖路旁排水沟。 在石油、电力、通信业的基础建设及市政建设中，用来挖掘电缆沟和管道沟等。 在露天采矿场上，可用来剥离表土、采掘矿石或煤，也可用来进行堆弃、装载和 钻孔等作业。 在军事工程中，可用来筑路、挖壕沟和掩体、建造各种军事建筑物。 所以，液压挖掘机作为工程机械的一个重要品种，对于减轻工人繁重的体力劳动， 提高施工机械化水平，加快施工进度，促进各项建设事业的发展，都起着很大的作用。 据建筑施工部门统计，一台容量为 1.0 的液压挖掘机挖掘级土壤时。每班生 3 m 产率大约相当于 300400 和工人一天的工作量。因此，大力发展液压挖掘机，对于提 高劳动生产率和加速国民经济的发展具有重要意义。 1.2 液压挖掘机的工作特点和基本类型 6 1.2.1 液压挖掘机的基本类型及主要特点 液压挖掘机的种类繁多，可以从不同角度对其来写进行划分。 （1）根据液压挖掘机主要机构传动来写划分 根据液压挖掘机主要机构是否全部采用液压传动，分为全液压传动和非全液压 （或称半液压）传动两种。如图 1.1 和图 1.2 所示为某小型和中型液压挖掘机。 图 1.1 小型全液压挖掘机 图 1.2 中型全液压挖掘机 Figure 1.1 small hydraulic excavator Figure 1.2 medium full hydraulic excavator （2）根据行走机构的类型划分 根据行走机构的不同，液压挖掘机可分为履带式、轮胎式、汽车式、悬挂式和拖 式。 （3）根据工作装置划分 根据工作装置结构不同，可分为铰链式和伸缩臂式挖掘机，铰链式工作装置应用 较为普遍。 这种挖掘机的工作装置靠各构件绕铰点转动来完成作业。伸缩臂式挖掘 机的动臂由主臂及伸缩臂组成，伸缩臂可在主臂内伸缩，还可以变幅。伸缩臂前端装 有铲斗，适于进行平整和清理作业，尤其是休整沟坡。 1.3 课题设计的目的和意义 液压挖掘机在工业与民用建筑、道路建设、农田水力、油田矿山、市政工程、机 场港口等部门土石方施工中，占有重要位置。并反映了这些部门施工机械化水平。该 7 课题结合机械设计专业的教学内容和国内外液压挖掘机的应用与发展。对履带式液压 挖掘机底盘作较深入的分析研究。根据设计依据及要求，完成挖掘机行走机构总体及 减速器设计，进一步掌握挖掘机的设计方法和步骤。通过毕业设计，使我们进一步巩 固、加深对所学的基础理论、基本技能和专业知识的掌握，使之系统化、综合化；培 养我们独立思考、独立工作和综合运用已学知识分析与解决实际问题的能力，尤其注 重培养我们独立获取新知识的能力；培养我们在方案设计、设计计算、工程绘图、文 字表达、文献查阅、计算机应用及工具书使用等方面的基本工作实践能力；使我们树 立具有符合国情和生产实际的正确设计思想和观点，树立严谨、负责、实事求是、刻 苦钻研、勇于探索、勇于创新、善于与他人合作的工作作风。 1.4 本设计所要完成的主要任务 1.减速器的功用及分类； 2.减速器方案的选择及传动方案的确定； 3.行星减速器齿轮配齿与计算； 4.减速器结构的设计； 5.轴承选用与校核与其他附件说明； 6.所有零、部件设计计算、绘制零、部件图。 第二章 减速器的方案设计 180 型液压挖掘机减速机构的设计是本次设计的一个重要环节。减速器是应用于 原动机和工作机之间的独立传动装置。减速器的主要功能是降低转速，增大扭矩，以 便带动大扭矩的机械。由于其结构紧凑、效率较高、传递运动准确可靠、使用维护简 单，并可成批生产，故在现代工程机器中应用很广。 2.1 减速器的功用及分类 减速器的作用有以下几点： 增扭减速，降低发动机转速，增大扭矩； 变扭变速，工程机械作业时，牵引阻力变化范围大，而内燃机转速和扭矩的 变化范围不大，即使用液力机械式传动，采用了液力变矩器也不能满足要求，因此必 须通过变换变速箱排档以改变传动系的传动比，改变工程机械的牵引力和运行速度， 8 以适应阻力的变化； 实现空档，以利于发动机启动和发动机在不熄火的情况下停车。 减速器的分类按其传动结构特点可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、蜗杆 减速器、行星齿轮减速器四大类。下面对以上四种减速器的特点及用途作简要说明： 圆柱齿轮减速器：当传动比在 8 以下时，可采用单级圆柱齿轮减速器，大于 8 时，最好选用两级（i=840）和两级以上（i40）的减速器。两级和两级以上的圆 柱齿轮减速器的传动布置型式有展开式、分流式和同轴式等到数种。它是 图 2.1 圆柱齿轮减速器 Figure 2.1 cylindrical gear reducer 所有减速器中应用最广的，它传递功率的范围可从很小至 40000KW，圆周速度也可以 从很低至 6070m/s，有的甚至于高达 140m/s。其结构如图 2.1 示。 圆锥齿轮减速器：它用于输入轴和输出轴位置布置成相交的场合。因为圆锥 齿轮常常是悬臂装在轴端的，且由于圆锥齿轮的精加工比较困难，允许的圆周速度又 较低，因此圆锥齿轮减速器的应用不如圆柱齿轮减速器那么广。其结构如图 2.2 示。 蜗杆减速器：主要用于传动比较大（i10）的场合。当传动比较大时，其传 动结 图 2.2 圆锥齿轮减速器 图 2.3 蜗杆减速器 Figure 2.2 tapered gear reducer Figure 2.3 worm reducer 9 此处已删除此处已删除 由于是直齿圆齿轮啮合传动，轴承装在销套上面。故其受的轴向载荷较小，忽 略计算，根据表 13-查取载荷系数=1.5，则当量动载荷为： 8 6 p fP )( urp YFXFfP （3.4） 式中根据齿轮啮合传动时径向力进行计算： r F tan tr FF （3.5） 式中：为啮合角，经第四章计算知=。 0 20 由前章（3.16）式知圆周力=7156.32，所以=2604.69，轴向力 t FN r FN =0。X、Y 分别为径向和轴向动载荷系数，由表 13-查取 X =1,Y =0。从而 u F 5 5 =1.5 2604.69=3907.035。PN 轴承的转速近似取行星轮的转速n 1 n = n 1 n m C t n Z Z 1 1 （3.6） =43.1563 33 12 =568.52r/min 按照前章 4.7.1，=10 365 8=29200,将得到的已知参数带入（3.3）式： h Lh 3 10 6 10 2920052.56860 1 035.3907 C 31.00KN 10 ，故满足设计要求。按照相同的方法，第二排行星轮处的轴承选用圆锥滚子轴 r CC 承 30206，经检验满足要求。 3.3.2 其他附件说明 减速器的润滑采用飞溅润滑，为防止漏油，在所需处设置的密封圈或者挡油环。 在装配所需要防止零部件穿动处设置套筒或者垫板。减速器具体结构见附录其装配图 和各零件图. 第四章 设计工作总结 本设计是基于市场产品 180 型液压挖掘机的主要部件的研发、设计过程。通过参 观实习了解产品特性，对液压挖掘机的减速器的计、研究，是一次理论与实践相结合 的有益探索、学习。对设计全文总结如下： （1）以液压挖掘机的工作特点为例分析了其在工程机械中的地位和其在国家现代 化建设中的作用。并阐述了国外同行业的发展现状和液压挖掘机的发展趋势以及在我 国高校开展本科课题研究的重要意义。 （2）从总体方案设计入手，系统分析比较了几种工作装置、传动方式的优缺点， 并对回转机构、行走方式及动力装置进行了初步阐述和选择。 （3）通过主要参数计算，确定了液压挖掘机在作业过程中所需的动力，得出了与 工况相适应的主要设计参数。 （4）本设计主要阐述了行走减速器的设计计算，从减速器型式的选择到各零部件 的设计校核。有效地解决了行星齿轮的配齿问题，另外在齿轮设计过程中采用了高度 变位设计，使得齿轮的齿数大大减少并避免了加工过程中少齿数所带来的根切问题。 使减速器在结构上充分利用了内啮合承载能力大和内齿圈的可容体积，从而有效缩小 了其外廓尺寸，使其体积小、质量小、结构非常紧凑，且承载能力大。通过此，不仅 在理论上深化了认识，同时也从一定程度上提高了解决问题的能力。 本设计中的行走减速器的传动系统采用了斜盘式轴向柱塞马达和三行星轮双行星 排共齿圈式结构具有一定的新颖性，它的特点是：这种机构液压系统压力可高达 以上，马达转速一般在 2200r/min 以内，双行星排具有较大的传动性，省去了MPa30 定轴齿轮的传动，结构紧凑，适用于专业化批量生产。有利于更进一步研究高性能的 减速器，提高产品竞争力。朝着现代工程机械的发展方向大力发展液压挖掘机，设计 制造更多高性能的产品才能提高我国该行业在世界同行的技术水平和竞争力，进而我 11 国现代化建设中发挥更大的作用，这是我国工程技术人员义不容辞的责任。 参考文献 1张光裕，等.工程机械底盘设计M.北京：机械工业出版社，1985 2王建.工程机械构造M.北京：中国铁道出版社，1996 3唐经世.工程机械M.北京：中国铁道出版社，1996 4饶振纲.行星齿轮传动设计M.北京：化学工业出版社，2003 5孔德文，赵克利，徐宁生，等液压挖掘机M.北京：化学工业出版社，2007 6诸文农.履带推土机结构裕设计M.北京：机械工业出版社 7成大先主编.机械设计手册M. 第四版第 3 卷,北京：化学工业出版社，2002.10- 14114-427 8濮良贵，纪明刚.机械设计M.北京：高等教育出版社，2000 9工程机械底盘构造与设计M.镇江：镇江农业机械学院出版 10席伟光，杨光，李波.机械设计课程设计M.第一版，北京：高等教育出版社，2002 11杨瑞成，丁旭，等.机械工程材料M.重庆：重庆大学出版社，2004 12吴庆鸣.工程机械设计M.武汉：武汉大学出版社，2006 致 谢 弹指一挥间，大学四年已经接近了尾声。四年的艰苦跋