毕业设计（论文）-履带式推土机的设计（全套图纸三维）.pdf

履带式推土机设计说明书履带式推土机设计说明书 目录 摘要 . 1 Abstract . 2 第一章绪论 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.1 课题的来源与研究的目的与意义 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.2 履带式推土机的发展现状 . 5 1.3 履带式推土机的方案分析 . 7 1.3.1 机械结构总体方案与布局 . 8 1.3.2 履带式推土机工作原理 . 9 1.4 课题研究的内容 . 10 1.4.1 Solidworks 设计基础 . 10 1.4.2 草图绘制 . 12 1.4.3 基准特征，参考几何体的创建 . 1 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.4.4 拉伸、旋转、扫描和放样特征建 . 14 1.4.5 工程图的设计 . 15 1.4.6 装配设计 . 17 第二章机械结构的设计 . 18 2.1 轴承的设计 . 19 2.2 液压缸的选型计算 . 20 2.3 传动轴的设计计算 . 21 第三章液压系统设计 . 22 3.1 执行元件分析 . 2 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.1.1 执行元件类型和选择 . 2 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.1.2 速度和载荷计算 . 23 3.1.3 执行元件的载荷计算及变化规律 . 24 3.2 调速方案的选择 . 24 第四章 履带式推土机各部分强度的校核 . 25 4.1 轴承强度的校核 . 25 4.2 传动轴强度的校核 . 26 结论 . 27 致谢 . 28 参考文献 . 29 摘 要 机械工业是一个国家的重要产业，机械工业的发展无时不刻都在影响着国家经 济的发展，近期对机械行业中装载机的机械结构及应用进行了调查，发现现今所使 用的装载机无论在结构还是特性上面都是需要改进。在全球经济发展的大环境下， 中国各个行业被其他国家的先进技术影响的同时，越来越多的外国企业和品牌传播 到中国已经成为现实。在新的市场需求的推动下，对履带式推土机进行改良和优化 是当务之急。有大型装载机生产设备企业对设备的安全指标的有着一定生产的严格 要求。在生产设备的企业，充分考虑到在设备运行中可能出现的问题，从而减少噪 声污染引起的振动或不当操作设备的现象等。国内履带式推土机设备的研发及制造 要与全球号召的高效经济、安全稳定主题保持一致。履带式推土机的发展与人类社 会的进步和科学技术的水平密切相关。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本次的毕业设计课题的是履带式推土机的设计，着重介绍了履带式推土机的结 构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，该 履带式推土机的优点是高效，经济，并且安全系数高，运行平稳。 本次履带式推土 机的设计，大大地提高了装载机的工作效率和质量，并且对后续的履带式推土机的 开发和研制都有着一定的影响，在某种程度上大大提升了该设备在国内外的竞争力， 体现了机械工业重要性这一核心价值。 关键词关键词：装载机；设备；结构组成；竞争力。 absraote Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work. Small twisted paper broken machine for ordinary home, not only can be used for minced meat, can also be used with crushed peanuts, crushed ice, spices and other food, small power requirements, powered by the motor drive, reasonable structure design, can meet the family kitchen generally meat food consisting mainly of minced required. Key word: pneumatic manipulator；cylinder；pneumatic loop；Four degrees of freedom. 第一章 绪论 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用 消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装 备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和 经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济 实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展 本国经济的战略重点之一。 机械工程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能源和材料 生产的部门，都需要机械工程的服务。概括说来，现代机械工程有五大服务领 域：研制和提供能量转换机械、研制和提供用以生产各种产品的机械、研制和 提供从事各种服务的机械、研制和提供家庭和个人生活中应用的机械、研制和 提供各种机械武器。 不论服务于哪一领域，机械工程的工作内容基本相同，主要有：建立和发 展机械工程的工程理论基础。例如，研究力和运动的工程力学和流体力学；研 究金属和非金属材料的性能，及其应用的工程材料学；研究热能的产生、传导 和转换的热力学；研究各类有独立功能的机械元件的工作原理、结构、设计和 计算的机械原理和机械零件学；研究金属和非金属的成形和切削加工的金属工 艺学和非金属工艺学等等。 研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有机械产品和生产新一代机 械产品，以适应当前和将来的需要。 机械产品的生产，包括：生产设施的规划和实现；生产计划的制订和生产 调度；编制和贯彻制造工艺；设计和制造工具、模具；确定劳动定额和材料定 额；组织加工、装配、试车和包装发运；对产品质量进行有效的控制。机械制 造企业的经营和管理。机械一般是由许多各有独特的成形、加工过程的精密零 件组装而成的复杂的制品。生产批量有单件和小批，也有中批、大批，直至大 量生产。销售对象遍及全部产业和个人、家庭。而且销售量在社会经济状况的 影响下，可能出现很大的波动。因此，机械制造企业的管理和经营特别复杂， 企业的生产管理、规划和经营等的研究也多是肇始于机械工业。 机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维 护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期 使用中的可靠性和经济性。 机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维 护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期 使用中的可靠性和经济性。 研究机械产品在制造过程中，尤其是在使用中所产生的环境污染，和自然 资源过度耗费方面的问题，及其处理措施。这是现代机械工程的一项特别重要 的任务，而且其重要性与日俱增。机械的种类繁多，可以按几个不同方面分为 各种类别，如：按功能可分为动力机械、物料搬运机械、粉碎机械等；按服务 的产业可分为农业机械、矿山机械、纺织机械等；按工作原理可分为热力机械、 流体机械、仿生机械等。另外，机械在其研究、开发、设计、制造、运用等过 程中都要经过几个工作性质不同的阶段。按这些不同阶段，机械工程又可划分 为互相衔接、互相配合的几个分支系统，如机械科研、机械设计、机械制造、 机械运用和维修等。 这些按不同方面分成的多种分支学科系统互相交叉，互相重叠，从而使机 械工程可能分化成上百个分支学科。例如，按功能分的动力机械，它与按工作 原理分的热力机械、流体机械、透平机械、往复机械、蒸汽动力机械、核动力 装置、内燃机、燃气轮机，以及与按行业分的中心电站设备、工业动力装置、 铁路机车、船舶轮机工程、汽车工程等都有复杂的交叉和重叠关系。船用汽轮 机是动力机械，也是热力机械、流体机械和透平机械，它属于船舶动力装置、 蒸汽动力装置，可能也属于核动力装置等等。 1.1 课题的来源与研究的目的和意义课题的来源与研究的目的和意义 1962 年， 美国机械铸造公司在上述方案的基础之上又试制成一台数控示教 再现型履带式推土机。商名为 Unimate(即万能自动)。不少球坐标式通用履带 式推土机就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万 能自动公司（Unimaton）,专门生产工业履带式推土机。 1962 年，美国机械铸造公司也试验成功一种叫 Versatran 履带式推土机， 原意是灵活搬运。该履带式推土机的中央立柱可以回转，臂可以回转、升降、 伸缩、采用气驱动，控制系统也是示教再现型。虽然这两种履带式推土机出现 在六十年代初，但都是国外工业履带式推土机发展的基础。 1978 年，美国 Unimate 公司和斯坦福大学、麻省理工学院联合研制一种 Unimate- Vic- arm 型工业履带式推土机，装有小型电子计算机进行控制，用于 装配作业，定位误差可小于1 毫米。 美国还十分注意提高履带式推土机的可靠性，改进结构，降低成本。如 Unimate 公司建立了 8 年履带式推土机试验台，进行各种性能的试验。准备把 故障前平均时间（注：故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给 出在第一次故障前的平均运行时间），由 400 小时提高到 1500 小时，精度可 提高到0.1 毫米。 德国机器制造业是从 1970 年开始应用履带式推土机，主要用于起重运输、 焊接和设备的钻孔、攻牙等作业。德国 KnKa 公司还生产一种全自动履带式推 土机，采用新的结构和程序控制。 瑞士 RETAB 公司生产一种全自动智能履带式推土机，采用示教方法编制 程序。 日本是工业履带式推土机发展最快、应用最多的国家。自 1969 年从美国 引进二种典型履带式推土机后，大力研究履带式推土机的研究。据报道，1976 年从事履带式推土机的研究工作的大专院校、研究单位多达 50 多个。1979 年 120 多个大学和国家研究部门用在履带式推土机的研究费用 42%。 1979 年日本 履带式推土机的产值达 443 亿日元，产量为 14535 台。其中固定程序和可变程 序约占一半，达 222 亿日元，是 1978 年的二倍。具有记忆功能的履带式推土 机产值约为 67 亿日元，比 1978 年增长 50%。智能履带式推土机约为 17 亿日 元，为 1978 年的 6 倍。截止 1979 年，履带式推土机累计产量达 56900 台。 在数量上已占世界首位，约占 70%，并以每年 50%60%的速度增长。使用履 带式推土机最多的是汽车工业，其次是电机、电器。预计到 1990 年将有 55 万 机器人在工作。 第二代履带式推土机正在加紧研制。它设有微型电子计算机控制系统，具 有视觉、触觉能力，甚至听、想的能力。研究安装各种传感器，把感觉到的信 息反馈，使履带式推土机具有感觉机能。目前国外已经出现了触觉和视觉履带 式推土机。 第三代履带式推土机则能独立地完成工作过程中的任务。它与电子计算机 和 电 视 设 备 保 持 联 系 。 并 逐 步 发 展 成 为 柔 性 制 造 系 统FMS(Flexible Manufacturing system)和柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell)中重要一 环。 1.2 履带式推土机的发展现状及趋势履带式推土机的发展现状及趋势 目前， 国外多功能物流装备及其相关技术正日益的完善， 并朝着系列化、 大型化、微型化、多用途等方向发展。国际知名厂商(如山猫，凯斯，卡特彼 勒、小松、利渤海尔、沃尔沃等)一则广泛应用微电子技术与信息技术，完善 计算机辅助驾驶系统、信息管理系统，如应用电子监控和自动报警系统，用 于物料精确装、载、运作业的 GPS 定位与重量自动称量装置；二则采用特 殊降噪材料、噪声抑制方法等，消除或降低装载机工作时的机器噪声；三则 通过不断改善电喷装置， 进一步降低柴油发动机的尾气排放量， 研究无污染、 经济型、 环保型的动力装置； 四则优化工作装置的结构设计， 如由单一的 “Z” 型连杆机构演变出八杆平行机构、TP 连杆机构和“ERASLINK”机构(单动 臂铸钢结构)，以及 O 2、尺寸校核 （1）测定质量为100kg,则重力 mgG = )(800 1080 N= = （2）设计加速度 )/(5sma = ，则惯性力 maG = 1 )(400 580 N= = （3）考虑活塞等的摩擦力，设定一摩擦系数 1 . 0=k ， 1 .GkGm= )(40 4001 . 0 N= = 总受力 mq GGGG+= 1 )(1240 40400800 N= += 0 GGq 所以设计尺寸符合实际使用要求。 由于实际设计中用到的齿轮误差测量扎的总重为5KG， 我们根据杠杆原理 可知：F1XL1=F2XL2，已知两个力臂之间的长度的比值为1:5，即根据杠杆原 理可得实际气缸的出力为5X15=75N，然后根据F=PXS(这里假定大气压力为： 0.6MPA)，那么就有F=1400N,查表可得，我们可以选择缸径150，行程400的无 杆行标准液压缸，液压缸牌子我们选择SMC. 2.3 传动轴的设计计算传动轴的设计计算 （1）初步确定轴的直径 25.60 556 55 130 3 3 0 0 0 = n p Admm （3.32） 根据工作条件，取90=dmm （2）传动轴受力分析 44.5144 360 1026 . 9 22 5 1 1 = = m t d T FN （3.33） 54.1731062222cos2044.5144cos 1 = oo tgtgFF tr N （3.34） 57.712062222sin2044.5144062222sin = ooo tgtgFF ta N （3.35） （3）绘制传动轴的受力简图，如图所示，求支座反力 垂直面支反力： 由= 0 C M，得： 0 2 570 32 = arBY FLFLR （3.36） 图 4.1 传动轴的受力简图 N L FLF R ar BY 13.629 5 . 761 2/36057.7125 .20254.17312/360 2 3 = + = + = 由= 0Y，得： 67.236013.62954.1731=+=+= BYrCY RFRN （3.37） 水平面支反力： 由= 0 C M，得： 0 32 =LFLR tBZ （3.38） 02.1368 5 . 761 5 . 20244.5144 2 3 = = L LF R t BZ N 由= 0Z，得： 56.309902.136854.1731=+=+= BZrCZ RFRN （3.39） （4）作弯矩图： 垂直面弯矩 Y M 图： C 点 495.479082 5 . 76113.629 2 =LRM BYCY Nmm （3.40） 水平面弯矩 Z M 图： C 点 675.478035 5 . 20267.2360 2 =LRM BZCZ Nmm （3.41） 合成弯矩M 图： C 点 153.676785675.478035495.479082 2222 =+=+= CZCY MMMNmm （3.42） （5）作转矩 T 图： 6 102 . 3=TNmm （6）校核轴的强度： 按弯扭合成应力校核轴的强度 校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面 C）的强度。由文献1，15-5 可知，取6 . 0=，轴的计算应力 3 . 14 1501 . 0 )1026 . 9 6 . 0(153.676785 )( 3 252 2 3 2 = + = + = W TM c MPa （3.43） 选定轴的材料为 45 钢，调质处理，由文献1表115可知，60 1 = MPa。因此， 1 ca，故安全。 第三章第三章液压液压系统系统设计设计 3.1 执行元件执行元件分析分析 3.1.1 执行元件执行元件的的类类型与选型与选择择 表 3.1 执行元件类型的选择 运动形式 往复直线运动 回转运动 往复摆动 短行程 长行程 高速 低速 摆动液压马达 执 行 元 件 的类型 活塞缸 柱塞缸 液压马达和丝 杠螺母机构 高 速 液 压 马达 低 速 液 压马达 据上表选择执行元件类型为活塞缸，再根据其运动要求进一步选择液压缸 类型为双作用单活塞杆无缓冲式液压缸，其符号为： 图 4.1 该履带式推土机送煤机构为双液压缸驱动推板结构，故其采用的液压缸数 量为 2 个完全相同的液压缸，其运动完全是同步的，但其精度要求不是很高。 安装位置：液压缸的安装方式为耳环型，尾部单耳环，气缸体可以在垂直面内 摆动，安装的位置为图 3.6 所示的前后两固定支架之间的横梁之上，横梁和支 架组成为一体，通过横梁活塞的推力逐次向外传递，使升降机升降。 3.1.2 速度和载荷计算速度和载荷计算 参考国内升降台类产品的技术参数可知。当篦板的最大摆动角度为 15 度 时，其平均起升时间为 15s，就是从液压缸活塞开始运动到活塞行程末端所用 时间大约为 15s，设本升降台的最小气升降时间为 10s,最大起升时间为 20s， 由此便可以计算执行元件的速度 v: t l =v 式中： v 为执行元件的速度（单位 m/s ） L 为液压缸的行程 （单位 m） t 表示时间 （单位 s ） 当 t=10s 时： sm t l /053 . 0 10 53 . 0 v min max = 当 t=20s 时： sm t l /0265 . 0 20 53 . 0 v max min = 液压缸的速度在整个行程过程中都比较平稳，无明显变化，在起升的初始 阶段到运行稳定阶段，其间有一段加速阶段，该加速阶段加速度比较小，因此 速度变化不明显，形成终了时，有一个减速阶段，减速阶段加速度亦比较小， 因此可以说升降机在整个工作过程中无明显的加减速阶段，其运动速度比较平 稳。 3.1.3 执行元件执行元件的的载荷载荷计算及计算及变化规律变化规律 执行元件的载荷即为液压缸的总阻力，油缸要运动必须克服其阻力才能运 行，因此在次计算油缸的总阻力即可，油缸的总阻力包括：阻碍工作运动的切 削力 切 F ，运动部件之间的摩擦阻力 磨 F ，密封装置的摩擦阻力 密 F ，起动制动或 换向过程中的惯性力 惯 F ，回油腔因被压作用而产生的阻力 背 F ，即液压缸的总 阻力也就是它的最大牵引力： 背惯密磨切 FFFFFF+= 切 F （1）切削力。根据其概念：阻碍工作运动的力，在本设计中即为额定负载的重 力和支架以及上顶板的重力： 其计算式为： 上顶板支架额载切 FFFF+= （2）摩擦力。各运动部件之间的相互摩擦力由于运动部件之间为无润滑的钢- 钢之间的接触摩擦，取 0.15 = ， 其具体计算式为： () 额载磨 GgmmmF+= 4321 m （3）密封装置的密封阻力。根据密封装置的不同，分别采用下式计算： O 形密封圈： FF03 . 0 = 密 其中 F 为液压缸的推力 Y 形密封圈： dhfpF= 密 f 表示摩擦系数，取f 0.01= p 表示密封处的工作压力 单位 Pa d 表示密封处的直径 单位 m 1 h 表示密封圈有效高度 单位 m 密封摩擦力也可以采用经验公式计算，一般取 ()FF1 . 0-05 . 0 = 密 （4）运动部件的惯性力。 其计算式为： t vF t vG F = = gg ma 切 惯 式中： G 表示运动部件的总重力 单位 N g 表示重力加速度 单位 2 m/s v 表示启动或制动时的速度变量 单位 m/s t 表示起动制动所需要的时间 单位 s 对于行走机械，本设计中取值为 2 /m4 . 0s 。 （5）背压力。背压力在此次计算中忽略，而将其计入液压系统的效率之中。 由上述说明可以计算出