轮式装载机虚拟样机设计说明书

济南大学毕业设计- 1 -目录目录 .11 前言 .21.1 工程机械简介 .21.11 工程机械特点 .21.12 工程机械分类 .21.2 装载机简介 .21.3 装载机国内外现状和发展趋势 .41.4 虚拟样机技术简介 .42 设计要求、内容及方案 .52.1 设计要求及内容 .52.2 设计方案 .63 铲斗的设计计算 .73.1 装载机铲斗的设计要点 .73.2 铲斗的尺寸设计 .74 装载机底盘与总体参数设计 .104.1 装载机整体参数选择 .104.1.1 作业阻力及牵引力计算 .104.1.2 装载机总体参数确定 .124.2 装载机的总体布置 .134.2.1 发动机与传动系的布置 .134.2.2 驾驶室的布置 .145 其他部分零件设计 .175.1 传动轴尺寸选择 .175.2 万向节设计 .175.3 装载机动臂设计 .185.4 轮胎的选择 .195.5 车桥部分设计 .215.6 液压缸的应用 .226 三维绘制零件展示 .247 结论 .278 后续说明 .288.1 问题说明 .288.2 后续解决 .28参 考 文 献 .29济南大学毕业设计- 2 -1 前言1.1 工程机械简介 1.11 工程机械特点按国际规定，工程机械定义为“为房屋、工厂、桥梁、公路、铁路等工程建设以及江河疏通、矿山开掘、管线铺设等工程施工提供的生产技术装备。 ”工程机械与汽车不同，属于非公路运行车辆，机种繁多、作业范围广，个具特定的作业工况。工程机械作业特点是：广泛的适应性；对特殊功能的应用；作业工况恶劣；品种多、各类机理相差悬殊；一机多用；对配套机种有特殊要求；要求装备防备装置；各机种间配备有成套性；适于组织专业化生产 。11.12 工程机械分类工程机械可以分为十八大类：挖掘机械、铲土运输机械、工程起重机械、工业车辆、电梯与扶梯、压实机械、 桩工机械、凿岩机械、气动机械、混凝土机械、钢筋及预应力机械、装修机械、环保市政建设机械，路面机械、线路机械、军用工程机械、工程机械专用零部件、其他专用工程机械等 。11.2 装载机简介装载机是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程的土石方施式机械，它主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭、各种矿石等散状物料，也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。在道路、特别是在高等级公路施工中，装载机用于路基工程的填挖、沥青混合料和水泥混凝土料场得集料与装料等作业。此外还可以进行推运土壤、刮平地面和牵引其他机械等作业。由于装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此它成为工程建设中土石方施工的主要机种之一。经常使用在建筑施工的第一现场。按行走装置的不同，装载机分为轮胎式和履带式两种。轮胎式装载机由动力装置、车架、行走装置、传动系统、转向系统、制动系统、液压系统和工作装置等组成，其结构简单如图 1 所示，轮胎式装载机采用柴油机为动力装置，液力变矩、动力换挡变速箱、双桥驱动等组成的液力机械式传动系统(小型轮胎式装载机有的采用液压传动或机械传动)，液压操纵，铰接式车架转向，反转杆机构的工作装置。济南大学毕业设计- 3 -图 1 轮式装载机结构示意图履带式装载机以专用底盘或工业拖拉机为基础车，装上工作装置并配装原操纵系统而构成，如图 2 所示。履带式装载机的动力装置也是柴油机，机械式传动系统则采用液压助力湿式离合器或湿式双向液压操纵装箱离合器和装转连杆机构的工作装置。济南大学毕业设计- 4 -图 2 履带式装载机示意图1.3 装载机国内外现状和发展趋势伴随城市化进程加快，各项基础设施建设的力度不断加大，节省大量人力、物力的轮式装载机被大量应用于人们的日常生活当中，为人类的发展作出了重大贡献。国产轮式装载机正在从低水平、低质量、低价位、仅能满足功能型向高水平、高质量、中价位、经济实用型过渡，从仿制仿造向自主开发过渡。各主要厂家不断进行技术投入，采用不同的技术路线，在关键部件及系统上技术创新，摆脱目前产品设计雷同，无自己特色和优势的现状，从低水平的无序竞争的怪圈中脱颖而出，成为装载机行业的领先者。从国内装载机的发展历史 现有十几万辆的年产量。今后的发展趋势等方面来看，装载机已是国内工程机械各类产品中少有的能够依靠技术进步最低限度地被国外关键配套部件制约，不断发展壮大，走出国门 走向世界的特色产品 目前国内装载机的年产量堪称世界第一，各生产企业也在不断刷新各自的产量记录，但从装载机技术创新与进步方面来看，多少年来几乎没有发生本质的变化。近几年，国外工程机械产品以信息技术为先导，在发动机燃料与电控、液压控制系统、自动操纵、可视化驾驶、精确定位与作业、故障诊断与监控、节能与环保等方面进行了大量的研究，开发出许多新结构（系统）和新产品，提高了工程机械的高科技含量，促进了国内工程机械得到发展。目前世界各国装载机年总产量已达到 15 万台，美国、日本和西欧是装载机主要生产国家和地区，年产量均在万台以上，其中美国 4.6 万台，日本 2.9 万台。世界工程建设机械销售额已达到 450 亿美元，预计到 2000 年将达到 500 亿美元。其中美国占 40%，日本占 35%，其余为欧盟及其他国家。显然我国仍旧与国际发达水平有着很大的差距。1.4 虚拟样机技术简介随着全球经济的一体化，工程机械产品市场的竞争日益激烈。为了提高市场竞争力，各企业必须不断缩短新产品的研发周期，提高产品质量、性能，降低开发成本。在这种需求下，以虚拟现实技术为代表的计算机技术不断发展，使虚拟设计逐步成为工程领域一种新的现代化设计手段。简单的说，虚拟样机技术就是用来代替真实的物理样机（模型）的技术。虚拟模型技术的应用贯串在整个设计过程当中，运用虚拟设计的方法，可以用在概念设计和方案论证中，设计师可以把自己的经验与想象结合在计算机里的虚拟模型里，让想象力和创造力充分发挥，在产品设计初期，设计、分析和评估产品的性能，确定和优化物理样机参数，从而降低新产品的开发风险，缩短开发周期，提高产品性能以及设计质量和效率。济南大学毕业设计- 5 -2 设计要求、内容及方案2.1 设计要求及内容该选题设计对象为斗容量范围为 1.5m3的装载机。实际设计生产中将装载机分为两大部分（工作装置、底盘行走装置）进行设计。在设计中引入虚拟样机技术，主要应用于工作装置设计校核、外形仿真等（不研究其中涉及液压部分） 。本选题将装载机整机设计作为主要内容，主要部分是底盘和工作装置的设计，创新点是用三维软件进行辅助设计校核、展现设计内容。将以本科阶段所学基本课程知识对装载机进行设计及校核，使用 SolidWorks 做三维设计工具，Autocad 为二位设计软件，针对以下内容进行设计：1.在斗容量范围已知情况下确定装载机其他主要性能参数：如整机工作质量、主要部件质量、铲入阻力、牵引力、行驶速度、工作尺寸、机体外形尺寸、工作装置尺寸、斗容量等；2.进行工作装置设计及校核：选定工作装置方案后，进一步细化设计，确定截面形状及相关尺寸，并对工作装置进行校核，若不能满足工作需求则重新拟定，若能满足需求则进一步对工作装置优化改进；4.进行底盘设计：确定传动方案；5. 完成总装图和工作装置、底盘装配图；6. 完成整机外形仿真：利用 solidworks2008 软件完成整机外形仿真，考虑到装载机实际模型包含几百上千个零部件，不可能完全绘制。故考虑此次课题主要研究内容和设计对象，将装载机分为底盘、驾驶室、动臂、斗杆、斗杆液压缸、铲斗、连杆、共 7 大部件进行草图绘制，通过拉伸等操作做出模型，然后实现各部件之间装配，得到三维模型；通过上述研究设计，预期达到研究目的：1.通过调研，了解工程机械尤其是装载机行业的发展现状及未来趋势，从中锻炼信息检索能力和快速学习能力；使自己快速、深刻的了解装载机设计的相关知识，更好、更快的完成此次毕业设计任务：2.根据给定条件设定多个方案并选出最优解；济南大学毕业设计- 6 -3.确定整体结构方案，完成整体设计；4.设计产品符合任务书中要求。2.2 设计方案（1）整机参数确定：在给出斗容量、行驶速度基础上，凭借经验公式给出装载机基本参数，包括尺寸参数（工作尺寸、机体外形尺寸、工作装置尺寸）和重量参数、功率参数、插入阻力、转斗阻力、斗容量。（2）工作装置设计：由斗容量（1.5m 3）得出设计对象属于小型轮式装载机。工作装置中动臂与斗杆、斗杆与铲斗间均采用铰接连接，工作时使用油缸推动进行。选题中给定装载机为轮式行走装置，近似认为设计对象作业条件长期不变，因此采用重量轻、刚性好的整体式弯动臂；为保证驱动力与提升力矩，动臂油缸装于动臂前下方；斗杆采用整体式结构，与大多数装载机采用结构相同；拟定铲斗形式；确定以上部件尺寸、铰接位置及截面尺寸，选定动臂转角范围。确定外载荷，对工作装置进行受力分析。根据计算工况及其受力分析，即可按强度理论对工作装置主要构件进行强度校核，为简化计算，将动臂、斗杆简化为简支梁模型，选定危险截面最大受力情况，大致得出插入阻力和转斗阻力。进行铲斗容量标定，选定标定面，确定标定面下铲斗中心截面面积、铲斗内侧平均宽度已得到平装斗容量，确定堆尖体积。（3）底盘设计：确定底盘主要技术参数：减速器、发动机功率、行走马达型号、行走速度和传动比等。选定行走架结构；由斗容量确定工作阻力及发动机型号；轮胎设计已标准化，直接选定轮胎的材质和尺寸；由最大驱动力设计整机的动力系统；设置张紧装置。计算实际承载能力、牵引力；校核原地转弯能力和爬坡能力。（4）三维装配：利用 solidworks2008 软件完成整机外形仿真，考虑到挖掘机实际模型包含近千个零部件，不可能完全绘制。故考虑此次课题主要研究内容和设计对象，将挖掘机分为底盘、驾驶室、动臂、斗杆、斗杆液压缸、铲斗、连杆、摇杆共 8 大部件进行济南大学毕业设计- 7 -草图绘制，通过拉伸等操作做出模型，然后实现各部件之间装配，得到挖掘机三维模型；3 铲斗的设计计算铲斗是装载机用来铲装、运输和卸载物料的给你根据，是工作机构的关键部件。铲斗形状的合理设计，有利于减少插入阻力，提高铲斗的铲取力，使矿物流动顺畅，大大提高铲斗的“装满系数” ，保证一次产装满，减少工作时间，提高铲运机得生产能力及工作效率 。143.1 装载机铲斗的设计要点装载机是一种具有较高作业效率的工程机械，主要用于对松散的堆积物料进行铲、装、运、挖等作业，其中工作装置中的铲斗直接与各种物料进行接触，承担着铲、装、运、挖等作业的全部任务，铲斗设计的好坏直接影响整机的各种性能。铲斗斗臂和侧板组成具有一定容量的铲斗斗体，构成铲斗的基本部分，斗臂的形状在很大程度上决定了铲斗容量。铲斗的断面形状主要由铲斗圆弧半径、底壁长、后壁高和张开角等参数确定。铲斗的下铰接点即与动臂的连接点，当铲斗在铲掘位置时，应尽量使该点靠近切削刃与地面，下铰接点靠近切削刃，则转斗时力臂小，有利于增加作用在都认上的铲掘力。下铰接点靠近地面，可减小在作业时的铲入阻力。铲斗上铰接点即铲斗与拉杆的链接铰点，参考同类型装载机工作装置确定。上铰接点与下铰接点距离不宜过大，否则将增加铲斗连杆机构的尺寸，给结构布置带来一定的困难。3.2 铲斗的尺寸设计（1）铲斗宽度 B 是铲斗的主要基本参数。铲斗宽度应大于装载机前轮外侧宽度，每侧突出 50100mm。若 B 小于前轮外侧宽度，则铲斗铲取物料后所形成的料堆阶梯会损伤轮胎侧壁，并增加行驶阻力。（2）铲斗回转半径 R 指铲斗与动臂铰接点至切削刃之间的距离，是铲斗的最0基本参数之一，铲斗的其他断面形状参数可以视为该参数的函数。R = =995mm0 1805.2cotsinco5. 1009 rkzg hBV济南大学毕业设计- 8 -式中： V 斗容量，由总体设计给定，V =1.5mh h3B 铲斗内壁宽度，为铲斗宽度扣除两侧壁厚，即 B =B-2 B =2.060 00铲斗斗底长度系数，取 =1.41.5 =1.5ggg后斗臂长度系数，取 =1.11.2 =1.1z z z挡板高度参数，取 =0.120.14 =0.13k k k斗底和后斗壁直线间的圆弧半径系数，取 =0.350.40 =0.35r rr挡板与后斗壁之间的夹角，取 =5 10 =71 1o 1o斗底和后斗壁之间的夹角，取 =48 52 =500 0 0综上算得：R =995（mm）图 3.装载机铲斗装置（3）铲斗的断面形状参数确定铲斗的断面形状参数包括斗的圆弧半径 R 、张开角 、斗底长度 L 、挡板高10g济南大学毕业设计- 9 -度 L 和底壁长 L 等四个参数，如图 4 所示。kz圆弧半径 r 越大，物料进入铲斗的流动性越好，有利于减少物料装入斗内的阻0力，卸料快而干净。底壁长越长，则铲斗铲入料堆的深度大，斗易装满，但铲掘力将由于力臂的增加而减小，对轻质物料为主的铲斗，底壁长可以选稍大一些的，对铲装岩石的铲斗，底壁长选稍小一些的。铲斗张开角 一般为 45 -52 ，适当减小 并使都底壁对地面又一定斜度 （0o0 一般取值较小） ，可减小插入料堆的阻力，提高铲斗的装满程度。斗底长度 L 是指由铲斗切削刃到斗底后斗壁交线的距离。gR = R =0.35995=348.25mm1r0L = R =1.5995=1492.5mmgL = R =0.13995=129.35mmk0L = R =1.1995=1094.5mmz作图时选取数据尽量为整数。济南大学毕业设计- 10 -图 4 铲斗基本参数简图4 装载机底盘与总体参数设计本设计方案的底盘设计为：设计采用前后桥二轮驱动，又柴油发动机提供动力使后轮驱动前轮转动。传动方案采用机械传动方式，前桥与后桥之间用万向节与传动轴连接。4.1 装载机整体参数选择装载机的总体设计就是根据其主要用途，作业条件和生产等情况出发，合理选用机型，性能参数，整机尺寸和各总成的结构形式，并进行合理的布置。装载机是由许多总成和零部件组合成的一个大型机器，所以装载机的性能不仅取决于每一个总成及零件的好坏，而取决于各总成性能的相互协调，总的来说，装载机的总体设计对整机性能起着决定性作用。如果设计中缺乏对整机的通盘考虑，即使各部件设计都是良好的，但组合在一起时就不一定能获得整机良好的性能。所以总体设计必须从保障整车的主要性能出发，正确的选择各总成的结构形式，并进行合理的布置。装载机的总体设计必须遵循“三化”的原则，从好用容易造出发，设计出合适我国使用情况的装载机。所以一台好的装载机要具有较高的生产效率，操纵轻便，制造简单，维护修理方便等特点。4.1.1 作业阻力及牵引力计算装载机在进行产掘作业中的作业阻力主要是：铲斗插入料堆时的插入力；提升动臂时的铲起力；翻起转斗时的转斗阻力矩。影响这些阻力的因素有很多种，例如铲掘的物料种类、铲斗的形状、铲斗插入的深度等。而铲掘的物料种类又是多种多样的，可能是土壤沙石，也可能是各种块度的矿石，因此在这些复杂因素影响下，难以准确的计算出装载机铲掘时的作业阻力，为确定这些阻力，则通过铲掘散状物料试验的方法得出经验公式和多种师叔进行计算。下面分别计算装载机在铲掘散状物料时的各种阻力。插入阻力是装载机铲斗插入料堆时料堆对铲斗的返作用力。插入阻力分别有以下阻力组成：铲斗前切削刃口和两侧壁切削刃口得阻力；铲斗底和侧壁内表面与物料的摩擦阻力；铲斗外表面与物料接触时的摩擦阻力。这些阻力与物料的类型，料堆的高度，铲斗插入料堆的深度，铲斗的结构等因素有关。济南大学毕业设计- 11 -有设计方案知：额定装载量：（1）插入阻力 P 的计算x由插入阻力经验公式 P =K K K K L Bx1234p25.1b其中，物料块度及松散程度影响系数 K =0.751物料种类影响系数 K =0.12物料高度影响系数 K =13铲斗形状系数（一般取 1.11.8） K =1.54铲斗插入料堆深度（取 0.70.8 斗底长度） L =.64cmp铲斗宽度 B =2650mmb综上 P =0.750.111.564 2050=53.996(kN)x 25.1（2）铲起阻力 P 的计算z由铲起阻力的经验公式 P =2.2 L B Kzpbr其中 K 是铲斗开始提升物料时的剪切应力，其值通过实验来测定。初步计算式rK =35kN/mr3综上 P =2.20.642.05035=101（kN）z（3）转斗阻力矩 M 的计算c由转斗阻力矩 M =1.1 P 0.4（x- L ）+y x31p其中，插入阻力 P =53.996(kN)x铲斗回转中心与斗刃的水平距离 x=1(m)铲斗回转中心与地面的垂直距离 y=0.1(m)综上 M =1.1417470.4（1- 0.64）+0.1=24.629(kNm)c 31转斗时，铲斗除受到静阻力矩的作用外，还受到铲斗自重和铲斗中物料重力所引起的阻力矩的作用，因此，开始转斗时的总阻力矩 M 为济南大学毕业设计- 12 -M= M +(G +Q)L (Nm)=35.229(kNm)cb其中，铲斗自重 G =0.8tb装载机额定装载量 Q=4.5t铲斗重心到回转中心的水平距离 L =0.2（m）b4.1.2 装载机总体参数确定（1）斗容量 V 确定h由设计方案可知斗容量 V =1.5mh3（2）额定载重量 Q 的计算Q=斗容量物料密度=1.5m 310 kg/ m/=4.5(t)33（3）机重 G 的计算0由 G = = =6.3 (t)0Px85.963（4）最大驱动力 P 的计算maxT由最大驱动力公式 P = P +P =61.391(kN)f其中，P 为行驶阻力，且 P =f G =0.26.39.8=12.348(kN)f f0综上，最大驱动力 P = P +P =41.747+9.822=73.739(kN)maxTf（5）发动机功率 N 的计算P=FV=73.7392=147.478(kw)依据计算结果选择 WD651 系列柴油发动机，其功率覆盖范围从 148kw 至 272kw；转矩覆盖范围从 635Nm 到 1 400Nm。（6）掘起力 P 的计算z掘起力又称铲起力，是指具有标准使用量得装载机停放在坚硬的水平面上，铲斗斗刃底部平行与地面，且在地面上下的偏差不超过 0.025m 的情况下，当转斗或提臂时，后轮不准备或即将离地，作用在铲斗斗刃（或斗齿刃）后面 100mm 处得最大垂直向上的力。P =（ 2.0-3.0）Q=25=10(kN)z（7）铲斗后倾角及卸载角济南大学毕业设计- 13 -动臂在最低位置时，铲斗的后倾角 为 40 -45 。运输位置时，铲斗的后倾角1o为 45 -50 。动臂最大举升高度时，铲斗的最大后倾角 为 60 -65 。后倾角2o 3o过小或过大都会引起物料洒落。（8）铲斗的最大卸载高度 H 与卸载距离 Smax铲斗最大下载高度是动臂在最大举升高度时铲斗的卸载高度，该高度与配合作业的运载车辆有关，可以按下式计算H =H+0.2B(m)max式中：H 为运输车辆箱侧壁离地高度B 为车箱宽度通常用最大卸载高度时铲斗斗尖与装载机前外廓的水平距离表示卸载距离参数，该参数可以按下时计算。S B+0.321（9）轴距 L 的确定在其他条件不变时，轴距增加，会提高装载机的纵向稳定性和行驶平稳性，但同时会使最小转弯半径 R 和装载机的自重增加，而轴距减小，会使机构布置困难。min因此，轴距的确定应该综合考虑各种要求，在保证装载机主要性能的前提下，轴距应尽可能小些，可以先参照同类型装载机初步选定，待进行总体布置时加以确定。（10）轮距 B 的确定增大轮距，可以提高装载机的横向稳定性，但会使装载机最小转向半径增大而影响机动性，使铲斗宽度、总宽及重量增加，并且使单位插入力减小。因此，设计时在可能得情况下应该尽量减小轮距。目前大部分轮式装载机前后轮采用同一规格轮胎，轮距也相同。4.2 装载机的总体布置4.2.1 发动机与传动系的布置装载机各零件的布置一般从发动机开始。发动机一般布置在整机的后部，以起配重的作用，其上、下位置应尽量放低，使重心降低，有利于整机的稳定性。但发动机受副车架和驱动桥壳位置的限制，且需保证足够的离地间隙和传动系的布置。发动机位置确定后可以布置液力变矩器、变速器及传动轴。（1）发动机、变矩器和变速器三者组合成一体，如图（a）所示。其优点是：济南大学毕业设计- 14 -轴向尺寸短，便于轴距较小的装载机的总体布置；三部件可以组装成一个总成一次安装，使总装工序简化；可以减少部件间的油路管道，增加可靠性。但是，这种布置方式箱体加工同心度要求较高，当其中有一部件损坏时，需整体吊出车身，修理费时；由于各部件箱体刚性连接，发动机的震动会影响其他部件的正常工作，容易造成不必要的使用、维修困难。（2）发动机与变矩器用传动轴连接，变矩器与变速器谅解成一体，如图（b）所示。（3）发动机与变矩器连成一体，变矩器与变速器两成一体，如题（c）所示。后两种方案的特点是拆卸及维修方便，发动机前、后位置不受变速器位置影响，可以向后移动，减少配重，有利于整车重量的配合分配。另外，可以根据不同机种配置不同的变矩器和变速器，零部件通用性强。但传动轴数增加，在实际应用中后两种被更多的应用于各类型装载机设计当中。液压部分不属于此次设计中涉及问题，所以在此变矩器不在研究的范围之内，如有需要请查阅相关资料。图 5 发动机、变矩器、减速器连接方式4.2.2 驾驶室的布置整体车架轮胎式装载机，一般都将驾驶室布置在车架的前方，紧接工作装置，以使驾驶员有良好的视野。铰接式装载机驾驶室有三种布置方式：（1）驾驶室布置在前车架后端，如图（a）所示，这种布置形式前方视野好，转向时，驾驶员随前车架一起转动，铲斗始终位于驾驶员的正前方，便于对准料堆济南大学毕业设计- 15 -和运输车辆的车箱。驾驶室与动力传动部分隔开，故发动机和传动部件的振动、噪声和热量都不易传至驾驶室。但因驾驶室比较靠近工作装置，受冲击载荷大，且不够安全。同时由于发动机及传动部件均在后车架，使操纵机构复杂。图 6.1 驾驶室安装位置（2）驾驶室悬臂固定在后车架的前端，如图（b）所示，这种布置形式驾驶员不随前车架摆动，铲装和卸料时对准物料不及第一种布置好。但前后视野良好，驾驶员能直接了解装载机的折腰程度（转向角度） ，增加了安全感，使驾驶员受冲击较较小，不易疲劳。因此大多数装载机采用这种布置形式。 济南大学毕业设计- 16 -图 6.2 驾驶室安装位置（3）驾驶室布置在后车架的前部，如图（c）所示，优、确点与上略同，但前方视野较差，后方略好。图 6.3 驾驶室安装位置济南大学毕业设计- 17 -5 其他部分零件设计5.1 传动轴尺寸选择根据扭转刚度校核计算轴的转矩变形用每米长的扭转角 来表示41073.5pGIT其中，T轴所受的扭矩G轴的材料的剪切弹性模量，对于钢材，G=8.1 MPa410轴截面的极惯性矩，对于圆轴， =pI pI324d对于精度不高的轴 取 1综上 d =100.46(mm)440.81327.5综上，为安全起见，传动轴选取直径为 140mm 的轴。5.2 万向节设计装载机传动装置必须适应其两端之间的相对位置和相对角度的变化，所以在这些系统中必须加入万向节传动装置。万向节可分为两种形式：济南大学毕业设计- 18 -（1） 由两个十字轴万向节和传动轴组成的万向传动装置；（2） 等角速万向节传动装置。图 7 万向节结构装置万向节传动装置在工程机械上的应用场合如下（1）变速器与驱动桥之间；（2）分动器与驱动桥之间或驱动桥与驱动桥之间；（3）发动机和变速器之间；（4）转向驱动桥中主减速器与转向驱动轮之间。5.3 装载机动臂设计装载机动臂是连接机身和铲斗的装载机重要组成部件。设计过程中应该时刻关注相应尺寸以做到和铲斗做到完美配合。济南大学毕业设计- 19 -图 8 装载机动臂结构图铲斗动臂设计中有多个需要焊接的部分，在三维设计时以圆角表示需要焊接的边线，实际设计过程中不研究焊接的相关问题。三维图的绘制过程中对装载机动臂每一个位置的尺寸都要求严格控制，与装载机机身和铲斗装配时相差一分一毫便会出现无法装配的现象，故动臂连接部分装配是整机装配的重中之重。5.4 轮胎的选择工程机械轮胎属于越野轮胎，主要由斜胶轮胎和子午线轮胎两种结构形式，轮胎的选择必须与机械用途相适应，并满足使用条件。济南大学毕业设计- 20 -图 9 轮胎结构三维设计图轮胎的许用载荷 Q 被称作轮胎的承载能力，可以由产品样本查得，也可以用下式估算Q=0.0362AKp b (d+b) (N)58.039.1其中， A速度系数。一般越野轮胎，党速度为 40、25、15km/h 时，A 取1.3、1.4、1.455；起重、挖掘机用轮胎当速度为 60、25、5、0km/h 时，A 取1、1.44、1.9、3.0；K结构系数，载重类型 K=0.425-0.465；P轮胎充气压力，MPab装在理想轮辋上的充气轮胎断面宽度，mmd轮辋直径，mm轮胎的花纹：轮胎花纹的作用主要是保证轮胎与路面之间有良好的附着性能，并应有足够的耐磨性能、散热性能和易脱泥土的作用。济南大学毕业设计- 21 -图 10 轮胎的花纹形式5.5 车桥部分设计工程机械的车桥可分为驱动桥、转向驱动桥、转向桥、支撑桥四种。车桥通过悬架和车架（或直接和车架）相连，车轮安装在车桥的两端。车桥与车架相连以支撑机体的重量，并将车轮上的牵引力、制动力等传给车架。轮式装载机驱动桥一般由主减速器、差速器和轮边减速器组成。驱动桥设计必须满足下述要求：a 主减速器与轮边减速器的传动比分配合理，以保证作业机械有足够的离地距离（一般应大于 400mm） ，并获得最佳的动力性和经济性。b 党左右驱动轮与地面的附着系数不相等时，能使工程机械发出充足的牵引力；当左右驱动轮转速不相等时，能将扭矩连续地传递到车轮上。c 各零部件在具有足够的使用寿命的前提下，应尽可能重量轻，体积小，结构简单，传动效率高，制造容易，维修保养方便 。14设计过程中驱动桥选取 ZL30 装载机上的驱动桥，对其进行细微修缮。济南大学毕业设计- 22 -图 11 装载机车桥部分示意图ZL30 装载机驱动桥结构此装载机驱动桥的主要结构特点如下：（1） 驱动桥采用两级减速结构；（2） 主传动为螺旋锥齿轮，承载能力大、效率高；（3） 轮边为行星减速结构；（4） 主减部分装有普通准齿轮差速器，结构简单、差速灵活；（5） 桥壳材料为铸钢，刚性好；（6） 制动器为钳盘制动，制动力设计时只研究车桥的外部轮廓尺寸，不研究内部齿轮结构。5.6 液压缸的应用图 12 三维液压缸示意图济南大学毕业设计- 23 -因本次毕业设计部研究设计液压部分的相关部件，所以装载机整机上涉及液压部分的零部件都采用合理的尺寸进行装配，不研究其中准确的运动轨迹。济南大学毕业设计- 24 -6 三维绘制零件展示图 13 驾驶室图 14 销济南大学毕业设计- 25 -图 14 前车架图 15 后车架济南大学毕业设计- 26 -图 16 装载机整机济南大学毕业设计- 27 -7 结论此次毕业设计以 1.5 米 3斗容量的挖掘机的工作装置部分和行走系为设计对象，就工作装置方案选择、运动分析、尺寸计算、结构设计、行走系零部件选取、校核计算等内容进行设计计算，并绘制多张装配图、零件图，并完成设计说明书一份。本次设计结合现场测绘、实物观察、成熟产品参数及经验统计公式，主要做了以下工作：（1）对工作装置方案进行选择，进行各部件运动分析，从而得到各尺寸间关系，以及特殊工作位置下各部件所处位置，为结构设计计算力矩打下基础。（2）用比例法和经验公式计算选择出工作装置各部分的基本尺寸。（3）利用成熟的经验公式，选择出铲斗的斗形参数，并对铲斗上耳板的尺寸做详尽的标注，使其可以和动臂紧密配合。（4）对销轴和衬套进行了材料的选择和尺寸的计算，并对其紧固的标准件进行了选型。（5）对装载机的插入阻力、铲起阻力、转斗阻力矩、最大驱动力等多个装载机动力系统系数详细计算，以正确的选取功率适合的发动机。（6）对装载机的其他零部件如轮胎、车桥、驾驶室、车架等做合理的、人性化的设计，突出以人为本的基本设计理念。（7）对画好的三维零件图进行装配，尽量做到很好的仿真效果。此次设计可以在已有基础上进一步拓展，进行深一步的优化设计或创新设计。比如引入虚拟技术对驾驶室等进行优化绿色设计；利用软件实现挖掘机的三维建模和运动仿真；对工作装置进行有限元分析；和机电方向的部分内容合起来可以精确实现对挖掘机的运动轨迹控制；提出新的机构运动方案等等。此次设计仍存在以下明显的不足之处：工作装置装配图取一单一工作位置，未能体现工作范围；未对油缸进行设计，仅定性画出以表示实际效果，对连接情况表达不清，工作装置部分没有做到定量的提起、翻转功能等。济南大学毕业设计- 28 -8 后续说明8.1 问题说明此次设计过程中由于时间和人力等问题并没有做到尽善尽美的设计。其中，首先液压部分并没有归入此次毕业设计研究的范围之内，涉及之处仅是用图形定量完成，使之不影响装载机整机的装配。其次，由于工作量问题发动机、减速器和变矩器