液压挖掘机设计[含回转驱动装置]【8张PDF图纸+CAD制图+文档】
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中国矿业大学2007届本科生毕业设计第61页1 概述1.1 机械发展的特点1)挖掘机品种和产量剧增并向多功能,高效发展为适应各种工程对象的要求以及国际市场的竞争,七年内品种增加1015倍,达600多种以上.为扩大机械的使用性能,中小型单斗挖掘机还附有多达数十种可换工作装置.大型挖掘机和斗轮挖掘机由于生产率高,经济效果显著也发展很快.2)液压挖掘机迅速发展液压挖掘机由于使用性能,技术指标和经济指标上的优越,六十年代即开始蓬勃发展,六十年代末世界各国液压挖掘机产量与挖掘机总产量之比平均值已达到时80%以上.3)普遍重视产品的标准化、系列化、通用化以及新技术、新工艺、新结构和新材料的采用产品的“三化”不仅可大大缩短新产品的设计研制周期和老产品改进更新换代周期,有利发展品种,并且便于大批量生产、提高产量和质量、降低成本、有利用用户的使用修理以及配件的生产和供应.它已是组织与管理现代化生产的重要手段.挖掘机主要生产国美、日、法、西德和苏联等除有国家标准外各大公司还有自己的系列标准.4)生产专业化程度不断提高,并重视质量管理加强挖掘机及其零部件生产的专业化,使工厂集中精力于承担有限部分的加工工艺,为大批量生产保证产品的质量、降低成本增加利润并便于产品的变型发展.采用主机零件厂分工协作,由几个专业厂专门为主机厂配套.国外制造挖掘机各公司对质量的管理都非常重视,认为是影响企业生存和发展的重要环节.各企业都没设有质量管理部并自成管理体系.5)重视试验与研究工作、提高科技人员的比例为了不断提高挖掘机产品质量,改进产品性能和发展新产品,各国普遍重视试验研究工作.各国大的公司企业或由国家投资建立工程机械、挖掘机的试验中心、试验研究所或室等.1.2 挖掘机械的类型挖掘机械的类型与构造型式繁多，可按照挖掘工作原理与过程、用途、构造特征等进行划分。按照用途，单斗挖掘机分为：建筑型、采矿型和剥离型等。建筑型挖掘机一般可装置各种不同的工作装置，进行多种作业，故又称通用式。按照动力装置，挖掘机有电驱动、内燃机驱动和复合驱动等，以一台发动机带支挖掘机全部机构者为单机驱动式，以若干发动机分别带动各个主要机构者为多机驱动式。按照传动方式，挖掘机分为机械传动式、液压传动式和混合传动式。挖掘机的行走装置型式有：履带式、轮胎式、汽车式、步行式、轨道式、拖式等。单斗挖掘机工作装置的型式很多，常用的基本型式，对于机械传动的挖掘机有：正铲、反铲、拉铲和起重吊钩等。本次设计斗容量为1m3,由于轮胎式液压挖掘机的诸多优点,其应用领域很广泛,轮胎式液压挖掘机传动性能好,工作平稳,行走速度快,对路面没有破坏,机构布置合理紧凑,操作简便灵活易实现“三化”.1.3 单斗液压挖掘机的基本组成和工作原理单斗液压挖掘机为了实现周期性作业要求,设有下列基本组成部分:工作装置、回转机构、动力装置、传动操纵机构、行走装置和辅助设备等.常用是全回转式挖掘机,其动力装置、传动机构的主要部分、回转机构、辅助设备和驾驶室等都装在可回转的平台上,简称为上部转台.因而常又常把这类机械概括成由工作装置,上部转台和行走装置三大部分组成.挖掘机的基本性能也就决定各组成部分的构造和性能.液压挖掘机由柴油机驱动液压泵,把高压油输送到各阀,再到有关液压执行元件驱动机构进行工作.1.4 本次设计任务本次设计斗容量1m3的液压挖掘机,挖掘级及以下土壤.设计任务:工作装置的运动分析,整体设计,回转装置设计,零件图设计,液压传动系统的原理设计.2 设计方案2.1 工作装置方案设计2.1.1 工作装置设计原则设计合理的工作装置应满足下列要求：1)主要工作尺寸及作业范围能满足要求。在设计通用反铲装置时要考虑与同类型，同等级机器相比的先进性。考虑国家标准的规定，并注意到参数受结构碰撞限制等的可能性。2)整机挖掘力的大小及其分布情况应用满足使用要求并具有一定的先进性。3)功率利用情况尽可能好，理论工作时间尽可能短。4)确定铰点布置，结构形式和截面尺寸形状时尽可能使受力状态有利。在保证强度、刚度和连刚性的条件下尽量减轻结构自重。5)作业条件复杂使用情况多变时应考虑工作装置的通用性。采用变铰点构件或配套构件时要注意分清主次，在满足使用要求的前提下力求替换构件各类少，结构简单，换装方便。6)运输或停放时工作装置应有合理的姿态，使运输尺寸小，行驶稳定性好，保证安全可靠并尽可能性使液压缸载呀减载。7)工作装置液压缸设计应考虑三化，采用系列参数，尽可能减少液压缸零件种类，尤其是易损件的种类。8)工作装置的结构形式和布置要使于装拆和维修，尤其是易损件的更换。9)要采取合理措施来满足特殊使用要求。2.1.2 反铲装置的组成及构造特点反铲装置是中小型液压挖掘机的主要工作装置，目前广泛应用的斗容在1.6m3 以下。液压挖掘机反铲装置由动臂、斗杆、铲斗以及动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸和连杆机构等组成，其构造特点是各构件之间的联系全部采用铰接通过液压缸的伸缩来实现挖掘过程的各个动作。动臂的下铰点与回转平台铰接并以动臂液压缸来支承和改变动臂的倾角通过动臂液压缸的伸缩可使动臂绕下铰点转动而升降斗杆铰接于动臂的上端，斗杆与动臂的相对位置由斗杆液压缸控制。当斗杆液压缸伸缩时，斗杆便可绕动臂上铰点转动。铲斗与斗杆前端铰接并通过铲斗液压缸伸缩使铲斗绕该点转动。为增大铲斗的转角通常以连杆机构与铲斗连接。反铲主要用于挖掘停机面以下地壤，其挖掘轨迹决定于各液压缸的运动及其相互配合的情况，当采用动臂液压缸工作来进行挖掘时，可以得到最大的挖掘半径和最长的挖掘行程。当动臂位于最大下倾角并以斗杆液压缸进行挖掘工作时可以得到最大的挖掘深度尺寸，并且也有较大工业挖掘行程。在轻坚硬的士质条件下工作时能够证装满铲斗帮中小型挖掘机在实际工作中常以斗杆液压缸工作进行挖掘，以铲斗液压缸工作进行挖掘时挖掘行程较短，如使用权铲斗在挖掘行程结束时能装满土壤需要有较大的挖掘力以保证能挖掘较大厚度的土壤。所以一般土方工程挖掘中转斗挖掘最常采用。实际挖掘工作中往往需要采用各种液压缸的联合工作。2.1.3 具体结构方案1)动臂及斗杆的结构形式动臂是工作装置的主要构件，斗杆的结构型式往往取决于动臂的结构形式反铲动臂分为整体式和组合式两类。整体式动臂结构简单。价廉，刚度相同时结构重量较组合式动臂轻。它的缺点是替换工作装置较少，通用性较差为了扩大机械通用性，提高其利用率，往往需要配备几套不通用的工作装置。一般说长期用于作业条件相似的反铲采用整体动臂结构比较合适。因此，考虑到国内的现代化建设中的西部大开发及南水北调工程。本设计采用整体式动臂。2)动臂液压缸和斗杆液压缸的布置动臂液压缸的连接，一般有两种布置方案：一种是动臂液压缸装于动臂的前下方动臂下支承点，可以调在转台回转达中心之前，并稍高于转台平面，它也可以设在转台回转中心之后，以改善转达台的受力情况，但使用反铲作业装置时动臂支点靠后布置会影响挖掘深度。大部分中小型液压挖掘机以反铲作业为主，因此采用动臂支点靠前布置的方案，动臂液压缸支于转台中点靠前处，以增加作业上方和后主，有的称之谓是挂式液压缸，这种方案的特点是动臂下降幅度较大，在挖掘时，尤其在挖深较大压缸往往处于受压状态，闭锁能力较强，尽管在动臂提升时液压缸小腔进油提升力矩一般尚够用，提升速度也较快帮作为专用的反铲装置这种方案仍然可取。3)铲斗的联接铲斗与铲斗液压缸的连接有三各形式，其区别主要在于液压缸活塞端部与铲头号、斗杆与铲斗的连接方式不同。4)铲斗的结构特点对各种铲斗结构形状的共同要求是：有利二物料的自由流动，因此铲斗内壁不宜设置横向缘，棱角等斗底的纵向剖面形状要适合各种物料的运动规律。要使物料易于卸净，用于粘于的铲斗装卸时不易卸净，因此延长了作业循环时间，降低了有效斗容量，因此可采用强制卸土板的粘土铲斗。为了便于物料的铲装，装入物料不易掉出，铲斗宽度与物料颗料直径之比应大于4：1，当此比值大于50：1时颗粒尺寸的影响可不考虑，视物料为均质。装设计齿有利于增大铲斗与物料刚接触时的挖掘线比压，以便函切入或破碎阴力较的物料。2.2 回转机构方案设计单斗液压挖掘机回转机构的回转时间约占整个工作循环时间的5040%。回转液压油路的发热量约占液压系统总发热量的3040%。因此合理地确定回转机构的液压油路和结构方案，正确选择回转机构诸参数，对提高生产率，改善司机的劳动条件，减少工作装置的冲击等具有十分重要的意义2.2.1 对回转机构的基本要求1)在加速度和回转力矩不超过允许值的前提下，应尽可能缩短回时间。在回转部分惯性已知的情况下，角加速度的大小变最大的回转扭掩蔽的限制该扭矩不应超过行走部分与地面的附着力矩。2)回转机构的动载荷系数不应超过允许值，非全回转的挖掘机回转时，工作装置不应碰撞定位器。3)回转能量损失最小2.2.2 回转机构的选择回转机构分为全回转式和半回转式，悬挂式液压挖掘机通常采用半回转的的回转机构，回转角度一般等于或小于180o本次设计为履带式液压挖掘机，因此采用全回转式回转机构。全回转的回转机构，按液动机的结构形式可分为高速方案和低速方案两类。由高速液压马达经齿轮减速成器带动回转小支承上的回定齿圈动，促使转台转的称为高速方案。其低速大扭矩液压马达直接带支回转小齿轮促使转台回转的称为低速方案。在高速方案中，通常采用行星齿轮减速成箱减速。行星齿轮减速成箱，虽然加工要求较高，但可用一般渐开线齿廓的模数铣刀进行加工，结构也比较紧凑，速成比大，受力好。因此获得广泛的应用，高速方案一般采用斜轴式液压马达驱动的回转机构。此方案结构比较紧凑，速比大，受力好，回此在液压挖掘机中获得广泛的应用，本次设计将采用斜轴式液压马达驱动的回转机构。高速方案还有以上优点：高速成液压马达体积小，效率高，不需要背压补油，便函于设置小制支器发热和功率损失小，工作可靠。2.2.3 制动器的选择制动器应满足工作安全可靠，制动平稳，操纵轻便灵敏等要求，在对回转机构采用了钳盘式制动器。因为通过试验与蹄式制动器相比，它具有下优点：1)钳盘式制支器所产生的制动力矩比较半稳由于它无增力作用其效率系数K与磨擦系数u为直线关系。2)由于制动盘都暴露在外，因此通风良好，旋转时还有自洁作用，热稳定性好，基本上无热衰退现象，在连续多次使用情况下制动力矩变化很小，甚至在恶劣工况下仍能正常使用。3)维修方便，不需要经常调整间隙。4)制动磨擦衬片磨擦均匀，使用寿命也比较长。但其也存在一些缺点，需采取措施减小及至消除。2.3 液压系统方案设计按照挖掘机各个机构和装置的传动要求，把各种液压元件用管路有机地连接想来的组合体叫做挖掘机的液压系统，液压系统的功能是把发动机的机械能以油液为介质，利用液压泵转变为液压能进行传送，然后通过液压缸和液压马达等执行元件转返为机械能实现各种动作。2.3.1 单斗液压挖掘机的作业过程包括下列几个间歇动作动臂升降，斗杆收放，铲斗装卸转台回转，整机行走，以及其它辅助动作，除辅助动作不需全功率驱动外，其它都是挖掘机的主要动作，要考虑全功率驱动。由于挖掘机的作出对象和工作条件变化较大，主机的工作有两项特殊要求：第一，实现各种主要动作时，阴力与作业速度随时变化，因此，要求液压缸和液压 马达的压力和流量也能相应变化。第二，为了充分利用发动机功率缩短作业循环时间，工作过程中往往要求有两个主要动作同时进行叫做复合动作，这两项要求需要动作同时进行叫做复合动作，这两项要求需要由液压系统来保证。2.3.2 对液压系统的要求单斗液压挖掘机动作繁杂，主要机构经常超支、制动、换向、外负荷变化很大，冲击和振动多，而且野外我作，温度和环境变化大，所以对液压系统的要喜庆是多方面的。1)动臂、斗杆和铲斗的传动要保证工作装置的各部分可单独动作，也可以互相配合实现复合动作。2)主机工作过程中，要求工作装置的动作和转台的回转既能单独进行，又能作复合动作，以提高机械生产率。3)挖掘机的一切动作都是可逆的，而且要求无级变速。4)要求机械工作安全可靠，各种作业油缸要有良好的过载保护，回转机械和行走装置要有可靠的制动和限速成，要防止动臂因自重而快速成下降和整机超速溜坡。5)充分利用发动机功率，提高传动效率。6)系统和元件应保证在外负荷变化大和急剧振动冲击作用下具有足够的可靠性。7)系统密封性好。8)为了减轻司机操作强度，要考虑采用液压或电液伺服操装置。本次设计将考虑选用高压变量系统，双泵双回路，全功率变量系统，后续部分将对其详细说明。3 工作装置设计计算3.1 尺寸估计参照单斗液压挖掘估算整机各部分尺寸和工作装置尺寸。根椐经验公式求尺寸参数。线尺寸参数： (m)Kli为线向尺寸经验系数，G为整机质量。1)转台离地高：2)底架离地高：3)臂铰离地高：3)臂铰离回转中心:4)臂铰与液压缸铰距:5)臂铰与液压缸倾角：6)缸铰离地高度：7)臂长：标准臂尺寸系数推荐值,范围1.71.9标准臂8)斗杆：推荐系数推荐：9)铲斗：推荐系数, 10)动臂转角： 11)斗杆转角：12)铲斗转角：13)最大挖掘半经：系数,14)最大挖掘深度：系数，15)最大挖掘高度：系数, 16)最大卸载高度：系数, 3.2 运动分析反铲装置的几何位置取决于动臂液压缸的长度L1斗杆液压缸的长度L2和铲斗液压缸的长度L3 ，显然，当L1 、L2 、L3 为某一组确定值时，反铲装置就相应处于一个确定的几何位置。建立坐标系：X轴与地面重合，Y轴与挖掘机回转中心线重合，则斗齿尖V所在的X 坐标值就表示挖掘半经Y坐标，YV为正值表示挖掘高度，为负值表示挖掘深度。3.2.1 机构自身几何参数机构自身几何参数分三类：原始参数，推导参数，特征参数，各参数见图3-13.2.2 动臂的运动图 3-1 反铲机构自身几何参数的计算简图1)动臂的摆角范围1max和各点瞬时坐标（图3-2），1max是L1的函数，动臂上任意一点在任一时刻的坐标值也是L1的函数，根据全余弦定理，当L1=L1min和L1= L1msc时得1min=ACB0=arccos() (3-1)1max=ACB0=arccos( )(3-2)动臂的摆角范围：1max=1max-1min 图3-2 动臂摆角范围计算简图图3-3 F点的坐标计算简图动臂的瞬时摆角：= arccos()-1min 列动臂F点坐标方程。 图3-3中=BCU=1 -= arccos()- (3-3)F点在水平线CU之下时为负,否则为正。F点坐标方程： (3-4) (3-5)C点坐标可由图示2-22求得 (3-6)2)动臂液压缸作用力臂当动臂液压缸长度为L1时,动臂液压缸作用力臂1= (3-7)当分别取和时,可得动臂机构的起始和终了力臂10和1z。显然动臂液压缸的最大作用力臂，此时 3.2.3 斗杆的运动斗杆的位置参数是L1 和L2的函数，此外讨论斗杆相对于动臂的运动，也即只考虑L2的影响，斗杆机构与动臂机构性质类似，它们是四连杆机构，但连杆比不同，在动臂机构中，一般L1L5,斗杆机构中一般L9L8.1)斗杆相对于动臂的摆角范围由图3-4得=- 图3-4 斗杆机构摆角计算简图2)斗杆液压缸的作用力臂2= （3-8）当以L2min 和L2max代入得20和2z斗杆液压缸的最大作用力臂,此时3.2.4 铲斗的运动铲斗相对于X-Y坐标系的运动是L1 L2 和L3的函数，情况较复杂，现先讨论铲斗相对于斗杆的运动。（图3-5）铲斗液压缸对N点的作用力臂为 (3-9)连杆HK对N点作用力臂为 (3-10)连杆HK对Q点作用力臂为图3-5 铲斗机构参数示意图铲斗连杆机构的总传动比(3-11)i=(3-12)铲斗相对于斗杆的摆角范围铲斗瞬时位置转角为（3-13）当取时可分求得，于是得=3.3 工作装置设计计算3.3.1 斗形参数选择斗容量q，平均宽度B，转斗挖掘半经R和转斗挖掘满转角是铲斗的四个主参数，R，B，三者之间有下几何关系：(3-14)式中土壤松散系数KS近似值1.25，q=0.4，确定，根据上式可由R，B，中作任两值求相应第三值。3.3.2 转斗挖掘阻力计算转斗挖掘时，土壤切削阻力随挖掘深度改变而有明显的变化 （3-15）C表示土壤硬度的系数，TV级土取C=160320；R铲斗与斗杆铰点至斗齿尖距离，即转斗切削半经，R3=L3=1480mm；转斗在挖掘过程中总转角的一半；铲斗瞬时转角；B切削刃宽度影响系数，B=1+2.6b,其中b为铲斗平均宽度，单位为厘米；A切削角变化影响系数，A=1.3; Z带有斗齿的系数Z=0.75;X斗侧壁厚度影响系数初步设计时，X=1.15;D切削刃挤压土壤分力，据斗容量大小在D=1000020000N范围内选取；3.3.3 动臂机构参数的选择反铲工作装置是由几组连杆机构组合而成，在发动机功率，机重等主参数以及工作装置结构形式即宝的条件下连杆机构铰点，位置和油缸参数选择是否得当，会对挖掘机性能和生产率带来很大影响，以下对动臂，斗杆，铲斗三个机构进行讨论。动臂和动臂液压缸的布置方案很多，本设计中动臂液压缸置于下前方。采用弯臂能增加挖掘深度但降低了卸载高度，动臂弯角一般可取12001400，弯角大小会对结构强度不利本设计中1350增大液压缸全伸时的长度比可以增大动臂的转角，但由于受油缸稳定条件的限制一般取在1.61.7的范围内通用挖掘机中，L5取值通常驻为0.50.6L1main据统计最大挖掘半径R1值一般与的值很接近，因此，由要求的R1，已定的和，在三角形CZF(图3-6)中，已知可求得：图3-6 最大挖掘半径时动臂机构计算简图动臂液压缸全伸与全缩时的力臂比按不同情况选取，以反铲为主的通用机=0.81.1，本设计取=1，取。斗杆液压缸全缩时，最大，常选，本设计取，取决于液压缸布置形式，动臂双液压缸结构中这一夹角较小，为0,本设计中取（图3-6）。由图3-7得最大卸载高度的表达式为：图3-7 最大卸载高度时动臂机构计算简图图3-8 最大挖掘挖掘深度时动臂机构计算图（3-16）由图3-8得最大挖掘深度绝对值的表达式为：（3-17）将两式相加，消去并令，得： （3-18）又特征参数（3-19）因此，(3-20)将上式代入（3-18）刚得到一元函数整理得：（3-21）式中可求得，解下列方程可求， （3-22）所以，满足由式，又因所以，3.3.4 铲斗机构的参数选择预先设定：转斗的转角范围，为了满开足开挖和最后卸载及运输状态的要求，铲斗的总转角往往要达到本设计中取，在时，斗齿尖为在FQ延长线上侧处，由CAD作图（图3-9）得图3-9图3-103.3.5 铲斗机构载荷分析转斗机构挖掘过程为大曲率切削，挖掘过程中，因土壤厚度的变化较大，所以阻力的变化也很大，然而在挖掘机实际作业过程中转斗挖掘土壤的纵断面形式是多种多样的其阻力变化情况也各不相同。转斗机构最大理论挖掘力应与转斗最大挖掘阻力相适应，常在处，由式3-24求得由CAD作图（3-10）得，铲斗液压缸的作用力：取系统实际工作压力为P=24.5Mpa,液压缸大腔工作，油缸机械效率，大腔面积为：3.3.6 斗杆机构的参数选择考虑因素：a.保证斗杆液压缸产生足够的斗齿挖掘力b.保证斗杆液压缸有必要的闭锁能力c.保证半杆的摆角范围首先计算斗杆挖掘阻力：斗杆挖掘过程中，切削行程较长，切土壤厚度在挖掘过程中为常数，一般取斗杆在挖掘过程中总转角，在这转角过程中，铲斗被装满，这时斗齿的实际行程为：（3-23）式中-半杆挖掘时的切削半径，取斗杆挖掘时的切土厚度可按下式计算：斗杆挖掘阻力：（3-24）-挖掘比阻力，查得斗杆与铲斗垂直时最小参考铲斗液压缸作用力代入（3-25）由图3-11得：图3-11斗杆机构参数计算简图3.3.7 动臂液压缸，斗杆液压缸，铲斗液压缸初步设计估算由以上计算得：初取液压缸D=160mm4 回转装置设计计算4.1 滚动轴承式回转支承的选型计算1)当量负荷的计算方法交叉滚柱式-作用在回转支承上的总轴向力-作用在回转支承上的总倾负力矩-在力矩M作用平面内的总径向力对于单斗液压挖掘机，作用在回转支承上的外负荷应根据挖掘工况算出，根据不同的挖掘工况算出若干组值，选择其中最大作为当量负荷。2)反铲工作装置的计算位置和计算方法各参数说明：-用铲斗液压缸挖掘时，由整机挖掘力确定的切向挖掘力，本设计中-用铲斗液压缸挖掘时，由整机挖掘力确定的法向挖掘阻力，从可能出现的最不利情况出发，假设存在法向，其值取-转台上部自重,-分别表示动臂液压缸，斗杆液压缸，铲斗液压缸自重，-分别表示动臂和斗杆自重-铲斗自重和斗内土重-相应的力臂m,对各工作位置用CAD作图求得k-回转支承工作条件系数，对挖掘机取k=1.41.6，本设计中取1.5.斗杆垂直于地面，斗齿尖离地面以下H深处，（本设计中取H=0.5m）,用铲斗缸挖掘使切向斗齿力垂直于地面（图4-1）。由图（4-1）切向力法向力由图（4-1）知：当量载荷 图4-1.在挖掘深度H处用铲斗液压缸挖掘由图（4-2），得切向力：法向力：由图（4-2）得：.在停机面上最大挖掘半径处用铲斗液压缸挖掘（图4-3）由图4-3得，切向力法向力：由图4-3得图4-2图4-3 查表选HJN-1880型滚动轴承式回转支承4.2 回转起动力矩和制动力矩计算整机附着力矩 （4-1）-整机质量 -附着系数，轮胎式取0.2回转最大起动力矩和最大制动力矩不就超过行走部分与地面的附着力矩。机械制动时，液压制动时为作用在转台上的最大制动力矩。附着力矩制动力矩作用在转台上的最大起动力矩一般小于最大制动力矩，其比值随制动方式面异。对于纯液压制动：（4-2）采用高速油马达时起动力矩：初定液压马转达速据表查得转台最佳转速液压马达和转台间传动比所需液压马达输出扭矩：4.3 行星减速器设计机构简图设计4.3.1 齿形及精度采用齿形的直齿轮传动。精度定为6级。为提高承载能力，两级均采用变位齿轮传动，要求外啮合左右，内啮合左右。4.3.2 齿轮材料及其性能太阳轮和行星轮采用硬齿面，内齿轮用软齿面，以提高承载能力、减小尺寸。两级都用相同的材料配搭,如下表： 齿轮材料热处理加工精度太阳轮渗碳淬火HRC586214003506级行星轮245内齿轮调质HB2622936502207级4.3.3 计算传动比HJM-1880型滚动轴承式回转支承内齿与之啮合的小齿轮齿数取则行星减速器传动比：4.3.4 分配传动比按照高速级（）、低速速级（）齿面接触相等的原则分配传动比。取，其q值为：计算值：以此值和传动比查图得，可知4.3.5 高速级设计计算1.配齿数从弯曲强度的高可靠性出发，并保证必要的工作平稳性，取。按齿面硬度，查图得故，可用。由传动比条件可知，为满足装配条件取计算内齿轮和行星轮齿数：实际传动比：配齿数结果：2初步计算齿轮主要参数1）面接触强度计算太阳轮分度圆直径输入扭矩，载荷不均匀系数，太阳轮传递的扭矩式中系数，则太阳轮分度圆直径2）曲强度初算模数式中系数同前，算式系数,行星轮间载荷分配系数和统合系数分别为，齿形系数.因为,所以应按行星轮计算模数 则太阳轮直径与接触强度初算结果接近，故以这个结果进行接触和弯曲强度校核计算。3齿轮变位计算1）星轮齿数由前面配齿数结果可知：初选副的变位系数和根据，和左右的限制条件，初选初算副的齿高变动系数由图按B查D：因，所以则确定 取2）啮合副的计算确定叫心距和啮合的标准中心距：根据确定的方法一，因为小于计算值的圆整值，取中心距分离系数 齿高变动系数式中查图得，故变位系数和啮合角在推荐值范围内。变位系数分配根据齿数比查图得，时故3）啮合副的计算中心距分离系数齿顶高变动系数已知，用简化公式计算式中值应根据查图得，变位系数所以，啮合角在推荐值范围内。4.几何尺寸的计算公式：分度圆直径：齿顶圆直径：齿根圆直径：基圆直径：齿顶高系数：太阳轮、行星轮-内齿轮-顶隙系数：太阳轮、行星轮-内齿轮-代入上组公式计算得：太阳轮：行星轮：内齿轮：5.重合度计算1）传动端面重合度顶圆齿形曲径太阳轮：行星轮：端面啮合长度式中正号为外啮合，负号为内啮合；-端面节圆啮合角直齿轮则端面重合度2）端重合度顶圆齿形曲径行星轮内齿轮端面啮合长度端面重合度6.齿轮强度检验.验算传动的接触强度和弯曲强度1）接触疲劳强度的校核太阳轮上分度圆圆周力使用系数 取动载系数 查表得齿面载荷分配系数按7级精度非对称支承，查表得齿间载荷分配系数按6级精度，硬齿面，查表节点曲域系数，查图得弹性系数查表得钢对钢的接触强度计算的重合度系数接触强度计算的重合度系数计算接触应力接触强度计算的的寿命系数按工作10年，每年300天，每天14小时计算应力力循环次数，经计算查表得，。最小安全系数查表取润滑剂系数选用的矿物油润滑，查图得速度系数查图得粗糙度系数按，计算：，查图得齿面工作硬化系数尺寸系数许用接触应力故，接触强度通过。2）齿根弯曲疲劳强度齿向载荷分布系数由，查图得齿间载荷分配系数行星轮间载荷分配系数太阳轮齿形系数，查图得行星轮齿形系数，查图得太阳轮应力修正系数 查图得1.82行星轮应力修正系数 查图得1.86重合度系数弯曲寿命系数 取1试验齿轮应力修正系数按所给的太阳轮齿根圆角敏感系数查图取0.98行星轮齿根圆角敏感系数查图取1.01齿根表面形状系数，查图得最小安全系数按高可靠度，查表太阳轮弯曲应力太阳轮许用弯曲应力故弯曲强度通过。行星轮弯曲应力行星轮许用弯曲应力故弯曲强度通过。.齿的弯曲强度校核1）齿面接触疲劳强度其中外啮合取值不同的参数为。故，接触强度通过。2）齿根弯曲疲劳强度只需计算内齿轮，其中取值与外啮合不贩系数为故，弯曲强度通过。4.3.6 低速级的计算设计计算方法和步骤与高速级相同，在此从略，仅将部分计算结果给出。1)配齿数 2)中心距3)变位计算结果外啮合：内啮合：4)啮合效率 5)几何尺寸计算太阳轮分度圆直径：齿顶圆直径：齿根圆直径：基圆直径：齿宽：行星轮分度圆直径：齿顶圆直径：齿根圆直径：基圆直径：齿宽：内齿轮分度圆直径：齿顶圆直径：齿根圆直径：基圆：4.3.7 轴的设计1)输入轴的设计，轴材料为45钢确定轴的最小直径取联轴器选择根据工作需要选用弹性柱销联轴器型号TL6。轴的各部分长度设计（略）轴的强度校核行星减速器受力（径向力）互相抵消，强度校核时可不考虑，面轴的最小直径根据扭矩计算得出，故强度肯定满足要求。2）输出轴的最小直径输出扭矩最小直径取结构设计略，强度符合要求。5 转台布置和整机稳定性5.1转台布置从挖掘机的整机稳定性分析：挖掘机的行走底盘部分的重量是固定的，重心位置也较低，是使机械稳定的因素，而挖掘机上部的重心位置变化较大，因为挖掘机在一个工作循环中工作装置的位置经常变化，铲斗也因空斗和满斗的原因重量不等，挖掘过程中还有土壤的反力作用在工作装置上，这些都使整个回转平台上部的重心位置经常在变化，有时重心远远超过出支承滚盘外面为了平衡这些载荷力矩，回转平台上的较重部件通常放在转台尾部，此外在转台尾部还另加配重。为了使整机有较好的稳定性，同时使支承滚盘受力均匀和磨损均匀，应使挖掘机在一个工作循环中回转平台部的合力前后稳动均匀，所以要重视回转平台上各种机构的合理布置，同时也可通过调整配重的大小来实现。参考WY160型液压挖掘机，设计整机布置平面图，本设计中，发动机1是横向布置的，放在回转平台尾部，能起到较好看平衡作用，转台的一边为液压泵2，油箱3和司机室9，另一边为水、油冷却器6，燃油箱7及回转机构8，两侧质量基本平衡。回转平台尾部还固定有配重11。图5-1 WLY100转台布置示意图1发动机；2液压泵；3油箱；4阀块组件；5回转机构；6水油冷却器；7燃油箱；8司机室；9配重；10回转润滑装置5.2 整机稳定性计算单斗液压挖掘机的整机稳定性计算是总体设计计算的一部分，挖掘机的稳定性以稳定系数K表示，它是挖掘机在工作或非工作状态时对于倾复边缘的稳定力矩M1与倾复力矩M2的比值。挖掘机的稳定根据工况的不同分为作业稳定自身稳定和行走稳定三类，而作业时易出现失稳，以下重点验算作业稳定作业过程中有两种失稳状态，即挖掘失稳和卸载失稳，挖掘过程中又是较易出现失稳的作业状态，它有以下三种工况：1）斗杆垂直于地面斗齿尖离地面以下0.5m，用铲斗挖掘，切向阻力垂直地面法向阻力向机体，此时倾复边缘在前支腿处（图4-1）稳定力矩： 倾覆力矩：此状态下整机作业稳定。2)最大挖掘深度H时，斗杆及铲斗处于垂直位置，用铲斗液压缸挖掘，此时挖掘阻力有使整机抬起的趋势，倾复边缘在后支腿（图4-2）。稳定力矩：倾复力矩：此状态下整机作业稳定。3）在停机面上最大挖掘半径处用铲斗液压缸挖掘，挖掘阻力W1和W2向上有使整机后倾的趋势，倾覆边缘在后支腿处（图4-3）。稳定力矩： 倾覆力矩： 此状态下整机作业稳定。6 液压系统设计本设计采用双泵双回路全功率变量系统。双泵双回路系统中，一切执行元件按照作业要求，分成两组，各由一台液压泵驱动，分别构成独立的回路，此类型的回路可以保证至少有两个动作能够同时进行，可以保证挖掘机的作业要求，较单泵或单回路系统优越。分功率变量系统的发动机功率平均分配给两台泵，每一回路拥有发动机功率的一半，只有当两个回路的压力P都处于调节范围以内，才能利用全部功率，假使一条回路的压力都处于很低，超出调节范围以外，则该回路的功率就不能充分利用。而采用全功率系统，只要满足就能充分利用发动机功率，而每台泵各输出功率与其工作压力成正比系统最大工作压力油泵的始调压力合流方式由操纵者根据作业情况控制，这样可以适应复杂的作业条件，满足不同的作业要求。6.1液压系统基本回路基本回路由一个或几个液压元件组成，能够完成特定的单一功能的典型回路，它是液压系统的组成单元。本设计的液压系统采用双泵双回路液压系统，行走、斗杆、回转组成-一个回路，支腿、铲斗、动臂组成另一回路。这样可以大限度的满足工作需要。1)限压回路限压回路用来限制压力，使其不超过某一调定值。限压的目的是：制系统的最大压力，使系统和元件不因过载而损坏。通常用安全阀来实现安全阀设置在油泵出油口附近。根据工作需要通常用溢流阀来实现，溢流阀可使系统按照调定压力工作，多余的流量通过此阀流回油箱，因此，溢流阀是常开的。单斗液压挖掘机执行元件的进油和回油回路上常成对地并联有限压阀限制液压缸，液压马达在闭锁状态下的最大闭东岸压力，若超过此压力限压阀打开，进行卸载，保护了液压元件和管道免受损坏。这种限压阀实际起了卸荷阀的作用。一般情况下高压系统限压阀的调定压力不超过系统压力的25%，中高压系统的限压阀的限定压力可在25%以上，本系统工作压力25Mpa。最高限压25X125%=31.25Mpa.图6-1是其原理图。图6-1 工作装置的限压卸荷回路1换向阀；2，3限压阀；4动臂油缸2)卸荷回路卸荷回路是挖掘机各个机构不工作时，使液压泵尽可能以最低功率消耗进行空转，而不是溢流回油常采用液压泵以最低压力进行空转的卸荷方式，根据回路组成形式，有换向阀中位卸荷和穿越换向阀卸荷残余分子种方式。换向阀中位卸荷常用于挖掘机的高压串联系统，其特点是结构简单，但若流量很大，换向阀受到冲击较大，操纵不稳，在穿越换向阀卸荷回路中，采用有过油通路的三位六通阀，阀在工作位置时，过油通路切断，阀在中位时，工作油以最低压力顺序通过和换向阀的过油通路而卸荷，常用于中高压和高压并联系统，工作可靠，操纵平稳，可设计液压回路采用穿越换向阀卸荷回路。如图6-2。图6-2 卸荷回路3)缓冲回路单斗液压挖掘机回转时，由于上车转动惯量很大在制动、起动和突然转向，引起很大的液压冲击，尤其是回转过程中遇到障碍突然停车，液压冲击极大，使整个系统和元件产生振动和噪音，甚至引起破坏。所以在挖掘机回转机构的回路上通常设有缓冲阀，回转机构的缓冲回路就是利用缓冲阀使液压马达高压腔超过一定压力时获得出路。如图6-3是本设计中采用的一种缓冲回路。图6-3中回转马达两个油路1，2之间并联有缓冲器，3、4每一缓冲阀的高压油口与另一缓冲阀的低压油口相通。当回转机构制动，停止或反转时，高压腔的油径过缓冲阀直接通入低压腔，减小了液压冲击。这种缓冲回路由于高压油直接通入低压腔，所以补油量很少，大致只要补马达的外漏油量即可，背压小，提高了工作效率，低压小流量的小型挖掘甚至可以不要补油。本设计采用此缓冲回路。4)支腿顺序和锁紧和回路轮式单斗液压挖掘机中，为了保证机械的稳定性前后顺序阀，构成顺序回路。同时支腿伸出以后，要求在外负荷作用下不软腿，不回缩，不发生窜动，通常由锁紧回路来保证。图6-4是轮式挖掘机支腿的顺序和锁紧回路，根据工作要求，支腿的顺序就是：后支腿油压缸工作前支腿液压缸伸前支腿液压缸缩后支腿液压缸2缩。这个动作顺序由顺序阀4和5实现。换向阀1在（）位时，压力油通入液压缸2的大腔，后支腿伸出，单向阀7，换向阀1返回油箱，支腿伸出以后，用液控单向阀8和9（液夺锁）锁紧，这种锁紧回路结构简单，性能好。工作安全可靠。换向阀在位置（）时，压力油通过液压缸3的小腔，前支腿缩回。全缩以后，压力升高，打开顺序阀5，压力油进入液压缸2的小腔，后支腿缩回。图6-3 回转机构的缓冲回路1高压腔；2-低压腔；3、4缓冲限压阀；5、6单向阀；7换向阀图6-4 顺序回路和锁紧回路1换向阀；2、3油缸；4、5顺序阀；6、7单向阀；8、9液压锁6.2 系统初步计算和液压元件的选用初步计算的目的在于确定元件参数，进行元件选择，并对种方案的技术经济指标进行分析比较。1)液压缸动臂、斗杆液压缸据前计算初步确定缸径D=160mm，因液压缸抗压稳定性不中，故加大缸径D=180mm时，活塞杆直径d=120mm，满足抗压稳定性。经计算缸筒壁厚，取。液压缸进出油口采用螺纹连接据。初选液压缸螺纹连接的油口尺寸取。缸底壁厚，取2）液压泵变量系统具有流量调节的特性，允许以低速克服高峰负荷。假定动臂斗杆液压缸全推力时，伸出速度降为5cm/s,铲斗液压缸全推力时速度降为8cm/s则液压缸所需流量为动臂液压缸：斗杆液压缸：铲斗液压
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