毕业设计（论文）-小型公路铣刨机结构设计

济南大学毕业设计2-毕业论文（设计）题目学院专业班级学生学号指导教师二〇二五年五月六日原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：___________日期：___________关于毕业论文使用授权的声明本人完全了解烟台科技学院有关保留、使用毕业论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅；本人授权烟台科技学院可以将毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本毕业论文。（保密论文在解密后应遵守此规定）论文作者签名：导师签名：日期：摘要公路铣刨机是一种用于道路维护和修复的机械设备，它主要用于移除旧的沥青或混凝土路面层，以便进行表面处理或重新铺设。截至2025年，中国在公路建设方面持续发力，其中包括高速公路、一级公路和二级公路等高等级公路的建设。中国全部公路中已铺高级次高级路面里程达到595,511公里。此后，随着国家对基础设施建设的投资增加，特别是对于西部地区的开发，中国的公路建设取得了长足的发展。此次设计工作包括以下内容：转子铣削设计过程，涉及所需的刀具及铣刨轮的构思与组装；对铣刨轮轴的构造进行规划，并且选取相配套的键、轴承，并对它们进行设计验证与润滑密封的处理；铣刨轮驱动机构的制定，包含对滚子链的筛选、链轮的设计，并对这些部件进行检验和润滑；其它各个组件如降速机、联轴器的选择等项目。关键词：铣刨铣刨轮减速器AbstractAroadmillingmachineisamechanicalequipmentusedforroadmaintenanceandrepair.Itismainlyusedtoremovetheoldasphaltorconcretepavementlayertofacilitatesurfacetreatmentorre-laying.By2025,Chinahasbeencontinuouslymakingeffortsinroadconstruction,includingtheconstructionofexpressways,first-classroadsandsecond-classroadsandotherhigh-graderoads.Themileageofadvancedandsub-advancedpavementinallroadsinChinahasreached595,511kilometers.Sincethen,withtheincreaseofnationalinvestmentininfrastructureconstruction,especiallythedevelopmentofthewesternregion,China'sroadconstructionhasmadegreatprogress.Thisdesignworkincludesthefollowingcontents:thedesignprocessoftherotormilling,involvingtheconceptionandassemblyoftherequiredtoolsandmillingwheels;theplanningoftheconstructionofthemillingwheelshaft,andtheselectionofthecorrespondingkeys,bearings,andthedesignverificationandlubricationsealingtreatmentofthem;theformulationofthemillingwheeldrivemechanism,includingtheselectionofrollerchains,thedesignofsprockets,andtheinspectionandlubricationofthesecomponents;andothervariouscomponentssuchastheselectionofspeedreducersandcouplings.Keywords:milling,millingwheel,reducer目录摘要 3Abstract 4第一章绪论 71.1选题背景及意义 71.2国内外研究现状 81.3本次研究的主要内容 9第二章整体方案的设计 92.1方案的设计思路 92.2方案的对比 92.3最终方案的设计 12第三章铣刨装置的设计计算 133.1铣刨装置的概述 133.2铣削转子的设计 133.2.1结构 133.2.2刀具布置 143.2.3铣刨鼓的设计计算 143.2.4铣刨轮装配设计 163.3铣刨轮轴的设计计算 182.3.1选择材料及热处理方式 182.3.2结构设计 182.3.3确定轴的尺寸 192.3.4键的选取及校核 192.3.5轴承的选取及寿命计算 212.3.6轴的校核 222.3.7滚动轴承的润滑与密封 233.4驱动电机的选择 23第四章铣刨轮传动系统设计 244.1铣刨轮传动系统概述 244.2传动链的设计计算 244.3链传动的校核 274.3.1滚子链的静强度校核 274.3.2滚子链的耐疲劳工作能力计算 284.3.3滚子链的耐磨损工作能力计算 294.3.4滚子链的抗胶合工作能力计算 304.4链传动的布置，张紧及润滑 314.4.1链传动的布置 314.4.2链传动的张紧 314.4.3链传动的润滑 314.5链轮尺寸 314.5.1小链轮 314.5.2大链轮 33第五章其他零部件的选择及建模 345.1减速器的选择 345.2联轴器的选择 35第六章整体的三维建模 366.1软件介绍 366.2铣刨装置的建模 366.3链轮的建模 376.4扶手的建模 376.5整体的模型装配 38第七章结论与展望 396.1结论 396.2展望 39参考文献 40致谢 42第一章绪论1.1选题背景及意义随着全球范围内许多国家的道路基础设施逐渐老化，路面的维护和修复需求日益增加。传统的大型铣刨机虽然适用于大规模的道路重建或翻新工程，但对于小规模、局部性的修补工作显得不够灵活[1]。快速的城市化导致交通流量增大，道路使用频率增高，这使得路面更容易出现磨损、裂缝等问题。尤其是在城市中心区域，由于空间限制，大型设备难以施展，需要更小巧灵活的解决方案[2]。各国政府相继出台了一系列关于道路建设和维护的标准与规范，鼓励采用新技术、新材料进行高效环保的养护作业[3]。这些政策为小型公路铣刨机的发展提供了良好的外部环境。小型公路铣刨机可以针对特定的小面积损坏进行快速修复，避免了大型机械在狭窄空间操作不便的问题，从而提高了维修效率[4]。通过精准的铣刨作业，减少了材料浪费，并且由于其灵活度高，可以减少不必要的工作量，进而降低总体的维护成本。小型公路铣刨机可以针对特定的小面积损坏进行快速修复，避免了大型机械在狭窄空间操作不便的问题，从而提高了维修效率。通过精准的铣刨作业，减少了材料浪费，并且由于其灵活度高，可以减少不必要的工作量，进而降低总体的维护成本[5]。小型铣刨机能够更精确地控制铣刨深度和平整度，有助于提高修补后路面的质量，延长使用寿命,如图1-1所示：图1-1小型公路铣刨机综上所述，小型公路铣刨机的研究与开发具有重要的现实意义和技术价值，它满足了现代道路交通设施管理和维护的需求，为实现更加智能、绿色的道路建设提供了有力支持。1.2国内外研究现状国内的小型公路铣刨机生产起步较晚，但近年来有了显著的发展。主要机型的使用性能已经能够满足国内高等级公路及市政道路的养护要求，并且在系统配置上达到了国际先进水平[6]。部分国产产品如陕西建设机械股份有限公司生产的CM2000及西安宏大交通科技有限公司生产的CM1900和CM1200，不仅拥有完整的知识产权，而且在整机系统、控制系统及其软件的设计和制造工艺等方面均已达到国际先进水平[7]。随着中国公路里程的持续增长，特别是高速公路网络的扩展，对路面维护设备的需求也在不断增加。小型公路铣刨机因其灵活性和高效性，在城市道路、桥梁伸缩缝等复杂环境下的应用越来越广泛[8]。尽管国内市场上有多个品牌参与竞争，但目前仍以引进或模仿国外技术为主。例如，维特根（Wirtgen）作为全球铣刨机市场的领导者，在中国市场占据主导地位[9]。不过，随着本土企业加大研发投入和技术积累，国产化程度正在逐步提高[10]。国外的小型公路铣刨机技术较为成熟，尤其是在欧洲和北美地区，形成了独特的风格和技术特点。例如，德国维特根公司的产品以其全刚性的车架结构、静液压传动方式和先进的电子控制系统而著称；美国的产品则更强调坚固耐用的设计理念[11]。在国外，尤其是发达国家，由于其基础设施建设历史悠久，对于路面养护的需求非常强烈。因此，小型公路铣刨机被广泛应用于各类公路、城市道路乃至机场跑道等场合，是现代化养护作业不可或缺的一部分[12]。国际市场上的主要参与者包括德国的维特根集团、美国的卡特彼勒公司（Caterpillar）、Roadtec等知名企业。这些企业在技术研发、产品质量和服务体系方面都处于领先地位，并在全球范围内建立了完善的销售和服务网络[13]。综上所述，虽然国内小型公路铣刨机行业在过去几年取得了长足进步，但在品种规格、技术水平及配套件等方面与国际先进水平相比仍然存在一定差距[14]。然而，凭借价格优势、本地化服务和支持政府政策的优势，国内制造商正逐渐缩小这一差距，并有望在未来占据更大的市场份额[15]。1.3本次研究的主要内容选取小型公路铣刨机结构设计为研究对象，采用自走式的设计方案，以展开小型路面铣刨或者部分路面铣刨为方向，开展小型公路铣刨机的结构设计。主要研究内容如下：（1）了解小型公路铣刨机发展现状以及未来发展趋势，明确小型公路铣刨机的原理以及主要结构部分。（2）对小型公路铣刨机进行总体结构方案设计，对比各设计方案选出最优方案。（3）方案确定后对各部分进行设计，包括执行机构的设计受力分析以及传动系统的设计等。（4）用SolidWorks进行三维建模，运用AutoCAD进行二维图的绘制。（5）进行设计说明书的撰写。第二章整体方案的设计2.1方案的设计思路本次设计的是小型公路铣刨机，采用自走式的结构，此次设计工作包括以下内容：转子铣削设计过程，涉及所需的刀具及铣刨轮的构思与组装；对铣刨轮轴的构造进行规划，并且选取相配套的键、轴承，并对它们进行设计验证与润滑密封的处理；铣刨轮驱动机构的制定，包含对滚子链的筛选、链轮的设计，并对这些部件进行检验和润滑；其它各个组件如降速机、联轴器的选择等项目。此外它还是刀具及刀座的安装基础。刀具座用于安装刀具，刀具则直接与铺面接触，实施铣刨功能。2.2方案的对比方案一：拖拉机牵引的小型铣刨机如图2-1所述，在小型农用轮式拖拉机上加装铣刨装置而构成简易的冷铣刨机，采用拖拉机作为整体的动力装置，通过在小型拖拉机的末端设计出一款小型铣刨机，采用拖拉机的动力进行输出，从而实现铣刨轮的转动，对路面进行铣刨[16]。优点：相较于大型自行式铣刨机，小型拖拉机牵引的铣刨机购买成本较低，适合预算有限的道路维护项目。小型设备更容易操作，可以在狭窄的空间内工作，适用于小规模或局部维修工程。缺点：采用拖拉机进行驱动，环保性不高，还需要确保拖拉机与铣刨机之间的连接稳固，并遵守所有安全规程。图2.1拖拉机牵引的小型铣刨机方案二：自走式小型铣刨机自走式小型铣刨机是一种用于道路维护和修复的机械设备，它能够切割并移除受损的沥青或混凝土表面，为新的铺设工作做准备。主控制器是整个控制系统的大脑，负责接收来自各种传感器的数据，并根据预设程序或操作员指令来调整机器的行为。提供给操作员直观的操作界面，包括触摸屏显示器、按钮、旋钮等，用于输入指令、监控机器状态和设置参数。一些高级型号可能提供图形化用户界面（GUI），使得设置和监控更加简便。这种机器通常设计紧凑，适合处理较小规模的工作或在空间有限的地方操作[17]。如图2-2所示：优点：自走式设计允许机器独立移动，不需要额外的牵引车辆，提高了作业现场的灵活性。小型尺寸使得它非常适合于狭窄区域或复杂地形中的作业，如城市街道、人行道边缘及桥梁等。相对于大型铣刨机而言，自走式小型铣刨机更轻便，便于装载到拖车上进行长途运输。缺点：由于其较小的设计，铣刨宽度一般不超过500毫米，这限制了它在较大规模铣刨任务中的应用。和拖拉机牵引的铣刨机相比，在处理大面积或深层铣刨时，小型铣刨机的工作速度和产量都相对较低。动力系统不如拖拉机牵引的铣刨机强劲，对于特别坚硬的材料（如高强度混凝土）可能需要更多时间和努力来完成工作。图2.2推动式小型铣刨机3）设计方案的确定经过全面的比较，结合布局的基本要求、影响布局的各种因素以及小型铣刨的设计参数，最终选择了布局二方案。2.3最终方案的设计本次设计的是小型公路铣刨机，采用自走式的结构，涉及所需的刀具及铣刨轮的构思与组装；对铣刨轮轴的构造进行规划，并且选取相配套的键、轴承，并对它们进行设计验证与润滑密封的处理；铣刨轮驱动机构的制定，包含对滚子链的筛选、链轮的设计，并对这些部件进行检验和润滑；其它各个组件如降速机、联轴器的选择等项目。刀具座用于安装刀具，刀具则直接与铺面接触，实施铣刨功能，如图2-3所示方案简图：1-扶手2-控制箱3-外壳4-防护罩5-铣刨轴6-铣刨轮7-行走轮8-电机9-减速器10-链轮11-链条图2-3整体方案简图第三章铣刨装置的设计计算3.1铣刨装置的概述铣刨在沥青道路维修中扮演着重要角色，它能够把损坏的路面依照既定的深度、宽度和要求的光洁度进行铣刨移除，从而为铺设新材质打下基础。它常被用以修补高速公路和市区街道等沥青混凝土表层的坑穴、缝隙、隆起以及网状裂痕等缺陷。由于这款装备作业效能高昂，施工流程简洁，而且铣刨深度可精确调节，操作便捷并兼具灵敏性和优越的机动性，所以在沥青道路保养工作中得到了广泛应用。我国铣刨设备主要分为两类构造：其一是将铣刨功能装设于农业用轮式牵引机，形成基本型态的冷铣刨设备；其二是独立式冷铣刨机械。由拖拉机转型而成的铣刨机设备具有简易结构，并且适用于中低等级沥青道路的刨除作业。独立式铣刨设备在过去两年取得了一些进展，其主流机型的作业性能已经能够充分满足我国高级别公路和市政道路维护的需要，并且在性能与价格的比值方面与国际进口产品相比拥有明显的竞争力。尽管如此，在品类多样性、技术层面和配件配套方面与国际标准仍有一定的距离。提升产品的品质、丰富产品线和增强产品功能是我国目前推进铣刨机发展过程中需着手处理的核心问题。此次设计的铣削设备构成包括底架、切削转子、齿轮、减速驱动装置以及液压系统等部件。该铣刨机构通过一体化刚性底架牢固地安装于车辆底部的尾部区域，形成尾端挂载方式。设备的切削幅宽定为900毫米，而切削转子的驱动采取机械传动手段。3.2铣削转子的设计3.2.1结构铣削转子构成了铣刨设备的核心作业部件。其基础构造主要包括铣刨筒、铣削刀件以及刀座、抛弃料板等元件。铣刨筒承担着铣削转子框架的角色，其他部件都安装在其上方，动力也通过它传递至各刀件。的职责是将铣刨出的废料汇总至转子的中心区域，便于搬运带携走，同时它也为刀具和刀座提供了安置基净。刀座的功能是固定刀具，而刀具本身直接作用在路面上，完成铣削的任务。3.2.2刀具布置铣削转子上的刃具通常呈螺旋状布置，其目的在于一方面确保刃具顺序性地逐一介入道路表面，以降低铣削时所需的劳动强度；另一方面是为了优化物料的收集效率。此外，刃具布置的方向需要遵循两个基本准则：（1）刀具沿转子圆周方向排列均匀；（2）刀具沿转子轴方向排列均匀。此设备的铣削宽度达到900毫米，其转子的切削工作圆面直径则是500毫米；物料在中部被收集，并以“对称”方式进行配置；该设备设计包含双头螺旋结构，因此转子上总共装配了四个螺旋部件，分别命名为I—I,II—II,III—III,IV—IV。把转子在切削圆上铺展，形成一个900毫米宽和1570毫米（即π乘以500）长的矩形。位于同一个螺旋线的相连切削刀具之间，环绕圆周计的角度被设定为36度。这意味着一圈总共配置有10个刀具，它们之间的规律间隔尺寸是：a=1570除以10等于157毫米。再设定b的值为9毫米。经过上述的排列计划，除了0和100格线，每个单位距离内仅配置一把刀具。而通过将边刀与立刀的布局优化，确保了每个分割线段分配了至少一把刀具，最多不超过两把（将两立刀计为一把）。这样的安排保障了刀具在转子上的平均分布，使得在操作过程中力度均衡，震动减至最小，且构造简洁，便于使用者操控。3.2.3铣刨鼓的设计计算若把刀架通过焊接固定至铣削滚筒，鉴于其对众多铣刀的需求，滚筒结构焊接如此众多刀架，必将导致滚筒发生变形，进而干扰铣削作业的效能。除非更换为更高档次的原材料来制作铣削滚筒，然而这无疑会增加生产成本。而铸造工艺则显示出更强的适应性和优越的经济效益，铸造出的部件在形状和尺度上与实际需求的零部件高度匹配，减少了额外的加工余量，从而节约了金属原材料和加工时长。铸造技术通常包含砂型铸造和特种铸造两种。目前而言，砂型铸造是最普遍运用的技术。因此，采取将铣削滚筒和刀架作为一个整体通过砂型铸造的方式制作，选用的原材料是ZG200，具体的外形和大小参照图2-3标示。ZG340-640的强度、韧度及铸造性均良好，易于冲压和焊接，，，能满足工艺及强度要求。应力的计算：(3-1)式中：P—有效功率，40kw；F—作用在铣刨轮上的合力，KN；V—刀尖线速度，m/s。刀尖的线速度为：（3-2）式中：n—铣刨轮转速，n=100r/min；r—铣削刀具刀尖至轴线的径向量值，即r，其计算为250毫米加上56毫米，合计为315毫米。因此，可求的作用在铣刨轮上的合力为：铣削刀具以45°角排列于铣刨滚筒上，因此产生的刀具外侧压力是：铣削鼓的切应力（）(3-3)式中：—外压，KN；,其中为铣刨鼓外圆半径，为铣刨鼓内圆半径；,其中r为所求点到铣刨鼓截面圆心的距离，。取铸件的厚度为12mm，则,故，。铣刨鼓的周向应力：（3-4）代入数据得。铣刨鼓的轴向应力：(3-5)代入数据得。铣刨鼓的合应力：（3-6）代入数据得。故铣刨鼓强度满足要求。图3-1铣刨鼓的外形尺寸3.2.4铣刨轮装配设计在确保有足够强度和硬度的条件下，应尽可能追求结构装配的简洁性，以便于生产加工和安装维护，同时保证成本效益。图3-2展示了铣刨轮的装置构造。图3-2铣刨轮装配图装配的基本要求如下：1）采用搭接焊接法对快速转动的滚轮进行加固时，用于钢板和焊条的材料消耗最为节省，横截面未出现显著的改变，因而应力集聚相对较轻，转动时的动态性能相对优越。焊接各部件时，需注意保留一定间隙，以确保焊缝部位传递扭矩的可靠性。焊接前的预热是推荐的操作，可防止过度的变形。无论是端盖的内外圆周，还是滚轮的内孔及轴颈连接区域，都应经由机械加工以求精确成型。确保适当的拼接空隙，以便焊后的滚轮保持形状不受损害，避免重量分布不均，确保焊接作业的优良品质。2）为了提升整体结构的硬度与承重性，均匀排布六条加固筋在侧边对称设置，并与顶部及底部的翼边缘接合焊接，从而增强截面的抗扭性能，提升耐压能力。3）三条筋骨上的六个R34型圆形开口能够降低压力积聚及自身的重量，增强铣削轮的耐久性能。4)加工机械时确保公差范围内。盈余空间较为宽裕。在使用重负荷的盈合配合场合，如压力机装置、热膨胀孔或者收缩轴承的安装，它能承载显著的扭力和抵御较强的冲击负荷。再者，所有关键焊接接口均执行100％同等强度的焊接措施。轴颈部分选择使用35级锻造钢材，而其他零部件则采用ZG200材料。为了确保焊接过程的品质，轴颈与端盖连接部位在150摄氏度的环境中进行焊接作业，而其他部件的焊接则设定了100摄氏度的预热温标。外部端盖与轴颈的焊接缝隙在焊接完成后还需进行打磨光滑处理。3.3铣刨轮轴的设计计算2.3.1选择材料及热处理方式依照铣削轮轴的运作环境，在没有额外规定的情况下，选择了使用最为广泛并具备优秀综合属性的45号钢，经过调质作业，达到了硬度为235HBS的标准。2.3.2结构设计1）设计该高速传动轴的部件分布方案，须在其上配置的关键部件包括：铣刨齿轮、传动链轮以及两个深沟球形轴承。2）估算最小直径。安装楔键的轴段即为最小直径段：（3-7）根据《机械原理及机械设计》表（15-3），，取A=110代入数据有：。由于此段轴上有一键槽，故应将此轴直径增加3%。则。3）轴部元件的安装模式确立。轴两端的第二位置与第十位置安装有轴承盖，其功能在于一定程度上是。承座内孔对应轴承的外圈采取基轴系统进行匹配，其匹配间隙属于H7/h6级别。轴承的内圈与轴之间则是基于基孔系统来确保配合。第7号位置是轴的承肩，该位置特设有退刀槽，既为了简化加工过程，也为位于轴上的部件提供精准定位。位于第3号的位置用以装置轴承、套筒以及挡油环。而第10号位置则是用来安装轴承和挡油环的。为了简化轴系构造，尽可能利用轴肩来实施轴向定位。轴承的外端采用端盖来实现定位，而链轮的右端则通过轴端的挡圈实行定位。在端盖处铺设羊毛圈进行密封，并在端盖与机箱之间置入校正用的调节垫片。轴与铣刨鼓之间借助花键来接合，基于其他要素的考量，使用了分体式半轴构造，而铣刨鼓的右侧半轴如图3-3所呈现。图3-3铣刨轮轴示意图2.3.3确定轴的尺寸为缩减轴部的弯曲，尽可能选择较短的长度尺度。以下为各段轴体的详细规格：2.3.4键的选取及校核1）针对5处的链轮轴的键连接方式的选择和验证。鉴于初级链轮需要承受较重的负载，选用平键和楔形键无法达到预期效果，故采用矩形键槽与大尺寸链轮进行配合。由于矩形花键具有多个键齿，因此具备更强的承受力；另外，由于其键槽较浅，可以减少应力集中的情况，相对减轻对轴材的削弱，并且提供良好的中性定位及导向功能。依照连接构造的特征、应用需求和操作环境，选择了一种尺寸为10×112×125×18的矩形轮廓的花键进行固定连接。该连接的主导故障模式是工作平面压垮，因此需基于工作面的压缩强度对其进行强度验算。（3-8）式中：—载荷分布不均系数，与齿数多少有关，一般取；Z—花键齿数，Z=10；—齿的工作长度，取71mm；h—花键齿侧面的工作高度，对矩形花键而言，，此处D为外花键的大径，d为内花键的小径，c为倒角尺寸，单位均为mm。因此，；—花键的平均直径，对矩形花键而言，；T—传递的力矩，；—许用挤压应力，查《机械原理及机械设计》表15-15可知许用挤压，应力。代入数据得：因为，故强度满足要求。2）铣刨机的轮鼓与主轴之间通过弯头楔形键的方式紧密结合。楔形键在上下表面承担工作负荷，它们跟轮毂内槽的底部都处理成1:100的倾角。在装置过程中，将楔形键用锤敲打进槽位里，这样能确保主轴与轮鼓间形成一定的径向紧固力，运转时则依赖这些接触面的磨擦力传递转动扭矩和单项轴向力。虽然楔键的定位精准度并不理想，但考虑到铣刨鼓与轴之间不需要极其精确的定位，同时运行速度不是很快，所以选用楔键作为静止连接是恰当的选择。所采用的楔键尺寸为宽度乘高度等于28乘以16毫米。最后，还需核算轮毂的抗挤压能力是否足够。（3-9）式中：T—传递的转矩，T=3820Nm；d—轴的直径，d=102mm；b—键的宽度，b=28mm；l—键的工作长度，l=170mm；f—摩擦系数，一般取f=0.12-0.17，此处取f=0.15；—许用挤压应力，已知铣刨鼓材料为Q235钢，查《机械原理及机械设计》表15-15得，=Mpa。代入数据得：故钩头楔键的强度满足要求。2.3.5轴承的选取及寿命计算1）采纳深沟球轴承的决定出于其具备承载径向负荷的能力，并且也适用于轻微的轴向负荷。在具有最低等效摩擦系数并且工作于高速的情形下，该轴承能够替代推力轴承以承担纯轴向的负荷。轴承内径与轴颈配合选用H7/k6基孔制配合公差。2）依据前文的运算结果，我们得知这两个轴承承受的径向力R相同，数值为31320牛顿（详见随后的链条传动设计部分）。参考《轴承手册》的建议，初步选择6022型号的深沟球轴承，其内径D为170毫米，宽度B为2mm，，.由于铣刨轮工作受到较大的冲击，故载荷系数取，在常温中工作，即温度系数取。此时轴承的当量动载荷为：。轴承的寿命（h）：（3-10）式中：n－转速，r/min，这里n=100r/min；－轴承指数，对于球轴承=3。代入数据得：2.3.6轴的校核采用45号钢作为轴的原材料，因其具备较强的强度、良好的韧性和加工性。鉴于该轴主要承担扭力作用，故需依照扭转强度进行设计计算。首要对轴的最小直径部分进行检验，该部位直径为102毫米。（3-11）式中：－扭转切应力，Mpa；T－轴所受的扭矩，Nm；－抗扭截面系数；n－轴的转速，r/min；p－轴传递的功率，kw；d－计算截面处轴的直径，mm；－参照《机械设计基础》一书中第15页的表格3，可以查询到该材质允许的抗扭切力值。。代入数据得：,故满足强度要求。其它轴径较大也必然满足强度要求。2.3.7滚动轴承的润滑与密封缓腐蚀的效用。依据轴承的dn指标，来决定是选用油类还是脂类作为润滑物质。针对该轴承的dn值，宜选择脂类进行润化。参照《机械设计手册》第二册的表7-2-40（选择适当润滑脂的表格），得知此时应选用4号锂基润滑脂，并将轴承内部填满至三分之二。旋转支承要通过密闭阻挠尘土和湿气侵入，并且避免内部润滑脂溢出。密封手段可以分为两种：揭盖式和隔绝式。考虑到使用的是油脂润滑并且操作环境相对洁净，根据《机械设计手册》的指引，这一部位选定了揭盖式密封方案。3.4驱动电机的选择根据上文可知传需求功率p=40kw，大链轮转速。初选传动比。参照《机械设计手册》第五版所示12-2-7表，计算得出k值为11.17，但此值过大，导致链条磨损增加；由此造成链传动作用下圆周力提高，进而促进链条与链轮的破损。通常依据传动比决定的标准来自《机械原理及机械设计》中的12-2表。考虑到链条的运行速度为v=2-3m/s时，应当选择的小链轮齿数为适中值；大链轮齿数；小链轮的转速。根据《机械设计基础》第12章第3表所示，驱动装置采用的是电动机，而被驱动的设备是铣床和刨床，归类于高冲击负载，因此选用了工作状况系数K值为1.8。据此，估算所需功率的结果如下：。故选择电机的型号为YD280S-4/260/72KW，是一款双速电机，其额定功率为72KW，额定电压为380V，额定转速为1420/2860(rpm)。第四章铣刨轮传动系统设计 4.1铣刨轮传动系统概述 铣刨轮传动系统是公路铣刨机中至关重要的组成部分，它负责将动力从发动机传递到铣刨轮（刀盘），确保其能够以适当的转速和扭矩工作。通常使用柴油发动机作为动力源，提供足够的功率来驱动铣刨轮和其他辅助系统。在一些特定型号或应用场合，也可能采用电动马达作为动力来源。用于连接或断开发动机与传动系统的联系，允许操作员控制何时传递动力到铣刨轮。通过改变齿轮比或调整液压流量，可以实现铣刨轮不同转速的需求，以适应不同的作业条件。铣刨轮传动系统的设计和性能直接关系到铣刨机的整体效率和可靠性。一个设计良好的传动系统不仅需要满足强大的动力需求，还要具备灵活性、易维护性和安全性。如果您有关于特定类型传动系统或具体组件的问题，请随时提问。4.2传动链的设计计算 1）设计滚子链传动的原始数据传动功率p=40kw，大链轮转速。初选传动比。由《机械设计手册》第五版中表12-2-7得：k=11.17，代入太大，使链条的磨损加剧；链传动的圆周力增大，从而加速了链条和链轮的损坏。一般根据传动比按《机械原理及机械设计》表12-2选定。假定链条速度v=2-3m/s，选取小链轮的齿数；大链轮齿数；小链轮的转速。2）确定计算功率由《机械原理及机械设计》表12-3，原动机为内燃机，工作机位铣刨机，因而在和属于严重冲击类，故取工况系数K=1.8。因此，计算功率为：。3）特定条件下单排链条传递的功率（4-1）式中：—功率曲线的对应特定条件下的功率，kw；—小链轮齿数时的修正系数；查《机械设计手册》第五版中表12-2-4、表12-2-5得当Z=21时，。代入上式有：4）链条节距P鉴于传递的动力较为强劲且载荷波动较大，首选考虑使用双排链条。假若使用单排链条，存在由于链条的节距宽导致链速过快的问题。因而，参照《机械设计手册》第五版中的图13-2-2与表13-1，可以确定选用的链条型号（经过估算后验证为准确）是24B型滚子链，并得出链节的距离。5）验算小链轮轴孔直径：。由表12-2-6得：。6）初选中心距一般，此处取。尽管目前节距p的确切值尚未确定，本处仅需阐述中心距与链节距倍数之间的比例关系。则。7）以节距计的初定中心距节（4-2）8）确定链节数链节数的计算公式是：（4-3）

由《机械设计手册》第五版中表12-2-7得：k=11.17代入得：，将数值调整至偶数，以免需求适配链条，如不然，其最高承载力需下降五分之一，故。9）链条长度（4-4）10）计算中心距（4-5）计算：。由《机械设计手册》第五版中表12-2-8，在时，，代入得，。11）实际中心距为了保证链条松边有一合适的安装垂度，实际中心距a应较理论中心距小一些，即，，对于中心距可调整的链传动，可取大值，此处取，即。因此，。圆整取中心距a=1142mm。12）确定链速及润滑方式（4-6）速度未超12-15米每秒，视为中等速率链条驱动，无须考核静态拉伸力度。参阅《机械原理与机械设计》中的图12-13，应用压力型润滑方式。13）有效圆周力（4-7）14)作用在轴上的力4.3链传动的校核 4.3.1滚子链的静强度校核在缓速且承受重负荷的链条驱动环境下，链条的静态强度扮演着决定性的角色。如果继续基于设计额定负荷的图表来进行力学计算，往往不够经济，由于这种曲线中的工况点对应的允许使用安全系数通常在8至20之间，远远超出了静态强度的要求。在计算链条的疲劳耐久性和抗磨损能力时，如果需要的寿命较短，而且传递的动力超过正常值，同样需要对链条进行静态强度的评估。静强度的计算公式：（4-8）式中：n—静强度安全系数；Q—链条极限拉伸载荷（抗拉载荷）N，由《机械设计手册》第五版中表12-2-1得Q=280KN；—有效圆周力，N，；—离心力引起的力，N；式中q为链条质量，kg/m，由《机械设计手册》第五版中表12-2-9得q=5.60kg/m；为链条速度，m/s，=2.667m/s。故离心力引起的力。—悬垂力，N，在和二者中取最大值：（4-9）（4-10）式中：—系数，由《机械设计手册》第五版中图12-2-3得=3；链传动中心距，mm,—两轮中心连线对水平面倾角；=40°。代入数据得：故==232.964N。—许用安全系数，。代入数据得：此时，。故链传动静强度满足要求。4.3.2滚子链的耐疲劳工作能力计算若是链条传送的功率高出规定的上限，并且其预期使用年限不足15000小时，在此条件下计算它的疲劳寿命可以采用以下近似方法:：依据链板的疲劳承受能力规定的标称动力，与基于滚子套筒的冲击疲劳能力设定的标准动力，P代表所需输送的功率，在保障链条无粘结的条件下，对既定链传动系统的疲劳寿命进行以下计算：（4-11）(4-12)式中：—小链轮齿数；—小链轮转速，r/min；p—链条节距，mm。代入数据得：又因为,故链传动的疲劳寿命计算公式为：（4-13）式中：T—使用寿命，h；—多排链排数系数，查《机械设计手册》第五版中表12-2-5得=1.7；—工况系数，=1.8；—链长，以节数表示。代入数据得：4.3.3滚子链的耐磨损工作能力计算在作业环境要求链条的拉伸增长率（即比伸长率）须明显低于百分之三，或者润滑状况不达标准而出现恶化的情形下，可以根据以下方程来估算滚子链的使用年限:：（4-14）式中：T—磨损使用寿命，h；LP—链长，以节数表示；—链速，；z1—小链轮齿数；传动比；—许用磨损伸长率，按具体条件确定，一般取3%；d2—滚子链销轴直径，查《机械设计手册》第五版中表12-2-1得：d2=14.63mm；c1—磨损系数，由《机械设计手册》第五版中图12-2-4得c1=6.0；c2—节距系数，查《机械设计手册》第五版中表12-2-10得c2=1.19；c3—齿数-速度系数，由《机械设计手册》第五版中图12-2-5得c3=1.00；pr—铰链的压强，Mpa。铰链的压强pr按下式计算：(4-15)式中：KA—工况系数，查《机械设计手册》第五版中表12-2-3得；Ft—有效拉力（即有效圆周力），N；FC—离心力引起的拉力，N；—悬垂力；A—铰链承压面积，mm2，；b2—套筒长度（即内链节外宽），mm。代入数据得：此时，综上，滚子链的耐磨工作时间为3306.6h。4.3.4滚子链的抗胶合工作能力计算由销轴与套筒间的胶合限定的滚子链的工作能力（通常计算小链轮的极限转速）可由下式确定。（4-16）式中：—小链轮不发生胶合的极限转速，r/min；P—节距，mm,由前面计算得：p=38.1；z1—小链轮齿数；Ft—单排链的有效圆周力，N,由前面计算得：Ft=14998N。代入数据可解得：=904r/min即，小链轮不发生胶合的极限速度为904r/min。4.4链传动的布置，张紧及润滑 4.4.1链传动的布置在设置链条驱动系统时，必须确保传动轴线对称，两个链轮处在相同的水平面上，并且使得松弛侧位于下方。尽可能地实施水平或接近水平的安排，以规避链轮纵向排列的情形。具体参照《机械原理及机械设计》表12-7。4.4.2链传动的张紧与从动链轮相比，紧固链条旨在防止因边缘下垂过度所引起的啮合异常、震动以及链条脱落。若中轴间距可以微调，就能透过调整该间距来规范链条的紧绷度。若无法调整中轴间距，则可以安装一个张紧装置，或是在链条由于磨损而延长时，移除一至两节链环以复原其初始长度。在两轴线连结呈现超过60°倾斜角度的操作状态下，不需特别设置张紧机构，因为链条的上侧将自然紧绷，下侧则松弛，依靠链条本身的重量即可满足张紧的需要。4.4.3链传动的润滑链条驱动系统的润化关键性不可小觑，尤其对于高速度和重负荷的链条驱动来说更显得至关重要。合适的润化作用能有效减缓撞击力度，降低磨擦程度，并能增加链条的使用年限。查《机械设计手册》P13-124得，本装置采用油浴润滑，链条侵入油面6～12mm。根据具体的野外作业情况推荐使用牌号为：查表12-2-34得：SC30全损耗系统用油，每半年左右更换一次。4.5链轮尺寸 由前面选得链号为24B双排滚子链，则：。4.5.1小链轮齿数Z:21分度圆直径d：齿顶圆直径：=255.6+1.25×38.1-25.4=277.8选择=270mm。分度圆弦齿高：取。齿根圆直径：齿侧凸缘直径：即：取。小链轮在运作时与链条的接触频繁而且承受较为剧烈的撞击，因此其所用材料须确保齿轮部分具备较高的抗磨损性能及结实度。考虑到小链轮较大链轮承受更多的啮合频率，其生产材料应更上一层楼。目标是使链轮能够驾驭重型工作负荷并传递显著的动力，于是选取了20Cr通过碳渗、回火和淬火等多种热处理工艺提升材质硬度，最终达到55至60HRC的理想硬度水平。列成表格如下：表4-1小链轮参数齿数z21分度圆直径255.6齿顶圆直径270分度圆弦齿高10齿根圆直径230.2齿侧凸缘直径2104.5.2大链轮齿数:42分度圆直径d:齿顶圆直径：取=530mm。分度圆弦齿高：取：=10mm。齿根圆直径：齿侧凸缘直径：即：。取：。列成表格如下：表4-2大链轮参数齿数42分度圆直径509.8齿顶圆直径530分度圆弦齿高10齿根圆直径484.4齿侧凸缘直径470大链轮的材料选用35号钢，正火处理，使齿面硬度为160～200HBS第五章其他零部件的选择及建模 5.1减速器的选择 参照之前的内容，明确了电机规定的运转速度是1420转/每分钟，较小的齿轮转动速度为每分钟200转。为了更好地配合铣刨机的总体设计，选择使用行星齿轮减速器来降低转速。在NGW型行星齿轮的工作机制中，电动机启动高速轴工作，驱使太阳轮进行旋转，进而推动行星齿轮运动。内齿圈保持静止状态下，行星架则承担输出动作，行星齿轮便在行星架的带动下完成自身的自转和围绕太阳轮的公转。这种机构可以通过相同的元件配置形成二级、三级甚至更多级的传动层级。NGW系列的行星齿轮构造主要由太阳轮、行星齿轮、内齿圈以及行星架四部分组合而成，根据其基础零件的种类也可称之为ZK-H型行星齿轮传动系统。设定减速器传动比i=6,故属于1级NGW型行星传动系统(如图5-1)。图5-1行星轮系简图5.2联轴器的选择减速箱动力输出轴与小链轮轴的联接需用联轴器。联接在联轴器上的两轴，受到生产和安装的偏差、负荷变形以及温度变化的作用，通常无法实现精确对齐，因此它们之间不可避免地会有一定的相对移动。所以选用相对位移有补偿的挠性联轴器。在工作中由于存在着强烈振动。需进一步的选用弹性元件的挠性联轴器联轴器具备的缓冲作用与其内部弹性部件所积累的能量成正比，能积累的能量愈大，其缓冲作用愈显著。而联轴器的阻尼性能与弹性零件在弹性形变过程中产生的内部摩擦耗散的能量有直接关系，该摩擦能量越多，其阻尼减震作用越有效。所以，最后采用的是具备弹性的柱销式联轴器，该联轴器在运行过程中是依赖半联轴器和柱销将动力传递至从动轴。为预防柱销滑脱，挡板被用螺丝锁紧于联轴器的外侧。这种联轴器具有较高的扭矩传输能力，其设计较为精简、便于装配和制作、耐用性强，而且尚具备适度的缓冲吸震作用，容许连接的两轴存在一定的轴向和角度偏移。然而，鉴于尼龙柱销对温度较为敏感，因此使用温度被限定在零下20摄氏度至70摄氏度之间。第六章整体的三维建模6.1软件介绍 SolidWorks是一款广泛应用于机械设计、产品开发和工程分析的三维计算机辅助设计（CAD）软件，由达索系统（DassaultSystèmes）公司下的SolidWorksCorporation开发。它提供了强大的建模工具，使工程师和设计师能够快速创建复杂的三维模型，并支持从概念设计到最终制造的整个流程。。SolidWorks于1993年成立，最初由来自PTC公司的技术副总裁及来自CV公司的副总裁共同发起，公司的总部设在马萨诸塞州的康克尔郡，创办之初的目标是希望为每位工程师的工作台提供一套高效的实体模型设计工具。自1995年首次发布SolidWorks三维机械设计平台以来，到2010年已经在全球140个国家通过300家代理商推出此产品，设有多个办事处。1997年，Solidworks被达索系统公司（DassaultSystemes）收购，随即成为其在中端市场的主要品牌。6.2铣刨装置的建模铣刨装置作为本次设计的主要执行机构，需要满足强度的要求，整体采用环形装置，在外轮上焊接钉齿用于对地面的啃咬，具体结构如图6-1所示：图6-1铣刨装置6.3链轮的建模链轮为动力传输的主要机构，本次设计采用双组链轮用以传动，保证设备的强度满足要求，结构如图6-2所示：图6-2大链轮6.4扶手的建模扶手机构主要作为辅助机构，出现故障或意外情况可采用扶手进行控制，建模如图6-3所示：图6-3扶手6.5整体的模型装配本次设计的是小型公路铣刨机，采用自走式的结构，涉及所需的刀具及铣刨轮的构思与组装；对铣刨轮轴的构造进行规划，并且选取相配套的键、轴承，并对它们进行设计验证与润滑密封的处理；铣刨轮驱动机构的制定，包含对滚子链的筛选、链轮的设计，并对这些部件进行检验和润滑；其它各个组件如降速机、联轴器的选择等项目，此外它还是刀具及刀座的安装基础。刀具座用于安装刀具，刀具则直接与铺面接触，实施铣刨功能，具体的三维建模如下所示：图6-4铣刨机建模第七章结论与展望6.1结论该机器适用于公路铣刨，有一定的推广应用价值。得出如下结论：