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1、全日制普通本科生毕业论文180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，说明书已删除大部分，完整版说明书，CAD图纸等，联系153893706学生姓名： 学 号：年级专业及班级：2008级机械制造及其自动化（5）指导老师及职称：学 部：理工学部提交日期：2012年5月目 录摘要1关键词11 前言 2第一章 绪论21.1 液压挖掘机在现代化建设中的作用21.2 液压挖掘机的工作特点和基本类型31.2.1 液压挖掘机的主要优缺点31
2、.4 课题设计的目的和意义41.5 本设计所要完成的主要任务4第二章 减速器的方案设计52.1 减速器的功用及分类52.2 减速器方案的选择及传动方案的确定 62.2.1 减速器方案的选择72.2.2 行星减速器传动方案的选定82.2.3 减速器传动比的分配82.2.4 传动比公式推导82.3 行星减速器齿轮配齿与计算92.3.1 行星排齿轮的配齿92.3.2 行星齿轮模数计算与确定102.4 啮合参数计算112.5 变位系数选取122.6 各行星齿轮几何尺寸计算132.6.1 第排行星齿轮的几何尺寸132.6.2 第排行星轮的几何尺寸162.7 各行星齿轮强度校核192.7.1 太阳轮和行星
3、轮接触疲劳强度校核192.7.2 太阳轮和行星轮弯曲疲劳强度校核212.7.3 内齿轮材料选择22第三章 减速器结构的设计233.1 齿轮轴的设计计算233.2 传递连接243.3 轴承选用与校核与其他附件说明243.3.1 轴承选用与校核243.3.2 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2821180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
4、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AbstractAbstract: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 desi
5、gn 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 opt
6、imization 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
7、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。
8、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
9、容量为1.0 的液压挖掘机挖掘级土壤时。每班生产率大约相当于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 ex
10、cavator 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
11、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
12、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
13、代工程机器中应用很广。2.1 减速器的功用及分类此处已删除 （a）轴固定行星减速器 （b）齿圈固定行星减速器图2.5 行星减速器Figure 2.5 a planetary reducer2.2.3 减速器传动比的分配 由于单级齿轮减速器的传动比最大不超过10，当总传动比要求超过此值时，应采用二级或多级减速器。此时就应考虑各级传动比的合理分配问题，否则将影响到减速器外形尺寸的大小、承载能力能否充分发挥等。根据使用要求的不同，可按下列原则分配传动比： (1)使各级传动的承载能力接近于相等； (2)使减速器的外廓尺寸和质量最小； (3)使传动具有最小的转动惯量； (4)使各级传动中大齿轮的浸油深度
14、大致相等。2.2.4 传动比公式推导对于a图的传动公式推导如下：运动学方程为： （2.1） （2.2）式中：为对应的太阳轮转速；为对应的齿轮圈转速；为对应的行星架转速。为特性参数，为对应的齿圈与太阳轮齿数之比（下同）连接方程为：0将连接方程代入运动方程，解得传动比i为： （2.3）其中负号表示，太阳轮输入与齿圈的输出转向方向相反。2.3 行星减速器齿轮配齿与计算2.3.1 行星排齿轮的配齿行星排的正确啮合和传动，应满足四个配齿条件，即是传动比条件、同心条件、装配条件以及相邻条件。根据已知的传动比范围=3344，由表14-5-取行星轮数目C=3，查表3-配齿，可得如下可行传动比方案： =38.9
15、98 =38.64 =33.982 =41.625 =43.62 =38.64 该设计的传动比选择方案，配齿结果如下表2.1所示： 表2.1 双行星排各齿轮齿数 Table 2.1 dual planetary row number the gears排数太阳轮A齿数行星轮C齿数齿圈B齿数行星轮数目第行星排1233783第行星排18307832.3.2 行星齿轮模数计算与确定按照接触强度初步计算A-C传动的中心距和模数，根据第三章的参数每条履带的牵引力为7.2吨，则驱动轮的扭矩,为： = （2.4） =7.29.8331 23355.36式中：为单条履带的行走牵引力（吨）； 为驱动轮节圆半径（
16、mm）。则太阳轮的输入转矩为： = （2.5） = 665.43式中： 为太阳轮的输入转矩； i 为总传动比； 为传动系统的效率（取0.850.9）。 齿数比u2.75，查表14-5-选取太阳轮和行星轮的材料为20CrMnTi，渗碳淬火处理，齿面硬度分别为6062HRC和5658HRC，查表14-1-得=1500和=340，太阳轮和行星轮的加工精度为6级。内齿轮采用42CrMo，调质硬度207269HB，查表14-1-得=780和=260，内齿轮的加工精度为7级。根据公式得许用接触应力：= (2.6) = 1363.64 根据表14-1-选取齿宽系数=0.6，载荷系数K由文献资料7推荐值K=1
17、.22，取K=1.5，查表14-1-取系数值为483，则初步中心距为： = (2.7) = 124.57 mm下面由中心距初步估算模数m得： m = (2.8) = 5.5查表14-1-取模数标准系列值：m =5（m的含义下同）。2.4 啮合参数计算第行星排的中心距。太阳轮和行星轮： = （2.9） = = 112.5 mm 行星轮 和内齿轮： = （2.10） = =112.5 mm因为=，所以，此行星排不需要角度变位。第行星排的中心距。太阳轮和行星轮： = （2.11） = = 120 mm 行星轮 和内齿轮： = （2.12） = =120 mm因为=，所以，此行星排不需要角度变位。据以
18、上条件知，=120）。根据齿数总和=+=12+33=45,齿数比u=2.75，查图13-1-，取=0.42，所以=0.42。其中行星轮和内齿圈为负变位，太阳轮为正变位，下面将各齿轮的变位系数列于表2.2 表2.2 各齿轮变位系数Table 4.2 each gear shift coefficient齿轮太阳轮A行星轮C内齿圈B变位系数0.42-0.42-0.422.6 各行星齿轮几何尺寸计算2.6.1 第排行星齿轮的几何尺寸（1）太阳轮几何尺寸为了直观方便，现将太阳轮各尺寸计算列于下表2.3。为了表述简洁，以下几个齿轮的几何尺寸计算表中与前面重复出现的参数将不再赘述其意义。表2.3 第排行星
19、排太阳轮几何尺寸Table 2.3 the first row planets round the sun row geometry size项目代号直齿轮（外啮合）计算公式及说明计算结果/mm分度圆直径60齿顶高式中：为齿顶高系数，取标准值=17.1齿根高式中：为齿顶隙系数，取标准值=0.254.15齿全高11.25齿顶圆直径74.2齿根圆直径51.7节圆直径式中：表示第排中行星轮齿数，中心距60基圆直径式中：为分度圆压力角，取标准值56.38齿顶圆压力角表2.3（续）项目代号直齿轮（外啮合）计算公式及说明计算结果/mm重合度对于直齿轮纵向重合度=0，总重合度式中：为行星轮的齿顶圆压力角，见
20、表4.4计算1.46（2）行星轮几何尺寸 表2.4为行星轮的几何尺寸设计表2.4 第排行星轮几何尺寸Table 2.4 the first row of the planet round geometry size项目代号直齿轮（按照外啮合）计算公式及说明计算结果/mm分度圆直径165齿顶高式中：为齿顶高系数，取标准值=12.9齿根高式中：为齿顶隙系数，取标准值=0.258.35齿全高11.25齿顶圆直径170.8齿根圆直径148.3节圆直径165表2.4（续）项目代号直齿轮（按照外啮合）计算公式及说明计算结果/mm基圆直径式中：为分度圆压力角，取标准值155齿顶圆压力角重合度=1.46（3）
21、内齿圈几何尺寸计算 表2.5为内齿圈的几何尺寸计算过程：表2.5 第行星排内齿圈几何尺寸Table 2.5 the first planet gear geometry size within the circle line项目代号直齿轮（内啮合）计算公式及说明计算结果/mm分度圆直径390齿顶高式中：为齿顶高系数，取标准值=1是为了避免过渡曲线干涉而将齿顶高系数的量。此处=0.195。6.12齿根高4.15齿全高10.27齿顶圆直径377.76齿根圆直径398.3表2.5（续）项目代号直齿轮（内啮合）计算公式及说明计算结果/mm节圆直径390基圆直径式中：为分度圆压力角，取标准值366.48
22、齿顶圆压力角重合度对于直齿轮纵向重合度=0，总重合度式中：为行星轮的齿顶圆压力角，见表2.4计算2.022.6.2 第排行星轮的几何尺寸第排行星齿轮的模数，变位系数等都与第行星排的相同。下面将其计算过程列于表2.6和表2.7中。此处已删除式中：为当量动载荷； 为温度系数，取=1； 为计算指数，对于滚子轴承=； 为轴承的转速； 为轴承预期使用寿命。下面对这些参数进行计算选取：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： （3.4）式中根据齿轮啮合传动时径向力进行计算： （3.5）式中：为啮合角，经第四章计算知=。由
23、前章（3.16）式知圆周力=7156.32，所以=2604.69，轴向力=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 =1.52604.69=3907.035。 轴承的转速近似取行星轮的转速 = （3.6） = =568.52r/min 按照前章4.7.1，=103658=29200,将得到的已知参数带入（3.3）式： 31.00KN，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
24、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
25、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
26、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，19852王建.工程机械构造M.北京：中国铁道出版社，19963唐经世.工程机械M.北京：中国铁道出版社，19964饶振纲.行星齿轮传动设
27、计M.北京：化学工业出版社，20035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，20076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，2002.10-14114-4278濮良贵，纪明刚.机械设计M.北京：高等教育出版社，20009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，200211杨瑞成，丁旭，等.机械工程材料M.重庆：重庆大学出版社，200412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
28、挥间，大学四年已经接近了尾声。四年的艰苦跋涉，两个月的精心准备，毕业设计终于到了划句号的时候，心头照例该如释重负，但设计过程中常常出现的辗转反侧和力不从心之感却挥之不去。毕业设计的过程并不轻松：各种压力的时时袭扰，知识积累的尚欠火候，致使我一次次埋头于图书馆中，一次次在深夜奋力敲打键盘。第一次花费如此长的时间和如此多的精力，完成一套设计，其中的艰辛与困难难以诉说，但曲终幕落后留下的滋味，是值得我一生慢慢品尝的。在这里需要的感谢的人很多，是他们让我这大学四年从知识到人格上有了一个全新的改变。感谢我的指导老师，够顺利完成毕业设计，离不开他的悉心指导，他对我的设计从确定题目、修改直到完成，给予了我许
29、多的指点和帮助。感谢他在繁忙的工作之余，挤出时间对设计提出精辟的修改意见。在此，向老师致以最诚挚的谢意。我也要感谢大学所有教育过我的老师！你们传授给我的专业知识是我不断成长的源泉，也是完成本设计的基础。最后，我明白，正是在大学那温润宽厚的胸怀上，我成长起来的，我心我思永系长大。再次对所有关心、帮助我的人说一声“谢谢”。附 录设计图纸及代号图名图号图幅底盘01-00-00A0行星减速器01-01-00A1张紧装置01-02-00A1驱动轮01-03-00A2太阳轮101-01-01A3太阳轮201-01-02A3行星架101-01-03A2齿圈01-01-04A2行星齿轮201-01-05A3行星架201-01-06A2齿圈支架01-01-07A3端盖01-01-08A2壳体01-01-09A2弹簧01-02-01A3导向轮01-02-02A2