《挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)（55頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、斗容 1m3挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2015年6月摘要近年來，我國的基建工程有日益增多的趨勢， 國家也要大力發(fā)展基建工程來拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長，而挖掘機(jī)作為土方施工必不可少的機(jī)械設(shè)備， 將在我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面發(fā)揮舉足輕重的作用。挖掘機(jī)在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，其回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)要承受軸向載荷，徑向載荷，和傾覆力矩，對其剛度，強(qiáng)度與穩(wěn)定性就有一定的要求。 所以，挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)系統(tǒng)對保持挖掘機(jī)整體的穩(wěn)定性方面有重要作用， 對挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的研究有助于國家發(fā)展各種不同類型的挖掘機(jī)。針對斗容 1m3 挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)系統(tǒng)，我進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)方案分析，回轉(zhuǎn)支承選型設(shè)計(jì)，回轉(zhuǎn)速度控制及制動(dòng)方案與制動(dòng)器設(shè)計(jì)， 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)各部件的受力校核及選型，還采用

2、了有限元方法來進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。國內(nèi)的挖掘機(jī)廠商對國內(nèi)市場的把握還不夠大， 對挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的不斷優(yōu)化對國內(nèi)廠商制造更大更多類型的挖掘機(jī)有重要的意義。關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)備；挖掘機(jī)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；有限元第一章緒論1.1 液壓挖掘機(jī)及其回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)介紹液壓挖掘機(jī)是一種多功能周期作業(yè)的土方機(jī)械,廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸， 水利工程，礦山采掘和電力工程等機(jī)械施工中。它的工作過程先是以鏟斗的切割刃切削土壤，裝滿后再提升、 回轉(zhuǎn)至卸土位置， 把土卸空后鏟斗再回原來位置開始下一次作業(yè)，如此循環(huán)。所以挖掘機(jī)對于對于減輕工人繁重的體力勞動(dòng)，加快施工進(jìn)度，提高施工機(jī)械化水平，促進(jìn)各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，都起著很大的作用。一臺斗容 1m

3、3 挖掘機(jī)每班的生產(chǎn)率基本上等于 300-400 個(gè)工人一天的工作量。 所以很有必要大力發(fā)展液壓挖掘機(jī)， 提高其工作性能， 讓其更好地提高生產(chǎn)率， 為國民建設(shè)與國民經(jīng)濟(jì)服務(wù)。挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)系統(tǒng)由回轉(zhuǎn)支承、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)臺和液壓回轉(zhuǎn)系統(tǒng)等組成?；剞D(zhuǎn)支承的內(nèi)外座圈間設(shè)有滾動(dòng)體， 其底座跟帶齒的內(nèi)座之間用螺栓連接， 外座圈跟轉(zhuǎn)臺用螺栓連接。挖掘機(jī)工作裝置上的各種載荷與力矩經(jīng)過回轉(zhuǎn)支承傳給底架?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的小齒輪既能繞自身自轉(zhuǎn)又能繞轉(zhuǎn)臺中心公轉(zhuǎn)， 帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺繞底架回轉(zhuǎn)，相當(dāng)于行星機(jī)構(gòu)。1.2 國內(nèi)外發(fā)展概況工國外發(fā)達(dá)國家在挖掘機(jī)技術(shù)上一直處于領(lǐng)先優(yōu)勢，他們從20 世紀(jì) 80 年代就開始生產(chǎn)特大型挖掘機(jī)，例如，

4、美國生產(chǎn)的斗容132m3的步行式拉鏟挖掘機(jī)，斗容 50-150m3剝離用挖掘機(jī)； B-E（布比賽路斯 -伊利）公司生產(chǎn)的斗容量107m3的剝離用挖掘機(jī)， 斗容量 168.2m3的步行式拉鏟挖掘機(jī)等。 從 20 世紀(jì)后期開始，國際上挖掘機(jī)的生產(chǎn)向微型化、 多功能化、大型化、專用化和自動(dòng)化的方向發(fā)展。國內(nèi)的挖掘機(jī)生產(chǎn)商雖然要有很強(qiáng)的創(chuàng)新意識，并且要針對市場與用戶的各種要求來開發(fā)出新一代挖掘機(jī)的變型產(chǎn)品（如高原型車、焊接車等），爭取步入大型挖掘機(jī)市場，不能只依靠國外進(jìn)口，把握市場方向。同時(shí)，國內(nèi)的廠商要提高用戶服務(wù)，樹立良好的品牌形象，力求企業(yè)與用戶實(shí)現(xiàn)雙贏局面。只有這樣，國內(nèi)廠商才可能慢慢把失去的

5、市場份額奪過來。1.3 本設(shè)計(jì)的目的和意義目前我國及發(fā)展中國家的基礎(chǔ)工程建設(shè)相當(dāng)多， 挖掘機(jī)的產(chǎn)銷量很大。 作為工程機(jī)械應(yīng)用專業(yè)的學(xué)生， 通過此設(shè)計(jì)，可以很全面地掌握挖掘機(jī)的構(gòu)造和作業(yè)環(huán)境及要求；掌握產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路與方法； 鍛煉其綜合運(yùn)用機(jī)械類基礎(chǔ)知識解決實(shí)際問題的能力和提高對計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用水平；本設(shè)計(jì)要求完成上臺車回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。研究內(nèi)容包括，驅(qū)動(dòng)方案分析確定，傳動(dòng)設(shè)計(jì)，回轉(zhuǎn)支承選型設(shè)計(jì)，回轉(zhuǎn)速度控制及制動(dòng)方案與制動(dòng)器設(shè)計(jì)。1.3 研究的基本思路與采用的方法通過查閱相關(guān)資料進(jìn)行回轉(zhuǎn)馬達(dá)與回轉(zhuǎn)支承的選型，計(jì)算嚙合齒輪參數(shù)，計(jì)算液壓系統(tǒng)參數(shù)。結(jié)合三維建模及分析修改設(shè)計(jì)方案及結(jié)構(gòu)參數(shù)；

6、標(biāo)準(zhǔn)件或選用總成要完成選型匹配計(jì)算，寫出具體的型號。生成二維設(shè)計(jì)圖，按標(biāo)準(zhǔn)要求完成標(biāo)注、打印出二維設(shè)計(jì)圖；第二章 方案設(shè)計(jì)2.1 回轉(zhuǎn)方案選擇1）高速方案：采用高速液壓馬達(dá)，經(jīng)過齒輪減速箱來帶動(dòng)小齒輪繞齒圈滾動(dòng)，從而使平臺回轉(zhuǎn)?？梢允褂?4 種回轉(zhuǎn)方案：1 一級正齒輪和一級行星齒輪傳動(dòng)2 兩級行星齒輪傳動(dòng)3 兩級正齒輪傳動(dòng)4 一級正齒輪和兩級行星齒輪傳動(dòng)在高速軸上裝了機(jī)械制動(dòng)器，我國目前對一級行星齒輪傳動(dòng)和一級正齒輪和兩級行星齒輪傳動(dòng)進(jìn)行了系列化和專業(yè)化生產(chǎn)。方案優(yōu)點(diǎn)：馬達(dá)采用了高速馬達(dá)，又加了齒輪減速機(jī)構(gòu)，可靠性效率都比較高，同時(shí)又能降低成本縮小體積。設(shè)置了機(jī)械制動(dòng)器，不需要背壓補(bǔ)油，降低了

7、油液發(fā)熱與功率損失，可與軸向柱塞泵零件通用。2）低速方案：這種馬達(dá)轉(zhuǎn)速比較低，但扭矩比較大，帶動(dòng)小齒輪并讓轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)的時(shí)候，中間不用加減速器。這種方案采用的液壓馬達(dá)通常為靜力平衡式，內(nèi)曲線式和星型柱塞式等。 不用經(jīng)過減速器驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)多是內(nèi)曲線式的，而且這種馬達(dá)轉(zhuǎn)速低，扭矩大。方案優(yōu)點(diǎn)：這種馬達(dá)傳動(dòng)比較簡單，起動(dòng)的時(shí)候制動(dòng)性能也比較好，零件比較少，可靠性比較好，對油污的敏感性也比較小。為了經(jīng)濟(jì)性、可靠性和效率，選用了方案2。2.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)齒輪嚙合方案的確定內(nèi)齒式齒輪嚙合結(jié)構(gòu)緊湊能節(jié)省尺寸，受外部環(huán)境影響小。而外齒式齒輪嚙合傳動(dòng)受外部環(huán)境影響比較大，比較浪費(fèi)橫向尺寸。 所以選用內(nèi)齒式齒輪嚙合傳

8、動(dòng)。2.3 回轉(zhuǎn)軸承選型（ 1）單排滾球式滾道端面中心 d 偏滾珠中心而且滾道是圓弧形曲面的，滾道半徑R=0.52d，滾珠與滾道接觸角 (水平線與作用力的夾角 )一般 45，所以可以傳各種方向的軸向、徑向載荷與傾覆力矩。（ 2）雙排滾球式它的滾珠分了 2 排，下排比上排收到的載荷小，所以下排滾珠比較小。接觸角 (水平線與作用力的夾角 )=90，所以能承受很大的軸向載荷與傾覆力矩。（ 3）交叉滾柱式滾動(dòng)體做成了圓錐或圓柱形，接觸角常為45，相鄰滾珠軸線交叉排列，滾道做成平面的，可以傳遞各種方向的載荷與力矩。（ 4）組合滾子式跟雙排滾珠式類似，帶第三排滾珠直于上、下兩排滾柱，能傳遞徑向載荷。主要用

9、在直徑與受到的載荷都比較大的大型的液壓挖掘機(jī)上。現(xiàn)實(shí)應(yīng)用最廣泛的是上述（1）（ 2）（ 3） 3 種?？v觀液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支承發(fā)展歷程，開始采用的雙排異徑球式，后來發(fā)展成用單排交叉滾柱式， 近來單排四點(diǎn)接觸球式得到了迅速的發(fā)展。 對比這三種回轉(zhuǎn)支承，單排四點(diǎn)接觸球式的全部滾動(dòng)體都能同時(shí)分擔(dān)載荷， 而另外兩種只有一般滾動(dòng)體可以承受載荷，所以其靜容量遠(yuǎn)超另外兩種。綜合以上結(jié)論， 此次的液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)軸承的選型選用單排四點(diǎn)接觸球式滾動(dòng)軸承式，2.4 滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承的系列標(biāo)準(zhǔn)及其具體選型滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承，不少國家已有系列標(biāo)準(zhǔn)，由專門的軸承廠制造，主機(jī)成更具用途選用即可。我國制定的滾動(dòng)支撐系列標(biāo)準(zhǔn)分

10、兩大類，六種結(jié)構(gòu)形式，四十種規(guī)格。第一類或稱第一系列為接觸角45o ，滾柱按 1：1 排列的交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承，以代號“ HJ”表示。第二類或稱為第二系列為接觸角45o 的四點(diǎn)接觸球式回轉(zhuǎn)支承， 以代號“HS”表示。每一類按座圈不帶齒（代號“B”），帶外齒（代號“ W”）和帶內(nèi)齒（代號“ N”）的不同分為三種結(jié)構(gòu)形式。每一類按滾道中心直徑的大小分為二十種規(guī)格。例如 HJN-2820表示滾道中心直徑 D0 2820mm ，具有內(nèi)齒機(jī)構(gòu)形式的交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承。我國指定的滾動(dòng)軸承職稱系列標(biāo)準(zhǔn)有一下特點(diǎn)：1. 尺寸參數(shù)比較齊全（滾道中心直徑范圍是 625 4540mm），符合主機(jī)系列，可滿足發(fā)展需要

11、；2. 兩種系列的安裝尺寸，毛胚尺寸完全相同，可以互換：3. 齒輪有兩種模數(shù)以滿足不同的主機(jī)需要， 內(nèi)外齒的原始齒形均為標(biāo)準(zhǔn)型 （即壓力角020o ，齒頂高系數(shù)f01，齒頂間隙系數(shù) C00.25 ）. 為了減少小齒輪齒數(shù)，提高其承載能力，改善傳動(dòng)性能，內(nèi)齒式采用高度變位（變位系數(shù) +0.35 ），外齒式采用角度變位（當(dāng)大齒圈齒數(shù)為 95 116 時(shí)變位系數(shù)取 +1.0 ；當(dāng)齒數(shù)為117 136 時(shí)取 +1.15 ；當(dāng)齒數(shù)等于和大于137 時(shí)取 +1.4 ）4. 滾動(dòng)體材料為GCr15及 GCr15SiMn,表面硬度為 HRC6155. 座圈材料為50Mn,50SiMn，5CrMnMo 等，滾道

12、表面硬度為HRC5565，硬化層深度為35mm.參考單斗液壓挖掘機(jī)表3-2 滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承參數(shù)系列，初步選取四點(diǎn)接觸球式滾動(dòng)回轉(zhuǎn)支承HSN880 系列，其基本技術(shù)參數(shù)如下:滾道中心直徑：D 0880mm外形尺寸：D1000mmd 760mm H95mm h12.5mm安裝尺寸：Du956mmDn800mmn2420mm內(nèi)齒參數(shù)：De718.18 mmdf728mmm10mmZ2 18x10.35L70mm四點(diǎn)接觸球式滾動(dòng)回轉(zhuǎn)支承滾球尺寸：d040mmC 0 a2160kN接觸角45圖 2.1 回轉(zhuǎn)支承2.5 主要性能參數(shù)斗容量1M3整機(jī)使用質(zhì)量（含配重）30000其中預(yù)估： 上車19900

13、下車9100柴油機(jī)型號SAA6D102E-2額定功率125/2100行駛速度范圍 :低速范圍高速范圍最大爬坡角軌距每側(cè)履帶接地尺寸運(yùn)輸工況外形尺寸VV352380 mm(長寬)( 長寬高 )I =0 3.1 km/h=05.5 km/ho6470 2980 mm9865 2980 3015液壓系統(tǒng)參數(shù) :鏟斗油缸 - 個(gè)數(shù)缸徑行程 (mm) 130102090回轉(zhuǎn)液壓回路 (Mpa) 28.4控制液壓回路 (Mpa) 3.2先導(dǎo)油路斗桿油缸 - 個(gè)數(shù)缸徑行程 (mm) 1401635100 動(dòng)臂油缸 - 個(gè)數(shù)缸徑行程 (mm) 130133590行走液壓回路 (Mpa) 37.3主泵最大流量

14、(L/min) 439第三章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 回轉(zhuǎn)支承的受力分析決定回轉(zhuǎn)支承壽命的主要是靜容量，因?yàn)槠涑Ｔ诘退俅筘?fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)。為了研究滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承的受力狀態(tài)，求出滾動(dòng)體受的最大作用力，以便與驗(yàn)算滾道與滾動(dòng)體間的接觸強(qiáng)度?；剞D(zhuǎn)支撐的座圈是一個(gè)多支點(diǎn)彈性體,主要以滾動(dòng)體為支點(diǎn)，承受著傾覆力矩 M 徑向載荷 Fr 以及軸向載荷 Fa 的共同作用。設(shè)內(nèi)座圈與底架固定，外座圈與轉(zhuǎn)臺固定，轉(zhuǎn)臺經(jīng)外座圈，滾動(dòng)體，內(nèi)座圈到底架是力的傳遞路線，如下圖 2.3 所示。圖 3.1 回轉(zhuǎn)支承受力簡圖內(nèi)外座圈間的內(nèi)力分布跟制造方法有關(guān)，為了計(jì)算的簡化，假設(shè)：受力變形只發(fā)生在滾動(dòng)體與滾道接觸處，內(nèi)外座圈為絕對剛體； 滾

15、道與滾動(dòng)體接觸良好，無加工誤差，無徑向間隙和軸向間隙。用在滾動(dòng)體上的軸向、 徑向載荷與傾覆力矩的疊加內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算， 經(jīng)過分析后得出挖掘機(jī)在直立狀態(tài)下受到的載荷為最大?？傒S向力 V=23KN徑向力的分析包括了小齒輪與齒圈間嚙合力P嚙 和風(fēng)力P風(fēng) 和慣性作用下產(chǎn)生的離心力 P離P嚙3M 額143KNiD cosP風(fēng)CKhq F 520公斤5.2KN其中 C風(fēng)載體型系數(shù)取0.7Kh高度休整系數(shù)取1q風(fēng)壓值取 25 公斤 /m2F迎風(fēng)面P離 按照外傾 5來進(jìn)行計(jì)算 :G i L i n 2P離=90024（）9002.5106 4.1 20 5 1 0.97 22 4.12 3 2.7 0.6 2.3

16、 1.2 1.21 4 0.61 / 1.37KN所以 H總 = P嚙 + P風(fēng) + P離 5.2+1.37+4350KN各力對回轉(zhuǎn)中心取距的傾斜力矩M 為MG i L i離風(fēng)i R i 391KN.mP i hiF3.2 靜載系數(shù)的確定一般用回轉(zhuǎn)支承的靜、動(dòng)容量來決定回轉(zhuǎn)支承的負(fù)荷能力，動(dòng)容量指回轉(zhuǎn)支承回轉(zhuǎn) 100 萬轉(zhuǎn)不會疲勞破壞出現(xiàn)裂紋的能力， 而靜容量指回轉(zhuǎn)支承的滾動(dòng)體與滾道接觸處在靜負(fù)荷的作用下的永久變形量之和到了滾動(dòng)體直徑的萬分之一但不影響回轉(zhuǎn)支承正常運(yùn)轉(zhuǎn)的能力。挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)速度比較低，所以只需要計(jì)算其回轉(zhuǎn)支承的靜容量。這種回轉(zhuǎn)支承的承載角 45o ，其靜態(tài)參照載荷計(jì)算可以參照以下公

17、式：Fa=（Fa +2 Fr）Fs 258t其中 Fa軸向力Fr徑向力Fs靜載系數(shù)取1.254M =M F s 7910 NmM 傾斜力矩計(jì)算安全系數(shù) :軸向 E 額定靜負(fù)荷容量為 :Coa=3000KN4.5MGp2.5Hp sin r當(dāng)量軸向載荷 :Cp= Dcos r 2296KN所以f sCoa 1.31Cp查挖掘機(jī)設(shè)計(jì)手冊知 ,安全系數(shù)在 1.201.35之間符合設(shè)計(jì)要求3.3 回轉(zhuǎn)支承的選型經(jīng)過計(jì) 算 初步 選擇 支承 ： QNA1600-40 內(nèi) 嚙合 式的 , 模 數(shù) m=12, 齒數(shù) z=116,D 內(nèi)圈 =1600, D外圈 =1744，N 表示內(nèi)齒式， 40 表示滾球直徑

18、， 1600 代表它的回轉(zhuǎn)滾道中心直徑為1600mm。JB2300-84 給出了所選支承的承載曲線圖，圖中標(biāo)出了（ Fa， M ）坐標(biāo)，并且在靜態(tài)承載力曲線下面。所以，選擇的支承型號符合要求。m.M矩力覆傾軸向力圖 3.1 QNA1600-40 承載曲線圖確定滾動(dòng)體的數(shù)目： Z=D /d-0.51273.4 最大接觸應(yīng)力校核滾動(dòng)體所受載荷分別為：Pv=V/z 5KNPhmax=KH/iz 1.86KN(i=1)Pmmax=KM/zD 6.8KN該支承滾珠接觸角為45 度，承受的最大等效載荷為：Nmax= Pv/sin+ Phmax/cos+ Pmmax/ sin 75KN 1928 公斤最大接

19、觸點(diǎn)應(yīng)力：點(diǎn) max40003N maxr換 210000公斤 / 厘米 2式中： Nmax 最大的正應(yīng)力；r換接觸處的換算曲率半徑；142cos1其中： r換dDd cosr 0.09查設(shè)計(jì)手冊可知當(dāng) HB300時(shí) max 24000 3000 校核成立。3.5 支撐連接螺栓強(qiáng)度計(jì)算（ 1）連接螺栓的最大工作載荷P0 計(jì)算P0=4M/nD+F a/n式中M 傾覆力矩，根據(jù)前面計(jì)算得M=628KN.mFa軸向力，根據(jù)前面計(jì)算得Fa =560KND螺栓分布圓直徑，根據(jù)回轉(zhuǎn)支承型號查得D=1540mmn螺栓分布的個(gè)數(shù)，根據(jù)回轉(zhuǎn)支承型號查得n=40故P0=4M/nD+F a/n=28.79KN（ 2

20、） 連接螺栓預(yù)緊力的計(jì)算為防止座圈與支撐面之間存在間隙，提高連接螺栓疲勞強(qiáng)度，通常都設(shè)置較大的預(yù)緊力，其大小如下：Py=ky P0 （1-）其中工作載荷分配系數(shù)，對于不用彈簧墊圈的高強(qiáng)度螺栓通常取0.25ky接合面緊密性安全系數(shù)，一般取ky1.52.0，在此取 2故Pyy0（）=kP1-=43.19KN螺栓上的預(yù)緊應(yīng)力y=10 Py F1其中 F1螺紋根部的斷面積。F1= d2 4=0.252 4=0.05N故y=10 Py F1= 1015.9 1000/0.05=3Mpa螺栓的預(yù)緊應(yīng)力通常是 y 0.5 0.7s，其中 s為螺栓的屈服極限查得螺栓的屈服極限 s為 15Mpa，故符合預(yù)緊力要

21、求。（ 3）螺栓最大計(jì)算載荷Pj= pypgx 50.4KN（ 4） 螺栓強(qiáng)度計(jì)算ntsntsp j / F1 1.21.5p j / F1 3.35靜強(qiáng)度安全系數(shù)：計(jì)算疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)： n1R / a23計(jì)算 n1R /a 5.63.6 回轉(zhuǎn)齒輪強(qiáng)度校核挖掘機(jī)轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)速比較低，傳動(dòng)比比較大，其回轉(zhuǎn)齒輪為開式，其主要破壞形式為疲勞彎曲破壞，所以只需要對驅(qū)動(dòng)小齒輪做彎曲強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算最大彎曲應(yīng)根據(jù)力F max直齒圓柱齒輪齒根彎曲應(yīng)力計(jì)算公式即F max= MPU q 103（）WbmeMPaPU 運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)在分度圓上最大圓周嚙合力（KN）P2M U2 1.550KNU=0.005 12mZM U

22、 油馬達(dá)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的額定輸出扭矩，M U =1.5KN.mm齒輪模數(shù)， m=5mmZ小齒輪齒數(shù)， Z=12q齒形系數(shù)。根據(jù)齒數(shù)Z=12，變位系數(shù) X=+0.15，由曲線圖查得q=3b齒寬， b=45mme影響載荷系數(shù)，取e=1.25將上述參數(shù)代入 3-6 式得：F max =MPU q 103503 103W=0.0450.005533MPabme1.25齒根疲勞極限應(yīng)力Flin ：Flin=Flinb * Yn * Yx/ Ysr * SF min（MPa）（ 3.7）式中 YN 壽命系數(shù)，由壽命系數(shù)圖查得： YN =1.9SF min 彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù)，由表查得：SF min =1.5Y

23、X 尺寸系數(shù)，由尺寸系數(shù)圖查得： YX =1Ysr 相對應(yīng)力集中系數(shù)，由系數(shù)圖查得： Ysr=0.88由 2-7 式計(jì)算得：Flin =5251.9 1/0.88 1.5=755.67MPa計(jì)算結(jié)果表明：F maxFlin ，齒根抗彎強(qiáng)度足夠。3.7 回轉(zhuǎn)軸承齒輪設(shè)計(jì)3.7.1 參數(shù)選擇回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)速度不是很快， 其沖擊很輕微，取 7 級的精度，采用軟 -軟齒面組合。查表選擇小齒輪的材料為調(diào)質(zhì)處理過的40Cr 鋼，硬度 241286HBS;大齒輪選擇調(diào)質(zhì)處理過的材料為 ZG42SiMn 鑄鋼，硬度 190240 HBS；粗選取 Z1 =127， Z 2 =117（參考已有的產(chǎn)品） iZ 21179

24、.75Z112由表取齒寬系數(shù)d =0.6，按軟齒面齒輪對稱安裝。3.7.2 齒面接觸疲勞強(qiáng)度齒面接觸疲勞強(qiáng)度的計(jì)算公式(1) 初選載荷系數(shù)，計(jì)算名義轉(zhuǎn)矩T1 =3000 NM由表查得使用系數(shù)K A=1.75 。由圖試取動(dòng)載荷系數(shù)Kv=1.18。由表，按齒輪在兩軸承中間對稱布置，7 級精度，初取 KH =1.3 。由表按齒面未硬化，直齒輪， 7 級精度，初取 KH=1.3 。(2)初選系數(shù)和參數(shù)因選用標(biāo)準(zhǔn)齒輪， 初選重合度系數(shù) Z =0.9，節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) ZH =2.5，查手冊確定彈性系數(shù) ZE=188.9。齒面接觸許用應(yīng)力查手冊可知：齒輪材料接觸疲勞極限應(yīng)力 Hlim1 =800MPa， Hl

25、im2 =560MPa 。小齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)大齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)查手冊可知：接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)ZN（允許有一定量點(diǎn)蝕）為：ZN1=0.95，ZN2=1.03。查手冊取安全系數(shù)SH =1。(3) 齒輪分度圓直徑等主要幾何尺寸的計(jì)算322.9531069.751（188.90.92148.67mmd10.69.75576.8） mmb=d d1 =0.4148.67=60mm取小齒輪與大齒輪的寬度b1 =85mm， b2 =80mmb185m12d Z10.6 12取 m=12中心距am( z2z1 ) / 2630mm分度圓直徑d1mz1144mm， d 2mz21404mm基圓直徑db1d1

26、cos135.32mm， db 2d2 cos1319.32mm齒頂圓直徑d a1d12m(hx)173.93mm， d a 2d22h(mx)1385mm齒根圓直徑d f 1d12m(hc)118.8mm， d f 2d 22m( hc)1440mm重合度1 arccos(db1 / d a1 )38.92，2 arccos(db 2 / da2 ) 17.69z1 (tan a1tan a) z2(tan a2tan a)1.692(4) 由計(jì)算結(jié)果來校核前面得假設(shè)正確與否Ft2T123106d141667N144查手冊得合理，取因 d =0.6， b=200， 7 級精度，對稱布置，查手

27、冊得。計(jì)算載荷系數(shù)按，查手冊查得。標(biāo)準(zhǔn)齒輪，節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)。齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核hZe Z h Z s2.935466679.75 1Mpa 550.6Mpa hp =576.8Mpa8501449.75所以齒面接觸疲勞強(qiáng)度是安全的。3.7.3 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度其計(jì)算公式為(1) 確定載荷系數(shù)查手冊 kF1.33。則(2)確定參數(shù)經(jīng)過查手冊，小齒輪齒形系數(shù)，大齒輪齒形系數(shù)。查手 冊可 知；小齒輪應(yīng)力修正系數(shù)，大齒輪應(yīng)力修正系數(shù)；重合度系數(shù)。(3) 確定彎曲疲勞許用應(yīng)力彎曲疲勞許用應(yīng)力查取齒輪材料彎曲疲勞極限應(yīng)力，。查得計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度的壽命系數(shù)：，；取應(yīng)力修正系數(shù)；查手冊查得尺寸系數(shù)，安全系

28、數(shù)。(4) 校核齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度比較按大齒輪來校核彎曲疲勞強(qiáng)度足夠。3.8 轉(zhuǎn)臺運(yùn)動(dòng)分析圖 3.2 轉(zhuǎn)臺運(yùn)動(dòng)特性3.8.1起動(dòng)加速過程圖 3.3 起動(dòng)泵時(shí) w 與 t 關(guān)系圖 3.4 泵起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)角與 t 關(guān)系在考慮啟動(dòng)階段的回轉(zhuǎn)阻力時(shí)，忽略風(fēng)與在傾斜度比較大的坡道上作業(yè)的影響，摩擦阻力矩比較小， 占不到總起動(dòng)力矩的百分之五， 所以可以忽略而只考慮慣性阻力矩。假定起動(dòng)力矩在起動(dòng)的時(shí)候一直不變：M S常數(shù)（ rad/s）（ 3-1）J根據(jù)式 3-1 和圖 3.3 的坐標(biāo)系建立角速度x 對時(shí)間 t 的微分方程dxdt其通解 xtC當(dāng) t 0 時(shí) ,x0，解得 C 0固特解xM Sk ?t(3-2)J

29、當(dāng) t tQ 時(shí)xQ即QM S k ?tQ( rad/s)(3-3)J或tQJ( s )（3-4）? QM Sk根據(jù)式 3-2 和圖 3.4 的坐標(biāo)系建立較x 對時(shí)間 t 的微分方程d xxM Sk ? tdtJ其通解xM Sk ? t2C2J當(dāng) t 0 時(shí)， x0，解得 C0固特解xM S k ?t 22J當(dāng) t tQ 時(shí)，xQ即QM S k ?tQ2J2Q （rad） (6-5)2J2M S k起動(dòng)過程所耗功A M S k ? Q1 ? J2起動(dòng)過程所耗功率2Q(6-6)N M S k ? Q (W)(6-7)式中：J 滿斗回轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ kgm2）Q 、 Q 、 tQ 分別是滿斗回轉(zhuǎn)

30、時(shí)轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)臺角速度（rad/s）、轉(zhuǎn)臺角（ rad）、起動(dòng)時(shí)間（ s）3.8.2 制動(dòng)減速過程圖 3.5 表示采用液壓制動(dòng)的轉(zhuǎn)臺進(jìn)行液壓制動(dòng)時(shí)制動(dòng)力矩的變化。這時(shí)，通液壓泵與油箱的油路被斷開，油壓開始呈升高的趨勢，轉(zhuǎn)臺產(chǎn)生的慣性導(dǎo)致馬達(dá)的作用變?yōu)榱吮玫淖饔?，如果壓力低于制?dòng)閥調(diào)定的壓力，馬達(dá)就開始制動(dòng)。在考慮制動(dòng)階段的回轉(zhuǎn)阻力時(shí)，忽略風(fēng)與在傾斜度比較大的坡道上作業(yè)的影響，摩擦阻力矩比較小， 占不到總起動(dòng)力矩的百分之五，所以可以忽略而只考慮慣性阻力矩。假定制動(dòng)力矩在制動(dòng)的時(shí)候一直不變：BM B k常數(shù)（ rad/s2 ）（3-8）J圖 3.5 實(shí)測下轉(zhuǎn)臺的制動(dòng)力矩變化圖 3.6制動(dòng)時(shí) w 與 t

31、 關(guān)系根據(jù)式 3-8和圖 3.6 的坐標(biāo)系建立角速度B 對時(shí)間 t B 的微分方程dBM B kdtJ其通解BM Bk ?tB CJ當(dāng) tBtZ 時(shí)B0 解得CM B k ? tZM B k ? tBJ固特解Bt B(rad/s) (3-9)J當(dāng) tB0時(shí)，BQ即QM B k ?t B(rad/s)(3-10)J或tZJ Q(s)(3-11)M Bk令 CM B則M StZJ Q(s)(3-12)M S kC根據(jù)式 3-9 和圖 3.7 的坐標(biāo)系建立轉(zhuǎn)角B 對制動(dòng)時(shí)間 t B 的微分方程d BM B k (tZ tB )dtJ其通解BM B k (t ZtB ) 2C2J當(dāng) tB0 時(shí)B0解得

32、CM Bk ? t 2Z2JM B k (tZM Bk ?t 2故特解BtB ) 2Z2J2J圖 3.7轉(zhuǎn)臺制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)角與 t 關(guān)系當(dāng) tBtZ 時(shí)BZ即ZM B k ?t 2Z (rad)(3-13)2JJ 2Q(rad)(3-14)2M BkJ2 Q(rad)（3-15）2M SkC3.8.3 勻速過程轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)的時(shí)間比較長，轉(zhuǎn)角比較大時(shí)可能會出現(xiàn)勻速過程，設(shè)為轉(zhuǎn)臺只朝一個(gè)方向回轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)角，y 為勻速階段的轉(zhuǎn)角，t y 為勻速回轉(zhuǎn)過程的時(shí)間，則( QJ21 ) （3-16）yZ )Q ( 12M S kCkJ21 )Q ( 1t yY2M S kCk（ 3-17）QQ3.8.4空斗時(shí)轉(zhuǎn)臺返回過程對

33、于空斗返回的過程，上面的公式雖然是在滿斗回轉(zhuǎn)狀態(tài)下導(dǎo)出的，只要將滿斗時(shí)轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J 換為 J0 并選取不同的Q ，就可以沿用上述公式。(一) 對于用三角形速度圖J02max(3-18)Q2M S kJ02max(3-19)Z2M B ktQJ0max(3-20)M SktZJ0max(3-21)M S kC(二) 對于梯形速度圖J02Q(3-22)Q2M SkJ0211Q(3-23)y2M S()kCkJ02Q(3-24)Z2M B ktQJ0Q(3-25)M S kJ0211Q()t y2M SkCk(3-26)QtZJ0Q(3-27)M SkC通過以上的計(jì)算分析，我們的出了回轉(zhuǎn)平臺在轉(zhuǎn)

34、動(dòng)過程中的轉(zhuǎn)動(dòng)角度、角加速度、轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間等一系列轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算公式，這為后面我們得出具體的數(shù)據(jù)奠定了基礎(chǔ)。3.9 轉(zhuǎn)臺最佳速度的分析計(jì)算為了確定轉(zhuǎn)臺的最佳轉(zhuǎn)速，我們就需要知道確定最佳轉(zhuǎn)速的原則，那就是在經(jīng)常使用的轉(zhuǎn)角范圍之內(nèi)，在角加速度和回轉(zhuǎn)力矩不超過允許值的情況下，應(yīng)盡可能縮短回轉(zhuǎn)時(shí)間。另外，最佳轉(zhuǎn)速也與轉(zhuǎn)臺速度的圖是什么有關(guān)。一般常用具有勻速運(yùn)動(dòng)階段的梯形速度圖和無勻速運(yùn)動(dòng)階段的三角形速度圖推導(dǎo)轉(zhuǎn)臺最佳轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式。下面我就這兩種不同形式的速度圖加以具體介紹：3.9.1具有勻速運(yùn)動(dòng)階段的梯形速度圖的轉(zhuǎn)臺計(jì)算分析回轉(zhuǎn)循環(huán)時(shí)間：T (tQtQ )(t yt y )(tZtZ )2J0(1)2Q

35、(11J 0(1) Q2M S)J0 (1) Qk CkM SkQM SkCJ0(1 )Q11)2(s)(3-28)2M S(CkkQdTJ0 (1) 1120d Q2M S(Ck)kQ所以，Qmax4M S(rad / s)(3-29)( 1J 0(11 )kCk又已知Q? n ，?，所以代入上式中可得30180nnmax6.37 M S(r / min)(3-30)( 1J0(11 )kCk又NM S kQ (KW)1000 0所以，M S1000N0()kN ? mQ將上式代入 6-28 中可得，J0(1 )2QT1000N20112()kCkQJ0 (1)2Q1)2（3-31）2000

36、N(1( s)0CQdT2J0(1 )Q(1120d Q2000N 0)2CQ所以，Qmax2000N0(rad / s) （3-32）13J0 (1)(1)C再將 Q? n ，?代入上式中，30180nnmax3.1211000 N 0(r / min)(3-33)31 )J0 (1)(1C式中： N 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)所需液壓功率（ KW ）0 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)總效率； 1 ?2 ?3 ，其中1 為回轉(zhuǎn)支承效率；2 為減速器效率；3 為液壓馬達(dá)效率（包括容積效率和機(jī)械效率）；(這里我們?nèi)?10.95 ， 20.95 ， 3 0.95 )J1.6 1.8, 這里取為 1.78；J0、 0 轉(zhuǎn)角， 的單位為弧度

37、， 0 的單位為度。3.9.2具有無勻速運(yùn)動(dòng)階段三角形速度圖的轉(zhuǎn)臺最佳速度計(jì)算分析對于定量泵驅(qū)動(dòng)空斗單向回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角J0 max11（rad ） (3-34)QZ2M S()kCk所以，max2M S(rad )(3-35)11J 0 ( kCk )或， nmax3.19M S（ r / min)(3-35)J0( 11 )kCk以 M S1000 N0 代入式 6-34中得kmaxJ031max(3-36)2000N 0(1 )C所以，max2000N0 (rad/s)（）316-37J0(1)C或， nmax1000N0（ 3-38）3.121（r / min)3J0(11 )C在這種情況下，

38、我們知道QZQZ211J 0211即J0 Q)max)2M S(Ck2M S(Ckkk所以，Qmax (rad/)（3-39）s回轉(zhuǎn)循環(huán)時(shí)間T tQt Z tQtZJ QJ QJ0 maxJ0 maxMSK MSKC MSK MSKC(11 )(1) ? J0 max(s)（ 3-40 ）CM Sk至此，分別用具有勻速階段的梯形圖和沒有勻速階段的三角形圖的最佳轉(zhuǎn)速的計(jì)算分析我們已經(jīng)全部完成了，用正確的運(yùn)用上述公式代入相關(guān)的數(shù)據(jù)，即可得到我們所需要的參數(shù)。3.10 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的參數(shù)選擇計(jì)算轉(zhuǎn)臺最佳轉(zhuǎn)速的時(shí)候， 要先做好回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性分析，確定轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，轉(zhuǎn)角范圍與起動(dòng)、制動(dòng)力矩等參數(shù)。3.

39、10.1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算對于反鏟的方式，由經(jīng)驗(yàn)公式得:5滿斗回轉(zhuǎn)時(shí)： J128G35空斗回轉(zhuǎn)時(shí)： J072G 3由設(shè)計(jì)任務(wù)書我們知道， G 10t代入上式可得：滿斗回轉(zhuǎn)時(shí)： J59412.3 Nms 2空斗回轉(zhuǎn)時(shí)： J033419.4 Nm s 2所以，J1.78 ,式中 G單斗液壓挖掘機(jī)的整機(jī)重量（t）.J 03.10.2 回轉(zhuǎn)所需起動(dòng)力矩和制動(dòng)力矩估算行走系統(tǒng)跟地面摩擦產(chǎn)生的力矩M 應(yīng)該超過回轉(zhuǎn)最大啟動(dòng)與制動(dòng)力矩。當(dāng)機(jī)械制動(dòng)時(shí)可取 M B0.8 0.9M，僅靠液壓制動(dòng)時(shí)可取 M B0.5 0.7M 。MB 為作用在轉(zhuǎn)臺上的最大制動(dòng)力矩。行走系統(tǒng)與地面摩擦產(chǎn)生的力矩可按下面公式計(jì)算：44M4910 G 349100.5 10 352891.371 (N m)式中： G挖掘機(jī)總重（ t）.附著系數(shù)，對平履帶板取0.3，對帶筋履帶板取 0.5由于本設(shè)計(jì)采用的是機(jī)械制動(dòng)。所以 MBM0.8552783.6844866.130.85(Nm)對于機(jī)械制動(dòng)，一般取C1.6，因?yàn)镃M B， 所 以