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目 錄
摘要………………………………………………………………………3
Abstract…………………………………………………………………...4
第一章 引言 5
1.1挖掘機(jī)簡介 5
1.2小型液壓挖掘機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 7
第二章 結(jié)構(gòu)參數(shù)計算 9
2.1履帶鏈軌節(jié)節(jié)距t與履帶板寬度 9
2.2驅(qū)動輪節(jié)圓直徑Dq 9
2.3導(dǎo)向輪工作面直徑Dd 9
2.4拖鏈輪踏面直徑Dt 9
2.5支重輪踏面直徑Dz 9
2.6鏈軌節(jié)數(shù)n、拖鏈輪數(shù)量 10
第三章 性能參數(shù)計算 11
3.1行駛速度V 11
3.2爬坡能力α 11
3.3接地比壓 12
3.4最大牽引力 13
第四章 履帶設(shè)計 14
4.1履帶介紹 14
4.2履帶結(jié)構(gòu)和作用 15
4.3履帶裝配設(shè)計 21
第五章 支重輪設(shè)計 22
5.1支重輪簡介 22
5.2支重輪數(shù)量計算 22
5.3兩個支重輪間距離 23
5.4支重輪設(shè)計 23
5.5裝配完成設(shè)計 27
第六章 拖鏈輪設(shè)計 29
6.1拖鏈輪的工作原理 29
6.2拖鏈輪的結(jié)構(gòu) 29
6.3拖鏈輪技術(shù)要求 29
6.4拖鏈輪的組成零件設(shè)計 30
第七章 設(shè)計小結(jié)與體會 36
參考文獻(xiàn) 37
附錄一：英文文獻(xiàn)翻譯 38
附錄二:英文文獻(xiàn)原文 42
小型履帶式液壓挖掘機(jī)底盤履帶、支重輪、拖鏈輪的設(shè)計
摘要：挖掘機(jī)，又稱挖掘機(jī)械，是用鏟斗挖掘高于或低于承機(jī)面的物料，并裝入運輸車輛或卸至堆料場的土方機(jī)械。本文介紹了小型履帶式液壓挖掘機(jī)履帶、支重輪、拖鏈輪的結(jié)構(gòu)形式及組成，并對其做了結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計及履帶行走裝置性能參數(shù)的計算，給出了履帶、支重輪、拖鏈輪裝配圖和各主要零件的零件圖。
關(guān)鍵詞：挖掘機(jī) 履帶 支重輪 拖鏈輪
The design of the small caterpillar hydraulic excavator’s crawler ,supporting wheel and drag sprocket
Abstract: Excavator ,also calls excavating machinery, is an earthwork machinery to use the bucket mining the materials above or below the bearing machine surface , and to load to the transport vehicles or to discharge to the heap of yard. This paper introduces the crawler ,the supporting wheel and the drag sprocket’s structure form and composition of the small caterpillar hydraulic excavator,and the structure size is done in the design and the performance parameters of caterpillar walk device is calculated,and the assembly drawings ,the main assembly parts graph of the crawler,supporting wheel ,drag sprocket are given.
Keyword: excavator crawler supporting wheel drag sprocket
第一章 引言
本次設(shè)計的內(nèi)容是小型履帶式液壓挖掘機(jī)底盤履帶、支重輪、拖鏈輪的設(shè)計。挖掘機(jī)挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及經(jīng)過預(yù)松后的土壤和巖石。從近幾年工程機(jī)械的發(fā)展來看，挖掘機(jī)的發(fā)展相對較快，而挖掘機(jī)作為工程建設(shè)中最主要的工程機(jī)械機(jī)型之一，其正確的選型也就顯得更為重要。
1.1挖掘機(jī)簡介
挖掘機(jī)是用來開挖土壤的施工機(jī)械。它使用鏟斗上的斗齒切削土壤并裝入斗內(nèi)，裝滿土后提升鏟斗并回轉(zhuǎn)到卸土地點，然后再使轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)、鏟斗下降到挖掘面，進(jìn)行下一次挖掘。挖掘機(jī)在建筑、筑路、電力、水利、采礦、石油、天然氣管道鋪設(shè)和軍事工程中被廣泛應(yīng)用。挖掘機(jī)主要用于筑路工程中剝離和礦石的挖掘等。據(jù)統(tǒng)計，工程施工中約60%的土石方量是靠挖掘機(jī)完成的。此外，挖掘機(jī)更換工作裝置后還可進(jìn)行澆筑、起重、安裝、打樁、夯土和拔樁等作業(yè)。
挖掘機(jī)按照機(jī)重的不同又分為不同的種類。其中機(jī)重在13t以下的稱為小型挖掘機(jī)。小型挖掘機(jī)由于其小巧、靈活、多功能和高效率等特點，極受用戶的歡迎。主要用于小型土石方工程、市政工程、路面修復(fù)、混凝土破碎、埋設(shè)電纜、自來水管道的鋪設(shè)、園林栽培及河道河溝清淤工程。小型挖掘機(jī)具有中挖掘機(jī)的多項功能，又具有運輸、能耗、靈活性、適應(yīng)等方面的優(yōu)勢，非常適用于空間狹小的施工場地作業(yè)，而且價格低、質(zhì)量輕、保養(yǎng)維修方便等優(yōu)點，所以在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，市場極其巨大。
圖1.1 小型液壓挖掘機(jī)
圖1.2 履帶行走的裝置結(jié)構(gòu)圖1
圖1.3 履帶行走的裝置結(jié)構(gòu)圖2
1．履帶 2.行走減速機(jī)； 3.驅(qū)動輪； 4.行走架
5.支重輪 6.拖鏈輪； 7.張緊裝置； 8.引導(dǎo)輪
1.1.1結(jié)構(gòu)組成
其結(jié)構(gòu)主要由工作裝置、車體部分、底盤部分、組成。其中工作裝置包括：動臂、斗桿、鏟斗及相應(yīng)的油缸和管路。車體裝置包括：發(fā)動機(jī)、液壓泵、控制閥、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、駕駛室、回轉(zhuǎn)平臺、油箱、配重等。底盤部分包括：下部行走機(jī)構(gòu)、履帶架、四輪一帶。
1.1.2挖掘機(jī)的分類
挖掘機(jī)主要可分為兩種類型：機(jī)械式和液壓式。本次課程設(shè)計我們設(shè)計的是液壓式挖掘機(jī)，它的分類方法有多種，但主要有下列分類方法三種分類方法：按鏟斗容量分類、 按行走形式分類、 按工作裝置分類
（1）按鏟斗容量分類：
0~0.2 m3 微型挖掘機(jī)
0.25 m3~0.45 m3 小型挖掘機(jī)
0.5 m3 ~ 1.2 m3 中型挖掘機(jī)
1.4 m3~ 大型挖掘機(jī)
（2）按行走裝置分類：分為履帶式、 輪胎式、 汽車式三類?，F(xiàn)在市場上的大部分挖掘機(jī)產(chǎn)品都是履帶式。主要是由于兩個原因：
1.挖掘機(jī)一旦進(jìn)入作業(yè)現(xiàn)場就不大移動，只行走較短的距離。
2.接觸面積大，能夠在較松軟的地方作業(yè)。在凹凸不平的地面行駛時，能夠承受猛烈的沖擊。輪胎型的挖掘機(jī)，因其具有橡膠輪胎，機(jī)動性好，適用于城市內(nèi)的道路和下水道施工。但不適用于松軟地基部位的作業(yè)。因此，限定在小型范圍。
1.2小型液壓挖掘機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
1.2.1現(xiàn)狀
我國的挖掘機(jī)生產(chǎn)起步較晚，從1954年撫順挖掘機(jī)廠生產(chǎn)第一臺斗容量為1m3的機(jī)械式單斗挖掘機(jī)至今，大體上經(jīng)歷了測繪仿制、自主研制開發(fā)和發(fā)展提高等三個階段。
新中國成立初期，以測繪仿制前蘇聯(lián)20世紀(jì)30～40年代的W501、W502、W1001、W1002等型機(jī)械式單斗挖掘機(jī)為主，開始了我國的挖掘機(jī)生產(chǎn)歷史。由于當(dāng)時國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要，先后建立起十多家挖掘機(jī)生產(chǎn)廠。1967年開始，我國自主研制液壓挖掘機(jī)。早期開發(fā)成功的產(chǎn)品主要有上海建筑機(jī)械廠的WYl00型、貴陽礦山機(jī)器廠的W4-60型、合肥礦山機(jī)器廠的WY60型挖掘機(jī)等。隨后又出現(xiàn)了長江挖掘機(jī)廠的WYl60型和杭州重型機(jī)械廠的WY250型挖掘機(jī)等。它們?yōu)槲覈簤和诰驒C(jī)行業(yè)的形成和發(fā)展邁出了極其重要的一步。
到20世紀(jì)80年代末，我國挖掘機(jī)生產(chǎn)廠已有30多家，生產(chǎn)機(jī)型達(dá)40余種。中、小型液壓挖掘機(jī)已形成系列，斗容有0.1～2.5 m3等12個等級、20多種型號，還生產(chǎn)0.5-4.0m3以及大型礦用10m3、12m3機(jī)械傳動單斗挖掘機(jī)，1m3隧道挖掘機(jī)，4m3長臂挖掘機(jī)，1000m3／h的排土機(jī)等，還開發(fā)了斗容量O.25m3的船用液壓挖掘機(jī)，斗容量O.4m3、O.6m3、0.8m3的水陸兩用挖掘機(jī)等。但總的來說，我國挖掘機(jī)生產(chǎn)的批量小、分散，生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品質(zhì)量等與國際先進(jìn)水平相比，有很大的差距。
改革開放以來，積極引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)技術(shù)，以促進(jìn)我國挖掘機(jī)行業(yè)的發(fā)展。其中貴陽礦山機(jī)器廠、上海建筑機(jī)械廠、合肥礦山機(jī)器廠、長江挖掘機(jī)廠等分別引進(jìn)德國利勃海爾(Liebherr)公司的A912、R912、R942、A922、R922、R962、R972、R982型液壓挖掘機(jī)制造技術(shù)。稍后幾年，杭州重型機(jī)械廠引進(jìn)德國德瑪克(Demag)公司的H55和H85型液壓挖掘機(jī)生產(chǎn)技術(shù)，北京建筑機(jī)械廠引進(jìn)德國奧加凱(0&K)公司的RH6和MH6型液壓挖掘機(jī)制造技術(shù)。與此同時，還有山東推土機(jī)總廠、黃河工程機(jī)械廠、江西長林機(jī)械廠、山東臨沂工程機(jī)械廠等聯(lián)合引進(jìn)了日本小松制作所的PC100、PC120、PC200、PC220、PC300、PC400型液壓挖掘機(jī)(除發(fā)動機(jī)外)的全套制造技術(shù)。這些廠通過數(shù)年引進(jìn)技術(shù)的消化、吸收、移植，使國產(chǎn)液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品性能指標(biāo)全面提高到20世紀(jì)80年代的國際水平，產(chǎn)量也逐年提高。由于國內(nèi)對液壓挖掘機(jī)需求量的不斷增加且多樣化，在國有大、中型企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，牽動了一些其他機(jī)械行業(yè)的制造廠加入液壓挖掘機(jī)行業(yè)。例如，中國第一拖拉機(jī)工程機(jī)械公司、廣西玉柴股份有限公司、柳州工程機(jī)械廠等。這些企業(yè)經(jīng)過幾年的努力已達(dá)到一定的規(guī)模和水平。例如，玉柴機(jī)器股份有限公司在20世紀(jì)90年代初開發(fā)的小型液壓挖掘機(jī)，連續(xù)多年批量出口歐、美等國家，成為我國挖掘機(jī)行業(yè)能批量出口的企業(yè)。
業(yè)內(nèi)人士指出，我國單斗液壓挖掘機(jī)應(yīng)向全液壓方向發(fā)展；斗容量宜控制在0.1-15 m3；而對于大型及多斗挖掘機(jī)，由于液壓元件的制造、裝配精度要求高，施工現(xiàn)場維修條件差等，則仍以機(jī)械式為主。應(yīng)著手研究、運用電液控制技術(shù)，以實現(xiàn)液壓挖掘機(jī)操縱的自動化。
1.2.2未來中國小挖市場發(fā)展趨勢
中國經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)發(fā)展，為中國小挖市場漸趨活躍提供了良好的宏觀環(huán)境，今后相當(dāng)長時間中國小挖市場仍將持續(xù)增長。其原因有：
(1)中國目前越來越多的高速公路進(jìn)入了維護(hù)保養(yǎng)期，同時農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)的城市化逐漸加快，發(fā)達(dá)城市市政建設(shè)也由“大拆大建”逐漸向“精雕細(xì)刻”，因此小型土方工程施工越來越多；
(2)中國銀行業(yè)監(jiān)管力度加強后，工程設(shè)備按揭難度增大，小挖的價格相對較低、經(jīng)濟(jì)實用；
(3)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市的勞動力成本較高，用機(jī)械代替人工同時也提高勞動效率，而且小挖的“五短身材”更適宜在空間有限的城市中施展。所以小挖以其靈活的身手、較中噸位挖掘機(jī)價位低而深受市政和公路施工維護(hù)用戶的喜愛。這就決定了小挖高速發(fā)展時代的來臨，市場前景誘人，潛力巨大。
第二章 結(jié)構(gòu)參數(shù)計算
2.1履帶鏈軌節(jié)節(jié)距t與履帶板寬度
液壓挖掘機(jī)已采用標(biāo)準(zhǔn)鏈軌節(jié)化履帶鏈軌節(jié)節(jié)距t， 如101、125、135和154mm等多種?？砂唇?jīng)驗公式選取t
t ＝(15～17.5)G
式中 G—整機(jī)質(zhì)量(kg)。
將G=6000 kg帶入公式以后，計算t在132~154之間，根據(jù)國標(biāo)，取t=135mm。確定鏈軌節(jié)節(jié)距t 后，就可以根據(jù)t 計算四輪一帶的有關(guān)參數(shù)。
履帶板寬度b：可根據(jù)鏈軌節(jié)距t和液壓挖掘機(jī)履帶國標(biāo)來確定標(biāo)準(zhǔn)履帶寬b。在某些土壤條件下，應(yīng)采用加寬履帶板以提高挖掘機(jī)的附著牽引性能和通過性。根據(jù)給出的小挖標(biāo)準(zhǔn)履帶寬與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，可看出6.5噸以下噸位小挖的標(biāo)準(zhǔn)履帶寬為400mm，6.5~5.5噸小挖的標(biāo)準(zhǔn)履帶寬為450mm。故選擇履帶寬為400mm。
2.2驅(qū)動輪節(jié)圓直徑Dq
式中t——履帶節(jié)距
Z——驅(qū)動輪齒數(shù)，齒數(shù)選擇見表2.1。
表2.1驅(qū)動輪參數(shù)表
鏈軌節(jié)距
（10-3m）
驅(qū)動輪齒數(shù)Z
適用范圍（斗容量m3）
鏈軌節(jié)距
（10-3m）
驅(qū)動輪齒數(shù)Z
適用范圍（斗容量m3）
101，125，135
35，25
0.25以下
202.8
23
1.0～1.60
154
23，25
0.25～0.40
215.9，228.6
25
2.5
171.05
23
0.40～0.60
260.35
27
4
將參數(shù)代入上式可得Dq =543mm。
2.3導(dǎo)向輪工作面直徑Dd
將（1）中求的Dq代入得 Dd=434.4～488.7mm ；取整數(shù)的Dd=488mm.
2.4拖鏈輪踏面直徑Dt
上式中t=135mm，從而求得Dt108～135mm，取120mm。
2.5支重輪踏面直徑Dz
上式中t=135mm，從而求得Dz108～135mm，取120mm。
2.6鏈軌節(jié)數(shù)n、拖鏈輪數(shù)量
n=+
式中 A—履帶的中心距,A=1600mm；
Z—驅(qū)動輪的齒數(shù)，Z=25；
t—履帶的節(jié)距，t=135mm；
將數(shù)據(jù)代入公式中，計算出結(jié)果圓整后得到n=36。
為減小摩擦損失，拖鏈輪的數(shù)目不宜過多，小挖每側(cè)拖鏈輪一般為1個，因此確定拖鏈輪取為每側(cè)1個。
第三章 性能參數(shù)計算
3.1行駛速度V
Vmax=4.4km/h Vmin=2.4km/h（行駛速度參照SY75C-9）
3.2爬坡能力α
履帶行走裝置一個顯著特點就是爬坡能大，一般為50%～80%。由于小挖掘機(jī)爬坡度與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果（見圖3.1），明顯可以看出坡度多取或，即爬坡能力為58%或70%。
圖3.1 爬坡度與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系
初步確定爬坡能力后，可通過理論分析進(jìn)行核算來選定。挖掘機(jī)爬坡是需要克服下列幾種阻力即：
a.挖掘機(jī)自重在斜坡方向的分力
式中 G——挖掘機(jī)的自重（N）；
α——坡度角 。
b.運行阻力
c.履帶的內(nèi)阻力
則最大牽引力應(yīng)不小于這些阻力之和，即
此外還應(yīng)滿足挖掘機(jī)在爬坡不打滑的條件，即
式中——履帶與地面的附著系數(shù)，見下表
表3.1 履帶與地面的附著系數(shù)
路面土質(zhì)
混泥土
干粘土
壓實粘土
干沙土
堅實土路
0.45
0.90
0.70
0.30
0.90
路面土質(zhì)
冰
濕粘土
壓實雪地
濕沙土
松散土路
0.12
0.70
0.25
0.50
0.60
從上表中選取，即松散土路，求得挖掘機(jī)的最大爬坡能力。
3.3接地比壓
履帶式挖掘機(jī)的承載能力大小取決于機(jī)器運行的通過性和工作的穩(wěn)定性。若挖掘機(jī)的兩條履帶與土壤表面完全解觸，并且挖掘機(jī)重心近似地位于支承面中心，則有：
或
式中 ——履帶平均接地比壓（Pa）；
——挖掘機(jī)工作質(zhì)量（kg）；
——重力加速度（m/s2）；
——履帶接地長度（m）；
——履帶寬度（m）；
——履帶高度（m）。
平均接地比壓是履帶式液壓挖掘機(jī)的一個重要指標(biāo)，可以用來與同類型號產(chǎn)品作比較，主要根據(jù)地面條件、外形尺寸等進(jìn)行合理選取。在設(shè)計挖掘機(jī)時，在結(jié)構(gòu)允許的范圍內(nèi)，盡量取小值，依據(jù)挖掘機(jī)平均接地比壓與整機(jī)的質(zhì)量關(guān)系的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果（下圖），可以看出平均接地比壓多集中在30×103pa上下。
圖3.2 平均接地比壓與整機(jī)質(zhì)量關(guān)系
L=2195mm（參照SY75C-9），結(jié)合上面公式即可得出接地比壓=33.485×103Pa.
3.4最大牽引力
履帶行走裝置的牽引力必須大于或等于個阻力之和，小于或等于履帶對地面的附著力，一般情況下，履帶行走裝置爬坡不與轉(zhuǎn)彎同時進(jìn)行，只考慮挖掘機(jī)在最大設(shè)計爬坡能力的情況下確定的最大牽引力，不再考慮轉(zhuǎn)彎阻力，而且行駛速度低，運行空氣阻力忽略不計，則履帶行走裝置的最大牽引路T計算公式為：
式中 Tf——履帶行走裝置的滾動阻力；
Tt——履帶行走裝置坡道阻力；
——履帶行走裝置的滾動阻力系數(shù)，見下表；
——最大設(shè)計坡度角；
G——為整機(jī)重力。
表3.2 滾動阻力系數(shù)f
路面土質(zhì)
混泥土
凍結(jié)冰雪地
堅實土路
松散土路
泥濘地
滾動阻力系數(shù)
0.05
0.03~0.04
0.07
0.10
0.10~0.15
根據(jù)此式可以得出最大牽引力=25990N.
第四章 履帶設(shè)計
4.1履帶介紹
目前在我國履帶的種類大概為三種，分別為：整體式履帶，組合式履帶，和橡膠履帶。
（1） 整體式履帶
整體式履帶式在履帶上代齒和齒，直接與驅(qū)動輪齒合。履帶板本身即為支重輪等輪子的滾動軌道，履帶板之間用銷軸連接，這種履帶一般在大型挖掘機(jī)和履帶式起重機(jī)上應(yīng)用較多。整體式履帶的履帶板大多數(shù)為鑄造履帶板。起特點是制造方便，拆裝容易。
（2） 組合式履帶板
組合式履帶板由：鏈軌節(jié)，履帶板，銷軸，銷套等組成。鏈軌和履帶用螺栓連接。起特點是使用壽命高，履帶節(jié)距小，繞轉(zhuǎn)性好，不會因為履帶板損壞，銷套開裂或連接螺栓剪斷而終止行走。此外，組合式履帶零部件通用化程度高，制造成本低，維修方便，維修成本低。缺點是連接螺栓容易折斷。組合式履帶的履帶板有3中形式：三筋式，二筋式和一筋式。工程鉆機(jī)目前主要使用三筋式履帶板。
（3）橡膠式履帶
橡膠式履帶的特點是噪音低，震動小，不損壞路面，接地比壓小，速度快，重量輕。他主要應(yīng)用在經(jīng)常在城市施工和經(jīng)常在公路上行走的設(shè)備。近幾年在國內(nèi)工程機(jī)械，農(nóng)林機(jī)械，，筑路機(jī)械，工程鉆機(jī)方面得到了廣泛的運用。如小型挖掘機(jī)，農(nóng)機(jī)，小型鉆機(jī)等。起缺點是維修成本高，一但履帶損壞需要跟換整條履帶。因此使用橡膠式履帶設(shè)備時應(yīng)特別注意。
從以上履帶幾種形式來看，本設(shè)計設(shè)計為6T挖掘機(jī)，從各方面來看，如工作環(huán)境，成本，壽命考慮。此次設(shè)計選用組合式履帶設(shè)計。
在組合式履帶當(dāng)中存在很的零部件，如鏈軌節(jié)，履帶板，銷軸，銷套等。各個零部件的配合尺寸比較多，而且尺寸相對較多，在設(shè)計中一定要注意各個配合尺寸以及定位尺寸。在設(shè)計中一定要參考GB/T 57-1999中個零部件的尺寸。認(rèn)真了解各個零部件的作用以及零部件的配合。
履帶式底盤行駛系系由行駛裝置，懸架，機(jī)架組成，底盤一般包括履帶，引導(dǎo)輪，驅(qū)動輪，機(jī)架，支重輪，拖鏈輪等裝置組成。
履帶式用于將機(jī)械重力傳給地面，比保證機(jī)械發(fā)出足夠驅(qū)動力的裝置。履帶經(jīng)常在泥水，凹凸地面，石質(zhì)土壤中工作，條件惡劣，受力情況復(fù)雜，極易磨損。因此，除了要求他有良好的附著性能外，還要要求它有足夠的強度，剛度和耐密性。但是，履帶在工作中的狀態(tài)變化較多，為了減少沖擊，質(zhì)量應(yīng)該盡可能輕些。
已知液壓挖掘機(jī)的總質(zhì)量為6噸，根據(jù)查閱資料液壓挖掘機(jī)履帶節(jié)距為135mm，參考中華人民共和國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 57-1999，分析標(biāo)準(zhǔn)中給出的圖，得知履帶主要包括履帶板，鎖緊銷套，鎖緊銷軸，銷墊，銷套，銷軸，左鏈軌節(jié)，右鏈軌節(jié)以及一些標(biāo)準(zhǔn)件，參考此圖，并參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計出液壓挖掘機(jī)的履帶。
根據(jù)上面的一些相關(guān)數(shù)據(jù)以及查閱JB/T 57-1999即可把此次的履帶的設(shè)計的一些性能參數(shù)以及各零件的基本尺寸設(shè)計出來。
4.2履帶結(jié)構(gòu)和作用
履帶式用于將機(jī)械重力傳給地面，比保證機(jī)械發(fā)出足夠驅(qū)動力的裝置。履帶經(jīng)常在泥水，凹凸地面，石質(zhì)土壤中工作，條件惡劣，受力情況復(fù)雜，極易磨損。因此，除了要求他有良好的附著性能外，還要要求它有足夠的強度，剛度和耐密性。但是，履帶在工作中的狀態(tài)變化較多，為了減少沖擊，質(zhì)量應(yīng)該盡可能輕些。
4.2.1鏈軌節(jié)設(shè)計
圖4.1 右鏈軌節(jié)autocad圖
圖4.2左鏈軌節(jié)autocad圖
履帶鏈軌節(jié)分為左右2節(jié)，2節(jié)的基本尺寸一樣。上圖4.1和圖4.2分別為履帶鏈軌節(jié)的左右2個鏈軌.根據(jù)GB/T 57-1999 可知道2中心螺孔的距離為51，高度差為13.兩軸孔的距離及為履帶的節(jié)距135.知道履帶節(jié)距然后通過查閱GB/T 57-1999從而可以把鏈軌節(jié)的一些基本定位尺寸給確定.左右2個鏈軌通過鎖緊銷軸和銷軸連接，從而形成一個履帶連. 鏈軌節(jié)一般采用40Mn2H材料制成。在制作過程中鏈軌節(jié)不得有裂痕，需要用磁粉探傷方法去檢測.密封槽各表面粗糙度為3.2。
4.2.2履帶板設(shè)計
圖4.3 履帶板autocad圖
圖4.4 履帶板proe圖
履帶板主要是把挖機(jī)的重力傳給地面. 履帶板經(jīng)常在泥水，凹凸地面，石質(zhì)土壤中工作，條件惡劣，受力情況復(fù)雜，極易磨損。因此，除了要求他有良好的附著性能外，還要要求它有足夠的強度，剛度和耐密性。圖4.3、4.4為履帶板的樣式圖.在結(jié)構(gòu)參數(shù)中我們已經(jīng)得知履帶板的寬度為400，查閱GB/T 57-1999可以得知2螺孔的距離分別為97和123.2對螺孔的高度差為51.兩個螺孔的深度為10 ，履帶板總高為28. 在制作過程中履帶板不得有裂痕，需要用磁粉探傷方法去檢測.而且履帶板的強度，硬度要打到規(guī)定要求.
4.2.3鎖緊銷軸和銷軸設(shè)計
圖4.5 鎖緊銷軸autocad圖
圖4.6 銷軸autocad圖
鎖緊銷軸和銷軸樣式基本要符合圖4.5、4.6、4.7、4.8，圖4.5、4.7為鎖緊銷軸，圖4.6、4.8為銷軸.鎖緊銷軸和銷軸是用來左右2鏈軌節(jié)，同時也是連接前后兩鏈軌節(jié)的重要連接鍵。根據(jù)履帶板的寬度以及查閱GB/T57-1999可以確定鎖緊銷軸和銷軸的長度都為167，兩軸的直徑都為30.鎖緊銷軸和銷軸是連接的重要連接鍵，2軸均不能有裂痕，需要用磁粉探傷檢測。而且2軸的端腳不能有飛邊和毛刺.
圖4.7 鎖緊銷軸proe圖
圖4.8銷軸proe圖
4.2.4鎖緊銷套和銷套設(shè)計
圖4.9鎖緊銷套autocad圖
圖4.10銷套autocad圖
鎖緊銷套和銷套是用來更好固定鎖緊銷軸和銷軸的零件。更達(dá)到了一種密封作用，防止機(jī)械在工作中各種雜質(zhì)進(jìn)入.圖4.9、4.11為鎖緊銷套示意圖，圖4.10、4.12為銷套示意圖。查閱GB/T57-1999可以得知鎖緊銷套的長度為102，外圓直徑為44，內(nèi)圓直徑為30.銷套的長度為119，外圓直徑為44，內(nèi)圓直徑為30.在制造中2銷套的端腳不得有飛邊和毛刺。
圖4.11鎖緊銷套proe圖
圖4.12 銷套proe圖
4.3履帶裝配設(shè)計
圖4.13 履帶裝配圖
把個零件裝配到一起，加入標(biāo)準(zhǔn)件，完成設(shè)計，履帶的裝配簡圖見圖4.13。根據(jù)JB/T 57-1999中，在外觀與裝配質(zhì)量上有幾點要求，詳見下：
1 履帶總成應(yīng)按經(jīng)規(guī)定程序批準(zhǔn)的圖樣與技術(shù)文件進(jìn)行制造，并應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)的要求。
2 履帶總成的所有零件的材質(zhì)性能應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
3 履帶總成的標(biāo)準(zhǔn)件、配套件應(yīng)符合有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
4 履帶總成涂漆應(yīng)均勻、平整；外觀應(yīng)光潔、美觀，不允許有裂紋。
5 銷軸兩端的裝配伸出量應(yīng)在±1.5mm 以內(nèi)。
6 兩鏈節(jié)之間轉(zhuǎn)動平面?zhèn)认稇?yīng)在1.5±1mm 以內(nèi)。
7 鏈節(jié)裝配后的直線度為每10 節(jié)4mm，全長8mm。
8 選用螺栓的擰緊力矩應(yīng)按圖樣要求。
9 履帶總成正向彎曲角不小于28°，反向彎曲不小于7°。
10 履帶總成應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活，不得有卡死與干涉現(xiàn)象。
11 履帶總成的使用壽命，在土方工況下不小于3000h，在石方工況下不小于800h。
第五章 支重輪設(shè)計
5.1支重輪簡介
支重輪作為履帶挖掘機(jī)的主要承載結(jié)構(gòu)件，其設(shè)計和制造質(zhì)量直接關(guān)系整機(jī)的安全性。履帶挖掘機(jī)的工況復(fù)雜，在一些特殊工況或起臂工況下僅有部分支重輪受力，因此支重輪的排布為中部疏兩端密的形式，且為了滿足履帶挖掘機(jī)逐漸增加的重量，支重輪的個數(shù)及結(jié)構(gòu)
參數(shù)相應(yīng)增加。支重輪安裝在履帶架底部，行走時與履帶板上底面間形成滾動，其安裝形式在小噸位重常采用開放式結(jié)構(gòu)，在大單位中常采用封閉式結(jié)構(gòu)。（如圖5.1所示）
圖5.1 支重輪安裝形式
同時，支重輪還依靠其滾輪凸緣夾持鏈軌不使履帶橫向滑脫，保證機(jī)械沿履帶方向運動。支重輪按結(jié)構(gòu)可分為單邊支重輪和雙邊支重輪。支重輪緣都經(jīng)過淬火，其硬度達(dá)355—440HB。在臺車架，特別是為了提高剛度而裝置隔板時，形成一些空腔，容易被泥土堵塞而阻礙支重輪的轉(zhuǎn)動。因此，有一些履帶式挖掘機(jī)，在臺車架外側(cè)裝有帶強筋的支重輪護(hù)板。
5.2支重輪數(shù)量計算
支重輪數(shù)量公式
n≥k·Pmax（L-l1-l2）/Pz max·tp
式中 k——支重輪重量的修正系數(shù)，k=1.1—1.7
tp——履帶節(jié)距
L——履帶接地長度
l1、l2——驅(qū)動輪、引導(dǎo)輪距支重輪距離
Pmax——最大接地比壓
Pz max——單個支重輪最大接地比壓
按上述公式計算得:5.3，既支重輪數(shù)量為6。
5.3兩個支重輪間距離
支重輪的分布按照均勻分布進(jìn)行計算，兩支重輪之間的距離為：
S=（L-l1-l2）/n
式中 L——履帶接地長度
l1、l2——驅(qū)動輪、引導(dǎo)輪距支重輪距離
n——支重輪數(shù)量
求得：S=166mm
5.4支重輪設(shè)計
5.4.1支重輪直軸設(shè)計
圖5.2 支重輪直軸autocad圖
圖5.3 支重輪直軸proe圖
直軸為左右對稱零件，參考JG/T 59—1999，選擇直軸總長度為282mm。在距兩端15mm出各開一M12的定位銷孔，方便裝配時與軸配合，并加緊連接。在距兩端30.5mm處，開有兩3×2mm的退刀槽，減小應(yīng)力集中。在距兩端62mm處，開有一長為158mm的油道，由R1的圓弧過渡，此油道方便潤滑油進(jìn)入，潤滑直軸。油道的表面粗糙度為0.8，軸面的粗糙度為1.6，其他面的粗糙度為12.5。直軸由40Cr為材料制作而成。零件清除尖角和毛刺；不得有裂紋、疏松、夾渣、沾砂、啃傷、和發(fā)裂等缺陷。
5.4.2軸套設(shè)計
圖5.4 軸套
圖5.5 軸套
軸套是用來保護(hù)軸，與軸配合的構(gòu)件。參考JG/T 59—1999得，軸套的最大直徑為69mm，軸套與軸配合部分的厚度為4.5mm。有直徑54mm的空，方便軸套與軸的配合。軸套在裝配時，左右各一個堆成裝配。軸套整體銅件，有良好的耐磨性。軸套有一緣，如圖所示，可以在裝配時可以起到定位作用。在軸套的末端，有一15°的倒角，倒角深度為5mm如圖所示。零件清除尖角和毛刺；不得有裂紋、疏松、夾渣、沾砂、啃傷、和發(fā)裂等缺陷。
5.4.3輪體設(shè)計
圖5.6 支重輪輪體autocad圖
圖5.7 支重輪左輪體proe圖
圖5.8支重輪右輪體proe圖
輪體由對稱的左右兩部分焊接構(gòu)成。參考JG/T 59—1999在一邊距離焊接中心35mm處開有一油孔，由M8的螺塞密封防止漏油，同時也可以在需要時加入潤滑油。在輪體焊接中心開有一寬為38mm，直徑為88mm的油道，用以潤滑油的儲存和運動。輪體的最大直徑為144mm，焊接點處的直徑為110mm。輪體邊緣厚度為15mm，有C2的倒角，由15°的坡度與直徑為117mm的外輪壁相連接。輪體中心有直徑為63mm的孔，可以與軸套配合。另外開有直徑為107mm、93mm的階梯圓，分別深8mm、9mm，為安裝浮動油封環(huán)和O型圈所設(shè)計。輪體由ZG55SiMn制作而成。油道表面粗糙度為3.2，與軸套配合的孔的表面粗糙度為1.6，其余表面的表面粗糙度為6.3。零件清除尖角和毛刺；不得有裂紋、疏松、夾渣、沾砂、啃傷、和發(fā)裂等缺陷。
5.4.4浮動油封座設(shè)計
圖5.9 支重輪浮動油封座autocad圖
圖5.10 支重輪浮動油封座proe圖
裝配時需要兩個浮動油封座，左右各一個。參考JG/T 59—1999得，浮動油封座總長度為69mm。中間有一凸臺，凸臺有2級階梯組成，做成這樣的原因是為了方便與輪體的階梯配合，將浮動油封環(huán)的固定。在浮動油封座中心開有一12.4的定位銷孔，可以與直軸上的定位銷孔配合，將浮動油封座與直軸的位置準(zhǔn)確定位，避免裝配時發(fā)生過大的裝配誤差。同時也可以將與之配合的軸套，固定在輪體的固定位置，使之不發(fā)生過大的位置偏移。浮動油封座與軸配合的孔，表面粗糙度為1.6，浮動油封座與軸套接觸的底面的粗糙度為1.6，其余表面的粗糙度為6.3。浮動油封座由特殊（高鉻）鑄鐵制造，表面淬火硬度HRC 65—72，芯部的淬火深度為6mm。零件清除尖角和毛刺；不得有裂紋、疏松、夾渣、沾砂、啃傷、和發(fā)裂等缺陷。
5.5裝配完成設(shè)計
裝配前應(yīng)將各零件分別嚴(yán)格檢查并清洗干凈。直軸的油道部位應(yīng)裝在浮動油封座安裝平面的同一方向不得反裝。軸套和直軸裝配前，其配合面應(yīng)涂抹少量機(jī)油。浮動油封環(huán)應(yīng)配對裝配，其密封面應(yīng)涂上潤滑油；O型圈與浮動油封環(huán)接觸面不應(yīng)涂抹潤滑脂，O型圈裝配時不得出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象。浮動油封環(huán)的安裝力為450—500N：以保證裝配后輪體軸向游隙為0.4—0.9mm，并用手能轉(zhuǎn)動輪體，手感有一定阻力矩，但無卡住現(xiàn)象。在總成油腔未灌油前，利用螺塞處通入0.4MPa氣壓封住，放入水中1min不出現(xiàn)氣泡，則定為密封合格。最后灌入容腔1/2的潤滑油。裝畢完成的總成，經(jīng)抽查拆檢清洗后，用濾紙將油過濾后，其雜質(zhì)含量不得大于0.12g。涂漆顏色應(yīng)符合JB 2299的規(guī)定。支重輪和配件應(yīng)可以使用一年或1500h。
圖5.11 支重輪裝配圖
第六章 拖鏈輪設(shè)計
6.1拖鏈輪的工作原理
拖鏈輪作用：采用拖鏈輪是為了在引導(dǎo)輪與驅(qū)動鏈輪之間減小履帶下垂，并且托住從驅(qū)動鏈輪傳出的履帶松邊，以及當(dāng)嚙合中的履帶拉緊時用以引導(dǎo)履帶脫開嚙合，當(dāng)安裝一個拖鏈輪時，不應(yīng)將它放在輪距的中間，而是離驅(qū)動鏈輪較近。值得注意的是，拖鏈輪直徑過小時，有可能發(fā)生履帶沿托鏈輪輪緣滑移，從而據(jù)安居輪緣的磨損，磨出一個“光平面”，從而導(dǎo)致拖鏈輪停止轉(zhuǎn)動。
拖鏈輪安裝布置：將拖鏈輪安裝到挖掘機(jī)上時采用單臂支承, 且加高支承塊, 使其下邊空間增大, 避免行走時受淤泥及石塊的阻塞, 同時也避免了履帶節(jié)與減速機(jī)支座之間的磨損,提高了行走的通過性。
6.2拖鏈輪的結(jié)構(gòu)
拖鏈輪由拖鏈輪軸、浮動油封座、拖鏈輪體、拖鏈輪蓋、螺釘、浮動油封環(huán)、o型圈、圓錐滾子軸承組成。如下圖：
圖6.1 拖鏈輪裝配圖
6.3拖鏈輪技術(shù)要求
6.3.1一般要求
1.1 拖鏈輪應(yīng)按經(jīng)規(guī)定程序批準(zhǔn)的圖樣和技術(shù)文件制造，并應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
1.2 拖鏈輪的外購件應(yīng)符合有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，符合圖樣要求，并應(yīng)具有合格證。
1.3 所有零件應(yīng)清除銳角與毛刺，裝配前應(yīng)嚴(yán)格檢查外觀尺寸精度，并清洗干凈。
1.4 浮動油封等密封零件的密封部位不得碰傷與劃傷。
1.5 浮動油封 O形圈及浮封環(huán)外錐面不得沾油，浮動油封 O形圈在裝配中不得扭曲。
1.6 裝配時壓裝的配合面及浮封環(huán)亮帶應(yīng)涂以少量潤滑油。
1.7 裝配后按產(chǎn)品說明書中規(guī)定的油牌號灌入 80%容量的干凈重負(fù)荷車輛齒輪油，不允許滲漏。
6.3.2熱處理質(zhì)量要求
熱處理質(zhì)量要求應(yīng)符合表 6.1的規(guī)定。
表6.1 熱處理質(zhì)量要求
序號
零 件 名 稱
檢 測 項 目
單 位
質(zhì) 量 要 求
1
拖鏈輪體
表面硬度
HRC
52~60
C，D淬硬層深度
mm
4~10
R處淬火層深度
≥2
2
拖鏈輪軸
調(diào)質(zhì)硬度
HB
248~293
3
浮動油封
亮帶表面硬度
HRC
60~72
6.3.3外觀與裝配質(zhì)量要求
拖鏈輪外觀與裝配質(zhì)量要求應(yīng)符合表 6.2 的規(guī)定。
表6.2 外觀與裝配質(zhì)量
序號
檢 測 項 目
單 位
質(zhì) 量 要 求
1
外觀質(zhì)量
---
鑄、鍛、焊、加工件表面光潔，無明顯缺陷，油漆均勻、美觀
2
軸向竄動量
mm
0.1~0.2
3
M10螺栓擰緊力矩
N .m
55~122
4
油塞擰緊力矩
N .m
157~255
5
密封性能
---
加注0.4MPa壓力后30s內(nèi)不漏
6
油清潔度
g
≤0.12
7
轉(zhuǎn)動性能
---
能夠用手轉(zhuǎn)動，但感覺不緊不松
6.3.4使用壽命要求
拖鏈輪的使用壽命應(yīng)不低于4000h。
6.4拖鏈輪的組成零件設(shè)計
6.4.1拖鏈輪設(shè)計總概
履帶行走裝置結(jié)構(gòu)主要部件為“四輪一帶”，即驅(qū)動輪，引導(dǎo)輪，拖鏈輪，支重輪和履帶。在工程機(jī)械行業(yè)中，四輪一帶已經(jīng)有部分標(biāo)準(zhǔn)，可以根據(jù)履帶節(jié)距進(jìn)行選型，其具體結(jié)構(gòu)設(shè)計也可以參照標(biāo)準(zhǔn)。托鏈輪具體結(jié)構(gòu)設(shè)計和尺寸選擇可參考JB/T 58-1999液壓挖掘機(jī)拖鏈輪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)履帶的節(jié)距t=135mm，可得出拖鏈輪踏面直徑為120mm，其它尺寸與技術(shù)要求可參考JB/T 58-1999。
6.4.2拖鏈輪軸結(jié)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)JB/T 58-1999，履帶節(jié)距為135mm的托鏈輪軸總長為143mm，軸的左端設(shè)計兩個M6的螺孔，同時需在軸上安裝兩個滾動軸承，此兩段設(shè)計為直徑分別為30mm、32mm，其結(jié)構(gòu)如圖6.2、6.3。
圖6.2 拖鏈輪軸autocad圖
圖6.3 拖鏈輪軸proe圖
6.4.3拖鏈輪體結(jié)構(gòu)設(shè)計
拖鏈輪輪體的設(shè)計相對簡單，其最大徑為120mm，內(nèi)徑參考JB/T 58-1999，其余結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)是能滿足使用要求，容易制造，盡量節(jié)省材料，外形美觀大方。輪體上有3個螺紋孔，與M6的螺釘相連。此外，輪緣表面需經(jīng)高溫淬火，HCR﹦52～60。其具體結(jié)構(gòu)見圖6.4、6.5、6.6。
圖6.4拖鏈輪輪體autocad圖
圖6.5 拖鏈輪左輪體proe圖
圖6.6拖鏈輪右輪體proe圖
6.4.3拖鏈輪蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計
拖鏈輪蓋用來防止外界的雜物進(jìn)入引導(dǎo)輪體內(nèi)部。輪蓋的設(shè)計主要要考慮拖鏈輪結(jié)構(gòu)的完整性，合理性，設(shè)計時要避免其在結(jié)構(gòu)上與輪體等零件互相干涉，盡量要設(shè)計的美觀，容易制造，節(jié)省材料。輪蓋結(jié)構(gòu)見下面兩圖，其與輪體用3個螺栓連接。
圖6.7 拖輪蓋autocad圖
圖6.8拖輪蓋proe圖
6.4.4浮動油封座結(jié)構(gòu)設(shè)計
浮動油封座是安裝浮動油封并能調(diào)整浮動油封環(huán)壓緊力的零件。一套浮動油封裝在浮動油封座腔內(nèi)。浮動油封座的結(jié)構(gòu)見圖6.8、6.9。
圖6.8 浮動油封座autocad圖
圖6.9 浮動油封座proe圖
第七章 設(shè)計小結(jié)與體會
通過這次小型履帶式液壓挖掘機(jī)底盤履帶、支重輪、拖鏈輪的設(shè)計，使我初步掌握了對autocad、proe軟件的使用，而且還很好的對以前所學(xué)的各類知識做了系統(tǒng)的復(fù)習(xí)與加深，并對工程設(shè)計的流程有了一定的了解。這是我真正理論聯(lián)系實際、深入了解設(shè)計概念和設(shè)計過程的實踐考驗，對于提高我的機(jī)械設(shè)計的綜合素質(zhì)大有好處。這次設(shè)計實踐，使我對機(jī)械設(shè)計有了更多的感性和理性的認(rèn)識，為今后的工作打下了夯實的基礎(chǔ)。
在設(shè)計中得到了指導(dǎo)老師周友行教授以及姚師兄的細(xì)心幫助和支持，在此表示衷心的感謝。在設(shè)計中還存在不少錯誤和缺點，需要繼續(xù)學(xué)習(xí)和掌握有關(guān)機(jī)械設(shè)計的知識，繼續(xù)培養(yǎng)設(shè)計習(xí)慣和思維從而提高設(shè)計實踐操作能力。
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附錄一：英文文獻(xiàn)翻譯
非圓齒輪與機(jī)械壓力機(jī)運動學(xué)優(yōu)化
1997年1月8日研制
摘要：使用金屬成形方法來加工生產(chǎn)零件的質(zhì)量很大取決于壓力桿。在機(jī)械壓力傳動時，有一種依賴于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)角度速度比的非圓齒輪，提供了一種獲得這么動作時間的新途徑，我們致力于為不同的優(yōu)化金屬成型運作的制造。本文闡述了由漢諾威的大學(xué)研究所建成的金屬成形和金屬成形加工機(jī)床的使用原型原則，它就是目前運動學(xué)以及在原型產(chǎn)生的力和力矩。此外，本文展示了如何使用拉深和鍛造的一個例子，幾乎所有的金屬成形操作可有利用于機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)的非圓齒輪。
關(guān)鍵詞：壓力，齒輪，運動學(xué)。
1. 簡介
提高質(zhì)量的要求在生產(chǎn)工程制造，所有的金屬成形以及在鍛造，有必要去攜手制定生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)。日益增長的市場定位要求技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件都得到滿足。提高質(zhì)量、生產(chǎn)力、生產(chǎn)手段的創(chuàng)新解決方案,是一種用來維持和擴(kuò)大的市場地位的關(guān)鍵所在。
所生產(chǎn)的金屬部件,我們需要分清期間所需的形成過程和處理零件所需的時間。隨著我們必須添加一些必要的額外工作，例如冷卻或潤滑的模具一次成型過程。根據(jù)質(zhì)量和產(chǎn)量兩個方面，產(chǎn)生了兩個最優(yōu)化方法。為了滿足這兩個方面，我們的任務(wù)是設(shè)計運動學(xué)形成過程中考慮到該進(jìn)程的要求，也考慮到的是改變部分以及與一個優(yōu)先線輔助運作所需的時間短周期的時間。
2. 壓力機(jī)的要求
一個生產(chǎn)周期,這相當(dāng)于一個沖程來回壓的過程,大致經(jīng)歷了三個階段:加載、成型和移除零件。相反,在加載和移除零件階段，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)送料的薄板,尤其是在純粹的切割時候。為此，壓力泵必須要一個確定時間的最小高度。成型周期中桿應(yīng)該有一個特別速度曲線,它將會降到最低。這個轉(zhuǎn)變期之間應(yīng)盡快來確保短周期時間。
短周期的要求是事件的原因,以確保通過高產(chǎn)量低成本的部分?；谶@個原因，關(guān)于對大型汽車車身沖壓片機(jī)和自動1200/min、拉深24/min的沖程數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)的做法。增加沖程數(shù)是為了減少設(shè)計的周期變化導(dǎo)致增加的壓實機(jī)械應(yīng)變率, 然而，這對成形過程有很明顯影響,使它必須考慮參數(shù)確定過程和被它所影響。
在拉深成形過程中,當(dāng)敲打板塊時的撞擊速度應(yīng)盡量避免產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。一方面,速度成形時必須充分潤滑。另一方面,我們必須要考慮提高產(chǎn)量的相應(yīng)的壓力來增加造成更大的應(yīng)變速率力,這可能導(dǎo)致沖床半徑一側(cè)的一部分過渡疲勞而導(dǎo)致斷裂。在鍛造時，停留時間短的壓力是可取的。隨著停留時間的壓力下降了模具的表面溫度將降低，其結(jié)果是熱磨損。這是提高抵消了由于機(jī)械磨損形成更大的力量，但由于增加的應(yīng)變率是較低的，因為較低的部分冷卻屈服應(yīng)力補償。目前，最佳短住壓力可以用有限元分析法萊分析。此外,避免由于成本降低磨損、短壓住時間也是一個重要的技術(shù)要求的精密鍛造，近凈形部分有一個光明的未來。
高質(zhì)量的要求和高產(chǎn)量將只能通過一個機(jī)技術(shù),考慮到金屬成形過程的考察要求等同于減少工作的目標(biāo)成本。以前按設(shè)計已經(jīng)不能同時滿足這些技術(shù)要求和經(jīng)濟(jì)的充分程度，或他們是非常昂貴的設(shè)計和制造，例如鏈接驅(qū)動壓力機(jī)。這就需要尋找對泵創(chuàng)新設(shè)計的解決方案，它的設(shè)計應(yīng)主要標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化，以降低成本。
3．非圓齒輪的壓力傳動
3.1 原則
使用非圓齒輪傳動機(jī)械曲柄壓力機(jī)，它提供了一種新方式的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)需求的壓力桿運動。一對非圓齒輪有不變的中心距, 因此采用了電動馬達(dá)，或由飛輪、曲柄和驅(qū)動機(jī)制本身。制服驅(qū)動器的速度傳送是通過一對非圓齒輪傳遞給非均勻的偏心軸。如果非圓齒輪的適當(dāng)設(shè)計，從動齒輪的非均勻驅(qū)動器會導(dǎo)致泵所需的行程時間行為。調(diào)查中心的金屬成形和金屬成型機(jī)床(IFUM)漢諾威的大學(xué)已經(jīng)表明,在這個簡單的方式所有相關(guān)的壓力桿的連續(xù)運動，可以達(dá)到各種成形過程。
此外從運動學(xué)和縮短生產(chǎn)周期，驅(qū)動概念導(dǎo)致新的驅(qū)動器的優(yōu)點被以下的良好性能所區(qū)分。因為它是一個機(jī)械壓力機(jī)，它具有高可靠性、低維護(hù)性和可預(yù)期性。對連桿壓力機(jī)的數(shù)量和軸承零件顯然是減少。首先，一個基本泵類型可以通過安裝不同的齒輪而進(jìn)一步改變設(shè)計，它根據(jù)客戶的要求而設(shè)計。不同環(huán)節(jié)的驅(qū)動器，軸承的安裝位置不會隨著單一載荷方向的不同運動而改變。因此，上述要求的模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化是考慮到時間和成本，它降低了設(shè)計和沖壓生產(chǎn)成本。
3.2 原型
在金屬成型和金屬成型工具機(jī)（IFUM）1架的c型泵，它已經(jīng)進(jìn)行了修整和安裝了非圓齒輪副。為達(dá)到這種目的，先前的背輪背一個行星齒輪組做取代。這項工作表明了存在的新型傳動印刷機(jī)是可能的，在最后對標(biāo)準(zhǔn)壓力泵的改造在Fig. 1中進(jìn)行說明。
圖表1 壓力機(jī)設(shè)計是為了所受1000KN的柱塞力和200KN的沖壓模具緩沖力?！∵@一對非圓齒輪傳動比平均為1，每個齒輪輪齒有59，直齒，模數(shù)10mm（圖2）齒面寬是150mm，這些齒輪有漸開線輪齒。我假設(shè)了非圓曲線設(shè)計是以側(cè)面幾何設(shè)計為基礎(chǔ)。因此，一個非圓齒輪的齒形沿齒輪圓周而改變。盡管如此,它可以來自知名的梯形齒條. 然而[4.5],提出了一種計算方法，它精確地把齒頂高和齒根高考慮在內(nèi)，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
壓力機(jī)是為了在單一沖程模式下對零件進(jìn)行深拉而設(shè)計的。最高滑塊行程為180mm，行程數(shù)32/min。在140毫米的沖壓速度幾乎保持71mm/s不變，它是靜點中心線到靜點中心線之前的速度。見圖3。這種速度就相當(dāng)于液壓機(jī)工作的速度。這個速度影響到曲柄機(jī)構(gòu)，使其與擊打具有相同的數(shù)目相比較，速度都是220m/。為了跟一個曲柄壓力機(jī)具有相同的平均速度擊打的數(shù)目不得不將減少一半。短周期內(nèi)的機(jī)械改造將導(dǎo)致最后的向上運動。由于壓力機(jī)是運行在單一的操作模式,在設(shè)計時對其做相關(guān)的處理沒有提出特別的要求。
驅(qū)動機(jī)制的原型與非圓齒輪有另外一個有利的影響及其驅(qū)動力矩（圖4）。對于一個曲柄壓力機(jī)的公稱力通常可以降低靜點之前把曲柄軸按正常方式旋轉(zhuǎn)。這對應(yīng)于公稱力作用下相對于擊打力的75%。若要達(dá)到1000kN標(biāo)準(zhǔn)力，該驅(qū)動器已提供45 kNm 的曲柄軸扭矩。該原型只要求對非圓齒輪傳動增加額外的30kNm力矩。他們被傳送一個循環(huán)，非均勻的曲柄轉(zhuǎn)矩，將導(dǎo)致一個標(biāo)準(zhǔn)力在靜點范圍內(nèi)變化。這相當(dāng)于27.5%的行程。如果非圓齒輪副是在壓力機(jī)的工作范圍，我們總能找到類似的條件。這幾乎總是與板料成形及沖壓件有關(guān)。這樣可以設(shè)計一些較弱的機(jī)器零件，而且節(jié)約成本。
4. 進(jìn)一步的設(shè)計實例
利用二沖程時間行為的設(shè)計實例說明了以下幾點。假設(shè)一系列的零件時通過壓力機(jī)來加工的。為了達(dá)到這一目的，壓力桿所需的速度和擊打成形速度要求假設(shè)成立必須量化。再者，處理零件所需的時間必須確定，而且必須假設(shè)在處理時壓力桿的最小高度。由此，我們設(shè)計動作的順序，我們用數(shù)學(xué)含義來描述它。在IFUM中，由該研究所開發(fā)使用軟件程序。從這個數(shù)學(xué)描述的沖程運動,我們可以計算出所需要的非圓齒輪速度比，從這我們可以得到齒輪的圓周曲線[1.2.7]。
在第一個例子，在深拉伸沖壓速度應(yīng)該是在靜止點前，金屬板材成形保持在至少超過100mm，它的速度應(yīng)該是約400m/s。讓行程數(shù)定為30/min。第450mm以上擊打的地方，讓處理零件時間和曲柄壓力機(jī)在25min/n的擊打時間相同。圖5表明了沖程運動情況，這是由一對齒輪的描繪所獲得。該齒輪是通過他們的圓周率所描繪。在25/min傳統(tǒng)的余弦曲線作為比較。除了生產(chǎn)周期時間減少了20％，應(yīng)把桿速度的影響也大大減少。下靜點前110mm，當(dāng)使用曲柄機(jī)構(gòu)時，沖擊速度為700mm/s，而當(dāng)使用非圓齒輪時僅僅只有410mm/s。
第二個例子顯示了驅(qū)動裝置是用于鍛造。在圖6中，常規(guī)鍛造曲軸的行程時間是相對于在圖片中說明非圓齒輪壓力運動學(xué)。曲柄壓力機(jī)的周期時間是0.7s、行程數(shù)是85/min和標(biāo)準(zhǔn)力是20mn。它的保壓時間為86ms與50mm的成形部份時間。非圓齒輪壓力機(jī)描繪的保壓描繪時間67%減少至28ms。因此，它達(dá)到了和錘子一樣的幅度。通過增加1.5倍的沖程數(shù)，周期時間縮短至46mm。盡管如此,處理時間依舊與常規(guī)非圓齒輪曲柄壓力機(jī)的運動學(xué)相同。在這種情況下為了實現(xiàn)這些運動,傳統(tǒng)的圓弧齒輪可以作為驅(qū)動裝置，安排偏心。這為齒輪制造降低了成本。
這些例子表明，不同的運動可以通過使用非圓齒輪驅(qū)動裝置實現(xiàn)。在同一時間內(nèi)，這個驅(qū)動器的實用潛力用實現(xiàn)理想的運動學(xué)變得清晰，而且生產(chǎn)周期時間減少。例如，通過不同的例子，如果運動的順序?qū)σ幌盗袎毫C(jī)生產(chǎn)零件有利，可能增加拉深成形后的速度。
5．總結(jié)
高生產(chǎn)率，降低成本和保證產(chǎn)品質(zhì)量的高要求，這時所有制造公司所期望的，特別適用于公司的金屬加工領(lǐng)域。這種情況導(dǎo)致我們重新考慮壓力傳動機(jī)的使用。
對曲柄與非圓齒輪傳動壓力機(jī)的描述，使我們能夠優(yōu)化簡單的機(jī)械壓力機(jī)運動學(xué)。這意味著周期時間縮短,以達(dá)到高生產(chǎn)率和運動學(xué)的成形工藝的要求。這個設(shè)計工作需要很低。相對于多連桿壓力機(jī)驅(qū)動器，可以實現(xiàn)其他運動學(xué)在其他齒輪軸承位置不改變時的壓力機(jī)構(gòu)建使用。這使壓力機(jī)模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化。
6．致謝
作者想表達(dá)他們的謝意，感謝德國機(jī)床制造商協(xié)會(VDW),位于德國法蘭克福，其經(jīng)濟(jì)援助以及一些成員，感謝他們的支持。
7. 參考文獻(xiàn)
附錄二:英文文獻(xiàn)原文
Optimized Kinematics of Mechanical Presses with Noncircular Gears
E. Doege ( l ) , M. Hindersmann
Received on January 8, 1997
Abstract：The quality of parts manufactured using metal forming operations depends to a large degree on the kinematics of the press ram. Non-circular gearsy to obtain those stroke-time behaviours we aim at as an optimum for the various metal forming ope with a rotational-angle-dependent speed ratio in the press drive mechanism offer a new wa rations in terms of manufacturing. The paper explains the principle using a prototype press which was built by the Institute for Metal Forming and Metal Forming Machine Tools at Hanover University. It will present the kinematics as well as the forces and torques that occur in the prototype.