汽车悬挂式挖坑机传动部分的设计.docx

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1、汽车悬挂式挖坑机传动部分的设计要：在退耕还林和植树造林的过程中，挖坑机是一种主要的机械化造林设备之一，对于日益发展的城市绿化也有极大的帮助，汽车悬挂式挖坑机将继续改善其操纵性能。为充分利用汽车发动机功率和提高生产率，降低工作者的劳动强度，这种挖坑机还能用于坡地的穴状整地。本文介绍提升机构的新发展，汽车发动机的选型，钻头的选择，传动部分的设计（减速器的设计、安全离合器的选择、万向轴的选择）。关键词：悬挂挖坑机减速器联轴器第1章概述1.1 背景介绍在机械化退耕还林和植树造林的过程中，挖坑机是一种主要的机械化造林设备之一，对于城市的绿化有极大的帮助，悬挂式挖坑机将继续改善其操纵性能，结合汽车的高性能

2、的高稳定性，减轻机具重量，降低振动和噪声，悬挂式挖坑机将更广泛牵引式挖坑机的机器装在小车上，由拖拉机牵引，挂接方便，不受拖拉机结构限制，但结构复杂，机动性差。自走式挖坑机设计成整体自走式，挖坑机本身自带动力，通过性较好，技术含量和自动化程度较高，价格昂贵。单钻头挖坑机在我国应用比较普遍，多钻头挖坑机则比较少见。挖坑机的钻头形状多为螺旋式或螺旋带型。1.2 国内外研究现状在国内，悬挂式挖坑机的生产和应用较为广泛，内蒙古赤峰田丰农林机械厂、山东大丰机械有限公司、哈尔滨林业福马机电设备公司及宁夏自治区农业机械研究所等10余家单位进行了研究、制造和销售。该类挖坑机通常具有较大的功率，机动性较强，能挖较

3、大和较深的坑，大多应用于大面积植树造林，应用范围也比较广。国内的一些林业高等院校和科研所也对挖坑机进行了一些研究分析，关于挖坑机的论文大约有几十篇，涉及钻头升土理论及钻头临界转速的研究、钻头螺旋面强度的分析以及螺旋升角的选择问题，还得出了在不同条件下的挖坑机的动态力学参数，指出了钻头转矩的主要影响因素，对挖坑机的一些结构参数的确定起到了指导作用，为国内挖坑机的优化设计提供了理论支持。由日本生产的自走式高性能挖坑整地机采用柴油机作动力，行走脚与轮胎组合Pro OHVo挖坑机在工作时发动机离操作者有较远的距离，大大减少了噪音对操作者的影响，充分考虑了人-机工程学原理；有的手提式挖坑机安装了 1个支

4、点（即轮子），使挖坑机的携带比较方便，工作时还可以把挖坑机的反向转矩释放给轮体,减小操作者手上的反向力矩，增加其安全性，并减轻了操作者的疲劳程度。在我国，植树造林具有季节性和区域性的特点，机具作业时间短，单一性能机具的年使用率很低，因此在今后的设计中，应尽量考虑一机多用的问题。具体措施：一是更换不同的钻头，适应不同的土壤条件和工作环境；二是设计通用机架，在更换其它工作部件后即可完成其它营林作业项目，提高其使用率。凡是人使用的各种机械设备，都应进行完善的人一机工程学设计，以使其符合人的心理和生理学特性，从而最大限度地减轻使用者的操作疲劳和心理负担，能够使人舒适和高效率的工作，使整个人一机系统具有

5、最和谐的人机关系和最优的综合效能。同时,要尽量减少噪音对操作者的影响，还需要考虑手提式挖坑机反向转矩对操作者的安全问题，尽量把转矩通过机械装置释放一些，提高操作者的安全系数。1.3 挖坑机主要结构及工作原理挖坑机的主要工作部件是钻头，有挖坑型及松土型两类。机械传动的挖坑机由1上拉杆、2钻头、3万向传动轴、4机架、5减速箱组成（如图1-2所示）。工作原理:汽车悬挂式挖坑机是由汽车发动机提供动力源，经汽车主轴输出，由于汽车转速第2章设计要求经过营林实地的考察和市场的调查，为了满足挖坑机的工作条件，对挖坑机的提出以下设计要求：1该汽车悬挂式挖坑机主要针对南方的大型乔灌木，坑深应应大于800mm,坑的

6、直径应达到800n)ni的要求，以使树木能够很好的成活。在挖坑作业当中挖坑的树坑大约50个/小时。2挖出的坑径要有较好的垂直度，坑壁应整齐，但不宜太光滑，否则不利于根系的生长。3在贫瘠的土地上挖树坑时，要求出土率在90%以上，以便在坑内添加肥料和表土回填，改善树木的生长条件；在肥土层较厚的土地上挖植树坑时，可以25%40%的松土留在坑内。挖坑时，抛出土应在坑的周围，抛土半径不应太大，以便回填。4根据造林技术要求，南方的地形要求，南方多丘陵山地，挖坑机应能在小于30度的土地上工作，机器有很好的稳定性。有时挖坑与造林不是相继进行的。此时,挖坑土壤可不出坑，只要求钻头破碎草皮、切断灌根、排出石块、疏

7、松土壤，以便蓄水保墙与熟化土壤，这种挖坑又叫穴状整地。-49 -挖坑的动力消耗与坑径、坑深、土壤硬度和下降速度有关。通过试验，坑表3-1康明斯发动机的主要参数发动机型号ISBE150 30检验报告编号QC05051QD2731/QC05061QD0471发动机商标东风康明斯发动机排量(L)3.9排放水平GB17691-2005/GB3847-2005容积压缩比17.3燃料种类柴油缸径(mm)102发动机点火方式压燃式行程(mm)120发动机供油方式高压共轨系统额定功率(k1V)/转速(rpm)110/2500发动机进气方式增压额定转速下每冲程供油量(mm)113.6发动机冷却方式液冷怠速转速(

8、rpm)600-800发动机燃烧室结构(仅对压燃式发动机)直喷式最大进气阻力(额定转速、100%负荷)(kPa)3.7发动机气缸排列型式及气缸数直列4缸最大排气背压(额定转速、100%负荷)(kPa)10发动机点火次序1-3-2-4由发动机驱动的附件允许吸收的最大功率(kW)4. 45进/排气气门数2最大扭矩(N. m)/转速(rpm)550/1500产品技术来源引进机型(康明斯)最大扭矩转速下每146.6冲程供油量(mm)径大于600mm,坑深 大于800mm的情况下，配套动力应在20-40kw之间。动力小则效率低，动力过大，不仅大马拉小车，经济性差，而且会因突然冲击负荷而造成工作部件和主机

9、的损坏。发动机不仅要满足汽车的行驶要求，也要满足挖坑机的要求。在各种型号的发动机中，选择东风系列的发动机,即东风康明斯ISBE150 30的机型(表3-1),该机的额定功率相对较小，且转速也比较低，不会在工作过程中对功率的过多浪费。第4章悬挂部分传动设计在汽车的悬挂部分，动力经汽车主轴输出后，经过离合器、十字万向轴、减速器传到钻头，使钻头开始工作的。本部分主要内容为减速器的详细设计、离合器的选择、联轴器的选型。1 .1传动状况4 . 1. 1已知条件1）工作条件：8小时，间歇单向运转，载荷较平稳，室外工作，有大量尘土，环境最高温度40 o2）使用折旧期：10年，每年工作300天，每天工作8小时

10、。3）检修间隔期：1年一次大修，半年一次中修，3个月一次小修。4）动力来源：发动机主轴输出。5）钻头速度允许误差：W5%6）制造条件及生产批量：中型机械厂，单件小批生产。4.1.2设计数据表4-1设计数据表参数钻头工作阻力F钻头工作转速n钻头直径mm数据2200N180 转 / min800mm4. L3本方案特点本方案采用锥齿轮减速器一一开式齿轮传动方案，齿轮传动具有：1）效率高，是常用的机械传动中齿轮传动效率最高的。2）结构紧凑，相对其它传动机械，其占用空间较小。3）工作可靠寿命长。设计制造正确合理，使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可长达一、二十年，这是其它机械传动无法比拟的。4

11、）传动比稳定。5）使用了一对开式齿轮传动，它的失效形式多为齿面磨损，同时，开式齿轮传动在没有防护罩的情况下容易对靠近的工作人员造成危险。4. 2传动装置的设计计算5. 2. 1效率统计n 1=0.96。对轴承的效率统计1）滚筒球轴承效率：n 2=0.99 （脂润滑）2）开式齿轮轴承效率：n3=0.99 （脂润滑）3）减速器内滚柱轴承效率（2对）：n 4=0.98 （油润滑）;n 5=0.98 （油润滑）4）开式齿轮转动：n 6=0.95 （8级精度，脂润滑）5）锥齿转动啮合效率：n7=0.96 （8级精度，油润滑）6. 2. 2传动装置总体传动比的确定及传动比的分配A总传动比,2500 d。I

12、 = 13.000180B分配各构件传动比初定减速器内的传动比 =2.5 ,则开式齿轮的转动比就为.i 13.888 -= = 5.555 j 2.54.2.3确定各轴转速、转矩A转速计算在汽车悬挂式挖坑机的工作中，在汽车内部输出动力时，经过车内减速转置已将转速降至450转/ min1）小锥齿轮轴转速 =450尸/ min2）大锥齿轮转速2=2=超 = 180min z. 2.5B转矩计算1）对发动机轴:T. =9550 xL = 9550 x业- = 749Nznd14402)对各转动轴：功率： q =5%4 = 110 X0.993 X0.98 = 100.54kW尼= % = 100,5

13、4 x 0.96 x 0.98 = 94.62%W转矩： 十=TjFo =749x1x0.993 x 0.96 = 581 TV-mT2=Txix- Th? = 581 x 2.5 x 0.96 x 0.98 = 1366 N m表47各轴参数汇总表参数转速(r/min)功率（kW）转矩（N m）轴I450100. 54581轴II18094.621366C减速器内锥齿轮的设计计算选定齿轮精度等级、材料热处理方式及齿数本挖坑机工作速度、功率都不高，故选用8级精度。1）选择小齿轮材料为40Gr,调质处理，硬度270HBS,大齿轮材料为45号钢,调质处理，硬度为230HBS,二者硬度差为40HBS

14、。2）选取小齿轮齿数Zi=27,初步确定传动比为Ui=2.5则大齿轮齿数Z2= UiZi=2.5 X27P68此时传动比%言哆= 252D按齿面接触疲劳强度计算锥齿轮以大端面参数为标准值，取齿宽中点处的当量齿轮作为强度计算依据进行计算。1）设计齿轮由机械设计（以下文中出现均用*代表）得:式 10-26 2.923 ()22匕四(1 OS%)?。-51 -a初拟载荷系数K, =2.0,取齿宽系数会=0.3b弹性影响系数Ze*,查得Ze =189.8M机C应力循环次数使用期：8x300x10 = 2400（7-=60心=60 x 450x1x448800 =1.20xl09Nhnz = 604儿 =60x180 xlx448800 = 0.475 x 109d按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限为：小齿轮：rWIiml =600M；大齿轮：rwlim2 =550MPae接触疲劳强度寿命系数，选用线型1 （允许少量点蚀）查得:Khn = 0.9 ； Khnz = 0-94f计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数S=l,由课本式10-12得aH I = 0.9 x 600MCS口 2 = *修修=0.94 x 550MPa2）参数计算