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工程机械设计基础复习内容

工程机械设计基础

第一章绪论

1.1引言（了解）

1.2工程机械

1.2.1通用工程机械（掌握）

1.2.1.1起重运输机械

1.2.1.2土方机械

1.2.1.3混泥土机械

1.2.1.4桩工机械

1.2.1.5装修机械

1.2.1.6专项施工机械

1.3工程机械设计

1.3.1设计与需求（理解）

1.3.2设计工作的基本过程（了解）

1.4工程机械设计特点（掌握）

1.服务对象是土木工程建设。

2.多种系统交叉.

3.工作机构多

4.专用底盘

5.金属结构相当庞大。

6.工程机械设计载荷是一项专业性相当强的设计工作。

7.工程机械上有许多专用零部件。

8.工程机械总体设计通常面对的是一个错综复杂的机械系统，以及复杂多变的工作状态和种种特殊的工作环境。

第二章机械功能原理设计

2.1功能原理设计的几个基本概念

2.1.1功能与需求（掌握）

1.功能

2.工作头功能

工程机械中与工作对象直接接触的部分通常称为工作头。

如升降机中与重物接触的部分是载物台，起重机中与重物接触的部分是吊钩，单斗挖掘机中与土壤接触的部分是铲斗，载物台、吊钩和铲斗都是所在机械的工作头。

3.功能与需求匹配（掌握）

为需求确定目标功能的工作称为功能与需求的匹配，简称功需匹配工作。

有些需求可直接找到匹配方案。

类似起重机运输作业可直接找到匹配功能的需求称为直接需求。

不能直接找到匹配功能的需求称为间接需求。

4.间接需求的功需匹配（掌握）

1）需求类比法（借鉴已完成功需匹配的类似需求）

2）功能筛选法（在现有的机械系统功能中进行筛选）

3）分散匹配法（将间接需求分解，然后对分解后得到的局部需求进行功需匹配）

4）合作匹配法（分解需求与合成功能，组成联合功能）

5.已成功能与未成功能（掌握）

在能够与需求进行匹配的功能中，有的是已知技术系统的功能，有的是未知技术系统的功能。

已知技术系统的功能称之为已成功能，未知技术系统的功能称之为未成功能。

2.1.2功能与原理

1.简单功能与复杂功能（理解）

2.未成功能的原理解（理解）

3.未成功能与原理匹配（掌握）

给未成功能寻找原理解称为功能原理匹配，简称功理匹配。

如果未成功能是简单功能，通常可找到许多原理解。

如果未成功能是复杂功能，在对其进行功理匹配时，可采用以下方法。

1）功能类比法（借鉴功能相仿系统，间接找到原理解）

2）原理筛选法（机械原理资料库）

3）分解合成法

2.1.3功能原理与组成原理

1.工程机械分解（理解）

2.功能模块（理解）

3.组成原理（掌握）

设计的角度出发，对于一个不存在的工程机械，可以用动力、传动、执行、操控、支承5个传统模块来概括其未来的全部组成。

工程机械的模块结构称之为工程机械的组成原理。

2.2功能原理设计的基本过程（掌握）

在目标产品设计的基本过程中，功能原理设计是首先要做的工作。

功能原理设计的工作成果是要完成目标产品的总体功能原理方案。

组成总体功能原理方案的三个要素是总体目标功能；实现目标功能的总体目标原理；保证目标功能原理的总体组成原理。

2.2.1目标功能确定（理解）

2.2.2功能原理匹配（理解）

2.2.3目标功能原理确定（理解）

2.2.4组成原理设计（掌握）

2.3工程机械创新设计（了解）

第三章工程机械量化设计

3.1量化设计引言

3.1.1产品信息（了解）

3.1.2本体信息（了解）

3.1.3量化设计（理解）

3.2性能参数

3.2.1性能参数综述

1.性能参数的概念（掌握）

2.性能参数的作用（掌握）

性能参数来自于技术任务书，是产品量化设计和产品验收的依据，体现在产品说明书和使用说明书中，也是用户安全使用该产品的使用依据。

3.性能参数的确定（掌握）

1）国家标准和行业标准。

2）同类产品、用户和设计者共同制定。

3.2.2性能参数举例（起重机）

1.起重量（理解）

2.起重量特性曲线（了解）

3.起重机工作级别（掌握）

4.起重机金属结构的工作级别（掌握）

5.起重机工作机构的工作级别（掌握）

3.3设计载荷（理解）

3.4工程机械验算

3.4.1总体验算内容（掌握）

3.4.2工作机构验算内容（掌握）

3.4.3其他子系统验算（了解）

3.4.4金属结构验算内容（掌握）

第四章工程机械常用基本机构与装置

4.1引言（理解）

4.2钢丝绳滑轮组机构（理解）

组成：

钢丝绳、滑轮、吊钩。

目的：

改变提升重物的力或速度。

4.2.1钢丝绳滑轮组机构特性（理解）

4.2.2钢丝绳滑轮组机构设计要点（理解）

4.3钢丝绳卷筒机构（掌握）

一、组成：

由钢丝绳卷筒组成。

二、作用：

1、卷绕、储存钢丝绳；

2、将原动机的旋转运动→直线运动；

3、传递动力，将原动机的驱动力→钢丝绳。

三、种类：

1、按卷筒的外形有圆柱形和圆锥形；

2、按钢丝绳在卷筒上的卷绕层数有单层卷绕卷筒、多层卷绕卷筒

3、按制造方式有铸造和焊接的。

4.4三角形机构（理解）

4.5制动器

制动器的分类：

（掌握）

1.按驱动部件的类别可分为

（1）机械制动器；

（2）气压制动器；

（3）液压制动器；

（4）电动制动器；

（5）人力制动器。

2.按工作状态可分为

（1）常闭式；

（2）常开式；

（3）综合式（起重机通电工作过程中为常开，可通过操作系统随意进行制动）。

3.按驱动部件的组别可分为

（1）带式制动器；

（2）块式制动器；

（3）内胀蹄式制动器；

（4）盘式制动器；

（5）磁粉制动器；

（6）磁涡流制动器。

4.5.1起重机用制动器要求（理解）

4.5.2带式制动器（理解）

4.5.3块式制动器

4.6回转支承装置

在实现回转运动时，起重机的回转部分与非回转部分之间的传力装置称为回转支承装置。

4.6.1基本概念（理解）

4.6.2失效形式（理解）

4.7液力变矩器

在液力变矩器输入力矩不变的情况下，其输出力矩随外载荷而变化。

4.7.1基本结构

1.液力变矩器基本结构（掌握）

2.液力耦合器基本结构（了解）

4.7.2液力变矩器工作原理及特性曲线

1.流体动量矩定理（理解）

2.液力变矩器的结构简图（理解）

3.液力变矩器的工作原理（理解）

4.液力变矩器的基本特性（掌握）

（1）传动比：

液力变矩器的涡轮转速与泵轮的转速之比叫做液力变矩器的传动比i,即

i=nB/nT

（2）变矩系数：

液力变矩器的变矩能力用变矩系数表示，变矩系数是液力变矩器的涡轮转矩与泵轮的转矩之比,即

K=MT/MB=（MB±MD）/MB

液力变矩器的变矩系数K不是常数，是传动比i的函数，一般当i减小时K增大。

i=0时K达到最大值，以K0表示，叫做制动变矩系数。

（3）液力变矩器的效率：

液力变矩器的效率是指液力变矩器的输入功率与输出功率之比,即

η=MTnT/（MBnB）=Ki

（1）输出特性曲线——外特性曲线（掌握）

是指液力变矩器各参数与涡轮转速nT之间的关系。

它们是由实验和计算得出来的。

对于工程机械，通常以泵轮的转速为常数条件试验条件进行测量。

简单三元件液力变矩器的外特性曲线，其工作情况分析

1nT↑_MT↓——自动适应性

2nT=0时，MT最大，符合机械起动时需要

⑶nT变化时，MB变化不大——-对发动机的影响小

⑷最高η只有一个——-最佳工况

⑸nT较小及较大时，η太低——应配合使用变速箱。

（2）原始特性曲线（掌握）

评价变矩器性能常以特性曲线上的３个典型工况点为依据，如图4.51所示。

１.制动工况：

（起动工况,）i=0，此时涡轮力矩数值最大，工作机最大牵引力按此数值进行计算。

２.最高效率工况：

对应着最高效率（ηmax）时的工况。

３.偶合器工况：

此时涡轮力矩与泵轮力矩相等，变矩系数K=1,。

（3）输入特性曲线（掌握）

也称为负荷抛物线。

输入特性是指输入轴（泵轮轴）的力矩与它的转速之间的关系。

因泵轮的力矩又是加给发动机的负荷，故也称为发动机的负荷特性。

输入特性曲线为一条通过坐标原点的抛物线

4.8驱动桥

驱动桥是功能复杂的装置，具有减速、直角传动、分动、自动差速和制动等多项功能。

其基本组成要件包括主传动、差速器、左右半轴、轮边减速器、制动器、桥壳等。

4.8.1主传动与差速器（掌握）

工程机械的主传动一般多采用锥齿轮传动，其作用是传递动力并改变动力的方向。

4.8.2轮边减速（掌握）

轮边减速又称轮边传动，一般采用单排行星齿轮减速器，其作用是减速、增大转矩，以适应车轮的行驶要求。

4.8.3驱动桥分析（理解）

4.8.4驱动桥选用要点（掌握）

驱动桥的功用是就是将来自变速箱的动力经降速增扭并改变方向后，分配给左右驱动轮，并且允许左右驱动轮以不同转速旋转。

轮式工程机械的驱动桥主要有整体式和转向式驱动桥两类。

驱动桥的选择原则：

1.满足传动比的要求，保证车辆的动力性；

2.满足最小离地间隙的要求，保证车辆的牵引性能；

3.结构合理，有足够的强度，寿命长，工作可靠；

4.安装维修方便；

5.符合工程机械种类特性的要求。

第五章工作机构设计

5.1功能原理设计

5.1.1设计任务分析（理解）

5.1.2功能模块划分（掌握）

5.1.3功能原理方案内容（掌握）

5.14功能原理设计（理解）

5.2工作机构计算（理解）

5.3工作路径分析（理解）

5.4工作机构实体设计（理解）

实体设计的内容包括选型件设计、非选型件设计和图面设计。

5.5工作机构最优化设计（了解）

第六章工程机械驱动

6.1动力源（掌握）

工程机械的基本动力源是电动机和内燃机

6.1.1动力源评价（理解）

1.电动机与内燃机

2.汽油机与柴油机

6.1.2柴油机的选用

1.柴油机种类选择（掌握）

柴油机种类很多，分类方法主要有：

◇按工作原理：

有四冲程和二冲程。

四冲程：

曲轴旋转两周完成一个工作循环。

二冲程：

曲轴旋转一周完成一个工作循环。

◇按气缸数分：

有单缸机和多缸机（二缸和二缸以上的）。

◇按气缸排列方式分：

有直列式、V型、W型和星型排列等。

◇按额定转速分：

有高速机、中速机和低速机。

◇按冷却介质分：

有水冷和风冷柴油机。

◇按供气方式：

有自然吸气、增压和增压中冷。

◇按用途分：

车用柴油机和船用柴油机。

2.柴油机参数选择

（1）柴油机输出特性（掌握）

（2）柴油机功率选择（掌握）

通常是以额定功率是否满足使用要求作为柴油机参数选择的主要依据

ISO

DIN

国家标准

JB3826-84

举例

持续功率

持续功率

发电柴油机

强间歇性工作

12h功率

间歇功率Ⅱ

履带式土方机械

间歇性工作

1h功率

间歇功率Ⅰ

轮胎式土方机械

车用功率

15min功率

汽车功率

汽车、轮胎起重机

（3）其他参数选择要点（掌握）

柴油机参数选择在满足额定功率要求的前提下，还应当考虑以下性能。

1）超载能力

2）经济性

3）自重和轮廓尺寸

6.1.3动力源配置

[例6.2]25t全路面起重机的动力方案设计。

步骤一：

起重功率估算（理解）

步骤二：

行驶功率估算（理解）

步骤三：

方案比较举例（理解）

步骤四：

发动机选择（掌握）

发动机工作制：

持续功率、12h功率、1h功率、15min功率四种，全路面起重机的动力方案选择15min功率。

步骤五：

选定发动机外特性（掌握）

1.外特性的定义

2.如何根据外特性选择发动机

6.2驱动系统

以内燃机为动力源的工程机械，动力的传动方式主要有机械传动和液压传动两种基本形式。

6.2.1内燃机机械驱动系统

1.内燃机的局限性与对策（理解）

2.内燃机-机械驱动系统方案简图

（1）汽车底盘（了解）

（2）机械式汽车起重机（了解）

（3）机械式轮胎起重机（了解）

3.内燃机-机械驱动变速方案

（1）行驶速度与速度曲线（理解）

（2）挡位数量确定（理解）

（3）总传动比确定（理解）

（4）变速器传动比确定（理解）

6.2.2内燃机-液压驱动系统（理解）

第七章工程机械底盘

7.1底盘综述（掌握）

工程机械的底盘类型很多，总的来看可分为：

通用汽车底盘、专用汽车底盘、专用轮胎底盘以及履带底盘四种。

7.11底盘总体功能原理

1.轮式底盘的基本功能原理（理解）

2.底盘传统组成原理（掌握）

机械系统的组成模块通常是指动力、传动、执行、操控和支承五个功能模块。

3.常用组成模块（掌握）

轮式底盘常用组成模块见图7.2。

7.1.2底盘传动系统功能原理（掌握）

1.传动系统的功用是将发动机输出的功率传给驱动轮，并且使发动机功率输出特性尽可能满足使用要求。

2.其基本组成模块见图7.4。

7.1.3底盘行走系统功能原理（理解）

7.1.4底盘转向系统（理解）

7.1.5底盘制动系统（理解）

7.2柴油机与液力变矩器的匹配

7.2.1液力变矩器工作轮有效直径选择（理解）

7.2.2匹配输入（理解）

7.2.3匹配输出（涡轮）（理解）

7.3行星变速器设计（理解）

7.3.1行星变速器结构原理

7.3.2简图设计

7.4底盘力学分析（理解）

7.4.1车轮隔离体（理解）

7.4.2从动轮分析（理解）

7.4.2驱动轮分析

1.驱动力（理解）

2.牵引力（理解）

7.4.4底盘力学简图（理解）

7.5行驶阻力（掌握）

7.6行驶性能

7.6.1行驶性能图（掌握）

7.6.2行驶性能绘图（理解）

7.6.3行驶性能图使用（掌握）

第八章工程机械

8.1引言（理解）

8.2总体方案设计

8.2.1总体方案设计的基本内容（掌握）

8.2.2总体方案设计的基本过程（掌握）