毕业设计挖掘机行走部分减速器的设计.docx

1、毕业设计挖掘机行走部分减速器的设计挖掘机行走部分减速器的设计前 言 当今世界，科学技术突飞猛，知识经济已见端倪，综合国力的竞争，归根结底是科技与人才的竞争。邓小平同志早已明确指出:科技是现代化的关键,而教育是基础。科技、生产、生活等各领域中广泛应用的各种机械是怎样设计、制造出来的，这是一个系统工程问题。从大的方面分析，一是设计，二是制造。通过本设计对所学知识的综合应用，可以达到具对各种常用的通用机械零部件的设计和选用的能力，进而达到独立设计简单机械的能力。本书是挖掘机行走部分减速器的设计说明书，具体内容有：挖掘机的简介传动件的设计（齿轮传动）轴系的设计与计算（轴、滚动轴承等） 阅读本说明书后能

2、对挖掘机行走部分减速器的认识和了解有一定的帮助，也可以对挖掘行走机减速器的设计起到帮助。通过较为熟练掌握以上各通用零部件的设计计算、选择材料和热处理以及结构设计基本技能，从而掌握对通用机械设计的基本技能。 本书所有书写、计算，列表、绘图均有本人完成。由于本人水平有限，设计说明书中、难免存在缺点和错误，恳切希望读者赐教。 编著者 2005年6月前言 1第一章WK4型挖掘机机械概况及外型尺寸 第一节WK-4型挖掘机概况 4第二节WK-4型挖掘机主要技术特征 4第三节WK-4型挖掘机的机械部分 6第二章 机械传动类型及选择第一节 现代机器的结构组成 9第二节 齿轮传动的特点和基本类型 11第三节 齿

3、轮传动的特点和基本类型 12第三章 WK-4型行走减速器的设计条件第一节 已知条件 15第二节 减速器各轴转速，功率，转矩的计算 16第四章 齿轮传动的设计第一节 锥齿轮1、2传动设计计算 19第二节 直齿圆柱齿轮3、4传动设计计算 22第三节 直齿圆柱齿轮5、6传动设计计算 25第五章 轴的设计第一节 轴的结构设计 29第二节 轴的强度、刚度 29第三节 零件在轴上的固定 30第四节 轴的设计步骤 31第五节 输出轴设计 32第六章 滚动轴承的校核计算第一节 输出轴的滚动轴承的校核计算 37第七章平键连接的选用和计算第一节输出轴与齿轮6的键连接选用计算 39主要参考文献 40第一章WK4型挖

4、掘机机械概况及外型尺寸第一节WK-4型挖掘机概况抚顺矿物局现有挖掘机54台。按其工作装置可分为刚性构件支持及挠性构件支持的正铲。系统为间歇动作机械式单斗履带挖掘机。斗容在311.5立方米之间。根据挖掘机的型号可分为8种：-3，-4，WD-4，WK-4，WD-1200，WK-10A，280-B及1900型；分别为中国，日本，苏联三个国的5个工厂制造。3-4型挖掘机是我局现阶段在籍使用台数最多的挖掘机。3、4型是指铲斗的容积为3.4立方米的挖掘机。它主要包括50年代初期，苏联进口的-3，-4型；我国太原重型机械厂60年代初，陆续生产的WK-4型以及抚顺挖掘机制造厂生产的WK-4型等。由于上述各机型

5、的挖掘机其机械结构全部以苏联-4型为基型（-3型基本结构已改为-4型，除悬臂长度不同之外，其余基本相同）。3-4型挖掘机可用于各种露天矿开采，以及工业建筑、水电等土方工程，该机型类属于直流多电动机履带式正铲单斗挖掘机，理论生产能力为580立方米/时左右。第二节WK-4型挖掘机主要技术特征1、 WK-4型挖掘机主要技术参数：铲斗容积（米3）4最大牵引力（吨）38铲斗提升速度（米/秒）0.885最大爬行坡度（度）12斗杆推拉速度（米/秒）0.53作用在地面上比压（公斤/厘米2）2.4回转平台转数（转/秒）3理论生产能力（米3/时）580铲斗最大提升力（吨）50.8工作循环时间（秒）25斗杆最大推拉

6、力（吨）22.2机器公称重量（吨）200行走速度（公里/小时）0.45平衡重量（吨）352、 WK-4型挖掘机外型尺寸：顺号符号各部位名称尺寸顺号符号各部位名称尺寸1A尾部到中心距离5.55912K悬臂枢轴至地面高度2.3652B悬臂枢轴至回转中心距离2.2513L履带全长63CA型架头部到回转中心距离14U履带板宽度0.94D天轮上缘到回转中心距离10.6415V履带全宽5.25E天轮上沿到地面距离11.116M平台尾部到地面高度1.686F悬臂长度10.517N机棚到地面高度5.357G下节臂长度18PA型架到地面高度8H斗杆全长72.919Q机棚围栏宽度9悬臂倾角4520R机棚和司机室总

7、宽度10I司机室顶高21S机棚宽度5.47511J司机视野高度22T底架通过高度3-4型电铲外型尺寸如图：第三节WK-4型挖掘机的机械部分1、 结构布置（1） 底座及行走装置：下基座是由连挂履带板的两条支撑架、下基座体、行走机构、回转环轨及大齿圈4部分组成。连挂履带板后的支撑架全长为6米、全宽为5.2米。支撑架与下基座为楔键式紧固螺栓式连接。行走机构安装于下基座内，为6级齿轮传动减速。其最大行走速度为0.45千米/时；最大爬坡能力为12度。环轨及大齿圈焊接于下基座上，支撑上基座并能保证其回转，下基座与上基座靠一中央轴连结。（2） 回转平台及其上部结构主要由回转平台、提升机构、回转机构、中央枢纽

8、、气压系统等组成。1） 回转平台由中部平台、左右走台、配重箱体、司机室底座以及磁力站底座等主成。2）提升机构提升机构由抱闸、回转电动机、回转减速箱齿轮、立轴宵齿轮、大卧轮等组成。3）回转机构回转机构由两套相同的减速器同时传动，电机的上端装有气动制动器，下端输入减速器。 4）中央枢轴组成部分：由中心轴、中动压板、螺钉、螺母、轴套、中心螺帽、球面铜垫、护板等组成。5）气压系统由压力机，风包，分离器，压力继电器，提升、推压、回转行走、电磁配气阀，提升、推压、回转、行走机构抱闸风缸，放气阀，压力表等组成。（3） 工作装置工作装置包括铲斗、斗杆、起重臂及推压机构、开斗机构等组成。1） 铲斗3-4型挖掘机

9、的铲斗由前壁和斗后壁组成，两者由六个圆柱销连接，并用合金焊条焊接在一起，前壁及斗齿均用高锰钢铸造而成。2）斗杆铲杆是由钢板焊接而成的箱形截面双梁结构，其间由铸刚体结构的连接筒连接，铲杆的底面装有齿条，齿条与推压齿轮啮合，推压齿轮转动时，就传动铲杆作前伸或后缩运动。3）起重臂起重臂是工作装置各部件的基座，它的下部用销轴和回转前端的耳子连接于窝草内，上部用绷绳固定位置。4）推压机构电动机的工作原理：电动机带动轴上2齿轮传动，2、3齿轮啮合，轴上4齿轮与轴上齿轮啮合，带动推压齿轮6传动，齿条7与推压齿轮啮合，推压齿轮传动，铲杆作用前后伸缩运动。5）开斗机构由小拐轴，拐柄轴，大拐柄，开斗钢绳，开斗链，

10、开斗电动机，卷筒，插销，夹板等组成。 第二章 机械传动类型及选择第一节 现代机器的结构组成所有现代的机器，尽管构造和用途多种多样，但它们的结构组成包括动力机、传动系统和工作机构三大部分。此外，为保证机器的正常工作，还需要设置操纵装置和控制系统。例如， 作机构）、制动装置、控制系统及操纵装置等所组成；又如普通车床是由电动机、主传动齿轮变速箱主轴以及进给传动系统、操纵和制动装置等所组成。动力机是机器完成工作任务的动力源。按能量转换性质的不同，动力机分一次动力机和二次动力机。前者又称发动机和原动机，可将自然界的能源直接转换为机械能，如蒸汽机、柴油机、水轮机、和燃气轮机等。用一次动力机驱动发电机、液压

11、泵或空压机，将自然界的能源转换成电能、液体或气体的压力能，再将这种形式的能力转换为机械能的机器称为二次动力机，如电动机、液动机和气动机等。大多数机器都采用二次动力机，如金属切削机床采用电动机驱动，风动装岩机用气动机驱动；又如采煤机的截割部用电动机驱动，而牵引部用电动机经液动机驱动。传动系统是将动力机的运动和动力传给工作机构的中间传动装置，主要有机械传动、流体动力传动、电力和磁力传动等。机械传动分摩擦传动、啮合传动和推压传动。前者有摩擦轮及皮带传动等；后者有连杆机构和凸轮机构等；啮合传动有齿轮传动、蜗杆传动及链传动等。如轧钢机、水利闸门启闭机、鄂式破碎机以及机床主传动齿轮变速箱、刮板输送机齿轮减

12、速器和采煤机齿轮传动箱等是由连杆机构或齿轮机构组成的机械传动装置。流体动力传动包括：利用具有压力能的液体或气体传递运动和动力的液压传动或气压传动；利用叶片式泵轮和涡轮产生液体涡流传递运动和动力的液力偶合器或液力变矩器。电力传动主要由支流电源设备和支流电动机所组成。磁力传动分磁吸引式、磁涡流式及磁滞式三种，多用作轻型离合器和无摩擦磨损的制动或阻尼装置。机械传动系统主要用于平行轴、相交轴或交错轴间传递回转运动和动力，有时也用于将某种运动形式变换为另一种运动形式，如将回转运动或摆动变换为某种形式的往复运动或间歇运动等。机械传动系统的作用是通过减速（或增速）、变速、换向或变换运动形式，将动力机的运动和

13、动力传递并分配给工作机构，使工作机构获得所需要的运动形式和生产能力。根据具体的工作要求。机械传动系统可采用一级、两级或多级传动，也可采用多种形式的组合传动。如果动力机的机械特性完全符合工作机构完成工艺动作的需要，传动系统可省略，即将动力机与工作机构直接连接。工作机构是机器直接完成生产任务的执行装置，又称执行机构。要求工艺动作为回转运动的，如提升机的卷筒、采煤机的截割滚筒和各种车床的主轴等；要求工艺动作为往复运动的如牛头刨床的刨头和龙门刨床的工作台等；要求工艺动作为间歇运动的，如多工位组合机床的槽轮机构和冷挤压机的转位机构等；要求工艺动作按给定轨迹运动的，如耙爪装煤机的耙爪机构和港口起重机的搬运

14、机构等。工作机构的作用是用工艺方法改变材料或工件的性质、状态、形状和位置等。各种机器采用不同的工作机构，反映了机器的工艺要求和生产过程的特殊性。操纵及控制装置是早总及控制机器各组成部分协调动作并准确可靠地完成工作任务的装置，如操纵机器的起动和停车，改变传动系统的运动状态和工作参数，调节工作机构的行程或速度以及控制各工作机构之间的协调动作等。操纵及控制装置通常由各种形式的连杆机构、凸轮机构和组合机构以及电控、液控和气控系统所组成，有的还采用多种形式的齿轮机构及蜗杆机构等。此外，为保证机器的正常工作和使用寿命，现代机器还需装设一些辅助装置，如冷却、润滑、数控、计数、照明及故障预测和显示装置等。第二

15、节 齿轮传动的特点和基本类型齿轮传动用来传递任意两轴之间的运动和动力，其圆周速度可达到300m/s，传递功率可达105KW，齿轮直径可从1mm到150mm以上，是现代机械中应用最逛的一种机械传动。齿轮传动与摩擦轮和带轮传动相比主要有以下优点；（1）传递动力大、效率高；（2）寿命长，工作平稳，可靠性高；（3）能保证恒定的传动比，能传递成任意夹角两轴间的运动。它的主要缺点有：（1）制造、安装精度要求较高，因而成本也较高；（2）不宜作轴间距离过大的传动。按照一对齿轮传动的角速比是否恒定，可将齿轮传动分为非圆齿轮传动（角速比变化）及圆形齿轮传动（角速比恒定）两大类。按照工作条件的不同，齿轮传动又可分为

16、开式出论传动和闭式齿轮传动两种。前者齿轮外露，灰尘易于落与齿面，后者齿轮封闭在箱体内。第三节 齿轮常见的失效形式与设计准则齿轮传动是靠轮齿的啮合来传递运动和动力的，齿轮失效是齿轮常见的失效形式。由于传动装置有开式、闭式，齿面硬度有软齿面（硬度350HBS）、硬齿面（硬度350HBS），齿轮转速有高与低，载荷有轻与重之分，所以实际应用中常会出现各种不同的失效形式。分析研究试销形式有助于建立齿轮设计的准则，提出防止和减轻失效的措施。一、齿轮常见的失效形式有：轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合、塑性变形。轮齿折断轮齿象一个悬梁臂，受载后以齿根部产生的弯曲应力为最大，而且是交变应力。当轮齿单侧受载

17、时应力按动脉循环变化；当轮齿双侧受载时，应力按对称循环变化。轮齿受变化的弯曲应力的反复作用，齿根过度部分存在应力集中，当应力值超过材料的弯曲疲劳极限时，齿根处产生疲劳裂纹，裂纹逐渐扩展致使轮齿折断。这种折断称为疲劳折断。当轮齿突然过载，或经严重磨损后齿厚过薄时，也会发生轮齿折断，称为过载折断。如果轮齿宽度过大，由于制造、安装的误差使其局部受载过大时，会造成局部折断。在斜齿圆柱齿轮传动中，轮齿工作面上的接触线为一斜线，轮齿受载后如果有载荷集中时，就会发生局部折断。若轴的弯曲变形过大而引起轮齿局部受载过大时，也会发生局部折断。提高轮齿抗折断能力的措施很多，如增大齿根圆角半径，消除该处的加工刀痕以降

18、低齿根的应力集中；增大轴及支承物的刚度以减轻齿面局部过载的程度；对轮齿进行喷丸、碾压等冷作处理以提高齿面硬度、保持芯部的韧性等。齿面点蚀轮齿进入啮合时，齿面接触处产生很大的接触应力，脱离啮合后接触应力即消失。对齿廓工作面上某一固定点来说，它受到的是近似于脉动变化的接触应力。如果接触应力超过了轮齿材料的接触疲劳极限时，齿面产生裂纹，裂纹扩展致使表层金属微粒剥落，形成小麻点，这种现象称为齿面点蚀，实践表明，由于轮齿在节线附近啮合时，同时啮合的齿对数少，且轮齿间相对滑动速度小，润滑油膜不易形成，所以点蚀首先出现在靠近节线的齿根面上。一般闭式传动中的软齿面较易发生点蚀失效，设计时应保证齿面有足够的接触

19、强度。为防止过早出现点蚀，可采用提高齿面硬度、降低表面粗糙度值、增加润滑油粘度等措施。而对于开式齿轮传动，由于磨损严重，一般不出现点蚀。齿面磨损轮齿在啮合过程中存在相对滑动，使齿面间产生磨擦磨损。如果有金属微粒、沙粒、灰尘等进入轮齿间，将引起磨粒磨损。磨损将破坏渐开线齿形，并使侧隙增大而引起冲击和振动，严重时甚至因齿厚减薄过多而折断。磨损是开式传动的主要失效形式。采用闭式传动、提高齿面硬度、降低齿面粗糙度及采用清洁的润滑油等，均可减轻齿面磨损。齿面胶合在高速重载的齿轮传动中，齿面间的高压、高温使油膜破裂，局部金属互相粘连继而又相对滑动，金属从表面被撕落下来，而在齿面上沿华东方向出现条状伤痕，称

20、为胶合。低速重载的传动因不易形成油膜，也会出现胶合。在实际中采用提高齿面硬度、降低齿面粗糙度、限制油温、增加油的粘度、选用加有抗拒胶合添加剂的合成润滑油等方法，可以防止胶合的产生。塑性变形当齿轮材料较软而载荷较大时，轮齿表面材料将沿着磨擦力方向发生塑性变形，导致主动轮齿面节线处出现凹沟，从动轮齿面节线处出现凸棱，齿形被破坏，影响齿轮的正常啮合。为防止齿面的塑性变形，可采用提高齿面硬度、选用粘度较高的润滑油等方法。二、设计准则设计齿轮传动时应根据齿轮传动的工作条件、失效情况等，合理地确定设计准则，以保证齿轮传动有足够的承载能力。工作条件、齿轮的材料不同，轮齿的失效形式就不同，设计准则、设计方法也

21、不同。对于闭式软齿面齿轮传动，齿面点蚀是主要的失效形式，应先按齿面接触疲劳强度进行设计计算，确定齿轮的主要参数和尺寸，然后再按弯曲疲劳强度校核齿根的弯曲强度。闭式硬齿面齿轮传动常因齿根折断而失效，故通常先按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，确定齿轮的模数和其他尺寸，然后再按接触疲劳强度校核齿面的接触强度。对于开式齿轮传动中的齿轮，齿面磨损为其主要失效形式，故通常按照齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，确定齿轮的模数，考虑齿轮的模数，考虑磨损因素，再将模数增大10%20%，而无需校核接触强度。 第三章 WK-4型行走减速器的设计条件第一节 已知条件1、传递功率 ： P=35KW2、输入轴转速 ： n=96

22、0r/min3、工作条件 ：二班制，连续单向运转，中等或严重冲击，有粉尘。4、数据名称齿数模数压力角1齿轮1610mm202齿轮3010mm203齿轮156mm204齿轮706mm205齿轮1110mm206齿轮5110mm20第二节 减速器各轴转速，功率，转矩的计算1、 传动装置的传动效率的选择根据传动方案简图，并由表210查出球滚动轴承效率1=0.99滚子滚动轴承效率2=0.98跑合好的6级精度和7级精度圆锥齿轮传动（油润滑）效率含轴承效率3=0.988级精度的一般圆柱齿轮传动（油润滑）效率含轴承效率4=0.972、 各轴功率计算减速器转入的功率是P=35KW1轴的功率：P1=P123=3

23、50.990.98=33.96KWP2= P14=33.960.97=32.94KWP3= P24=32.940.97=31.95KW3、 各轴转速计算输入轴转速：n=960r/min1轴转速： n1 =n/i12=960(16/30)=512r/min2轴转速： n2= n1/i34=512(15/70)=109.7 r/min3轴转速： n3 = n2/i56=109.7(11/51)=23.66r/min4、各轴转矩的计算输入轴转矩 ：T=9.55103P/n=9.55103(35/960 )=3.48105N .mm1轴转矩： T1=9.55103P1/n1 =9.551000(33.

24、96/512)=6.334105N .mm 2轴转矩： T2=9.55103P2/ n2=9.551000(32.94/109.7 )=2.86106 N .mm3轴转矩： T3=9.55103P/ n=9.551000(31.95/23.66)=1.271107 N .mm各轴运动动力参数列入下表：名称转速（r/min）转矩（Nmm）功率（KW）主动轴9603.48105351轴5126.3310533.962轴109.72.8610632.943轴23.661.27110731.95第四章 齿轮传动的设计第一节 锥齿轮1、2传动设计计算 1、选择齿轮材料及精度等级因传递功率较大，选用硬齿面

25、齿轮组合，由资料，选齿轮材料用20Cr2Mn2Mo，渗碳、淬火、回火处理，硬度为5662HBC，选齿轮精度等级为6级。2、按齿根弯曲疲劳强度设计按锥齿轮传动设计公式可得m4KTYFYS/（R（1-0.5R）2Z12F（u2+1）1/2）1/3 确定有关参数与系数：（1） 转矩T1T1=9.55106P/n=3.48105 N .mm（2） 荷系数K查表10.11，取K=1.7。（3） 齿数、齿宽、系数R，传动比u取z1=16,z2=30，当量齿数zv为：zv1=z1/cos1，zv2=z2/cos2 ，1= arccotz2/z1,2=90-1所以，1=arccotz2/z1=arccot30

26、/60=28.07,2=90-1=61.93所以，zv1=z1/cos1=16/cos28.07=18.13,zv2=z2/cos2=30/cos61.93=63.76由表10.13查得齿形系数： YF1=2.90 YF2=2.28由表10.14查得应力修正系数：YS1=1.54 YS2=1.73由表10.20选取R=b/d1=0.3u=z2/z1=30/16=1.875（4） 许用弯曲应力F按图10.25查Flim，按16MnCr5查取，得Flim=1000MPa由表10.10查得SF=1.7N1=60njLh=60120011030016=3.456109hN2= N1/i=3.45610

27、9/1.875=1.84109h查图10.26得YN1= YN2=1由式F= YNFlim/SF得F1=F2= YN1Flim/SF=11200/1.7=588.24 MPaYF1 YS1/F1=2.901.54/588.24=7.5910-3 MPa-1YF2 YS2/F2=2.281.73/588.24=6.710-3 MPa-1故m4.72.2742.241.783.48105/（0.3（1-0.50.3）2960162（1.8752+1）1/2）1/3=5.08mm由表10.3取标准模数值m=10 mm。3、按齿面接触疲劳强度校核H=4.98ZE/（1-0.5R）KT1/（Rd13u）

28、1/2H （1）分度圆直径dd1=mz1=1016=160mm，d2=mz2=1030=300mm（2）许用接触应力H由图10.24查得Hlim=1500MPa由表10.10查得SH=1.3由图10.27得ZN1=1，ZN2=1由式H= ZNHlim/SH得H1=H2= ZNHlim/SH=11500/1.3=1153.85 MPa查表10.12查得弹性系数ZE=189.8故H=4.98189.8/（1-0.50.3）2.2743.681105/（0.316031.875）1/2=564.3 MpaH因为HH，所以齿面接触疲劳强度校核合格。（3）验算齿轮圆周速度vv=dn/601000=3.1

29、4160(1-0.50.3)1200/601000=8.5m/s由表10.22知选6级精度是合格的。（5） 几何尺寸的确定名称计算公式结果/mm分度圆锥角1=arccotz2/z1=arccot30/162=90-128.0761.93分度圆直径d1=mz1=1016d2=mz2=1030160300齿顶高ha1=ha2=ha*m11010齿根高hf1=hf2=(ha*+c*)m（1+0.25）1012.5齿顶圆直径da1=d1+2hacos1=160+210cos28.07da2=da+2hacos2=300+210cos61.93177.65309.41齿根圆直径df1=d1-2hfcos1=160-212.5cos28.07df2=d2-2hfcos2=300-212.5cos61.93137.94288.24锥距R=1/2(d12+d22)1/2=1/2（1602+300）1/2170齿宽B1/3R=1/317