履帶式液壓驅(qū)動(dòng)底盤的設(shè)計(jì)
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世界最新機(jī)械設(shè)計(jì)理念
來源:中國科技期刊
摘要:根據(jù)目前國內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)的主要思維特點(diǎn)，將產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)方法概括為系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)模塊化、基于產(chǎn)品特征知識(shí)和智能。這幾種方法的特點(diǎn)及其相互間的有機(jī)聯(lián)系，提出產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的努力方向。
關(guān)鍵詞：機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)方法發(fā)展趨勢
設(shè)計(jì)文件是將語義設(shè)計(jì)網(wǎng)作為設(shè)計(jì)工具，在其開發(fā)的活性語義設(shè)計(jì)網(wǎng)ASK中，采用結(jié)點(diǎn)和線條組成的網(wǎng)絡(luò)描述設(shè)計(jì)，結(jié)點(diǎn)表示元件化的單元(如設(shè)計(jì)任務(wù)、功能、構(gòu)件或加工設(shè)備等)，線條用以調(diào)整和定義結(jié)點(diǎn)間不同的語義關(guān)系，由此為設(shè)計(jì)過程中的所有活動(dòng)和結(jié)果預(yù)先建立模型，使早期設(shè)計(jì)要求的定義到每一個(gè)結(jié)構(gòu)的具體描述均可由關(guān)系間的定義表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程由抽象到具體的飛躍。
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：將設(shè)計(jì)看成由若干個(gè)設(shè)計(jì)要素組成的一個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)設(shè)計(jì)要素具有獨(dú)立性，各個(gè)要素間存在著有機(jī)的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設(shè)計(jì)要素結(jié)合后，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。
系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想于70年代由德國學(xué)者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，制訂了設(shè)計(jì)的一般模式，倡導(dǎo)設(shè)計(jì)工作應(yīng)具備條理性。德國工程師協(xié)會(huì)在這一設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上，制訂出標(biāo)準(zhǔn)VDI2221技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)方法。
1. 將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎(chǔ)，從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā)，利用質(zhì)量功能布置方法，系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)目標(biāo)和作業(yè)控制規(guī)程的方法。
2. 將產(chǎn)品看作有機(jī)體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程劃分成功能需求層次、實(shí)現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計(jì)層次。同時(shí)采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達(dá)產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
3. 將機(jī)械設(shè)計(jì)中系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用歸納為兩個(gè)基本問題：一是把要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品作為一個(gè)系統(tǒng)處理，最佳地確定其組成部分（單元）及其相互關(guān)系；二是將產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程看成一個(gè)系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，正確、合理地確定設(shè)計(jì)中各個(gè)方面的工作和各個(gè)不同的設(shè)計(jì)階段。
由于每個(gè)設(shè)計(jì)者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點(diǎn)不同，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)采用的具體研究方法亦存在差異。下面介紹一些具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法。
4. 設(shè)計(jì)元素法
用五個(gè)設(shè)計(jì)元素（功能、效應(yīng)、效應(yīng)載體、形狀元素和表面參數(shù)）描述“產(chǎn)品解”，認(rèn)為一個(gè)產(chǎn)品的五個(gè)設(shè)計(jì)元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國亦有設(shè)計(jì)學(xué)者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。
5. 圖形建模法
研制的“設(shè)計(jì)分析和引導(dǎo)系統(tǒng)”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化建模，以及功能層之間的聯(lián)接。
將設(shè)計(jì)劃分成輔助方法和信息交換兩個(gè)方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號(hào)、具有內(nèi)容豐富的語義模型結(jié)構(gòu)、可以描述集成條件、可以劃分約束類型、可以實(shí)現(xiàn)關(guān)系間的任意結(jié)合等特點(diǎn)，將設(shè)計(jì)方法解與信息技術(shù)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)過程中不同抽象層間信息關(guān)系的圖形化建模。
6. “構(gòu)思”—“設(shè)計(jì)”法
將產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)分成“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”兩個(gè)階段?！皹?gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解?！霸O(shè)計(jì)”階段的工作則是具體實(shí)現(xiàn)構(gòu)思階段的原理解。
將方案的“構(gòu)思”具體描述為：根據(jù)合適的功能結(jié)構(gòu)，尋求滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解。即功能結(jié)構(gòu)中的分功能由“結(jié)構(gòu)元素”實(shí)現(xiàn)，并將“結(jié)構(gòu)元素”間的物理聯(lián)接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”間的相互作用又形成了功能示意圖(機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡圖)。方案的“設(shè)計(jì)”是根據(jù)功能示意圖，先定性地描述所有的“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”，再定量地描述所有“結(jié)構(gòu)元素”和聯(lián)接件(“功能載體”)的形狀及位置，得到結(jié)構(gòu)示意圖。Roper，H.利用圖論理論，借助于由他定義的“總設(shè)計(jì)單元(GE)”、“結(jié)構(gòu)元素(KE)”、“功能結(jié)構(gòu)元素(FKE)”、“聯(lián)接結(jié)構(gòu)元素(VKE)”、“結(jié)構(gòu)零件(KT)”、“結(jié)構(gòu)元素零件(KET)”等概念，以及描述結(jié)構(gòu)元素尺寸、位置和傳動(dòng)參數(shù)間相互關(guān)系的若干種簡圖，把設(shè)計(jì)專家憑直覺設(shè)計(jì)的方法做了形式化的描述，形成了有效地應(yīng)用現(xiàn)有知識(shí)的方法，并將其應(yīng)用于“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”階段。
7. 鍵合圖法
將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達(dá)元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動(dòng)生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個(gè)設(shè)計(jì)方案的方法。
提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個(gè)或幾個(gè)模塊化的基本結(jié)構(gòu)，通過選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件，甚至是一個(gè)系統(tǒng)。
本結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口(聯(lián)接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟(jì)化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設(shè)計(jì)與組合設(shè)計(jì)相結(jié)合，根據(jù)分級模塊化原理，將加工中心機(jī)床由大到小分為產(chǎn)品級、部件級、組件級和元件級，并利用專家知識(shí)和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。
以設(shè)計(jì)為目錄作為選擇變異機(jī)械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設(shè)計(jì)的解元素進(jìn)行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排，形成解集設(shè)計(jì)目錄。并在解集設(shè)計(jì)目錄中列出評論每一個(gè)解的附加信息，非常有利于設(shè)計(jì)工程師選擇解元素。
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，異地協(xié)同設(shè)計(jì)與制造，以及從用戶對產(chǎn)品的功能需求→設(shè)計(jì)→加工→裝配→成品這一并行工程的實(shí)現(xiàn)成為可能。但是，達(dá)到這些目標(biāo)的重要前提條件之一，就是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)效果的三維可視化。為此，不僅三維圖形軟件、智能化設(shè)計(jì)軟件愈來愈多地應(yīng)用于產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及多媒體、超媒體工具也在產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)中初露鋒芒。目前，德國等發(fā)達(dá)國家正著力于研究超媒體技術(shù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP，以及標(biāo)準(zhǔn)虛擬現(xiàn)實(shí)造型語言上基于虛擬環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)交換格式)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
機(jī)械產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)正朝著計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)、智能化設(shè)計(jì)和滿足異地協(xié)同設(shè)計(jì)制造需求的方向邁進(jìn)，由于產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法的研究起步較晚，目前還沒有成熟的、能夠達(dá)到上述目標(biāo)的方案設(shè)計(jì)工具軟件。作者認(rèn)為，綜合運(yùn)用文中四種類型設(shè)計(jì)方法是達(dá)到這一目標(biāo)有效途徑。雖然這些方法的綜合運(yùn)用涉及的領(lǐng)域較多，不僅與機(jī)械設(shè)計(jì)的領(lǐng)域知識(shí)有關(guān)，而且還涉及到系統(tǒng)工程理論、人工智能理論、計(jì)算機(jī)軟硬件工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等各方面的領(lǐng)域知識(shí)，但仍然是產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)必須努力的方向。國外在這方面的研究已初見成效，我國設(shè)計(jì)學(xué)者也已意識(shí)到CAD技術(shù)與國際交流合作的重要性，及其應(yīng)當(dāng)采取的措施。
基于產(chǎn)品特征知識(shí)設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：用計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，建立相應(yīng)的知識(shí)庫及推理機(jī)，再利用已存儲(chǔ)的領(lǐng)域知識(shí)和建立的推理機(jī)制實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。
機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推量和決策，完成機(jī)構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實(shí)現(xiàn)這一階段的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，必須研究知識(shí)的自動(dòng)獲取、表達(dá)、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此，國內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者針對機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)知識(shí)的自動(dòng)化處理做了大量的研究工作，采用的方法可歸納為下述幾種。
The worlds Latest Mechanical Design Conceptssource：China Science and Technology JournalAbstract:According to scholars at home and abroad to carry out mechanicaldesign product design features of the main ideas, product design method of theprogramsummarizedassystematic,modularstructure,basedonproductcharacteristics of knowledge and wisdom. The characteristics of these methods andtheir organic connection between them and put forward to achieve the computerproduct design direction.Key words: Mechanical Product Design MethodDevelopment Trends Design documents will be Semantic Web as a design tool inthe design of its Semantic Web activity of the development of ASK, using nodes andlines to describe the design a network, nodes that components of the cell (such asdesign tasks, functions, components or processing equipment, etc. ), used to adjust thelines and definitions between nodes of different semantic relations, thus the designprocess all the activities and results of pre-built models so that the definition of theearly design requirements to the specific description of each structure can be definedby the relationship between the expression, achieved a computer-aided design process,the leap from the abstract to the concrete.Asystematic design methodThe main features of a systematic design method are: the design as designed by anumber of elements of a system, the independence of each design elements, eachelement of an organic link between the existence of, and is layered, with all the designelements , you can design systems to achieve the required task.Systematic design idea in the 70s by the German scholar Professor Pahl andBeitz, the system based on the theory they developed a general pattern of the design,advocacy design work should have organized. German Engineers Association, on thebasis of this design concept to develop a standard VDI2221 technology systems andproduct development design methods.1.The user needs functional characteristics as a product concept, structuredesign and part design, process planning, job control, etc. based on the macro fromthe product development process of starting the use of quality function deploymentmethod and system to user demand information reasonably and efficiently convertedto the various stages of product development, technical goals and operational controlprocedures method.2.The level of the product life of the organism as a system, and means ofliving systems theory, the product design process can be divided into successfulhierarchy of needs to achieve the functional requirements of the conceptual level andproduct level of the specific design. At the same time life-support systems used toexpress the abstract icons of the product functional requirements, system structureformation of product features.3.The mechanical design of the application of systems science into two basicquestions: First, to be designed as a system dealing with the products, the best way todetermine its component parts (modules) and their mutual relations1; is the productdesign process as a system, according to design objectives, a correct and reasonablydetermine the various aspects of the design work and various design stage.Because each designers point of research questions and to consider the questionof emphasis, to design a specific research methods used is also different. Here aresome representative of the systematic design methods.4.Design Element MethodWith the five design elements (functions, effects, effects vector, shape, elements,and surface parameters) describe the product solutions that a product to determinethe value of the five design elements, the product of all the features and characteristicsof the value of i.e. determined. Scholars in China have adopted similar methodsdesigned to describe the products original understanding.5.Graphic modeling methodAnd developed a design analysis and guidance systems KALEIT, with thelevel of clear graphic description of a products functional structure and its associatedabstract information, to the system structure and function relationship of graphicalmodeling, and functional connection between the layers 2.Assistance will be designed to be divided into two aspects of methodology andexchange of information using the Nijssen Information Analysis Method can be usedgraphic symbols, with a rich semantic model structure, can be described as integrationconditions, can be divided into types of constraints can be achieved in relationsbetween any combination of characteristics , the design method to solve integrationand information technology to realize the design process of information betweendifferent abstraction layers between the graphical modeling.6.Concept - Design methodProducts design is divided into concept and design in two stages. Conceptphase of the task is to find, choose and mix to meet the requirements of the originalunderstanding of design tasks. Design stage of work is a concrete realization of theoriginal understanding of the conceptual stage.Of the programs idea of specific described as: In accordance with theappropriate functional structure, seeking to meet the design requirements of theoriginal understanding of the task. The functional structure of the sub-function isperformed by the structural elements to achieve, and structural elements of thephysical connection between the definition of a feature vector, feature vector andstructural elements further the interaction between the formation of the functionaldiagram ( mechanical diagram). The program design is based on functional diagram,the first qualitative description of all of the feature vector and structural elements,and then quantitatively describe all the structural elements and the connection parts( feature vectors), the shape and location to be structure diagram3. Roper, H. usinggraph theory, by means of which he defines as the total design unit (GE), structuralelements (KE), functional structural elements (FKE), connect structural elements(VKE), Structural Parts (KT), structure element part (KET) concepts, as well asdescribe the structure element size, location, and transmission parameters of theinteractions between a number of kinds of schematics, the intuitive designprofessionals have done a formal design method a description of the formation of aneffective application of existing knowledge, methods, and applied to ideas anddesign stage.7.Bond Graph MethodFunction of the composition of system components will be divided into produceenergy, consumed energy, changing energy forms, such as various types of energytransfer, and to use bond graphs to express the function component solution, hoping tofunction-based model and bond graph combine to achieve functional structure theautomatic generation and functional structure with the bond graph automaticconversion between the search for bond graph generated by a number of designmethods.To promote the product on the basis of functional analysis, the product has somefeatures broken down into one or several modular basic structure, by selection andcombination of the basic structure of these modular form into different products.These basic structures can be parts, components, or even a system.The structure should have a standardized interface (connection and co-operationdepartment),andisserialized,universal,integrated,hierarchical,agile,economic-oriented, with interchangeability, compatibility and relevance. Chinascombination of software component technology and CAD technology, variant designcombined with the modular design, according to modular principle of classification,will be divided into descending Machining Center Machine Tool product level,component level, component level and component level, and use expert knowledgeand CAD technology to combine them into different species, different specificationsof functional blocks, and then by the combination of these functions into differentmodules of the overall program processing center.To design a directory as an alternative variation of the mechanical structure ofthe tool, the solution proposed by the design elements of a complete, structured layout,the formation of the solution set design catalogs. And in the solution set designed tocomment on each one listed in the directory solution additional information, is verybeneficial to design engineers select solution elements.The vigorous development of network technology, collaborative design andmanufacturing, as well as the product from the users functional requirements design processing assembly finished product of this realization of concurrentengineering possible. However, an important prerequisite to achieve these goals oneof the conditions is to realize the effect of product design three-dimensionalvisualization. To this end, three-dimensional graphics software, more and moreintelligent design software programs used in the product design, virtual realitytechnology and multimedia, hypermedia tools for product design is also its first debut.At present, Germany and other developed countries are focused on researchhypermedia technology, product data exchange standard STEP, as well as standardvirtual reality modeling language based on a standard exchange format for virtualenvironments) in the product design applications.Mechanical product design is moving in computer-aided realization of intelligentdesign and to meet the needs of distributed collaborative design and manufacture ofdirection, due to the computer product design Study on the implementation startedlate, not yet mature, to achieve the above objectives program design tools4. Authorbelieves that the integrated use of paper, four types of design method is an effectiveway to achieve this goal. Although the integrated use of these methods are moreinvolved in the field, not only with the mechanical design of the field-relatedknowledge, but also to the systems engineering theory, artificial intelligence theory,computer hardware and software engineering, network technology areas such asdomain knowledge, it is still product design must be working for. Abroad in researchin this area has achieved initial success, our scholars have been aware of CAD designtechnology and the importance of international exchange and cooperation, and itsmeasures to be taken.Feature-based design methodology of knowledge The main features are: using acomputer can identify the language to describe the characteristics of the product andits design experts in the field of knowledge and experience to establish the appropriateknowledge base and inference engine, re-use of stored domain knowledge and theestablishment of the inference mechanism to bring computer-aided product design.The mechanical system design is mainly based on the characteristics of a product,and design experts in the field of knowledge and experience to push volume anddecision-making, the completion of body type, the number of synthesis. To achievethis stage of computer-aided design, must study the automatic acquisition ofknowledge, expression, integration, coordination, management and use. To this end,the design and scholars at home and abroad program for the mechanical systemdesign knowledge of the automated processing done a lot of research work, theapproach can be summarized into the following several.
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
題 目： 履帶式液壓驅(qū)動(dòng)底盤的設(shè)計(jì)
作 者：
學(xué) 號(hào)：
專 業(yè)：
班 級：
指導(dǎo)老師：
(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))
評 閱 者：
(姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))
年 月
目 錄
1 引言 - 1 -
1.1 國內(nèi)履帶式液壓驅(qū)動(dòng)底盤的現(xiàn)狀 - 1 -
1.2國內(nèi)履帶式液壓驅(qū)動(dòng)底盤的發(fā)展趨勢 - 3 -
1.3主要設(shè)計(jì)內(nèi)容與關(guān)鍵技術(shù) - 3 -
2 技術(shù)任務(wù)書（JR） - 4 -
2.1總體設(shè)計(jì)依據(jù) - 4 -
2.1.1 設(shè)計(jì)要求 - 4 -
2.1.2設(shè)計(jì)原則 - 4 -
2.2 產(chǎn)品的用途及使用范圍 - 5 -
2.3 產(chǎn)品的主要技術(shù)要求與主要技術(shù)參數(shù) - 5 -
2.3.1 主要技術(shù)要求 - 5 -
2.3.2 主要技術(shù)參數(shù) - 5 -
2.4 考慮到的若干方案的比較 - 5 -
3 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書（SS） - 6 -
3.1 結(jié)構(gòu)方案分析與確定 - 6 -
3.1.1 履帶式與輪式底盤的比較 - 6 -
3.1.2 結(jié)構(gòu)方案的確定 - 7 -
3.2 履帶式行走底盤總體的設(shè)計(jì) - 7 -
3.2.1 結(jié)構(gòu)組成及其工作原理 - 7 -
3.3 履帶行走裝置計(jì)算 - 7 -
3.3.1 液壓馬達(dá)的選取 - 7 -
3.3.2 液壓泵的選取 - 8 -
3.3.3驅(qū)動(dòng)軸的選取 - 9 -
3.3.4驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪的設(shè)計(jì)和計(jì)算 - 10 -
4 使用說明書（SM） - 15 -
4.1 結(jié)構(gòu)及工作原理 - 15 -
4.2 主要技術(shù)參數(shù) - 16 -
4.3使用注意事項(xiàng) - 16 -
5 技術(shù)條件（JT） - 16 -
5.1 檢驗(yàn)規(guī)則 - 17 -
5.1.1檢驗(yàn)的劃分 - 17 -
5.1.2出廠檢驗(yàn) - 17 -
5.1.3型式檢驗(yàn) - 17 -
6 結(jié)論 - 18 -
參考文獻(xiàn) - 19 -
致謝 - 20 -
履帶式液壓驅(qū)動(dòng)底盤的設(shè)計(jì)
1 引言
1.1 國內(nèi)履帶式液壓驅(qū)動(dòng)底盤的現(xiàn)狀
底盤的作用是支承、安裝發(fā)動(dòng)機(jī)及其各部件、總成，形成車輛的整體造型，并動(dòng)力，使整車產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，保證正常行駛。
我國生產(chǎn)履帶底盤的歷史較短，與起重機(jī)的發(fā)展基本相同，與世界先進(jìn)國家相比，國內(nèi)履帶底盤的技術(shù)含量低、系列化程度低，在制造和設(shè)計(jì)上還存在一定的差距。近年來，國內(nèi)履帶起重機(jī)的快速發(fā)展，給履帶底盤的發(fā)展帶了機(jī)遇，系列得以不斷的提高。
目前國內(nèi)生產(chǎn)履帶底盤的主要廠家有寧波邦力、濟(jì)寧一飛工程機(jī)械有限公司、奉化優(yōu)嘉力液壓有限公司、上海五一重工挖掘機(jī)履帶總成有限公司、寧波杰瑞液壓傳動(dòng)有限公司。
（1）寧波邦力專業(yè)生產(chǎn)橡膠和鋼制履帶行走底盤，有5噸、8噸、12噸，最大克最大130噸的底盤行走，產(chǎn)品大量用于各種履帶行走機(jī)構(gòu)中，有挖掘機(jī)，鉆機(jī)，煤礦設(shè)備等行業(yè)中；同時(shí)，專業(yè)生產(chǎn)非開挖鉆機(jī)履帶底盤，各種鉆機(jī)履帶行走底盤。
結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)：
① 支承主機(jī)重量，具有前進(jìn)、后退轉(zhuǎn)彎行走之功能。
② 橡膠履帶采用日本技術(shù)生產(chǎn)的建筑機(jī)械型，承載能力、牽引力大，噪音低，不傷及柏油路面，具有良好的行駛性能。
③ 配有內(nèi)藏式低速大扭矩馬達(dá)行走減速機(jī)，具有高通過性能。
④ 形行走架，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度大，利用折彎加工。
⑤ 支重輪、導(dǎo)向輪采用深溝球軸承，一次性加黃油潤滑，免使用中維護(hù)和保養(yǎng)加油。
⑥ 軸端雙密封結(jié)構(gòu)，保證潤滑油密封不外漏，并能防止泥水進(jìn)入輪腔。
⑦ 支重輪，導(dǎo)向輪、驅(qū)動(dòng)輪齒采用合金鋼并經(jīng)淬火處理，耐磨性好，使用壽命長。
⑧ 彈簧漲緊機(jī)構(gòu)彩螺桿調(diào)節(jié)，可靠性高。
性能參數(shù)：
① 底盤自身質(zhì)量1.4t，機(jī)械允許總重6-6.5t。
② 履帶高度低，H=466mm。
③ 行駛速度高 v=2-4Km/h。
④ 行走液壓馬達(dá)減速機(jī)工作壓力 PH=20Mpa，Q總=1634ml/r，MH=5724N·m。
⑤ 牽引力大，T=5536kg，牽引能力92%（理論值），爬坡能力α>30°。
⑥ 地比壓力 p=0.038Mpa。
目前該產(chǎn)品從4T到18T已成系列化批量生產(chǎn)。
（2）濟(jì)寧一飛專業(yè)生產(chǎn)各種進(jìn)口，國產(chǎn)挖掘機(jī)，推土機(jī)，攤鋪機(jī)，旋挖鉆機(jī)，給料機(jī)，裝載機(jī)等各種工程機(jī)械鏈軌，履帶總成，各種鏈軌節(jié)，鏈軌合件，銷套，履帶板及四輪產(chǎn)品。各種型號(hào)小挖橡膠履帶，橡膠塊，節(jié)距101，106，135，140，154，160，171，190，203，216，228，240，260等10余種規(guī)格，上百個(gè)系列。
（3）奉化優(yōu)嘉力系列履帶底盤選用高品質(zhì)的行走馬達(dá)、減速機(jī)，體積小、重量輕、輸出扭矩大、制動(dòng)可靠，整體行走機(jī)構(gòu)更加緊湊。
（4）上海五一重工主要經(jīng)營進(jìn)口挖掘機(jī)、推土機(jī)底盤件。直接從國外生產(chǎn)廠家進(jìn)貨,以意大利，日本，韓國底盤件為主。產(chǎn)品有進(jìn)口挖掘機(jī)、推土機(jī)履帶總成：支重輪、引導(dǎo)輪、托鏈輪、驅(qū)動(dòng)輪、鏈軌、螺栓、鏈板、鏈節(jié)、斗軸、肖、套等。 這些優(yōu)質(zhì)進(jìn)口零件廣泛應(yīng)用于：（CATERPILLAR）卡特、（KOMATSU）小松、（HITACHI）日立、（KATO）加藤、（SUMITOMO）住友、（KOBELCO）神鋼、（DAEWOO）大宇、（HYUNDAI）現(xiàn)代等各種進(jìn)口或合資挖掘機(jī)、推土機(jī)，重型工程機(jī)械。
（5）寧波杰瑞專業(yè)生產(chǎn)橡膠JRXD系列和鋼制履帶JRLD行走底盤，有5噸、8噸、12噸，最大克最大130噸的底盤行走，產(chǎn)品大量用于各種履帶行走機(jī)構(gòu)中，有挖掘機(jī)，鉆機(jī)，煤礦設(shè)備等行業(yè)中；同時(shí)，專業(yè)生產(chǎn)非開挖鉆機(jī)履帶底盤，各種鉆機(jī)履帶行走底盤。結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)：
①支承主機(jī)重量，具有前進(jìn)、后退轉(zhuǎn)彎行走之功能。
② 橡膠履帶采用日本技術(shù)生產(chǎn)的建筑機(jī)械型，承載能力、牽引力大，噪音低，不傷及柏油路面，具有良好的行駛性能。
③ 配有內(nèi)藏式低速大扭矩馬達(dá)行走減速機(jī)，具有高通過性能。
④ 形行走架，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度大，利用折彎加工。
⑤ 支重輪、導(dǎo)向輪采用深溝球軸承，一次性加黃油潤滑，免使用中維護(hù)和保養(yǎng)加油。
⑥ 軸端雙密封結(jié)構(gòu)，保證潤滑油密封不外漏，并能防止泥水進(jìn)入輪腔。
⑦ 支重輪，導(dǎo)向輪、驅(qū)動(dòng)輪齒采用合金鋼并經(jīng)淬火處理，耐磨性好，使用壽命長。
⑧ 彈簧漲緊機(jī)構(gòu)彩螺桿調(diào)節(jié)，可靠性高。
1.2國內(nèi)履帶式液壓驅(qū)動(dòng)底盤的發(fā)展趨勢
由國內(nèi)外履帶底盤的發(fā)展現(xiàn)狀，可以看到履帶液壓底盤發(fā)展趨勢有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
①為適應(yīng)大型工程項(xiàng)目的需求,履帶底盤正在迅速向超大噸位發(fā)展
由于各種工程建設(shè)的大型化，所需的配套設(shè)備構(gòu)件等的重量也不斷增加,對超大型起重設(shè)備的需求也愈來愈多，為了實(shí)現(xiàn)起吊大的重物,在原有 起重機(jī)的基礎(chǔ)上增加超起裝置，不僅擴(kuò)大了履帶起重機(jī)的工作范圍,而且提高了履帶起重機(jī)的利用率。
②充分運(yùn)用新技術(shù)、新材料、新工藝、新的設(shè)計(jì)方法,使整機(jī)性能大大提高
充分利用新技術(shù)、新工藝來提高產(chǎn)品質(zhì)量，并不斷開發(fā)新材料、新結(jié)構(gòu)、新功能提高產(chǎn)品競爭力。例如1000ＭＰａ抗拉強(qiáng)度的臂架材料已被 廣泛采用,從而大幅度地降低了臂架自重，提高了產(chǎn)品起重性能。整機(jī)的結(jié)構(gòu)也逐漸采用高強(qiáng)材料,通過優(yōu)化設(shè)計(jì)顯著減輕整機(jī)重量，同時(shí)為保證整機(jī)穩(wěn)定性,增加 了必要的車身壓重，這些都使得大噸位產(chǎn)品能夠具有較高的性能和良好的經(jīng)濟(jì)性。
③核心技術(shù)化
各大知名企業(yè)均具有其獨(dú)特的核心技術(shù),并不斷創(chuàng)新，努力保持在同行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先地位?，F(xiàn)在各大公司均下大力氣研究開發(fā)自己的核心技術(shù),以不斷提升自己的產(chǎn)品檔次和競爭能力。
④操作控制系統(tǒng)的智能化
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的不斷發(fā)展，逐步完善的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和集成傳感技術(shù)在履帶底盤行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用,先進(jìn)的電子控制和電腦 操作系統(tǒng)的配置已非常便。各種電子監(jiān)控系統(tǒng)、運(yùn)行作業(yè)時(shí)的在線故障檢測和診斷、智 能化總體控制等是今后履帶底盤不斷向智能化方向發(fā)展的重要研究領(lǐng)域。
1.3主要設(shè)計(jì)內(nèi)容與關(guān)鍵技術(shù)
（1）液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，包括液壓泵、液壓馬達(dá)的選型和參數(shù)確定。
（2）履帶張緊裝置的設(shè)計(jì)。
（3）驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)。
（4）機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵技術(shù)主要包括液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，液壓系統(tǒng)的參數(shù)選取和驅(qū)動(dòng)裝置的合理布置對履帶底盤的性能具有重要影響。
2 技術(shù)任務(wù)書（JR）
2.1總體設(shè)計(jì)依據(jù)
本設(shè)計(jì)是根據(jù)常用履帶設(shè)計(jì)方法和較成熟和現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，參考了農(nóng)業(yè)機(jī)械履帶底盤設(shè)計(jì)的通用原則，依據(jù)所給的動(dòng)力選取了液壓元件，結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，選擇了標(biāo)準(zhǔn)件，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參照了東方紅拖拉機(jī)的結(jié)構(gòu)形式。
2.1.1 設(shè)計(jì)要求
現(xiàn)代車輛及機(jī)具的行走裝置主要使用純機(jī)械、液力、液壓和電力等4種傳動(dòng)方式。與其它傳動(dòng)方式相比，液壓傳動(dòng)方式具有布局靈活方便;無級調(diào)速范圍寬，起步、調(diào)速換向柔和、迅速、沖擊小， 操作舒適等優(yōu)點(diǎn)。在農(nóng)業(yè)機(jī)械行走機(jī)構(gòu)采用液壓傳動(dòng)可以大大改進(jìn)行走機(jī)械的工作性能。底盤采用液壓傳動(dòng)方式可增加底盤的自適應(yīng)能力和改善發(fā)動(dòng)機(jī)等部件的工件環(huán)境。
由于底盤主要用于水田作業(yè)，因此底盤在總體上應(yīng)滿足簡小、輕體、通過性好、推進(jìn)力強(qiáng)的要求，同時(shí)，要求底盤有較小的轉(zhuǎn)彎半徑、后輪差速、前橋浮動(dòng)、與行走速度同步的動(dòng)力輸出和具備農(nóng)機(jī)懸掛系統(tǒng)等功能。
2.1.2設(shè)計(jì)原則
（1）底盤的安全設(shè)計(jì)
安全設(shè)計(jì)包括對材料的安全選擇和使用，材料的選擇不但要滿足功能要求，而且要同時(shí)滿足使用過程中的安全要求，此外要考慮作業(yè)環(huán)境因素及超負(fù)荷工作的可能性，要有適當(dāng)?shù)陌踩ｋU(xiǎn)系數(shù)。
（2）底盤的質(zhì)量可靠。
（3）人機(jī)匹配的安全工效學(xué)原則。
（4）經(jīng)濟(jì)性原則和可行性原則
2.2 產(chǎn)品的用途及使用范圍
履帶底盤的主要用途是支撐機(jī)架，為各總成提供支撐，其性能直接影響到作業(yè)能否順利進(jìn)行，由于其工作環(huán)境惡劣、泥腳深負(fù)荷重，采用一般的輪式昴易出現(xiàn)掛不上檔、亂檔，離合齒輪牙嵌磨損、分離撥叉磨損、行走離合打滑，甚至輸出軸斷裂。采用液壓驅(qū)動(dòng)底盤后，能夠克服上述缺點(diǎn)，從而使整機(jī)性能得到了很大的提高。除用于田間作業(yè)外， 在工業(yè)及農(nóng)田水利建設(shè)上還用于推土、鏟運(yùn)等作業(yè)。在山區(qū)、梯田、坡地用小型履帶拖拉機(jī)具有較好的適應(yīng)性。
2.3 產(chǎn)品的主要技術(shù)要求與主要技術(shù)參數(shù)
2.3.1 主要技術(shù)要求
主要技術(shù)指標(biāo)有馬達(dá)輸出功率的確定、液壓泵的選取、履帶底盤的接地比壓、履帶的參數(shù)設(shè)計(jì)， 要求履帶有較好的通過性，接地比壓較高，越野性能強(qiáng)，穩(wěn)定性好，在潮濕、粘重土地上履帶底盤具有較好的的使用性能。
2.3.2 主要技術(shù)參數(shù)
表1 履帶底盤的主要技術(shù)參數(shù)
額定功率
軌距
節(jié)距
履帶板寬
接地長度
外形尺寸
37kw
1100
130
260
1700
2145×1238×585
2.4 考慮到的若干方案的比較
液壓傳動(dòng)裝置的特點(diǎn)往往是通過與液力機(jī)械傳動(dòng)比較得出的，概括如下：
液壓傳動(dòng)裝置中泵與馬達(dá)可分式結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)形式便于元件布置，給工程機(jī)械的設(shè)計(jì)帶來極大方便，使結(jié)構(gòu)多樣化并提高了性能。
（1）馬達(dá)輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)方式省去了變速箱，差速器、驅(qū)動(dòng)橋以及輪邊減速，提高傳動(dòng)效率，降低了機(jī)器成本，便于零件布置。安裝、設(shè)計(jì)自由度大，車輛性能和結(jié)構(gòu)形式多樣化，這是其它傳動(dòng)不可比擬的。正因?yàn)槿绱?，對那些需要裝有多個(gè)工作部件的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的工程機(jī)械和需要特殊牽引性能的車輛，液壓傳動(dòng)無疑中最好的選擇。同時(shí)，馬達(dá)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的方式可以實(shí)現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向，可以原地轉(zhuǎn)向，也可以簡化機(jī)械轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，對那些因結(jié)構(gòu)限制不便采用機(jī)械轉(zhuǎn)向或?qū)D(zhuǎn)向性能有特殊要求的，這是非常必要的。
（2）在閉式液壓傳動(dòng)中， 可以使轉(zhuǎn)矩雙向?qū)ΨQ傳遞，這一性能使閉式液壓傳動(dòng)無須變速裝置即可實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、倒退操作，同時(shí)具有反拖制動(dòng)能力，操縱方便，感覺良好，可減少剎車功率和磨損。
（3）操縱和控制和多樣性是液壓傳動(dòng)的一大特點(diǎn)，這樣的由其快速動(dòng)態(tài)特性及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定的。改變變量泵斜角和方向即可方便地實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)換向和變速，前進(jìn)、倒退、制動(dòng)、變速只需要一根操縱桿即可完成，操縱生物工程化。液壓傳動(dòng)功率大，扭矩慣量比大，因而動(dòng)態(tài)性能好，加之閉式系統(tǒng)在減速過程中具有制動(dòng)能力，因而速度變化快捷柔和，沖擊小，迅速變換前進(jìn)方向和加減速不會(huì)損壞傳動(dòng)系統(tǒng)和車輛。前進(jìn)和倒退可以獲得相同的速度。
3 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書（SS）
3.1 結(jié)構(gòu)方案分析與確定
3.1.1 履帶式與輪式底盤的比較
行走依靠履帶裝置的的底盤為履帶式底盤，行走依靠輪胎前進(jìn)的底盤為輪胎式底盤，履帶式底盤具有全回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)，起升高度大，牽引系數(shù)高，爬坡度大，行駛速度低，行駛過程中可能對路面造成損壞，一般不宜在公路上行駛。履帶式與輪胎式相比，因履帶與地面接觸面積大，故對地面平均比壓小，可在松軟、泥濘地面上作業(yè)。
3.1.2 結(jié)構(gòu)方案的確定
通過前面結(jié)構(gòu)方案的比較，可以確定本設(shè)計(jì)履帶底盤的結(jié)構(gòu)方案，底盤采用整體式結(jié)構(gòu)，通過焊接將整個(gè)底盤連接起來，這樣做可以減少制作的工藝性，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。
3.2 履帶式行走底盤總體的設(shè)計(jì)
3.2.1 結(jié)構(gòu)組成及其工作原理
履帶底盤主要由機(jī)架、液壓驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、液壓泵、履帶總成及其附屬部件組成。其主要工作原理為液壓泵帶動(dòng)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)履帶輪行走，液壓系統(tǒng)由兩部分組成，一部分用于作業(yè)，另外一部分用來驅(qū)動(dòng)履帶行走。其結(jié)構(gòu)如下圖：
圖1 總體結(jié)構(gòu)示意圖
1．驅(qū)動(dòng)輪 2.履帶 3.托輪 4.臺(tái)車架 5.支重輪胎6.彈簧鎖7.導(dǎo)向輪
本設(shè)計(jì)的工作原理：液壓泵通過驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)整個(gè)底盤行走，中間的緩沖裝置是為了張緊履帶、防止履帶橫向滑脫以及在行走系統(tǒng)卡入石塊時(shí)能減小殼體和履帶的應(yīng)力。
3.3 履帶行走裝置計(jì)算
3.3.1 液壓馬達(dá)的選取
液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方案有兩種。1高速方案：高速小扭矩馬達(dá)，配大減速比例減速箱，優(yōu)點(diǎn)是尺寸小，質(zhì)量輕，但減速箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高。2低速方案，低速大扭矩馬達(dá)，配一級減速小齒輪，優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)簡化，價(jià)格底， 但馬達(dá)體積大，質(zhì)量大。比較兩種方案及其履帶底盤的自身結(jié)構(gòu)，選取低速大扭矩馬達(dá)較為合理。
①設(shè)驅(qū)動(dòng)輪的角速度為w，則V=W.R 其中最大速度v=10km/h，履帶輪半徑r=500mm，得到w=5.56rad/s
驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速n=60w/2π，得到n=53r/min
②考慮到旋轉(zhuǎn)部件磨擦力矩、慣性力矩及馬達(dá)內(nèi)部件黏性阻尼力矩，得出液壓行走馬達(dá)的負(fù)載力矩。
工作載荷力矩計(jì)算
軸徑磨擦力矩
馬達(dá)的總負(fù)載力矩
③取Pa=22.5MPa，行走馬達(dá)的排量
查取液壓馬達(dá)技術(shù)參數(shù)選取邦力GM2－420系列，其參數(shù)如下：
表2 GM2-420馬達(dá)參數(shù)表
型號(hào)
理論排量(ml/r)
額定壓力(MPa)
最高壓力(MPa)
額定扭矩(n.m)
持續(xù)轉(zhuǎn)速
最高轉(zhuǎn)速(r/min)
重量（kg）
GM2-420
425
25
35
1658
0.7~750
750
51
3.3.2 液壓泵的選取
根據(jù)轉(zhuǎn)速n=44r/min，每臺(tái)行走馬達(dá)所需流量
系統(tǒng)需要的總流量
系統(tǒng)最大功率計(jì)算：
額定功率w=27kw
選取上海液壓泵廠生產(chǎn)的XM-F40其參數(shù)如下：
表3 液壓泵參數(shù)表
型號(hào)
理論排量(ml/r)
額定轉(zhuǎn)速(n/min)
最高轉(zhuǎn)速(n/min)
額定轉(zhuǎn)速(n/min)
額定壓力(MPa)
輸入功率
扭矩(n.m)
重量（kg）
XM-F40
28
1980
3750
31.5
35
38
120
29
3.3.3驅(qū)動(dòng)軸的選取
軸的材料主要是碳鋼和合金鋼，由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對應(yīng)力集中和敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用的是45鋼。
（1）各段軸徑及長度的確定：
馬達(dá)的輸出軸直徑為36， 以此為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)各軸段的直徑，設(shè)計(jì)的結(jié)果如下圖：
圖2 驅(qū)動(dòng)軸
（2）軸上零件的定位
為防止軸上零件受力時(shí)發(fā)生軸向或周向運(yùn)動(dòng)，軸上零件除了有游動(dòng)或空轉(zhuǎn)的要求外，都必須進(jìn)行軸向定位和周向定位，以保證其準(zhǔn)確的工作位置。
本設(shè)計(jì)的軸向定位采用軸肩和軸承端蓋來保證的。軸承端蓋用螺釘與箱體連接而使?jié)L動(dòng)軸承的外圓得到軸向定位。在一般情況下，整個(gè)軸的軸向定位也常利用軸承端蓋來實(shí)現(xiàn)。
（3）零件的周向定位
周向定位的目的是限制軸上的零件與軸發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)。常用的軸向定位零件有鍵、花鍵、銷、緊定螺釘以及過盈配合等。本次設(shè)計(jì)中采用的是軸向定位采用平鍵。鍵的參數(shù)由軸徑所確定。
3.3.4驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪的設(shè)計(jì)和計(jì)算
驅(qū)動(dòng)輪和履帶的嚙合方式主要有節(jié)銷式和節(jié)齒式兩種。目前大多數(shù)采用節(jié)銷式嚙合 ，節(jié)齒式嚙合多用于需要加強(qiáng)履帶板剛度和強(qiáng)度的場合，如采用某些無鉸鏈?zhǔn)较鹉z金屬履帶以及整體臺(tái)車行走系配用整體式履帶板。
驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓半徑
（3-1）
式中：t—履帶節(jié)距，mm；
Z—驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)一圈的工作齒數(shù)；
最后算得驅(qū)動(dòng)輪的直徑為430mm，履帶節(jié)距為130mm，履帶總重量為2.5t，履帶采用組合式履帶。
導(dǎo)向輪直徑
（3-2）
計(jì)算得：
性能參數(shù)計(jì)算：
（1）行駛速度
（2）爬坡能力
履帶行走裝置一個(gè)顯著特點(diǎn)就是爬坡能力，一般為50%～80%，初步確定爬坡能力后，可通過理論分析進(jìn)行核算來選定。履帶底盤的爬坡是需要克服下列幾種阻力即：
履帶底盤自重在斜坡方向的分力
（3-3）
式中G為底盤的自重
為坡度角
運(yùn)行阻力
（3-4）
履帶的內(nèi)阻力
（3-5）
則最大牽引力應(yīng)不小于這些阻力之和，即T≧+ +,此外還應(yīng)滿足底盤在爬坡不打滑的條件。
履帶與地面的附著系數(shù)
表4 履帶與地面的附著系數(shù)
路面地質(zhì)
混凝土
干粘土
壓實(shí)粘土
干沙土
堅(jiān)實(shí)土路
0.45
0.90
0.70
0.30
0.90
路面地質(zhì)
混凝土
干粘土
壓實(shí)粘土
干沙土
堅(jiān)實(shí)土路
0.12
0.70
0.25
0.50
0.60
從表中選取附著系數(shù)為0.06，求得爬坡能力=30°
(4)接地比壓
履帶式底盤的承載能力大小取決機(jī)器運(yùn)行的通過性和工作的穩(wěn)定性。平均接地比壓是履帶底盤的一個(gè)重要指標(biāo)，可以用來與同類型號(hào)產(chǎn)品作比較，主要根據(jù)地面條件、尺寸等進(jìn)行合理選取。在設(shè)計(jì)底盤時(shí)，在結(jié)構(gòu)允許的范圍內(nèi)，盡量取小值。
(5)驅(qū)動(dòng)輪和引導(dǎo)輪軸設(shè)計(jì)
為了使整體結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計(jì)時(shí)盡量將馬達(dá)放到驅(qū)動(dòng)輪內(nèi)。為此，將馬達(dá)輸出軸直接裝到另外一開孔的軸內(nèi)，通過內(nèi)花鍵配合，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的緊湊、小巧。驅(qū)動(dòng)輪齒形如下圖所示：
圖3 驅(qū)動(dòng)輪齒形
引導(dǎo)輪是對稱的，軸的外形結(jié)構(gòu)也可采用全對稱式的結(jié)構(gòu)，軸的外徑較大，同樣采用法蘭連接，外面用螺栓固定。軸徑兩端分別有一個(gè)8×8.5的小槽，是用來安裝兩個(gè)密封圈，防止油泄露。其結(jié)構(gòu)如下：
圖4 引導(dǎo)輪軸
引導(dǎo)輪的安裝同樣采用了法蘭固定，與驅(qū)動(dòng)輪的安裝形式基本相同。輪體一般有蜂孔式和箱體式兩種，箱體式的斷面成箱形，由鋼板焊接制成，蜂孔式輪體的輪緣和箱體式一樣，也是用鋼板焊接制成，不同之處是中間用一塊較厚的帶蜂孔的鋼板代替了箱體結(jié)構(gòu)，蜂孔式較箱體式節(jié)約材料，制造是也相對容易，因此選用蜂孔式輪體，輪體上設(shè)計(jì)了六個(gè)均勻分布的直徑為50mm的蜂孔，中間鋼板厚度為40mm，能滿足強(qiáng)度要求。
① 支重輪和托輪
支重輪的作用是支承并分散機(jī)體重量、防止履帶橫向滑脫。其結(jié)構(gòu)取決于臺(tái)車、驅(qū)動(dòng)輪及履帶的結(jié)構(gòu)。
本設(shè)計(jì)采用帶凸緣的支重輪，卡住履帶鏈節(jié)。凸緣根部隨拖拉機(jī)功率增大而加厚，凸緣有了側(cè)角可以減小凸緣與鏈節(jié)之間的磨擦力，一般在10°~20°。
每個(gè)支重輪的輪緣視驅(qū)動(dòng)輪的結(jié)構(gòu)而定。單排齒驅(qū)動(dòng)輪配雙輪緣支重輪，雙排齒的驅(qū)動(dòng)輪配單輪緣支重輪。這樣才能使支重輪輪緣的滾動(dòng)平面不與驅(qū)動(dòng)輪輪齒滾動(dòng)平面重合，從而保證了滾動(dòng)平穩(wěn)。為了有足夠和磨損量，輪緣徑向厚度應(yīng)大于15mm。本底盤采用雙輪緣支重輪。
支重輪軸的支承方法和臺(tái)車的結(jié)構(gòu)有關(guān)，或?yàn)閼冶壑С校驗(yàn)楹喼еС?。目前整體臺(tái)車多采用后者，并將支重輪軸用螺釘固定于臺(tái)車上，這種結(jié)構(gòu)的軸封閉了臺(tái)車下方開口，因而增強(qiáng)了臺(tái)車架剛度。為防止臺(tái)車架凹槽中積存的泥土阻止支重輪轉(zhuǎn)動(dòng)，支重輪不宜被凹槽遮蓋過多。
支重輪采用滾動(dòng)軸承或滑動(dòng)軸承?；瑒?dòng)軸承由于徑向尺寸較小，便于加大支重輪軸以減小應(yīng)力，且承載能力大，所以在大功率拖拉機(jī)上應(yīng)用廣泛。又因其結(jié)構(gòu)簡單，對磨料不敏感，便于自制，所以在小拖拉機(jī)支重輪上應(yīng)用也較合適。
托輪的作用是限制履帶下垂，其結(jié)構(gòu)與支重輪相似，為了減少備件可考慮兩者通用。某些大直徑支重輪的上緣同時(shí)起托輪作用。托輪是由較小的磨擦帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，所以直徑不應(yīng)過小，潤滑和密封應(yīng)可靠。
支重輪一般應(yīng)用比較計(jì)算法校核輪緣擠壓應(yīng)力、軸的強(qiáng)度和軸承比壓或壽命。支重輪軸的計(jì)算工況是拖拉機(jī)越過水平橫梁，載荷集中于每側(cè)一個(gè)支重輪上，則支重輪垂直載荷為底盤的一半。
② 履帶緩沖裝置
履帶張緊緩沖裝置由張緊輪、張緊度調(diào)整機(jī)構(gòu)和緩沖彈簧等組成。它的功用是張緊履帶、防止履帶橫向滑脫以及在行走系統(tǒng)卡入石塊時(shí)能減小殼體和履帶的應(yīng)力，驅(qū)動(dòng)輪后置時(shí)又能緩沖和前方?jīng)_擊。
整體式臺(tái)車一般采用滑動(dòng)式張緊機(jī)構(gòu)，滑塊滑動(dòng)式張緊機(jī)構(gòu)的張緊輪軸支座通常通過彈簧坐在小滑板上，為了有效和緩沖滑塊和滑板之間的沖擊，安裝后彈簧最好能將滑塊抬起以消除導(dǎo)向板和鉤之間的間隙。
張緊輪多數(shù)是鑄鋼件 ，材料為ZG45、ZG50Mn，小型拖拉機(jī)上也采用球墨鑄鐵或沖壓件。
③ 履帶的選擇
按材料可分為金屬履帶、橡膠履帶和橡膠金屬履帶。
金屬履帶應(yīng)用最廣，按結(jié)構(gòu)可分為整體式和組合式。整體式履帶重量輕，制造拆裝簡單，成本低，高速行駛功率損耗小。但修理不便，合金鋼用量大，銷孔間隙大，泥沙易進(jìn)入，壽命短。其履帶板常用高錳鋼制造，水中淬火成奧氏體組織。使用中節(jié)銷等處受擠壓而硬化。因冷作硬化，孔一般不加工。整體式履帶板也可用35Mn、35SiMn或球墨鑄鐵制造。
在設(shè)計(jì)整體式履帶板時(shí)，要注意到壁厚均勻等鑄造工藝要求是，防止裂紋和縮松等鑄造缺陷產(chǎn)生。
組合時(shí)履帶由履帶、履帶銷、銷套、履帶板和履帶螺栓等組成，各零件可用不同的材料制造，修理時(shí)可單獨(dú)更換，且泥沙不易進(jìn)入銷套內(nèi)，壽命較長。但重量較大，拆裝困難。履帶板或履帶節(jié)整體調(diào)質(zhì)后，履刺或軌道淬火可顯著提高強(qiáng)度和耐磨性。非滲碳鋼銷套使用性能效果也很好。
銷和銷套壓入履帶節(jié)的過盈一般為0.15～0.45mm。為了方便拆裝，每條履帶有1～2個(gè)易拆銷，為提高履帶在砂土、爍石、潮濕、泥濘地面使用是的壽命，銷套兩端可裝置金屬或橡膠密封。隔環(huán)用來軸向拉伸限位，保證彈性件一定的預(yù)壓量，防止履帶節(jié)端面的磨損。
組合式履帶的履帶板常用軋制型鋼制造，也有鑄造、鍛造或沖壓的。它在不同的場合可更換為不同的型式。為了防止履帶螺栓被剪斷，有的履帶板上有三角形或矩面的 的凸筋嵌入履帶節(jié)上相應(yīng)的凹槽中。
4 使用說明書（SM）
4.1 結(jié)構(gòu)及工作原理
履帶底盤主要由機(jī)架、液壓驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、液壓泵、履帶總成及其附屬部件組成。其主要工作原理為液壓泵帶動(dòng)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)履帶輪行走，液壓系統(tǒng)由兩部分組成，一部分用于作業(yè)，另外一部分用來驅(qū)動(dòng)履帶行走。其結(jié)構(gòu)如下圖：
圖1 總體結(jié)構(gòu)示意圖
1．驅(qū)動(dòng)輪 2.履帶 3.托輪 4.臺(tái)車架 5.支重輪胎6.彈簧鎖7.導(dǎo)向輪
本設(shè)計(jì)的工作原理：液壓泵通過驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)整個(gè)底盤行走，中間的緩沖裝置是為了張緊履帶、防止履帶橫向滑脫以及在行走系統(tǒng)卡入石塊時(shí)能減小殼體和履帶的應(yīng)力。
4.2 主要技術(shù)參數(shù)
履帶底盤的主要技術(shù)參數(shù)
額定功率
軌距
節(jié)距
履帶板寬
接地長度
外形尺寸
37kw
1100
130
260
1700
2145×1238×585
4.3使用注意事項(xiàng)
履帶底盤在使用前要進(jìn)行檢查，注意有無松動(dòng)、損壞。檢查履帶的張緊度，機(jī)架撐起后，履帶內(nèi)側(cè)與中間載重輪之間間隙以13～18mm為宜。更換或拆裝履帶并工作20h后，應(yīng)檢查調(diào)整履帶的張緊度，使之保持正常。張緊度過松易使履帶脫帶，過緊會(huì)導(dǎo)致履帶伸長，節(jié)距發(fā)生變化，造成鐵齒和驅(qū)動(dòng)輪的加速磨損。
履帶驅(qū)動(dòng)輪磨損后要及是更換，以防止磨損后的驅(qū)動(dòng)輪將履帶芯鉤出。
化學(xué)藥品、機(jī)油、海水鹽分等腐蝕物會(huì)加快履帶老化，降低履帶使用壽命，所以，長期不用或附著油污時(shí)，應(yīng)用水清洗干凈，干燥后避免日光直射及雨淋，要放松履帶的張力，避免閑暇不用時(shí)疲勞。
盡量減少在碎石、砂礫路面行駛。在行駛過程中不要急轉(zhuǎn)彎，防止導(dǎo)向輪脫輪。禁止過橋式行走，防止在凹凸過大的路面行走，使履帶處于局部接地的狀態(tài)。過橋式行走易造成履帶脫輪，使外花紋損傷和芯鐵折斷等。
5 技術(shù)條件（JT）
5.1 檢驗(yàn)規(guī)則
5.1.1檢驗(yàn)的劃分
檢驗(yàn)分出廠檢驗(yàn)和型式檢驗(yàn)
5.1.2出廠檢驗(yàn)
產(chǎn)品應(yīng)逐臺(tái)進(jìn)行出廠檢驗(yàn)，檢驗(yàn)項(xiàng)目包括產(chǎn)品的裝配質(zhì)量以及外觀質(zhì)量。
（1）出廠檢驗(yàn)包括下列內(nèi)容：
①底盤的牽引力，必須有足夠的牽引力才能保證和正常行駛。
②底盤的爬坡能力，具有一定的爬坡能力使底盤能夠適應(yīng)不同的情況。
③行走速度。履帶底盤的行走速度應(yīng)符合設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。
④履帶底盤的離地高度，離地高度是履帶底盤的重要參數(shù)，檢驗(yàn)時(shí)要按照設(shè)計(jì)要求的說明檢驗(yàn)，不合格標(biāo)準(zhǔn)的為不合格產(chǎn)品。
5.1.3型式檢驗(yàn)
（1）產(chǎn)品有下列情況之一時(shí)，應(yīng)進(jìn)行型式檢驗(yàn)；
①新產(chǎn)品或老產(chǎn)品轉(zhuǎn)廠生產(chǎn)的試制定型鑒定；
②產(chǎn)品停產(chǎn)3年及3年以上者；
③產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)或材料有重大改變，可能影響性能時(shí)；
④國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督機(jī)構(gòu)提出要求時(shí)。
（2）型式檢驗(yàn)的內(nèi)容包括以上全部要求。
（3）供性能試驗(yàn)或可靠性試驗(yàn)的樣機(jī)，應(yīng)從近一年內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品中隨機(jī)抽取，樣本為一臺(tái)。并做好記錄和封存。
6 結(jié)論
本次設(shè)計(jì)主要研究了履帶底盤行走系的主要部件，通過一泵兩馬達(dá)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸，使底盤的轉(zhuǎn)向更加靈活，適應(yīng)了多種不同的路面狀況。
（1）底盤的液壓系可實(shí)現(xiàn)一泵兩馬達(dá)差速行走，增加了底盤的自適應(yīng)能力。
（2）本設(shè)計(jì)的底盤的質(zhì)量為2.5t，與目前大部分底盤相比，達(dá)到了輕體的設(shè)計(jì)要求。
（3）液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)無級變速，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)制動(dòng)和高低速轉(zhuǎn)換，即：工作時(shí)低速行駛，轉(zhuǎn)場是高速行駛。靈活方便，易于操縱。
（4）對履帶底盤的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，得到了一些特殊的結(jié)構(gòu)組成及其安裝方法，其中履帶寬260mm,履帶總長2200mm左右，軌距1000mm,輪距1100mm,履帶高468mm等；
（5）馬達(dá)輸出軸采用內(nèi)花鍵配合形式，使整個(gè)底盤的結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理。
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致謝
這次設(shè)計(jì)首先要感謝我的指導(dǎo)老師老師的耐心輔導(dǎo)，他的認(rèn)真負(fù)責(zé)嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度讓我由衷的佩服，改掉了我身上許多毛病，讓我體驗(yàn)到了治學(xué)必須一絲不茍，必須腳踏實(shí)地才能做出一些學(xué)術(shù)上的東西。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，鄭老師一直給我指出設(shè)計(jì)的方向，經(jīng)過不斷的修改，終于得到了較滿意的結(jié)果，短短的兩個(gè)多月，讓我學(xué)到了以前只是聽說過但從沒有實(shí)踐過的東西，真正住領(lǐng)會(huì)到“紙上得來終覺淺，覺知此行須躬行”。盡管設(shè)計(jì)已經(jīng)做了，但其中的酸甜苦辣我想只有我和鄭老師能夠體會(huì)到，晚上十二點(diǎn)鐘依然幫我修改圖紙的情景便是最好的證明。在此，再一次感謝鄭老師的悉心輔導(dǎo)，讓我本次的設(shè)計(jì)圓滿完成。
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