机械毕业设计（论文）-橡胶履带牵引车辆高速行走机构设计（全套图纸） .pdf

橡 胶 履 带 牵 引 车 辆 高 速 行 走 机 构 设 计橡 胶 履 带 牵 引 车 辆 高 速 行 走 机 构 设 计 前 言前 言 拖拉机是用于牵引和驱动各种配套机具，完成农业田间作业、各种土 石方工程作业、运输作业和固定作业等的动力机械 经过 100 多年的演变，拖拉机已成为一种世界的动力机械，并已由原 始的牲畜动力替代者发展成为现代的多种用途机械装备：许多新结构、新科 技的采用，大大扩展了现代拖拉机得到功用和效率。 拖拉机产品的发展历程已经表明，它在国民经济发展中有着重要的作 用。并已在农业、林业、工程建设、交通运输中广泛使用。用拖拉机及其配 套机具装备农业是进行农业技术改造的重要手段，也是实现农业现代化的重 要保证。拖拉机作为自走式动力机械，可以带动各种农机具完成田间耕作和 固定作业，也可以带挂车完成道路与田间运输作业。它已经成为广大农村发 展农业生产、农村商品流通和提高劳动生产率必不可少的生产工具。 以工程作业为主的履带式拖拉机，可配带推土铲、松土器、铲运机、 平地机等作业机具完成国民经济各种建设项目中的土石方施工作业，它们也 有农业变型产品，在恶劣、繁重的田间作业条件下更能发挥其独特的作用。 以农业用为主的履带拖拉机，除可完成各种农田作业外，亦可发展工程用变 型，如带推土铲、铲运机等作业机具，完成以土方作业为主的工程作业，在 农田水利建设和土方为主的工程建设中发挥重要作用。轮式和手扶拖拉机的 工程变型也在发展中，并在农业工程、水利施工、机场港口作业、道路建设 等方面发挥作用。 总之，世界各国都把拖拉机作为农业机械化和工程建设的重要装备， 拖拉机的年产量和拥有量早已成为一个国家农业机械化水平和工程建设水平 的重要标志之一。 本次设计有十名同学参与，由张文春老师和曹青梅老师指导，并参阅了 大量的文献，资料。在此一并谢过。 鉴于本人水平有限，书中难免有疏漏谬误之处，望读者批评，指正。 目 录目 录 中文摘要中文摘要.3 英文摘要英文摘要 4 第一章第一章 橡胶履带行走系的总体设计橡胶履带行走系的总体设计 1.1 橡胶履带行走系类型的选择 . 5 1.2 平衡台车行走系的总体设计 . 6 第二章第二章 橡胶履带橡胶履带 2.1 橡胶履带的设计计算 . 8 第三章第三章 驱动轮驱动轮 3.1 驱动轮的选择 10 3.2 驱动轮的设计计算 . 11 第四章第四章 支重轮支重轮 4.1 支重轮的选择 12 4.2 支重轮的设计计算 . 13 第五章第五章 托轮托轮 5.1 托轮的选择 14 第六章第六章 张紧轮和缓冲装置张紧轮和缓冲装置 6.1 张紧轮和缓冲装置的选择 15 6.2 张紧轮和缓冲装置的设计计算 . 16 第第 7 章章 结论结论 17 参考文献参考文献 18 附录附录 19 致致 谢谢 20 外文资料翻译外文资料翻译21 摘摘 要要 拖拉机行业发展至今，新产品层出不穷，然而要想设计一类成功的机 型也不是运用新技术越多越好，而要考虑自身的生产能力，同类机型的参 数，市场的饱和程度等等多方面的因素。而如何在众多的技术中合理的选择 搭配，形成一款符合市场需求的机型不是十分容易的事情。 经过我们小组的调查，讨论最终认为设计履带拖拉机最为合适。而我 有幸成为本次设计任务的关键部位履带拖拉机的行走机构。我的首要任务 是确定行走机构的各个组成部分的主要参数（包括集合参数和性能参数等） 其次，要协调各零部件的外行尺寸，运动空间及相关的联系尺寸，参数等， 确保在满足各项性能的前提下达到优化配置。因此，我本次设计过程中所确 定的基本的设计方法就是协调配合 履带拖拉机行走机构（即履带拖拉机行走系）由履带行走装置和悬架组 成。履带行走装置包括履带、驱动轮、支重轮、托轮、张紧轮和张紧装置组 成。悬架包括连接拖拉机机架和支重轮的全部构件。 履带行走装置的设计要求主要是保证拖拉机附着性能，降低接地压力， 减小滚动阻力，提高零件寿命。悬架设计要求主要是保证拖拉机的行驶平顺 性和稳定性。 关键词：拖拉机，行走机构，设计，橡胶履带。关键词：拖拉机，行走机构，设计，橡胶履带。 the rubber crawling traction vehicles high speed walk the organization design abstract the tractor profession development until now, the new product emerges one after another incessantly, however must want to design a kind of successful type utilizes the new technology more the better, but must consider own productivity, similar type parameter, market saturated degree and so on various factor. how but the reasonable choice matches in the multitudinous technology, forms section to conform to the market demand type is not the extremely easy matter. after our groups investigation, the discussion finally thought the design caterpillar tractor is most appropriate. but i become this design duty the essential spot caterpillar tractor to walk fortunately the organization. my most important task is the determination walks the organization each constituent main parameter (including lumped parameters and performance parameter and so on) next, must coordinate various spare parts the unprofessional size, the movement space and the correlation relation size, the parameter and so on, guarantees is satisfying each performance the premise to issue to the optimized disposition. therefore, in my this design process determined the basic design method is the sychromesh. the caterpillar tractor walks the organization (namely caterpillar tractor to walk is) walks the installment by the caterpillar band and the suspension fork is composed. the caterpillar band walks the installment including the caterpillar band, the driving gear, a heavy wheel, holds the wheel, the stretching pulley and the stretching device group: suspension fork including connection tractor rack and heavy wheel complete component. the caterpillar band walks the installment design request mainly is guaranteed the tractor adheres to stick cohere the performance, reduces the earth pressure, reduces the rolling resistance, enhances the components life. the suspension fork design request mainly is guarantees the tractor the smooth running and the stability. key word: the tractor, walks the organization, the design ， rubber caterpillar band. 第一章第一章 橡胶履带行走系的总体设计橡胶履带行走系的总体设计 1.1 橡胶履带行走系类型的选择橡胶履带行走系类型的选择 履带拖拉机行走系可按台车架的不同型式（即支重轮之间彼此之间 不同的接地方式）分为二大类：整体台车行走系和非整体台车 （1） 整体台车行走系 每侧的支重轮、托轮、张紧轮及缓冲装置都安装在 一个整体台车架上。每侧的各支重轮轮轴心线的相对位置固定不 变，各支重轮之间的距离较小，因而在平坦松软地面上的接地压力 比较均匀，附着性能较好，适用于牵引和推土作业。整体台车架结 构坚固，便于安装各种作业机具，是美国、日本和欧洲等国佛年工 业用活农业用履带拖拉机行走系的主要型式。中国，俄国等国 家 重要在工业履带拖拉机及从事开荒和粘重土壤作业的大型农业用履 带拖拉机上采用。这种行走系由于长度方向尺寸较短，重心较低， 所以稳定性好，也可用于小型履带拖拉机。但整体台车行走系质量 较大，约占整个拖拉机质量的 40%- 50% ，因此成本较高，同时行驶 平顺性较差，限制了工作速度的提高。即采用弹性悬架，其最高速 度通常也不超过12km/h。整体台车行走系行驶性较差的原因，一方 面是台车架上部件多，质量大，在悬架缓冲系统中属于非弹簧支承 重量，恶化了系统的缓冲频率特性；另一方面是整体台车行走系每 侧的支重轮相对位置相对固定，使履带对地方的包络效应加大了机 体的振动。 （2） 非整体台车（平衡台车或独立台车）行走系每侧的支重轮安装在两个 或两个以上的平衡台车或独立台车上，特点是各支重轮的相对位置 不固定。托轮、张紧轮和张紧缓冲装置固定在机架上，它们处在悬 架弹簧之上，从而减少了非弹簧支承部分的重量；同时各支重轮可 以上、下相对移动，对地面的仿形作用较好，故行驶平顺性较好。 1) 平衡台车行走系每侧有 23 个平衡台车，各台车又两个或两个以 上支重轮彼此用平衡膀或平衡杠杆联接。其支重轮直径一般较 大，在硬地面滚动阻力小，同时平衡台车对不平地面的适应性较 好，并且非弹簧支承重量小，适合提高作业速度。加上重量小， 适合提高作业速度。加上重量轻，成本低，拆装方便，使中国、 前苏联、朝鲜和东欧等国农业及林业履带拖拉机行走系的主要形 式。由于在泥雪中自洁性能较好这种行走系也用于加拿大、英国 等国家生产的沼泽地、雪地和滩涂地区工作的拖拉机。 2) 独立台车行走系每个支重轮独立通过弹性元件与机体相连，平顺 性更好，但结构较复杂。已应用于前苏联 110kw 的高速农业拖拉 机和 180kw 以上的工业用拖拉机上。 3) 混合式行走系 从70年代开始，在前苏联、美国、日本等国生产 的 220735kw 大型工业用履带拖拉机上出现了混合式行走系。其 结构和整体台车行走系相似，但支重轮不是直接固定在台车架相 连。他兼用整体台车和非整体台车两类行走系的优点，但其结构 复杂，在农业拖拉机上尚未采用。 根据整体台车行走系和非整体台车行走系的不同特点，满足农业作 业对行走机构的要求。整体台车行走系的结构对于不平稳的地面行驶 不稳定，晃动较大。速度较慢。不满足设计要求的高速行走机构。所 以选择非正体台车行走系，而只有平衡台车行走系满足设计要求。因 为这种类型的拖拉机行走系重量轻，成本低，拆装维修方便。适用于 各种农业的需求。而独立台车行走系和混合式行走系结构复杂，不适 合农业作业生产。故选择非正体台车行走系的平衡台车行走系这种行 走系为这次设计的课题。能满足设计要求和农业作业。 1.2 平衡台车行走系的总体设计平衡台车行走系的总体设计 平衡台车行走系形势多样没，彼此的结构差异较大。下面简述总体设计 时的一些主要共同特点。 （ 1 ）悬架型式的选择 平衡台车行走系得悬架分为刚性、半刚性和弹 性三种，为发挥平衡台车缓冲性能好的优点，常用弹性悬架，这样拖拉机的 工作速度可提高到 1012km/h 以上。中国、前苏联、东欧和朝鲜等国的农 业、林业拖拉机多采用这种型式。 在工作速度不高，悬架承载较大时，可采用半刚性悬架。与弹性悬架相 比，拖拉机行驶速度降低 40% 左右。 刚性悬架仅用于行驶速度很低的少数起重机，挖掘机等工程机械上。在 英国和前苏联的个别工业用拖拉机上，也采用了刚性悬架，但同时在支重轮 轮毂处安装了橡胶减振器，增强了缓冲效果，使其速度达到15km/h左右。 有的机械在左、右侧前台车之间用横置平衡元件（平衡梁或平衡扭杆） 连接，即用三点支承（每侧两个台车）或五点支承（每侧三个台车）以进一 步改善对不平地面的适应性。 根据三个不同悬架的特别，结合设计要求要使其高速行走，则刚性悬架 不能满足要求，故排除此种悬架。而半刚性悬架不适合用于农业作业，故这 种悬架也不能满足设计要求。所以综合以上三种不同的悬架类型，结合设计 要求高速行走机构，满足农业作业对行走机构的设计要求。故选择弹性悬架 这种常用的悬架作为这次设计的主要悬架。 （ 2 ）驱动轮 驱动轮可布置在拖拉机前部或后部。拖拉机行驶速度在 1520km/h 以下时，驱动轮后置，行走系功率损耗较小；速度高于此范围 时，松边履带跳动较大，功率损耗增加，这是驱动轮前置较好。这里驱动轮 选择最常用的后置，可以较好的满足行走系的设计要求。 （ 3 ）履带 这里根据设计题目给的是橡胶履带，这种新型的履带在 很大程序上弥补了刚履带机械的缺陷，使其兼有轮，履机械的双重优点。这 种履带优点有 噪音底 整体橡胶履带代替了履带板履带销刚结构，且行走系统 各轮与履带运动由刚件改为刚件对橡胶或者是橡胶件对橡胶件的运动，所以 使橡胶履带车辆的噪音大大降低 。 震动小 由于橡胶的吸震性能好，所以橡胶履带车辆比刚履带车 辆普遍震动要小，从而可延长机器的寿命，减轻驾驶员的疲劳。 油耗底 刚履带转动时，履带销与孔产生摩擦消耗功，而橡胶履 带没有该项损失。 速度快 行走机构相同的橡胶履带在设计时可以比刚履带速度提 高 15% 左右。 接地比压小 一般为 1430kp ，而轮式拖拉机的接地比压一般为 110140kp 。 牵引力大 试验证明，装备橡胶履带车辆的牵引力是装备橡胶 轮胎同类车辆牵引力的 2 倍。 维护方便，维修费用底。 缺点： 易脱轮 由于橡胶履带的刚性远不如刚履带因此当张紧里不足时， 或行走在凹 凸不平的路面，或爬越台阶和斜面行走转向时，易产生 脱轮现象。一旦脱轮，会损坏橡胶履带。 装配，维修性差。 耐热，耐油性差。 易打滑 由于橡胶履带的履齿花纹，不如刚履带履齿入地切入性 好，所以在一些有泥水的工况下，使用橡胶履带比使用刚履带 易打滑。 成本高 。 （4） 支重轮 对于农业和沼泽地拖拉机，为保证接地压力均匀，希望支重 轮直径 dz30 直径130直径150直径170 7z 6z 6z 6z 8z9z 7z 7z 7z 8z 8z 8z 从耐磨角度考虑，希望选择齿数较多的驱动轮。根据设计要求初步选择齿数 为12。 材质：一般采用 45# ， 45mn ， 50mn 刚材料铸造，常用 zg45- 55 热 处理硬度 hrc4050 ，齿面硬度要略低于橡胶履带的硬度，以使驱动轮磨损 大于芯铁磨损，容易更换驱动轮。有些小型拖拉机的驱动轮也用球墨铸铁 的。这里取用 zg45 这种材料。 布置：可采用前置式，后置式和高置式三种，一般与传动系统布置有 关。绝大多数为后置，张紧轮在前，这样可使紧边履带距离短，减少履带芯 铁处的磨损，提高行走系统效率，以便于驾驶员照看后面农具。而收割机驱 动轮在前，驾驶员也在前，便于观察前方作业，当速度高于 20km/h 时。这 里就是采用驱动轮后置这种。 齿形：驱动轮齿形有凹齿，直线齿和凸齿三种。前两种应用较多。齿 形设计的基本要求是保证履带能顺利进入和退出咬合不发生干涉，且尽量降 低接触应力，保证在履带节距允许变长的范围内，均能啮合平稳。 凹齿齿形，它与链传动三圆弧一直线的链轮齿形相似，凹齿齿形减小了 接触应力，齿顶曲线便于履带的退出啮合，当齿顶较尖，强度较差。 直线性齿形，齿性简单，易加工，易焊补修理，齿顶较厚。 凸形齿轮，齿面为凸圆弧，齿较厚，耐磨损，寿命较长。 综合三种不同的齿形以及设计要求，选择直线齿形比较满足农业作业的 要求。 3.2 驱动轮的设计计算驱动轮的设计计算 根据上面选择的直线齿形，齿数为12。进行初步的设计计算。 直线齿的齿形是根据拉力按几何级数分布及履带在齿面上不滑移的假 设条件下推导得出的。 驱动轮节圆半径 dq(mm) 为： 180 sin t dq z 已经知道t=170mm , z=12。 故可算出 dq=693.2mm, 圆整取 dq=693mm. 齿形 : 在, 和齿顶处分别是半径为 r ，和r1和r2的圆弧。 r1 和r2圆 弧间为一直线。 r=0.5dt+.02mm r1=1.3dt+0.2mm =55 60 z = 56 18 z 侧隙中心角为 ： 2 tg = 2 2 tg 4mm. 目前也 有用耐磨尼龙作整体支重轮，也有在钢轮缘上镶套橡胶或者尼龙轮缘，即可 减少噪音和磨损，又可缓冲冲击，有利于提高车速。面压设计控制在 11kg/ 2 cm值左右。 4.2 支重轮的设计计算支重轮的设计计算 转轮的配置（安装支重轮的距离）不易过大，否则易脱轮，前后以 200mm 左右较合适。 a=n/2 t t. 履带节距 b=(m+0.5) t n,m 为整数（因为 r/t 接地长度根据机器性能需要 是固定尺寸，所以 n,m 根据 r/t 接地长度选 取整数后 a,b 再作微调） t=170mm 又因为2a+2b=1622 所以综合上面的可得出 a=225.6mm b=585.4mm 圆整后 a=226mm b=585mm. 支重轮轴的校核一般只用校核在垂直载荷 yz 作用下的弯曲强度。对于平 衡台车，其计算工况是拖拉机越过水平衡量且载荷集中在每侧一个支重轮 上，此时： yz= 1 2 s m g=35000n 对于不转动的简支梁式支重轮轴，其弯曲应力 w 为： 3 0.013() s w ab m g d =181mpa 式中 a- - - - - - -支重轮轴支点距，可取与台车架连接的螺钉距； b- - - - - - - - 轴承间距，以轴承中线计算； d- - - - - - - - 轴承安装处的直径。 第五章第五章 托轮托轮 托带轮只承受履带下垂重量，且远离地面，不与地面泥土，石块直接接 触，因此其结构较支重轮简单，根据机器大小及行走系总体布置一般采用 12 个 / 每侧托带轮。 5.1托轮的设计计算托轮的设计计算 对于平衡台车行走系，托轮安装在机架上。为使带动托轮运转的摩擦力 较小，托轮直径dt不宜太小 : dt 2(2) () i mi qlf g + 式中： m 托轮密封的转动阻力距，对自紧油封 m=1.52.5 （ n.m ） ; 对端面密封 m=2.55.5 (n.m) ； i i 每侧托轮数； q. 单位长度履带质量（kg/m） ; l 驱动轮至张紧轮轴的距离； 履带和托轮轮缘的摩擦系数 0.15 020 =； f 主要与润滑粘度有关的托轮转动阻力系 数，装滚动轴承的托伦，夏季取 f=0.010.02, 冬季取发f=0.040.08; g 重力加速度，个 g=9.8( 2 /m s) 根据设计要求，取自紧油封 m=2n.m , ii=1 , l=2288mm, =0.18, f=0.02. q=140180kg/m 故dt 183.5mm 这里取 dt=210mm 。 考虑到载荷的动态特性，托轮按履带压力的三倍进行强度计算，计算载 荷： 3 2 i qlg f i = + =3363.3n 在对托轮轴进行计算时，还应加上 1.5kn 的附加垂直载荷，约为两个人 的重量，因为当驾驶员交接时，有可能两人同时站在履带上，并假定该力作 用在托轮缘外侧。 选用材料为 ht15- 33 。 第六章第六章 张紧轮和缓冲装置张紧轮和缓冲装置 张紧轮和张紧缓冲装置的设计要求主要是保证履带行走装置的张紧和缓 冲性能。 6.1 张紧轮和缓冲装置的选择张紧轮和缓冲装置的选择 张紧轮须能前后移动以张紧履带和缓冲冲击。按移动方式的不同，张紧 轮分为滑动式和摆动式。 平衡台车行走系常采用曲拐摆动式。张紧轮悬臂安装在基架上，并采用 滚动轴承。为方便拆装，外侧轴承内径小于内侧轴承内径。 张紧缓冲装置通常由张紧装置和缓冲装置组成。 张紧装置用来调整上方履带的小垂度以保证履带合适的张紧度，又螺杆 张紧和液压张紧两种。螺杆张紧结构简单，多用于中，小型农业拖拉机；液 压张紧多用于整体台车式，平衡台车式行走系也开始应用。这里采用的螺杆 张紧装置。 缓冲装置用来缓和张紧轮所受的冲击并防止石块等卡入履带而引起行走 系零件的过载，通常采用螺旋弹簧做缓冲件，弹簧用螺栓预紧到一定长度， 该预紧力直接作用在履带上，以使橡胶履带始终保持张紧状态，且使用中不 用调整。这样可防止履带松脱及其和驱动轮之间的滑转。此时张紧装置和缓 冲装置已融为一体。 6.2 张紧轮和缓冲装置的设计计算张紧轮和缓冲装置的设计计算 张紧轮轮缘最高点比驱动轮低 1060mm ，可使上方区段的履带可以靠本 身重量顺势前滑。 又知道履带前倾角15 25 =。 故可确定张紧轮直径 dv=553.4654.5mm. 这里取 dv=600mm. 张紧性能参数主要是张紧轮轴调整行程sc，它是张紧轮轴在张紧调整中 的平最大移动量。 sc0.5t=85m 。 缓冲性能参数主要是张紧轮轴缓冲行程 s （它是张紧轮轴在缓冲弹簧变 形时的水平最大移动量 ） ， 以及缓冲弹簧刚开始变形和最大变形时张紧轮 轴所受的水平力f1和f2。 s 应保证履带和驱动轮之间卡入石块时不致卡 死，此时履带能在驱动轮顶圆上滑动。f1应保证拖拉机在单边制动急转弯 和下坡坡道制动时，张紧轮不向后退让。对经常需要倒退让。 f1 太小易引起履带脱落。f2不宜过大，以免在卡入石块等情况下，履 带张紧力过大。张紧轮前置时，通常： s() 4 dedi =43.79mm 式中 de- - -