水泥混凝土路面切割机结构设计计算说明书.doc

毕业设计（论文）报告纸摘 要水泥混凝土路面切缝机是一种用于水泥混凝土路面公路施工和养护作业的专业道路施工装备。是以切缝为主要功能的路面作业设备。随着我国水泥混凝土路面通车里程的不断增加，混凝土路面切缝机将有较高的社会效益和广阔的应用前景。本文主要围绕手扶式混凝土路面切割机的制造和开发进行的，旨在研制一台手扶式混凝土路面切割机。本文综述了切缝机的发展概况及国内外研宄现状。对手式混凝土路面切割机总体设计的布局，并逐一研究其结构设计。首先进行了切缝机切缝装置的设计计算，切缝装置是切缝机的工作装置，把切缝锯片连接在主轴上，安装在机身前部，由电动机带动其工作，来实现水泥混凝土路面切缝的功能。而后进行了切缝用机自行走装置的设计，自行走装置的动力装置由变频电动机和减速机构成，使切缝机具有多级、慢速行走的能力，其动力通过减速机输出轴上的离合器和传动部分与行走轮轴相连，从而实现整机自行和手扶推动的功能。然后进行了切缝深度调整装置的研宄，主要通过丝杠螺母-连杆体结构的杠杆原理来控制整机的升降，从而完成切缝刀片的升降。以上三大装置的设计完成之后，最后再在机身底板上方的空间进行水箱、 水管、机罩、导向轮等装置的设置与装配。关键词：水泥混凝土路面切割机，结构设计，多功能，自动行走AbstractCement concrete pavement cutting machine is a dual-purpose machine used for the cement concrete pavement road construction and maintenance work of professional equipment, is sculptured with slit multifunctional road work equipment.As Chinas cement concrete pavement mileage increases, the Cement concrete pavement cutting machine dual purpose machine will have a higher social and broad application prospects.This article mainly around the Cement concrete pavement cutting machine dual-use machine developed with the intention of developing a Sculptured both versatile and can kerf automatically Sculptured walking slit-dryer.This thesis summarizes the development of dual-use machine profile and research status.Cement concrete pavement cutting machine on the overall design of a dual-purpose machines are arranged so its structure one by one research design.First conducted a dual-purpose machine sculptured kerf device design calculations, sculptured kerf device is a dual-purpose machine working device, and the sculptured blade kerf saw blades on the same axis, mounted in front of the fuselage part of its work by the same motor drive to achieve a dual-purpose machine functions. Then a sculptured dual automatic kerf device is designed to walk, walking devices automatically power machine by the inverter motor and reducer composition, so that to achieve multi-speed dual-purpose machine, low ability to walk, its power through the gear output shaft the clutch mechanism and the transmission mechanism and walking axle connection, which automatically go walking and embarked on the functions.Followed by the cutting depth adjustment device research, cutting deep into the screw nut to the main use - linkage structure, through the principle of automatic control of the whole lift lever to control the movements of the cutter engraved.Device is designed to complete the above three, and then in the space above the body plate production tanks, pipes, hood.Keywords: Concretepavement cutting machine , Structural Design , Multifunction, Automatic walking目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1课题研究的背景及意义11.2切缝机国内外发展状况及研究情况11.2.1国内发展状况11.2.2国外发展状况31.3论文研究的主要内容42 水泥混凝土路面切缝机的结构设计52.1 总体方案及功能简介52.1.1总体设计方案52.1.2基本结构和各系统功能52.2切缝工作装置的设计62.2.1切缝刀片的选择和力学计算62.2.2金刚石圆锯片受力分析72.2.2工作电动机的选择92.2.3传动装置的设计112.2.4切缝刀片主轴的设计132.3本章小结173 手扶式水泥混凝土路面切缝机行走装置的设计183.1行走动力机的设计183.1.1行走电机的选择183.1.2减速机的选择183.1.3行走电机与减速机之间的传动设计183.2行走轴的设计203.2.1轴的结构设计203.2.2轴的工作能力计算223.3 行走传动机构的设计243.4传动轮的设计263.5 离合杆的设计263.6本章小结274 手扶式混凝土路面切缝机切深调整装置和其他辅助装置的设计284.1 切深调整装置284.2行走底盘的设计294.3机架的设计304.3.1机架设计准则及要求304.3.2机架的结构设计314.4 导向装置的设计314.5冷却系统的设计324.6罩的设计324.7 本章小结325总结与展望345.1总结345.2展望34参考文献36致谢37共 IV 页 第 IV 页1 绪论1.1课题研究的背景及意义水泥混凝土路面是指由水泥、砂、石等用水混合结成整体的工程复合材料的所铺筑的路面。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料， 其在制造的过程中会受到物化作用而造成的拉应力以及各种配型材料在硬化过程中受到的各种气温、风力、外界因素的影响，会导致水泥混凝土路面出现裂纹断板等问题。这是水泥混凝土路面一直以来就有的问题。而如果在制造过程中采取一些特定的技术手段，便可大大提高水泥混凝土路面的成型率，使得水泥混凝土路面的使用质量大大提升，延长水泥混凝土路面的使用寿命。切缝便是在水泥土路面施工初期防止路面产生裂纹和断板的方法之一。在实际施工的过程中通常采用水泥路面切缝机对路面进行切缝工作，在路面内形成薄弱面层，导致未来产生的裂缝形成缩缝。以水泥混凝土为主要材料做面层的路面被称为水泥混凝土路面，简称混凝土路面，也被称刚性路面，又俗称白色路面。水泥混凝土路面的刚度较大、荷载应力的扩散能力强、稳定性优良和使用寿命较长。是一种高级路面。伴随着国家经济的提升和交通运输行业的发展，水泥混凝土路面的技术及相关行业发展迅速。多年来，我国修建的水泥混凝土公路和城市道路路面总里程已经超过一万公里。并且国内外的筑路行业都在不断进行科研与创新，来使得水泥混凝土路面的建造质量与施工技术不断提高，水泥混凝土路面的使用寿命能够更长。 所以切缝作业对水泥混凝土路面的质量相当重要。目前大多数施工中的切缝工作通常都是由切缝机来完成的。但是一般的切缝机都只有一种行走速度，不能根据不同的工况和施工对象来调整整机的工作情况，从而会导致切缝机的工作锯片磨损过快，而且工作效率并不高。1.2切缝机国内外发展状况及研究情况1.2.1国内发展状况我国的水泥混凝土路面切缝机起步不早，不过伴随着水泥混凝土路面的大量建造及市场的快速发展，切缝机的技术迅速发展。国内研宄混凝土路面切缝机的企业单位有中德沃克、陕西峰固有限公司、上海焊丝机电公司、常州杰和机械有限公司等。但是由于公司出于技术保密，商业利益等各种因素，大多数公司产品的相关技术资料，图纸等在网络上无法查看与获取，只能在各家公司的网址以及一些机械相关网站上看到有关其产品的价格、参数等简单介绍。以下为一些在网络上查找到的一些机型及参数： HQRS500A型汽油路面切割机 型号：HQS-500A型、HQS-500C型； 转速：3400r/min、2200r/min； 直径：5500、400-500； 切割深度：160mm、170mm； 切割线速度：89m/s、46-57m/s； 整机重量：170kg、275kg；图1.1 HQRS500A型汽油路面切割机 18型混凝土路面高速切纹机 电机功率：7.5千瓦 额定电压：380V 行进速度：1.2m-2.2m/min 锯片数量：18片 整机质量：360KG(公斤)图1.2 18型混凝土路面高速切纹机 外形尺寸：1450*1370*720（毫米）华通公司12型水泥混凝土路面切缝机作为本文的重点参考图1.3 12型水泥混凝土路面切缝机装配图1.升降进给装置 2.机架 3.变速动力装置 4. 行走轮 5.主电机 6.支撑架 7.刻纹刀片轴 8.刻纹刀片 9.切缝锯片 10.行走机构 图1.4 12型水泥混凝土路面切缝机5. 11.传动机构 12.链轮 13.链条 14.行走电机 15.无极变速器该机型拥有两个电机，其中一个是用来驱动行走装置的行走电机，另外一个是用来带动切缝刀片主轴转动的工作电机。对于切缝机来说，其电机的类型有不同，包扩电动机、柴油机、汽油机三种不同的驱动形式。不同驱动方式的电机带动不同机型的的切缝机，各自有各自的特点和优缺点，适用于不同的工况。但是本文只进行水泥路面切缝装置及技术的探讨，在此对其的刻纹功能不多做赘述及参考。1.2.2国外发展状况最近几年内，国内进口的外国公司生产的水泥混凝土路面切割机也不少，如美国特雷克斯、日本的小松、日立、神钢等、新加坡陈宝光制造与机械工程有限公司，总结了一下外国公司的一些产品外部参数后，总结出一下几点国外切割机的特点：(1)由于每个国家所规定的标准电源参数不同，导致使用电动机作为驱动装置的整机比较少。大多数的产品都会采用汽油机来提供驱动力，使用多缸大功率的柴油机作为驱动的更是少之又少。(2)调整切缝深度与整机运行速度的机构种类较多。(3)在人机工程学原理的应用更加注重；拥有更多的外部设计；采用了较高的喷涂质量；以及更为轻巧的整机质量设计。大体来说，我国在水泥混凝土路面切割机这一领域产品的技术水平与国外的没有太多的差别。只是外国公司更倾向并且有能力制造一些自动化的产品技术是中国绝大多数公司与厂家所不具有的。1.3论文研究的主要内容1、 总体设计 1.混凝土路面切缝时机分析及切缝工艺方案的确定 2.混凝土路面切缝机理和方法的分析 3.动力与传动方式的确定 4.总体结构设计及造型设计（包括各主要部件的布置）二、切缝机工作装置的设计三、切缝机吸尘吸渣装置的设计计算四、底盘的设计计算五、动力与传动系统的设计计算2 水泥混凝土路面切缝机的结构设计2.1 总体方案及功能简介2.1.1总体设计方案本文研宄对象是手扶式水泥混凝土路面切缝机，其总设计方案布局如下：将装有刀片的切缝主轴用轴承座装在机身底板前下方，电机带动工作装有切割锯片的工作主轴组成工作装置；变频电动机与减速机组成整机行走动力装置安装在在机身底板的后端，行走轴通过减速机与行走动力装置连接，在工作时可满足自动行走或是人工推动；切割深度控制功能由旋转螺母，滑动螺杆等机构组合来实现；导向系统安装在整机的前端，以确保切割工作操作方向的正确性；由水箱与导管组成的冷却系统使得冷却水以自流的形式使得切缝刀片能有效的降温，减少切割刀片的磨损，提高生产效率。主要设计的整机性能参数如表2.1所示。序号参数名称参考设计参数1切缝深度0-100mm2切缝宽度3-8mm3切缝锯片直径300-500mm4行走速度1.5m/min5锯片线速度45-55m/s6整机重量300-450kg表2.1 水泥混凝土路面切缝机的设计性能参数2.1.2基本结构和各系统功能手扶式混凝土路面切缝机由机身、行走系统、升降系统、切缝工作系统、冷却系统和导向系统构成。行走系统由行走动力装置、驱动轮、驱动电机、驱动轮轴和行走轮构成。该机由变频电机与减速器相结合，通过传动机构与后轮相连的减速器输出轴，实现转速可调自动行走的效果。切割深度调节装置由手轮、丝杠、螺母和调节杆组成。由于调节杆和丝杠的上端相连，丝杠下端的连接底盘销轴，螺杆的顶端由轴承限位，当手轮转动时，由于一个调节杆上下的拉杆，在梁的端部变为翘曲，动态和整个后续动作，从而实现刻切刀片上下升降。切缝工作装置：把切缝刀片安装在切缝刀片主轴上，该轴通过两端轴承座装在机身底板的下面前端，由电机来提供动力。该电机装在机身底板上面的前端，与切缝主轴用皮带和皮带轮连接。导向装置：由导向杆、导向轮、销轴等装置构成。设置在整机的前端，使导向系统的导向轮与地面标准线重合，以确保切割操作方向的正确性，以此来保证路面切割的方向性。冷却装置：由冷却水箱及冷却水管道等组成。利用最简单的水冷方式来解决切割刀片的发热问题，从而提高刀具的使用寿命，降低危险发生的系数。2.2切缝工作装置的设计切缝装置由电动机、皮带传动装置、切缝主轴、轴承座、切缝刀片组成。把切缝锯片安装在切缝主轴上，由电机提供动力。电机安装在整机底盘板的前端，由皮带和皮带轮与切割主轴连接。2.2.1切缝刀片的选择和力学计算切缝刀片的选择刀片份基体和刀头两个部分。粘结刀头作为主要支撑的基础部分称为基体，在切割工作中起到切割功能的部分称之为刀头，其会在切缝工作由于摩擦与切割工作造成损失。因为刀头中含有金刚石，使得刀头能够对水泥混凝土进行切割作业。金刚石是目前自然界中最硬的东西，在刀头中与水泥混凝土进行摩擦从而对水泥混凝土进行切割。刀头的金属把金刚石包裹在刀头的内部。所以，切缝刀片选择市面上较为广泛应用的“激光焊接金刚石锯片”。如图所示。刀片内径30mm，外径350mm。凹槽宽度为刀片刀头的厚度， 切缝宽度为38mm。图2.1 激光焊接金刚石锯片2.2.2金刚石圆锯片受力分析在对精钢石锯片进行受力分析时，由于圆盘锯片的厚度远远小与其直径，在这里我们将其视作平面问题。金钢石切割锯片在进行切缝工作时，圆周上成阵列排行的刀头规律性地对水泥混凝土路面造成切割，人造金刚石锯齿的刚度和强度远远大于水泥混凝土路面，所以金刚石锯片在转动的过程中对水泥混凝土路面形成冲击切削形成切缝。在切削过程，金刚石锯片与水泥混凝土接触所受到的应力与其圆周齿数及刀片切割的深度相关。受力分析如图所示。图2.2 金刚石锯片切割路面的受力分析锯切时，金刚石锯片的锯齿对石材产生的切割力有两个：一个是法向力Fn，另一个是沿线速度方向的切向力Ft。锯切力Ft是锯片的主切割力，直接影响锯切功率。垂直力Fn则直接影响锯片的刚度、稳定性和耐磨损等特性。但由于Fn和Ft直接测量比较困难，把切向力Ft和垂直法向力Fn分解成沿进给方向切割力Fx和切割深度方向的垂直力Fy。在某瞬时，可以把Fn和Ft投影到x、y轴上，通过上述几何关系，可得到： 式(2-1)式中是取某瞬时，切割石材中点直径与垂直方向的夹角，也是锯片从切割最低点沿切割轨迹转到切削中点时的夹角，即 式(2-2) 金刚石锯片锯切混凝土过程的锯切力测试系统如图所示。图2.3金刚石锯片切割性能检测锯切力测试系统采用YDMIII99型三向压电测力平台同时测量三个方向的锯切力 Fx、Fy、Fz，锯切力信号经电荷放大器放大后，通过模数（A/D)转换输入计算机中，进行数据处理。2.2.2工作电动机的选择 电动机属于外购件，该环的重点在于如何选择电动机的功率及类型，选择电机应考虑以下问题: (1)电动机不仅根据其负载的启动与运行特性进行选择，更要符合实际工作情形，达到高效、节能、环保的需求。 (2)电动机的选择需要与工作条件相符合，所采用的保护措施及冷却装置，也要与其匹配，若不匹配则会造成低效甚至电机的损坏。 (3)算得合适的电动机容量。一般情况下，达到额定负载的75%-100%时，电动机的效率达到顶峰。所以，选择电动机时，使其容量与设备需求容量匹配度到达最高，则工作时能达到高效性。 (4)综合考虑各种因素，应选择可靠度高、易维修的标准电动机。为了整台机器高效运转，需要将电压等级和电机的极数纳入考虑范围之内。1. 负载特点和适用场合分析工作时，行走轮稳定运行，属于轻载驱动，载荷波动较小，不管工作还是行走，电 动机不需要频繁启动，行走速度由混凝土强度，集料强度，刀头锋利程度及要求的抗滑 构造深度决定，为了使锯片在不同强度的混凝土上能刻制出不同深度的防滑纹，行走速 度应该可调，使用场合是在室外，电动机所处的空间湿度，灰尘较大。2.选择电动机的类型综合评判电动机产品的类型、装配的难度、电动机的售价、日常的运转以及维护费用，以及考虑到不同型号电动机的负载特点与适用工况，这里选择三相异步交流电动机。其具有结构简单、耐久度高、价格较低、维修简单等优点。三相异步电动机通常使用的4种转速为：3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min。同步转速越高所对应的极对数越少，整机的尺寸与质量对应也就越小，但是相对的减速机的尺寸就要越大，而参与构成的整体机械尺寸也就越大，制造机械的成本就会越高。3. 电动机功率的计算(1)力矩的计算刻纹时产生的总力矩： 式(2-3)F一切缝刀片所受的切削阻力 R一切缝刀片外圆半径 由图2.4得 代入公式(2-3)得 式(2-4) (2)驱动电动机的功率计算 式(2-5) 其中w为切缝锯片的角速度 为带轮的传动效率为了充分发挥金刚石的效率，其切割线速度应控制45-55m/s由 根据标准选取n为2900r/min 锯片的角速度 带传动的传动效率为0.92 由计算得到的发动机转速n以及功率P，查机械设计手册表，最终选用三相异步发动机Y132S2-2-7.5KW作为外购件驱动电机型号。2.2.3传动装置的设计由于带传动的结构简单，传动平稳、噪声小，能对机械振动起到吸收和减弱的作用，在过载时会造成打滑，能对其他零件起到保护作用，也比较适合中心距较大的传动。且购置成本比较低，带传动在机器外侧安装易于更换，所以选择带传动作为传动装置的传动方式。在这里采用的普通V带轮，V 带轮的设计:1.计算功率P由表8-7查得工况系数Ka = 1.1，计算： 式(2-6)2.选择传动带型根据所选电动机型号的P和n，查阅到图8-10，选定带型为A型。 3.确定带轮的基准直径并验算带速(1)试选小带轮的基准直径，根据表8-6和8-8，确定小带轮的基准直径。 (2)根据式(8-13)验算带速v。满足带速要求，所以该结果正确。 (3)确定大轮的基准直径，由于皮带传动的速度比绝大多数都接近1:1，则有4. 计算传动带的中心距和基准长度Ld (1)初定中心距由表8-211选带的基准长度Ld = 900mm。(2) 计算实际转动带的中心距a。(3) 即实际中心距在252-292mm内浮动。5.验算小带轮的包角1 6计算带的根数z(1)计算单根传动带的功率由传动带轮直径，根据表8-4a11可得 根据转速n = 2800r/min，i = 1 和带型 A，根据表8-4b可得 。查表8-511得，查表8-5得，于是 (2)确定传动V带轮的数量z 取整数得到z=47.确定单根传动带的最小初始拉力值根据8-3可得带型A的单位长度质量q = 0.1kg/m则有 所以应该把单根传动带的实际初始拉力设计大于118N。 8.带轮的结构设计根据轮辐结构的不同，V带轮有腹板式、实心式、孔板式等形式，椭圆轮辐式V 带轮的结构形式与基准直径有关，在此我们选择轮辐结构为实心式。轮毂和轮辐的尺寸参照图8-14中的经验公式。9.V带轮轮槽的设计V带绕在带轮上以后发生弯曲变形，使V带工作面夹角发生变化。为使V带的工 作面与带轮的轮槽工作面紧密贴合，将V带轮轮槽的工作面夹角做成小于40。带安装到轮槽中以后，一般不应超出带轮外圆，也不应与轮槽底部接触。因此调节滑轮绳槽直径的带轮圈和最小高度底基准，由表8-1011知A型V带 10.带轮材料的选用带轮通常使用的材料有HT150或者HT200。在这里我们选择HT200。11.带传动张紧方式的选用带轮传动运转一段时间以后，由于传动带的塑性变形和磨损会导致皮带松弛。为保证皮带轮的正常运转，应当对皮带的松弛度进行定期检查，并采取相应的补救措施，常见的补救措施有：定期张紧装置、自动张紧装置、采用张紧轮张紧装置。本文采用滑道式的定期张紧装置，在安装电动机的机架上开长圆形螺孔，电 动机与机架螺栓连接，皮带出现松弛时，松开长圆形螺孔中的连接螺栓，移动电动机便 可将松弛的皮带张紧。解决了皮带松弛影响切缝装置平稳可靠运行的问题。2.2.4切缝刀片主轴的设计轴是组成机器的主要零件之一，一切做回转运动的传动零件，都必须按在轴上才能 进行运动及动力的传递。因此，应采用科学的设计方法，结合机械设计辅助软件进行设计，轴是本设计的重要零件，具有设计的代表性和典型性12。轴的设计包括结构设计和 工作能力计算两方面的内容，轴的结构设计是根据轴上零件的安装，定位以及轴的制造 工艺等方面的要求，合理的确定轴的结构形状及尺寸，轴的结构设计是轴设计的重要内容，轴的工作能力计算是指轴的强度、刚度、振动稳定性等方面的计算，多数情况下轴 的能力计算主要取决于轴的强度。1轴的结构设计(1)拟定轴上零件的装配方案如图2.7装配方案，右端从左往右依次为轴端垫圈、大螺母、 衬套、轴承座总成、加紧垫片、切缝锯片、垫圈、螺母等，左端只装皮带轮和轴承座总成。这样就对轴的各个段节的直径顺序做了初步的安排。(2) 确定轴的各段直径本机的工况是属于高速轻载，固选用代号为6309的深沟球轴承，基本尺寸轴承采用轴间定位，定位轴肩的高度，轴承装在轴承总成，对轴承总成的定位取最大值，为了取整数，轴承座总成采用轴肩定位，取选用的切缝锯片内径为所以，从强度方面考虑它的尺寸应当仅次于，取。带轮采用轴肩定位，取，安装皮带轮的轴直径取38mm，既(3) 确定轴各段的长度由带轮结构，知。阶段轴为带轮定位轴，取。查相关手册找出6309的深沟球轴承配套的标准轴承座，配上轴承盖加上油封，用螺栓固定轴承盖和轴承座，从而形成轴承总成如图2.8所示，根据图2.8确定。轴为定位轴，取。由轴承总座确定。为过度轴，取，考虑螺母固定轴有剩余，取。所以总长度为312mm。切割锯片主轴的结构如图示。 图2.4 切缝主轴的结构(4)轴上各零件的定位1.零件的周向定位周向定位的目的是限制轴上零件与轴发生相对转动。常用的周向定位零件有键、花 键、销、紧定螺钉以及过盈配合等，其中紧定螺钉只用在传力不大之处。此结构轴与皮 带轮的连接采用钩头楔键连接，由查机械设计手册得钩头楔键截面，再结合轴的具体尺寸，键的长度取62.5mm。2.零件的轴向定位轴上零件的轴向定位是以轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖和圆螺母等来保证的。皮带轮、轴承座总成是用轴肩定位的，切缝锯片用加紧垫圈和螺母定位。(5)确定轴上倒角圆角尺寸轴和零件上的倒角和圆角尺寸的常用范围见表2.111。在设计中为了统一，将轴端 的倒角和圆角定位。2. 轴的工作能力计算轴的计算通常都是在初步完成结构设计后进行校核计算，计算准则是满足轴的强度 或刚度要求，必要时还应该校核轴的振动稳定性。本设计按弯扭合成强度条件计算11。根据轴的结构,计算模型，进行计算图。从轴的结构图和弯矩图中，我们可以看到轴的危险截面，并计算截面的相关参数值。带轮所受扭力 工作装置进行切割时，切割锯片受阻力时轴的载荷分析图如图所示：图2.11轴的载荷分析由图2.11可以看出，靠近切缝锯片的安装轴承处的截面是轴的危险截面，计算此处的总弯矩： 根据综合情况检查的抗弯强度，通常只检查轴轴承截面的最大弯曲和扭转强度。根据上边数据， 扭转切应力为脉动循环变应力，取，W为轴的抗弯截面系数，计算公式见表15-4，取，安装切割锯片轴的直径d=30mm，轴的计算应力:前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-111查得。故安全。2.3本章小结 首先进行了手扶式水泥混凝土路面切缝机总体方案的布置，并简单介绍手扶式水泥混凝土路面切缝机的各个结构及功能。然后进行手扶式水泥混凝土路面切缝机刻切装置的设计，包括切缝锯片的选择和受力计算、 电动机的选择、带轮连接的设计计算，重点进行了切缝锯片主轴的设计计算，分两方面展开：轴的结构设计和轴的工作能力的设计。在切缝工况下对轴进行了校核，校核结果满足设计要求。3 手扶式水泥混凝土路面切缝机行走装置的设计行走装置由行走动力机构、传动轮、传动机构、行走轴及行走轮所构成。其中行走 动力机构由电动机、减速机组合而成，减速机输出轴通过传动轮由传动机构与行走轴连接，从而达到速度可调的自动行走的作用。3.1行走动力机的设计3.1.1行走电机的选择 电机属于外购件，设计重点在于电机的功率和电机类型的选择，选择电机应考虑的 问题与切缝工作装置电动机的选择一样，在这里就不在介绍。行走电机选用Y801-4-0.55KW。 3.1.2减速机的选择减速机是一种动力传递机构，利用齿轮的速度转换器，将电机的回转数减速到所要 的回转数，并得到较大转矩的机构。它的种类繁多型号各异，不同种类有不同的用途，按照传动类型可分为齿轮减速机、蜗杆减速机和行星齿轮减速机。摆线针轮减速机是一种采用摆线针齿啮合行星传动原理的传动机型，是一种理想的传动装置，具有许多优点、用途广泛、并可正反运转。根据电动机的性能参数查机械设计手册，选用摆线针轮减速机XWE-0.37-42-1/187。3.1.3行走电机与减速机之间的传动设计电机与减速机之间选用普通V带轮进行传动，V带轮的设计：已知：电机的额定功率P = 0.55kw，转速 = 1500r/min1.确定计算功率Pa由表8-711查得工作情况系数Ka = 1.1，故 2.选择V带的带型根据Pca、nx由图8-1111选用Z型。3.确定带轮的基准直径并验算带速v1)初级小圆基准直径。从表8-6和8-811，小车轮直径的基准。2)验算带速v。按式(8-13)11验算带的速度因为，故带速合适。3)计算大带轮的基准直径。皮带轮的传动比取为1:1.2，所以根据表8.811，圆整为4.确定V带中心距a和基准长度1)初定中心距2)计算带所需的基准长度 由表8-211选带的基准长度L=710mm 3)计算实际中心距a。 中心距的变化范围为197-206mm。 5. 计算传动带的根数z1) 计算单根V带的额定功率P由，查表8-4a得根据型带，查表8-4b得查表8-5得，由表8-2得，于是 2) 计算V带轮的根数z取2根6.带轮的结构设计根据轮辐结构的不同，V带轮可以分为实心式，腹板式，孔板式，椭圆轮辐式带轮的结构形式与基准直径有关，在这里我们采用实心式。轮毂和轮辐的尺寸参照图 8-1411中的经验公式7.V带轮的轮槽带轮的轮槽与选用的V带的型号相对应。皮带轮前后的弯曲变形，使之与工作面角的变化。带轮的工作面与皮带轮的工作面有着密切的关系，而对带轮槽工作面的角度则小于40。V带安装到轮槽中以后，一般不应超过皮带轮的外圆，不应与底部的轮槽接触。为此规 定了轮槽基准直径到带轮外圆和底部的最小高度，由表8-1011知Z型V带。设计结构如图3.1和3.2所示8.带轮的材料常用的带轮材料为HT150或HT200,此设计选用HT200。9.带传动的张紧V带轮传动运转一段时间以后，会因为带的塑性变形和磨损而松弛。为了保证带轮 传动正常工作，应定期检查带的松弛程度，采用相应的补救措施与与第二章带轮张紧一样。本文采用第一种定期张紧装置的滑道式，在安装电动机的机架上开长圆形螺孔，电动机与机架螺栓连接，传动装置中的皮带出现松弛时，松开长圆形螺孔中的连接螺栓，移动电动机便可将松弛的皮带张紧.3.2行走轴的设计轴的设计包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。3.2.1轴的结构设计对轴的结构设计，包括确定合理的轴型和整个结构的尺寸，对轴的结构应满足：轴和轴装在轴件上具有精确的工作位置；轴类零件应易于安装和调整，轴应具有良好的制造工艺等。轴上零件的装配方案该轴的主要作用是将电动机的主要动力输出到行走轮上，整个轴由两个轴承支撑。 轴的装配图如图3.3所示，其装配方案是：从动链轮、带立式外球面轴承、带菱形外球面轴承、行走轮一次从轴的右端向左端安装；左端同样除了从动链轮也要一次安装带立式座外球面轴承、带菱形座外球面轴承、行走轮。 轴上零件的定位 行走轮左端由钩头楔键固定，右端由轴肩定位，带立式座外球面轴承和带菱形座外球面轴承通过几个螺栓直接安装到机械装置的主体上，带立式座外球面轴承支撑的是整个机架，带菱形座外球面轴承支撑的是底盘。为了保证工作稳定性，从动链轮由平键固定的同时，还要用内六角螺钉固定。 确定各段轴的直径和长度 由选定的链轮确定，左端轴肩定位取，阶段轴安装轴承，由轴承内径确定，由和的值取，由轴承内径确定，同样由和的值取，取，由行走轮内径取。从轴的对称性可知，。由链轮长度，轴承宽度，底盘长度，机架长度和行走轮的宽度来确定个阶段轴的长度。确定轴上倒角圆角尺寸轴和零件上的倒角和圆角尺寸的常用范围见表3.111。在设计中为了统一，将轴端 的倒角和圆角定位。行走轴的结构如图所示。图3.1行走轴的结构3.2.2轴的工作能力计算轴的计算通常都是在初步完成结构设计后进行校核计算，计算准则是满足轴的强度 或刚度要求。轴的强度校核计算进行强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并 恰当地选取其许用应力。对于仅仅承受扭矩的轴，应按扭转强度条件计算，对于只承受 弯矩的轴，应按弯曲强度条件计算，对于既承受弯矩又承受扭矩的轴，应按弯扭合成强 度条件进行计算。本设计轴按弯扭合成强度条件校核轴的强度。(1)做出轴的计算简图（即力学模型），轴所受的载荷是从轴上零件传来的。计算时常将轴上的分布载荷简化为集中力，求出轴上受力零件的载荷，然后把他们全部转化到轴上，并将其分为水平力和垂直力，做出轴的计算简图如图 所示。(2)做出弯矩图和扭矩图根据上述简图，分别按水平面和垂直面计算各力产生的弯矩，并按计算结果分别做 出水平面上的弯矩图和垂直面上的弯矩图，然后计算总弯矩图并做出M图。减速器的 功率为0.37KW，链传动的效率为0.95，输出到轴上的功率为0.35KW。计算过程如下： 式(3-1)图3.2 行走轴的载荷分析 (3)校核轴的强度已知轴的弯矩和扭矩后，刻针对某些危险截面（即弯矩和扭矩大而轴颈可能不足的截面）做弯矩合成强度校核计算： 式(3-2)对于直径为d的圆柱，弯曲应力为 扭转应力将代入式中，则轴的弯扭合成条件为： 式(3-3)式中： 将上面计算的数据代入上式得：。轴的材料选为45钢，调质处理，查表15-111得，因此，轴满足安全条件。3.3 行走传动机构的设计行走装置的减速器输出轴，通过传动轮由传动机构与行走轴连接，从而达到速度可 调的自动行走的作用。机械传动一般分为带传动，链传动和齿轮传动，一下是各种传动的比较11：1.带传动优点：结构简单、传动平稳、噪声小，能缓冲吸振，过载时带会在带轮上打滑，对 其他零件起过载保护作用，适用于中心距较大的传动。缺点：不能保证准确的传动比，传动效率低(约为0.900.94)，带的使用寿命短， 不宜在高温、易燃以及有油和水的场合使用。2.齿轮传动优点：效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命长，传动比稳定缺点：制造和安装要求高，价格贵，不适用于传输距离大的场合。3.链传动优点：与带传动相比，无弹性滑动和整体打滑现象，能保持准确的平均传动比，传动效率高；作用在轴上的径向压力较小；结构较为紧凑；能在高温和潮湿的环境中工作。与齿传动相比，制造与安装精度要求低，成本也低；较适合传动距离大的场合。缺点：只能实现平行轴间链轮的同向传动；运载时不能保持恒定的瞬时传动比；磨损后易发生跳齿，工作时有噪声；不宜用在载荷变化很大，高速和急速反向的传动中。综上所述，从机构紧凑行，可靠性，经济型综合考虑本机机械传动采用链传动。1)链传动应考虑的主要因素9：链板和销轴能承受传递的拉力。链轮所承受的工作负荷。衬套和销轴之间的铰接磨损，在要求寿命期限内应保持许用极限。齿面的磨损在要求寿命期限内应保持许用极限。2)链传动的计算11已知:额定功率P = 0.37kw，主动链轮的转速，传动比i=1.5，载荷平稳。选择链轮的齿数小链轮的齿数，可以减小外轮廓尺寸，但齿数太小，会增加运动的不平衡和动载荷，最小的链轮齿数。取小链轮齿数，大链轮的齿数为。确定计算功率由表9-6查的，有图9-13查的，单排链，则计算功率为 式(3-4)选择链条型号和节距根据P和n查图9-11，可选10A。查表9-111，链条节距P = 15.875mm。计算链节数和中心距初选中心距取。相应的链长节数取链长节数节。 查表9-7得到中心距计算系数，则链传动的最大中心距计算链速v，确定润滑方式由v=0.03m/s和链号为10A，查图9-14可知应采用定期人工润滑。计算压力轴有效圆周力为：链轮垂直传动时的压轴力系数，则压轴力为 3) 链传动的基本参数和主要尺寸链传动的基本参数是配用链条的节距p，套筒的最大外径，排距和齿数z。由机械设计手册查得主要尺寸。链轮的机构如图3.6和图3.7所示。4)链轮的结构和材料小直径的链轮可以做成一个整体式，中间大小链轮可以制成一个孔板，链轮的大直径可以与齿轮环连接或焊接在轮毂上。链轮的轮齿要具有足够的耐磨性和强度。由于小链轮轮齿的啮合次数比大链轮多，所受的冲击也较大，故小链轮应采用较好的材料制造。所以链轮采用45钢淬火处理。3.4传动轮的设计传动轮安装在减速器的输出轴上，在这里起到离合的作用，通过离合杆的拨动使主 动链轮轴与减速器输出轴分离，从而实现自动行走与手动行走的切换。传动轮的结构如图3.2所示，传动轮直径和长度等尺寸是按减速器输出轴的尺寸和主动链轮的尺寸设计的。传动轮通过平键固定安装在减速器输出轴上，图中牙形部位与离合杆间隙配合，按工作要求进行拨动。传动轮的材料采用一般的45钢表面淬火处理即可。图3.2 传动轮的结构 3.5 离合杆的设计离合杆用来拨动传动轮从而本机实现既能自动又能手动行走的能力。离合杆由离合固定板、离合拉杆、拨叉、拨叉头、离合套及支轴等组成。离合固定板通过螺栓固定在机架上，支轴过盈配合在离合固定板上，离合拉杆通过套在 支轴上的离合套与拨叉连接，拨叉头与传动轮的牙形槽间隙配合，如图所示。工作时推动离合拉杆来实现自动和手推的更换。离合拉杆和离合固定板采用Q235钢板，其他采用45钢，表面淬火处理。3.6本章小结本章主要进行12型砼路面切缝机行走装置的设计，包括电动机、减速机的选择以及两 者之间带轮连接的设计计算。重点进行行走轮轴的设计，分两方面展开：轴的结构设计 和轴的工作能力的设计。行走动力机构通过传动机构来使行走轮轴工作，传动机构在这 里选择链轮传动，对其选择原则进行简单介绍，并对链轮的设计进行了计算。对传动轮 和离合杆进行结构设计。4 手扶式混凝土路面切缝机切深调整装置和其他辅助装置的设计4.1 切深调整装置在现有机器上锯片的切割进刀即进刀深度的控制只能通过机架上的扶手进行操作，切割深度变化时扶手位置相应变化，扶持难以保持在最佳位置上，易出现操作疲劳，容易因震动出现变化，造成切割深度不一致，影响切割质量，因此本文中增设了切深调整。切深调整装置是一种执行装置，是在工作过程中用来控制切缝深度的。切深调整装置如图4.1所示，一般由手轮、丝杠、螺母、调整拉杆、轴承等组成。上拔杆和螺纹连接的上下调整装置，以及底盘下端的移动销连接，其上端的螺丝是轴承限位，所以手轮转动，因为调节杆的升降架在底盘旋转的后部行走，于是整机随之上下移 动，从而实现刻切锯片的上下升降。图4.1 切缝深度调整装置丝杠是机械和精密机床中最常用的驱动元件。其主要功能是将旋转运动转化为直线运动。传动形式有滑动螺旋传动和滚珠螺旋传动，它们各自的特点如下。滑动螺旋的特点：结构简单，加工方便；易于实现逆行程自锁，工作安全可靠;摩擦阻力大，传动效率低；容易磨损，轴向刚度较差。滚珠螺旋的特点：摩擦阻力小，传动效率高；磨损小、寿命长、工作可靠性好;具有运动的可逆性，应设防逆动装置；轴向刚度较高，抗冲击性能较差；结构复 杂，加工制造较难；预紧后得到很高的定位精度（约达5um/300mm)和重复定位精 度（可达1-2um)。路面12型砼路面切缝机在工作时会产生较大的振动，所以选定滑动螺 旋传动方式。根据设计需要，使丝杠固定，丝杠仅能做旋转运动，这样固定在丝杠上的螺母就可以随着丝杠的旋转而作直线运动，通过滑动螺旋将丝杠的旋转运动转变为螺母的直线运动。为了节约成本可以把一小段螺母固定在调整拉杆上，这样调整拉杆就可以随丝杠运动，因此，只要将调整拉杆与底盘固定在一起，刻纹切缝锯片就可以随调整拉杆进行运动。故采用丝杠转动、螺母移动的滑动螺旋传动方式。螺母和丝杠配合后应具有较低的摩擦系数和较高的耐磨性，在这里螺母我们选用黄铜ZHA166-6-3-2，丝杠的材料应具有良好的加工性、耐磨性，一般选用45钢。滑动 丝杆的螺纹牙型有梯形和矩形两种，梯形螺纹应用较广，矩形螺纹传动精度高，但制造困难。为了更好控制刻切深度，故螺纹采用矩形螺纹，推荐尺寸: 为大径，为小径，P为螺距。选出丝杠大径为25mm，小径为20mm，螺距为5mm，螺母小径为25mm，大径为35mm，螺母高度H=35mm，故丝杠螺纹部分长度，在载荷不太大的情况下满足，考虑机身的高度等可以取L=272mm。深度调节是手动调节，丝杠的刚度强度满足设计要求不用进行校核。工作过程中考 虑轴的受力情况，选用推力球轴承配合轴承