履帶車的設(shè)計(jì)全解

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1、1 / 37 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 學(xué)號： 學(xué)院： 專業(yè)方向 ： 題目： 指導(dǎo)者： 評閱者： 2 / 37 聲 明 我聲明，本畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書及其研究工作和所獲得的成果是本人在導(dǎo)師的 指導(dǎo)下獨(dú)立完成的。研究過程中利用的所有資料均已在參考文獻(xiàn)中列出， 其 他 人員或機(jī)構(gòu)對本畢業(yè)設(shè)計(jì)工作做出的奉獻(xiàn)也已在致謝部分說明。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書不涉及任何機(jī)密，南京理工大學(xué)有權(quán)保存其電子和紙質(zhì) 文檔， 可以借閱或網(wǎng)上公布其部分或全部內(nèi)容，可以向有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交并受權(quán)保存、借閱或網(wǎng)上公布其部分或全部內(nèi)容。 學(xué)生簽名： 年月日 指導(dǎo) 老師簽名： 年月日 3 / 37 4 / 37 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書中文摘要 5 / 37

2、地策資源勘探采渠車是一種新型的地冤資源勘探裝備，可實(shí)現(xiàn)檢波器遙控定位與插 置、信號遙控采渠，是一種 平安、高效、高密度信息采集的陸地資源勘探裝備，代表著陸地資源勘探裝備的開展方向。本文針對采集車的車體構(gòu)造、行走機(jī)構(gòu)以及檢波器的插 置機(jī)構(gòu)開展相關(guān)技術(shù)研究。 論文論證并確定了采集車的總體方案，根據(jù)總體方案設(shè)計(jì)了履帶式行走機(jī)構(gòu)和檢波 器插置機(jī)構(gòu)e 對行走機(jī)構(gòu)的履帶、驅(qū)動輪、支重輪、導(dǎo)向輪和托鏈輪進(jìn)展了理論計(jì)算與設(shè)計(jì)； 采用電動推桿構(gòu)造設(shè)計(jì)了檢波器插置機(jī)構(gòu)； 最后， 基千上述兩部分的設(shè)計(jì)，進(jìn)展了采渠車的總成設(shè)計(jì)。 本文對新型地 策資源采集車的研制 與 設(shè) 計(jì) 進(jìn)展了初步的嘗試，獲得了初步的經(jīng)歷 關(guān)鍵詞

3、 地策資源 采媒車 履帶式行走機(jī)構(gòu) 檢波器插置 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書外文摘要 6 / 37 Title Mobile distributed seismic ex loration device - The desi n of the vehi cl e and detector inserted device Abstract The seismic explorat i on and acquisition vehicle is a new t ype of seismic explor a t ion equi pment . I t can achieve remote control ,p

4、ositioning of the detector, signal re,note contr ol i ng. It is a safe, efficient, hi gh- dens i t y information acquisition of land resources exploration equipment, Representing t he development direction of land resources exploration equi pment . In this paper , t he relevant technology is carried

5、 out for the car body s t ru c t ur e, walking m echanim s and the insertion m echani sm of the de t ect or . The overa ll scheme of the acquisition vehicle is demonstrated and t he crawler type traveling mechanism and the detector are designed according to t he overall scheme. The crawler walking m

6、 echani sm, t he driving wheel, the branch heavy wheel, guiding wheel and entrusted sprocket of the theoretical calculation is also designed; designing the geophone in device us i ng e l ec tr ic push rod st ructur e. Fi nall y, based on t he two pai t s of the design, acquisition vehicle des ign. I

7、n t hi s paper, t he design of the new seismic resour ce acquisition vehicle is preliminarily attempted, and the exper i ence of this paper is acquir ed. Keywords Seismic resource acquisition vehicle Crawler Det ec tor inserting 7 / 37 第 4 頁 目次 1 弓I言 ，. . 1 . . . . . . . . . . . . I.I 課題 的研究慈義- . 1.

8、 . . . 1. 2 國內(nèi) 外研究現(xiàn)狀 .1. 1.3 論文幸節(jié)安 排 - . 3. 1.4 本章小結(jié) . 3 2 地 策 采渠車 的總體設(shè)計(jì)方案 . 4 2. 1 本課題要解決的根本問題.-.- . . 4 2.2 本課題擬采用的設(shè)計(jì)方案 .4 2.3 方案選擇根據(jù) . . .-.-.-.-.-.-.-.-. . 4 2.4 設(shè)計(jì)根據(jù) . 6. 2.5 履帶式行走裝置的組成與作用 . 6 2.6 履帶式車 輛的行駛原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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33、 . . . . . . . . . . . . . . . . .6 2.7 電動 推桿的工作原理 . . . . . . . . .7. . 3 行 走裝 置各個部分的設(shè)計(jì)- . 8. 3.1 履帶 . 8 3.2 驅(qū)動輪的設(shè)計(jì) 9 3.3 支重 輪 . 1.0. 3.5 張緊裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .12 3.6 托 鏈 輪 . 1.4. 3.7 履帶行走裝置的總體裝配00. . -.-. .15 4 履帶行走構(gòu)造的運(yùn)動分析. .暈 . 15 4.1 履帶式行走裝 置的接地比壓 . 16 4.2 運(yùn)行阻力計(jì)算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

34、. . . . . . . . . . . . . . .1. .6. . 4.3 轉(zhuǎn)向錄大驅(qū)動力矩的分析與計(jì)算 . 1 7 2 輪 向?qū)?4 勹3 8 / 37 笫 5 頁 5 檢波器插置裝置的設(shè)計(jì) . 2.3. 5.1 檢波器插置裝 置的 總體設(shè)計(jì) . 23 5. 2 電動推桿 2 3 5 .3 電動推桿的選擇 - .24 5.4 地笢檢波器的安裝 - 2 4 5.5 應(yīng)力分析 . 2.6. 5.6 地策采集車 的總體裝 配- 令 . 26 5.7 小 結(jié) . 2.7. 結(jié) 論 - 2 8 致 謝 . 2.9. 參 考 文 獻(xiàn) - 30 9 / 37 1 引言 采焦車作 為一種新型的信息

35、采媒工具 ，在科學(xué)探 究 中運(yùn)用越 來越廣泛， 本幸主要介紹課題慈義和本論文要討論的內(nèi)容 1. 1 課題的研究意義 現(xiàn)代社會中，對信息的采媒越來越重視。在過去，信息的采媒主要通過技術(shù)人員親自操 作機(jī)器去采負(fù)，往往會面臨各種風(fēng)險，而且效率很低 。在一些危險的行業(yè)，人體根本無法工作，為理解決這一難題，采集車應(yīng)運(yùn)而生。 采媒車是一種新型的信息采集工具，本身主 要由 可挪動的車 身和信息采焦裝置組成。采集車的出現(xiàn)把人類從惡劣的工作環(huán)境中解放了出來，與傳統(tǒng)方法相比優(yōu)勢十清楚顯，因此近 年來開展非常迅速。采集車可應(yīng)用于地策勘探、石油探測、天然氣資源開采、固體資源地質(zhì) 找礦等行業(yè)，也可用千災(zāi)害搜救。采渠車的

36、工作原理： 通過遠(yuǎn)程操控采拫車的運(yùn)動，到達(dá)指定地點(diǎn)通過控制車上的地策檢波器插置裝置使檢波器下插，檢波器插入地而使土堁層發(fā)生策 動產(chǎn)生地策波，地策波向地下傳播，遇到巖層分界面介原屈性不同時會發(fā)生反射和折射。發(fā) 射和折射的波到達(dá)地而然后人們在地表利用接收器接收這種地策波。通過對地恁波分析處理， 可以推斷出地下巖層的性質(zhì)和形態(tài)。地恁檢波器是一種專用傳感器，主要用千地質(zhì)勘探和工 程測登，它可以將地表振動轉(zhuǎn)化為電信號。如何挪動小車和地策檢波器結(jié)合起來是研究的重 點(diǎn)，也是本課題需 要解 決的問題 1. 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 世界范圍內(nèi)對采媒車的研究重點(diǎn)是挪動機(jī)構(gòu)的研究。常見的挪動機(jī)構(gòu)主要有輪式、腿式、 履帶

37、式和輪履、輪腿等復(fù)合式機(jī)構(gòu)。在不同的環(huán)境下，每種挪動機(jī)構(gòu)都有其優(yōu)勢和實(shí)用性， 但也有其局限性。 1. 2. 1 輪式挪動機(jī)構(gòu) 輪式挪動機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)表達(dá)在速度上，通常， 輪式挪動機(jī)構(gòu)的速度范圍較廣，尤其是地而平坦時，輪式挪動機(jī)構(gòu)具有很大的優(yōu)勢。常見的輪式挪動機(jī)構(gòu)主要有兩輪、三輪、四輪、六 輪的構(gòu)造形式，也有五輪構(gòu)造。美國“消滅者 地而無人作戰(zhàn)車輛是由卡內(nèi)菇梅陷大學(xué)國家機(jī)器人工程中心為國防高級研究方案署地面無人車輛感知栠成系統(tǒng)工程研制的一款越野機(jī)動 平臺它是6 輪全驅(qū)的混合動力無人車輛， 采用 6x6 彈性獨(dú)立絞鏈，可以適應(yīng)各種復(fù)雜地形， 承受不同任務(wù)負(fù)載，機(jī)動性強(qiáng)，可靠性高，續(xù) 航才能持久。 10

38、 / 37 1. 2. 2 履帶式挪動機(jī)構(gòu) 履帶挪動機(jī)構(gòu)的突出特點(diǎn)是地面適應(yīng)性強(qiáng)，履帶挪動機(jī)構(gòu)可以在各種復(fù)雜的地面上行駛， 越降才能比擬強(qiáng)，對運(yùn)動環(huán)境的適應(yīng)性特別強(qiáng)。它可以看作是對輪式挪動機(jī)構(gòu)的拓展，履帶 本身相當(dāng)千在給車輪鋪路。履帶挪動機(jī)構(gòu)具有以下特點(diǎn)： ( I ) 接地而積大， 接地比 壓小。 ( 2 ) 機(jī) 動 性好，越野才能強(qiáng)。 (3 ) 牽引附著性能好，不易打滑， 穩(wěn)定 性高 ( 4 ) 構(gòu)造復(fù)雜，易 損壞， 重晝大， 減策性差 針對普通履帶式挪動機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)，目前的解決方法是改變履帶的形狀和構(gòu)造。隨著材料科學(xué)的開展，近年來出現(xiàn)了各種增強(qiáng)的非金屬復(fù)合材料履帶，使履帶挪動機(jī)構(gòu)的重登大大減

39、 輕，克制了起笨重的缺點(diǎn)，使其整體性能得到大幅改菩。在環(huán)境復(fù)雜的情況下，履帶式挪動 機(jī)構(gòu)適應(yīng)性較強(qiáng)。例如 Gemini Scout 是美國職業(yè)平安與安康中心資助圣帝亞國家實(shí)驗(yàn)室研制的一款礦井救災(zāi)機(jī)器人。它是為煤礦井下環(huán)境專門設(shè)計(jì)的履帶式雙節(jié)機(jī)器人，長 1.2m, 寬 0.7m, 在身體上方有一個高出機(jī)體的攝像機(jī)挽桿，其上安裝了一個能透過煙霧和塵埃的紅外 攝像頭，配置了有苺氣體傳感器和爆炸氣體傳感器。因內(nèi)也有類似產(chǎn)品，例如北京神州明達(dá) 科技股份研制的 RAPTOR-EOD中型排爆機(jī)器人，該機(jī)器人 采用了單 節(jié)雙履帶挪動機(jī)構(gòu)，井且采用三角形履帶構(gòu)造， 進(jìn)步了其 越降 性能， 使移 動機(jī) 器人前部履

40、帶而與地而 45 度左右傾角，進(jìn)步機(jī)器人通過臺階等障礙地形的才能。此外還有多節(jié)輪履復(fù)合式挪動機(jī)器人 使用輪履復(fù)合式挪動機(jī)構(gòu)，中間為輪式挪動機(jī)構(gòu)，兩端增加兩節(jié)履帶劈，在平整路面上可充 分發(fā)揮輪式挪動機(jī)構(gòu)高速、低功耗的優(yōu)點(diǎn)，在 復(fù)雜地形條件下又充分利用履帶劈進(jìn)步機(jī)器人的通過性能，這種挪動機(jī)構(gòu)通過履帶臂的伸展運(yùn)動，可以靈敏調(diào)整體積和大小，伸展開時可 以通過較大尺寸的韜礙，收縮狀態(tài)那么可通過較小空間，實(shí)現(xiàn)的功能和多節(jié)履帶式挪動機(jī)構(gòu)相 類似。另外還有底盤抬高型履帶，它通過履帶構(gòu)造的設(shè)計(jì)，增大挪動機(jī)器人底盤與地而之間 的間隔 ，防止路而凸起的石塊與底盤發(fā)生干預(yù)，進(jìn)步挪動機(jī)器人通過復(fù)雜地形的才能。這種 改良

41、設(shè)計(jì)可以克制傳統(tǒng)履帶式挪動機(jī)構(gòu)復(fù)雜地形通過性差的特點(diǎn)，但同時也會抬高車體屈心， 降低機(jī)器人穩(wěn)定性。還有一種是可變形履帶式挪動機(jī)器人，可以變化履帶的構(gòu)造與形狀，通 過變形，一方而可以進(jìn)步挪動機(jī)器入底盤，另一方而還可以改變機(jī)器人運(yùn)動和越陷特性。 1. 2. 3 腿足式挪動機(jī)構(gòu) 人們通過運(yùn)用仿生學(xué)來模擬生物的肢體運(yùn)動，仿造了了腿足式挪動機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)有極強(qiáng)的適應(yīng)性，兒乎可以通過任慈路面，機(jī)動性也特別好，可以輕松跨過大跨度降礙和通過松 2 / 37 軟的路而。該機(jī)構(gòu)缺點(diǎn)主要是行進(jìn)速度慢，構(gòu)造形式復(fù)雜，控制比擬困難，目前并未大規(guī)模 應(yīng)用，主要處千理論研究和實(shí)驗(yàn)室階段。 Big-Dog 四足機(jī)器人是由美國

42、國防高級研究方案署資助，由波士頓動力公司研制的軍用機(jī)器人。它是當(dāng)前世界上性能最好的四足機(jī)器人， 可以跳躍、奔跑和負(fù)重越野。它的設(shè)計(jì)目是： 能 夠 不受地形限制，跟從部隊(duì)一起挪動，在陡峭崎嫗、森林、雪地、泥擰不堪和滿地巖石的復(fù)雜路況下替大兵背負(fù)重物、裝備和補(bǔ)給。從Big-Dog 已經(jīng)公布的資料和相關(guān)視頻中我們可以理解到，它具有較大的負(fù)載才能和運(yùn)動速度， 尤其是它的運(yùn)動平穩(wěn)性和地形適應(yīng)性值得稱道，比方在冰而上受到強(qiáng)烈的沖擊干擾后仍能通 過步態(tài)調(diào)整迅速恢復(fù)平衡，平穩(wěn)平安地通過亂石堆，實(shí)現(xiàn) Im 左右的跳躍等。Big-Dog 出色 的性能是由它的能源和驅(qū)動系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)的出色的設(shè)計(jì)和互相之間

43、完美結(jié)合而 實(shí)現(xiàn)的。還有小狗機(jī)器人，一款小型的四足機(jī)器人，體積僅一個手華大小，可靈敏平穩(wěn)地通 過凹凸不平的路面； RISE六腳爬壁機(jī)器人， 能在各種粗糙程度的 墻而上行走 。這些成果代 表了腿式挪動機(jī)器人領(lǐng)域的最高研究成果。 此外，采織車還有很多復(fù)式構(gòu)造，如輪履復(fù)合式，輪腿復(fù)合式等，由千構(gòu)造比擬復(fù)雜和考慮到實(shí)用性，本課題不作研究。 1. 3 論文章節(jié)安排 通過對目前三種主流挪動機(jī)構(gòu)的 分析介紹，結(jié)合國內(nèi)外的 現(xiàn)有產(chǎn)品 。本論文 設(shè)計(jì)的采織車采用履帶式挪動機(jī)構(gòu)。因?yàn)榫C合來看， 輪式挪動 機(jī)構(gòu) 速度快， 但地而適應(yīng)性不 夠好： 履帶式 移 動結(jié) 構(gòu) 地而適應(yīng)性很 強(qiáng) ，但 行進(jìn)速度較慢 ： 腿 式

44、挪動機(jī)構(gòu)那么開展還不成熟。由千本課題要求小車要有一定的越障才能，但對其行駛速度沒有 過高要 求，所以本課題擬采用履帶 式挪動機(jī)構(gòu)來設(shè)計(jì)采負(fù)車。 論文的章節(jié)安排如下： 第1 章： 介紹 課題研 究 背景和 慈義 ，分析 國內(nèi)外 研究現(xiàn)狀， 初步 確定設(shè) 計(jì)方案。 第 2 章： 地冤 采媒車的總 體方案設(shè) 計(jì)以 及設(shè) 計(jì)依 據(jù) 第 3 幸 ： 采織 車具 體零部 件 的 設(shè) 計(jì) 第 4 章 ： 采銀車 運(yùn)動的力學(xué) 分析 第 5 章 ： 地恁檢 波器的 插 登構(gòu)造選擇與設(shè)計(jì) 1. 4 本章小結(jié) 本幸主要闡述了課題的研究背景喝慈義，介紹國內(nèi)外的研究的現(xiàn)狀，井且對論文構(gòu)造進(jìn)展了劃分。 3 / 37 2

45、地震采集車的總體設(shè)計(jì)方案 2. 1 本課題要解決的根本問題 本課題擬設(shè)計(jì)一種便攜式的小型采渠車，可以在復(fù)雜的 地而上行駛。其設(shè)計(jì)要求如下： ( I ) 采渠車運(yùn)動機(jī)構(gòu)確實(shí)定 采媒車運(yùn)行于野外路況相對復(fù)雜的環(huán)境中，要具有一定的爬坡及越降才能，運(yùn)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是課題的關(guān)鍵之一。 ( 2) 檢波器的插置機(jī)構(gòu)確實(shí)定 為了有效采鎂地策波，檢波器應(yīng)插入地表下10cm 以上，與大地可靠耦合采集車運(yùn)載的檢波器需要有一個插置機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)檢波器向地下插置 2.2 本課題擬采用的設(shè)計(jì)方案 2. 2. 1 產(chǎn)品 的主要技術(shù)要求 主要針對履帶挪動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，要求采媒 車輕便、可靠，便千攜帶 。設(shè)計(jì)要求采集車要有較好的地而通過

46、性，接地比壓不能過高，有 一定的越 障才能，可平安通過沙土地。關(guān)鍵技術(shù)主要是履帶構(gòu)造的設(shè)計(jì)和詳細(xì)零件的選型和校核 2. 2. 2 總體方案的設(shè)想 (I ) 地恁采織車的總體方案設(shè)想 針對課題要求，采奐車要有一定的越障和爬 坡 才 能 ，那么運(yùn)動機(jī)構(gòu)可采用履帶式機(jī)構(gòu) ，因?yàn)橄啾容喪胶屯仁揭约皬?fù)合式機(jī)構(gòu)，履帶式構(gòu)造的越障才能更強(qiáng)并且地面適應(yīng)性更好，而且 目前技術(shù)比擬成熟。 ( 2 ) 檢波器插置裝置問題的解決方案 本課題關(guān)鍵要解決的問題是檢波器的插宜，根據(jù)題目要 求檢波器需要插入地下 10cm以上井可實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動，需要克制較大的土壤阻力，電動推桿機(jī)構(gòu)較易實(shí)現(xiàn)且可保證插入深度， 往復(fù)運(yùn)動較易實(shí)現(xiàn)。

47、2. 3 方案選擇根據(jù) 2. 3. 1 屆帶行走機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn) 履帶行走機(jī)構(gòu)具有以下特點(diǎn)： ( I ) 接地面積大，接地比壓小。 ( 2 ) 機(jī)動性強(qiáng)，爬坡越障才能好 (3 ) 牽引附著性能好，穩(wěn)定性高 4 / 37 ( 4 ) 橡膠履帶構(gòu)造簡單，原噩輕，可更換，易千 維修。 2.3.2 電動推桿 檢波器的插置有很多種方法，常見有液壓氣壓機(jī)構(gòu)、導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)、連桿構(gòu)造、滾珠 絲杠機(jī)構(gòu)等。每種構(gòu)造都有各自的特點(diǎn)，運(yùn)用場 合也有所差異，考慮到本課題設(shè)計(jì)的采集 車車身 較 小 ， 構(gòu) 造 要 求 簡 單 ， 所 以 本 課 題 擬 采 用 電 動 推 桿 機(jī) 構(gòu) 。 電 動 推 桿 是 一 種 可 以 進(jìn)

48、 展 往 返 運(yùn) 動 的 設(shè) 備 ， 通 過 電 力 驅(qū) 動 ， 用 千 各 種 或 簡 單 或 復(fù) 雜 的 場 合 。電 動 推 桿 一 般 作 為 電 動 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) ， 可 以 實(shí) 現(xiàn) 遠(yuǎn) 方 渠 中 控 制 或 自 動 控 制 。 電 動 推 桿 具 有 以 下 優(yōu) 點(diǎn)： ( I) 設(shè) 計(jì)精致、體積小，節(jié) 省空間 。 ( 2 ) 精度高，平安可靠。 (3 ) 完全同步， 自鎖性能好。 ( 4 ) 電機(jī)直接驅(qū)動。 2. 3. 3 輪骰電機(jī)技術(shù) 輪毅電機(jī)技術(shù)也就是電機(jī)內(nèi)理車輪技術(shù)，它通過把電機(jī)、傳動裝置和制動裝置整合到輪 敕里從而使得車身的構(gòu)造大大簡化。輪教電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

49、(1 ) 傳動部件很少，極大簡化了構(gòu)造。 ( 2 ) 輪毅電機(jī)具備單個車輪驅(qū)動的特性，可以實(shí)現(xiàn) 更為復(fù)雜的驅(qū)動形式。 (3 ) 輪敕電機(jī)布局更加靈敏，不需 要太復(fù)雜的機(jī)械傳動系統(tǒng)。 主動懸掛電機(jī) 輪致電機(jī) 恒定 功率：30kw ) 剎車卡鉗 圖2. 1 輪效電機(jī)原 理圖 由千車身較小，用直流電機(jī)驅(qū)動，難免會附加一些其他機(jī)械構(gòu)造，而且線的布置也會受 到履帶的干預(yù)。因此，本次設(shè)計(jì)的驅(qū)動輪是采用輪毅電機(jī)驅(qū)動 5 / 37 2.4 設(shè)計(jì)根據(jù) 本設(shè)計(jì)參考了常用履帶設(shè)計(jì)方法，根據(jù)工程機(jī)械履帶底盤設(shè)計(jì)的通用原那么，結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，多采用了標(biāo)準(zhǔn)件。某些非標(biāo)準(zhǔn)件也根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)原那么進(jìn)展了設(shè)計(jì)。 2. 5 履帶

50、式行走裝置的組成與作用 履帶式行走裝置的作用是： 支承車 身， 與地面接觸 并在上而運(yùn)動： 將來 自發(fā) 動 機(jī)的 扭 矩轉(zhuǎn)化為汽車行駛的牽引力： 緩沖 路面沖擊，減策。 履帶 式行走 裝置主要由支重輪、托鏈輪、引導(dǎo)輪、張緊裝置及履帶等組成。 1 驅(qū)動輪 2 履帶3 托輪 4. 臺車架 5. 支重輪6 張緊裝蛋7. 導(dǎo)向輪 圖 2. 2 典型 的履 帶行走機(jī)構(gòu)總 體結(jié) 構(gòu)圖 2.6 履帶式車輛的行駛原理 履帶車輛的行駛過程是： 發(fā) 動 機(jī) 輸出功 經(jīng)傳 動機(jī)構(gòu) 到達(dá) 驅(qū) 動 輪，轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ?。?qū)動輪轉(zhuǎn)動，上而的輪齒和履帶齒互相咽合將履帶不斷向前鋪設(shè)，導(dǎo)向輪、支重輪沿鋪設(shè)的履帶不斷 向前滾動從而使車

51、體向前運(yùn)動。大多數(shù)的履帶車驅(qū)動輪都裝在車體前方已保持車身重心。本 設(shè)計(jì)驅(qū)動輪也裝在前方。 6 / 37 圖 2. 3 屆帶車直線行駛受力圖 如陽所示，履帶受到驅(qū)動輪傳達(dá)的力矩Al , , 履帶內(nèi) 部張力 T, 履 帶張緊，履帶受到向后的作用 力，履帶所接觸的土壤受到剪切而發(fā)生剪切變形，進(jìn)而導(dǎo)致履帶發(fā)生滑轉(zhuǎn) 。同時， 由千力的互相作用可知，土壤對履帶產(chǎn)生程度反力凡，即為驅(qū)動力。當(dāng)驅(qū)動力大于行走阻 力時，支重輪就會在履帶上向前滾動，從而使車體發(fā)生位移 。 2. 7 電動推桿的工作原理 電動推桿內(nèi)部由一系列齒輪構(gòu)成，電動機(jī)經(jīng)過齒輪變速后帶動一對絲杠螺母。絲杠螺 母把電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動，推

52、桿和絲杠相接。電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動最終轉(zhuǎn)化為推桿的 直線運(yùn)動，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)可控制推桿的往復(fù)運(yùn)動。 7 / 37 3 行走裝置各個部分的設(shè)計(jì) 3. 1 履帶 3. 1. 1 履帶的作用 履帶和地面直接接觸， 把整個采狼車的 重晝傳給地而。 來自地而的各種壓力不 斷沖擊者履帶，因此履帶 的設(shè)計(jì)必須可靠 。除了要求良好的附 著性能，強(qiáng)度、剛度和耐磨性也要考慮 履帶按材料劃分可分為金屬履帶、橡膠履帶、橡膠金屈履帶，金屈 履帶 運(yùn)用最 廣。金屈履帶鞏固可靠，但重晝不輕，橡膠履帶雖然 強(qiáng)度不及金屈履帶，但卻 能大大 減輕車 身重魚。橡膠金屈履帶那么結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)， 性能 較好。本 課題由千設(shè)計(jì)的 車輛較小

53、，橡膠履帶足夠滿足要求，因此選用橡膠履帶 履帶的設(shè)計(jì)原那么： ( 1) 安 全設(shè) 計(jì)，履帶 要滿足 使用 要求 ( 2 ) 底盤必須壓登可靠 (3 ) 經(jīng)濟(jì)性原那么。 ( 4 ) 可行性原那么。 ( 5 ) 滿足使用條件的情況下盡晝縮短履帶長度本課題選用橡膠履帶。 3. 1. 2 履帶 尺寸參數(shù)的 選擇 Ir 表示履帶 高度，300mm: G- 表示整機(jī)版噩，初始為 100kg : L -履帶支承長度： Lo-履帶 接 地 長 度： 根據(jù)經(jīng) 驗(yàn) 公式 ： L。a, J.07妨 = 496mm , 取為 5001nm. L 丑 L0 +-0.67h = 70 1mm L 軌距B: - z l.2

54、 1.4 B B = L = 500 = 0 57- 416) mm (3.1) L2- L4 1.2-1.4 8 / 37 取 B 為 400mm b 履帶板寬： 一叭0 .22 - 0 .80 L (0.220.80)x 70 I = (154560)mm (3.2) 取 b=500 血 n 節(jié)距 I = (15 - 17.5) 茹 = (15 - 17.5) 打而 = (47 - 55) mm (3.3) 取節(jié)距為 50mm. 那么 設(shè)履帶總長度為L , 那么 L 24 + -zt + c- -2 + Ll,:J400 nun (3.4) 2 2 3 表3. 1 履帶參數(shù)表 參數(shù) 數(shù)值

55、履帶總長度 1400mm 寬度 200mm 履帶接地長度 500mm 商度 300mm 3.2 驅(qū)動輪的設(shè)計(jì) 3. 2. 1 驅(qū)動輪的作用 驅(qū)動輪的主要作用傳遞動力，把來自 輪效電機(jī)的 動力 傳給履 帶，驅(qū)動輪的 主要設(shè) 計(jì)要求是咄合要平穩(wěn)，即便受到較大沖擊時仍能喳合良好。履帶式工程機(jī)械，多數(shù)是把驅(qū)動輪布置 在前方，驅(qū)動輪的安放高度應(yīng)合理，最好有利于降低整機(jī)的重心，選取直徑尺寸時應(yīng)有利千 增加履帶的接地長度。 3.2.2 驅(qū)動輪的構(gòu)造 驅(qū)動輪的輪齒的形狀和它同履帶的咽合形式有關(guān)?？煞譃閮煞N，一種是整體式履帶咄合的驅(qū)動輪，另一種是組合式咽合的驅(qū)動輪。本文采用的是整體式履帶咕合的驅(qū)動輪，其齒形及詳

56、細(xì)參數(shù)如圖 3.1 9 / 37 第 9 頁 圖 3. 1 驅(qū)動輪 3. 2. 3 驅(qū)動輪齒數(shù)的設(shè) 計(jì)計(jì)算 驅(qū)動輪齒數(shù) 為一般取 10- 15 , 為使驅(qū)動輪不致過大同保證履帶運(yùn)動的平穩(wěn)性，當(dāng)節(jié)距較 小時，齒數(shù)取 較大 值， 反之取最大 值。 驅(qū)動輪的 節(jié)距 為 飛 = (10 - 15)妨 = ( 46 - 69 ) mm G 為 100 kg , 飛的單位 為 mm, G 的單位為 kg: 取 T。=50m: z= 12 驅(qū)動 輪分 度的直徑 ： d =二竺 ( 3. 5) 式中： z為驅(qū)動輪的齒數(shù)，九為節(jié)圓的節(jié)距取為50nun 代入數(shù)據(jù)得d = 200mm。 3.3 支重輪 支重輪起支撐

57、車體的的作用， 分布在輪架下 面。根據(jù) 功率的區(qū)別，履帶兩側(cè)通常 有 4 到 7 個支重輪，本設(shè)計(jì)采用 8 個支重輪。一般取支重輪直徑 Dz= (l- 2.0)l, . 3. 3. 1 支重輪的直徑 直徑可由公式 d,=(0.8 I)d=(0.8 1) x200=160 200mm求得， 選為160mm。 10 / 37 少檔 原創(chuàng) 汽 I身 了創(chuàng) am,. = 竺= 147 kPa 第 10 頁 3. 3. 2 支重輪軸強(qiáng)度的校核 支重輪軸直徑 為60trun, 長度為200mm。材料為50Mn, 在行走裝置中支重輪的總承載可 忽略不計(jì)。 設(shè)原 倉紡 文 /3在支重輪上 本慎 譬惶翌 i此笠

58、停E輪的承重為 M =牛尋= 12. Skg 所以G = mg = 125N 通過對支重輪軸進(jìn)展受力分析， 建立如圖3.2的力學(xué)模型 Fl 圖 3. 2 支重軸受力模型 G q = - = 125 = 625 N/m (3.6) 畫出彎矩00: I 0.2 s 日 圖 3. 3 彎矩圖 ql M = - = 3. J2 5N.m 8 礦 3. 14 x (0.06 )3 ( 3.7) (3.8 ) 璣可 3 2; 1分文檔 w max.book118 支重輪軸材料為50Mn, 查資料可得： a6 = 645 湯 浮與職涅初o講丙 載 的 2 商盆 (3.9 ) 50 Mn 為塑性材料，所以 丐

59、 = CT, ; 11 取 2 q 】 11 / 37 D 同 立 逆 = 195 n 2 由千6 叩 X = - = = 209r ad/ s , 那么代入公式： 30 30 K = - mli = x 50 x 2092 = J.37x J0 - 2.24 x lO N/m (3.12) z 32 -42 那么通過計(jì)算知彈 簧的剛 度 為4.5 x! O N/m 。在計(jì)算工作的載荷時，許用應(yīng)力應(yīng)適當(dāng)取低， 取 & = 3.0 x! 08 Pa , 彈簧的工作載荷約為 400N。 (2) 彈簧的計(jì)算 運(yùn)用公式求得螺旋彈簧曲度系數(shù) K = 4C - J 0 .6 15 4C-4 C (3.13

60、) 式中： C 旋繞比 ，試取旋繞 比 C=6 , 那么 K = 竺二牛竺 = 1.2525 4C - 4 C (3.14) 根據(jù)公式求得材料的直徑 d = 1.6 x嚴(yán) (3. 15) K一曲度系數(shù)： ( K = 1.2525) c旋繞比： ( C = 6 ) F 彈 簧的工 作載荷 (N): ( F = 400N ) 許用切應(yīng)力 ( Pa) : r = 3.0 x l08Pa ) 計(jì)算得彈簧絲直徑： 根據(jù)公 式： d = J.6 x嚴(yán)= 0.005m 環(huán) n = GD 8CK 0 .16 ) 0 .17 ) 13 / 37 G 一切變模魚( Mp) , G= 8x!00 Pa : D- 彈

61、簧中徑 ( mm) , D = 42mm 計(jì)算得彈簧有效胞數(shù)， n = 7.2 , 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)取，產(chǎn)兀 選擇冷卷壓縮彈 簧 Yu, 兩端圓 并緊并磨平，取，,=, 2.5 那么 總圉 數(shù) 11, = 11 +歷 = 0.5 (3.18) 根據(jù)公式： 尸 彈簧材料直徑(mm): P = d + .:.+ ,5, = (0 .28 - 0.5 ) D (3.19) 計(jì)算得節(jié)距 P = 0.01176 - 0.02 1 : 選擇 P 動 .012 m=12mm, 間距,5= P - d = 7 mm . 根據(jù)公式： H0 = P. + 2d (3.20) 計(jì)算得 自由 高度： H0 = 0.094 m

62、 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選取 H0 = 95 mm , 壓縮彈簧的高徑比為b = -H2. = 2.26, D 壓縮彈 簧工作高度H. = H0 - 幾= 94.3m , 壓縮彈簧壓并高度Hb = 11,d = 9. Sx 0.005 = 0.0475m , p 螺旋角a :a rc tan( )= 5.2勹 過 彈簧材料的 展開長 度 L 吐風(fēng) = 1.12m , 經(jīng)計(jì)算可知： b B 0 5 R:, B 2 2 I 20 / 37 第 20 頁 圖 4. 4 此時轉(zhuǎn)向示窯圖 F1 , F. , 分別為內(nèi)側(cè)前進(jìn)阻力和驅(qū)動力； Ffl, F, 分別為外側(cè)前進(jìn)阻力和驅(qū)動力。 由于車身重心 在中心位置，故履帶的

63、 前進(jìn)阻 力為： I ( 4.1 2) 式中： J 一 履帶滾動阻力系數(shù) F1 , = F1 , =- Gf 2 轉(zhuǎn)向時的錄大驅(qū)動力矩為： M ,. 立 = max 憶，F(xiàn) 勺扣 ( 4. 13 ) 式中 ：r 為驅(qū)動輪節(jié)圓直徑 。 三是大半徑區(qū) B R - 轉(zhuǎn)向行駛時主動輪上的力： 2 小 半徑區(qū) 0 R B F,于氣 F, , =車(1-號 ( 4. 14) 一轉(zhuǎn)向行駛時主動輪上的力： 2 F 在于(!+號 (4.15 ) ,F , =-寧(!+號 式中： 兒 轉(zhuǎn)向比 ， G B - I M G o F L - B 2 21 / 37 一和0 5.R 5. - 轉(zhuǎn)向時 的鼓大驅(qū) 動力 矩為

64、： Msm , = max憶，F(xiàn),伈 第 2 1 頁 (4.16) 分別計(jì)算轉(zhuǎn)向半徑R B B 2 2 的 情況： 得到： M = F,2 xr = l 50N.m (4.17) 22 / 37 5 檢波器插置裝置的設(shè)計(jì) 5. 1 檢波器插置裝置的總體設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)升降功能的方法有很多種，例如 液壓氣 壓、導(dǎo)桿滑塊、連桿機(jī)構(gòu)、齒輪齒條等。每種構(gòu)造都有各自的特點(diǎn)，考慮到可行性，本課題擬采用電動推桿機(jī)構(gòu)，可以 很好的將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動，并且實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動。本設(shè)計(jì)通過把檢波器固結(jié)在推桿底端來實(shí)現(xiàn) 檢波器的插置。 選擇電動推桿的思路是： 電動 推桿可以在遠(yuǎn)程控制往返運(yùn)動，且電動推桿的功率、導(dǎo)程和

65、執(zhí)行力都可以定制。假設(shè)要實(shí)現(xiàn)檢波器的插置，那么只要把檢波器和電動推桿的運(yùn)動端結(jié)合 在一起便可實(shí)現(xiàn)檢波器的往返。詳細(xì)設(shè)計(jì)需要考慮推桿的選型，連接桿的長度和零件的應(yīng)力 計(jì)算。 5. 2 電動推桿 電動推桿由驅(qū)動電機(jī) 、彈簧、外殼及渦輪、滑座、推桿、導(dǎo)套、螺桿、螺母、微動控制開關(guān)和減速齒輪等組成 。 I 2 34S618 9 10 11 12 13 1 動 機(jī)6、撥桿 11、導(dǎo)軌 2、小齒輪 7、煤桿 1 2、推桿 3、大齒輪 螺母 13、軸頭 4、沿座 9、彈簧 5、平安開關(guān) 10、導(dǎo)套 圖 5. 1 電動推桿的構(gòu)造組成 電動推桿的工作原理 是： 電 動 推桿內(nèi)部由一系列齒輪構(gòu)成，電動機(jī)經(jīng)過齒輪變

66、速后帶動一對絲杠螺母。絲杠螺母把電 動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動，推桿和絲杠相接。電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動最終轉(zhuǎn)化為推桿的直線運(yùn)動，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)可控制推桿的往復(fù)運(yùn)動。改變推桿的 長度，可以增大或減小行程 23 / 37 5. 3 電動推桿的選擇 由課題要求，檢波器要至少插入地面以下 100 m m 以上，設(shè)計(jì)時電動推桿的導(dǎo)程在100mm 以上，這里取 150mm。又因?yàn)椴煌耐翆訉z波器的阻礙力是不同的， 本課題選擇沙土地作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。土壤的力學(xué)性質(zhì)可用土壤堅(jiān)實(shí)度表示，土壤 堅(jiān)實(shí)度可用土埮硬度儀來 測定。這里取沙土 地的 土埬硬度 為IO Pa 設(shè)傳感器的 插入速度 為 20 mm/ s,檢波器的最大橫截而積按2cm2 計(jì) 緯 ，那么所需推力 為F F = P.S = 10 x ( 2 x 10 一3 = 20 0 N (5. 1) 所 需 功 率 P=F v=4 x 4= 1 6 W 各個型 號 的 電 動推 桿 參數(shù) 差 別 很大 ，D YT Z 型整體直式電 液推桿的參數(shù) 如下表 表 5. 1 OYTZ型直式電液推桿技術(shù)參數(shù)表額定輸出力 額定速度 型號 ( N ) (mm/s) 電機(jī)型