履帶車的設計全解

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1、1 / 37 畢業(yè)設計說明書 學號： 學院： 專業(yè)方向 ： 題目： 指導者： 評閱者： 2 / 37 聲 明 我聲明，本畢業(yè)設計說明書及其研究工作和所獲得的成果是本人在導師的 指導下獨立完成的。研究過程中利用的所有資料均已在參考文獻中列出， 其 他 人員或機構對本畢業(yè)設計工作做出的奉獻也已在致謝部分說明。 本畢業(yè)設計說明書不涉及任何機密，南京理工大學有權保存其電子和紙質 文檔， 可以借閱或網上公布其部分或全部內容，可以向有關部門或機構送交并受權保存、借閱或網上公布其部分或全部內容。 學生簽名： 年月日 指導 老師簽名： 年月日 3 / 37 4 / 37 畢業(yè)設計說明書中文摘要 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造、行走機構以及檢波器的插 置機構開展相關技術研究。 論文論證并確定了采集車的總體方案，根據(jù)總體方案設計了履帶式行走機構和檢波 器插置機構e 對行走機構的履帶、驅動輪、支重輪、導向輪和托鏈輪進展了理論計算與設計； 采用電動推桿構造設計了檢波器插置機構； 最后， 基千上述兩部分的設計，進展了采渠車的總成設計。 本文對新型地 策資源采集車的研制 與 設 計 進展了初步的嘗試，獲得了初步的經歷 關鍵詞

3、 地策資源 采媒車 履帶式行走機構 檢波器插置 畢業(yè)設計說明書外文摘要 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 外研究現(xiàn)狀 .1. 1.3 論文幸節(jié)安 排 - . 3. 1.4 本章小結 . 3 2 地 策 采渠車 的總體設計方案 . 4 2. 1 本課題要解決的根本問題.-.- . . 4 2.2 本課題擬采用的設計方案 .4 2.3 方案選擇根據(jù) . . .-.-.-.-.-.-.-.-. . 4 2.4 設計根據(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 置各個部分的設計- . 8. 3.1 履帶 . 8 3.2 驅動輪的設計 9 3.3 支重 輪 . 1.0. 3.5 張緊裝置的設計與計算 .12 3.6 托 鏈 輪 . 1.4. 3.7 履帶行走裝置的總體裝配00. . -.-. .15 4 履帶行走構造的運動分析. .暈 . 15 4.1 履帶式行走裝 置的接地比壓 . 16 4.2 運行阻力計算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

34、. . . . . . . . . . . . . . .1. .6. . 4.3 轉向錄大驅動力矩的分析與計算 . 1 7 2 輪 向導 4 勹3 8 / 37 笫 5 頁 5 檢波器插置裝置的設計 . 2.3. 5.1 檢波器插置裝 置的 總體設計 . 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 應力分析 . 2.6. 5.6 地策采集車 的總體裝 配- 令 . 26 5.7 小 結 . 2.7. 結 論 - 2 8 致 謝 . 2.9. 參 考 文 獻 - 30 9 / 37 1 引言 采焦車作 為一種新型的信息

35、采媒工具 ，在科學探 究 中運用越 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人員親自操 作機器去采負，往往會面臨各種風險，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，采集車應運而生。 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。采集車可應用于地策勘探、石油探測、天然氣資源開采、固體資源地質 找礦等行業(yè)，也可用千災害搜救。采渠車的

36、工作原理： 通過遠程操控采拫車的運動，到達指定地點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和形態(tài)。地恁檢波器是一種專用傳感器，主要用千地質勘探和工 程測登，它可以將地表振動轉化為電信號。如何挪動小車和地策檢波器結合起來是研究的重 點，也是本課題需 要解 決的問題 1. 2 國內外研究現(xiàn)狀 世界范圍內對采媒車的研究重點是挪動機構的研究。常見的挪動機構主要有輪式、腿式、 履帶

37、式和輪履、輪腿等復合式機構。在不同的環(huán)境下，每種挪動機構都有其優(yōu)勢和實用性， 但也有其局限性。 1. 2. 1 輪式挪動機構 輪式挪動機構的優(yōu)點表達在速度上，通常， 輪式挪動機構的速度范圍較廣，尤其是地而平坦時，輪式挪動機構具有很大的優(yōu)勢。常見的輪式挪動機構主要有兩輪、三輪、四輪、六 輪的構造形式，也有五輪構造。美國“消滅者 地而無人作戰(zhàn)車輛是由卡內菇梅陷大學國家機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動 平臺它是6 輪全驅的混合動力無人車輛， 采用 6x6 彈性獨立絞鏈，可以適應各種復雜地形， 承受不同任務負載，機動性強，可靠性高，續(xù) 航才能持久。 10

38、 / 37 1. 2. 2 履帶式挪動機構 履帶挪動機構的突出特點是地面適應性強，履帶挪動機構可以在各種復雜的地面上行駛， 越降才能比擬強，對運動環(huán)境的適應性特別強。它可以看作是對輪式挪動機構的拓展，履帶 本身相當千在給車輪鋪路。履帶挪動機構具有以下特點： ( I ) 接地而積大， 接地比 壓小。 ( 2 ) 機 動 性好，越野才能強。 (3 ) 牽引附著性能好，不易打滑， 穩(wěn)定 性高 ( 4 ) 構造復雜，易 損壞， 重晝大， 減策性差 針對普通履帶式挪動機構的缺點，目前的解決方法是改變履帶的形狀和構造。隨著材料科學的開展，近年來出現(xiàn)了各種增強的非金屬復合材料履帶，使履帶挪動機構的重登大大減

39、 輕，克制了起笨重的缺點，使其整體性能得到大幅改菩。在環(huán)境復雜的情況下，履帶式挪動 機構適應性較強。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驗室研制的一款礦井救災機器人。它是為煤礦井下環(huán)境專門設計的履帶式雙節(jié)機器人，長 1.2m, 寬 0.7m, 在身體上方有一個高出機體的攝像機挽桿，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。因內也有類似產品，例如北京神州明達 科技股份研制的 RAPTOR-EOD中型排爆機器人，該機器人 采用了單 節(jié)雙履帶挪動機構，井且采用三角形履帶構造， 進步了其 越降 性能， 使移 動機 器人前部履

40、帶而與地而 45 度左右傾角，進步機器人通過臺階等障礙地形的才能。此外還有多節(jié)輪履復合式挪動機器人 使用輪履復合式挪動機構，中間為輪式挪動機構，兩端增加兩節(jié)履帶劈，在平整路面上可充 分發(fā)揮輪式挪動機構高速、低功耗的優(yōu)點，在 復雜地形條件下又充分利用履帶劈進步機器人的通過性能，這種挪動機構通過履帶臂的伸展運動，可以靈敏調整體積和大小，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，實現(xiàn)的功能和多節(jié)履帶式挪動機構相 類似。另外還有底盤抬高型履帶，它通過履帶構造的設計，增大挪動機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，進步挪動機器人通過復雜地形的才能。這種 改良

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

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器人。它是當前世界上性能最好的四足機器人， 可以跳躍、奔跑和負重越野。它的設計目是： 能 夠 不受地形限制，跟從部隊一起挪動，在陡峭崎嫗、森林、雪地、泥擰不堪和滿地巖石的復雜路況下替大兵背負重物、裝備和補給。從Big-Dog 已經公布的資料和相關視頻中我們可以理解到，它具有較大的負載才能和運動速度， 尤其是它的運動平穩(wěn)性和地形適應性值得稱道，比方在冰而上受到強烈的沖擊干擾后仍能通 過步態(tài)調整迅速恢復平衡，平穩(wěn)平安地通過亂石堆，實現(xiàn) Im 左右的跳躍等。Big-Dog 出色 的性能是由它的能源和驅動系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、導航系統(tǒng)的出色的設計和互相之間

43、完美結合而 實現(xiàn)的。還有小狗機器人，一款小型的四足機器人，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 表了腿式挪動機器人領域的最高研究成果。 此外，采織車還有很多復式構造，如輪履復合式，輪腿復合式等，由千構造比擬復雜和考慮到實用性，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構的 分析介紹，結合國內外的 現(xiàn)有產品 。本論文 設計的采織車采用履帶式挪動機構。因為綜合來看， 輪式挪動 機構 速度快， 但地而適應性不 夠好： 履帶式 移 動結 構 地而適應性很 強 ，但 行進速度較慢 ： 腿 式

44、挪動機構那么開展還不成熟。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 式挪動機構來設計采負車。 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 國內外 研究現(xiàn)狀， 初步 確定設 計方案。 第 2 章： 地冤 采媒車的總 體方案設 計以 及設 計依 據(jù) 第 3 幸 ： 采織 車具 體零部 件 的 設 計 第 4 章 ： 采銀車 運動的力學 分析 第 5 章 ： 地恁檢 波器的 插 登構造選擇與設計 1. 4 本章小結 本幸主要闡述了課題的研究背景喝慈義，介紹國內外的研究的現(xiàn)狀，井且對論文構造進展了劃分。 3 / 37 2

45、地震采集車的總體設計方案 2. 1 本課題要解決的根本問題 本課題擬設計一種便攜式的小型采渠車，可以在復雜的 地而上行駛。其設計要求如下： ( I ) 采渠車運動機構確實定 采媒車運行于野外路況相對復雜的環(huán)境中，要具有一定的爬坡及越降才能，運動機構的設計是課題的關鍵之一。 ( 2) 檢波器的插置機構確實定 為了有效采鎂地策波，檢波器應插入地表下10cm 以上，與大地可靠耦合采集車運載的檢波器需要有一個插置機構實現(xiàn)檢波器向地下插置 2.2 本課題擬采用的設計方案 2. 2. 1 產品 的主要技術要求 主要針對履帶挪動機構的設計，要求采媒 車輕便、可靠，便千攜帶 。設計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。關鍵技術主要是履帶構造的設計和詳細零件的選型和校核 2. 2. 2 總體方案的設想 (I ) 地恁采織車的總體方案設想 針對課題要求，采奐車要有一定的越障和爬 坡 才 能 ，那么運動機構可采用履帶式機構 ，因為相比輪式和腿式以及復合式機構，履帶式構造的越障才能更強并且地面適應性更好，而且 目前技術比擬成熟。 ( 2 ) 檢波器插置裝置問題的解決方案 本課題關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以上井可實現(xiàn)往復運動，需要克制較大的土壤阻力，電動推桿機構較易實現(xiàn)且可保證插入深度， 往復運動較易實現(xiàn)。

47、2. 3 方案選擇根據(jù) 2. 3. 1 屆帶行走機構的優(yōu)點 履帶行走機構具有以下特點： ( I ) 接地面積大，接地比壓小。 ( 2 ) 機動性強，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，常見有液壓氣壓機構、導桿滑塊機構、連桿構造、滾珠 絲杠機構等。每種構造都有各自的特點，運用場 合也有所差異，考慮到本課題設計的采集 車車身 較 小 ， 構 造 要 求 簡 單 ， 所 以 本 課 題 擬 采 用 電 動 推 桿 機 構 。 電 動 推 桿 是 一 種 可 以 進

48、 展 往 返 運 動 的 設 備 ， 通 過 電 力 驅 動 ， 用 千 各 種 或 簡 單 或 復 雜 的 場 合 。電 動 推 桿 一 般 作 為 電 動 執(zhí) 行 機 構 ， 可 以 實 現(xiàn) 遠 方 渠 中 控 制 或 自 動 控 制 。 電 動 推 桿 具 有 以 下 優(yōu) 點： ( I) 設 計精致、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 ) 電機直接驅動。 2. 3. 3 輪骰電機技術 輪毅電機技術也就是電機內理車輪技術，它通過把電機、傳動裝置和制動裝置整合到輪 敕里從而使得車身的構造大大簡化。輪教電機的優(yōu)點主要有以下幾點：

49、(1 ) 傳動部件很少，極大簡化了構造。 ( 2 ) 輪毅電機具備單個車輪驅動的特性，可以實現(xiàn) 更為復雜的驅動形式。 (3 ) 輪敕電機布局更加靈敏，不需 要太復雜的機械傳動系統(tǒng)。 主動懸掛電機 輪致電機 恒定 功率：30kw ) 剎車卡鉗 圖2. 1 輪效電機原 理圖 由千車身較小，用直流電機驅動，難免會附加一些其他機械構造，而且線的布置也會受 到履帶的干預。因此，本次設計的驅動輪是采用輪毅電機驅動 5 / 37 2.4 設計根據(jù) 本設計參考了常用履帶設計方法，根據(jù)工程機械履帶底盤設計的通用原那么，結合機械設計手冊，多采用了標準件。某些非標準件也根據(jù)機械設計原那么進展了設計。 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 并在上而運動： 將來 自發(fā) 動 機的 扭 矩轉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、引導輪、張緊裝置及履帶等組成。 1 驅動輪 2 履帶3 托輪 4. 臺車架 5. 支重輪6 張緊裝蛋7. 導向輪 圖 2. 2 典型 的履 帶行走機構總 體結 構圖 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 輸出功 經傳 動機構 到達 驅 動 輪，轉變?yōu)榕ぞ?。驅動輪轉動，上而的輪齒和履帶齒互相咽合將履帶不斷向前鋪設，導向輪、支重輪沿鋪設的履帶不斷 向前滾動從而使車

51、體向前運動。大多數(shù)的履帶車驅動輪都裝在車體前方已保持車身重心。本 設計驅動輪也裝在前方。 6 / 37 圖 2. 3 屆帶車直線行駛受力圖 如陽所示，履帶受到驅動輪傳達的力矩Al , , 履帶內 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，進而導致履帶發(fā)生滑轉 。同時， 由千力的互相作用可知，土壤對履帶產生程度反力凡，即為驅動力。當驅動力大于行走阻 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 電動推桿內部由一系列齒輪構成，電動機經過齒輪變速后帶動一對絲杠螺母。絲杠螺 母把電動機的旋轉運動轉變成直線運動，推

52、桿和絲杠相接。電機的旋轉運動最終轉化為推桿的 直線運動，控制電機的正反轉可控制推桿的往復運動。 7 / 37 3 行走裝置各個部分的設計 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 的設計必須可靠 。除了要求良好的附 著性能，強度、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 運用最 廣。金屈履帶鞏固可靠，但重晝不輕，橡膠履帶雖然 強度不及金屈履帶，但卻 能大大 減輕車 身重魚。橡膠金屈履帶那么結合了兩者的優(yōu)點， 性能 較好。本 課題由千設計的 車輛較小

53、，橡膠履帶足夠滿足要求，因此選用橡膠履帶 履帶的設計原那么： ( 1) 安 全設 計，履帶 要滿足 使用 要求 ( 2 ) 底盤必須壓登可靠 (3 ) 經濟性原那么。 ( 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- 表示整機版噩，初始為 100kg : L -履帶支承長度： Lo-履帶 接 地 長 度： 根據(jù)經 驗 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 驅動輪的設計 3. 2. 1 驅動輪的作用 驅動輪的主要作用傳遞動力，把來自 輪效電機的 動力 傳給履 帶，驅動輪的 主要設 計要求是咄合要平穩(wěn)，即便受到較大沖擊時仍能喳合良好。履帶式工程機械，多數(shù)是把驅動輪布置 在前方，驅動輪的安放高度應合理，最好有利于降低整機的重心，選取直徑尺寸時應有利千 增加履帶的接地長度。 3.2.2 驅動輪的構造 驅動輪的輪齒的形狀和它同履帶的咽合形式有關?？煞譃閮煞N，一種是整體式履帶咄合的驅動輪，另一種是組合式咽合的驅動輪。本文采用的是整體式履帶咕合的驅動輪，其齒形及詳

56、細參數(shù)如圖 3.1 9 / 37 第 9 頁 圖 3. 1 驅動輪 3. 2. 3 驅動輪齒數(shù)的設 計計算 驅動輪齒數(shù) 為一般取 10- 15 , 為使驅動輪不致過大同保證履帶運動的平穩(wěn)性，當節(jié)距較 小時，齒數(shù)取 較大 值， 反之取最大 值。 驅動輪的 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 驅動 輪分 度的直徑 ： d =二竺 ( 3. 5) 式中： z為驅動輪的齒數(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，履帶兩側通常 有 4 到 7 個支重輪，本設計采用 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。 設原 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 通過對支重輪軸進展受力分析， 建立如圖3.2的力學模型 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 那么通過計算知彈 簧的剛 度 為4.5 x! O N/m 。在計算工作的載荷時，許用應力應適當取低， 取 & = 3.0 x! 08 Pa , 彈簧的工作載荷約為 400N。 (2) 彈簧的計算 運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 (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 ) 許用切應力 ( Pa) : r = 3.0 x l08Pa ) 計算得彈簧絲直徑： 根據(jù)公 式： d = J.6 x嚴= 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 計算得彈簧有效胞數(shù)， n = 7.2 , 根據(jù)標準取，產兀 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) 計算得 自由 高度： H0 = 0.094 m

62、 根據(jù)標準選取 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 = 1.12m , 經計算可知： b B 0 5 R:, B 2 2 I 20 / 37 第 20 頁 圖 4. 4 此時轉向示窯圖 F1 , F. , 分別為內側前進阻力和驅動力； Ffl, F, 分別為外側前進阻力和驅動力。 由于車身重心 在中心位置，故履帶的

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

64、： Msm , = max憶，F(xiàn),伈 第 2 1 頁 (4.16) 分別計算轉向半徑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計 5. 1 檢波器插置裝置的總體設計 實現(xiàn)升降功能的方法有很多種，例如 液壓氣 壓、導桿滑塊、連桿機構、齒輪齒條等。每種構造都有各自的特點，考慮到可行性，本課題擬采用電動推桿機構，可以 很好的將電機的旋轉運動轉換為直線運動，并且實現(xiàn)往復運動。本設計通過把檢波器固結在推桿底端來實現(xiàn) 檢波器的插置。 選擇電動推桿的思路是： 電動 推桿可以在遠程控制往返運動，且電動推桿的功率、導程和

65、執(zhí)行力都可以定制。假設要實現(xiàn)檢波器的插置，那么只要把檢波器和電動推桿的運動端結合 在一起便可實現(xiàn)檢波器的往返。詳細設計需要考慮推桿的選型，連接桿的長度和零件的應力 計算。 5. 2 電動推桿 電動推桿由驅動電機 、彈簧、外殼及渦輪、滑座、推桿、導套、螺桿、螺母、微動控制開關和減速齒輪等組成 。 I 2 34S618 9 10 11 12 13 1 動 機6、撥桿 11、導軌 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 10、導套 圖 5. 1 電動推桿的構造組成 電動推桿的工作原理 是： 電 動 推桿內部由一系列齒輪構成，電動機經過齒輪變

66、速后帶動一對絲杠螺母。絲杠螺母把電 動機的旋轉運動轉變成直線運動，推桿和絲杠相接。電機的旋轉運動最終轉化為推桿的直線運動，控制電機的正反轉可控制推桿的往復運動。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，設計時電動推桿的導程在100mm 以上，這里取 150mm。又因為不同的土層對檢波器的阻礙力是不同的， 本課題選擇沙土地作為設計標準。土壤的力學性質可用土壤堅實度表示，土壤 堅實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 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參數(shù)表額定輸出力 額定速度 型號 ( N ) (mm/s) 電機型