机械原理课程设计

1、设计任务题目、数据及要求。

2、机械主体运动方案拟定。

3、主体运动方案的选择确定。

4、主体机构的运动分析与分析。

5、机械系统的运动简图。

6、设计总结。

7、参考资料。

一、设计任务题目、数据及要求。

1、设计任务题目。

井下坑道钻机运输装置方案设计。

井下坑道钻机运输装置可以在井下将钻井机搬运，并能在机器工作时作为机架，稳定地支撑住机器，能承受足够的倾翻力矩作用。

2、设计任务数据。

立轴式坑道钻机重量为3t，巷道宽度为2m，高度为3m；机器尺寸为1.8m*1m*1.5m。

3、设计任务要求。

针对上述设计内容，使学生受到机械设计的全面训练，起到培养学生的设计能力、创新能力和工程实践能力的目的。在按照上述内容进行设计的过程中还应做到以下工作要求：

1）针对设计题目开展调查研究，了解与待设计题目相类似产品的情况，增加设计的感性知识。

2）设计过程中，由于学生是第一次从事机械设计，缺乏实践经验、应认真参加与之相关的机械设计实验。

3）综合课程设计完成后，应参加答辩，答辩成绩作为评分的重要依据。

2、机械主体运动方案拟定。

该装置要满足能够在狭窄的井下巷道内移动，且地面松软潮湿，并能够实现对该机器的搬运和稳定地支撑住机器，所以，该装置的支座面应该要尽可能大，以能使该机器不下陷，并能够实现前进、后退和转向，并且应能使机器稳定，同时，应该有能够固定立轴式坑道钻机的方式。下面，有三种方案供选择：

方案一：带履带的行走机构。

优点：支承面积大，接地比压小，履带支承面上有履齿，不易打滑，牵引附性能好，有利于发挥较大牵引力。

缺点：结构复杂，质量大，运动惯性大，减震功能差，使得零件易损坏，因此，行驶速度不能太高，机动性能差。

履带行走机构结构简图。

方案二：步行式行走机构。

优点：质量小，运动惯性小，机构行走灵活，转向方便，机动性能好。

缺点：结构复杂，支承面积小，接地比压大，在松软潮湿地面容易下陷。另外，行走机构实现困难。

方案三：轮式行走机构。

优点：质量小，运动惯性小，机构行走灵活，可仿用汽车差速器结构控制前轮实现快速灵活地转向。

缺点：车轮与地面的接触面积小，接地比压大，在松软潮湿地面容易下陷和打滑，增大行车阻力，需要更大的驱动力。

3、主体运动方案的选择确定。

合理的运动方案应该要满足该机器的工作及运输要求，即在该机器工作的时候，能够稳定住机器，不使该机器发生倾斜；此外，该运动方案也应使该运输装置简单，能够完成运输任务，另外也应该使该装置尺寸紧凑，加工制造方便，成本低廉，使用维护费用低。综上所述，我们比较上面三种运动方案，可以得出，我们可以选择履带行走机构方案。

此装置包括：履带、行走减速机、驱动轮、行走架、支重轮、托链轮、张紧装置、导向轮等组成。

4、主体机构的运动分析与设计。

1）履带。查资料可知，目前工程钻机主要使用的是组合式履带。组合式履带由链轨、履带板、销子和衬套组成。

履带是用来将整个钻机的重量传给地面、并保证钻机有足够的牵引力、履带直接和土壤、沙石等较复杂地面接触，并趁手地面不平所带来的冲击和局部负荷，因此，履带除应具有良好的附着性能外，还要有足够的强度、刚度、耐磨性和耐腐蚀性。

1、履带支承长度l、轨距b和履带板宽b

令 l——驱动轮和引导轮之间轮距；

h——表示高度；

g——表示整机质量（t）

2)行走减速机。

此行星减速器是第一级太阳轮a1作为输入，第**行星架c1固定，内齿圈b作为输出。本次计算时采取给整个行星齿轮传动系统加一个公共的角速度，使得内齿圈角速度为零（相当于将其固定），把原系统转化成为以太阳轮a1为输入，第**内齿圈b固定，行星架c1为输出的传动系统。内齿圈固定时，各级传动比为：

3)驱动轮。

驱动轮的形状决定于它同履带的啮合形式。一般分为整体式履带啮合的驱动轮和组合式啮合的驱动轮。驱动轮有整体铸造齿圈和轮毂、分开铸造以及分段铸造三种。

后两种形式一般采用螺栓固定，磨损后修复方便也可以节约钢材。但与整体式比较制造较为复杂。

4)行走架。

行走架是履带行走装置的承重结构，一般由底架和履带架组成，通常由高强度钢板焊接而成。工程钻机用履带行走装置的行走架通常由组合式和整体式两种。

1）组合式行走架。

组合式行走架底架为框架结构，横梁一般为焊接的箱型梁，履带架通常采用下部敞开的“门”形截面，下面安装支重轮，一端安装行走减速机和驱动轮，另一端安装引导轮。组合式行走架可做成可伸缩式履带行走装置。

可伸缩式履带行走装置一般应用于10吨米以上的旋挖钻机，大型挖掘机、履带式起重机、地下连续墙抓槽机等大型设备，这些设备要求作业时稳定性要好，需要将履带向外伸出增大支撑面，提高作业稳定性，运输时将履带收回减小运输尺寸，有的特大型设备运输时还需要将两个履带架拆下，以减小运输尺寸和单件运输质量。

2）整体式行走架。

目前工程钻机常用的整体式行走架有h型和x型两种，根据使用要求的不同，又有带回转支承和不带回转支承之分。

h型行走架结构简单，成本低，制造容易，但相对承载能力较小，一般用在对承载力要求不高，尤其只作为辅助行走之用，钻机钻孔时行走架不受力或受力较小的钻机。

x型行走架结构复杂，制造难度大，材料利用率低，成本高，但行走架承载能力大。一般用在对承载要求高的钻机，尤其由履带底盘承受工作载荷的钻机。

综上所述，在这里要承载一个3吨的立轴式坑道钻机，所以我们可以选择h型行走架作为履带行走装置的行走架。

5)支重轮。

支重轮主要承受钻机的重力以及工作装置对钻机产生的外力。在行走时还要承受由于路面不平而产生的冲击，而且工作环境恶劣，经常在泥水或尘土中行走。因此，要求支重轮密封可靠，承载能力大，表面耐磨。

目前支重轮常用来浮动油封来密封，其结构简单，密封效果好，使用寿命长，通常在一个大修期内不需加油，减少可维护保养的工作量。

6)托链轮。

托链轮主要用于托起上部履带，防止履带过度下垂。托链轮的结构与支重轮类似，但其所受载荷要比支重轮小得多。因此，在托链轮数量的布置上要比支重轮少得多，一般每条履带布置1-3个托链轮，相邻两个托链轮之间的距离一般为链轨节距的6-8倍。

所以，托链轮的数量n为1个。

7)张紧装置。

张紧装置的主要功能是保持履带具有一定的张紧度，减小行走时的冲击载荷和额外的功率消耗。张紧装置通常与引导轮一起使用，其形式多样。但目前常用的主要是液压张紧，通过手摇泵对张紧装置压注黄油，由油缸和柱塞对导向轮位置进行调节来达到履带的张紧。

张紧装置的弹簧在预紧后要有适当的缓冲行程，以便当石块等硬物夹于轨链、引导轮、驱动轮之间产生过大张紧力时，可以压缩弹簧，使履带松弛，起到保护装置的作用。如果履带太紧，可拧开注油嘴，从油缸中放出部分黄油进行调整。设计时，应使引导轮前后调整的距离大于履带节距的一般，以便在履带伸长较多时可以拆掉一节履带仍能连接起来。

在选择张紧装置时，应考虑张紧装置的预紧力与行走减速机的驱动力相匹配。预紧力既不能过大，也不能过小。预紧力过大起不到缓冲作用，预紧力过小，在行走时容易出现抖动而造成行走不稳定，而且容易在履带张紧时将弹簧压死。

8)导向轮。

导向轮有带齿和光面两种。带齿的外缘直径比光面的挡肩环直径大。因此带齿导向轮侧面导向好，越轨的危险性小，但不能支撑轨链，履带链齿槽内产生见切增加了断裂的危险。

光面导向轮有中间挡肩环，两侧环面能支撑轨链，增加了轨链的支承面和轨链的厚度，但侧面导向不好。综合考虑后本次设计采用光面导向轮。

为了减少功率的损耗，导向轮应略小于驱动轮的尺寸。

6、设计总结。

机械原理课程是一门理论与实践相结合的课程，不仅需要我们掌握课本理论知识，而且需要我们不断提高自身的实践能力。

通过对井下坑道运输装置的设计，我认为自己有了不少提高，此次课程设计，综合运用了本专业所学课程的理论和生产实际知识，从而培养了我们独立工作的能力，巩固和扩充机械原理所学的课程内容，掌握课程设计的方法和步骤，同时，各门相关课程都可复习。在课程设计时，遇到很多问题得到了同学的帮助，让自己懂得了团队合作的重要性。

此次课程设计，对我的影响很大，这不仅教会我很多东西，更重要的是培养了我理论联系实际的能力。

不仅培养了我们正确的设计思想，也同时让我们掌握了工程设计的一般程序和方法，锻炼了我们灵活综合运用知识的能力。通过对它的设计计算，我了解了履带行走装置的工作原理、传动系统方案和常用机械零部件的选用设计等等。借助计算机辅助技术的研究方法和研究结果可以作为以后工程上研制类似结构的参考。

7、参考资料。

1、机械原理合肥工业大学出版社 2009.10 赵韩田杰。

2、机械设计课程设计华东理工大学出版社 2012.01 安琦王建文。

3、机械基础综合课程设计北京理工大学出版社 2004.06 孔凌嘉张春林。

4、机械制图高等教育出版社 2007.07 大连理工大学工程图学教研室。

5、机械原理高等教育出版社 1997.07 郑文纬吴克坚。

6、机械设计课程设计手册高等教育出版社 2006 吴宗泽罗圣国。

7、网络平台应用资料。

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