机械原理课程设计说明书

机械原理课程设计设计说明书设计题目：反铲挖掘机工作装置设计设计者：胡国哲班级：工机四班学号：20097658指导老师：2011年10月10日目录1.设计题目...........................................................................................................................................11.1设计目的........................................................................................................................................11.2设计题目简介................................................................................................................................12.液压挖掘机概述..............................................................................................................................12.1单斗液压挖掘机............................................................................................................................12.2挖掘机机构自由度计算.............................................................................................................22.3主要设计参数介绍.....................................................................................................................43.液压挖掘机工作装置设计..........................................................................................................53.1斗形参数的选择...........................................................................................................................53.2动臂机构参数的选择...................................................................................................................63.3斗杆机构参数的选择...................................................................................................................83.4铲斗机构参数的选择...................................................................................................................93.5机体尺寸参数的选择................................................................................................................104.基于Pro/E的机构建模及运动仿真分析................................................................................134.1零部件建模................................................................................................................................134.2零部件装配................................................................................................................................134.3运动学仿真分析........................................................................................................................144.3.1顺序动作仿真分析...........................................................................................................144.3.2复合动作仿真分析...........................................................................................................165.基于ADAMS的挖掘机虚拟样机运动学及动力学分析......................................................185.1基于ADAMS的液压挖掘机工作装置运动学分析..................................................................205.2液压挖掘机的挖掘力分析........................................................................................................255.3基于ADAMS的液压挖掘机工作装置动力学分析..................................................................266.基于ANSYSWorkbench的机构有限元仿真分析.................................................................276.1动臂的静力学分析及模态分析................................................................................................286.2工作装置的有限元仿真分析....................................................................................................307.个人总结........................................................................................................................................32参考文献.............................................................................................................................................32机械原理课程设计说明书20097658胡国哲11.设计题目1.1设计目的机械设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸以及润滑方式等进行构思、分析和计算，并将其转化为制造依据的工作过程。机械设计是机械产品生产的第一步，是决定机械产品性能的最主要环节，整个过程蕴涵着创新和发明。为了综合运用机械原理课程的理论知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，使所学知识进一步巩固和加深，我们参加了此次的机械原理课程设计。1.2设计题目简介反铲式是我们见过最常见的，向后向下，强制切土。可以用于停机作业面以下的挖掘，基本作业方式有：沟端挖掘、沟侧挖掘、直线挖掘、曲线挖掘、保持一定角度挖掘、超深沟挖掘和沟坡挖掘等。反铲装置是液压挖掘机重要的工作装置，是一种适用于成批或中小批量生产的、可以改变动作程序的自动搬运和操作设备，它可用于操作环境恶劣，劳动强度大和操作单调频繁的生产场合。1.3设计数据与任务要求题号铲斗容量挖掘深度挖掘高度挖掘半径卸载高度铲斗挖掘力C0.3m33.45m6.35m5.97m3.86m45KN1、绘制挖掘机工作机构的运动简图，确定机构的自由度，对其驱动油缸在几种工况下的运动绘制运动线图；2、根据所提供的工作参数，对挖掘机工作机构进行尺度综合，确定工作机构各个杆件的长度；3、用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。4、编写设计计算说明书，其中应包括设计思路、计算及运动模型建立过程以及效果分析等。5、在机械基础实验室应用机构综合实验装置验证设计方案的可行性。2.液压挖掘机概述2.1单斗液压挖掘机单斗液压挖掘机是以一个铲斗进行挖掘作业的机械，它由工作装置、上部转台和行走装置三大部分组成。反铲装置主要用于挖掘停机面以下的土壤。斗容量小于1．6M^3的中小型液压挖掘机通常选用反铲装置，它分为整体臂式和组合臂式。其中长期作业条件相似的挖掘机反铲装置大多采用整体鹅颈式动臂结构。采用这种动臂有利于加大挖掘深度，且结构简单、价格低廉。刚度相同时，其重量比组合式动臂轻，是目前应用最广泛的挖掘机工作装置结构形式。动臂反铲挖掘机工作装置主要由动臂、动臂油缸、斗杆、斗杆油缸、铲斗、铲斗油缸、摇臂连杆、销轴等组成。装置各运动部件之间全部采用销轴铰接，以动臂油缸来支机械原理课程设计说明书20097658胡国哲2撑和改变动臂的倾角，通过动臂油缸的伸缩可使动臂绕下铰接点转动实现动臂的升降。斗杆铰接于动臂的上端，由斗杆油缸控制斗杆与动臂的相对角度。当斗杆油缸伸缩时，斗杆可绕动臂上铰点转动，铲斗与斗杆前端铰接，通过铲斗油缸伸缩使铲斗转动。为增大铲斗的转角，通常采用摇臂连杆机构来和铲斗联结。图2-1为液压挖掘机工作装置基本组成及传动示意图，反铲工作装置由铲斗5、连杆9、斗杆11、动臂2、相应的三组液压缸1,4,10等组成。动臂下铰点铰接在转台上，通过动臂缸的伸缩，使动臂连同整个工作装置绕动臂下铰点转动。依靠斗杆缸使斗杆绕动臂的上铰点转动，而铲斗铰接于斗杆前端，通过铲斗缸和连杆则使铲斗绕斗杆前端铰点转动。挖掘作业时，接通回转马达、转动转台，使工作装置转到挖掘位置，同时操纵动臂缸小腔进油使液压缸回缩，动臂下降至铲斗触地后再操纵斗杆缸或铲斗缸，液压缸大腔进油而伸长，使铲斗进行挖掘和装载工作。铲斗装满后，铲斗缸和斗杆缸停动并操纵动臂缸大腔进油，使动臂抬起，随