凿岩机行走机构总体方案和零部件参数设计.doc

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1、目录第一章 绪论1Equation Chapter 1 Section 1第二章 凿岩机行走机构总体方案和零部件参数设计9第三章 机构零件实体造型与装配18第四章 行走机构装配仿真和绘制工程图26第一章 绪论1.1 课题的研究背景和意义随着社会的不断发展，手锤打眼已不能满足生产要求。通过前人的努力，1887 年制造出第一台轻型气动凿岩机，1938 年发明了气腿和碳化钨钎头。气腿式凿岩机和钎头的不断完善，对凿岩机的效率又提出了新的要求，20 世纪 60 年代初，开发了独立回转凿岩机，随后发展和完善了架柱式凿岩机和凿岩钻车。在凿岩机不断发展的同时，注意到随着孔深的增加，深孔凿岩接杆钎具联接处能量损

2、失较大，提出了将凿岩机送入孔底的设想，因而发明了潜孔冲击器。凿岩机是用来直接开采石料的工具，如图1所示。它在岩层上钻凿出炮眼，以便放入炸药去炸开岩石，从而完成开采石料或其它石方工程，此外，凿岩机也可改作破坏器，用来破碎混凝土之类的坚硬层。图1 凿岩机迄今为止，凿岩爆破是实施岩石破碎的主要方法，破碎岩石首先需要在岩 (矿) 石中钻凿按爆破要求设计的炮孔。目前采用机械破碎岩石钻孔的方法主要有以下三种类型：(1) 冲击-旋转破碎岩石钻孔 采用冲击载荷和转动钎具一定角度，并施加合理的推力来破碎岩石，适应在中硬、坚硬的岩石中钻孔。此类钻孔设备有潜孔钻机和凿岩机等；(2) 旋转破碎岩石钻孔采用旋转式多刃钎

3、具切割岩石，同时施加较大的推力破碎岩石。适应在磨蚀性小及中硬以下的岩石中钻孔。此类钻孔设备有电钻和旋转钻机；(3) 旋转-冲击破碎岩石钻孔，又称为碾压破碎钻孔。它是施加很大的轴压 (一般大于300 kN) 给钻头，同时旋转滚齿传递冲击和压入力，滚齿压入岩石的作用比冲击作用大，通过旋转 - 冲击破碎岩石。此类穿孔设备最典型的是牙轮钻机。凿岩机按其动力来源可分为风动凿岩机、内燃凿岩机、电动凿岩机和液压凿岩机等四类。1、风动凿岩机。如图2所示，风动式以压缩空气驱使活塞在气缸中向前冲击，使钢钎凿击岩石，应用最广。电动式 由电动机通过曲柄连杆机构带动锤头冲击钢钎，凿击岩石。并利用排粉机构排出石屑，内燃式

4、利用内燃机原理，通过汽油的燃爆力驱使活塞冲击钢钎，凿击岩石。适用于无电源、无气源的施工场地。液压式依靠液压通过惰性气体和冲击体冲击钢钎，凿击岩石。这些凿岩机的冲击机构在回程时，由转钎机构强迫钢钎转动角度，使钎头改变位置继续凿击岩石。通过柴油的燃爆力驱使活塞冲击钢钎，如此不断地冲击和旋转，并利用排粉机构排出石屑，即可凿成炮孔。图2 风动凿岩机2、内燃凿岩机。如图3所示，内燃凿岩机不用更换机头内部零件，只需按要求搬动手柄，即可作业。具有操作方便，更加省时，省力，具有凿速快、效率高等特点。在岩石上凿孔，可垂直向下、水平向上小于45垂直向下最深钻孔达六米。无论在高山、平地，无论在40的酷热或零下40的

5、严寒地区均可进行工作，本机具有广泛的适应性。 内燃凿岩机具有矿山开采凿孔、建筑施工、水泥路面、柏油路面等各种劈裂、破碎、捣实、铲凿等功能，广泛用于矿山、建筑，消防，地质勘探，筑路，采石，建筑，国防工程等。图3 内燃凿岩机3、电动凿岩机。如图4所示，电动凿岩机具有能产生较大冲击能量的锤击机构和连续或间隙转动的转钎机构，用于石方施工中钻凿炮眼的电动工具。图4 电动凿岩机4、液压凿岩机。如图5所示，用高压油作为动力推动活塞冲击钎子,，附有独立回转机构的一种凿岩机械。由阀控制(也有无阀的)活塞往复运动。由于油压比气压力高得多，达10兆帕以上。虽与风动凿岩机近似，但其活塞直径较小、长度较大、波形较好。在

6、活塞运动改变方向而产生高峰压力时，机上装有蓄能器。其优点：钻速快(比风动凿岩机高两倍以上)，冲击功高、扭矩大、频率亦高；具有可调性、能耗低(为风动凿岩机的1/3左右)；效率高；便于自动化和电脑控制，卡钻事故少，钻具寿命长，使工作环境大为改善。液压凿岩机是近几年来出现的一种新型凿岩机，基本可以分为二种类型：一种是小型手持式，其冲击能量较小，主要是用来代替传统的风镐，大多数与小型挖掘装载机、液压工程车等配套使用；另一种是大型机载式，这类液压凿岩机大多是以液压挖掘机的反铲作业装置为基础，将反铲斗换装成凿岩机行工作，由挖掘机驾驶员在驾驶室内进行操作。此类凿岩机的能量较大，一般在16kNm范围内。气动凿

7、岩机虽然具备很多优点，但存在着能耗大和作业环境恶劣的缺点，1946 年研制成功矿用牙轮钻机，20 世纪 70 年代初期液压凿岩机投入市场。近年来，国外一些先进矿山实现了掘进、采矿凿岩钻车遥控和机器人化，并将支腿式水力凿岩机和水压潜孔冲击器投入使用。图5 液压凿岩机液压凿岩机作为重要的旋转冲击式钻孔设备,广泛应用于中小型露天矿、岩土工程、铁路、公路、水电等领域,进行基础施工、隧道开挖、勘探、采石、采矿作业爆破孔的钻凿。液压凿岩机的前身是气动凿岩机,与气动凿岩机相比,液压凿岩机有如下优势:1、能量利用率高。一般可达40%以上,据相关统计数据显示:液压凿岩机与气动凿岩机的能耗比为1: 3.8；2.凿

8、岩效率高。液压凿岩机以液压油为介质,工作压力是气动凿岩机的2040倍,冲击能高,从而使液压凿岩机的凿岩效率高出气动凿岩机1倍有余;3.适用范围广。液压凿岩机以液压作为动力,便于根据不同的工况调整冲击能、冲击频率和转钎速度,使其处于最佳工作状态;4.无排气,消除了排气噪声和油雾,改善工作面的环境;5.活塞等关键运动件润滑条件好,寿命长;6.液压凿岩机工作效率不受海拔高度的影响,克服了气动凿岩机随海拔高度升高而降低工作效率的缺陷,适用范围广。1.2 凿岩机的工作原理凿岩机是按冲击破碎原理进行工作的，如图6所示。工作时活塞做高频往复运动，不断地冲击钎尾。在冲击力的作用下，呈尖楔状的钎头将岩石压碎并凿

9、入一定的深度，形成一道凹痕。活塞退回后，钎子转过一定角度，活塞向前运动，再次冲击钎尾时，又形成一道新的凹痕。两道凹痕之间的扇形岩块被由钎头上产生的水平分力剪碎。活塞不断地冲击钎尾，并从钎子的中心孔连续地输入压缩空气或压力水，将岩渣排出孔外，即形成一定深度的圆形钻孔。图6 凿岩机工作原理1.3 国外液压凿岩机研究现状随着液压技术发展和机械加工技术的进步，20世纪60、70年代，液压凿岩机迎来了发展的春天。1970年,第一台实用化液压凿岩机于法国Montabert公司诞生,并得到推广。这一技术的突破,促使世界其他国家对液压凿岩机的重视,美国、瑞典、德国、芬兰、苏联、英国等国都组织力量竞相研制。目前

10、国外生产液压凿岩机的公司主要有:美国Gardner-Denver公司、Ingersoll-Rand公司、瑞典 Atlas Copco 公司、Linden-Alimak 公司、芬兰 Tamrock 公司、法国Eimco-Secoma公司、Montabert公司、德国Krupp公司和R本古河(FURU KAWA)公司等。瑞典Atlas Copco、芬兰Tamrock和法国Montabert等公司生产的液压凿岩机在当今世界上具有一定的代表性。作为第一台实用化液压凿岩机的生产厂家,法国Montabert公司在液压凿岩机的研究有其独到之处:为了提高凿岩机破碎效率,采用顶端粗大的活塞结构;配流阀与活塞同心

11、布置,并与活塞一起输出冲击功;工作压力相对较低,一般在15MPa左右;与Atlas Copco和Tamrock同级别的液压凿岩机相比,Montabert的凿岩机的流量较大,工作频率更高，图7为Atlas Copco的Cop3060液压凿岩机。图 7 Cop3060液压凿岩机芬兰Tamrock公司的液压凿岩机在世界上享有盛誉。在结构及性能方面具有如下特点:采用前腔常高压、后腔高低压交替的后控式配流原理;配流阀采用套阀形式;设置钎尾反弹力缓冲及吸收装置,提高钎具的寿命;工作压力有增高的趋势,达到了 Atlas液压凿岩机相近的程度;冲击频率、冲击功率、钻孔速度也有增高的趋势,如HFX5T在花岗岩中的

12、钻孔速度达到了 4.5m/s，如图8所示。 图8 HFX5T凿岩机1.4 国内液压凿岩机研究现状目前我国参与凿岩机研制的单位主要有煤炭研究院北京建井研究所、北京科技大学、中南大学、山河智能装备集团、长沙矿冶研究院、天水风动工具厂、沈阳风动工具厂、瞿州凿岩机厂、莲花山凿岩钎具有限公司等10多个单位,成功研制了 20多种型号的凿岩机。他们分别是:YYG30、YYG80、YYG80A、YYG90、YYG90A、YYG250A、SWHD90、SWHD220、YYT30、GGT70、CYY20、YYGJ145 (仿 Copl038H)、和 DZYG38B(仿 Copl238ME)。这些凿岩机的冲击能多在

13、150-250J之间,钻孔直径一般为40?50mm,只有SWHD90、SWHD220、YYG250A、YYGJ145, TYYG20 和 DZYG38B 型液压凿岩机钻孔直径孔径大于50mm,最大可达120nim。据统计,这些液压凿岩机在市场销售了400多台,除两款仿造市场销售的机型外,其余的都是我国自主研发的。其中由中南工业大学研究设计的YG90型液压凿岩机,1988年在汝城鹤矿使用时,创造了在2.4 mX2.6 m的断面中月进尺250m,掘进工效稳步超过1 m /工班的好成绩,1991年在桓仁铜锌矿创造过单台单班进尺5.4?6 m的好成绩。由莲花山凿岩钎具有限公司引进法国Eimco-Sec

14、oma公司技术生产的HYD300液压凿岩机,国产化率达95%,冲击活塞寿命可达2000ni左右,各项性能不亚于国外同类机型水平,并已批量生产，如图9所示。图9 HYD300凿岩机虽然我国在液压凿岩机方面取得了一定的成绩,但是与国外先进技术尚有较大的距离。国内产品的稳定性指标(不拆机检修)均在500m左右,而Atlas Copco3 的产品一般都在6000m左右。究其原因主要有:缺乏适用于局频、尚速、局压的密封件技术;缺乏活塞、钎尾、配流阀等关键零部件的材料、热处理、加工工艺等方面的研究;蓄能器隔膜的寿命短;缺乏系统、完善的理论指导凿岩机的设计和生产。这些因素严重限制了我国液压凿岩机的发展。1.

15、5 虚拟样机与运动仿真产品设计过程中进行虚拟样机制造和运动仿真，对于提高产品质量和降低成本具有重要的作用。本文将对凿岩机行走机构进行实体建模，制造虚拟样机，同时进行运动仿真。虚拟样机制造在工业发达国家，如美国、德国、日本等已得到了不同程度的研究和应用。在这一领域，美国处于国际研究的前沿，福特汽车公司和克莱斯勒汽车公司在新型汽车的开发中已经应用了虚拟制造技术，大大缩短了产品的发布时间。波音公司设计的777型大型客机(如图10)是世界上首架以三维无纸化方式设计出的飞机，它的设计成功已经成为虚拟制造从理论研究转向实用化的一个里程碑。图10 777型大型客机 基于产品的数字化模型，应用先进的系统建模和

16、仿真优化技术，虚拟制造实现了从产品的设计、加工、制造到检验全过程的动态模拟(如图11)，并对其运作进行了合理的决策与最优控制。虚拟制造以产品的“软”模型取代了实物样机，通过对模型的模拟测试进行产品评估，能够以较低的生产成本获得较高的设计质量，缩短了产品的发布周期，提高了效率，本文将实现马尾纱包芯纱纺纱机样机的虚拟制造和动态仿真。图11 虚拟制造和动态模拟 1.6 本文的研究内容凿岩机用于道路桥梁的钻孔工作，工作条件恶劣，要求采用液压传动进行总体动力输出，通过本课题掌握机械设计和液压设计的有关知识以及设计过程。本文主要进行凿岩机机架及行走部分机构设计，包括各零部件的参数设计、参数化实体建模、绘制

17、二维工程图纸、虚拟样机的制造、机构运动仿真。第二章 凿岩机行走机构总体方案和零部件参数设计2.1 行走机构总体方案行走机构总体方案如图1所示。动力机构安装在机架上，输出扭矩通过传动轴驱动主动齿轮转动，轴和齿轮之间通过键连接传递扭矩。通过齿轮和履带进行啮合，驱动履带行走。与主动齿轮对应的另一端安装从动齿轮，机架上部和下部安装有从动圆柱小齿轮，增强行走机构的柔性。V带传动是靠V带的两侧面与轮槽侧面压紧产生摩擦力进行动力传递的。与平带传动比较，V带传动的摩擦力大，因此可以传递较大功率。V带较平带结构紧凑，而且V带是无接头的传动带，所以传动较平稳，是带传动中应用最广的一种传动。齿轮传动是利用两齿轮的轮

18、齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿传动。具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点。本章将对行走机构中齿轮、V带和轴等零部件进行参数设计和校核，使得行走机构力学性能能够适应山地复杂多变的环境。图1 行走机构总体方案2.2 齿轮的参数选择2.2.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1、根据行走机构的总体设计方案要求，齿轮传动机构中选用直齿圆柱齿轮。2、凿岩机构为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度。3、材料选择。查表选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬

19、度差为40HBS。4、选小齿轮齿数为z1=20，齿数比u=4.9，大齿轮齿数z2=4.924=98 2.2.2 按齿面接触强度设计有设计计算公式进行试算，即(1)确定公式内的各计算数值1)试选载荷系数Kt=1.2。 2)根据工作输出功率P1(设为1.5kw)、效率(设为98%)和转速n1(设为156.67r/min)，计算小齿轮传递的转矩。3)查表选取齿宽系数。 4)查表得材料的弹性影响系数。5) 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限。6)由公式计算应力循环次数。n为齿轮转速（单位为r/min）；j为齿轮每转一周时，同一齿面啮合次数；为齿轮的工作寿命（单位为h）。7

20、)取接触疲劳寿命系数；。8)计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1，由式得，(2) 计算1) 试算小齿轮分度圆直径d1t，代入中较小的值。s 2)计算圆周速率v。3) 计算齿高b 。4）计算齿宽与齿高之比b/h。模数 齿高 5) 计算载荷系数。根据，7级精度，可查得动载系数kv=1.05；直齿轮，；由表查得使用系数KA=1；由表用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承对称布置时，；由，查图得；故载荷系数：6) 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，由式得7）计算模数m 。2.2.3 按齿根弯曲强度设计 弯曲强度的设计公式为1）由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲疲劳强度极

21、限；2) 由图取弯曲疲劳寿命系数，；3) 计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式得：4) 计算载荷系数K。5) 查取齿形系数。由表查得；。6) 查取应力校正系数。由表查的；7) 计算大、小齿轮的并加以比较。 大齿轮的数值大。（2） 设计计算对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取弯曲强度算得的模数2.11并就近圆整为标准值m=2.5，按接触强度算得的分度圆直径d1=35.278mm，算出小齿轮齿数：大齿轮齿

22、数：，取z2=128。这样设计出来的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。2.2.4 几何尺寸计算 (1) 计算分度圆直径(2) 计算中心距(3) 计算齿轮宽度2.3 轴的设计（1） 输入转矩：圆周力 径向力 （2） 确定轴各段的直径1) 初步估算轴的材料选45号钢，取C=106，轴转速：考虑到轴上有键槽看，轴颈应增大4%-5%，取d=38.73mm，取（标准尺寸）此段安装联轴器。2）取其他各段轴的直径根据估算轴颈取直径为50mm，安装齿轮55mm。强度校核：1、求水平弯矩支点反力：水平弯矩：2、求垂直弯矩支点反力：垂直弯矩：3、求合成弯矩4、

23、求转矩转矩按脉动性质考虑，取折合系数=0.6，有：5、求当量弯矩6、校核强度危险截面B，由于轴截面有单键则：由表可查出，当（45钢正火时）时，所以，可知轴强度足够。轴轴承代号：60210。轴环：；轴宽：。2.4 V带的设计电动机额定功率P=1.5kW，转速，传动比i=6，每天工作16小时。1确定计算功率，由表查得工作情况系数，故：2选择V带的带型根据和n1，由图选用A型。3. 确定带轮的基准直径，并验算带速v。1）初选小带轮的基准直径。由表可得，取小带轮的基准直径。2）验算带速v。按公式验算带的速度：因为，故此带速合适。3）计算大带轮的基准直径。根据公式，计算大带轮的基准直径：圆整为。4. 确

24、定V带的中心距a和基准长度Ld1）根据公式初定中心距。2）由公式计算所需的基准长度由表选带的基准长度L=2300mm 。3）按式计算实际中心距a 5. 验算小带轮上的包角6.计算带的根数1）计算单根V带的额定功率由和，查表得。根据，i=6，和A型带，查表可得查表得：，于是：2）计算V带根数z。取2根。7. 计算单根V带的初拉力的最小值由表查得A型带的单位长度质量，所以q=0.1 kg /m，所以：应使带的实际初拉力。8计算压力轴Fp压力轴的最小值为：小带轮选择实心轮，大带轮选择四椭圆幅轮。第三章 机构零件实体造型与装配3.1 实体造型概述计算机实体造型进行虚拟制造，是借助电子计算机及相关技术，

25、对复杂的真实系统和状态进行数字模拟，具有经济、安全、快捷、具有优化设计和预测的特殊功能。借助计算机进行虚拟制造，具有以下优点：将新产品维修和维护的方法直观地演示给观众，使观众更容易理解，以便能准确操作；很多复杂的设备，由于在其设计阶段，其工作过程中的状态无法具体化，采用三维抽象模拟，就可以解决此类问题，大大节省了成本和时间，让设计者能轻易地理解运行状态中产品的实际情况，改进设计；大型设备的运送、现场安装、安装过程、现场工作实景，特别是一些特殊场景，无法以传统的拍摄模式将设备信息展现给观众，而采用三维模拟，可以将这些难以表达清楚的场景和过程，一一列举，清晰准确。 本章将以第二章完成的设计方案为依

26、据，通过计算机进行虚拟样机的设计和验证所设计机构的正确性和有效性。3.2 凿岩机行走机构零部件造型零件的几何造型与虚拟装配是动画仿真的基础，为了实现凿岩机工作过程的动画仿真，首先得建立凿岩机的三维几何模型。凿岩机三维模型的建立主要包括各个零部件的实体造型以及整机的虚拟装配。几何建模采用自下而上的建模方法，即根据各个零件的结构形状与尺寸建立零件的三维几何模型，然后再按照零件之间的配合与约束关系进行装配，完成整机的虚拟装配。Solidworks零部件的建模过程为：首先选取合适的基准面，建立各零部件的平面草图；其次利用拉伸、特征扫描、旋转、切除、放样等命令完成零件的基本特征的造型；然后利用倒角、圆角

27、等命令完成局部的造型，最后完成整个零件的建模。Solidworks提供了强大的装配功能，其优点为：在装配体环境下，可以方便地设计及修改零部件；可以动态观察整个装配体中的所有运动，可以对运动的零部件进行动态干涉检查及间隙检测；可以通过镜像、阵列零部件，设计创建出新的零部件及装配体。在纺纱机的装配过程中，首先插的零部件会自动定义为固定静止的部件，然后依次插入各零部件，通过一系列的配合约束关系，装配成整机。装配前，应该认真分析各零件、部件在部件、整机中的位置、作用、以及相关的装配关系、运动关系，以保证装配运动的灵活性、不干涉性。下面通过介绍装配过程， 说明在Solidworks中的装配体生成方法：打

28、开新建装配体命令，即进入生成装配体的界面；在装配体界面中，点击“插入零部件”命令，排列各零部件，顺序按照从上到下排列。注意插入的零部件应该集中在一个区域，不要过于分散，以便于下一步装配步骤；装配时，将所有的零部件通过“重合”、“平行”、“垂直”、“距离”、“同轴心” 等配合约束装配起来。装配好具有对称特征的一边零部件后，运用圆周阵列特征命令，装配零件。装配时，要运用“移动零部件”、“旋转零部件” 将零件拖动到便于配合的合适位置。装配时应该注意做干涉检查，消除装配干涉，最后装配成虚拟样机。本节针对机座、齿轮、轴、键和履带等零件分别进行几何建模与整机虚拟装配，这是实现纺纱机动画仿真的关键。3.2.

29、1 齿轮建模齿轮是轮缘上有齿能连续啮合传递运动和动力的机械元件。轮齿简称齿，是齿轮上每一个用于啮合的凸起部分，这些凸起部分一般呈辐射状排列，配对齿轮上的轮齿互相接触，可使齿轮持续啮合运转。齿槽是齿轮上两相邻轮齿之间的空间；端面是圆柱齿轮或圆柱蜗杆上 ，垂直于齿轮或蜗杆轴线的平面。法面指的是垂直于轮齿齿线的平面；齿顶圆是指齿顶端所在的圆；齿根圆是指槽底所在的圆；基圆形成渐开线的发生线作纯滚动的圆；分度圆是在端面内计算齿轮几何尺寸的基准圆。根据第二章的几何参数设计，进行齿轮的几何建模。齿轮的几何模型如下图1和图2所示。图1 齿轮的三维线框图图2 齿轮的三维实体图3.2.2 履带实体建模履带是由主动

30、轮驱动、围绕着主动轮、负重轮、诱导轮和托带轮的柔性链环。履带由履带板和履带销等组成。履带销将各履带板连接起来构成履带链环。履带板的两端有孔，与主动轮啮合，中部有诱导齿，用来规正履带，并防止坦克转向或侧倾行驶时履带脱落，在与地面接触的一面有加强防滑筋（简称花纹），以提高履带板的坚固性和履带与地面的附着力。主动轮是个主动件，它由轮毂、齿圈、带齿垫圈、锥齿杯、固定螺帽和止动螺栓组成。它通过齿轮和履带啮合，将侧减速器传来的动力传给履带而使坦克运动。诱导轮是个从动轮，用来诱导和支撑履带，并与履带调整器一起调整履带的松紧程度。它由轮毂、轮盘、滚珠轴承、轮轴盖、固定螺帽、双排滚珠轴承、支撑杯和回绕挡油盖等组

31、成。托带轮主要用来托着上支履带，没有这种托带轮，履带就会发生撞击。托带轮轴的一端，牢固地固定在车体上。由于托带轮直径比负重轮小，其轴承的转速却高得多，然而它只支撑上支履带，即履带重量的1/3，以减少履带的振荡。履带调整器用来调整履带的松紧度。它由支架、曲臂、轴套、蜗轮、蜗杆、螺杆、摩檫片和衬套等组成。履带的张紧程度对坦克行驶和履带寿命有较大影响。履带过紧或过松都不好。不同的使用环境要求履带有着不同的松紧度。如在坚硬路面上行驶，应将履带张得紧些；在沙漠地区行驶则应将履带张得松些。另外，随着履带销和销耳孔磨损的增加，履带也会变松。为了保持履带的适当张紧度，需要用履带调整器来调节履带的松紧。这是借助

32、履带调整器改变诱导轮相对于主动轮的距离来改变履带的张紧度。履带调整器使诱导轮向后摆动到某一位置，诱导轮就远离主动轮，于是履带被张紧；履带调整器使诱导轮向前摆动到某一位置，履带就变得松些。根据第二章的几何参数设计，进行齿轮的几何建模。齿轮的几何模型如下图3和图4所示。图3 履带的三维线框图图4 履带的三维实体图3.2.3 齿轮轴和键实体建模轮轴指支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。一般为金属圆杆状，各段可以有不同的直径。机器中作回转运动的零件就装在轴上。实现轴和轴上零件的一起运动可以通过键连接实现。键主要用作轴和轴上零件之间的周向固定以传递扭矩，有些键还可实现轴上零件的轴

33、向固定或轴向移动。如减速器中齿轮与轴的联结。下图5和图6分别为轴的线框图和实体图，图7和图8图分别为键的线框图和实体图，图9为轴和键的装配线框图和实体图。图5 齿轮轴的线框图图6 齿轮轴的实体图 图7 键的线框图 图8 键的实体图 图9 键和轴的实体图和线框图3.2.4 小齿轮实体建模如图10和图11所示，根据第二章的计算分析，分别建立小齿轮的线框图和实体图，为后续装配用。图10 小齿轮的三维线框图图11 小齿轮的三维实体图3.2.5 机座实体建模机座是机器中承受载荷最大的机构，如图12和图13所示，建立凿岩机的机座实体模型和线框图，为后续装配使用。图12 机座的实体模型图13 机座的三维线框

34、模型3.2.6 轴套实体建模轴套是所有零件中比较简单的，主要用来轴上零件的轴向定位，轴套的线框图和实体图如图14和图15所示。 图13 轴套的三维线框模型 图14 轴套的三维线框模型3.2.7 行走机构整体装配动力机构安装在机架上，输出扭矩通过传动轴驱动主动齿轮转动，轴和齿轮之间通过键连接传递扭矩。通过齿轮和履带进行啮合，驱动履带行走。与主动齿轮对应的另一端安装从动齿轮，机架上部和下部安装有从动圆柱小齿轮，增强行走机构的柔性。行走机构的整体装配实体图和线框图分别如图15和16所示。图15 整体装配实体图图16 整体装配实体图第四章 行走机构装配仿真和绘制工程图4.1 基于solidworks和

35、cosmosmotion建立装配仿真模型机械产品的三维仿真动画在产品的设计、开发、加工制造和产品营销中都具有现实意义。不同客户对同一产品的要求有时会不一样，传统设计要反复修改实物样品或制造多个实物样品，周期长，费用高，动态仿真可以根据客户的修改意见把产品逼真、直观地模拟演示出来，得到客户确认后再实际进行生产。在加工制造环节中，动态仿真可以进行直观的全方位动态视频演示。因此，制作机械产品的动画仿真不仅可以缩短设计周期，降低设计成本，同时也增强了产品的竞争力以及与客户的亲和力，方便产品推广和技术交流。目前可以完成机械产品动态仿真的三维软件很多,比较常用的有SolidWorks、Pro/E、UG、M

36、atlab等。性价比较高，设计过程简单方便的莫过于SolidWorks了。SolidWorks是在Windows环境下实现的一款功能强大的中高端三维CAD软件，具有超动感的用户操作界面和独到的特征管理树，智能化的装配功能和动态的运动模拟等特色，而且操作简单，易学易用。同时SolidWorks软件还集成了很多应用插件,特别是An-imator插件，如图1所示，启用An-imator插件，秉承SolidWorks一贯的简便易用的风格，可以很方便的生成形象逼真的机械产品演示画，让原先呆板的设计成品动起来，实现产品的功能展示。COSMOSMotion插件集成于SolidWorks软件中，并且与Soli

37、dWorks软件实现无缝连接。COSMOS Motion插件是一个较强大的装配分析与仿真模块，通过它进行行走机构的动画仿真时，能够精确地得到行走机构各个零部件的速度、位移、是否干涉等运动情况。机械产品零部件的三维实体建模与装配是实现动画仿真的基础和前提。对于机械设计而言，单纯的零件没有实际意义，必须装配成完整部件或机器实体。装配不仅是表达零件之间的配合关系，也是运动分析、干涉检查和实现动画的基础。装配的方法是将准备好的零件逐一插入装配体文件，并依次添加零件之间的配合关系。在SolidWorks中系统默认第一个插入的零件是固定的，以作为其它零件装配的基础和参考，因此必须仔细考虑第一个零件的插入，

38、一般选择产品的支架、底座等主要零件作为第一零件。图1 插件对话框SolidWorks软件通过生成装配体的爆炸视图实现产品拆装的动态仿真。建立爆炸视图有自动爆炸和手动爆炸两种方式。自动爆炸可以自动分解零部件,但要受装配顺序的影响。为了准确展现产品的拆装关系，可以采用手动爆炸方式，合理灵活地选择零件的爆炸顺序、爆炸方向和爆炸距离。方法如下：单击主菜单中的/插入/爆炸视命令，打开/爆炸属性管理器，如图2所示。在装配体上单击要爆炸的零件，此时装配体中被选中的零件以高亮显示，同时出现一个设置移动方向的坐标,单击坐标上的箭头,确定爆炸方向。然后在/爆炸属性管理器中的/设定面板中输入爆炸距离，单击/应用按钮

39、,预览爆炸效果，调整满意后单击/完成，至此第一个零件爆炸结束。重复上述步骤，逐一生成每个零件的爆炸操作。图2 爆炸属性管理器在前面已经给行走机构几何建模的基础上，COSMOSMotion仿真模块对行走机构装配仿真主要分为以下几个步骤，如图3所示。添加约束Solidworks各零件的建模COSMOSMotion装配仿真Solidworks整机装配相关结论，得到仿真结果结束与实际相符？图3 行走机构仿真过程 行走机构装配仿真过程具体实施步骤：确定行走机构运动零部件与静止零部件，将机座设为静止零部件，其他的部件设置为运动部件；生成约束，COSMOSMotion提供旋转副、球副、平移副、圆柱副、固定约

40、束万向节等约束副，行走机构机座在整个装配过程中就将相应的约束副自动添加到模型中了，如大小齿轮用齿轮配合形成了齿轮副，键和键槽之间采用平行配合形成了平移副连接，轴与轴套等采用同心配合形成了圆柱副；爆炸和解除爆炸仿真，加载运动，行走机构爆炸动画仿真要求实现各零部件清晰准确装配。爆炸动画的制作步骤：单击动画向导按钮，如图4所示，即出现动画向导对话框，如图5所示，按提示操作即可实现爆炸动画和解除爆炸动画的制作。单击/模拟工具栏中的/计算模拟按钮，如图6所示，即可开始爆炸动画仿真，然后单击/模拟工具栏中的/停止按钮,即完成了仿真动画的制作。现在/模拟工具栏中的/重播按钮由灰变亮，需要观看时只要单击就可以

41、在界面中看到即时的开关动画了。图4 动画向导按钮图5 动画向导对话框图6 动画启动和停止按钮4.2 行走机构动画仿真利用solidworks COSMOSMotion插件对行走机构虚拟模型进行装配动画仿真，能够方便的观察零件的协调运动，可以进行轨迹跟踪和干涉检查，在一定程度上反应了纺纱机的真实装配情况。运动算例和仿真动画分别如图7和8所示。图7 行走机构运动算例图8 行走机构动画仿真4.3 工程图的绘制三维数字化模型转化为二维图形时大部分是基于工程图模板的，工程图模板的好坏直接决定了后续工作的工作量。SolidWorks 软件中的工程图在参数驱动后，工程图的视图、标注等随模型变化，这是实现参数

42、化、数字化的基础；但是模型中的零/部件配置改变或零/部件被替换之后，这些零/部件反映在工程图中的线(点) 的 IDentity( ID) 发生变化，尺寸标注及注解找不到原来的依附线(点) ，就会造成尺寸标注及注解的漂移甚至报错，所以解决问题的关键在于保证尺寸标注及注解依附线( 点) 的 ID 不变。装配草图是数字化设计常用的技术，参数驱动时，装配草图在控制零/部件的尺寸和装配关系的同时，自身的线(点)的 ID 在参数驱动前后保持不变，是尺寸标注及注解依附线(点)的理想选择，但是装配草图中的点和线与工程图尺寸标注及注解需要的依附线(点)在数量和位置上有一定的区别，需要另外增加辅助线(点)，以便为

43、工程图中的尺寸标注及注解提供足够的依附线(点)。这种基于增加辅助线(点)装配草图的工程图模板在参数驱动后，由于尺寸标注及注解依附线(点) 的ID没有发生变化，不会出现严重的尺寸漂移以及报错现象，但是此类工程图模板在参数化驱动后仍存在以下问题: 1)视图比例失调; 2)视图位置漂移，甚至重叠；3) 尺寸标注、序号线漂移；4)尺寸精度未按实际尺寸显示; 5)在转化为DWG 格式的图形后，线形比例不符合要求。视图比例的调整主要依据视图包络线对角线长度的变化，视图包络线又叫视图边界，当指针经过工程视图的边界时，视图边界被高亮显示。边界根据默认紧密套合在视图周围; SolidWorks 赋予其大小，不可

44、更改。如果添加草图实体到工程图视图，边界将自动调整大小以包括这些项目。4.3.1 齿轮的工程图绘制齿轮的工程图如图9所示，绘制了齿轮的主视图和剖视图。图9 齿轮工程图4.3.2 齿轮轴的工程图绘制齿轮轴工程图如图10所示，绘制了轴的主视图和剖面图。 图10 齿轮轴工程图4.3.3 履带的工程图绘制履带的工程图如图11所示，分别绘制了履带的主视图和剖视图。图11 履带工程图4.3.4 轴套的工程图绘制轴套的工程图如图12所示，分别绘制了轴套的主视图和左视图。图12 轴套工程图4.3.5 行走机构的装配工程图绘制动力机构安装在机架上，输出扭矩通过传动轴驱动主动齿轮转动，轴和齿轮之间通过键连接传递扭矩。通过齿轮和履带进行啮合，驱动履带行走。与主动齿轮对应的另一端安装从动齿轮，机架上部和下部安装有从动圆柱小齿轮，增强行走机构的柔性。如图13所示，为行走机构的整体装配工程图。图13 行走机构总装工程图