【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 但地面適應(yīng)性不夠好；履帶式移動(dòng)結(jié)構(gòu)地面適應(yīng)性很強(qiáng)，但行進(jìn)速度較慢；腿式移動(dòng)機(jī)構(gòu)則發(fā)展還不成熟。由于本課題要求小車要有一定的越障能力，但對(duì)其行駛速度沒(méi)有過(guò)高要求，所以本課題擬采用履帶式移動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)采集車。 論文的章節(jié)安排如下： 第 1章 ： 介紹課題研究背景和意義， 分析國(guó)內(nèi)外研究 現(xiàn)狀，初步確定設(shè)計(jì)方案。 第 2章 ：地震采集車的總體方案設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)依據(jù) 第 3 章 ：采集車具體零部件的設(shè)計(jì) 第 4 章：采集車運(yùn)動(dòng)的力學(xué)分析 第 5 章：地震檢波器的插置結(jié)構(gòu)選擇與設(shè)計(jì) 本章小結(jié) 本章主要闡述了課題的研究背景喝意義，介紹國(guó)內(nèi)外的研究的現(xiàn)狀，并且對(duì)論文結(jié)構(gòu)進(jìn)行了劃分。 第 4 頁(yè) 2 地震采集車的總體設(shè)計(jì)方案 本課題要解決的基本問(wèn)題 本課題擬設(shè)計(jì)一種便攜式的小型采集車，能夠在復(fù)雜的地面上行駛。其設(shè)計(jì)要求如下： （ 1）采集車運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定 采集車運(yùn)行于野外路況相對(duì)復(fù)雜的環(huán)境中，要具有一定的爬坡及越障能 力，運(yùn)動(dòng)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)的確定 為了有效采集地震波，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(gè)插置機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)檢波器向地下插置。 本課題擬采用的設(shè)計(jì)方案 產(chǎn)品的主要技術(shù)要求 主要針對(duì)履帶移動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，要求采集車輕便、可靠，便于攜帶。 設(shè)計(jì)要求采集車 要有較好的 地面 通過(guò)性， 接地比壓不能過(guò)高 ，有一定的越障能力，可安全通過(guò)沙土地。關(guān)鍵技術(shù)主要是履帶結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和具體零件的選型和校核。 總體方案的構(gòu)想 （ 1）地 震采集車的總體方案構(gòu)想 針對(duì)課題要求，采集車要有一定的越障和爬坡能力，則 運(yùn)動(dòng)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)，履帶式結(jié)構(gòu)的越障能力更強(qiáng)并且地面適應(yīng)性更好，而且目前技術(shù)比較成熟。 （ 2）檢波器插置裝置問(wèn)題的解決方案 本課題關(guān)鍵要解決的問(wèn)題是檢波器的插置，根據(jù) 題目要求檢波器需要插入地下 10cm 以上并可實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，需要克服較大的土壤阻力， 電動(dòng)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(dòng)較易實(shí)現(xiàn)。 方案選擇依據(jù) 履帶 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)： （ 1） 接地 面積大 ，接地比壓小。 （ 2） 機(jī)動(dòng)性 強(qiáng)，爬坡越障能力好 。 （ 3） 牽引附著性能好， 穩(wěn)定性高。 第 5 頁(yè) （ 4）橡膠履帶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，可更換，易于維修。 電動(dòng)推桿 檢波器的插置有很多種方法 ，常見(jiàn)有 液壓氣壓 機(jī)構(gòu)、 導(dǎo)桿滑塊 機(jī)構(gòu)、 連桿結(jié)構(gòu) 、滾珠絲杠機(jī)構(gòu)等。 每種結(jié)構(gòu)都有各自的特點(diǎn)， 運(yùn)用場(chǎng)合也有所差別， 考慮到 本課題設(shè)計(jì)的采集車車身較小，結(jié)構(gòu)要求簡(jiǎn)單， 所以 本課題擬采用 電動(dòng)推桿機(jī)構(gòu)。 電動(dòng)推桿 是一種能夠進(jìn)行往返運(yùn)動(dòng)的 設(shè)備， 通過(guò)電力驅(qū)動(dòng) ，用于各種或簡(jiǎn)單或復(fù) 雜的場(chǎng)合。電動(dòng)推桿一般 作為電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) ，可以實(shí)現(xiàn) 遠(yuǎn)方集中控制或自動(dòng)控制 。電動(dòng)推桿具有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 設(shè)計(jì)精致 、體積小 ，節(jié)省空間。 （ 2） 精度高 ，安全可靠。 （ 3） 完全同步 ， 自鎖性能好 。 （ 4） 電機(jī)直接驅(qū)動(dòng) 。 輪轂電機(jī)技術(shù) 輪轂電機(jī)技術(shù)也就是電機(jī)內(nèi)置車輪技術(shù) ， 它通過(guò)把電機(jī)、傳動(dòng)裝置和制動(dòng)裝置整合到輪轂里從而使得車身的結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。 輪轂電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)： （ 1） 傳動(dòng)部件很少，極大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。 （ 2） 輪轂電機(jī)具備單個(gè)車輪驅(qū)動(dòng)的特性，可以實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)形式。 （ 3） 輪轂電機(jī)布局更加靈活， 不需要太復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) 。 圖 輪轂電機(jī)原理圖 由于車身較小， 用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，難免會(huì)附加一些其他機(jī)械結(jié)構(gòu)，而且線的布置也會(huì)受到履帶的干涉。因此，本次設(shè)計(jì)的 驅(qū)動(dòng)輪 是采用輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 第 6 頁(yè) 設(shè)計(jì)依據(jù) 本設(shè)計(jì)參考了常用履帶設(shè)計(jì)方法，依據(jù)工程機(jī)械履帶底盤設(shè)計(jì)的通用原則，結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，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)原則進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 履帶式行走裝置的組成 與作用 履帶式行走裝置 的作用是： 支承 車身 ，與地面接觸并在上面運(yùn)動(dòng)；將來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩轉(zhuǎn)化為汽車行駛的牽引力；緩沖路面沖擊， 減震。 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。 圖 典型的 履帶行走機(jī)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)圖 履帶式車輛的行駛原理 履帶車輛的行駛過(guò)程是：發(fā)動(dòng)機(jī)輸出 功 經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)到達(dá)驅(qū)動(dòng)輪，轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ?。?qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，上面的輪齒和履帶齒相互嚙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(dòng)從而使車體向前運(yùn)動(dòng)。大多數(shù)的履帶車驅(qū)動(dòng)輪都裝在車體后方已保持車身重心。本設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)輪也裝在后方。 第 7 頁(yè) 圖 履帶車直線行駛受力圖 如圖所示，履帶受到驅(qū)動(dòng)輪傳達(dá)的力矩 qM ，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(shí)，由于力的相互作用可知，土壤對(duì)履帶產(chǎn)生水平反力 qF ，即為驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力大于行走阻力時(shí)，支重輪就會(huì)在履帶上向前滾動(dòng)，從而使車體發(fā)生 位移。 電動(dòng)推桿的工作原理 電動(dòng)推桿內(nèi)部由一系列齒輪構(gòu)成，電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)齒輪變速后帶動(dòng)一對(duì)絲杠螺母。絲杠螺母把電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)，推桿和絲杠相接。電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)最終轉(zhuǎn)化為推桿的直線運(yùn)動(dòng)，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)可控制推桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 第 8 頁(yè) 3 行走裝置各個(gè)部分的設(shè)計(jì) 履帶 履帶的作用 履帶和地面直接接觸，把整個(gè)采集車的重量傳給地面。來(lái)自地面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、橡膠金屬履帶 ，金屬履帶運(yùn)用最廣 。金屬履帶堅(jiān)固可靠，但重量不 輕 ，橡膠履帶雖然強(qiáng)度不及金屬履帶，但卻能大大減輕車身重量。橡膠金屬履帶則結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，性能較好。本課題由于設(shè)計(jì)的車輛較小，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)原則： （ 1）安全設(shè)計(jì)，履帶要滿足使用要求 （ 2）底盤必須質(zhì)量可靠。 （ 3）經(jīng)濟(jì)性原則 。 （ 4） 可行性原則 。 （ 5）滿足使用條件的情況下盡量縮短履帶長(zhǎng)度 本課題選用橡膠履帶 。 履帶尺寸參數(shù)的選擇 h— 表示 履帶高度， 300mm； G— 表示整機(jī)質(zhì)量，初始為 100kg； L履帶支承長(zhǎng)度； L0履帶接地長(zhǎng)度； 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式： 4 9 6071 30 ?? ，取為 500mm。 7 0 16700 ??? 軌距 B： ~ ? mm4163574121 5004121 ）（ ~.~..~. LB ??? () 取 B 為 400mm 第 9 頁(yè) 履帶板寬： ~ ? mm)5 6 01 5 47 0 1800220 ~(.~. ??）（ () 取 b=500mm 節(jié)距 mm)55~47(100)~15(~15 44 ??? Gt ）（ () 取節(jié)距為 50mm。 則設(shè)履帶總長(zhǎng)度為 L39。， 則 mm1400322122 0 ??????????? Δt~ztLL 39。 () 表 履帶參數(shù)表 參數(shù) 數(shù)值 履帶總長(zhǎng)度 1400mm 寬度 200mm 履帶接地長(zhǎng)度 500mm 高度 300mm 驅(qū)動(dòng)輪的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)輪的作用 驅(qū)動(dòng)輪的主要作用傳遞動(dòng)力，把來(lái)自輪轂電機(jī)的動(dòng)力傳給履帶，驅(qū)動(dòng)輪的主要設(shè)計(jì)要求是嚙合要平穩(wěn)，即便受到較大沖擊時(shí)仍能嚙合良好。履帶式工程機(jī)械，多數(shù)是把驅(qū)動(dòng)輪布置在后方，驅(qū)動(dòng)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(shí)應(yīng)有利于增加履帶 的接地長(zhǎng)度。 驅(qū)動(dòng)輪的結(jié)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)輪的輪齒的形狀和它同履帶的嚙合形式有關(guān)。可分為兩種，一種是整體式履帶嚙合的驅(qū)動(dòng)輪，另一種是組合式嚙合的驅(qū)動(dòng)輪。 本文采用的是整體式履帶嚙合的驅(qū)動(dòng)輪，其齒形及具體參數(shù)如圖 第 10 頁(yè) 圖 驅(qū)動(dòng)輪 驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)為一般取 10~15，為使驅(qū)動(dòng)輪不致過(guò)大同保證履帶運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性 ，當(dāng) 節(jié)距 較小時(shí)，齒數(shù)取 較 大值 ，反之取最大值 。 驅(qū)動(dòng)輪的節(jié)距為 mm69~46)15~10( 30 ）（?? GT () G 為 100kg， 0T 的單位為 mm， G 的單位為 kg； 取 T0 =50m； z = 12 驅(qū)動(dòng)輪分度的直徑：zTd ?? 180sin0 式中： z為驅(qū)動(dòng)輪的齒數(shù) ， T0為節(jié)圓的節(jié)距取 為 50mm 代入數(shù)據(jù) 得 d = 200mm。 支重輪 支重輪起支撐車體的的作用，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(gè)支重輪，本設(shè)計(jì)采用 8 個(gè)支重輪。一般 取支重輪直徑 tZ )l.~(D 021? 。 支重輪的直徑 直徑可由公式 dz=(～ 1)d=(～ 1)200=160～ 200mm求得，選為 160mm。 第 11 頁(yè) 支重輪軸強(qiáng)度的校核 支重輪軸直徑為 60mm，長(zhǎng)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)車身總重為 M為 100kg，平均分布在支重輪上 本設(shè)計(jì)一邊有四個(gè)支重輪，每個(gè)支重輪的承重為 4504 ??? 總MM 所以 N125?? mgG 通過(guò) 對(duì)支重輪軸進(jìn)行受力分析，建立 如圖 力學(xué)模型 圖 支重軸受力模型 N /m62 52021 5 ??? .lGq () 畫出彎矩圖： 圖 彎矩圖 N . 2 ?? qlM () 3533z )( ?????? dW ? () kP a147m ax ?? WMσ () 支重輪軸材料為 50Mn，查資料可得： MPa645?b? ； MPa390?s? ； ? 50Mn 為塑性材料，所以 0 s??? ； n 取 2 第 12 頁(yè) ? ? 1952390n s ??? ?? () 由于 ][max σσ ? ， 所以強(qiáng)度符合要求。 導(dǎo)向輪 導(dǎo)向輪位于臺(tái)車架的前部，主要起引導(dǎo)履帶前進(jìn)方向的作用。 正常情況下，導(dǎo)向輪的位置最高點(diǎn)應(yīng)比驅(qū)動(dòng)輪低 10~60mm，這樣的好處是利于上 方的履帶在自身重力作用下下滑 。 導(dǎo)向輪的結(jié)構(gòu)形狀 導(dǎo)向輪兩種，帶齒的和光面的 ， 帶齒導(dǎo)向輪的優(yōu)點(diǎn)是 有較好的側(cè)面導(dǎo)向性 ， 并且具有較小的 越軌危險(xiǎn)性，缺點(diǎn)是不能支撐軌鏈 。 光面導(dǎo)向輪優(yōu)點(diǎn)是有中間擋肩環(huán)， 同時(shí) 兩側(cè)環(huán)面 都能支撐軌鏈，缺點(diǎn)是側(cè)面導(dǎo)