挖掘机回转机构毕业设计

斗容1m3挖掘机回转机构设计

2015 年 6 月

摘要

近年来，我国的基建工程有日益增多的趋势，国家也要大力发展基建工程来拉动经济增长，而挖掘机作为土方施工必不可少的机械设备，将在我国的基础设施建设方面发挥举足轻重的作用。

挖掘机在进行作业时，其回转机构要承受轴向载荷，径向载荷，和倾覆力矩，对其刚度，强度与稳定性就有一定的要求。所以，挖掘机的回转系统对保持挖掘机整体的稳定性方面有重要作用，对挖掘机回转系统的研究有助于国家发展各种不同类型的挖掘机。

针对斗容1m3挖掘机的回转系统，我进行了驱动方案分析，回转支承选型设计，回转速度控制及制动方案与制动器设计，回转系统各部件的受力校核及选型，还采用了有限元方法来进行优化设计。

国内的挖掘机厂商对国内市场的把握还不够大，对挖掘机回转系统的不断优化对国内厂商制造更大更多类型的挖掘机有重要的意义。

关键词：机械设备；挖掘机；回转机构设计；有限元

第一章绪论

1.1 液压挖掘机及其回转机构介绍

液压挖掘机是一种多功能周期作业的土方机械,广泛应用于交通运输，水利工程，矿山采掘和电力工程等机械施工中。它的工作过程先是以铲斗的切割刃切削

土壤，装满后再提升、回转至卸土位置，把土卸空后铲斗再回原来位置开始下一次作业，如此循环。

所以挖掘机对于对于减轻工人繁重的体力劳动，加快施工进度，提高施工机械化水平，促进各项建设事业的发展，都起着很大的作用。一台斗容1m3挖掘机每班的生产率基本上等于300-400个工人一天的工作量。所以很有必要大力发展液压挖掘机，提高其工作性能，让其更好地提高生产率，为国民建设与国民经济服务。

挖掘机的回转系统由回转支承、回转机构、转台和液压回转系统等组成。回转支承的内外座圈间设有滚动体，其底座跟带齿的内座之间用螺栓连接，外座圈跟转台用螺栓连接。挖掘机工作装置上的各种载荷与力矩经过回转支承传给底架。回转机构的小齿轮既能绕自身自转又能绕转台中心公转，带动转台绕底架回转，相当于行星机构。

1.2国内外发展概况

工国外发达国家在挖掘机技术上一直处于领先优势，他们从20世纪80年代就开始生产特大型挖掘机，例如，美国生产的斗容132m³的步行式拉铲挖掘机，斗容50-150m³剥离用挖掘机；B-E（布比赛路斯-伊利）公司生产的斗容量107m ³的剥离用挖掘机，斗容量168.2m³的步行式拉铲挖掘机等。从20世纪后期开始，国际上挖掘机的生产向微型化、多功能化、大型化、专用化和自动化的方向发展。

国内的挖掘机生产商虽然要有很强的创新意识，并且要针对市场与用户的各种要求来开发出新一代挖掘机的变型产品（如高原型车、焊接车等），争取步入大型挖掘机市场，不能只依靠国外进口，把握市场方向。同时，国内的厂商要提高用户服务，树立良好的品牌形象，力求企业与用户实现双赢局面。只有这样，国内厂商才可能慢慢把失去的市场份额夺过来。

1.3 本设计的目的和意义

目前我国及发展中国家的基础工程建设相当多，挖掘机的产销量很大。作为工程机械应用专业的学生，通过此设计，可以很全面地掌握挖掘机的构造和作业环境及要求；掌握产品设计思路与方法；锻炼其综合运用机械类基础知识解决实

际问题的能力和提高对计算机软件的应用水平；本设计要求完成上台车回转机构方案设计及结构设计。

研究内容包括，驱动方案分析确定，传动设计，回转支承选型设计，回转速度控制及制动方案与制动器设计。

1.3研究的基本思路与采用的方法

通过查阅相关资料进行回转马达与回转支承的选型，计算啮合齿轮参数，计算液压系统参数。

结合三维建模及分析修改设计方案及结构参数；标准件或选用总成要完成选型匹配计算，写出具体的型号。

生成二维设计图，按标准要求完成标注、打印出二维设计图；

第二章方案设计

2.1 回转方案选择

1）高速方案：采用高速液压马达，经过齿轮减速箱来带动小齿轮绕齿圈滚动，从而使平台回转。可以使用4种回转方案：

1 一级正齿轮和一级行星齿轮传动

2 两级行星齿轮传动

3 两级正齿轮传动

4 一级正齿轮和两级行星齿轮传动

在高速轴上装了机械制动器，我国目前对一级行星齿轮传动和一级正齿轮和两级行星齿轮传动进行了系列化和专业化生产。

方案优点：马达采用了高速马达，又加了齿轮减速机构，可靠性效率都比较高，同时又能降低成本缩小体积。设置了机械制动器，不需要背压补油，降低了油液发热与功率损失，可与轴向柱塞泵零件通用。

2）低速方案：这种马达转速比较低，但扭矩比较大，带动小齿轮并让转台回转的时候，中间不用加减速器。这种方案采用的液压马达通常为静力平衡式，内曲线式和星型柱塞式等。不用经过减速器驱动的回转机构多是内曲线式的，而且这种马达转速低，扭矩大。

方案优点：这种马达传动比较简单，起动的时候制动性能也比较好，零件比

较少，可靠性比较好，对油污的敏感性也比较小。

为了经济性、可靠性和效率，选用了方案2。

2.2 回转机构齿轮啮合方案的确定

内齿式齿轮啮合结构紧凑能节省尺寸，受外部环境影响小。而外齿式齿轮啮合传动受外部环境影响比较大，比较浪费横向尺寸。所以选用内齿式齿轮啮合传动。

2.3 回转轴承选型

（1）单排滚球式

滚道端面中心d偏滚珠中心而且滚道是圆弧形曲面的，滚道半径R=0.52d，滚珠与滚道接触角α(水平线与作用力的夹角)一般45°，所以可以传各种方向的轴向、径向载荷与倾覆力矩。

（2）双排滚球式

它的滚珠分了2排，下排比上排收到的载荷小，所以下排滚珠比较小。接触角α(水平线与作用力的夹角)=90°，所以能承受很大的轴向载荷与倾覆力矩。

（3）交叉滚柱式

滚动体做成了圆锥或圆柱形，接触角常为45°，相邻滚珠轴线交叉排列，滚道做成平面的，可以传递各种方向的载荷与力矩。

（4）组合滚子式

跟双排滚珠式类似，带第三排滚珠直于上、下两排滚柱，能传递径向载荷。主要用在直径与受到的载荷都比较大的大型的液压挖掘机上。

现实应用最广泛的是上述（1）（2）（3）3种。

纵观液压挖掘机回转支承发展历程，开始采用的双排异径球式，后来发展成用单排交叉滚柱式，近来单排四点接触球式得到了迅速的发展。对比这三种回转支承，单排四点接触球式的全部滚动体都能同时分担载荷，而另外两种只有一般滚动体可以承受载荷，所以其静容量远超另外两种。

综合以上结论，此次的液压挖掘机回转轴承的选型选用单排四点接触球式滚动轴承式，