解之得.斗杆油缸作用力的求解向量在轴上的模值如图.所示，取斗杆铲斗和连杆机构为研究对象，则有而此时的斗杆闭锁力.，略大于，说明闭锁力足够。横向挖掘阻力的求解横向挖掘力由回转机构的制动器所承受，即的最大值决定于回转平台的制动力矩。故要先计算出制动力矩。地面附着力矩其中.在所设计的液压挖掘机中采用的是液压制动，由经验公式可求得回转机构的最大制动力矩.点作用力与作用力矩的求解取连杆机构为研究对象，如图.所示，则有摇臂连杆铲斗油缸的推力连杆的作用力摇臂的作用力图.连杆机构计算简图由式可解得如图.所示，取整个铲斗为研究对象，以点为新坐标的原点，为轴，过点与垂直的直线为，建立坐标，则有..点作用力与作用力矩的求解取曲柄和连杆为研究对象，如图.所示，则有摇臂连杆铲斗油缸的推力连杆的作用力摇臂的作用力沿连线上的分力摇臂的作用力沿连线垂直方向上的分力.斗杆内力图的绘制根据危险工况求出的斗杆所受到的力和力矩，可以绘制出在危险工况下的内力图，如图所示。图.第工况下斗杆的图图.第工况下斗杆的图图.第工况下斗杆的图图.第工况下斗杆的图图.第工况下斗杆的图图.第工况下斗杆的图结构尺寸的计算由图.图.图.可知在通过点且与斗杆下底板垂直的截面所受到的应力最大，是危险截面。故首先要对该截面进行计算，然后以此为基础再求解其它尺寸。．斗杆宽度钢板厚度许用应力的选取由经验统计和其它同斗容机型的测绘，处取斗杆的宽度。挖掘机所用钢板的厚度在我国般为，初选底板厚度如图.所示。为斗杆侧板的厚度为斗杆底板和顶板的厚度为底板的宽度图.在挖掘机中选用的结构钢材般为，其有足够大的屈服极限和良好的机械性能。屈服极限。在斗杆中取安全系数，则斗杆的许用安全应力为．斗杆危险截面处高度的计算危险截面的有效面积该截面对轴的惯性矩该截面对轴的惯性距横截面总面积该危险截面所受到的正应力该截面所受到的最大弯曲正应力则截面所受到轴向拉应力与弯曲应力合成后有由于剪应力的大小相对于弯矩所产生的弯曲正应力要小得多，为简化计算，在计算中剪应力忽略不计，仅在校核中用，则有由式解得。有了危险截面的结构尺寸，再结合前面的基本尺寸，就可以利用软件将斗杆绘制出来。这样斗杆的所有尺寸已经基本确定。二动臂结构设计同斗杆的受力分析及结构计算样，首先还是要分析计算动臂可能出现最大应力的工况，找出在该工况下的危险截面并计算其尺寸。再以此为基础就可以计算出动臂上的其他尺寸。危险工况受力分析根据受力分析和以往的实验表明,在动臂上出现最大载荷的工况应满足以下条件动臂油缸全缩。在同条直线上，其连线与轴垂直。铲斗挖掘时，斗边点遇到障碍。该工况也就是最大挖掘深度工况，具体工作装置简图如.所示。摇臂连杆动臂下铰点动臂油缸下铰点动臂与动臂油缸铰点动臂上铰点斗杆油缸上铰点斗杆下铰点铲斗油缸下铰点铲斗下铰点铲斗上铰点铲斗斗齿尖图.第工况位置工作装置简图的求解由于在同条直线上，连杆机构的传动比不变，而铲斗的重力绕点所产生的力矩相对于铲斗油缸对点所产生的力矩而言可以忽略不计，故的值与前面两工况样，。的求解在此工况下时,而前面的计算中已经得出取整个工作装置为研究对象，则有求得为负值，在此工况中铲斗油缸的挖掘力不能得到最大的发挥。故需要转动铰点直到铲斗油缸发挥最大挖掘力为止。由计算知当点纵坐标即时，铲斗油缸能发挥最大的挖掘力。摇臂连杆动臂下铰点动臂油缸下铰点动臂与动臂油缸铰点动臂上铰点斗杆油缸上铰点斗杆下铰点铲斗油缸下铰点铲斗下铰点铲斗上铰点铲斗斗齿尖图.实际工作时第工况位置工作装置简图此工况是第Ⅰ工况下转动斗杆油缸而得的。除第点中的连线与轴垂直修改成外，其他条件均不变，如图.所示。在此工况中，动臂油缸全缩，由前面的计算有则解之在中，由几何关系则有解得,而则由图.可知与的求解由于挖掘时为铲斗油缸工作，而又在同条直线上，故的值仍与前面的计算样，。工作装置各部分受到的重力对点的矩取整个工作装置为研究对象，则有也就是说此时仅是动臂与铲斗油缸进行挖掘。动臂铰点作用力的求取取斗杆铲斗连杆机构为研究对象，则有方向与轴平行，在轴的正方向上。铰点的求解对上下动臂附加弯矩与扭矩的求解与的夹角为，与的夹角为,则在坐标系上沿坐标轴的分力则所产生的横向弯矩则所产生的附加横向弯矩所产生的附加横向扭矩在坐标系上沿坐标轴的分力为则所产生的附加横向弯矩所产生的附加扭矩内力图和弯矩图的求解上动臂所受到的轴向力上动臂所受到的剪力上动臂所受到的轴向弯矩下动臂所受到的轴向力下动臂所受到的剪力下动臂所受到的轴向弯矩由计算可以得出动臂在危险工况中的内力图和弯矩图如图.所示。动臂下铰点动臂与动臂油缸铰点动臂油缸下铰点.危险工况下图动臂下铰点动臂与动臂油缸铰点动臂油缸下铰点.危险工况下图动臂下铰点动臂与动臂油缸铰点动臂油缸下铰点.危险工况下图结构尺寸计算由内力弯矩图分析知在动臂拐点处所受到的应力可能最大，是危险截面。因此我们首先要选择该截面进行计算，然后再以此为基础，就可以用作图法或计算得到动臂的其它结构尺寸。由现场测绘和经验统计，初步选择动臂底板的宽度底板的厚度由于上动臂所受的载荷较大，故取上动臂侧板的厚度，而下动臂所受的载荷相对要小，为方便制造与装配，选择下动臂的侧板的厚度也为。许用应力的选取动臂钢板所选的材料为挖掘机中所普遍采用的低合金结构钢，其屈服极限，并初选安全系数则许用应力应力的计算与危险截面尺寸的求取危险截面所围成的面积危险截面所围成的有效面积则上动臂的有效面积下动臂的有效面积上动臂危险截面对轴的惯性矩下动臂危险截面对轴的惯性矩上动臂危险截面对轴的惯性矩同理下动臂危险截面对轴的惯性矩上动臂危险截面中拉伸轴向力所产生的正应力弯曲所产生的正应力由应力的合成有解之得到危险截面的尺寸后，利用作图法结合前面计算出来的尺寸就可以绘制出动臂图，从而也就得到了整个动臂的尺寸。三铲斗的设计铲斗斗形尺寸的设计反铲铲斗的斗形与尺寸，有较常用的经验统计公式，用户可以根据实际需要进行配制。根据经验公式和现场测绘，可以求得其中的未知参数。由经验公式初选则下底板的斗形方程为上顶板的斗形方程为同理计算出铲斗抛物线部分的方程为铲斗斗齿的结构计算铲斗的结构设计按最大弯矩进行设计,由力学分析知在与铲斗斗体连接处的弯矩最大,如图.所示，由公式有斗齿厚度斗齿宽度挖掘阻力斗齿尖到斗体的距离铲斗的厚度斗齿的许用应力代入值解得斗齿厚度挖掘阻力斗齿尖到斗体的距离铲斗的厚度.斗齿计算简图铲斗的绘制在铲斗的尺寸确定后，就可以用软件进行绘制，绘制出的三维立体图的各视图如图.所示.铲斗三维视图的主视图.铲斗三维视图的左视图.铲斗三维视图的仰视图七销轴与衬套的设计销轴的设计由于销轴与衬套的配合间隙较小，故以剪应力强度作为销轴的基本尺寸的设计，抗压强度与抗弯强度用于校核用。由有在设计计算时，应以所有工况中销轴所受到的剪应力最大值对销轴进行设计。在本设计中，销轴所选用的材料为，其耐磨，在热处理后有着良好的综合机械性能。由于销轴在重载的较恶劣工况中工作，故选择。代入式有动臂各销轴的尺寸斗杆各销轴的尺寸二销轴用螺栓的设计螺栓选用的直径由销轴的直径不同分别选择两种系列的螺栓。三衬套的设计为使衬套耐磨减震与润滑性能好，选择衬套的材料为。衬套的厚度选择为，与销轴和圆筒分别采用间隙和过盈配合，如图.。则各销轴的尺寸为.衬套动臂各衬套的尺寸斗杆各衬套的尺寸八总结本次设计是在施工现场对液压小型挖掘机进行测绘的基础上，利用经验统计公式旋转矢量法及力学计算，以机重为的挖掘机工作装置为对象，进行了以下设计工作在现场测绘的基础上，结合经验公式进行了挖掘机工作装置的总体设计，并用旋转适量法对工作装置进行了运动学分析。用比例法和经验公式计算选择出工作装置各部分的基本尺寸。以上下动臂斗杆分别建立起三个新的坐标系，利用已经计算出的基本尺寸，对工作装置的各部分分别进行了力学分析。绘制出了工作装置斗杆和动臂的内力和弯矩图，选出了危险截面并计算出其结构尺寸。利用成熟的经验公式，选择出铲斗的斗形参数，并对铲斗斗齿进行力学分析以计算出其结构尺寸。对销轴和衬套进行了选材和尺寸的计算，并对其紧固的标准件进行了选型。挖掘机工作装置是挖掘机的核心部分，其结构的力学分析和计算十分复杂，难度也很大，设计不仅涉及到数学力学材料公差机械制造等方面的知识，还涉及到计算绘图文字分析表达等方面的综合实际能力。工作量之大，涉及面之广，都是前所未有的。而作者本身的知识面和能力都有限，不足之处还望各位老师同学指正，以使设计不断完善。九参考文献同济大学，太原重型机械学院.单斗液压挖掘机.北京中国建筑工业出版社.金海薇.液压挖掘机反铲工作装置研究.沈阳辽宁工程技术大学，刘本学.液压挖掘机反铲工作装置的有限元分析.西安长安大学高衡张全根主编.液压挖掘机.北京中国建筑工业出版社，.，成大先主编.机械设计手册.连接与紧固.北京化学工业出版社，.胡传鼎编著.机械制图画法范例.北京化学工业出版社，.，杨晓辉主编.简明机械实用手册.北京科学出版社，.，范厚军主编.紧固件手册.南昌江西科学出版社，.，机械设计手册编委会.机械设计手册第卷.北京机械工业出版社，.，徐灏主编.机械设计手册.北京机械工业出版