多功能發(fā)動機(jī)拆裝試驗臺

1、目 錄1緒論11.1選題的意義和目的及其國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.2本課題研究的關(guān)鍵問題及解決思路11.3方案的確定12設(shè)計方案的選擇22.1設(shè)計類型22.2設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)23蝸輪蝸桿減速機(jī)的設(shè)計23.1選擇材料確定其許用應(yīng)力23.2確定其許用應(yīng)力23.3選擇蝸桿頭數(shù)，并估計傳動效率23.4確定使用系數(shù)，綜合彈性系數(shù)23.5確定接觸系數(shù)23.6計算中心距23.7確定參數(shù)23.8計算蝸輪和蝸桿的主要參數(shù)與幾何尺寸23.9校核齒根彎曲疲勞強度34各個軸的設(shè)計及校核34.1蝸桿軸的設(shè)計34.2蝸輪軸的設(shè)計54.3固定盤上螺栓的校核65萬向輪的設(shè)計65.1選用標(biāo)準(zhǔn)65.2材料選用和熱處理75.3車輪外觀質(zhì)量要求7

2、5.4安裝方式75.5橫軸的力學(xué)性能參數(shù)75.6萬向輪的尺寸參數(shù)76各滾動軸承的選擇77支撐架及其底座的設(shè)計88蝸輪蝸桿箱體的設(shè)計99密封和潤滑910結(jié)論10致謝11參考文獻(xiàn)121緒論1.1選題的意義和目的及其國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，許多地方要對汽車（拖拉機(jī)）發(fā)動機(jī)進(jìn)行拆裝時,是用木板墊地人力翻轉(zhuǎn)對發(fā)動機(jī)進(jìn)行拆裝的,拆裝起來費時、費力、效率低,發(fā)動機(jī)支承不穩(wěn)還容易傾倒傷人,而且在拆裝過程中觀察發(fā)動機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)很不方便，特別是對于實驗、實訓(xùn)教學(xué)來說不夠?qū)嵱?。為此，急需研究出適合汽車運用技術(shù)專業(yè)實訓(xùn)教學(xué)的發(fā)動機(jī)翻轉(zhuǎn)架，它應(yīng)集發(fā)動機(jī)的拆卸、組裝、調(diào)試、大修、起動、故障設(shè)置及診斷、排除、檢測等功能為一體。

3、現(xiàn)在國內(nèi)外對汽車發(fā)動機(jī)翻轉(zhuǎn)架功能的改造和技術(shù)提升并無大的進(jìn)展。而國內(nèi)的發(fā)動機(jī)翻轉(zhuǎn)架有固定式的和移動式的兩種。固定式汽車發(fā)動機(jī)翻轉(zhuǎn)架，發(fā)動機(jī)能夠在翻轉(zhuǎn)架上翻轉(zhuǎn)、起動并運轉(zhuǎn)，但需澆注混凝土，固定時費工費時，不能在短時間內(nèi)投入使用，且不能移動，限制了實驗室的調(diào)整。另外，油、水、工件、工具易落地，達(dá)不到衛(wèi)生清潔的起碼要求，也不便于檢測和排除故障。移動式汽車發(fā)動機(jī)翻轉(zhuǎn)架，雖然能夠移動，但發(fā)動機(jī)只能在翻轉(zhuǎn)架上翻轉(zhuǎn)，不能起動、運轉(zhuǎn)，無法對發(fā)動機(jī)進(jìn)行檢測、故障設(shè)置和故障診斷與排除2。1.2本課題研究的關(guān)鍵問題及解決思路通過大量的查閱資料,從生產(chǎn)實踐和實際出發(fā),制定出總體設(shè)計要求3:（1）發(fā)動機(jī)可沿軸向在360

4、°內(nèi)任意翻轉(zhuǎn)，并可在任意位置鎖止，蝸桿兩端采用雙輪結(jié)構(gòu)，便于對發(fā)動機(jī)進(jìn)行反復(fù)拆卸，組裝和調(diào)試工作。（2）在翻轉(zhuǎn)架上設(shè)置了發(fā)動機(jī)的所有輔助設(shè)施，實現(xiàn)了發(fā)動機(jī)大修、起動等功能。（3）翻轉(zhuǎn)架底部設(shè)置了油盤，克服了工件、工具、油、水落地的問題，保證了文明作業(yè)和安全生產(chǎn)。（4）翻轉(zhuǎn)架上的萬向輪和定位螺銷實現(xiàn)了整體任意移動和定點作業(yè)的要求，同時方便了實驗室的調(diào)整。1.3方案的確定通過查找資料，集思廣益，此翻轉(zhuǎn)架能滿足一定型號發(fā)動機(jī)的維修、啟動、移動。它應(yīng)包括翻轉(zhuǎn)架、支撐座、軸承、底座、車輪、手輪、蝸輪蝸桿減速機(jī)、車架、定位銷、油盤。該翻轉(zhuǎn)架利用蝸輪蝸桿的減速原理和自鎖功能，以及萬向輪的多方位移動

5、功能?？稍诖笥诨虻扔?60°范圍任意翻轉(zhuǎn)和隨意鎖止，發(fā)動機(jī)重力通過翻轉(zhuǎn)架殼體形成力的平衡，保證了翻轉(zhuǎn)架的穩(wěn)定性。在通用性方面，底座中間設(shè)置一橫向?qū)к?，采用一端固定支柱可在?dǎo)軌上以橫向移動，改變工作長度。利用油盤防止了油、水、工件、工具的落地，采用萬向輪、固定支點，實現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)架可任意移動和定點作業(yè)的功能。還包括與翻轉(zhuǎn)架的轉(zhuǎn)軸連接的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)及其發(fā)動機(jī)的固定裝置。圖1-1總裝圖如下：1.支承軸；2.滾動軸承；3.萬向輪；4.機(jī)架；5.蝸輪蝸桿減速機(jī)；6.固定盤 圖1-1 多功能發(fā)動機(jī)翻轉(zhuǎn)架總裝圖2設(shè)計方案的選擇經(jīng)過多次的討論和研究，確定發(fā)動機(jī)翻轉(zhuǎn)架的總體結(jié)構(gòu)，包蝸輪蝸桿減速器、萬向輪、支承

6、架及其底座等。2.1設(shè)計類型本課題所研究的發(fā)動機(jī)翻轉(zhuǎn)架底部安裝有萬向輪可以使機(jī)架整體任意移動和定點作業(yè)，并能自鎖。翻轉(zhuǎn)架的支撐架底座中間設(shè)置一對橫向?qū)к?，采用一端固定支柱可在?dǎo)軌上以橫向移動，改變工作長度。2.2設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)實際測量BJ212發(fā)動機(jī)的長和寬，確定整個機(jī)架的大小和計算各軸的剛度和撓度。確定本機(jī)架適合中小型以下發(fā)動機(jī)的拆裝。3蝸輪蝸桿減速機(jī)的設(shè)計3.1選擇材料確定其許用應(yīng)力蝸桿用45號鋼，表面淬火，調(diào)質(zhì)處理，適用于低速輕載傳動,硬度為4555HRC；蝸輪用HT200，適用于低速輕載傳動（V2m/s）。3.2確定其許用應(yīng)力（1）許用接觸應(yīng)力，查機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 表12-4，=130Mpa

7、（2）許用彎曲應(yīng)力，查機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)12-6，=47Mpa3.3選擇蝸桿頭數(shù)，并估計傳動效率。當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于嚙合輪齒間的當(dāng)量摩擦角時即在，機(jī)構(gòu)具有自鎖性，可實現(xiàn)反向自鎖4。查非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備設(shè)計手冊取i=40,得由=40，查機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)，表12-8，估計3.4確定使用系數(shù)，綜合彈性系數(shù)查機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 表13-8、11-4，?。ㄤ撆浠诣T鐵）3.5確定接觸系數(shù)假定，由文獻(xiàn)1圖12-11，得=2.73.6計算中心距（3-1）3.7確定參數(shù) 確定模數(shù)m，蝸桿直徑系數(shù)q，蝸桿導(dǎo)程角r，中心距a，蝸桿分度圓直徑等參數(shù)。查機(jī)械設(shè)計第八版表11-2可選擇a=130mm m=5mm=50mm x=-0.53.8計算

8、蝸輪和蝸桿的主要參數(shù)與幾何尺寸蝸桿主要參數(shù)與幾何尺寸5軸向齒距mm（3-2）齒頂圓直徑（3-3）齒根圓直徑 （3-4） 蝸桿軸向齒厚（3-5）節(jié)圓直徑 （3-6）蝸輪主要參數(shù)與幾何尺寸蝸輪齒數(shù)=40，變位系數(shù)=-0.5蝸輪分度圓直徑 （3-7）蝸輪齒頂圓直徑（3-8）蝸輪齒根圓直徑 （3-9）蝸輪咽喉母圓直徑（3-10）外圓直徑（3-11）蝸輪齒寬B=0.75d13.9校核齒根彎曲疲勞強度（3-12） 選取當(dāng)量系數(shù) （3-13）根據(jù)變位系數(shù)=-0.5，=43.48 查機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 圖11-19中查得齒形系數(shù)為 =2.87。螺旋角系數(shù) =（3-14）許用彎曲應(yīng)力 =查機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ) 表11-8中查

9、得由鑄錫磷青銅制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力為=47Mpa。由此可見彎曲強度是可以滿足的。4各個軸的設(shè)計及校核4.1蝸桿軸的設(shè)計由于蝸桿直徑很小，可以將蝸桿和蝸桿軸做成一體，即做成蝸桿軸。蝸桿上的轉(zhuǎn)矩 蝸輪上的轉(zhuǎn)矩求作用在蝸桿及蝸輪上的力圓周力：軸向力：徑向力：圓周力徑向力以及軸向力的作用方向如圖所示圖4-1 圓周力、徑向力、以及軸向力方向圖4.1.3蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計擬定蝸桿上零件的裝配方案6蝸桿是直接和軸做成一體的，左軸承及軸承端蓋從左面裝，右軸承及右端蓋從右面裝。根據(jù)軸向和周向定位要求，確定各段直徑和長度，軸徑最小d =30mm，B（11+0.06）m=67mm，蝸桿齒寬B計算選為70mm。

10、其余部分尺寸見下圖：圖4-2 蝸桿軸4.1.4蝸桿軸的校核（1）垂直面的支承反力（圖b） （4-1） (4-2)（2）水平面的支承反力（圖c） (4-3)（3）繪垂直面的彎矩圖（圖b） (4-4)（4）繪水平面的彎矩圖（圖c）（5）求合成彎矩（圖d） (4-5)（6）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度根據(jù)機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)15-5及以上數(shù)據(jù)，并取=0.6，軸的計算應(yīng)力前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)2表15-1查得。因此<，故安全。由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強度很寬裕地確定的，由蝸桿軸受力情況知截面C處應(yīng)力最大，但其軸徑也較大，且應(yīng)力集中不大，各處應(yīng)力集中都不大，故蝸桿軸疲勞強度不必校核。圖4

11、-3各彎矩圖4.2蝸輪軸的設(shè)計BJ212發(fā)動機(jī)的自重(包括油、水，不包括離合器)300kg；發(fā)動機(jī)的總長度（包括飛輪殼）1000mm。發(fā)動機(jī)中心與立柱之間的距離=500mm。根據(jù)以上條件和固定軸所承受的載荷，校驗蝸輪軸的直徑為： (4-6) (4-7)考慮到發(fā)送機(jī)運轉(zhuǎn)時的共振，實際取d=80mm>校驗。軸的材料：軸的材料主要是碳剛和合金剛。由于支承軸承載較大的彎矩，相對剪切應(yīng)力較大，同時也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，所以本設(shè)計采用40Cr鋼作為軸的材料。軸上零件的定位為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向或周向的相對運動，軸上零件除了有游動或空轉(zhuǎn)的要求者外，都必須進(jìn)

12、行軸向和周向定位，以保證其準(zhǔn)確的工作位置。軸的校核按扭轉(zhuǎn)強度計算，用于只承受轉(zhuǎn)矩的傳動軸的精確計算，也可用于既受彎矩又受扭矩的軸的計算。其強度條件為：式中：為軸的扭切應(yīng)力，；為轉(zhuǎn)矩，；為抗扭截面系數(shù)，；為傳遞的功率，；為軸的轉(zhuǎn)速，；為軸的直徑，；為許用扭切應(yīng)力，。在本課題中，需要人手搖手輪傳遞功率0.05，根據(jù)實際工作條件需要轉(zhuǎn)速，把相關(guān)的數(shù)據(jù)帶入公式中得：由于蝸輪軸的選材為40Cr號鋼，所以查表可知40Cr號鋼的許用扭切應(yīng)力為，。經(jīng)校核設(shè)計的軸符合要求，可以正常工作。4.3固定盤上螺栓的校核固定盤與發(fā)動機(jī)連接端螺孔采用4支螺栓連接。因螺栓主要受剪力Q作用,所以螺栓直徑d可只按許用剪切算出。由

13、于,，所以。在實際使用中,考慮到螺栓受多重因素的影響和需足夠的可靠性,所以選取d=20mm,取直徑相當(dāng)?shù)腗20螺栓即可7。蝸輪軸尺寸如下圖：圖4-3 蝸輪軸5萬向輪的設(shè)計5.1選用標(biāo)準(zhǔn)萬向輪承受的總質(zhì)量G為發(fā)動機(jī)質(zhì)量和翻轉(zhuǎn)架自重之和。<300Kg，<100Kg，所以<400Kg。以萬向輪平均受力分析，每個輪的受力100Kg。因此，選用承重100Kg的 中 型平板萬向腳輪既可滿足使用要求。前后輪：工業(yè)腳輪（GB/T14688-93）5.2材料選用和熱處理（1）鑄鐵本體，橡膠外緣。機(jī)械設(shè)計實用手冊（11.2，小車輪）（2）輪架采用35圓鋼和Q255-A板拼焊，軸熱處理HRC35-

14、40。（3）橫向輪軸用45圓鋼，調(diào)質(zhì)處理HRC28-42。（4）萬向輪上的上板用45鋼板熱處理HRC40-45輪架用35圓鋼、35平板和Q235-A立板組焊，35圓鋼和平板熱處理HRC25-40。5.3車輪外觀質(zhì)量要求所有金屬零件表面均應(yīng)采取有效方法防止銹蝕，所有零件不應(yīng)有影響使用的缺陷。5.4安裝方式安裝方式：跨軸式安裝。5.5橫軸的力學(xué)性能參數(shù)表5-1 心軸的力學(xué)性能參數(shù) 單位(MP)硬度HBS抗拉強度屈服強度極限彎曲疲勞極限剪切疲勞極限許用彎曲應(yīng)力170-21059029525514055與軸承配合處表面粗糙度3.2從而保證配合的精度。5.6萬向輪的尺寸參數(shù)表5-2 萬向輪的基本參數(shù)單位

15、（mm）DLHEd1abd2ABW/N10030125201680609115851000圖5-1萬向輪的安裝示意圖6各滾動軸承的選擇選用標(biāo)準(zhǔn)： 深溝球軸承 (GB/T276-1994) 蝸輪軸上的軸承，以及移動支架上軸承主要承受徑向載荷，深溝球軸承滿足需要。各軸承的主要參數(shù):本設(shè)計中有四處使用到了軸承，一處是在蝸桿軸，已知此處軸徑d=30mm，所以選內(nèi)徑為30mm的軸承，在機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊中選擇深溝球軸承；查表6-1，選擇型號為6006的軸承。第二處是在蝸輪軸；已知此處軸徑為d=80mm，所以選內(nèi)徑為80mm的軸承，在機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊中選擇深溝球軸承軸承；查表6-1，選擇型號為601

16、6的軸承。第三處是在底座的支撐架上，根據(jù)載荷的大小選擇型號為 6210 的軸承。表6-1 各軸承的參數(shù)參數(shù)名稱dDB蝸桿軸軸承6006305513蝸輪軸軸 60168012522底架軸承 6210901620圖6-1 軸承零件圖7支撐架及其底座的設(shè)計機(jī)架除了支撐著發(fā)動機(jī)的全部重量(包括油、水)，還有蝸輪蝸桿減速機(jī)的重量，在發(fā)動機(jī)啟動時同時受著復(fù)雜的受載狀態(tài)，因此機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計，不僅要滿足剛度、抗彎的強度，還要使結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、穩(wěn)定性好。槽鋼的矩形截面的具有一定得抗彎強度和抗扭強度。工字鋼的工字型截面的抗彎強度最高，而抗扭強度最低，適合于受彎為主的機(jī)架。底座框架采用槽鋼焊接，用工字鋼焊接于框架內(nèi)，

17、作為固定梁。各鋼材參數(shù)如下表：表7-1 6001鋼材的主要參數(shù)參數(shù)型號hbdtr槽鋼100485.38.58.5工字鋼100684.57.66.5 圖7-1 機(jī)架總裝圖示意圖8蝸輪蝸桿箱體的設(shè)計名稱符號蝸輪蝸桿減速器選用箱座壁厚0.02a+1812箱蓋壁厚0.02a+1812箱蓋凸緣厚度B11.514箱座凸緣厚度b1.514箱座第底凸緣厚度B22.520地腳螺釘直徑df0.036a+12M16地腳螺釘數(shù)目n=250時，n=44軸承旁聯(lián)結(jié)螺栓直徑d10.75 df蓋與座聯(lián)結(jié)螺栓直徑d2(0.5-0.6) dfM10聯(lián)結(jié)螺栓d2間距150-200144軸承端蓋螺釘直徑D3(0.4-0.5)dfM8

18、定位銷直徑d(0.7-0.8) df至外箱壁距離-26、22、16軸承旁凸臺半徑-20凸臺高度h45鑄造過渡尺寸x,y-x=3,y=15r=5蝸輪頂圓與內(nèi)箱壁距離>1.212蝸輪輪轂端面與內(nèi)壁距離>15箱蓋、箱座肋厚m1,mm10.85,m=0.85m1=10,m=10軸承端蓋外徑D2D+(5-5.5)d3160軸承旁聯(lián)結(jié)螺栓距離SSD21259密封和潤滑1.由于本設(shè)計蝸桿減速器才用的是鋼蝸桿配鑄鐵蝸輪，工作平穩(wěn)，磨損較小對于軸承的潤滑，由于轉(zhuǎn)速不高，均采用油脂潤滑。2.對于軸承的密封設(shè)計采用了軸承端蓋還在其中加入了密封圈。蝸桿軸承端一邊用悶端蓋，一邊用唇形密封圈。蝸輪軸軸承一邊用悶端蓋，一邊用氈圈。整個箱體是密封的。10結(jié)論多功能發(fā)動機(jī)翻轉(zhuǎn)架的使用，改變了就地或在工作臺上解體、組裝發(fā)動機(jī)等不理想的拆裝方式。由于多功能發(fā)動機(jī)翻轉(zhuǎn)架與移動臺架能夠自由移動，從而可以任意組合、調(diào)整工作場地的使用范圍，提高了發(fā)動機(jī)和移動臺架的利用率。使用