汽车轮胎螺母拆装机的设计

汽车轮胎螺母拆装机 1 汽车 轮胎螺母拆装机 摘 要 应用轮胎螺母拆装机来对汽车螺母的拆装， 随着 汽 车数量日益增长汽车的保养与维修的工作量越来越大虽然建国以来，我国 的汽车保养与维修水平得到很大的提高，然而汽车维修行业的技术水平还是很薄弱的特别是近年来发展极其迅速的许多及类型的保修企业及个体户他们大部分仅有简单的笨重的手工操作 ， 许多发达国家十分重视汽车保修与维修的技术化，专业化，使拆装工作机械化，以提高汽车保修质量和减轻工人劳动强度，在拆装工作中轮胎拆装是拆装时经常性的工作 。 我们 研究了人工手持基本维修工具来对螺母的拆装 速度与工作强度，并与螺母拆装机进行了对比研究，发现轮胎螺母拆装机可以提高拆装的效率，减少工作强度，操作简单能 够 实现自动控制按钮，具有实用价值和通用性，而且结构简单，使用可靠性强，使用安全。 结果表明轮胎螺母拆装机能够更有效的完成对螺母的拆装，是一种轮胎螺母拆装的有效设备。 关键词 ： 使用安全；结构简单；可靠性强；操作简单 汽车轮胎螺母拆装机 2 of to of As is of s is in of of In to of of in to of in is We of of to of is a of is 车轮胎螺母拆装机 3 目 录 摘要 第一章 概述 第二章 螺母拆装机总体设计 第一节 工作原理确定 第二节 主要参数确定 第三章 螺母拆装机传动系统、执行系统设计 第一节 电动机选型设计计算 第二节 三角皮带传动设计计算 第三节 主动快及横销设计计算 第四节 主轴设计计算 第五节 轴承选型计算 第六节 工作弹簧设计计算 第四章 螺母拆装机支撑系统设计 第五章 操作及控制系统设计 第一节 主动块和从动 块牙嵌离合器选型 第二节 力矩调整器设计 第三节 工作机构离合器设计 第四节 控制系统 皮带传动装配图 结束语 致谢 参考文献 汽车轮胎螺母拆装机 4 第一章 概述 人类创造了文明，也创 造了汽车。汽车的诞生使人类步入现代化的文明进程。 110余年的汽车发展史在人类历史长河中仅是一瞬间，但汽车的诞生和发展却给人类社会带来了巨大而深刻的变化。汽车以惊人的数量、卓越的性能和广泛的用途渗透到人类活动的各个领域，成为 21 世纪现代文明的主要标志 ， 人类不可缺少的生存和发展的伙伴。真正的汽车传入中国比较晚，由于当时清政府实行的是闭关锁国的政策 ， 所以西方的工业革命对中国并没有产生多大的影响。汽车是我国道路运输主要组成部分，国民经济的繁荣给汽车事业荣来空前巨大的发展，汽车数量日益增长汽车的保养与维修的工作量越来 越大虽然建国以来，我过的汽车保养与维修水平得到很大的提高，然而汽车维 修 行业的技术水平还是很薄弱的特别是近年来发展极其迅速的许多及类型的保修企业及个体户他们大部分仅有简单的笨重的手工操作。不但劳动强度很高，由于不采用技术手段良好的工作作风，使保修质量差保修费用成本高，性能得不到保证，使汽车的零件过早失效，汽车的动力性，经济性，可靠性等技术性下降，车辆的使用寿命下降。在过去的几年因为销售上的巨大利润使许多人只重视销售 ， 而把维修当成一个无关紧要的配套 ， 许多 4s 店在选购设备时 ， 只求验收通过而又最省钱许多设备只能看不 能用；或是用了几年有的设备因多年末标定而已不准检测出来的数据已不能采用；有些设备因耗品用完或某些零件损坏而不能用；还有些设备因人员的变动而不能正确使用，修理工不得不面对先进的设备而使用原始的方法检测维修汽车劳动强度大检测效果不准造成维修质量差严重影响公司信誉。 当今发达国家十分重视汽车保修与维修的技术化，专业化，使拆装工作机械化，以提高汽车保修质量和减轻工人劳动强度，在拆装工作中轮胎拆装是经常性的工作 ，这是因为： 1. 汽 车在运行中 ，驾驶不平稳，装载货物不均匀等因素造成轮胎的磨损老化，破裂，必须拆下旧的 换上新的轮胎。 2 轮胎由于手驱动的负荷的影响，前驱动磨损要小些，道路对轮胎影响，后轮双胎并拆时，内胎相对比外胎磨损大，为了控制轮胎的不均匀磨损，并延长其使用寿命轮胎要经常换位，必须拆装轮胎。 3. 汽车 进行制动系保养时，要调整前后轮毂轴承时，调整或换所制动片时必须拆装轮胎。 由于轮胎是橡胶制品具有接地与地面接触工作环境较快，其次轮胎本身自重较大，汽车轮胎螺母拆装机 5 工作强度较大，除少数拥有保修工具，如轮胎螺母拆装的大企业，大多采用不符合技术劳动强度，提高技术质量水平的精神，我设计轮胎螺母拆装机针对目前的实际情况进行设计。 1. 具有较高的商业销售价值，其生产成本降低使用效率高适应好，销售市场较为广阔。 2. 使用的车 型较为广泛，我国的汽车种类较为繁多，大量进口车型比例较大，而占保修行业比量较大的小企业和个体修车行，修理的车型大都较为复杂，所以要求本机修理车型较多。 3. 针对小企业和个体修车行技术力量薄弱的忽然资金短缺的特点，要求本机价格较低，操作简便能实现自动控制按扭，具有较多的实用价值和通用性。 本设计的设计原则 1. 满足工作强度，工作刚度的要求，具有一定的寿命。 2. 适用于大，中，小型企业和运输业。 3. 制造方便，结构简单，成本低。 4. 使用可靠性强，维修简单，使用安全。 第二章 螺母拆装机总体设计 在拆装工作中，螺纹联接的拆装工作量约占拆装工作量 的 50而且汽车上有些螺纹联接件要求较大的拆装扭矩，仅依靠人力进行拆装是很困难的，必须采用拆装设备以保证拆装质量和拆装效率。 螺纹联接拆装设备种类很多，可按下述方法进行分类。按结构分， 可分为手持式和移动式，手持式设备小巧，使用方便，如机动扳手等，此类设备可拆装一般螺纹联接，移动式拆装设备主要用于拆装大扭矩的螺纹联接部分，其结构较复杂，体积大，一般都装脚轮，可在地面上移动，如轮胎螺母拆装 机骑马螺栓拆装机等，此类设备大多为专用设备。 按其动力来源分，又可分为人力式和机动式，机动式又可分为电动式、气动式和液动式。 人力式拆装设备，如手动扳手，其结构简单易于接近拆装部分，使用方便。 电动扳手工作可靠，效率较高（ N=因驱动能源是采用电力保证工作安 全，通常采用双重绝缘结构 汽车轮胎螺母拆装机 6 液动扳手的工作方便可靠，重量轻，工作时无噪音且效率高（ N=但设备投资大，在我国目前的保修企业中应用较少。 气动扳手的效率低，但结构简单。因此 ，在具备压缩空气网路的保修企业，采用气动扳手是解决机械化拆装螺纹联接的重要途径。 按其扭矩作用方式，可分为冲击式和静扭式，冲击式由于冲击能力大，因此扩力比大使结构简单，但冲击噪音较大。近年来由于电子技术的不断发展，行星齿轮传动结构和少齿差行星齿轮传动结构得到广泛的应用，使静扭设备的结构尺寸大为减少，扩力比大为增加，静扭设备在汽车运输企业中也将逐步被广泛应用。 第一节 工作原理确定 轮胎螺母拧紧、旋松力矩要求比较大，直接用电动机驱动时，电动机功率比较大，不经济。因采用力矩放大原理，可使电动机功率减小。而力矩 放大可采用冲击原理将力矩放大。如上 图所示。其工作原理为：横销固定在主动轴上，主轴旋转，通过横销带动主动块旋转，用较小的力矩 将螺母 拧紧后，横销与主动块接触斜面将产生一个轴向力，推动主动块压缩工作弹簧向汽车轮胎螺母拆装机 7 右移动，主动块和从动块分离，此时从动块静止，主动块还在旋转。当转过一定角度时，主动块又重新和从动块接合，该过程既产生冲击力矩，如此重复多次可达到所须拧紧力矩。旋松螺母过程同上。 第二节 主要参数确定 1. 中心高度的确定； 列举几个国产螺母拆装机： （ 1） 电动拆装机是中国航空公司皖南机械厂工贸公司汽车设备厂的产品。 项目 技术参数 电机功率 （ 定电压 （ v） 380 输出轴扭矩（ 450 输出轴转速（ r/ 650 中心高度 （ 510 重量 （ 98 外形尺寸（ 850480860 （ 2） 项目 技术参数 最大扭矩（ 7300 主轴转速（ r/ 280 中心高度 （ 485 电压 （ v） 380 外形尺寸（ 300 520 770 重量 （ 120 (3) 自江都市汽车保修设备厂制造用于汽车轮胎的装技术参 数。 最大轴扭矩 （ 510. 输出轴转速 (r/ 538 汽车轮胎螺母拆装机 8 输出轴中心 高度（ 480 外形尺寸 （ 830 510730 重量 （ 98 （ 4） 海航空设备厂的产品用于汽车轮胎螺母的 拆卸 与安装。 使用于东风，解放，跃进，黄河等车形 技术参数 1. 型号 大冲击扭矩不小于（ 400 主轴转速 (r/ 280 中心高度 （ 480 电机功率 ( 形尺寸 ( 800420705 重量 （ 100 由以上四螺母拆装机（ 可确定中心高度 H=480. 螺母拆装机轴转速确定根据以上四种、螺 母拆装机 （ 确定主轴转速为 =350r/汽车轮胎螺母拆装机 9 3 螺母拧紧力矩 查汽维修常用调整数据手册得各型载货车轮胎螺母拧紧力矩。 解放 343 392 （ 东风 274 314 （ 黄河 333 382 野 2 392 470 427， 428） 产 414 470。 4 依发 K， K 372 421。 41 斯堪尼亚 490 （ 由以上数据可确定国产车螺母拧紧力矩为 20口 气螺母拧紧力矩为 20母旋松力矩 确定由经验公式 中： 松力矩； 紧力矩； K超紧系数。 不同的车辆，不同的使用条件，不同部位的螺纹联接件 =3。有时甚至使大些。对于工作环境较好，接确油脂，锈蚀现象较轻的螺纹联接件，可取小值，反之应取大值。对于轮胎螺母拆装机一般 国产车螺母旋松力矩确定。 240=840口车螺母 旋松力矩确定。 520=1040 第三章 螺母拆装机传动系统、执行系统设计 第一节 电动机选型设计计算 系列电动机 汽车轮胎螺母拆装机 10 (1）我国新设计的 扇空电动机，其 结构简单工作可靠，价格低廉维护方便。适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性个体和无 特殊要求的机械。容量小于工作要求就不能保证工作机的正常工作或使电动机长期过载而过早损坏容量，过大则电动机价格高能力又不能充分利用，由于经常不满载运行，效率和功率因数都较低增加电能消耗造成很大浪费 。 （ 2） 拆装机在电机稳定过程中具有较大的转角，此时输出扭矩较低一般为 10在冲击过程中，此时转角较小，才要求输出较大的扭矩，大约在 200设 我们 取 稳 定 运 转 时 的 扭 矩 作 为 进 取 电 动 机 的 依 据 设 电 动 机 的扭 矩 参 数 为 稳 定 运 转 矩 为 0设计计算 （ 1）电机的选择 初选输出轴转距为 0 n=350r/=(T n) 1466(w) 则实际电动机所需功率 带传动效率 1=一对滚动轴承 2= 牙嵌离合器 3=则电动机 机输出轴的传动总效率 = 123 = d= =1466/576(W) 选取电动机额定功率 = 方案 电动机型号 电机转速 额定功率 赌转转速 电机轴直径 1 430 8角带的传动比 i=1430/350 故选用 电动机电动机额定扭矩 550 430 =动机安装计算 中心高 安装尺寸 外形尺寸 轴伸尺寸 平键尺寸 H(A B(L (b1+ h(D E(F GD(100 140 100 380 (180+105) 100 28 60 8 7 第二节 三角皮带传动设计计算 汽车轮胎螺母拆装机 11 1）已知；电动机功率 P= n=1430r/ K= K=）选取三角胶带型号根据“机械设计基础；图 5 h 参数 选取 V 型胶带 n=1430r/ A 型带 推荐小皮带轮直径为 75180取202090n=1430r/ 故 n1/430/350 120=490 90际从动轮转速 n2=430 120/490=速 = 0 1000=9m/25 m/s 范围内 在 525 m/速合适 3）带长和中心距由（ 5 2（ 20+490) 2(120+490) 427 1220 初取 50 由（ 52( 42650+20+490)+(490 4 650=1300+310m 由表（ 5500a=0/2=650+(25002=745）验算小皮带轮包角由（ 5 =1800-(a 800-(490745 520 1200 得，小皮带轮包角合适 5）确定带的根数 由表 51=P= 1） Z= P） Z=3根 6计算单根皮带的轴压力 由表 5q=0=500Pd/.5/(500 3 9(9 =用在轴上的压力 3 2=6 096N 7）确定三角带带轮的结构 尺寸 20 8 B=35mm b. 从动轮结构设计 汽车轮胎螺母拆装机 12 D=490 B=35鉴同类设计 取大皮带轮孔直径为 0L=601=490/2=245 R2=40三节 主动块及横销设计计算 冲击扭矩 )()(21 22212221 222223 ) 如假设每次冲击使螺母转过弯角度，即叫速度： m “查普通物理”由 2202 再根据转动定律 M 1266“理论力学”得 K=击后 0 912 大皮带轮的冲击扭矩为 须的拧紧为矩 420螺母其冲击能量有余。 时也是起“自动限扭”的直接性零件，由于套简与斜槽传递扭矩时接触应力很大，所以套间选材料为 40 套间在斜开槽内是作滑转运动，滚动阻力很小。这里忽略不计只考虑动滑转磨擦查“理论力学”表 5槽角度 a摩擦角 a rc rc tg f 汽车轮胎螺母拆装机 13 （ 2）槽锁作用半径 所以在传力套间作用下斜槽的轴 向距离。（应该 L 14m,因此取 L=17 第四节 主轴设计计算 确定最小直径和选择轴的材料，利用许用应力来确定本轴是转轴，现承受扭矩又承受弯矩，为装配方便易定位且保证有足够的工作能力使用 45号钢。 角的计算 12 ( 1050 20252/ 10 908010106060 每周冲击四次 . 旋紧时主动块作用的切向力 t 主动块作用轴向力 111 旋松主动块作用的切向力 汽车轮胎螺母拆装机 14 主动块 作用的轴向力 212 旋紧时和旋松时主动块作用的 21 F 2211 8 0 0 08 4 0 0212121时取 2 = 折锁角） 旋紧时，主动块作用的轴向力 0 5 7208 4 0 0111 旋松时，主动块作用的轴向力 0 5 8 0 0222 取 057N 此处求出的 为弹簧受套筒作用后移的压力 ： 2 确定主动轴最小直径。 3m a xm a x 2.0 查机械设计 10 =35 63 m a xm i n 因为 1266 1040 所以取 d 3确定从动轴最小直径 63/ 取 d=504轴上零件的定位固定和装配。 5确定主动轴各段直径和长度 201取 =汽车轮胎螺母拆装机 15 从动块长度 60动块长度 220簧工作行程 0矩调整距离 0承板厚度 0矩调整离合器 0套长 0承宽度 ： +2B/+L=24+2 10+（ 10+2） =56 轴承宽度 B=24带轮宽度 539=1010=10承宽度和固定螺母 11=2 B/=2 10=20动轴前端直径 0动轴直径 d=50动轴内径 D=43 1段的直径 0 2段的直径 0械设计手册 304页 汽车轮胎螺母拆装机 16 第 3段的直径 0 4段的直径 0 5段的直径 0 6段的直径 0上述轴各段长度可算支承跨距 7承的支反力： 4 821 0 9 62 绘制弯矩图 L=9+5+B=43+10+10+30+24=117面 c 载面 C 221 旋松螺母扭矩 M=1266车轮胎螺母拆装机 17 当量弯矩： 2661( 2222 对于频繁正反转的轴，扭转剪应力可视为对称循环变应力， a=1 校核危险载面 M P 6 33 强度足够 第五节 轴承选型计算 主动块的轴承选择及计算 （ 1） 受径 向及轴向负荷转速较高故选用接触轴承 70000（ 2）预选 7214承内圈 d=70由附表查 得其基本额定动负荷 r 基本额定静负荷 057 A 548 简明机械设计手册 304页表 10械设计基础265 页表11车轮胎螺母拆装机 18 2）计算内部轴向力 1 2F F A 3 4 55 4 45 3） 算轴向载荷 因为 453 4 0 23 0 5 7345 21 所以 为压紧端轴承 端轴承的轴向载荷 分别为 A a 3451 a 3 4 0 23 0 5 73451 4）求系数 Y X F Y 0 F 取 Y 5）计算当量动载荷 2,1 11 取 4.2 5 4 23 4 0 机械设计基础 263页 表 11械设计基 263 页表 11车轮胎螺母拆装机 19 6） 计算轴承寿命 1 取 P=球轴承 3 7014承的 20001606535016670)(16670 故该对轴承满足预期寿命 要求。 7） 轴的刚度校核 轴受载后会产生弯曲和扭转变形，若变形过大，会影响轴上零件的正常工作。因此，对精密传动的轴及对刚度要求较高的轴，应进行刚度校核。 实心轴 空心轴 光轴 47350 d 4047 3 5 0 阶梯轴 47350 4047 3 5 0dd T 轴所传递的转矩， N m； l 轴受转矩作用的长度， d 轴的外径， 0d 空心轴的内径， 第 i 段轴所受转矩， N m； il、id、 第 i 段轴长度、直径和空 心轴内径， 许用扭转角。 精度传动 = ） /m 一般传动 =1（ ） /m 精度要求不高的传动 1 （ ） /m 轴传递的转矩 T=1266N m； 轴受转矩作用的长度 L=654321 =220+30+10+10+20+20 =310 汽车轮胎螺母拆装机 20 轴的外径 d=60 实心轴 光轴 7 1 667 3 507 3 50 44 梯轴 7 1 8 6 63107 3 5 07 3 5 044 通过计算轴的转动符合一般传动。 空心轴 光轴 4047 35 0 一般传动 =1（ ） /m 即 160 04 65490040 d 梯轴 4047350dd =1（ ） /m 即 160 04 65490040 d 以通过刚度校核后主轴内径取 43径取 60 第六节 工作弹簧设计计算 在冲击套筒中采用四根弹簧，则每根受力为： t 1 4 1 8 9 冲 = =14180 =5161N 弹簧作用力： 5 74/m i n 2 0 945 1 6 14m a x 冲冲 弹簧工作行程 5簧作用力 最大直 209N 最小直 车轮胎螺母拆装机 21 力矩调整距离 0簧 工程总行程 h=3=35用材料并确定许用应力 选用碳素弹簧钢丝（ 试选钢丝直径 d=63=1760表 13 类载荷许用应力 =704 2）计算钢丝直径 （ 1） 叁照表 13=6 （ 2） 由试 13曲系数 4 由试（ 13钢丝直径 m a x 由 表 13d=6试选 3计算工作卷数 n （ 1） 因为等节 距圆柱螺旋压缩弹簧，故 i nm a x/ 9 0/m a 2）查表 13 Q=79 103）工作圈数 333m a 取 n=18圈 弹簧钢度 K/相应 10798 333/ 51 29 0m a x/2 “机械设计基础” 车轮胎螺母拆装机 22 4计算弹簧的中经 d=66=36弹簧外径： D=D2+d=36+6=42簧内径： 260圈数 n1=n+2=18+2=20距 t=（ 36=由高度 H0= d=18 6=旋角度： a r ct r ct g 弹簧丝展开长度： o s o s 12 520 因为：不满足要求，所以要保持弹簧的稳定性，须在弹簧内放置导杆 。 导杆长度计算： d=（ 6=1170杆长度为取 75由表 13M P 0 41 7 6 由式 13 ，得极限载荷 s 2 0 3m i n 由式 13-7 2 61l i ml i m 521 当工作圈数圆整为 n=后，为保持工作行程 h 大小不变，则在最小工作下 汽车轮胎螺母拆装机 23 9 012m a 按照设计计算结果绘制的弹簧工作图如图 第四章 螺母拆装机支撑系统设计 机座及箱体是任何机器所不可缺少的组成部分。它直接或间接地支撑着机器的全部其他零部件，将整机的重量及所承受的机器工作时的各种作用力传递给基础，并使机器稳定在基础上。机座及箱体的重量约占机器总重量的 70%90%。螺母拆装机主轴有 2 个轴承座 ，从动轴有 1个轴承座两轴距地面高度 H=480用焊接构架将 3个轴承座支承起来，所以轴承轴材料选用 45 号刚，支架材料选用角铁，用焊接方式将他们与车底板连成一体。如图所示）其中与离合器相联的支承横杆采用圆型断面，以使离合器滑套 1和滑套 2在其上能左右移动。 汽车轮胎螺母拆装机 24 第五章 操作及控制系统设计 第一节 主动块和从动块牙嵌离合器选型 牙嵌式离合器常用的牙型有：矩形、梯形、锯齿型和三角型。矩形牙不易接合和分离，且有冲击，牙的强度低，磨损后无法补偿。因此，矩形牙仅用于静止状态下手动汽车轮胎螺母拆装机 25 接合的地方。梯形牙强度较高，能传递较大的转矩，且能自行补偿牙面因磨损造成的间隙，由于接触牙面间有轴向分力作用，容易分离，所以应用广泛。锯齿型牙较强度高，能传递更大的转矩，但只能单向工作，反转时接触牙面将受很大的轴向分力，会使离合器自行分离，大倾角锯齿形牙主要用于安全离合器。三角型牙用于传梯小传矩的低速离合器。牙嵌离合器的牙数一般为 360，传梯的转矩愈大，牙数应愈少，要求接合时间愈短，牙数应愈多。但牙数愈多，每个牙分担的载荷将愈不均 匀，所以牙数常取为 311。故主动块和从动块采用端面梯形牙嵌式离合器，牙数选用 5个，有关参数见图和表。 离合方法 牙数 D 2 1 h h1 h2 d 动5 100060 360 1040000车轮胎螺母拆装机 26 离合 第二节 力矩调整器设计 因国产车拧紧、旋松力矩（ 进口车拧紧、旋松力矩（ 差较大、故应有力矩调整器、以满足不同要求。 对力矩调整器功能要求 1）力矩可调 2）操作方便 3）挡住可靠 操纵手柄 1 顺时针转动，通过连杆带动滑套 2 左移，推动工作弹簧支撑板 3左移而压缩工作弹簧，使拧紧、松力矩增 大 操纵手柄 1逆时针转动，通过连杆带动滑汽车轮胎螺母拆装机 27 套 2右移，工作弹簧支撑板 3在弹簧作用下向右移而减小工作弹簧的压缩量，使拧紧旋松力矩减 小。 第三节 工作机构离合器设计 为使一个螺母拧紧（或旋松）时不停电动机而不能接着拧紧（或旋松）下一个螺母、应加装工作机构离合器，以实现该功能，避免电动机频繁启动。 对工作机构离合器功能要求 1）主动块和从动块离合容易 2）操作方便 3）离合可靠 . 工作机构离合器原理 汽车轮胎螺母拆装机 28 滑套 1的凸块插入主动块 4的凹槽中，主动块旋转及冲击工作时，滑套 1仅沿固定导杆3左右移动。当操纵手柄 5逆时针转动，通过连杆带动滑套 2右移，亦推动滑套 1右移，以实现主动块和从动块分离。 当操纵手柄 5顺时针转动，通过连杆带动滑套 2左移，主动块在工作弹簧作用下向左移，以实现主动块和从动块接合。 第 四 节 控制系统 本控制系统的额定电压是 380V 为了拆装机安装需要有些设备的位置在别的箱子里 1. 线路设计思想 电动机可逆运行控制线路，实质上是两个方向相反的单向运行电路的组合。 2. 典型线路介绍 根据电动机可逆运行操作顺序的不同，有“ 正 停 反”手动控制电路与“正 反 停”手动控制电路。 （ 1） 电动机“正 停 反”手动控制线路 图 1 为电动机“正 停 反”手动控制线路。 接触器。 （ 2） 线路工作原理为 按下正响启动按钮 触器 常开主触点将电动机定子绕组接通 电源相序为 A,B,C,电动机正响 启动运行 按停止按钮