汽车卸胎器的设计与仿真【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 01339828 或 11970985 摘 要 随着市场经济的不断发展，工程机械市场的需求不断增大，从而配套的机器 维修产品也急切需要得到创新和改进。许多工程机械像卡车、载重车、各类军车、 集装箱卡车、槽车、大客车、 矿车、自卸车、拖拉机、各种 专用车辆在野外作 业 是很容易出现故障的，其中一 些故障像轮胎破裂和螺母松动 这样的情况，就需要 马上对此机械进行维修，但是 请专门的服务人员来维修又有 诸多不便，为了满足 市场的需求，本课题研究的是 一种能够快速拧松（紧）螺母 的增力机构 行 星 式卸胎器。本文在分析比较多 种常见的增力机构 的优缺点后 而改进一种增力机构 （行星轮系增力机构）而成 的。该机构采用的是行星轮系结 构，体形小巧，效率 高，携带方便，传递功率范围 大等优点，具有很好的实用性 ，可以很方便为每个 用户的车上配备一个，特别是 广大农村地区，这些地方的车 辆很少会去专门的服 务机构进行保养，由于农村路 况恶劣，农用车在路上颠簸使 得车子螺母很容易松 动，从而导致种种故障，卸胎 器就能在这些故障当中起到一 定的作用，可以说这 里的市场是很广阔的。随着人 们对行星传动技术进一步完善 ，这方面的应用前景 更加广泛。本文对传动路线 的 选择及结构设计校核进行了详 细的计算说明，并利 用 完成了虚拟样机的设计。随后通过原理仿真对其合理性与可行性进行了 验证，取得了良好的效果。 关键词 ：增力机构：行星机构；维修工具 1 买文档就送您 01339828 或 11970985 be as in a to a to a of in to is a ( of - a ( a it is a in go to a on to of in a be in In of a ； ； 文档就送您 01339828 或 11970985 2 买文档就送您 01339828 或 11970985 目 录 1 绪 论 . 1 引言 . 1 国内发展概况 . 1 . . 2 2 卸胎器的原理 . 3 胎器的简介 . 3 胎器的传动原理 . 3 构原理 . 3 构三维图拆分结构 . 4 3 传动系统的方案设计 . 动方案的分析与拟定 . 5 对传动方案的要求 . 5 拟定传动方案 . 5 胎拆装增力扳手 . 5 速级设计计算 . 6 齿数的选择 . 6 初步计算齿轮的主要参数 . 6 几何尺寸的计 算 . 9 重合度的设计计算 . 10 啮合效率的计算 . 10 齿面疲劳强度校核 . 11 二级设计计算 . 15 力学计算 . 15 齿轮的几何尺寸计算结果如下 . 15 重合度计算 . 15 啮合效率 的计算 . 误 !未定义书签。 齿面疲劳强度校核 . 误 !未定义书签。 速级传功的设计计算 . 19 3 买文档就送您 01339828 或 11970985 4 行星齿轮传动主要构建设计与计算 . 错误 !未定义书签。 齿轮传动的结构设计计算 . 错误 !未定义书签。 阳轮 . 误 !未定义书签。 齿轮 . 误 !未定义书签。 5 主要零件的技术条件 . 11 轮精度及技术条件 . 12 度等级 . 12 行星轮的要求 . 12 星架及其他主要零件的精度和技术要求 . 12 心距的极限偏差 . 12 邻行星轮轴孔弦距相对误差 . 12 他主要零件的精度要求及技术要求 . 13 要零件的材料和热出炉要求 . 13 轮材料和热处理要求 . 13 他零件的材料和热处 理 . 13 6 机构装配与运动仿真 . 3 构装配与运动仿真概述 . 14 胎器的机构装配 . 14 置工作目录 . 14 建装配文件 . 14 装配第一，二，三级行星机构 . 15 齿轮的装配 . 17 装配体的装配 . 19 构运动仿真 . 22 仿真基本流程 . 22 定义齿轮副连接 . 22 义输入转矩 . 24 义驱动器 . 24 运动仿真 . 24 量 . 38 7 使用说明书 . 9 4 F 买文档就送您 01339828 或 11970985 介 . 39 点 . 39 件组成 . 39 用说明 . 28 要参数 . 28 意事项 . 28 8 总结与展望 . 30 参考文献 . 31 致 谢 . 32 5 买文档就送您 01339828 或 11970985 1 绪 论 引言 人类文明的发展在进入二十 一世纪的短短十年以来， 随着各种新型学科如雨 后春笋般出现而迅速发展起来 。传统的机械制造也在 不断创新，国产大型机械也 在世界上占有越来越重要的地 位，从而衍生出来的维修机械 也急需改进和创新来 满足市场的需求，随着社会的 进步，汽车的产量更是越来越 大，从而汽车维修产 品的市场需求量也越来越大， 在此基础上提出本课题 汽车卸胎器，卸胎器能 够很好的解决一些大型汽车螺母的拆卸问题，特别是在野外，卸胎器具有质量轻、 结构简单、易于携带、适应范 围广、制造成本相对低廉等优 点，一些像卡车这样 的机械在作业时因种种原因碰 到种种问题而造成螺母松动或 者要拆卸（安装）其 轮胎时，卸胎器是一种十分有 效的助手，因而倍受操作者青 睐。卸胎器功能是省 力拆卸大型螺母等紧固件，快 速省力地拆卸像大型卡车这样 的大型机械的螺母。 目前，在国内，同类产品像力矩放大器只有在少数几个公司生产， 使用量也很少， 也没有实现规模产业化，大部 分维修厂都使用像风炮这样的 电动产品，这不仅消 耗大量的电能，而且设备携带不方便，所以比该类产品质量更轻，输出力矩更大， 操作更方便的产品更能能获得市场的认可。 本课题研究目标是设计一个 实用性能优良的汽车卸胎 器的结构设计和仿真。 使操作人员在使用本产品时更加便捷。 国内发展概况 卸胎器的同类产品力矩放大器从 2003 年就有公司开始生产，到现在已经有很 多公司在生产此类产品，但是 成果都不是很理想，而这一块 的市场是很广阔的， 特别 是广大农村（像农用拖拉机，卡车，收割机等），这就需要我们设计和改进这 些产品，从而更好的满足市场的需求。 研究现状及典型机构现在市场的出售的一些增力帮手虽然较最初的的增力帮手有些改进，但是其 结构和性能比都不是很好，下图是两种市场上销售的产品，见参考图 1 和参考图 2。 该类力矩放大器的特点是：结构简单，可携带性好，是典型的可携带力矩放 大器的特点。 6 买文档就送您 01339828 或 11970985 图 1 力矩扳手 图 2 力矩放大器 存在的问题 目前市面上生产出来的 产品 都还停留在原来的技术层 面，很少出现新材料的 应用，这使得放大器本身笨重 ，这样一样，操作者在进行长 时间操作时候就感觉 很不方便。 2 卸胎器的原理 7 买文档就送您 01339828 或 11970985 胎器的简介 卸胎器是一种动力传达机 构，利用齿轮机构将速 度减少，并得到较大转 矩的 机构。 卸胎器降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例的增大与角速度的减少比例相 同，但要注意不能超出减速器额定扭矩。降速同时降低了负载的惯量，惯量的减 少为减速比的平方。 一般的力矩放大机构有里面的行星齿轮机构有采用很多种 (包括平 行轴斜齿 轮、蜗轮、锥齿轮等等 )。按传动级数主要分为：单级、二级、多级；按传动件类 型又可分为：齿轮、蜗杆、齿轮 杆 行星减速器其优点是结构比较紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命很长， 额定输出扭矩可以做的很大。 胎器的传动原理 构原理 图 3 卸胎器工作原理图 输入轴 第二级太阳轮， 第三级太阳轮 第一级行星轮， 第二级行星轮， 第三级行星轮 第一，二，三级内齿 轮 通过输入轴输入一定的转矩，再通过一，二，三级行星齿轮机构减速且同时 放大了转矩， 其中太阳轮和行星轮啮合，行星轮和内齿轮啮合，内齿轮 b 是固定 不动的（考文献【 1】 构三维图拆分结构 8 买文档就送您 01339828 或 11970985 图 4 机构拆分图 图 5 卸胎器剖视图 如图 示，整个机构拆分图，经过装配成如图 示装配体，就是工 件的实际样子，通过上图我们 能够很直观地看出该机构的结 构，通过运动仿真可 以更加直观地了解运动过程。 3 传动系统的方案 设计 9 买文档就送您 01339828 或 11970985 传动方案的分析与拟定 对传动方案的要求 合理的传动方案，首先应满 足工作机的功能要求，还 要满足工作可靠、传动 精度高、体积小、结构简单、 尺寸紧凑、重量轻、成本低、 工艺性好、使用和维 护方便等要求。 拟定传动方案 任何一个方案，要满足上述所有要求是十分困难的，要统筹兼顾，满足最主 要的和最基本的要求。本设计实际上是一种增力机构，其中常见的增力机构有杠 杆机构，液压机构，丝杆 螺母机构，行星齿轮机构等，其中杠杆机构所占 空 间大；液压机构对零件表面精度要求高，加工成本贵；丝杆 螺母机构操作不 便捷；只有行星机构能弥补上面几种增力机构的缺陷。例如图 6 所示为作者拟定 的传动方案，适于在恶劣环境下长期连续工作。 图 6 拟定的方案简图 a太阳轮， b内齿轮， c行星轮， x行星架 轮胎拆装增力扳手 本产品服务对象：卡车、载重车、各类军车、集装箱卡车、槽车、大客车、 矿车、自卸车、拖拉机、各种专用车辆。还可适用于各工厂企业，电厂、矿区、 油田、码头、大桥、建筑工地等。 图 1， 2 是市面上上常见的两种增力帮手，由于卡车等这一类重型机械在野 外作业时，遇到故障不能及时找到专业师傅对轮胎等需要较大转矩才能拧松动的 工具，这样车主可以自行对该部件进行装卸，针对这种实际需求，现将力矩放大 10 买文档就送您 01339828 或 11970985 器的工作过程等表述如下： 选用行星齿轮传动路线， 的派生系列，这样得到的传动比较大，由于轴 向尺寸较小，工艺性好，效率高，体积小，重量轻等特点，制造方便，结构简单， 传动范围广，可用于各种工作条件，由于其单级传动比较小，但可串联几级使用。 第一级计算取值范围 22 第一级取值 9 6 55 30 25 22 第二级取值范围 第二级取值 7 35 第三级取值范围 第三级取值 8 6 35 ）基本构件和行星轮支承结构设计 由于该行星架转速较低，不必考虑行星轮的离心力对行星架空的影响 1）机体结构 机体结构应 根据制造工艺， 安装使用维修要求及经济 性来考虑，根据制造工 艺不同，通常有铸造机体和焊 接机体，根据本工件的使用及 制造过程，可以选用 铸造的方式来加工毛胚，因为外套 体积小，结构紧凑，简单，轴向尺寸小，可用 于大批生产。 4 主要零件的技术条件 11 买文档就送您 01339828 或 11970985 轮精度及技术条件 度等级 太阳轮和行星轮的精度为 7 级，内齿轮的精度为 8 级（参考【 1】第 6 章） 确定以下参数。 表 9 圆柱齿轮精度等级与圆周速度的关系 精 度 等 级 圆 周 速 度 直 齿 轮 v m / s 斜 齿 轮 4 35 70 5 20 40 6 15 30 7 10 30 8 6 12 注 :开线圆柱齿轮精度 规定。 2. 一般低速重载行星传动的齿轮精度推荐不低于 7 级；高速级行星传动中，太阳轮和行星轮的精度 推荐不低于 5 级，内齿轮精度不低于 6 级。 行星轮的要求 行星轮的偏心对传动质量的 影响很大，对其齿圈径向 跳动公差应从严要求。 为了使行星轮间载荷均匀分 配，同传动中各行星轮的齿 厚（或公法线）实际尺寸 应尽量相等。在加工时应进行 严格控制，如采用具有砂轮自 动修整和补偿机构的 磨齿机进行磨齿，保证砂轮和 被磨齿轮的相对位置不变，即 可控制个行星轮齿厚 的一致性。对调质齿轮，应采 用几个行星轮装在一个心轴上 一次滚齿，作出位置 标记，以便按号装配来保证个行星齿轮厚的基本一致。 本传动采用合金钢 20 星架及其他主 要零件的精度和技术要求 心距的极限偏差 中心距的极限偏差将引起行星轮径向位移而影响传动侧隙，并且当各中心 距偏差数值和方向不同时，还会影响相邻行星轮轴孔之间的相对弦距误差的测 量值，为此，要求个中 心距的偏差等值同向，即各中心距之间的相对误差等于 或接近于零是有必要的。 邻行星轮轴孔弦距相对误差 L 是相邻两空实测弦距之差（当不考虑中心距的误差的影响时），其值主 要取决于分度误差，而分度误差又处决于机床和工艺装备的精度。以 表示分 度误差，则 按下式计算： 12 X 买文档就送您 01339828 或 11970985 4a n 2 P 式中 a中心距（ 行星轮数； 根据参考文献【 1】表 得 15m 他主要零件的精度要求及技术要求 根据参考文献【 1】，参考文献【 4】和参考文件【 5】。机体，入轴，出轴等零 件的相互配合表面，定位表面 及安装轴承的便面之间的同轴 度，径向跳动，和端 面跳动可按行为公差标准（ 的 57 级精度选用相应的公差值。各零 件的主要配合表面的尺寸精度，不低于 的 7 级精度。 要零件的材料和热出炉要求 轮材料和热处理要求 行星传 动装置的重量 ，通常正比于 齿轮的重量 ，而齿轮重量与 其材料和 热处理 硬度有直接关 系，在相同功 率下，渗碳 处理出来的性能 最好，由 于本设 备不同于高强 度，高硬度的 一些行星传 动装置。对其齿 轮材料要 求也不是十分苛刻，选用调质钢已足够能满足要求。 他零件的材料和热处理 （ 1）行星架 行星架采用 45 钢，调质处理， （ 2）太阳轮和行星轮 选材为合金钢 20碳处理 （ 3）内齿轮 选材为 42质处理 5 机构装配与运动仿真 13 买文档就送您 01339828 或 11970985 构装配与运动仿真概述 机械装配及其分析仿真是机 械设计中的一向重要内容 。将各个零件按照一定 的约束关系或连接方式依次装 配起来，便构成了一个完整的 产品造型。从而可以 检查零件设计的合理性，如零 件是否有干涉，装配体的运动 情况是否符合设计要 求，对产品模型有一个整体的 评价。所以通常是在零件设计 完毕后，接下来就进 行零件模型模拟装配，获得产品装配模型。对于一些采用连接方式（如齿轮连接， 销连接等）建立装配体，可以进行运动学分析。 运动仿真可以对机构进行运 动轨迹，位移，运动干涉 情况的分析，以便研究 机构模型，机构运动仿真包括 创建机构，添加驱动器，进行 机构放仿真以及分析 仿真结果。其中，创建机构需 要在装配控制面板设置连接。 由于机构是有构件组 合而成的，而每个构建以一定 的方式与其他构件相连接，这 种连接既使两个 机构 直接接触，又使两构件能产生 一定的相对运动。因此，创建 机构与零件装配有一 定的相似之处。 卸胎器的机构装配 置工作目录 建装配文件 （ 1）建立骨架模型 单击【新建】按 ，如后输入如下图 称，取消【使用缺省模版】复选 项，如下图 示，单击 按钮进入零件界面。 14 买文档就送您 01339828 或 11970985 图 11 “新建 ”对话框 图 12 “新文件选项 ”对话框 装配第一，二，三级行 星机构 (1) 单击【新建】按 ，如后输入如下图 称，取消【使用缺省模版】复选 项，如下图 示，单击 按钮进入装配界面。 图 13 “组件 ”对话框 图 14 “新文件选项 ”对话框 （ 2）装配行星架齿轮 1）添加 2T 齿轮。单击【添加原件】按钮 ，弹出【打开】对话框在该对话框里 选择齿轮零件 “然后单击 按钮，行星齿轮架出现在 绘图窗口中，如下图 示，同时弹出装配 控制面板，如图 示。 图 15 行星架齿轮 图 16 元件放置操控版 2）设置销钉约束。在控制面板的【约束类型】下拉菜单表中选择【销钉】选项， 然后选用轴对齐如图 示，平面重和如图 示 ，旋转轴重 和如图 示。 15 买文档就送您 01339828 或 11970985 图 17 “用户定义 ” 图 18“轴对齐 ” 图 19 “旋转平面 ” 图 20“平面对齐 ” 对话框 对话框 对话框 对话框 图 21 选择零件轴 图 22 选择零件端面 图 23 选择零件定义面 定义 “轴对齐 ” 定义 “平面对齐 ” 定义 “平面对齐 ” （ 3）装配销轴 1）添加销轴。单击 【添加原件】按钮 择齿轮零件 “然后单击 ，弹出【打开】 对话框在该对话框里选 按钮，销轴出现在绘图窗口 中，如下图所示，同时弹出装配 控制面板，如图所示。 2）设置刚性约束。在控制面板的【约束类型】下拉菜单表中选择【刚性】选项， 然后选用轴对齐如图 面重和如图，端面对齐。 图 24 “刚性约束 ” 图 25 选择元件与组件的轴对齐 对话框 3）另外两个销轴按相同的方法装配。 （ 4）装配齿轮 16 买文档就送您 01339828 或 11970985 1）添加齿轮。单击 【添加原件】按钮 择齿轮 “然后单击 ，弹出【打开】 对话框在该对话框里选 按钮，齿轮出现在绘图窗口中，如下 图 示，同时弹出装配控制面板，如图 示。 面约束 轴对齐 图 26 齿轮模型 图 27 定义 “销钉约束 ” 图 28 选择 “面约束 ” 2）设置销钉约束。在控制面板的【约束类型】下拉菜单表中选择【销钉】选项， 然后选用轴对齐如图 面重和如图，旋转轴约束对齐。 3）另外两个销轴按相同的方法装配 （ 5）第二三级行星齿轮机构的装配方法与第一级相同，在此省去。 齿轮的装配 (1) 单击【新建】按 如下图所示，单 击 （ 2）装配内齿轮 1 ，如后输入如下图名称，取消【使用缺省模版】复选项， 按钮进入装配界面。 1）添加内齿轮。单 击【添加原件】按钮 选择齿轮零件 “然后单击 ，弹出【打开 】对话框在该对话框 里 按钮，第一级内齿轮出现 在绘图窗口中，如下图 示，同时弹出装配控制面板，如图所示。 图 29 内齿轮模型 17 买文档就送您 01339828 或 11970985 2）设置刚性约束。在控制面板的【约束类型】下拉菜单表中选择【刚性】选项， 然后选用轴对齐如图 面重和如图， 平面对齐如图。 平面对齐 平面对齐 图 30 定义 “刚性约束 ” 图 31 定义 “刚性约束 ”条件 （ 3）装配内齿轮 2 1）添加内齿轮。单 击【添加原件】按钮 ，弹出【打开 】对话框在该对话框 里 选择齿轮零件 “然后单击 按钮，第一级内齿轮出现 在绘图窗口中，如下图所示，同时弹出装配控制面板，如图 示。 图 32 内齿轮模型 2）设置刚性约束。在控制面板的【约束 类型】下拉菜单表中选择【刚性】选项， 然后选用轴对齐和轴对齐。 图 33 “刚性约束 ” 图 34 装配内齿轮整体 对话框 （ 3） 装配螺栓 18 买文档就送您 01339828 或 11970985 1）添加内齿轮。单 击【添加原件】按钮 ，弹出【打开 】对话框在该对话框 里 选择齿轮零件 “然 后单击 按钮， 第定位螺栓出 现 在绘图窗口中，如下图所示，同时弹出装配控制面板，如图 示。 图 35 2）设置用户自定义。在控制面板的 【约束类型】下拉菜单表中选择【插入】选项， 然后选用相切。 图 36 “用户定义 ”对话框 图 37 定义 “插入 ”装配螺钉 3）其他两个螺栓安装方法一样，这样外套组合体就安装好了。 装配体的装配 （ 1） 单击【新建 】按 ，如后输入名称 消【使用缺省模版】 复选项，使用上述模版，单击 （ 2）装配骨架模型 按钮进入装配界面。 1）添加骨架模型。 单击【添加原件】按 钮 里选择齿轮零件 “然后单击 ，弹出【打 开】对话框在该对话 框 按钮，骨架模型出现在 绘图窗口中，如下图 示，把系统给定的省略。 19 买文档就送您 01339828 或 11970985 图 38 建立骨架模型 （ 3）添加齿轮轴。 单击【添加原件】按钮 里选择齿轮零件 “然后单击 窗口中，如下图 示。 ，弹出【打 开】对话框在该对话 框 按钮，齿轮轴出现在绘图 图 39 齿轮轴模型 图 40 装配齿轮轴 选择销钉约束，选择轴对齐， 平面重和，旋转平面重和，如图 示。 （ 4）装配 第一级行星机构） 1）单击【添加原件 】按钮 ，弹 出【打开】对话框在该 对话框里选择行星架 组 件 “然后单 击 按钮，第一级行星 机构出现在窗口 中，如下图 示。 图 41 行星架齿轮装配模型 2）设置销钉约束。设置销钉约束。在控制面板的【约束类型】下拉菜单表中选择 【销钉】选项，然后选用轴对齐如下图，平面重和如图，旋转轴约束对齐。 20 买文档就送您 01339828 或 11970985 图 42 采用轴对齐装配 图 43 采用面约束装配 图 44 采用面重和约束 （）第二，三级行星齿轮机 构的装配与上面雷同，在 此不再重复。其装配出来 的图形如下图 示。 图 45 一、二、三级行星机构装配体模型 （）装配内齿轮组件 ）单击【添加原件】按钮 件 “ 然后单击 图 示。 ，弹出【打开】对话框在该对话框里选择内齿轮组 按钮，内 齿轮组件出现在 窗口中，如下 图 46 内齿轮装配体模型 2）设置刚性约束。在控制面板的【约束类型】下拉菜单表中选择【刚性】选项， 然后选用轴对齐和轴对齐。 （ 7）装配摇杆和手柄。最后形成的的总装配图如下所示。 21 买文档就送您 01339828 或 11970985 图 47 整体装配模型 构运动仿真 仿真基本流程 机构运动仿真总体上可分成 四个部分：创建机构，添 加驱动器，进行机构仿 真以及分析仿真结果，其流程如下所示。 创建机构 添加驱动器 进行机构仿真 分析仿真结果 定义齿轮副连接 （ 1）单击 对机构进行齿轮副约束，进入齿轮副连接定义，如下图设置完毕后 单击 按钮后就完成了对该对齿轮副的连接定义。 22 买文档就送您 01339828 或 11970985 图 48 “齿轮 1”齿轮副 图 49 “齿轮 2”齿轮副 定义对话框 定义对话框 （ 2）后面的所有齿轮副定义与上述相同，在此不再重复。 义质量属性 单击 按钮进入质量定义对话框。定义结果如下图所示： 图 50 质量定义框 单击 完成对质量的定义，单击信息下拉菜单查看质量属性可获得总体的质量， 如下图所示： 图 51 “质量属性 ”查看对话框 图 52 查看机构总体质量结果 23 买文档就送您 01339828 或 11970985 义输入转矩 单击 按钮对输入轴扭矩进行设定，设定结果如下图所示： 图 53 定义 “输入扭矩 ” 单击 完成对输入扭矩的定义。 义驱动器 单击 单击 按钮对输入轴转速进行设定，设定结果如下图所示： 完成对伺服电机的定义。 图 54 定义伺服电机 图 55 伺服点击定义参数值 运动仿真 （ 1）单击 进入分析定义，设定的结果如下图所示， 24 买文档就送您 01339828 或 11970985 图 56 动态 “分析定义 ” 图 57 运动学 “分析定义 ” （ 2）单击