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A114 汽车 卸胎器 设计 仿真 PRO PPT

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2011届毕业设计说明书 汽车卸胎器的设计与仿真 系 、 部： 机械工程系 学生姓名： 唐小林 指导教师： 罗建华 职称 教授 专 业：机械设计制造及其自动化 班 级： 机本0701 完成时间： 2011年5月28日 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pro/E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ABSTRACTWith the continuous development of market economy, the demand for construction machinery market is increasing, thus supporting the machine maintenance products also urgently needs to be innovation and improvement. Many construction machinery such as trucks, trucks, all types of military vehicles, container trucks, tankers, buses, harvesters, dump trucks, tractors, all kinds of special vehicles operating in the field is prone to failure, some failures such as tire burst and the nut loose such a situation, you need to quickly repair this machine, but please maintain a dedicated staff to have a lot of inconvenience, in order to meet market demand, the research is a way to quickly loosen (tighten) the nut The increasing power of institutions - Planetary tire unloading device. Based on the analysis and comparison of several common strengths and weaknesses of institutions by force and to improve upon a force increasing mechanism (planetary gear Force organizations) made. The agency uses a planetary gear structure, body size, high efficiency, easy to carry, transmission power range, etc., has good practicability, it is easy for each user equipped with a car, especially in the rural region, where the vehicles rarely go to a special service for maintenance, as poor rural roads, agricultural vehicles on the road bumps make the car very easy to loose nuts, leading to all kinds of failure, tire disposal device which can play in these failures a role, can be said that the market here is very broad. With further improvement of the planetary transmission technology, prospects in this area more widely. In this paper, the choice of transmission line and the structural design of a detailed calculation of check instructions and to use pro / E completed the design of the virtual prototype. Then adopted the principle of rationality and feasibility of their simulation was validated and achieved good results. Key words : Force Agency；Planet institutions；Maintenance tools 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pro/E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ABSTRACTWith the continuous development of market economy, the demand for construction machinery market is increasing, thus supporting the machine maintenance products also urgently needs to be innovation and improvement. Many construction machinery such as trucks, trucks, all types of military vehicles, container trucks, tankers, buses, harvesters, dump trucks, tractors, all kinds of special vehicles operating in the field is prone to failure, some failures such as tire burst and the nut loose such a situation, you need to quickly repair this machine, but please maintain a dedicated staff to have a lot of inconvenience, in order to meet market demand, the research is a way to quickly loosen (tighten) the nut The increasing power of institutions - Planetary tire unloading device. Based on the analysis and comparison of several common strengths and weaknesses of institutions by force and to improve upon a force increasing mechanism (planetary gear Force organizations) made. The agency uses a planetary gear structure, body size, high efficiency, easy to carry, transmission power range, etc., has good practicability, it is easy for each user equipped with a car, especially in the rural region, where the vehicles rarely go to a special service for maintenance, as poor rural roads, agricultural vehicles on the road bumps make the car very easy to loose nuts, leading to all kinds of failure, tire disposal device which can play in these failures a role, can be said that the market here is very broad. With further improvement of the planetary transmission technology, prospects in this area more widely. In this paper, the choice of transmission line and the structural design of a detailed calculation of check instructions and to use pro / E completed the design of the virtual prototype. Then adopted the principle of rationality and feasibility of their simulation was validated and achieved good results. Key words : Force Agency；Planet institutions；Maintenance tools目 录1 绪 论11.1.引言11.2.国内发展概况11.2.1.研究现状及典型机构11.2.2.存在的问题22 卸胎器的原理32.1卸胎器的简介32.2卸胎器的传动原理32.2.1 机构原理32.2.2 机构三维图拆分结构43 传动系统的方案设计53.1传动方案的分析与拟定53.1.1对传动方案的要求53.1.2拟定传动方案53.2轮胎拆装增力扳手53.3低速级设计计算63.3.1齿数的选择63.3.2初步计算齿轮的主要参数63.3.3几何尺寸的计算93.3.4重合度的设计计算103.3.5啮合效率的计算103.3.6齿面疲劳强度校核113.4第二级设计计算153.4.1力学计算153.4.2齿轮的几何尺寸计算结果如下153.4.3重合度计算153.4.4啮合效率的计算163.4.5齿面疲劳强度校核163.5高速级传功的设计计算194行星齿轮传动主要构建设计与计算204.1 齿轮传动的结构设计计算204.1.1 太阳轮204.1.2 内齿轮205 主要零件的技术条件245.1 齿轮精度及技术条件245.1.1精度等级245.1.2 对行星轮的要求245.2 行星架及其他主要零件的精度和技术要求245.2.1中心距的极限偏差245.2.2 相邻行星轮轴孔弦距相对误差245.2.3 其他主要零件的精度要求及技术要求255.3 主要零件的材料和热出炉要求255.3.1齿轮材料和热处理要求255.3.2 其他零件的材料和热处理256 机构装配与运动仿真266.1 机构装配与运动仿真概述266.2 卸胎器的机构装配266.2.1 设置工作目录266.2.2 新建装配文件266.2.3 装配第一，二，三级行星机构276.2.4 内齿轮的装配296.2.5 总装配体的装配316.3 机构运动仿真346.3.1 仿真基本流程346.3.2 定义齿轮副连接346.3.4 定义输入转矩356.3.5 定义驱动器366.3.6 运动仿真366.3.7 测量387 使用说明书397.1 简介397.2 特点397.2 部件组成397.3 使用说明407.4 主要参数407.5 注意事项408 总结与展望42参考文献43致 谢441 绪 论1.1. 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。1.2. 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。1.2.1. 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。图1 力矩扳手图2 力矩放大器 1.2.2. 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 2.1卸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-蜗杆、蜗杆-齿轮等。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。2.2卸胎器的传动原理2.2.1 机构原理图3 卸胎器工作原理图a1输入轴.也是第一级太阳轮，a2第二级太阳轮，a3第三级太阳轮c1第一级行星轮，c2第二级行星轮，c3第三级行星轮b1，b2，b3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】P6-4）。2.2.2 机构三维图拆分结构图4 机构拆分图图5 卸胎器剖视图如图3.2所示，整个机构拆分图，经过装配成如图3.3所示装配体，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3.1 传动方案的分析与拟定3.1.1 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。3.1.2 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3.2 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，现将力矩放大器的工作过程等表述如下：选用行星齿轮传动路线，NGW型的派生系列，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。3.3 低速级设计计算3.3.1 齿数的选择（1） 总比例的估算其模型选自齿轮手册上册的NGW派生系列传动机构，因为每级传动比为所以其总传动比为： （1） （2） 齿轮的配齿的计算1） 传动比及装配条件 （c要为整数） （2）2）同心条件 （3） 对于要变位的齿轮采用 3）临界条件 （4）由（1）(2)（3）对齿轮齿数的选择初步选定 3.3.2 初步计算齿轮的主要参数（1） 力学计算根据力矩的传导方向是又右至左，所以首先设计的是低速级齿轮的传递，第三级齿轮的受力分析图为：图7 机构受力分析按照上述提示进行受力分析计算，则可得行星轮c作用于中心轮a的切向力为 (N) （5）而行星c上所受的三个切向力分别如下中心轮a作用于行星轮c的切向力为 (N) （6） 内齿轮b作用于行星轮c的切向力为 (N） （7）转臂x作用于行星轮c的切向力为 （8）转臂x上所受的作用力为 （9）在转臂x上所手的力矩为 （10）在内齿轮b上所受的切向力为 （11）按卡车螺母承受理论转矩计算，即=（2） 齿轮的材料的选择及其热处理要求表1 齿轮材料性能及热处理要求齿轮 材料 热处理 加工精度太阳轮） 20CrNi2Mo 渗碳（57+4）HRC 1400 357 7级行星轮 20CrNi2Mo 渗碳（57+4）HRC 1400 294 7级内齿轮 42CrMo 调质（262293）HRC 780 255 8级（3） 初步设计计算模数和最小直径1）根据齿轮接触强度计算小齿轮直径 （12） 根据（参考文献【2】）确定其主要参数如下：选用载荷系数为： 计算小齿轮的传递转矩为： =由表10-7选取齿宽系数为： =0.5 由表10-6查得材料 的弹性系数影响系数 = 由图10-21d按齿面硬度查得大小齿轮的接触疲劳强度极限均用= ，采用调质的方式进行热处理。由图10-19选取接触疲劳系数计算接触疲劳许用应力，去失效率为，安全系数为S=1,则2)按齿轮弯曲强度初算模数m （13）根据（参考文献【2】）确定其主要参数如下：由图10-20c查的太阳轮的弯曲疲劳强度极限 =500MPa由图10-18取弯曲疲劳寿命系数 取弯曲疲劳系数S=1.5 有式（10-12）得 计算载荷系数 查齿形系数，由表10-5查得 查取应力校正系数，由表10-5查得 计算 考虑到轮廓的外观及其使用 选用模数m=2.5这样能够足够满足要求第三级齿轮太阳轮，若取m=2.5则太阳轮的分度圆直径与接触强度初算的结果很接近，故初定da=27.5mm进行接触和弯矩疲劳强度计算。3.3.3 几何尺寸的计算分度圆直径，节圆直径，基圆直径，齿顶圆直径，齿根圆计算结果如下表：表2 齿轮的几何尺寸齿轮 分度圆直径 节圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径太阳轮） 27.5 25.84 32.5 21.25行星轮 25 23.49 30 18.75内齿轮 77.5 72.84 79.83 83.75注：（参考文献【1】表2.2-8）外啮合计算公式： 内啮合计算公式 （仅对直齿而言）3.3.4 重合度的设计计算（1） 外啮合重合度计算（2） 内啮合重合度计算 重合度瞒足要求3.3.5 啮合效率的计算该级齿轮副为内齿轮固定，太阳轮为主动件，行星轮，转架为从动件，则转化机构效率为 （14）式中 行星架固定是传动机构中各齿轮副啮合损失系数只和：所以 式中 齿面摩擦因素，=0.050.1则行星传动啮合效率为3.3.6 齿面疲劳强度校核【1】（1） 外啮合1）齿面接触疲劳强度 计算接触应力，计算接触强度安全系数。其参数和取值如下：接触应力基本值； （15）节点区域系数 弹性系数 重合度系数 螺旋角系数 直齿 分度圆上的切向力 齿数比 齿宽 取实际齿宽为25mm接触应力基本值； 太阳轮单对齿啮合下界点接触应力 行星轮单对齿啮合下界点接触应力表3 齿轮接触强度有关参数和系数代号 名称 太阳轮取值 行星轮取值 内齿轮取值） 使用系数 1.10 1.10 1.10 动载系数 1.02 1.02 1.03 齿向在和分布系数 1.284 1.284 1.17 齿载荷分配系数 1.0 1.0 1.1 行星轮间载荷不均匀系数 1.1 1.1 1.1 小齿轮单对齿啮合系数 1 1 1注：1.表中计算均以太阳轮为例=0.916所以 取 M=1太阳轮接触强度安全系数 行星轮接触强度安全系数根据以上计算结果，外啮合的接触强度是满足强度要求的。表4 齿面接触强度有关参数和系数代号 名称 太阳轮取值 行星轮取值 内齿轮取值） 寿命系数 3.5 3.5 3.5 润滑系数 0.7 0.7 0.7 粗糙度系数 0.95 0.95 0.96 工作硬化系数 1 1 1 尺寸系数 1.038 1.038 12） 齿根弯曲触疲劳强度齿根弯曲疲劳应力用下列式子式进行计算，计算弯曲疲劳安全系数也一样计算，式中参数和取值见表3，表4。太阳轮弯曲应力基本值行星轮弯曲应力基本值太阳轮的弯曲应力 行星轮的弯曲应力太阳轮抗弯强度安全系数 行星轮的抗弯强度安全系数根据以上计算结果，外啮合的抗弯强度是满足要求的。表5 齿轮接触强度有关参数和系数代号 名称 太阳轮取值 行星轮取值 内齿轮取值） 齿向载荷分布系数 1.183 1.183 1.27 齿间载荷分布系数 1 1 1.1 行星轮间载荷分配不均匀系数 1.15 1.15 1.15 齿形系数 3.8 3.82 2.63 应力修正系数 1.38 1.40 4.57 重合度系数 0.778 0.778 0.587 弯曲寿命系数 1.6 1.6 1.5 试验齿轮修正系数 2 2 2 齿根圆角敏感系数 1 1 1.03 尺寸系数 0.96 0.96 0.96 螺旋角度数 1 1 1 小齿轮单对齿啮合系数 1 1 1（2） 内啮合1） 齿面接触疲劳强度这里计算内齿轮，计算公式同前，其计算用参数和系数取值见表内齿轮的接触应力基本值内齿轮的接触应力内齿轮的接触强度安全系数根据以上计算结果，内齿轮的接触强度是满足要求的2） 齿根抗弯强度这里之计算内齿轮，计算公式同前，其计算用参数和系数见表5内齿轮的弯曲应力基本值内齿轮的弯曲应力内齿轮的弯曲强度安全系数根据以上计算结果，内齿轮的弯曲强度能满足要求3.4 第二级设计计算3.4.1 力学计算由于第三级齿轮所以承受的力比第二级齿轮所承受的力要大得多，所以可以直接确定第二级齿轮的模数，考虑到力矩放大器的轮廓和加工过程的方便，就采用和第三级相同的模数相同。1) 取模数m=2.5这样第二级太阳轮的直径 mm 与接触强度初算的结果很接近，故定 进行接触强度和弯曲强度疲劳计算3.4.2 齿轮的几何尺寸计算结果如下表6 齿轮的几何尺寸齿轮 分度圆直径 节圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径太阳轮） 27.5 25.84 32.5 21.25行星轮 25 23.49 30 18.75内齿轮 77.5 72.84 79.83 83.753.4.3 重合度计算【1】（1）外啮合重合度计算 （2）内啮合重合度计算 重合度瞒足要求3.4.4 啮合效率的计算该级齿轮副为内齿轮固定，太阳轮为主动件，行星轮，转架为从动件，则转化机构效率为 （16）式中 行星架固定是传动机构中各齿轮副啮合损失系数只和：所以 式中 齿面摩擦因素，=0.050.1则行星传动啮合效率为3.4.5 齿面疲劳强度校核（1） 外啮合1）齿面接触疲劳强度 计算接触应力，接触强度安全系数用下列各式，各式中的参数和取值如下接触应力基本值； （17）节点区域系数 弹性系数 重合度系数 螺旋角系数 直齿 分度圆上的切向力 齿数比 齿宽 取实际齿宽为15.5mm接触应力基本值； 太阳轮单对齿啮合下界点接触应力行星轮单对齿啮合下界点接触应力 表7 齿轮接触强度有关参数和系数代号 名称 太阳轮取值 行星轮取值 内齿轮取值） 使用系数 1.10 1.10 1.10 动载系数 1.02 1.02 1.03 齿向在和分布系数 1.244 1.244 1.17 齿载荷分配系数 1.0 1.0 1.1 行星轮间载荷不均匀系数 1.1 1.1 1.1 小齿轮单对齿啮合系数 1.086 1.086 1太阳轮接触强度安全系数 行星轮接触强度安全系数根据以上计算结果，外啮合的接触强度是满足强度要求的2）齿根弯曲疲劳强度齿根弯曲疲劳应力，弯曲疲劳安全系数用下列各式计算，式中各参数和取值见表3，表4，表5。太阳轮弯曲应力基本值行星轮弯曲应力基本值太阳轮的弯曲应力 行星轮的弯曲应力太阳轮抗弯强度安全系数行星轮的抗弯强度安全系数根据以上计算结果，外啮合的抗弯强度是满足要求的。（2） 内啮合1）齿面接触疲劳强度这里计算内齿轮，计算公式同前，其计算用参数和系数取值见表8内齿轮的接触应力基本值内齿轮的接触应力内齿轮的接触强度安全系数根据以上计算结果，内齿轮的接触强度是满足要求的3） 齿根抗弯强度 这里之计算内齿轮，计算公式同前，其计算用参数和系数见表7内齿轮的弯曲应力基本值内齿轮的弯曲应力内齿轮的弯曲强度安全系数根据以上计算结果，内齿轮的弯曲强度能满足要求所以第二级和第三级齿轮的结构和尺寸都已经得出，现在只需要对第一级的齿轮的尺寸和齿数确定其数目和值。为了方便制造，外筒采用模数为2的齿轮，其具体计算过程就从略3.5 高速级传功的设计计算设计计算方法和步骤与高速级相同，选材也是一样的，此处从略，仅给出主要数据计算结果。（1） 配齿数 （2） 传动比 所以整个传动比为 4 行星齿轮传动主要构建设计与计算4.1 齿轮传动的结构设计计算【1】4.1.1 太阳轮 （1） 太阳轮的结构设计 因其传动类型不同而采用不同的浮动方式，其第二，三级太阳轮采用与前一级行星架连为一体的方式，由于第一级太阳轮是输入转矩的，所以单独作为一体。由于整个组件对于制造和使用精度不是很高，为了减少制造成本，不采用浮动机构也能满足要求的前提下，所以选用不采用浮动机构，其结构视图如下：图8 卸胎器结构图在行星的传动中，通常是采用三个或三个以上的行星轮对称布置，太阳轮上的横向和力基本上是平衡的，即,所以不需要校核太阳轮的弯曲强度。4.1.2 内齿轮（1）结构设计 内齿轮的结构设计，随其是否旋转和浮动的方式不同而不同。本设计采用的是套筒式，即第一级和第二级在同一圆柱面内，之所以采用这种形式，是为了方便加工，即第二，三级内齿轮在一次加工冲击完成。内齿轮不采用旋转方式，即在使用过程中，内齿轮是固定不动的。但必须得考虑插齿时的退刀槽和插齿刀最小外径所需要的空间尺寸。26 行星结构设计轮做成中空齿轮，这样采用把行星轮用销轴固定在行星架上，如下图形式：图9 行星齿轮安装式样（2） 太阳轮的，内齿轮轮缘疲劳强度校核 行星传动中的齿轮轮缘内外侧任意一点上的应力都在最大应力和最小应力之间变动，且为交变应力，故其强度计算以校核疲劳安全系数为宜，对于中心轮，一般只进行弯曲强度校核，当齿轮传递转矩在轮缘内产生很大应力时，同时进行转矩疲劳强度校核，其安全系数和分别按下式计算： （18） （19）式中各符号代表的意义见参考文献【2】其中 ,齿轮材料的抗拉强度和抗切强度，对于近似计算，可取,齿轮材料的弯曲和扭矩对称循环疲劳极限，一般取，；,正应力和切应力的应力幅值；,正应力和切应力的平均应力；，,材料的对称循环极限应力对实际轮缘的折算系数，按下式计算： （20） （21） ,弯曲和扭转的有效应力集中系数，当齿轮材料的时，取，由图7.5-43和图7.5-44确定。寿命系数。与材料种类，硬度和应力循环次数有关，当齿面硬度时， 当齿面硬度 时， 总安全系数 一般取 经计算=1.58 满足要求（3） 行星架的结构设计与计算行星架是行星传动中结构比较复杂而重要的构件，当行星架作为基本构建时，它是机构中承受外力矩最大的零件。因此，行星架的机构设计和制造质量对各行星轮间的载荷分配以及传动装置的承载能力.噪声和振动有重大影响。1) 行星架的结构设计行星架的常见结构形式有双臂整体式（见参考文献【1】图7.5-45和图7.5-46）；双臂装配式（见参考文献【1】图7.5-48）和单臂式（见参考文献【1】图7.5-49）三种。在制造工艺上又有铸造，锻造和焊接等不同。本设计采用的是双臂式整体行星架，因为双臂式整体行星架的架构刚性比较好，采用铸造和焊接的方法，可得到与成品尺寸相近的毛胚，加工量小。焊接一般使用在单件生产的大型行星传动结构中。本力矩放大器采用的是铸造的方式。图10 双臂整体式行星架双臂整体式行星架的两个臂是通过中间的连接板连接在一起，两侧板的壁厚，当不装轴承时,可采用经验公式选取；，尺寸应比行星轮外径大10mm以上，连接板内侧半径按比值 。行星架的外径，式中为中心距，为行星轮分度圆直径。表8 第一，二，三级行星架的参数符号 第一级计算取值范围 5.56.6 4.45.5 17.2529.325 22第一级取值 9 6 55 30 25 22第二级取值范围 6.567.88 5.256.56 16.87528.69 26.25第二级取值 7 5.5 67.5 35 26.25 26.25第三级取值范围 6.567.88 5.256.56 16.87528.69 26.25第三级取值 8 6 67.5 35 26.25 26.25 2）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4） 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。5 主要零件的技术条件5.1 齿轮精度及技术条件5.1.1精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45678圆 周 速 度直 齿 轮斜 齿 轮 15301030612注:1.齿轮精度的检验项目及极限偏差数值应符合渐开线圆柱齿轮精度GB10095-88的规定。 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。5.1.2 对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20CrNi2Mo。5.2 行星架及其他主要零件的精度和技术要求5.2.1中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。5.2.2 相邻行星轮轴孔弦距相对误差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，则可按下式计算： 式中 中心距（mm）； 行星轮数； 根据参考文献【1】表7.6-3可得 5.2.3 其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（GB1184-80）中的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GB1800-79GB1804-79中的7级精度。5.3 主要零件的材料和热出炉要求5.3.1齿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。5.3.2 其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20CrNi2Mo，渗碳处理 （3）内齿轮 选材为42CrMo，调质处理6 机构装配与运动仿真6.1 机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。6.2 卸胎器的机构装配6.2.1 设置工作目录6.2.2 新建装配文件（1）建立骨架模型单击【新建】按，如后输入如下图6.1名称，取消【使用缺省模版】复选项，如下图6.2所示，单击按钮进入零件界面。 图11 “新建”对话框 图12 “新文件选项”对话框 6.2.3 装配第一，二，三级行星机构(1) 单击【新建】按，如后输入如下图6.3名称，取消【使用缺省模版】复选项，如下图6.4所示，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“2Tchilun.pat”，然后单击按钮，行星齿轮架出现在绘图窗口中，如下图6.5所示，同时弹出装配控制面板，如图6.6所示。 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6.8和6.11所示，平面重和如图6.9和6.12所示，旋转轴重和如图6.10和6.13所示。 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，弹出【打开】对话框在该对话框里选择齿轮零件“liangan1.pat”，然后单击按钮，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6.10，平面重和如图，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1）添加齿轮。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“07AA.pat”，然后单击按钮，齿轮出现在绘图窗口中，如下图6.16所示，同时弹出装配控制面板，如图6.17所示。 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6.18，平面重和如图，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。6.2.4 内齿轮的装配 (1) 单击【新建】按，如后输入如下图名称，取消【使用缺省模版】复选项，如下图所示，单击按钮进入装配界面。（2）装配内齿轮11）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“1Nchilun.pat”，然后单击按钮，第一级内齿轮出现在绘图窗口中，如下图6.19所示，同时弹出装配控制面板，如图所示。 图29 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，然后选用轴对齐如图6.21，平面重和如图，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21）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“3Nchilun.pat”，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6.22所示。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“M5X0_8X8L.pat”，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6.25所示。图352）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。6.2.5 总装配体的装配（1） 单击【新建】按，如后输入名称fangzhentu.asm，取消【使用缺省模版】复选项，使用上述模版，单击按钮进入装配界面。（2）装配骨架模型1）添加骨架模型。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“gujiamox.pat”，然后单击按钮，骨架模型出现在绘图窗口中，如下图6.28所示，把系统给定的省略。图38 建立骨架模型（3）添加齿轮轴。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“1Xchil.pat”，然后单击按钮，齿轮轴出现在绘图窗口中，如下图6.29所示。 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6.30所示。（4）装配ASM0002（即第一级行星机构）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“ASM0002.ASM”，然后单击按钮，第一级行星机构出现在窗口中，如下图6.31所示。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。 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6.35所示。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，弹出【打开】对话框在该对话框里选择内齿轮组件“waitao.asm”，然后单击按钮，内齿轮组件出现在窗口中，如下图6.36所示。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。图47 整体装配模型6.3 机构运动仿真6.3.1 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6.3.2 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。 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。6.3.3 定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6.3.4 定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。6.3.5 定义驱动器单击按钮对输入轴转速进行设定，设定结果如下图所示：单击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6.3.6 运动仿真（1）单击进入分析定义，设定的结果如下图所示， 图56 动态“分析定义” 图57 运动学“分析定义”（2）单击对运动结果进行回放和保存仿真结果，单击将生成仿真动画。 图58 “动画”对话框 图59 “捕获”对话框在回放里面进行干涉检测。如下图所示。 图60 “回放”对话框 图61 检测组件有无碰撞6.3.7 测量点击对分析结果进行测量，下图是设定输入输出扭矩的值：图62 输入扭矩的定义值图63 输出扭矩的结果值符合设计过程中的计算要求，也符合设计要求。7 使用说明书7.1 简介卸胎器是手柄和三级行星机构组成。其原理为操作人员只需施加很小的力，通过行星齿轮减速放大机构即可得到4-95倍的输出放大力矩，从而轻便快捷地完成螺栓螺帽的紧固或拆卸工作。7.2 特点（1）、适用于空间较小的施工场合（2）、轻巧方便的手动操作（3）、最小的工具直径，最大的力矩输出（4）、产品的系列化设计，适用范围广（5）、可调换不同规格的套筒扳头，以适应多种大直径螺栓螺帽7.2 部件组成 （1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8）（9） （10） （11） （12） （13）图64 卸胎器的分解图（1）2、3N齿轮 （2）第三级行星架 （3）3X齿轮 （4）3T齿轮 （5）2X齿轮 （6）1X齿轮（7）1T齿轮 （8）1N齿轮（9）摇杆 （10）手柄 （11）销轴3 （12）销轴2 （13）销轴1注:X行星齿轮；N内齿轮；T太阳轮7.3 使用说明（1）、本产品利用齿轮组合减速后，所传递的力矩同比例放大的原理，可使输出扭矩增大数十倍。从而只需轻松地摇动摇杆便可拆装重型汽车车轮胎螺母。（2）、拆装轮胎螺母时，摇杆摇动方向与螺母旋动方向相同。（3）、与标准1英寸风炮套筒配套使用，用户可根据螺母规格，选用不同的套筒规格，如边距22、27、30、32、33、35、38、41毫米等。（4）、使用时，将与轮胎螺母对应规格的套筒套在扳手输出轴的方榫头上，套筒的另一端套住待拆装的螺母，将省力扳手的撑脚搁置在相邻的螺母上，撑脚搁置的方向与拆装螺母的手摇方向相反。（5）、待拆装的螺母处在较深的位置时，可将接长套筒套在扳手的输入轴上，这样增加了省力扳手长度，避免使用中摇杆碰到轮胎。（6）、当螺母松动时，换用接长杆，用摇杆直接套在接长杆的一端，套筒套在接长杆的的另一端，便可迅速地拆装螺母了。用接长杆感到手感较重时，要换用省力扳手，便于螺母拆装。7.4 主要参数传速比：1：55.7最大安全输出扭矩：7500n.m工具重5.337公斤，轮胎拆装增力扳手具有超强大输出扭力功能，其体积小、重量轻、使用方便的特点，让您拆装大型车辆的轮胎时，更省时省力。7.5 注意事项增力扳手的设计精良，其紧凑、合理至完美的结构，使增力的效果得到更高一层的提升。本产品采用了多级行星轮系的组合结构，选用高级的合金钢和精良的热处理工艺，使产品具有良好的手感，坚固耐用，使其新颖、先进和实用。注意事项：*由于本产品采用了多级增力结构，使输出的力可以达到输入力的数十倍之大，由此，稍用力即可获得超强的力量，请注意您用的力不要超过49.2Kg，因为这点力量已经足够拆松或拧紧所有的大型车辆轮胎上所用规格的螺