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盘式重型飞机牵引车的结构设计【6张CAD图纸+毕业论文】

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盘式 重型 飞机牵引车 结构设计 cad图纸 毕业论文 盘式重型飞机牵引车
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盘式重型飞机牵引车的结构设计

24页 10000字数+说明书+6张CAD图纸【详情如下】

盘式重型飞机牵引车的结构设计论文.doc

盘式重型飞机牵引车装配图.dwg

联轴器-右半.dwg

联轴器-左半.dwg

联轴器装配图.dwg

轴套.dwg

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目录

第一章绪言- 1 -

1.1飞机牵引车的概述- 1 -

1.2飞机牵引车的发展及现状- 1 -

1.3    新型无杆飞机牵引车及生产厂家的竞争- 2 -

1.4飞机牵引车在我国的需求状况- 2 -

第二章飞机牵引车的结构- 3 -

第三章   盘式重型飞机牵引车的特点- 4 -

1.6.1  牵引效率高- 4 -

1.6.2  转向灵活- 5 -

1.6.3  动力特性好,起步平稳,牵引力大- 5 -

1.6.4  操纵方便安全- 5 -

1.6.5  便于大功率布局- 5 -

1.6.6  结构简单,制造容易,成本较低- 5 -

第四章电力机构设计- 6 -

4.1.电动轮驱动单元- 6 -

4.1.1电动机的选择- 6 -

4.1.2减速器的选择- 6 -

4.2.同步转向机构的电机选择- 7 -

第五章   车体转向系统的传动机构设计- 7 -

5.1 转向系统的概述- 7 -

5.2 第一级蜗杆副(高速级)- 8 -

5.1.1 齿面接触疲劳强度校核- 9 -

5.2.第二蜗杆传动副(低速级)- 11 -

5.2.1  初步估算传动中心距- 11 -

5.2.2  确定主要的几何尺寸- 11 -

5.2.3 齿面接触疲劳强度校核- 12 -

5.2.4  齿根强度校核- 13 -

5.3.联轴器的选择- 15 -

5.4.结构评述- 15 -

第六章  电动轮单元的结构设计及校核- 15 -

6.1 立轴的强度校核- 16 -

6.1.1  判断危险截面- 17 -

6.1.2  截面一上的应力- 18 -

6.1.3  应力集中系数- 18 -

6.1.4  安全系数- 18 -

6.2  制动器的设计- 19 -

结 论- 21 -

参考文献- 21 -

第一章绪言

1.1飞机牵引车的概述

飞机牵引车,是指主要用来移动飞机的特种车辆,根据与飞机之间的不同作用关系,可分为无杆牵引车和传统牵引车(或称有杆牵引车)两类。无杆牵引车是相对传统牵引车而言,其区别就在于二者与飞机之间的相互关系——交互界面的不同。由于交互界面的变化,使得牵引车对飞机的作用方式发生改变。无杆牵引车取消了与飞机相连接的中间环节——牵引杆,利用本身具有的特殊装置直接与飞机起落架上的机轮相作用,导致牵引车的特性发生了变化,具有车辆与飞机附件的双重属性。无杆牵引车不与飞机连接时,作为一独立的车辆,具有牵引车辆的一切特征;与飞机联接后,则变为飞机的一个附属部分,应具有飞机附件的特性。

传统飞机牵引车与飞机相连接是通过牵引杆来实现的,牵引杆独立于飞机和飞机牵引车,牵引车与飞机连接过程中,必须有一专人负责牵引杆的挂接作业;而无杆牵引车是将牵引杆及负责牵引杆挂接的人的作用集成到牵引车的一个特殊装置——联机装置上。根据联机装置的存在与否,便可确定该牵引车的类别,带有上述特殊装置的飞机牵引车即为无杆飞机牵引车。无杆飞机牵引车的主要结构类型联机装置是无杆飞机牵引车的核心部分,因结构不同可分为驱动型和驮负型。

1.2飞机牵引车的发展及现状

 大型无杆飞机牵引车围绕A380飞机在提高技术、增加品种的同时,中小型无杆飞机牵引车也在发展,其主要表现在电动牵引车工作动力的增加、联机装置性能的提高及牵引车结构的小型化。

以电作为动力的中小型无杆牵引车出现新的变化,具体表现在电动牵引车向高功率方向发展。这不仅体现在一直以电动无杆飞机牵引车为主导产品Lektro公司的牵引车上,也表现在那些主营常规动力牵引车的公司的产品上。早期的步行式飞机牵引车驱动电机的功率仅为7.5 kW,而目前的新型电动无杆牵引车驱动电机的功率已达20 kW。中小型无杆牵引车在结构上也有了一定的进展,主要表现在夹持装置上。重点解决对接方便,增加夹持装置对飞机起落架的友善程度,提高对多种机型的适应性和牵引飞机的安全性问题。如TBL-25型无杆飞机牵引车,其夹持装置在保证实现以往TBL系列牵引车夹持装置的功能外,还能水平旋转一定的角度,以确保前起落架的安全性及对接的方便性。无杆飞机牵引车要尽量降低车身高度,最新款式的小型无杆牵引车RAM(Multi Aircraft Matrix System)充分体现了这一思想。改变了常规牵引器、牵引车的操作方式,取消了牵引车的操作台或牵引器的操纵杆,利用线控或遥控方式实现各种作业,使得整车结构紧凑、车身低矮,整车高度不超过400 mm,极大地提高了适用性,可用

于多种小型飞机和直升机。

飞机牵引车是一种服务性产品,它的存在和发展与飞机产品的发展紧密相关。每出现一种新的飞机机型,就为牵引车产品的发展创造一次契机。2005年空中客车公司A380的面世,又为飞机牵引车生产厂家提供了新的发展机遇,因此,全球有实力的生产企业都在积极迎接新的挑战。TLD公司捷足先登,2004年就将为A380研制生产的2辆TPX-500S无杆式飞机牵引车运抵空客在法国Toulouse的装配厂,在2005年1月18日举行的有法、英、德、西班牙等国的首脑出席的A380揭幕典礼上初显身手。GHH公司也在自己原有的AM500型无杆飞机牵引车的基础上研制出X L版的A M 5 0 0,即AM500-XL来满足从事牵引A380作业的需要。Goldhofer公司最新推出了AST-1X系列无杆飞机牵引车,其行走装置为6轮结构以提高驱动和承载能力,2005年6月已有2辆飞机牵引车运到空客公司位于Hamhurg的一个相关部门。Douglas公司为了抢占市场,2005年开始将TBL-600型无杆牵引车作为TBL-400的加大型,首先用于商业航线。为了适应A380的使用需要,在结构尺寸上TBL-600比TBL-400加宽400 mm,加长600 mm。在欧洲这些公司加紧备战A380的同时,美国的FMC公司也准备好了自己的杀手锏——Expediter 600型无杆飞机牵引车。

结 论

盘式重型飞机牵引车在设计上突破了传统的结构形式,克服了现有牵引车的许多缺点,理论上完全满足牵引大型飞机的要求。但本文只对车体的结构进行设计,并不包括对控制系统及电池组和柴油机组成的混合动力设计。即本文所设计的内容离一辆完整的飞机牵引车还有很大一段距离。

本文所设计的牵引车结构比较简单,内部结构不是很繁琐,易于制作和加工,电控部分少,造价比较低,可靠性高。但还有许多地方需要改善和进一步改进。希望能在今后,有机会能和研究这项产品的老师交流一下,吸取一下他们的宝贵意见,使此设计更加的完

参考文献

[1] 王意.飞机牵引车技术的发展.国际航空,1994(9):18~20

[2] 王意.日臻成熟的无杆式飞机牵引车.国际航空,1995(4):9~11

[3] 王意.行走机械液压驱动技术发展大观.液压气动与密封,2000(1):19~28;2000(3):1~6

[4] 韩家钢.汽车液力传动.重庆:重庆大学出版社,1988:145~160

[5]  姚怀新.行走机械液压传动与控制[M].北京:人民交通出版社,2001.

[6]  GJB1848A—2002,飞机牵引车通用规范[S].

[7] 唐胜生.飞机牵引器.航空杂志,1988,10

[8] 唐胜生.国外飞机牵引车.航空杂志,1988,4

[9] 密 荣.航展上的航空公司和机场地面设备制造商.国际航空,1994,8

[10] Kraus Maffei Ltd克劳斯马菲公司(联邦德国)产品样本,1996

[11] Frech Brother Ltd弗里希兄弟公司(瑞士)产品样本,1997

内容简介:
长春理工大学光电信息学院本科毕业设计盘式重型飞机牵引车的结构设计Disk Shaped Heavy Duty Aircraft Tug专 业:班 级:姓 名:指导老师:2009年06月目录第一章绪言- 1 -1.1飞机牵引车的概述- 1 -1.2飞机牵引车的发展及现状- 1 -1.3 新型无杆飞机牵引车及生产厂家的竞争- 2 -1.4飞机牵引车在我国的需求状况- 2 -第二章飞机牵引车的结构- 3 -第三章 盘式重型飞机牵引车的特点- 4 -1.6.1 牵引效率高- 4 -1.6.2 转向灵活- 5 -1.6.3 动力特性好,起步平稳,牵引力大- 5 -1.6.4 操纵方便安全- 5 -1.6.5 便于大功率布局- 5 -1.6.6 结构简单,制造容易,成本较低- 5 -第四章电力机构设计- 6 -4.1电动轮驱动单元- 6 -4.1.1电动机的选择- 6 -4.1.2减速器的选择- 6 -4.2同步转向机构的电机选择- 7 -第五章 车体转向系统的传动机构设计- 7 -5.1 转向系统的概述- 7 -5.2 第一级蜗杆副(高速级)- 8 -5.1.1 齿面接触疲劳强度校核- 9 -5.2第二蜗杆传动副(低速级)- 11 -5.2.1 初步估算传动中心距- 11 -5.2.2 确定主要的几何尺寸- 11 -5.2.3 齿面接触疲劳强度校核- 12 -5.2.4 齿根强度校核- 13 -5.3联轴器的选择- 15 -5.4结构评述- 15 -第六章 电动轮单元的结构设计及校核- 15 -6.1 立轴的强度校核- 16 -6.1.1 判断危险截面- 17 -6.1.2 截面一上的应力- 18 -6.1.3 应力集中系数- 18 -6.1.4 安全系数- 18 -6.2 制动器的设计- 19 -结 论- 21 -参考文献- 21 -长春理工大学光电信息学院毕业设计第一章 绪言1.1 飞机牵引车的概述飞机牵引车,是指主要用来移动飞机的特种车辆,根据与飞机之间的不同作用关系,可分为无杆牵引车和传统牵引车(或称有杆牵引车)两类。无杆牵引车是相对传统牵引车而言,其区别就在于二者与飞机之间的相互关系交互界面的不同。由于交互界面的变化,使得牵引车对飞机的作用方式发生改变。无杆牵引车取消了与飞机相连接的中间环节牵引杆,利用本身具有的特殊装置直接与飞机起落架上的机轮相作用,导致牵引车的特性发生了变化,具有车辆与飞机附件的双重属性。无杆牵引车不与飞机连接时,作为一独立的车辆,具有牵引车辆的一切特征;与飞机联接后,则变为飞机的一个附属部分,应具有飞机附件的特性。传统飞机牵引车与飞机相连接是通过牵引杆来实现的,牵引杆独立于飞机和飞机牵引车,牵引车与飞机连接过程中,必须有一专人负责牵引杆的挂接作业;而无杆牵引车是将牵引杆及负责牵引杆挂接的人的作用集成到牵引车的一个特殊装置联机装置上。根据联机装置的存在与否,便可确定该牵引车的类别,带有上述特殊装置的飞机牵引车即为无杆飞机牵引车。无杆飞机牵引车的主要结构类型联机装置是无杆飞机牵引车的核心部分,因结构不同可分为驱动型和驮负型。1.2 飞机牵引车的发展及现状 大型无杆飞机牵引车围绕A380飞机在提高技术、增加品种的同时,中小型无杆飞机牵引车也在发展,其主要表现在电动牵引车工作动力的增加、联机装置性能的提高及牵引车结构的小型化。以电作为动力的中小型无杆牵引车出现新的变化,具体表现在电动牵引车向高功率方向发展。这不仅体现在一直以电动无杆飞机牵引车为主导产品Lektro公司的牵引车上,也表现在那些主营常规动力牵引车的公司的产品上。早期的步行式飞机牵引车驱动电机的功率仅为7.5 kW,而目前的新型电动无杆牵引车驱动电机的功率已达20 kW。中小型无杆牵引车在结构上也有了一定的进展,主要表现在夹持装置上。重点解决对接方便,增加夹持装置对飞机起落架的友善程度,提高对多种机型的适应性和牵引飞机的安全性问题。如TBL-25型无杆飞机牵引车,其夹持装置在保证实现以往TBL系列牵引车夹持装置的功能外,还能水平旋转一定的角度,以确保前起落架的安全性及对接的方便性。无杆飞机牵引车要尽量降低车身高度,最新款式的小型无杆牵引车RAM(Multi Aircraft Matrix System)充分体现了这一思想。改变了常规牵引器、牵引车的操作方式,取消了牵引车的操作台或牵引器的操纵杆,利用线控或遥控方式实现各种作业,使得整车结构紧凑、车身低矮,整车高度不超过400 mm,极大地提高了适用性,可用于多种小型飞机和直升机。飞机牵引车是一种服务性产品,它的存在和发展与飞机产品的发展紧密相关。每出现一种新的飞机机型,就为牵引车产品的发展创造一次契机。2005年空中客车公司A380的面世,又为飞机牵引车生产厂家提供了新的发展机遇,因此,全球有实力的生产企业都在积极迎接新的挑战。TLD公司捷足先登,2004年就将为A380研制生产的2辆TPX-500S无杆式飞机牵引车运抵空客在法国Toulouse的装配厂,在2005年1月18日举行的有法、英、德、西班牙等国的首脑出席的A380揭幕典礼上初显身手。GHH公司也在自己原有的AM500型无杆飞机牵引车的基础上研制出X L版的A M 5 0 0,即AM500-XL来满足从事牵引A380作业的需要。Goldhofer公司最新推出了AST-1X系列无杆飞机牵引车,其行走装置为6轮结构以提高驱动和承载能力,2005年6月已有2辆飞机牵引车运到空客公司位于Hamhurg的一个相关部门。Douglas公司为了抢占市场,2005年开始将TBL-600型无杆牵引车作为TBL-400的加大型,首先用于商业航线。为了适应A380的使用需要,在结构尺寸上TBL-600比TBL-400加宽400 mm,加长600 mm。在欧洲这些公司加紧备战A380的同时,美国的FMC公司也准备好了自己的杀手锏Expediter 600型无杆飞机牵引车。1.3 新型无杆飞机牵引车及生产厂家的竞争飞机牵引车是一种服务性产品,它的存在和发展与飞机产品的发展紧密相关。每出现一种新的飞机机型,就为牵引车产品的发展创造一次契机。2005年空中客车公司A380的面世,又为飞机牵引车生产厂家提供了新的发展机遇,因此,全球有实力的生产企业都在积极迎接新的挑战。TLD公司捷足先登,2004年就将为A380研制生产的2辆TPX-500S无杆式飞机牵引车运抵空客在法国Toulouse的装配厂,在2005年1月18日举行的有法、英、德、西班牙等国的首脑出席的A380揭幕典礼上初显身手。GHH公司也在自己原有的AM500型无杆飞机牵引车的基础上研制出X L版的A M 5 0 0,即AM500-XL来满足从事牵引A380作业的需要。Goldhofer公司最新推出了AST-1X系列无杆飞机牵引车,其行走装置为6轮结构以提高驱动和承载能力,2005年6月已有2辆飞机牵引车运到空客公司位于Hamhurg的一个相关部门。Douglas公司为了抢占市场,2005年开始将TBL-600型无杆牵引车作为TBL-400的加大型,首先用于商业航线。为了适应A380的使用需要,在结构尺寸上TBL-600比TBL-400加宽400 mm,加长600 mm。在欧洲这些公司加紧备战A380的同时,美国的FMC公司也准备好了自己的杀手锏Expediter 600型无杆飞机牵引车。1.4 飞机牵引车在我国的需求状况 随着我国航空业的发展,机场地面设备的市场越来越大,国际上几个较大的飞机牵引车企业都在竞争中国的市场;而由于飞机牵引车在我国研制生产的历史较短,生产能力比较薄弱,国产产品的品种、作业能力还很难完全满足需求,民用机场用的牵引车还不得不主要依靠进口。近些年,无杆飞机牵引车使用量逐渐增加,国外生产厂家的产品在我国的一些机场大量使用,如Douglas公司的TBL-180、Goldhofer公司的AST-3用在北京首都国际机场,FMC公司的Expditer300用在广州白云机场等。我国目前只有北京、山东的少数几家企业生产飞机牵引车。产品主要用于中小型飞机,国产传统型牵引车牵引力在200 kN以上的车型很少,无杆飞机牵引车产品都集中在牵引力在80 kN以下的档次。国产无杆飞机牵引车虽然起步较晚,但近几年发展迅速,目前国产无杆飞机牵引车从大到小已逐渐形成系列,产品可以覆盖现役的120 t以下的大部分飞机机型。液压驱动、双向驾驶及适应多机型是这类牵引车的共同特点,内燃机是其主要动力源。其他动力形式的无杆飞机牵引车也在研制之中,近期已出现了电动无杆牵引车产品。虽然国产无杆飞机牵引车的覆盖范围、作业能力等方面与国外产品还有一定的差距,但在结构性能上的差距逐渐在减小,国产产品的某些结构、性能已达到甚至超过国外同类产品的水平。根据中外各方的预测,到2020年,我国至少需要增加1 500架大型飞机,采购这些飞机需要花费1 000亿美元。2006年1月召开的全国科学技术大会上,温家宝总理在讲到国家中长期发展规划时,谈到了关于大型飞机问题,并陈述了这组数据。日前,由原航空工业部飞机局局长胡溪涛提供的数据显示,今后15年中国对大型飞机的需求结构为:100座276架,150座802架,200座338架,300座250架,400座以上77架,合计1 743架。所谓大型飞机一般指起飞总质量超过100 t的运输类飞机,包括军用和民用大型运输机,也包括150座以上的干线客机。所以研究飞机牵引有着重要的实际应用价值。第二章 飞机牵引车的结构本文所述盘式牵引车的结构如图1所示:(图 1)其外观为没有方向性的圆盘形,8个车轮均匀地分布在圆周上独立悬挂,由电力驱动,各轮均配有单独的电机5直接与车轮6相连,构成几组独立的电动轮驱动单元4。电动轮通过立轴安装在各自的轮架3上。轮架又通过铰链l2安装到多边形的中心机舱2上,其间装有减振弹簧11。机舱内设动力电池组和发电机。机舱上方是驾驶舱1。每个电动轮都由装在立轴上方的蜗轮7带动, 可绕各自的立轴转动。所有电动轮的蜗轮全都通过蜗杆8连锁在一起, 同步转动,从而实现车体转向。另有一个同样的蜗轮9装在驾驶舱的立轴上,使驾驶舱也能与各电动轮同步转动,并保证驾驶舱韵方向始终能与车体行进方向一致。驾驶舱的立轴是中空的,电气控制线从中通过。立轴的外围是轴承套环,牵引钩就从这里引出。根据上述原理结构所设计的验证车直径8.8米, 车高1.4米(不含驾驶舱), 重约4o吨。使用由110伏4000AH 电池组和2台300KW 柴油发电机组组成的混合动力。设计车速5kMh,最大牵引力250kN。(图 2)第三章 盘式重型飞机牵引车的特点相对于现有各种牵引车,盘式牵引车具有如下优点:1.6.1 牵引效率高由于采用全轮主动和全轮转向,因而能够做到牵引方向与车体的行进方向始终保持一致。这在转弯和推动飞机时对提高牵引效率和牵引安全是非常重要的。而按汽车结构设计的牵引车是做不到这一点的。1.6.2 转向灵活由于采用了全轮立轴转向,因此,能够做到使车体在静态下就地转弯,转弯半径为零。在行驶中更能做到全方位360度任意转向。采用立轴转向,普通车上必须考虑的主销后倾、外倾、前束等问题均不存在,却能自然保持行驶稳定和转向的灵活轻便。盘式飞机牵引车的这种特点在规模比较小的机场尤为适合,这和我国的基本国情相一致,大部分城市的机场并不是十分的大,所以需要这种转向灵活的飞机牵引车,在中国的应用前景什么广阔。1.6.3 动力特性好,起步平稳,牵引力大这主要是由于采用电力驱动的缘故。除了电池组,本机还装有柴油发电机。空载时发电机给电池组充电,工作时由发电机与电池共同向各轮电机供电。两者配合使用,可减少电池的配置量,发电机的容量也可以小些。同时,这样配置可使本牵引车兼做大功率电源车使用,进一步提高其使用效率。这种组合的动力源可以将节能性能发挥到极致,达到环保节能的目的。1.6.4 操纵方便安全由于采用电力驱动,本车很容易实现全电力操作,不但轻便省力,而且操纵性能良好。又由于驾驶舱位于车身中心顶部,视野360,方向总是自动保持与牵引方向一致,因此可保证司机在任何情况下都能看清包括牵引点在内的所有位置,无须地面指挥即可自主操作,提高了牵引时的安全性,有效地避免了刮碰事故的发生。另外采用动力驱动,可以有效的减少噪声染污,使驾驶人员感觉安全舒适。1.6.5 便于大功率布局对于牵引力在250 kW以上的重型牵引车,配置功率需1000 kW,.动系统很难再按汽车结构布局,各轮动力分配和变速器、离合器和差速器的设计以及牵引车的驾驶也都将发生困难。而采用盘式布局,再辅以电力驱动,这些问题就能够得到解决。除了大功率牵引车,小功率下也可以采用圆盘式布局。1.6.6 结构简单,制造容易,成本较低除了圆盘形的车体骨架之外,该车主要部分就是数个结构完全相同的电动轮驱动单元,很容易做到按标准化批量生产。由于具有互换性,拆装和维修都很方便。在比较小型的机场,这种特点显得尤为重要,维护的成本极低。第三章 电力机构设计4.1电动轮驱动单元4.1.1电动机的选择按车速5kM/h ,最大牵引力250kN设计;牵引车的输出功率:P =FV=250kN5kM/h=347.2kW电动机输出的总功率:P=kP=1.2347.2kW/0.94=443.2kW每个驱动单元用2个电机,一是为了减小每个电动机的功率,二是这样装配采取对称布置方式,使驱动单元的结构设计更合理。即整个机车电动轮部分共使用16个电动机。则每个电动机的输出功率为。按新编机械设计手册,选择小型直流电动机,型 号 Z3-73,额定转速 n额=1500r/min 额定功率 p额=30kW 额定电流 I额=212A(V额=220V)4.1.2减速器的选择由于摆线针轮减速器有如下优点(1)传动比范围大。单级传动987。(2)体积小,重量轻。用他代替两级普通圆柱齿轮减速器,体积可减少1/22/3;重量约减轻1/31/2。(3)效率高。一般效率0.90.94,最高可达0.97。(4)运转平稳,过载能力大。(5)工作可靠,寿命长。其寿命较普通齿轮减速器可提高23倍,所以,在设计中我们采用了这种减速器。一来使机车的体积尽可能小,二来提高了机车的实用性能。根据表25.160选取工作情况系数KA=1.0;i=43选取单级摆线减速器,取=0.94 =29.5(kW)按表25.136选取BXWD30943,输出轴功率=30kw.减速器输入轴转速 =1500r/min 输出转速 =35r/min车轮的轮径为d=760mm4.2同步转向机构的电机选择电动机的输出功率主要损耗在克服地面摩擦转矩,涡轮蜗杆传动副中。每个轮胎与地面之间的摩擦力为:f=N=9.8kgm/=7.45N按轮胎与地面接触部分的最大中心距50mm为设计,则轮胎与地面之间的摩擦力矩为:T=Fr=7.450.05Nm=17.98kW把联轴器及花键轴传动效率看作1,则蜗杆轴的输入转矩为:T=Nm=17.98kW则需输入功率为:p=T=17.98=2.8kW则整个转向机构所需总功率为:=k8p=1.282.8kw=26.9kW按新编机械设计手册,选择小型直流电动机,型号Z373;额定转速=1500r/min 额定功率=30kw额定电流=212A ( =220V )第五章 车体转向系统的传动机构设计5.1 转向系统的概述动力转向机是利用外部动力协助司机轻便操作转向盘的装置。随着最近汽车发动机马力的增大和扁平轮胎的普遍使用,使车重和转向阻力都加大了,因此动力转向机构越来越普及。值得注意的是,转向助力不应是不变的,因为在高速行驶时,轮胎的横向阻力小,转向盘变得轻飘,很难捕捉路面的感觉,也容易造成转向过于灵敏而使汽车不易控制。所以在高速时要适当减低动力,但这种变化必须平顺过度。液压式动力转向装置:液压式动力转向装置重量轻,结构紧凑,利于改善转向操作感觉,但液体流量的增加会加重泵的负荷,需要保持怠速旋转的机构。电动式动力转向装置:电动式动力转向装置是最新形式的转向装置,由于它节能,故受到人们的重视。它是利用蓄电池转动电机产生推力。由于不直接使用发动机的动力,所以大大降低了发动机的功率损失(液压式最大损失5-10马力),且不需要液压管路,便于安装。尤其有利于中置发动机后轮驱动的汽车。但目前电动式动力转向装置所得动力还比不上液压式,所以只限用于前轮轴轻的中置发动机后驱动的汽车上。电动液压式动力转向装置:即由电机驱动转向助力泵并由计算机控制的方式,它集液压式和电动式的优点于一体。因为是计算机控制,所以转向助力泵不必经常工作,节省了发动机的功率。这种方式结构紧凑,便于安装布置,但液压产生的动力不能太大,所以适用排量小的汽车。由于本设计主要采用电力驱动,所以采用电动式动力装置。整个传动机构由一台双输出轴的直流电动机分两路驱动。该电机与安装在中心机舱里的八个蜗杆通过万向联轴器及套筒联轴器边成一个整体。这八个蜗杆副将电机的输出功率分别传送装在每个电动轮的转向轴上的涡轮及驾驶舱的转向轴上的涡轮,驱动电动轮及驾驶舱同时并且同向同角度转动,从而车体转向。整个传动机构主要部分是两组涡轮蜗杆传动蜗杆传动用于交错轴之间传递运动及动力,通常交错角为90。,它的优点是:传动比大,工作稳定,噪音低,结构紧凑,可以自锁。主要缺点:效率低,需要贵重的减摩性有色金属。5.2 第一级蜗杆副(高速级)输入功率 =3kw,输入转速=1500r/min。传动比=12.5,起动过载系数2。初步估算传动的中心距蜗杆材料为40Cr,表面淬火,精磨涡轮齿圈:ZCuSn10P1。圆弧圆柱蜗杆。浸油润滑根据齿面接触强度要求,按图23.516查得中心距 a=80mm根据热平衡条件,蜗杆上装有风扇,按图23.517,查得a=90mm,为了利用标准的刀具,取a=100mm.为同时满足接触强度及散热条件的要求,应取a=100mm.确定主要的几何尺寸:查表23.518,当a=100mm,i=12.5时,得=3, =37, =44mm, m=4mm , x=1,按表23.519,求其它尺寸:砂轮轴截面圆弧半径=(5-5.5)m=20-22mm,取 =21mm;蜗杆分度圆柱导程角 =arctan= arctan=;蜗杆齿顶圆直径 =+2m=44+24=52mm;蜗杆齿根圆直径 =-2m(h+)=44-24(1+0.16)=34.72mm;=2.5m=2.54=64mm;取 =70mm; 蜗轮分度圆直径 =m=437=148mm;蜗轮齿顶圆直径 =+2(+x)m=148+2(1+1) 4=164mm;蜗轮顶圆直径 =+m=164+4=168mm;=0.45(+6m)=0.45(44+64)=30.6mm;=+sin=+21sin=30.2054mm;=-+=-1.164+=92.36mm;为砂轮直径 , =150mm; =0.44=5.027mm;=cosr=5.027cos=4.850mm5.1.1 齿面接触疲劳强度校核涡轮轴上的转=9549=289.653Nm;涡轮的切向力:=3713.5N;按式(23.58);齿面接触应力:=;系数=0.95齿轮系数,查表23.520,得=0.624;所以=1.255N/由式(23.511),蜗轮接触疲劳极限=;查表23.521,得=7.84N/(锡青铜齿圈),速度系数,按滑动速度,=3.58m/s,查表23.523,得=0.411寿命系数, 按=12,查表23.522,得=1,载荷系数, 因载荷平稳 =1则=7.840.41111=3.22N/;按式(23.57),齿面接触疲劳强度的安全系数:=2.566按=0.93m/s。查表23.524,采用6级精度,得=1.6,故通过。齿根强度校核考虑机器起动时,过载系数为2。故=2=23173.5=7427N,按式(23.515)涡轮齿根最大应力系数=,=m cosr=4cos=3.860mm,=1.1=1.132=35.2mm,于是 = =17.40N/;查表(23.525)得 =39.2N/ 过且过;按式(23.514),蜗轮齿根强度的安全系数 =2.251 由此得出结论:设计符合要求。5.2第二蜗杆传动副(低速级)蜗杆输入功率=30.8=2.4kw, 转速 =120r/min,传动比i=20,要求用寿命12000h 。由于此处蜗轮,蜗杆所承受的切向力很大,而圆弧圆柱蜗杆具有承载力大,效率高的优点,所以设计中采用了采用了圆弧圆柱传动。5.2.1 初步估算传动中心距蜗杆用40Cr,表面淬火,HRC4550,精磨齿,表面粗糙度Ra为1.6um.蜗轮轮缘选用ZcuSn10p1,金属模铸造;轮缘与轮芯装配好后再精车和切制轮齿。采用脂润滑。根据齿面接触强度要求,按图23.516查得中心距a=140 mm。根据热平衡条件,蜗杆上装有风扇,按图23.517查得a=150mm,为了利用标准的刀具,取a=155mm。为同时满足接触强度及散热条件的要求,应取a=155mm,5.2.2 确定主要的几何尺寸查表23.518,当a=155mm, i=20时,得=2,=9, =80mm, m=7.1mm, =0.866, 表23.19 求其他尺寸:砂轮轴截面圆弧半径=(5-6)m=35.5-40.05mm,取 =40mm;蜗杆分度圆柱导程角 =arctan=artan=蜗杆齿顶圆直径 =+2m=80+27.1=90mm;蜗杆齿根圆直径 =-2m(+)=80-27.1(1+0.16)=74.328mm;=1.5m=2.57.1=116.03mm取 =110mm; 蜗轮分度圆直径 =m=7.139=230mm;蜗轮齿顶圆直径 =+2(+)m=230+2(1+0.866) 7.1=238.8mm;蜗轮顶圆直径 =+m=303.4+7.1=235.5mm;蜗轮齿根圆直径 =-2=230-27.1(1+0.16-0.866)=212.7mm;=0.45(+6m)=0.45(70.8+67.1)=51.03mm;=+sin=+38sin=50.03mm;=-+=-1.167.1+=102.2mm;为砂轮直径, 取 =150mm;=0.4m=0.47.1=8.922mm;=cos r=8.922cos=8.748mm;5.2.3 齿面接触疲劳强度校核蜗轮轴上的转矩:=9549=3501N/m;蜗轮的切向力: =24211.9N按式(23.58),齿面接触应力 =;系数 =1齿型系数, 查表23.520,得 =0.683;=2.52N/;由式(23.511),蜗轮接触疲劳强度极限 =;查表(23.521),得=7.84N/;; 速度系数, 按滑动速度 = =0.45m/s;查表(23.23),得=0.810;寿命系数,按=12,查表(23.522),得=1;载荷系数, 因载荷平稳 =1于是 =7.840.81011=6.35N/;按式(23.57),齿面接触疲劳强度的安全系数=2.52;按=0.08m/s,查表23.524,采用7级精度,得=1.8,故通过。5.2.4 齿根强度校核考虑机器起动时,过载系数是2,故=2=224211.9=48423.8N,按式(23.515)涡轮齿根最大应力系数=,=m cosr=7.1cos=6.96mm,=1.1=1.152=57.2mm,于是 = =38.72N/;查表(23.525)得 =39.2N/ 过且过;按式(23.514),蜗轮齿根强度的安全系数 =1 设计符合要求。工作图。蜗轮的工作图蜗杆的工作图. 蜗轮的工作图见零件图号1。5.3联轴器的选择安装在中心机舱的八个第一组蜗杆传动副,分装在八个密封的箱体里采用浸油润滑。蜗杆轴,涡轮轴两端都用轴承支撑。由于中心机舱采用八边形结构,相邻两端蜗杆轴之间夹角为135度,所以相邻两轴间采用成对的单万向铰链机构,构成双万铰链机构,并且满足主,从动轴和中间轴位于统一平面内,主,从动轴的轴线与中心线之间的夹角相等位22.5度,中间轴两端的叉面位于统一平面内,这样使得主,从动轴的角度恒相等,于是实现了存在夹角的八个蜗杆的输入角速度恒相等。又由于各个蜗杆轴的位置固定所以双万向铰链机构的中间轴采用一根轴实现刚性连接即可。中心机舱与轮架间采用铰链连接在一起,并装有减震弹簧。这一结构是针对路面有起伏的情况而设计的。即当地面有起伏时,轮架绕铰链有一定转动,高速级与低速级蜗杆传动间的轴长度需发生变化,所以这之间双万向铰链机构的中间轴采用可相对滑动的联结,这里设计成花键联结。由于中心机舱很大,周边长,动力传动路线长。如果轴太长,势必会加大成本,可以利用套筒联轴器,适当加长周边轴的长度,同时也可缩短双万向联轴器中间轴的长度。5.4结构评述这种传动机构,原则上应该能实现各轮的同步传动。但在实际运行中,难免会出现各种转过的角度会有差异。这种现象是由于各轮离动力源的距离不同,在传递力矩中所接受的驱动力就因能量的损耗有所不同而引起的。但这个角度差异很小,初步设计中将此问题忽略,该问题的解决还有待于进一步去完善改进。第六章 电动轮单元的结构设计及校核整个车体是由八个独立的电动轮单元及一个中心机舱通过一定的传动机构联结成一体的。八个车轮均匀地分布在没有方向性的圆盘上,独立悬挂,每个轮均配有两个电力驱动体直流电机的摆线针轮减速器与直流电几构成。该电力驱动体直接与车轮相连,构成八组独立的电动轮驱动单元。电动轮通过立轴安装在各自的轮架上。该立轴的结构特殊:它是由一根阶梯轴与一个内凹的圆盘体焊接而成的。立轴与轮架间装有轴承。轴承内圈装在立轴上,轴承的外圈安装在轮架上,轴承焊接在轮架上。焊接时采用带有台肩的轴承套能承受较大的轴向力。而且长期使用中,轴承套外圈和侧壁内孔仍能保持接触良好,有利于保证蜗轮与蜗杆啮合精度及轴承和蜗杆,蜗轮的使用寿命,焊接如图2所示: 图2 轴承套的焊接结构6.1 立轴的强度校核键连接传递的扭矩为:T=3501Nm 为了增强连接的承载能力,采用两个圆头平键联结。单键所能传递的扭矩为:T=127270200=3024Nm;上式中:h键高键长D轴径键联接的许用挤压应力(MPa)两个键相隔布置,其承载能力按一个键的1.5倍计算:=1.5T=4536Nm即键的挤压强度足够.6.1.1 判断危险截面初步分析截面1有较大的应力和应力集中,对截面1进行安全系数校核。轴材料选用45钢调质,=650MPa, =360 MPa.由表3.2所列公式可求得疲劳极限。对称循环疲劳极限:=0.44=0.44650=286 MPa.=0.30=0.30650=195 MPa.脉动疲劳极限:=1.7=1.7286=486 MPa.=1.6=1.6195=312 MPa.等效系数:=0.18=0.256.1.2 截面一上的应力弯矩:=7120.542Nm弯矩应力幅:=208 MPa弯矩平均应力:=0扭转切应力:=32 MPa扭转切应力幅和平均应力:=16 MPa6.1.3 应力集中系数有效应力集中系数:在次截面处,有两个键槽,从=650 MPa 附录表1中查出=1, =1.71表面状态系数:由附录表5查得=0.80 (Ra=6.3, =650 MPa )。尺寸系数:由附表6查得=0.78,(按靠近应力集中处的最小直径查得)。6.1.4 安全系数 弯曲安全系数:设为无限寿命,=1, 由式16.5,得:=1.2扭转安全系数:=3.88复合安全系数:S=1.6S.轴承的校核预选7608E圆锥滚子轴承 = =0.055 查表18.7e=1.5tan=1.5tan=0.345.=0.05. 结论:选用7608圆锥滚子轴承可以满足轴承寿命要求。6.2 制动器的设计牵引车的制动工作特性与其他工程车辆不同,其制动系统的选型及设计对牵引车工作特性的影响很大,对牵引车制动系统的分析与计算是保证牵引车稳定工作的前提飞机牵引车驱动桥的制动器主要采用蹄式、钳盘式和湿式盘式,近年来多采用湿式盘式制动器 湿式盘式制动器为封闭式,可使内部的零件免受外部污染,提高了安全可靠性,但摩擦制动盘均置于油中,散热性能的好坏将直接影响其使用性能本文从牵引车车轮制动器产生的制动扭矩的分析开始,通过对牵引车制动器的传热学计算,确定制动器的工作温度并比较鼓式和盘式制动器传热特性,讨论获得牵引车制动性能最佳的途径牵引车工作时的制动情况特性与其他工程车辆的不同点在于:牵引勾对接时,制动系统在较短时间频繁动作,制动器发热严重另外牵引车在牵引作业制动时,牵引车尾部的牵引负荷也对其产生惯性推力F大大增加了制动器的工作负荷,引起制动器发热在制动过程中,牵引车的动能和势能转变为制动器摩擦表面和轮胎与道路接触表面的热能,制动力的太小与制动踏板的操纵力、制动系统的结构型式和参数即所选择的机械气动或机械液动的参数有密切关系 牵引车的实际制动减速度取决于制动力矩、轮胎滚动半径、路面附着系数,以及牵引车车桥对地面的法向力轮胎的滚动半径对制动性能将产生一定的影响,其与轮胎的充气压力、载荷以及车速有关 盘式制动器的压力损失般为0.04MPa,而鼓式制动器的压力损失一般为0.4MPa对于一定重量的牵引车,制动因数B和制动油缸(或制动分泵)
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