发动机拆装台架的设计

机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩发动机拆装台架的设计摘 要发动机拆装台架是用于汽车发动机的维修，检测，教学等等方面。它是将发动机暂时安装控制在某定位工具上的设备，以供人员能够方便的进行生产经营活动，而不受发动机过大重量以及不容易控制的特点。本文主要论述了较为常见的发动机拆装台架的设计思路，其囊括了根据较为常见的汽车发动机型号而定义出的拆装台架的大部件尺寸，进而设计出发动机拆装台架的总体三维图，进一步进行主要零部件的强度校核，进而进行主要零部件的空间视图的绘制，最终将各个零部件装配于一体。此次毕业设计主要采用的是两锥齿轮啮合传动方式，与市场上普通拆装台架较为不一致。本文共七章。第一章为绪言部分，重点考察汽车发动机拆装台架设计的意义以及此课程设计的背景。第二章为拆装台架的设计方案以及论证，主要涉及了此次所设计的发动机拆装台架的方案以及设计中所要表达的思想以及主要使用到的方法。第三章为台架的总体设计计算，主要为拆装台架的各个机构，共分为支承机构，传动机构，固定机构等等，有关这些机构中的零部件的尺寸设计计算。第四章为台架的强度校核，主要为小锥齿轮中轴和台架中间轴的强度校核。第五章为结论以及改进意见，叙述了此次设计中所未涉及到的内容方面。关键词：发动机，拆装台架，传动。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩THE DESIGN OF Hand Mobile Engine Disassembly StandAbstractEngine disassembly bench is used for car engine maintenance, testing, teaching, etc.It is a temporary installation of the engine control device of a positioning tool for staff to facilitate the conduct of production and business activities, regardless of the weight of the engine is too large and not easy to control features.This article discusses the more common engine disassembly Stand design ideas,according to the more common car engine model, it defins the dismantling of large parts of bench size.then it designs the overall bench-D maps of the Disassembly Stand.Then it carries on the strength check of major components.It eventually assemble the various components in one.The graduation project primarily uses the two-way bevel gear meshing,and the market is more inconsistent with ordinary removable bench.This total has seven chapters.The first chapter is introductory section, focusing on study design of automobile engine disassembly bench meaning and background of this course design.The second chapter is the design of disassembly bench and demonstration, primarily involved the disassembly engine designed bench program and design ideas to be expressed and the main use of the method.Chapter III of the design calculations for the bench, bench primarily for dismantling the various agencies, is divided into supporting agencies, transmission, fixed organizations, etc., parts of these bodies the size of the design calculations.Chapter four focuses on the check of the main axis and the small bevel gear .Chapter V is the conclusion and the improvements, describes the design of the content is not involved.Keywords: engine, dismantling scaffolding drive.机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩目 录THE DESIGN OF Hand Mobile Engine Disassembly Stand.IVAbstract.IV第一章 绪 论 .11.1 设计目的与意义 .11.2 汽车发动机正确的拆卸方法 .31.3 发动机拆装台架相关调研 .41.4 本文主要任务 .6第二章设计的方案与论证 .72.1 方案论证 .72.2 主要工作思路 .82.3 齿轮传动工作原理 .82.4 蜗杆传动与齿轮传动的比较选择 .92.4.1 蜗杆传动 .92.4.2 蜗杆传动的优缺点 .102.4.3 锥齿轮传动 .112.4.4 锥齿轮传动的优缺点 .11第三章 台架的总体设计计算 .133.1 总体设计步骤 .133.2 零部件设计步骤 .133.3 支承机构的设计计算 .143.3.1 底部支架的设计 .143.3.2 转轮的设计 .143.3.3 中间轴的设计 .153.4 传动机构的设计计算 .153.4.1 齿轮的确定 .153.4.2 箱体的设计 .163.4.3 转动手轮的设计 .163.5 固定机构的设计计算 .173.6 其他机构的设计计算 .17第四章 台架的强度校核 .194.1 第三强度理论 .194.2 锥齿轮中轴的强度校核 .194.3 中间轴的强度校核 .20第五章 结论及改进意见 .225.1 本文结论 .225.2 改进意见 .22谢 辞 .23参考文献 .24机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩第一章 绪 论1.1 设计目的与意义世界上第一辆汽车在 1886 年问世，汽车在人类生活中作用越来越大，对人类社会造成的影响也越来越大。近现代，汽车已经不仅仅是交通工具，它所带来的汽车产业每年在各国国民生产总值中占有越来越大的比例，对一个国家的工业发展贡献巨大。以我国为例， 2010 年，汽车产业已经成为了国民经济的支柱产业。日常生活中， “衣食住行”中的“行”包括了人们日常出行的便利，包括了世界各地公路货物运输，并且在医疗卫生，餐饮以及其他行业扮演了十分重要的作用。汽车行业也提供了庞大的就业岗位，汽车行业更是囊括了钢材，塑料，模具，设计等行业，而销售以及维修行业也在此列。总之，汽车大大地推动了人类社会进步。发动机是汽车的心脏，为汽车的行走提供动力。汽车的动力性，经济性，环保性都和汽车发动机有关。简单讲发动机就是一个能量转换机构，即将汽油( 柴油) 的热能，通过在密封汽缸内燃烧气体膨胀时，推动活塞作功，转变为机械能，这是发动机最基本原理。发动机所有结构都是为能量转换服务的，虽然发动机伴随着汽车走过了 100 多年的历史，无论是在设计上、制造上、工艺上还是在性能上、控制上都有很大的提高，其基本原理仍然未变，这是一个富于创造的时代，那些发动机设计者们，不断地将最新科技与发动机融为一体，把发动机变成一个复杂的机电一体化产品，使发动机性能达到近乎完善的程度，各世界著名汽车厂商也将发动机的性能作为竞争亮点。发动机是汽车的核心，发动机是内燃机，作用是化学能转化机械能的装置，通过一系列传动来驱动汽车行使的。一辆汽车的核心就是其发动机，发动机的好坏左右了汽车的性能，属性，价格等等信息。所以汽车发动机一旦损坏便需要维修，且需要良好的维修，一旦不能受到优良的维修，汽车发动机也许会失去使用能力，也就决定了需要更换发动机。并且，在平常使用中，也要注意发动机的保养，良好的保养可以节省更多的维修费用和维修时间，同时也会使汽车的使用寿命更加长。在发动机的维修及保养中可能会遇到大量问题，汽车的发动机一般都重量较大，并且发动机成不规则型，不容易搬动，不容易翻转。在维修发动机中可能会出现当需要翻转发动机以便拆卸下部螺钉，而事故也会突然发生，人员砸伤等问题；某些发动机外壳是全铁制成，用电时候容易造成漏电而电伤维修人员；发动机不容易翻转也会造成维修人员视线不及遮蔽部分，导致遗漏损坏部分从而导致未维修完整的发动机出现在汽车上，更加导致了汽车事故的发生频率。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩近阶段汽车问题突出，所以更加需要注意发动机的保养和维修，而这也正是对自己和别人的生命负责的一种态度。正是因为发动机维修中的问题突出，也就出现了发动机维修台架等器具的出现，市场上的发动机维修台架大部分是国外厂家生产，国内厂家在发动机维修台架制造方面处于劣势。市场的发动机拆装台架较少涉及到发动机的检测等方面，而这也等待近一步的发展。拆装台架如果质量低劣，性能低级，那么在发动机维修中就可能出现非人为事故，导致人员和金钱和时间的损失，对任何人都是种危害。优良的发动机拆装台架可用于各大院校的发动机构造功能效果等内容的教学；可用于发动机维修，发动机检测，发动机保养；可用于发动机研发机构对于新颖发动机的设计与测试。优秀的发动机拆装台架可以使发动机维修，保养过程中更加方便，简洁，有利于节省时间，有利于节省人力物力，同时也可以减少发动机在维修过程中可能造成的摩擦损坏等问题。发动机拆装台架看似一个很简单的配件，但运用得当可以减少不少不必要的问题和错误，当前发动机大环境中，发动机拆装台架拥有众多生产厂家，但似乎还没有一种可以同时适用于多种发动机型号的发动机拆装台架，汽车发动机也拥有多种多样的样式，格调，属性和尺寸，这也使得设计更加新颖的发动机拆装台架的必要性。拆装台架实现自动对接或手动控制对接（室内自动控制对接，室外自动、手动控制） ，发动机磨合试验及启动，有的更加装备精良的发动机拆装台架可以根据发动机磨合要求，由冷磨调速电机进行程序冷磨合试验，另外根据用户要求有电机拖动或电瓶启动，发动机的自动恒转速，恒扭矩、外特性试验， 有关参数的测量显示，如转速、负荷、油耗、水温、排温、油压、烟度等的测量及显示。台 架 就 是 测 试 台 ， 但 不 同 设 备 的 测 试 台 需 要 不 同 的 技 术 支 持 系 统 ， 台 架 最 复 杂 和 昂 贵 的 就是 这 些 技 术 支 持 系 统 。 发动机拆装台架是发动机总装结束后，安装于专用小车上，推入测试流水线，自动进入测试室，与台架实现下列功能： 油、水管道的快速联接； 发动机飞轮与测功器主轴的自动对中，对中轴具有挠性补偿功能； 发动机排气管的对接； 装有发动机的专用小车在台架上自动压紧。一般情况下，冷磨合与发动机测试合二为一。发动机拆装台架具有试车快速，缩短了发动机试验前后在试验台上占用的时间，提高了效率，减轻了试车工作的劳动强度，适用于发动机的大批量、专业化试验要求。但是同时，用户的投入大，维护相对复杂。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩发动机拆装台架一般由以下部件组成：发动机接送装置 ，发动机小车的自动压紧及对中的定位联接部件。工厂或者公司以及研发机构一般希望通过该拆装台架实现或者测试出发动机自动对接或手动控制对接（室内自动控制对接，室外自动、手动控制） ，发动机磨合试验及启动， 有的更加装备精良的发动机拆装台架可以根据发动机磨合要求，由冷磨调速电机进行程序冷磨合试验，另外根据用户要求有电机拖动或电瓶启动，发动机的自动恒转速、恒扭矩、外特性试验， 有关参数的测量显示，如转速、负荷、油耗、水温、排温、油压、烟度等的测量及显示。同时发动机拆装台架在使用过程要注意很多注意事项，如发动机拆装台架一般适用于发动厂批量出厂试验，需要根据发动机功率大小选择合适的测功器，也要关注发动机的机型，发动机生产批量越大越经济。1.2 汽车发动机正确的拆卸方法为了提高拆卸的工效，减少零部件的损伤和变形，需要相应的专用工具和设备，严禁任意的敲击和撬打。例如拆卸配合零件时，应尽量使用压力机和拉拔器；拆卸螺栓联结件时，要选用适当的工具，依螺栓紧固的力矩大小优先选用套筒扳手、梅花扳手和固定扳手，尽量避免使用活动扳手和手钳；防止损坏螺母的六角边棱，给下次的拆卸带来不必要的麻烦。另外应充分利用汽车大修配的拆卸工具。由表及里按顺序逐级拆卸。按机器总成部件组合件零件的顺序进行拆卸。（1） 拆卸时的准备拆卸时要注意检查和校对装配标记。为了保证一些组合件的装配关系，在拆卸时应原来的标记加以校对和辨认；没有标记或标记不清的应重新检查做好记号。有些组合件时分组选配的组合副，或是在装合后加工的不可交换的组合件。它们均为不可互换的组件，必须做好标记，否则将破坏它们的装配关系甚至平衡。（2）零件分类摆放这样可以便于清洗、检查和装配。零件应按其大小和精度归类分格存放。统一总成。部件的零件应集中在一起放置；不可互换的零件应成对的放置。易变性丢失的应专门放置在相应的容器里。（3）装配过程装配前应有相应的准备，对于经过修理和更换的素有零件，要进行认真的质量检查，以防止机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩不合格的零件进入装配过程。另外还要进行清洁和配合零件的选配工作，以保证零件装配的正确性。装配时还应注意几点要求。比如必须明确配合的性质和要求，掌握过盈配合及间隙配合的技术标准；严格按照规定的拧紧力矩和拧紧顺序进行螺纹联结件的紧固；止动零件应牢固可靠，使其互相连锁；密封部分应防止“三漏” ，即漏油、漏气和漏水；高速往复运动和高速回转运动的主要零件要注意平衡和质量分组，以避免造成运行时的剧烈运动；对于出厂前已经涂有密封、紧固胶的零件，在重新安装时必须处净残胶、油迹，涂上规定的紧固胶加以密封和紧固等。（4）注意事项发动机拆卸前必须放出冷却液、机油，释放燃油压力等；发动机的拆卸必须在完全冷却的状态下进行，以免机件变形；发动机吊起时必须连接牢固，以确保其安全性；在使用小吊车时，必须保证其稳定可靠，以免发生危险；另外在拆卸前要首先熟悉其结构，并按照合理的工艺规程等。1.3 发动机拆装台架相关调研上述已经说明了拆装台架对于汽车发动机的重要性，而发动机拆装台架主要用于：发动机的拆卸和装配实训，学生可在老师讲解下在拆装台架上进行发动机拆装和修理的实际操作，以及了解发动机的内部构造，原理，及基本拆装工艺。发动机在拆装中可做 360旋转并能在任意位置锁止，并且在拆装过程中主要是用小型吊车将发动机起吊至拆装台架上，再配合以卡盘将发动机固定在轮盘上，以便进行 360 度旋转。安全性，通用性，便利性是拆装台架最主要的需要考虑的三个方面。其中安全性就是指以可能用到的最大发动机重量的标准来进行强度设计，需要注意的是转动的时候的受力是不一样的；便利性主要是考虑在操作的时候上下台架是不是方便，也就是考虑上台架之前才拆卸的零件尽可能少；通用性也就是支撑和旋转的部分通用。国内市场上主要是涉及了固定了发动机的设计，而没有过多涉及电控系统，冷却系统，供油系统，进排气系统等方面。而某些先进的拆装台架涉及了诊断座与发动机操纵台架通过接通发动机翻转架上的电路，油路，气路，水路来运行发动机以便检测发动机情况。并 且 国 内 的 发 动 机 维 修 多 集 中 于 私 人 盈 利 性 质 店 铺 ， 暂 时 还 没 有 专 业 性 的 发 动 机 拆 装 维 修机 构 ， 而 发 动 机 拆 装 中 所 使 用 的 台 架 在 国 内 也 有 较 多 生 产 厂 家 ， 例 如 ： 深圳市美高尔科技开发有限公司，上海华育教学设备有限公司，广东省东莞市发动机拆装台架，广西动力源工贸有限公司，广州奥易教育设备有限公司等等。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩而国外与国内发动机拆装台架业的差距也是巨大的，国外诸多厂家都实现自动或半自动的机械化，拆装台架上也多添加有其他测试机构，可以测试诸多数据。由于国外厂家的发展，许多国内厂家倒闭或销售不佳，国内拆装台架制造业还需要多多努力。拆装台架业中较为领先的厂家多是在台架中加入了发动机性能检测，百公里油耗率，尾气排放等测试项目，还添加了发动机智能检测，维修等项目，比之其他厂家还只是停留在在发动机固定在支柱上端这一简单操作，更多的是添加了发动机 360 度旋转等方面，更有一些厂家在发动机拆装台架质量方面仍然缺乏检测力度，质量问题依然很突出，而这也是维修事故的隐患。某汽车保修机械设备有限公司生产的 FZC-4D 发动机翻转架，FZC-4 型发动机翻转架，FZC-1型发动机翻转架，FZC-5 型发动机翻转架， FZC3 型发动机翻转架，FZC-2 型发动机翻转架，FZC-4A 型发动机翻转架，FZC-6A 型发动机翻转架，FZC-3B 发动机翻转架。其中 FZC-4D 发动机翻转架主要用于汽车发动机修理过程中的分解与装配作业。也可用于汽车变速器总成的分解和装配作业（需另配置附件） 。本机主要适用于东风康明斯，玉柴，潍柴，锡柴，上柴等系列汽车发动机的拆装（发动机总成重量应小于 1000 公斤） 。FZC-4 型发动机翻转架主要用于汽车发动机维修过程中的分解与装配作业。也可用于汽车变速器总成的分解和装配作业。适用于东风、康明斯、玉柴 6112 等型号发动机的翻转拆装（发动机总成重量应小于 1000Kg)。上述是国内一厂家生产的发动机拆装台架，主要用于国产大型农用汽车的发动机维修，在维修使用中需要注重发动机型号，如重量等参数。如果需要维修其他型号的发动机还需要另行购买拆装台架，所以暂时还没有较为统一的发动机拆装台架出现。维修中容易出现多种型号的发动机，所以拆装台架也就需要多种多样了，这无疑增大了维修成本，所以市场上急切需要一种统一型号的多功能的拆装台架的设计。并且功能齐全的拆装台架价格较为昂贵，不适合民用，技术的全面化等等问题是国内厂家所必须面对的。1.4 本文主要任务本文主要结合轿车发动机拆装试验台，独立完成手摇移动式发动机拆装台架设计，综合考虑台架空间结构设计，强度校核，功能实现等方面内容，需要进行发动机重量及空间尺寸位置关系等测量与计算。此次毕业设计主要是完成台架的所有零部件三维设计，以及台架总装配图，并能完成运动仿真，检查结构设计的问题，以及装配后可能产生的干涉问题等。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩本文主要论述此次毕业设计中所需要的理论和工具软件，以及所有零件所用到的材料，一些重要的轴的强度校核。本文系统介绍了设计中所提出的工作思路和方案，每一个零部件所选择的依据，以及设计中所遇到的问题和解决这些问题的方法和过程。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩第二章设计的方案与论证2.1 方案论证本次设计的是手摇移动式发动机拆装台架，用于实现将发动机装卸于一可移动的台架上，类似于一种小型推车，一个四边形平板上一端装有直立竿，上端装有手动转轮，可供将发动机垂直拉起，从四边形平板上升至直立竿顶部。四边形平板底部装有四个小轮，可供拆装台架移动，可由直立竿推动小车移动。在这过程就需要计算四边形平板对于直立竿的应力作用，直立竿对于承载发动机重量的应力作用，手动转轮对于发动机直线上升的应力作用。同时就需要考虑四边形底板的材料问题，以及直立竿的材料。通过发动机的重量来计算整个升降系统的应力作用以及材料。市场上已经出现了同类产品，囊括了许多种类，而这次所设计的这种不含实验台架等。图 2-1 拆装台架图机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩2.2 主要工作思路一般发动机拆装台架可将发动机绕其主轴轴线做 360 度的回转。并可停留在任一适合作业的角度，对发动机修理，分解和组合。有的发动机拆装台架适用黄河系列和重型发动机拆装，而有的发动机适合解放，东风等等发动机的拆装，也有一些拆装台架适应轿车及微型车发动机。本文所论述的发动机拆装台架主要使用于 4G93 型号的汽车发动机。4G93 型号发动机主要使用于日系车，1.8L 排量，自然吸气工作方式，拥有 4 个气缸，其中每个气缸中有 4 个气门，一般重量是 175KG，而一般较为普通的发动机是 108KG 左右。选择一款较为重的发动机比较容易适应市场，使用范围也较为广泛。本次设计的是手摇移动式发动机拆装台架，是依靠人手的力量转动发动机，使其绕其主轴轴线做 360 度旋转。而我采用的是两锥齿轮啮合传动，依靠一定的传动比将人手的力量来放大，以达到转动汽车发动机的效果。外置手动转轮也有一定的传动比，也可按一定的比例放大力，以较小的力来转动汽车发动机。2.3 齿轮传动工作原理图 2-2 锥齿轮传动机构图依靠外置手柄传进的力量，将大锥齿轮转动，大锥齿轮带动小锥齿轮转动。其中大锥齿轮在手机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩握拳中心轴线上 360 度转动，而小锥齿轮在与大锥齿轮转动轴线垂直轴线上转动，从而带动汽车发动机沿轴线 360 度旋转。这一系列步骤是将人手的力量由一方向改变为垂直上一方向的角度，这一过程拥有力的转变按比例变大，也有力的方向变化垂直方向的变化。安装齿轮的箱体前端内壁装有单向离合器，单向离合器可以控制轴在 360 度旋转中的任意角度停止。锥齿轮的轮齿有直齿，斜齿和曲线齿等形式，直齿和斜齿锥齿轮设计，制造及安装均较为简单，但噪声较大，用于低速传动（小于 5m/s）所以本次选择了直齿锥齿轮，且发动机拆转台架转动较为缓慢，不计较速度，可选择低速。图 2-3 锥齿轮图锥齿轮的正确啮合条件：m1=m2=m 1=2= =1+ 2设计中选择的两个锥齿轮的模数都相等，齿数比也就是传动比。2.4 蜗杆传动与齿轮传动的比较选择2.4.1 蜗杆传动蜗杆传动用来传递空间两交错轴间的运动和动力的，它由蜗杆和涡轮组成。两轴线的交错角 可为任意值，一般采用 =90 度。蜗杆涡轮传动时由交错轴斜齿圆柱齿轮传动演变而来的。为了改善啮合状况，将涡轮分度圆柱面的直母线改为圆弧形，使它部分地包住蜗杆，并用与蜗杆形状和参数相同的滚刀范成加工涡轮，这样加工出来的涡轮与蜗杆啮合传动时，其齿廓间为线接触，可传递较大的动力。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩图 2-4 涡轮蜗杆图2.4.2 蜗杆传动的优缺点（1）传动比大，结构紧凑。在动力传动中，一般传动比 i=580.，在分度机构或手动机构的传动中，传动比可达 300，若只传递运动，传动比可达 1000。由于传动比大，零件数目又少，因而结构十分紧凑。（2）传动平稳，无噪声。在蜗杆传动中，由于蜗杆齿是连续不断地螺旋齿，它和涡轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的，同时啮合的齿对又较多，故冲击载荷小，传动平稳。（3）具有自锁性。当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动便具有自锁性。但此时只能以蜗杆为主动件带动涡轮传动，而不能由涡轮带动蜗杆运动。（4）传动效率较低，磨损较严重。蜗杆传动与螺旋齿轮传动相似，在啮合处有相对滑动。党滑动速度很大，工作条件不够良好时，会产生较严重的摩擦与磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化。因此摩擦损失较大，效率低。当传动具有自锁性时，效率仅为 0.4 左右。为保证有一定时候寿命，涡轮常须采用价格较昂贵的减摩材料，因而成本高。（5）蜗杆轴向力较大，致使轴承摩擦损失较大。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩2.4.3 锥齿轮传动图 2-5 锥齿轮传动图齿轮传动装置利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动，用主、从动轮轮齿直接，传递运动和动力的装置。按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。具有传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大等特点。2.4.4 锥齿轮传动的优缺点（1） 瞬时传动比恒定，工作平稳性较高；（2） 采用非圆齿轮，瞬时传动比可按所需变化规律设计；（3） 传动比变化范围大，特别是采用行星传动时，传动比可到 100200（单级），适用于减速或增速传动；（4） 速度范围大，齿轮的圆周速度可从 V0.1M/S 达到 200m/s，或更高；转速可从 n1 r/min到 20000r/min 以上；（5） 传递功率范围大，承载能力高；（6） 传动效率高，特别是精度较高的圆柱齿轮副，其效率可达 =0.99 以上；（7） 结构紧凑，如使用行星传动、少齿差传动，或谐波齿轮传动，可使部件更为缩小，成为同轴线传动；（8） 维护简便。（9）制造和安装精度要求高，价格贵；振动和噪声较大；不宜用于传动距离过大的场合。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩以上文字论述了涡轮蜗杆传动和锥齿轮传动各自的优缺点，综合以这些论述可以得出，锥齿轮传动机构比较容易装配，并且锥齿轮传动机构价格上比涡轮蜗杆传动机构低廉。锥齿轮传动比涡轮蜗杆传动更加稳妥，更加容易获得理想中的传动比，所以本次设计选择锥齿轮传动机构。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩第三章 台架的总体设计计算3.1 总体设计步骤步骤一：先进行四边形地板的设计，大小能覆盖整个发动机就可，但也要能承载整个发动机的重量。步骤二：进行直立竿的设计，直立竿的高度大于两倍的发动机厚度即可，直立竿采用50502.5mm 国标方钢材料，应能承载垂直于直立竿发向的应力。步骤三：直立竿上装有圆盘，圆盘上装有螺钉，用以将发动机固定在圆盘上，螺钉应能承载发动机重量。步骤四：根据总装结构结构草图，完成所有零部件的三维 CAD 图形，三维总装配模型，典型零部件的工程图，总装配工程图。步骤五：完成三维总装模型仿真干涉分析。综合以上说明也就是遵循这一过程：分析台架的功能及强度要求，进行台架的空间结构草图设计，确定总体结构形式，完成台架结构总体草图的绘制，基本完成功能及强度校核。根据总装结构草图，完成所有零部件的三维 CAD 图形，三维总装配模型，典型零部件的工程图，总装配工程图。完成三维总装模型的仿真干涉干涉分析。这一部分的难点也就是手柄旋转部位导致发动机 360 度旋转，这其中涉及了锁止结构，并且在安装发动机过程中需要控制发动机的重心；发动机与凸缘盘通过螺钉卡住，需要通过发动机的重量来进行螺钉的强度校核；整个台架的材料选择也要综合考虑，要达到强度合格以及价格适合。这一部分的工作重点也就是（1）台架支柱的强度校核。 （2）发动机固定部分的强度校核。（3）手柄结构设计。3.2 零部件设计步骤发动机拆装台架主要由底部支架，底部支架上的小转轮，中间轴，装有两锥齿轮等传动机构，转动手轮，固定发动机的支承板，接油盘，箱体的盖等零部件。根据以上所述可以确定出几种类别的零部件：传动机构，支承机构，固定机构，其他部件。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩3.3 支承机构的设计计算支承机构主要是底部支架，底部支架上的小转轮，中间轴。3.3.1 底部支架的设计底部支架用于安装中间支撑整个箱体也就是整个传动机构的立方轴，在支架下方用于安装小的转轮，以实现发动机拆装台架的整体移动，接油盘也防止在底部支架上面。理论上底部支架的尺寸只要比发动机轮廓大即可，但用来接住从发动机上拆卸下来的零部件的接油盘安装在底部支架上，所以底部支架需要一定的宽度和广度。结合一些实际物件得出底部支架的长 1720mm，宽 820mm，厚为 20mm，采用材料为 45 钢，中间为长 1360mm，宽为 720mm 的空缺，以供放置接油盘。底部支架一端较为宽，放置中间立式轴，一边较为窄。3.3.2 转轮的设计图 3-1 转轮图转轮主要用于发动机拆装台架的整体移动，以供将汽车发动机从一个位置移动到另一地方。此转轮较为普遍，整体高度能将底部支架托起脱离地面即可，所以整体高度为 73mm，其中轮子的半径为 18mm，采用螺栓连接方式，在底部支架四端打孔，用螺栓穿过从而将转轮连接上底部支架。材料选择为 20Mn。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩3.3.3 中间轴的设计图 3-2 中间轴图此轴用于支撑住整个传动机构，整个箱体的重量，发动机在垂直方向也作用了弯矩。它的高度能够使得发动机与接油盘有一定距离即可，而高度较小可以提供较大的强度，也同样能够能够支撑起较为重的物件，但同时轴的高度要配合人的高度，要方便人的操作，所以综合考虑人的身高得出轴的高度为 495mm，轴的下端是两块用于安装螺钉的支撑板。材料选择为 45 钢。3.4 传动机构的设计计算传动机构主要是装有两锥齿轮等传动机构，转动手轮。3.4.1 齿轮的确定上文所论述的发动机型号为 4G93，一般重量为 175KG，而人手的力量一般为 400N，所以需要大约 1:4 的传动比，而锥齿轮啮合的传动比一般不超过 3，所以将两锥齿轮啮合传动比定位 1:3 的传动比，由于手动转轮也能提供大约为 1：2 的传动比，所以此传动比适当。由传动比确定出齿轮的齿数，两齿轮的模数相等选择为 1.75 较为适中。最小齿数为 24，确定出小锥齿轮的齿数为 24，则由传动比确定出大锥齿轮的齿数为 72，由两个锥齿轮的齿数和模数确定出各自的分度圆直径。从而得出大锥齿轮的分度圆直径为 126mm，而小锥齿轮的分度圆直径为 42mm。根据两个锥齿轮的模数齿数确定出两个轴的尺寸，进而得出选择的球轴承的尺寸。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩3.4.2 箱体的设计图 3-3 箱体图箱体用于安装两一大一小的锥齿轮以及单向离合器，轴承，轴等部件。箱体的前端伸出的一段轴用于安装支撑发动机的孔盘，另一轴用于安装手动转轮。所以箱体式整个设计中最为重要的一个部件，它承载了整个发动机的重量，它安置在竖立的轴上，是承前启后的。根据承载重约 175KG 的发动机需要一定的壁厚，所以箱体的前端壁厚最终确定为 40mm，后部壁厚为 10mm，其他壁厚为 5mm。大锥齿轮分度圆直径为 126mm 以及小锥齿轮的厚度 7.5mm，箱体内部的长度需要 140mm 左右，而箱体需要不小的壁厚，最终确定出箱体的长为 220mm，宽为 95mm，高为 155mm。内部是长为 170mm，宽为 75mm，高为 145mm 的空间。在箱体的前端是半径为 40mm 和 70mm 的两个圆孔，内端装配球轴承，外端装配单向离合器，轴从中间穿过。在箱体的下端共有 3 块贴片，是焊接于箱体上。箱体的材料选 45 钢。3.4.3 转动手轮的设计图 3-4 转动手轮图机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩这一手动转轮是装配在大锥齿轮中螺钉连接住。一段装有圆柱手柄，供人手握住转动大锥齿轮。根据人手握住的宽度设计出圆柱手柄的直径为 20mm。而整个圆盘的直径为 150mm，这一直径与圆柱手柄的直径配合出一定的传动比，进而结合了两个锥齿轮的传动比从而能够实现 1:4 的传动比。转动手轮的材料选 20Mn。3.5 固定机构的设计计算 图 3-5 孔盘图固定机构也就是装配汽车发动机的孔盘。这一孔盘主要用于连接汽车发动机和传动机构的箱体，也就是承载了整个发动机重量的零件。结合了一定的实际拆装台架的尺寸得出孔盘的长为260mm，宽为 160mm，厚度为 8mm。尺寸能够承载著发动机的重量即可，不必过大，也不能过小，过小则能不能承载着整个发动机的重量。孔盘的材料选 45 钢。3.6 其他机构的设计计算其他机构包括接油盘和箱体盖。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩3.6.1 接油盘的设计图 3-6 接油盘图接油盘主要根据底部支架的尺寸而确定的，底部支架中间空出矩形的槽，从而将接油盘装配在底部支架上。接油盘的上部长为 720mm，宽为 660mm，下部长为 680mm，宽为 620mm，厚为60mm，内槽厚为 50mm。接油盘的材料选为 45 钢。3.6.2 箱体盖的设计 图 3-7 箱体盖图箱体盖主要负责遮挡住箱体的一个端面，其到美观效果，另外箱体盖也起到将箱体装配在中间轴，通过螺钉连接。尺寸也是通过箱体确定，长为 220mm，宽为 175mm，厚为 5mm。在箱体盖各端装有 6 块贴片，用于固定箱体。箱体盖的材料选为 45 钢。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩第四章 台架的强度校核4.1 第三强度理论此发动机拆装台架主要由两根轴组成，一根是中间支撑整个传动机构的箱体的长方体轴，一根是小锥齿轮中穿过的轴。这两根轴对于整个拆装台架都是相当重要的，竖直的那根轴由于承载了整个箱体的重量所以显得特别重要，发动机的重量也部分的承载在这根轴上，所以需要进行强度校核。另外一根轴主要承载了整个汽车发动机的重量，所以显得尤为重要。在台架的强度校核中主要使用到了第三强度理论：对于象低碳钢这一类的塑性材料,在单向拉伸试验时材料就是沿斜截面发生滑移而出现明显的屈服现象的。这时试件在横截面上的正应力就是材料的屈服极限 Ss，而在试件斜截面上的最大剪应力 (即 45斜截面上的剪应力)等于横截面上正应力的一半。于是，对于这一类材料，就可以从单向拉伸试验中得到材料的极限值 txytxy =Ss/2 按此理论的观点，屈服破坏条件是 tmax =txy =Ss/2 (c)由公式(1-56)可知，在复杂应力状态下下一点处的最大剪应力为tmax =(s1-s3)/2 其中的 s1、s3 分别为该应力状态中的最大和最小主应力。故式(c)又可改写为 (s1-s3)/2=ss/2 或 (s1-s3)=Ss 将上式右边的 Ss 除以安全系数及的材料的容许拉应力s ，故对危险点处于复杂应力状态的构件，按第三强度理论所建立的强度条件是：(s1-s3)s (1-61) 4.2 锥齿轮中轴的强度校核作用在小锥齿轮轴上的力矩主要有汽车发动机在竖直方向的弯矩，以及小锥齿轮在沿轴线 360度旋转中产生的扭矩。所以这次强度计算可以按弯扭合成强度计算，对于同事受弯矩和转矩的转轴，在轴结构设计后，轴的主要结构形状和尺寸，轴上零件的位置，外载荷和支反力的作用位置均已确定，可用弯扭合成强度计算方法对轴的危险截面进行强度校核。一般的轴用此方法已足够可靠。根据第三强度理论，转轴计算截面弯扭合成强度条件为 c = -122244TWM机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩通常由弯矩产生的弯曲应力是对称循环变应力，而由转矩产生的扭转切应力往往不是对称循环变应力。为了考虑两者循环特性不同的影响，引入换算系数 ，那么上述公式则改变为 c = -122244TWM上述修正系数在转矩不变时，取 =0.65，对于转矩为脉动变化时，取 =0.7。由于这根小锥齿轮的轴是根圆轴，因其 WT=2W，且 W=（1- 4）d 3/32=0.1d3(1- 4） 。则轴的强度条件和轴的直径为 c = -1)1(.0)(432222dMWTd )1(.014223其中 =0 时，上述公式是实心圆轴的计算公式。小锥齿轮中的轴在同时受弯矩和扭矩时候，弯矩由发动机在竖直方向提供，扭矩是轴转动情况获得扭矩，但由于轴的转动速度很缓慢，同时轴传递的功率过于低，公式中扭矩可以忽略不进行计算，只计算垂直方向时的弯矩。 c = 156.020.7153dMd 或者18.3132075.1313M通过以上公式计算得出 c为 60.156，在 180-207 区间范围内，是在安全范围内。所以通过上述计算得出小锥齿轮中的轴是能够支撑猪整个发动机的重量的，其中轴的材料采用的是 45 钢。4.3 中间轴的强度校核发动机拆装台架中间那根轴用于承载整个传动机构的箱体，也部分分担了汽车发动机的重量。可以将中间轴看作只是承担弯矩的水平轴，这样计算来看可以跟上步骤的轴同样方式计算。则同样套用公式 c = -1)1(.0)(432222dTMWT机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩d )1(.014223TM由于此轴是长方体形状的轴，可以通过构造此轴在横截面上的外接圆从而确定出此轴的直径，从而类似于圆轴的计算。则轴上的弯矩通过计算得出 c = 07.2457013dd 或者180313M20751133M通过以上公式计算得出 c为 0.077，在 180-207 区间范围内，是在安全范围内。所以通过上述计算得出小锥齿轮中的轴是能够支撑猪整个发动机的重量的，其中轴的材料采用的是 45 钢。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩第五章 结论及改进意见5.1 本文结论本次毕业设计对发动机拆装台架进行了比较全面的设计分析。其中，我对主要的零部件进行了强度校核，例如小锥齿轮轴以及拆装台架中间轴的强度校核。这一拆装台架基本上满足了生产经营活动中所需。在本次毕业设计中，应用了UG，CAD等绘图软件，绘制了拆装台架的装配总图，以及部分