多功能发动机拆装试验台

1、目 录1绪论11.1选题的意义和目的及其国内外研究现状11.2本课题研究的关键问题及解决思路11.3方案的确定12设计方案的选择22.1设计类型22.2设计标准23蜗轮蜗杆减速机的设计23.1选择材料确定其许用应力23.2确定其许用应力23.3选择蜗杆头数，并估计传动效率23.4确定使用系数，综合弹性系数23.5确定接触系数23.6计算中心距23.7确定参数23.8计算蜗轮和蜗杆的主要参数与几何尺寸23.9校核齿根弯曲疲劳强度34各个轴的设计及校核34.1蜗杆轴的设计34.2蜗轮轴的设计54.3固定盘上螺栓的校核65万向轮的设计65.1选用标准65.2材料选用和热处理75.3车轮外观质量要求7

2、5.4安装方式75.5横轴的力学性能参数75.6万向轮的尺寸参数76各滚动轴承的选择77支撑架及其底座的设计88蜗轮蜗杆箱体的设计99密封和润滑910结论10致谢11参考文献121绪论1.1选题的意义和目的及其国内外研究现状目前，许多地方要对汽车（拖拉机）发动机进行拆装时,是用木板垫地人力翻转对发动机进行拆装的,拆装起来费时、费力、效率低,发动机支承不稳还容易倾倒伤人,而且在拆装过程中观察发动机内部结构很不方便，特别是对于实验、实训教学来说不够实用1。为此，急需研究出适合汽车运用技术专业实训教学的发动机翻转架，它应集发动机的拆卸、组装、调试、大修、起动、故障设置及诊断、排除、检测等功能为一体。

3、现在国内外对汽车发动机翻转架功能的改造和技术提升并无大的进展。而国内的发动机翻转架有固定式的和移动式的两种。固定式汽车发动机翻转架，发动机能够在翻转架上翻转、起动并运转，但需浇注混凝土，固定时费工费时，不能在短时间内投入使用，且不能移动，限制了实验室的调整。另外，油、水、工件、工具易落地，达不到卫生清洁的起码要求，也不便于检测和排除故障。移动式汽车发动机翻转架，虽然能够移动，但发动机只能在翻转架上翻转，不能起动、运转，无法对发动机进行检测、故障设置和故障诊断与排除2。1.2本课题研究的关键问题及解决思路通过大量的查阅资料,从生产实践和实际出发,制定出总体设计要求3:（1）发动机可沿轴向在360

4、°内任意翻转，并可在任意位置锁止，蜗杆两端采用双轮结构，便于对发动机进行反复拆卸，组装和调试工作。（2）在翻转架上设置了发动机的所有辅助设施，实现了发动机大修、起动等功能。（3）翻转架底部设置了油盘，克服了工件、工具、油、水落地的问题，保证了文明作业和安全生产。（4）翻转架上的万向轮和定位螺销实现了整体任意移动和定点作业的要求，同时方便了实验室的调整。1.3方案的确定通过查找资料，集思广益，此翻转架能满足一定型号发动机的维修、启动、移动。它应包括翻转架、支撑座、轴承、底座、车轮、手轮、蜗轮蜗杆减速机、车架、定位销、油盘。该翻转架利用蜗轮蜗杆的减速原理和自锁功能，以及万向轮的多方位移动

5、功能。可在大于或等于360°范围任意翻转和随意锁止，发动机重力通过翻转架壳体形成力的平衡，保证了翻转架的稳定性。在通用性方面，底座中间设置一横向导轨，采用一端固定支柱可在导轨上以横向移动，改变工作长度。利用油盘防止了油、水、工件、工具的落地，采用万向轮、固定支点，实现了翻转架可任意移动和定点作业的功能。还包括与翻转架的转轴连接的转动机构及其发动机的固定装置。图1-1总装图如下：1.支承轴；2.滚动轴承；3.万向轮；4.机架；5.蜗轮蜗杆减速机；6.固定盘 图1-1 多功能发动机翻转架总装图2设计方案的选择经过多次的讨论和研究，确定发动机翻转架的总体结构，包蜗轮蜗杆减速器、万向轮、支承

6、架及其底座等。2.1设计类型本课题所研究的发动机翻转架底部安装有万向轮可以使机架整体任意移动和定点作业，并能自锁。翻转架的支撑架底座中间设置一对横向导轨，采用一端固定支柱可在导轨上以横向移动，改变工作长度。2.2设计标准根据实际测量BJ212发动机的长和宽，确定整个机架的大小和计算各轴的刚度和挠度。确定本机架适合中小型以下发动机的拆装。3蜗轮蜗杆减速机的设计3.1选择材料确定其许用应力蜗杆用45号钢，表面淬火，调质处理，适用于低速轻载传动,硬度为4555HRC；蜗轮用HT200，适用于低速轻载传动（V2m/s）。3.2确定其许用应力（1）许用接触应力，查机械设计基础 表12-4，=130Mpa

7、（2）许用弯曲应力，查机械设计基础12-6，=47Mpa3.3选择蜗杆头数，并估计传动效率。当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时即在，机构具有自锁性，可实现反向自锁4。查非标准设备设计手册取i=40,得由=40，查机械设计基础，表12-8，估计3.4确定使用系数，综合弹性系数查机械设计基础 表13-8、11-4，取（钢配灰铸铁）3.5确定接触系数假定，由文献1图12-11，得=2.73.6计算中心距（3-1）3.7确定参数 确定模数m，蜗杆直径系数q，蜗杆导程角r，中心距a，蜗杆分度圆直径等参数。查机械设计第八版表11-2可选择a=130mm m=5mm=50mm x=-0.53.8计算

8、蜗轮和蜗杆的主要参数与几何尺寸蜗杆主要参数与几何尺寸5轴向齿距mm（3-2）齿顶圆直径（3-3）齿根圆直径 （3-4） 蜗杆轴向齿厚（3-5）节圆直径 （3-6）蜗轮主要参数与几何尺寸蜗轮齿数=40，变位系数=-0.5蜗轮分度圆直径 （3-7）蜗轮齿顶圆直径（3-8）蜗轮齿根圆直径 （3-9）蜗轮咽喉母圆直径（3-10）外圆直径（3-11）蜗轮齿宽B=0.75d13.9校核齿根弯曲疲劳强度（3-12） 选取当量系数 （3-13）根据变位系数=-0.5，=43.48 查机械设计基础 图11-19中查得齿形系数为 =2.87。螺旋角系数 =（3-14）许用弯曲应力 =查机械设计基础 表11-8中查

9、得由铸锡磷青铜制造的蜗轮的基本许用弯曲应力为=47Mpa。由此可见弯曲强度是可以满足的。4各个轴的设计及校核4.1蜗杆轴的设计由于蜗杆直径很小，可以将蜗杆和蜗杆轴做成一体，即做成蜗杆轴。蜗杆上的转矩 蜗轮上的转矩求作用在蜗杆及蜗轮上的力圆周力：轴向力：径向力：圆周力径向力以及轴向力的作用方向如图所示图4-1 圆周力、径向力、以及轴向力方向图4.1.3蜗杆轴的结构设计拟定蜗杆上零件的装配方案6蜗杆是直接和轴做成一体的，左轴承及轴承端盖从左面装，右轴承及右端盖从右面装。根据轴向和周向定位要求，确定各段直径和长度，轴径最小d =30mm，B（11+0.06）m=67mm，蜗杆齿宽B计算选为70mm。

10、其余部分尺寸见下图：图4-2 蜗杆轴4.1.4蜗杆轴的校核（1）垂直面的支承反力（图b） （4-1） (4-2)（2）水平面的支承反力（图c） (4-3)（3）绘垂直面的弯矩图（图b） (4-4)（4）绘水平面的弯矩图（图c）（5）求合成弯矩（图d） (4-5)（6）按弯扭合成应力校核轴的强度根据机械设计基础15-5及以上数据，并取=0.6，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由文献2表15-1查得。因此<，故安全。由于轴的最小直径是按扭转强度很宽裕地确定的，由蜗杆轴受力情况知截面C处应力最大，但其轴径也较大，且应力集中不大，各处应力集中都不大，故蜗杆轴疲劳强度不必校核。图4

11、-3各弯矩图4.2蜗轮轴的设计BJ212发动机的自重(包括油、水，不包括离合器)300kg；发动机的总长度（包括飞轮壳）1000mm。发动机中心与立柱之间的距离=500mm。根据以上条件和固定轴所承受的载荷，校验蜗轮轴的直径为： (4-6) (4-7)考虑到发送机运转时的共振，实际取d=80mm>校验。轴的材料：轴的材料主要是碳刚和合金刚。由于支承轴承载较大的弯矩，相对剪切应力较大，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，所以本设计采用40Cr钢作为轴的材料。轴上零件的定位为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动，轴上零件除了有游动或空转的要求者外，都必须进

12、行轴向和周向定位，以保证其准确的工作位置。轴的校核按扭转强度计算，用于只承受转矩的传动轴的精确计算，也可用于既受弯矩又受扭矩的轴的计算。其强度条件为：式中：为轴的扭切应力，；为转矩，；为抗扭截面系数，；为传递的功率，；为轴的转速，；为轴的直径，；为许用扭切应力，。在本课题中，需要人手摇手轮传递功率0.05，根据实际工作条件需要转速，把相关的数据带入公式中得：由于蜗轮轴的选材为40Cr号钢，所以查表可知40Cr号钢的许用扭切应力为，。经校核设计的轴符合要求，可以正常工作。4.3固定盘上螺栓的校核固定盘与发动机连接端螺孔采用4支螺栓连接。因螺栓主要受剪力Q作用,所以螺栓直径d可只按许用剪切算出。由

13、于,，所以。在实际使用中,考虑到螺栓受多重因素的影响和需足够的可靠性,所以选取d=20mm,取直径相当的M20螺栓即可7。蜗轮轴尺寸如下图：图4-3 蜗轮轴5万向轮的设计5.1选用标准万向轮承受的总质量G为发动机质量和翻转架自重之和。<300Kg，<100Kg，所以<400Kg。以万向轮平均受力分析，每个轮的受力100Kg。因此，选用承重100Kg的 中 型平板万向脚轮既可满足使用要求。前后轮：工业脚轮（GB/T14688-93）5.2材料选用和热处理（1）铸铁本体，橡胶外缘。机械设计实用手册（11.2，小车轮）（2）轮架采用35圆钢和Q255-A板拼焊，轴热处理HRC35-

14、40。（3）横向轮轴用45圆钢，调质处理HRC28-42。（4）万向轮上的上板用45钢板热处理HRC40-45轮架用35圆钢、35平板和Q235-A立板组焊，35圆钢和平板热处理HRC25-40。5.3车轮外观质量要求所有金属零件表面均应采取有效方法防止锈蚀，所有零件不应有影响使用的缺陷。5.4安装方式安装方式：跨轴式安装。5.5横轴的力学性能参数表5-1 心轴的力学性能参数 单位(MP)硬度HBS抗拉强度屈服强度极限弯曲疲劳极限剪切疲劳极限许用弯曲应力170-21059029525514055与轴承配合处表面粗糙度3.2从而保证配合的精度。5.6万向轮的尺寸参数表5-2 万向轮的基本参数单位

15、（mm）DLHEd1abd2ABW/N10030125201680609115851000图5-1万向轮的安装示意图6各滚动轴承的选择选用标准： 深沟球轴承 (GB/T276-1994) 蜗轮轴上的轴承，以及移动支架上轴承主要承受径向载荷，深沟球轴承满足需要。各轴承的主要参数:本设计中有四处使用到了轴承，一处是在蜗杆轴，已知此处轴径d=30mm，所以选内径为30mm的轴承，在机械设计课程设计手册中选择深沟球轴承；查表6-1，选择型号为6006的轴承。第二处是在蜗轮轴；已知此处轴径为d=80mm，所以选内径为80mm的轴承，在机械设计课程设计手册中选择深沟球轴承轴承；查表6-1，选择型号为601

16、6的轴承。第三处是在底座的支撑架上，根据载荷的大小选择型号为 6210 的轴承。表6-1 各轴承的参数参数名称dDB蜗杆轴轴承6006305513蜗轮轴轴 60168012522底架轴承 6210901620图6-1 轴承零件图7支撑架及其底座的设计机架除了支撑着发动机的全部重量(包括油、水)，还有蜗轮蜗杆减速机的重量，在发动机启动时同时受着复杂的受载状态，因此机架的结构设计，不仅要满足刚度、抗弯的强度，还要使结构设计合理、稳定性好。槽钢的矩形截面的具有一定得抗弯强度和抗扭强度。工字钢的工字型截面的抗弯强度最高，而抗扭强度最低，适合于受弯为主的机架。底座框架采用槽钢焊接，用工字钢焊接于框架内，

17、作为固定梁。各钢材参数如下表：表7-1 6001钢材的主要参数参数型号hbdtr槽钢100485.38.58.5工字钢100684.57.66.5 图7-1 机架总装图示意图8蜗轮蜗杆箱体的设计名称符号蜗轮蜗杆减速器选用箱座壁厚0.02a+1812箱盖壁厚0.02a+1812箱盖凸缘厚度B11.514箱座凸缘厚度b1.514箱座第底凸缘厚度B22.520地脚螺钉直径df0.036a+12M16地脚螺钉数目n=250时，n=44轴承旁联结螺栓直径d10.75 df盖与座联结螺栓直径d2(0.5-0.6) dfM10联结螺栓d2间距150-200144轴承端盖螺钉直径D3(0.4-0.5)dfM8

18、定位销直径d(0.7-0.8) df至外箱壁距离-26、22、16轴承旁凸台半径-20凸台高度h45铸造过渡尺寸x,y-x=3,y=15r=5蜗轮顶圆与内箱壁距离>1.212蜗轮轮毂端面与内壁距离>15箱盖、箱座肋厚m1,mm10.85,m=0.85m1=10,m=10轴承端盖外径D2D+(5-5.5)d3160轴承旁联结螺栓距离SSD21259密封和润滑1.由于本设计蜗杆减速器才用的是钢蜗杆配铸铁蜗轮，工作平稳，磨损较小对于轴承的润滑，由于转速不高，均采用油脂润滑。2.对于轴承的密封设计采用了轴承端盖还在其中加入了密封圈。蜗杆轴承端一边用闷端盖，一边用唇形密封圈。蜗轮轴轴承一边用闷端盖，一边用毡圈。整个箱体是密封的。10结论多功能发动机翻转架的使用，改变了就地或在工作台上解体、组装发动机等不理想的拆装方式。由于多功能发动机翻转架与移动台架能够自由移动，从而可以任意组合、调整工作场地的使用范围，提高了发动机和移动台架的利用率。使用