毕业设计（论文）-发动机清洗系统设计

发动机清洗系统设计系（部）专业学号学生姓名指导教师提交日期摘要随着经济的发展，汽车作为一种代步工具，已经走进了很多家庭。汽车的需求量也随之增大，汽车制造业的迅速发展伴随而来的问题也相继出现，其中在对于汽车保养中对发动机的保养就是比较突出的问题。对发动机内部的维护与清洗是汽车常规养护中不可缺少的一个重要项目。然而目前在很多维修工厂里清洗发动机的内部还基本都是靠人工用高压水射流进行清洗，清洗环境差，操作间环境无法保证干净整洁，污水无法收集排出等问题也是一个亟待解决的问题。因此对于发动机自动清洗生产线的设计也具有十分重要的意义。发动机清洗生产线的设计可分为三个部分：超声波清洗机设计，喷淋清洗系统设计和发动机外壳的传输装置设计。在超声波清洗部分根据发动机外壳的重量和滚筒输送机对超声波清洗系统的升降装置进行设计，系统介绍升降装置工作原理和其中相关元件。在本文中采取用电机带动连接着传输滚道的升降架进行升降，根据其相关数据设计计算升降装置的相关元件的数据。并根据发动机外壳和传输滚道的大小尺寸对超声波清洗仓进行设计。在喷淋部分根据发动机的重量和清洗时旋转速度对旋转装置进行设计，采取齿轮啮合传动带动旋转台面旋转从而达到清洗的目的。分析计算出旋转装置各零件的最佳尺寸数据。并且根据发动机尺寸和清洗部位对清洗仓进行设计，在设计中主要是对喷头位置，清洗仓大小和防水设计。在发动机外壳的传输运送方面采取滚筒输送机进行移动传输。关键词：超声波清洗；高压喷淋；发动机；升降；旋转；齿轮AbstractWitheconomicdevelopment,thecarasameansoftransport,hasenteredmanyfamilies.Demandforcarsalsoincreased,therapiddevelopmentoftheautomotiveindustry,withrelatedproblemshavealsoappeared,inwhichthecarcareandmaintenanceoftheengineismoreprominentissue.Formaintenanceandcleaninginsidetheenginecarisindispensableconventionalconservationisanimportantproject.However,thereisinmanyfactorymaintenancemancleaningtheengineinsidebasicallystillrelyonmanualcleaningwithhighpressurewaterjets,washingpoorenvironment,theoperatingroomenvironmentcannotguaranteeclean,unabletocollectsewagedischargeandotherissuesitisalsoaseriousproblem.Italsohasgreatsignificancefortheengineautomaticwashinglinedesign.Cleaningtheengineproductionlinedesigncanbedividedintothreeparts:ultrasoniccleaningmachinedesign,spraycleaningsystemdesignandenginetransmissiondevicehousingdesign.Intheultrasoniccleaningsectionoftheliftingdeviceultrasoniccleaningsystemdesignedaccordingtotheweightoftheenginecasingandtherollerconveyor,thesystemintroducestheworkingprincipleoftheliftingdeviceandwhereintheassociatedcomponents.Takethedrivemotorisconnectedtotheliftingframetransmissionracewayisraisedandlowered,inaccordancewithitsdesigncalculationrelateddataelementsrelatedtotheliftingdevicedatainthisarticle.Anddependingontheengineandtransmissionhousingracewaysizesofultrasoniccleaningcartridgedesign.Meansforrotatingtheshowerpartisdesignedaccordingtotheenginerotationalspeedwhenthecleaningandtheweight,takingthedrivegearisrotatedtherotarytablesoastoachievethepurposeofcleaning.Analysisofthedatatocalculatetheoptimumsizeofthepartsrotatingmeans.Anddependingontheenginesizeofwashingandcleaningpartswarehousedesign,mainlyinthedesignofthenozzleposition,cleaningcartridgesizeandwaterproofdesign.Taketherollerconveyortransportingtheenginecasingtransmissionaspectsofmobiletransmission.Keywords:ultrasoniccleaning;high-pressurespray;engine;lift;rotate;gear

目录摘要 1Abstract 21绪论 51.1课题的研究背景及问题的提出 51.1.1课题的研究背景 51.1.2问题的提出 61.2国内外研究现状 61.3本文研究的主要内容 61.4清洗系统工作流程图 81.5本章小结 92发动机超声清洗设计 102.1超声清洗原理及超声波应用简介 102.2超声波清洗机的选择 132.2.1超声波清洗槽外形设计 132.2.2超声波振子数量计算 132.3超声波清洗机材料选择 132.4超声清洗升降装置的设计 142.4.1超声波清洗装置安装架设计 142.4.2电动提升机的选择 152.5本章小结 163滚筒运输机的设计 173.1滚筒的长度和滚筒之间的间距的确定 173.1.1滚筒长度 173.1.2滚筒直径的确定 183.1.3滚筒厚度的确定 193.2链条和链轮的选择和设计 213.2.1链条的选择 213.2.3链轮的选择 223.2.4电机的选择 233.3本章小结 234喷淋旋转平台的设计 244.1大小齿轮尺寸设计 244.1.1齿轮材料的选择 244.1.2齿轮尺寸计算 244.2支撑轴设计 284.2.1支撑轴的选材 284.2.2支撑轴尺寸设计 284.3支承轮设计 294.3.1心轴设计 294.3.2支承轮的尺寸 314.4旋转台其他标准件的选择 324.4.1支撑轴用推力轴承和深沟球轴承选择 324.4.2支撑轮用轴承选用 324.5旋转电机的选择 334.6本章小结 335喷淋清洗仓的设计 345.1清洗仓大小的设计 345.2自动门的设计 345.3喷头位置设计 355.4清洗仓防水设计 365.5本章小结 366经济技术分析报告 377结论 38致谢 39参考文献 40

1绪论1.1课题的研究背景及问题的提出1.1.1课题的研究背景发动机工作的环境温度很高，高温下机油会产生一些产生积碳，胶质的物质。而且由于国内的汽油相对来说质量不好，里面包含的硫、磷等物质较多，这些硫、磷物质在进入了发动机内部后会产生酸性物质，导致发动机受到腐蚀。当发动机的内部积累了很多这类的东西之后，会严重的阻碍机油的流动性，降低机油对发动机的保护，使发动机更容易磨损，大修的可能性变高，从而使用寿命就会减少。经常出现的情况是，在行驶了10万公里左右之后，发动机出现烧机油现象。出现该问题的主要原因就是发动机内部产生了许多的积碳和酸性的有害物质，导致了发动机活塞环卡死，密封不严，机油缺失，严重的影响正常的使用。这时候只能把发动机拆开进行维修。定期的对发动机内部进行清洗，去除里面对发动机有损害的东西，可以增加发动机的使用寿命，减少维修次数。在现阶段一般对于发动机清洗的厂家或者公司都是运用高压水枪对拆卸下来的发动机进行喷淋清洗。利用高压水枪射出水的冲击力清洗发动机内部，如图1-1所示。图1-1待清洗的发动机这种清洗方法完全是人力用高压水枪对拆解下来的发动机进行全面的冲洗虽然这种作业方式可以很大程度的清洁发动机但这种清洗方法造成过度浪费水资源，浪费大量的人力与物力，而且造成清洗车间环境恶劣，污水横流难以处理，从很多方面来讲这种人力冲洗的方法是一种不太可取的作业方式。1.1.2问题的提出对于清洗发动机所面临的问题我们要设计出一条自动清洗发动机的生产线，以解决清洗环境和人力的合理配置问题和提高清洗效率和速度。同时也要设计计算出清洗装置的各元件数据。1.2国内外研究现状自1886年汽车诞生以来，经历了115年进入了21世纪。汽车的不断发展，大大改变了人类生活。汽车工业和汽车技术得以发展，，许多的科研工作者都付出了大量的努力。从发明到改进，经历了数百年的时间。在现在的生活中我们已经离不开汽车的参与。而如今汽车的发展史同样也是发动机发展史的一部分。发动机是汽车最核心的部件，离开发动机汽车就无法运转。发动机主要为汽车提供动力，它是一个将热能转换为机械能的装置。即将汽油（柴油）的热能通过在密封气缸内燃烧气体膨胀时推动活塞做功转变为机械能。要实现这个转换，就要求发动机的内部有良好的润滑效果。但由于发动机是在温度很高的环境下工作，会导致润滑油的没有的原来的润滑效果，产生油泥和积碳等影响发动机正常工作的物质。这种情况下对发动机内部的清洗就变的很有必要现在汽车业的快速发展，人们对于汽车的使用逐年增加相应的对汽车维修和养护的行业也迅速发展，以前很多厂家用锅炉加热特制的碱性液体对发动机进行蒸煮来实现对发动机的清洗，但由于清洗后的废液难处理，污染大逐渐也被淘汰了，现在科技的发展人们开始利用高压水枪对发动机内部进行喷淋清洗，目前对于汽车的发动机清洗行业大部分厂家都是利用高压水枪对于发动机进行人工喷淋清洗，而对于自动清洗发动机方向现在虽然有但大部分厂家因为费用较高而无法配备自动清洗发动机的技术。1.3本文研究的主要内容根据设计方案，要实现对于拆卸下来的发动机外壳进行自动清洗要完成以下三个环节的设计：超声波清洗环节，高压喷淋清洗环节和自动运输环节设计。总体技术路线如图1-2所示：发动机清洗系统发动机清洗系统旋转装置的设计喷淋清洗仓的设计升降装置设计超声波清洗槽设计滚筒运输机设计图1-2总技术路线1、超声波清洗槽设计在本环节根据发动机外壳的尺寸设计合适的超声波清洗仓，进行形状选尺寸计算，超声波清洗所需振子的数量计算，超声波清洗槽的材质选择。使得发动机外壳能够顺利的进入清洗槽进行清洗。2、升降装置设计。本文采用电动提升机提升清洗槽上方的一段传输滚道，使得该段滚道能够沿导杆上升和下降，连同滚道上的发动机外壳一起进入清洗槽中。其中包括底座与安装架的结构设计，电动提升机的选择与其他标准零部件的选取。3、滚筒运输机设计。运输机采用动力滚筒运输机来运送发动机外壳，包括外形结构设计，链轮组合的设计，减速电机的选择以及安装标准零部件的选择。4、旋转装置设计在喷淋清洗环节，由于方案设计为喷头工作时为固定状态，因此必须要对发动机旋转才能达到全面清洗发动机的目的。在旋转装置的设计中本文采取齿轮内啮合的方式进行旋转，需要进行的有：齿轮啮合、支撑柱的设计计算，支撑轴套的结构设计，旋转台面的设计，支撑轮的设计和相关标准零部件的计算选取。5、清洗仓设计在发动机的高压喷淋清洗时为了防止水喷溅到地面和清洗车间所以要让发动机在封闭的清洗仓中完成清洗任务。在这部分的设计中包括：喷头位置的设计，清洗仓大小的设计，防水设计，仓门的设计。1.4清洗系统工作流程图清洗系统的工作流程如图1-3所示发动机行至超声波清洗槽上方发动机行至超声波清洗槽上方升降电机启动开始下降升降电机启动开始下降发动机完全沉入清洗槽发动机完全沉入清洗槽升降电机停止工作升降电机停止工作超声波发生机开始工作超声波发生机开始工作清洗两分钟结束，超声波发生器停止运作清洗两分钟结束，超声波发生器停止运作升降电机启动，提升至初始位置升降电机启动，提升至初始位置滚道开始转动，行走至喷淋环节 滚道开始转动，行走至喷淋环节仓门打开，发动机进入清洗仓仓门打开，发动机进入清洗仓仓门关闭仓门关闭旋转台开始旋转，喷头打开旋转台开始旋转，喷头打开喷淋结束，喷头关闭旋转台复位喷淋结束，喷头关闭旋转台复位打开仓门，发动机出清洗仓打开仓门，发动机出清洗仓关闭仓门，清洗结束关闭仓门，清洗结束图1-31.5本章小结本章作为绪论，结合本课题研究的背景和意义拟定了设计方案，并写出了系统的工作流程。根据设计方案与工作流程的需要列出了总技术路线，对方案的各部分进行设计。然后根据方案的可行性提出了本课题的主要研究内容。

2发动机超声清洗设计2.1超声清洗原理及超声波应用简介超声波的频率就是声源振动的频率。所谓振动频率，就是每秒来回往复运动的次数，单位是赫兹，简称赫。波是振动的传播，即把振动按原有的频率传递出去。所以波的频率就是声源振动的频率。波可以分为三种，即次声波、声波、超声波。次声波的频率为20Hz以下；声波的频率为20Hz~20kHz；超声波的频率则为20kHz以上。其中的次声波和超声波一般人耳是听不到的。超声波由于频率高、波长短，因而传播的方向性好、穿透能力强(1)超声波清洗机清洗原理超声波清洗机之所以能够起到清洗污垢的作用，其过程是由下列引起的：空化、声流、声的辐射压力和声学毛细效应。在清洗过程中，不洁物的表面会产生表面污垢膜的破坏、剥落、分离以及乳化、溶解等现象。不同的因素对清洗机的影响也不同。对于那些附着不太紧的污垢，清洗主要靠空化气泡（未爆破的空化气泡）振动力的作用。在污垢的边缘，由于脉冲气泡的强烈振动和爆破，破坏了污垢薄膜与物体表面之间的结合力，起到了扯裂与剥离的作用。声学辐射压力与声学毛细效应，促使洗涤液渗入被清洗物件的微小凹陷表面和微孔，声流可以促使污垢加速从表面脱离。如果污垢与表面的附着比较牢固，则需要用空化气泡的爆破所产生的微冲击波，使污垢从表面上被扯下来。

(2)清洗优点：a)清洗效果好，清洁度高且全部工件清洁度一致；b)清洗速度快，提高生产效率；c)不须人手接触清洗液，安全可靠；d)对深孔、细缝和工件隐蔽处亦可清洗干净；e)对工件表面无损；f)节省溶剂、热能、工作场地和人工等。(3)超声波的两个主要参数：频率：F≥17.6KHz功率密度ρ=发射功率（w）/发射面积（cm2）通常ρ≥0.3W/CM2(4)清洗效果及相关参数①清洗介质：化学溶剂与水基清洗剂②功率密度③超声波频率④清洗温度：采用40℃-60℃的工作温度最佳。温度低会降低溶液化学活性。而温度高则提高了气泡内气体的弹性。(5)超声波的选型计算方法:通常计算方法为：100W的超声波功率推动8kg以内的水，以此类推。一般每个振子额定功率为50W[峰值功率一般为100W])，经计算可确保有足够的空化强度。用户只需根据欲清洗之工件大小，生产率（一般细小工件每次清洗时间为3-7分钟，粗大得杂工件为10-30分钟），确定洗缸尺寸

(6)不同频率的超声波的功效比较按超声频率分为25KHZ；30KHZ；40KHZ三种机型，其功效如下：18~25KHZ

空化泡较少，但爆破冲击力强，故清洗时间较短、适中、空化泡多，爆破冲击力较弱，但渗透力强，清洗时间较长，噪声较大，能用来污垢比较大和多的工件。30KHZ

空化泡较少，但爆破冲击力强，故清洗时间较短、适中、空化泡多，爆破冲击力较弱，但渗透力强，清洗时间较长，噪声较小。能用来污垢比较大和多的工件。40~50KHZ

空化泡较少，但爆破冲击力强，故清洗时间较短、适中、空化泡多，爆破冲击力较弱，但渗透力强，清洗时间较长，清洗较小巧，结构精细的工件效果很好。频率漂移≤土2KHZ。超声波发生器发出与换能器谐振的频率讯号只有一个，使发挥最高效率并能自动跟踪、稳定在此频率上，免除时时调谐之麻烦。如强迫改变发生器频率，则输出功率大减且特性变坏。故超声波清洗机只能在三种频率中根据需要选定其中一种。

(7)超声波清洗机的构成：超波清洗机主要由超声波清洗槽和超声波发生器两部分构成。清洗槽的材质选用不锈钢，增加耐腐蚀性。底部安装有超声波换能器振子；超声波发生器产生高频高压，通过电缆联结线传导给换能器，换能器与振动板一起产生高频共振，从而使清洗槽中的溶剂受超声波作用对污垢进行洗净

(8)清洗特点

超声波清洗的特点决定了无论我们需要清洗的工件结构有多么的复杂，只要将工件侵入清洗液中，使得清洗液与工件接触，就能达到清洗的效果，配合特定的清洗液使用，清洗效果优良，并且能防止对工件造成伤害与腐蚀，节省了人力物力。(9)清洗效率：

在现在经常使用的清洗方式之中，超声波清洗的效率是最高的而且早保证清洗质量的同时，能够比之前人工清洗节约四分之三的时间。(10)清洗成本：在所有清洗方式中，清洗成本大体可分为：设备成本和消耗成本。超声波清洗设备使用寿命约为十年，除设备购置成本高于手工清洗和有机碱性溶剂刷洗外，低于气相清洗和高压水射流清洗，对于消耗成本，以有效尺寸为600×400×350mm，功率为1KW，价格约为1万元的超声波清洗机为例，工作一小时，耗电1度，费用约为0.5元，碱性金属清洗剂1公斤，价格约为20元，可反复使用20-50个小时（根据污染程度而定），相当于0.4-1元/小时，而一般工件清洗时间仅为3-15分钟即可，且一次清洗可对一定数量及体积的工件同时清洗，因此对于消耗成本而言，采用超声波清洗，不仅清洗效果最好，而且清洗成本相当于不到0.04元/件，还不算节省的劳动力成本，远远低于其他各类清洗方法。

(11)清洗效果：

超声波清洗目前是所有清洗方式中最好的方式之一。其清洗效率达到了98%以上，清洗洁净度也达到了最高级别，而传统的手工清洗和有机溶剂清洗的清洗效率仅仅为60%-70%，即使是气象清洗和高压水射流清洗的清洗效率也低于90%，所以相对其他方式，超声清洗具有很多优势。(12)在超声清洗中，频率越高，作用在被清洗物件上的密度较大，清洁度越高，但力度则较弱。多用于清洗高清洁度的光学玻璃等产品；频率较低的则反之，多用于普通工件清洗，如五金件的除蜡、除油清洗等。

(13)超声波振子的使用寿命有多长？

正常使用的情况下，进口振子（本公司采用美国进口晶片振子）的使用寿命在8年左右。我们所讲的正常使用是指：

1、严禁干振。即无液开启超声工作；

严禁踏、击超声振子粘接面，避免振子脱落；

3、超声波发生器的工作环境应通风良好、定期清理保养；

4、不随意更换、调整超声发生器内的元气件

2.2超声波清洗机的选择2.2.1超声波清洗槽外形设计根据超声清洗的经验来看，不同工件、相同工件的不同制作工艺、不同材料、清洁度要求不一、工件几何形状不同、清洗剂选择不同，对清洗工艺均有非常大的影响，从而清洗设备的结构也不相同。有些甚至需通过实验来确定。选择合理的清洗工艺路线，即可收到良好效果，还可以降低设备制造成本。根据发动机的尺寸设计超声波清洗仓的大小：发动机的尺寸长86cm，宽42.4cm，高34.2cm，所以选择定制超声波清洗机的清洗槽为矩形，长120cm，宽70cm，清洗槽壁厚5cm。清洗槽高度60cm。厚度为100mm的底座内部有高度为80mm，直径为750mm的圆柱空间，用来安装超声波发生器。超声波发生器根据设计要求定制。这样发动机外壳与清洗槽上方的滚道能通过电动提升机的升降进入清洗槽中。外观尺寸见设计图。2.2.2超声波振子数量计算根据清洗仓的大小计算清洗仓的体积，v=120cm×70cm×60cm=0.504立方米，所以清洗仓内清洗液的质量为=，超声波的选型计算方法:通常计算方法为：100W的超声波功率推动8kg以内的水，以此类推。一般每个振子额定功率为50W[峰值功率一般为100W])，经计算可确保有足够的空化强度。用户只需根据欲清洗之工件大小，生产率（一般细小工件每次清洗时间为3-7分钟，粗大得杂工件为10-30分钟），根据100W的超声波功率推动8kg以内的水，以此类推。一般每个振子额定功率为50W[峰值功率一般为100W])需要63个振子，为了保险起见一共用65个振子。2.3超声波清洗机材料选择超声波清洗机的构成：超波清洗机主要由超声波清洗槽和超声波发生器两部分构成。超声波清洗槽用坚固弹性好、耐腐蚀的优质不锈钢制成，底部安装有超声波换能器振子；超声波发生器产生高频高压，通过电缆联结线传导给换能器，换能器与振动板一起产生高频共振，从而使清洗槽中的溶剂受超声波作用对污垢进行洗净，所以根据清洗工艺超声波清洗槽用坚固弹性好、耐腐蚀的优质不锈钢制成。

2.4超声清洗升降装置的设计2.4.1超声波清洗装置安装架设计在升降装置中，需要有安装架来对超声波清洗槽进行固定，并安装导杆，使得超声波清洗槽上方的一段滚道在电动提升机的拉动下沿导轨上下移动。对于机架的材料选择由《机械设计手册第4卷》表19-1-4推荐可选择为，壁厚为5mm的矩形钢管，采用连接方式因为结构简单且为大件机架所以采用焊接机架的形式进行连接。底座尺寸大小根据清洗槽，焊接成品可见设计图纸。四根导杆长度为130cm。在可升降部分，采用焊接组件的可升降架来连接超声波清洗槽上方的一段滚筒运输机，图2-1升降机草图当发动机的外壳运送到超声波清洗槽上方的时候，提升电机启动，绳索带动可升降架上升与下降。在升降机中间的横杆上焊接有圆环可以连接提升电机上的绳索。除升降作用外，可升降架还承担这安放超声波清洗槽上方的滚筒运输机的主动轮减速电机的作用，使滚筒运输机既有动力，有避免减速电机接触进入超声波清洗槽。四个圆形通孔可套在导杆上，起到导向的作用作用，结构如图2-1所示，具体尺寸见设计图纸。2.4.2电动提升机的选择在提升动力方面选择采用外购的多功能电动提升机，多功能电动提升机某种意义上属于一种特殊的电动葫芦，应用也是非常广泛的，提升机具有输送量大，提升高度高，运行平稳可靠，寿命长显著优点，220V-380V多功能电动提升机。采用锥形转子电动机和普通电动机为动力，与变速机结构组合带动卷筒，达到升降运转。电动提升机具有制动速度快，体积小，重量轻，结构紧凑，使用方便，维修简便的特点。具有电动葫芦和卷扬机的主要功能。提升机规格500-800KG绳长单吊30米，双吊15米，钢丝绳长度可根据用户所需加长订做。图2-2多功能电动提升机图2-2为所选的多功能电动提升机实物图，材质为结构钢，提升类型为垂直式，额定起重量500-800kg，符合本系统所需求的起重量。2.5本章小结本章主要对于超声波的简介，超声波清洗槽的形状选择，尺寸计算，超声波清洗所需振子的数量计算，超声波清洗槽的材质选择。形状选择有利于发动机外壳顺利的浸入到超声波清洗槽里。

3滚筒运输机的设计本系统的设计方案中有超声波清洗和高压喷淋清洗两个工位，所以需要设计一种适合清洗系统传送发动机的运输机。滚珠式滚珠式滚筒式重力式滚轮式动力式链条输送机滚筒输送机储积输送机带输送机分类输送机单元负载式输送机图3-1输送机的种类本清洗系统运送的工件类型为单件，重量大，具有动力，相互之间易于连接，图3-1为常用的输送机种类，根据系统需要，选择使用动力滚筒运输机。滚筒线之间易于衔接过渡，可用多条滚筒线及其它输送设备或专机组成复杂的物流输送系统，完成多方面的工艺需要。并且结构简单，可靠性高，使用维护方便。3.1滚筒的长度和滚筒之间的间距的确定3.1.1滚筒长度滚筒长度：式中为物体的宽度，单位mm；为宽度欲量，一般取本设计中要求传送的发动机外壳长宽的矩形托盘，既，取，所以滚筒的长度为。本设计中输送机主要是输送发动机外壳。当输送机在运送工件时，必须保证至少有三个滚筒支撑托盘，使摩擦力足够。已知发动机外壳为为长860mm宽424mm的矩形托盘，滚筒之间的间距p计算如下：，所以，，为了使结构紧凑，取。3.1.2滚筒直径的确定滚筒直径可由下式进行确定式中为滚筒传递的功率；为滚筒的转速；为滚筒许用扭切应力，选取45钢为滚筒材料，因滚筒是空管结构，所以需要适当降低，查《机械设计手册》得，45钢的许用扭切应力，本次计算中取为。下面求滚筒传递的功率和滚筒的转速：原始数据：已知工件的质量为100KG左右；传动方式：链传动；工件的极限速度为0.6m/s；查得滚筒上的面胶的动摩擦因数为0.5。根据以上数据选择电机，选择步骤如下：滚筒所受滑动摩擦力为所需传送功率工件达到极限速度0.6m/s时，链轮的转速为，所以，为了方便设计，取滚筒的直径为。3.1.3滚筒厚度的确定式中为滚筒所受的最大切应力；为滚筒受到的最大弯矩；为空心滚筒的抗弯截面系数；为材料的许用应力；本设计中托盘的尺寸为，输送机在传送托盘时，至少有三个滚筒支撑托盘，则每个滚筒的载荷系数为式中为每个滚筒的载荷系数；为托盘和工件的总重量，由前面可知；为托盘的边长，由前面可知；所以，由图10-3可得图3-2滚筒载荷分布示意图为材料的许用应力，。根据GB/T699-1999标准规定，对于45钢，对静载下的材料安全系数可取，带入数据据计算得为空心滚筒的抗弯截面系数，对于圆环截面，由材料力学知识可得式中为空心滚筒的抗弯截面系数；为滚筒的外径；为滚筒的内径；将上述结果带入公式得：求得：，取。所以滚筒的厚度为。3.2链条和链轮的选择和设计3.2.1链条的选择表3-1A系列滚子链的基本参数和尺寸(GB/T1243-97)链号节距p(mm)排距Pt(mm)滚子外径d1(mm)内链节内宽b1(mm)销轴直径d2(mm)内链板高度h2(mm)单排极限拉伸载荷FQ（KN）单排每米质量q(kg/m)08A12.7014.387.957.853.9812.0713.80.6010A15.87518.1110.169.405.0915.0921.81.0012A19.0522.7811.9112.575.9618.0831.11.5016A25.4029.2915.8815.757.9424.1355.62.6020A31.7535.7619.0518.909.5430.1886.73.8024A38.1045.4422.2325.2211.1136.20124.65.6028A44.4548.8725.4025.2212.7142.24169.07.5032A50.8058.5528.5831.5514.2948.26222.410.1040A63.5071.5539.6837.8519.8560.33347.016.1048A76.2087.8347.6347.3523.8172.39500.422.60按照用途不同，链可分为起重链、牵引链和传动链三大类。本设计为牵引链，且本设计中要输送的托盘与零件的重量和最大不超过2000N。所以工件与滚筒的摩擦力式中μ为面胶的动摩擦因数，经查表可知μ=0.5；为托盘与工件的重量，取为1000N；所以，查表3-1可知，承载能力上08A链条就可以满足要求，所以选择链号为08A的链条。此传动为轻载，所以单排链条就可满足要求。牵引链的失效形式：牵引链的主要失效形式为链条铰链的销轴与套筒之间承受较大的压力且又有相对滑动，故在承压面上将产生磨损。磨损使链条节距增加，极易产生跳齿和脱链；链传动在启动、制动、反转或重复冲击载荷作用下，链条、销轴、套筒发生疲劳断裂。所以要润滑，良好的润滑能减小链传动的摩擦和磨损，能缓和冲击、帮助散热，是链传动正常工作的必要条件，链条在工作一定时期后，要注意加润滑油。3.2.3链轮的选择在传动机械中，链轮的重要性是无法取代的，一个链轮的好坏直接决定了机械的性能和寿命，已经选择节距为12.7mm的08A的链带动链轮来带动滚筒转动，考虑到多边形效应，为了保证链轮和链条有充分的啮合，又不使链轮的直径过大时整个结构变大，所以选择14齿的链轮，根据表3-2标准来设计链轮。表3-2传动用短节距精密滚子链轮参数俗称节距P滚子直径d齿数z分度圆直径Df齿根圆直径Di齿顶圆直径Da最大轮毂直径Dw齿宽B单排2、3排4排以上3/8’’9.5256.353194.1587.8099805.254.69.5256.351854.8548.5059411/2’’（A型）12.78.5138155.80145.291601357.16.86.412.78.511465.1056.5971475/8’’15.87510.1625126.67116.511341058.18.47.915.87510.1620101.4891.32109793/4’’19.0511.9125152.00140.0916112611.711.310.619.0511.9117103.6891.7711278表3-3链轮的材料材料热处理齿面硬度应用范围15、20渗碳淬火、回火50～60HRCz≤25有冲击载荷的链轮35正火16～200HBSz>25的主、从动链轮45、45Mn、淬火、回火40～50HRC无剧烈振动和要求耐磨的主、从动链轮本设计中的链传动几乎没有冲击载荷，由表3-3可知，链轮材料选择45#钢，淬火，回火形式的热处理，即可满足输送机的输送要求。电机主动链轮的选取选择链轮齿数小齿轮的齿数传动比取大齿轮齿数为3.2.4电机的选择根据之前的计算，选择一种减速电机来带动主动链轮，减速电机具有体积小、重量轻,、喑音低、防护等级高、抗过载能力强等优点。在本系统中选用（1:20）-三相-400W的减速电机。3.3本章小结这一章节对清洗系统两个工位的连接运输方式进行了选用，设计。选用了具有动力的滚筒运输机来运送发动机，对滚筒的数量，双排链轮的选用，以及主动链轮进行了材料与加工工艺的设计和校核。最后对动力部分选用了减速电机来带动链轮进行转动。

4喷淋旋转平台的设计在喷淋清洗中由于方案设计是喷头上下运动所以要想使发动机全方位的清洗就必须使发动机旋转，因此要对发动机旋转的装置进行设计计算。在对于旋转装置的设计中要实现其旋转的目的本章采用由小齿轮带动大齿轮进行内啮合的方式实现，旋转台的支撑采用支撑轴自传支撑和支撑轮辅助支撑的方式，具体设计方法如下：4.1大小齿轮尺寸设计设计要求为旋转台转速为3r/min；分度圆直径；输入功率为。4.1.1齿轮材料的选择本章设计中小齿轮的转速要大于大齿轮的转速，因此在选材的过程中小齿轮的材料强度极限要比大齿轮大。由《机械设计》表10-1推荐可查得小齿轮材料可用20CrMnTi，渗碳后淬火；其强度极限；屈服极限；大齿轮材料可选45钢并调质处理，强度极限；屈服极限。8级精度。4.1.2齿轮尺寸计算（1）按齿根弯曲强度设计首先：（4-1）确定公式各系数值：初选载荷系数；初选小齿轮齿数为计算小齿轮传递转矩（4-2）圆柱齿轮的齿宽系数小齿轮弯曲疲劳强度极限；大齿轮弯曲疲劳强度极限应力循环次数:（4-3）由《机械设计》图10-18和图10-19查得弯曲疲劳寿命系数和接触疲劳寿命系数：；计算大小齿轮接触疲劳许用应力和接触疲劳许用应力，设定安全系数:（4-4）（4-5）（4-6）（4-7）查得齿形系数和应力校正系数分别为；（2）计算在计算时应采用接触疲劳许用应力最小值，依照公式（4-1）试算齿轮模数(4-8)计算圆周速度(4-9)（4-10）由和精度要求按《机械设计》图10-8查得动载系数；再由表10-2查得使用系数。因为：(4-11)（4-12）将公式（4-11）和（4-12）带入（4-13）得：（4-13）依据（4-8）计算结果和齿轮精度由《机械设计》表10-4和10-3查得;计算载荷系数为：（4-14）所以计算齿轮模数为：（4-15）所以计算模数；所以大齿轮齿数为（3)校核齿轮因为在齿轮传动中小齿轮转速比大齿轮高，在传动过程中易损坏所以在校核齿轮时只校核小齿轮强度。按齿根弯曲疲劳强度校核（4-16）根据公式（4-4）和（4-14）比较得出小齿轮齿根弯曲疲劳强度未超过许用值，检验合格。按齿面接触疲劳强度校核由《机械设计》表10-6查得弹性影响系数所以：（4-17）根据公式（4-6）和（4-15）比较得出小齿轮齿面接触疲劳强度未超过许用值，检验合格。（4）齿轮的主要参数根据齿轮尺寸计算公式可计算齿轮相关尺寸如表4-1所示：表4-1齿轮参数表名称符号数值模数4mm压力角20齿轮1齿数80齿轮1齿宽40mm齿轮2齿数200齿轮2齿宽60mm齿数比2.5齿轮1分度圆直径320mm齿轮1齿顶圆直径328mm齿轮1齿根圆直径310mm齿轮2分度圆直径800mm齿轮2齿顶圆直径792mm齿轮2齿根圆直径810mm齿全高9mm中心距240mm4.2支撑轴设计在旋转台旋转时需要支撑柱的支撑以保证旋转台的稳定性和承重能力，在本章设计中就需要支撑轴来完成对旋转台的支撑，首先是对支撑轴的设计，假设发动机外壳放在正中央，这时支撑轴将承受最大的重力，以此计算支撑轴将满足发动机放于旋转台任何一位置的情况，因为支撑轴采用轴肩承重所以受力界面为环形截面，在设计中规定。4.2.1支撑轴的选材在诸多轴用材料中对于支撑轴用材料因为只是起支撑作用，对于精度和韧性没有太高要求在《机械设计手册第2卷》表6-1-1推荐可以选择材料为20钢，回火处理；屈服极限为。4.2.2支撑轴尺寸设计支撑轴的材料选取为20钢，为塑性材料，选取屈服极限作为极限应力。对于一屈服极限作为极限应力的安全系数可选择为；所以许用应力由公式（4-16）可以得出：（4-18）（1）支撑柱的受力截面设计在支撑柱承受的发动机外壳的重量由于型号的不同重量也不同，在加上旋转台面的重量，本章中定义支撑轴承受最大重量为1t；所以：（4-19）为保证安全性可取（4-20）依据公式（4-18）可以计算出；圆整取；所以。由于在本章对于支撑柱套尺寸设计时需要对支撑柱用深沟球固定，深沟球的标准件没有的型号，所以。在后面支承轮设计中由支承轮的高度和旋转台安装齿轮的宽度可以得出支撑柱两轴肩跨距为。由推力轴承的宽度可以得出小径轴身长可取。所以支撑轴草图可如图4-1所示：图4-1支撑轴草图4.3支承轮设计旋转装置的设计中只有支撑柱的支撑不能够保证旋转运动的稳定性，因此要设计支承轮进行辅助支撑。在支承轮的设计中假设发动机全部重量集中在支撑轮上，这样可以满足发动机在旋转台上的任何一位置支承轮都可以满足支撑。4.3.1心轴设计（1）材料的选择心轴只是起到固定支承轮的作用，只要强度达到要求即可，根据《机械设计手册第2卷》表6-1-1推荐，选择20钢即可满足强度要求。（2）心轴尺寸计算在对心轴受力分析时可以将心轴受力简化为简支梁受集中力作用来看。具体简图和受力如图4-2所示[5]：图4-2心轴简图和受力相对位置由设计方案可知：。支座反力（4-21）剪力方程和弯矩方程：以梁的左端为坐标原点，在AC段之内取距原点为的任意截面，由公式（4-19）可求出剪力和弯矩方程分别为：（4-22）（4-23）在CB段内取距原点为的任意截面，可求出剪力和弯矩方程分别为：（4-24）（4-25）由剪力和弯矩方程（4-22）、（4-23）、（4-24）、（4-25）可以画出剪力和弯矩图，如图4-3所示[5]：图4-3和弯矩图由上图和公式可以得到在C点具有最大弯矩（4-26）（4-27）因为心轴为固定轴且载荷平稳所以；由《机械设计手册第2卷》表6-2-21查得，所以由公式（4-27）得：所以心轴直径可选为。因为支承轮为辅助支撑所以对于心轴形式的选择不必太精确，采用光轴即可满足要求，在固定支承轮时需要用螺母固定结合支承轮的宽度和轴套的长度轴身长可取为且轴两端要各有25mm与螺母配套的螺纹。4.3.2支承轮的尺寸由以上对于支撑轮心轴的尺寸的设计可以选定轴承的尺寸再根据轴承的的大小和承受重量可以查的支承轮的尺寸为直径100mm，宽40mm，安装心轴孔径为20mm，材料为聚氨酯加钢圈固定安装轴承。4.4旋转台其他标准件的选择4.4.1支撑轴用推力轴承和深沟球轴承选择根据支撑轴的小径可以选择推力轴承型号和尺寸如表4-2,4-3所示表4-2推力轴承基本尺寸轴承代号尺寸d（mm）D（mm）T（mm）51205254715表4-3深沟球轴承基本尺寸轴承代号尺寸d（mm）D（mm）B（mm）6190630479设定轴承寿命；根据轴承选择和校核可以校核得出深沟球轴承；推力轴承，均可用于旋转装置。4.4.2支撑轮用轴承选用根据心轴直径选取轴承型号如表4-4所示：表4-4深沟球轴承基本尺寸轴承代号尺寸d（mm）D（mm）B（mm）6180417327设定轴承寿命；根据轴承选择和校核的方法可以校核得出深沟球轴承；可以用于支承轮装置。4.5旋转电机的选择在旋转装置的设计中，是由电机带动小齿轮与大齿轮内啮合实现的，根据设计要求的功率和转速比可以选择减速电机YDS908B5Z。此电机可实现低转速大转矩传动。4.6本章小结在本章对于旋转装置的设计中主要分三大部分设计，首先是对旋转用齿轮啮合的设计，其次是对支撑轴的设计计算，最后对旋转台的辅助支撑旋转轮的设计，在这三大部分的设计中只是对主要的传动部件和支撑部件进行设计说明，其他标准件的设计都按照设计手册选取和校核计算。

5喷淋清洗仓的设计为了清洗环境的干净整洁，设计方案中需要在发动机进行喷淋清洗环节时在一个四周封闭的环境中清洗，因此在本章设计中需要对清洗仓进行设计。5.1清洗仓大小的设计在清洗仓大小的设计中可以依据发动机的尺寸、升降旋转装置的尺寸进行设计，清洗仓的大小可以设计为1200x1200x1200（mm）；由于方案要求可以看到发动机的清洗过程，所以在对于清洗仓壁的选择上可以选择有机玻璃作为清洗仓壁，对清洗仓壁的支撑上可以选择等边角钢，尺寸可选为70x70x5。在连接方式上角钢与清洗仓壁的连接采用螺栓连接，角钢与工作台面采用焊接的形式进行连接。5.2自动门的设计因为发动机清洗生产线设计为全自动设计因此清洗仓门需要自动开关。自动门的材料也是采用有机玻璃，但固定有机玻璃的角钢则采用20x20x3的型号。在自动门的设计中一边为支撑轴在轴承中由推拉电磁阀推动四杆机构带动焊接在轴套上的角钢一起旋转，另一边用支承轮辅助支撑旋转。（1）支撑轴的设计分为两个部分，一为上支撑轴，只承受支撑和旋转作用；二为下支撑轴，在轴套的带动下旋转。图5-1和5-2分别为上支撑轴和下支撑轴的设计草图。图5-1上支撑轴草图图5-2下支撑轴草图（2）自动门驱动设计为推拉电磁阀推动四杆机构实现两扇门的自动开合，四杆机构的驱动设计如图5-3所示：图5-3自动门驱动示意图5.3喷头位置设计在喷淋清洗环节喷头的位置是至关重要的，在清洗过程中喷头的位置是固定的，改变喷头的位置是由人工手动进行更改，所以只要合理的设计喷头支架的位置即可，查阅资料表明喷淋清洗的理论最佳清洗是距离清洗对象40-60mm，所以在清洗仓中设计喷头支撑架的位置在40-60mm即可[24]。支撑架为L型钢材，厚度为10mm，宽70mm，长1000mm，用焊接的方式连接清洗仓壁。喷头的开关在本设计中是采用高压电磁阀的开合来达到其目的的。在喷头的设计环节虽然喷头的位置是固定的，但喷头在工作时还要可以进行小角度的上下摇摆动作才能清洗较大范围的工作面。所以有必要对喷头的摇摆动作进行设计。由于喷头在工作时摇摆角度不易过大，所以在设计中暂定为。如图5-4所示：图5-4喷头运动示意图图中驱动件是由小功率低转速的同步电机带动，其工作原理为同步电机带动曲柄做圆周运动，由于连杆与曲柄和摇杆的连接可以使摇杆做上下运动。具体设计尺寸见装配总图。5.4清洗仓防水设计在清洗仓防水设计中，采用多层次防水设计，首先是旋转台面与工作台面之间的防水，在第一层防水设计中采用密封条密封，使密封条与工作台面紧密贴合达到防水的目的。第二层防水是在工作台面上焊接挡水条，由于第一层的防水的作用在第二层只有少量的水，可随着挡水条滴落在升降台面的引流槽中流出。具体设计结构可见总装配图。5.5本章小结本章主要是针对清洗仓的设计，首先是对清洗仓大小的设计，其次是自动门的设计，再次，对清洗仓防水设计，最后对喷头进行设计，在设计过程中都依照之前计算的数据进行大小和传动设计。

6经济技术分析报告通过前面几章的分析与计算，已经完成了对发动机清洗系统主要部件的设计。本章主要对系统制造的经济成本进行简要分析。在清洗系统中需要的电机有超声清洗中的多功能电动提升机，滚筒运输机中的减速电机，以及喷淋旋转台中的减速电机。几种电机均通过外购。通过市场调查，额定起重量在500-800kg的多功能电动提升机售价在1000元左右。减速电机在500元左右。在安装架制作方面，超声波清洗部分的钢材质量约为400-500kg，喷淋旋转平台与支架的质量大约在500kg，目前普通钢材的市场价格根据类型不同，基本都在2500-3000元/吨。预计单个系统生产加工所使用的钢材为1.5吨左右。加上余量初步定为2吨。费用在5000-6000元。滚筒运输机中的滚筒经过设计之后需要定制，每只双排链轮滚筒价格在100多元。每台长度为1米的滚筒运输机价格预计为2000-3000元。单个系统需要4台长度1米的滚筒运输机来连接。超声波振子经过调查市场几个在每个30-50元之间。经过简单分析本系统在结构方面制造费用在5万元左右，具体价格需根据实际加工情况做进一步分析确定。

7结论本文针对汽车发动机自动清洗生产线的结构设计，主要有超声波清洗槽及其升降装置，滚筒运输机，喷淋清洗仓。文章中主要是针对各装置主要部件的设计计算。设计的主要设计如