多功能小型掃雪除冰車(chē)除冰及其他部分的設(shè)計(jì)含開(kāi)題及12張CAD圖,多功能,小型,掃雪,除了,冰車(chē),除冰,及其,部分,部份,設(shè)計(jì),開(kāi)題,12,十二,cad 多功能小型掃雪除冰車(chē)除冰及其他部分的設(shè)計(jì) 摘 要 縱觀除雪破冰機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀，現(xiàn)有的設(shè)備絕大部分功能單一、外形大、價(jià)格高。 所以研制具有：小巧輕便，操作簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，適合于小型公路和街道的使用且同 時(shí)又掃雪除冰功能的設(shè)備具有廣闊的發(fā)展前景。 為此本課題設(shè)計(jì)了一種小型多功能掃雪除冰車(chē)，該車(chē)同時(shí)具有前螺旋掃雪機(jī)構(gòu)， 中間破冰滾筒除冰，后掃冰機(jī)構(gòu)收集碎冰的多重功能。本文主要是對(duì)多功能小型掃雪 除冰車(chē)的除冰機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。論文首先對(duì)各機(jī)構(gòu)的作用、基本 構(gòu)成、要求和總體性能進(jìn)行了分析，破冰機(jī)構(gòu)采用滾輪式振動(dòng)破冰筒，其激振力是由 帶輪帶動(dòng)偏心塊轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的。升降機(jī)構(gòu)由螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)跟若干桿件構(gòu)成，利用螺旋 絲杠和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的共同作用實(shí)現(xiàn)除冰滾筒自鎖和升降的功能，達(dá)到控制除冰滾筒 的升降和根據(jù)冰層的厚度、硬度給以施加破冰力的作用，從而實(shí)現(xiàn)將冰一次性震碎。 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用齒輪齒條轉(zhuǎn)向器與轉(zhuǎn)向梯形的互相配合來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。同時(shí)又對(duì)各機(jī)構(gòu)的 空間位置進(jìn)行布置，然后對(duì)個(gè)細(xì)節(jié)都進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。具體內(nèi)容涉及帶輪傳動(dòng)，螺旋傳 動(dòng)，齒輪傳動(dòng)，以及桿件和主要零件的強(qiáng)度、剛度校核，同時(shí)利用 CAXA 軟件繪制裝配 圖和零件圖。 關(guān)鍵詞：破冰；升降；傳動(dòng)；轉(zhuǎn)向 Abstract In the study of the development status of the snow-removing / ice-breaking machinery, the vast majority of existing equipments just have the single function, the shape of large, the high price.Developed: small, lightweight, simple operation, low cost, suitable for the use of small roads and streets, and has snow-removing /de-icing features to the equipment has broad prospects for development. To this end, this subject designed a new deicing/snow sweeper vehicles with multi- function. It has several functions such as the front spiral snow sweeping, the middle ice- breaking and the rear ice sweeping and collecting. The design is a design of three parts of a small deicing/snow sweeper with multi-function. They are the deicing bodies, the lifting mechanism and the steering systems. The paper firstly analyzes the functions of agencies, the basic composition, the requirements and the overall performance. Ice-breaking bodies adopt the breaking-ice tube of wheel vibration. The exciting force is produced by the rotation of Pulley driving eccentric block. The lifting mechanism is composed by the spiral drive mechanism and some pole pieces. The combined effect of the spiral screw and the slider- crank mechanism achieve the function of the breaking-ice tube of wheel self-locking and lifting. It controls the rise and fall of the breaking-ice tube of wheel. According to the ice thickness, hardness, the role of ice-breaking force will be given. In order to achieve the ice one-time shattered. The steering system adopt a rack and pinion steering gear and the steering trapezoid. At the same time ，it arranged the spatial location of every bodies. It then detailedly design every detail. The specific content involves the pulley driving, the screw drive, the gear driving, as well as the main parts strength and stiffness checking. At the same time, it use CAXA software to draw assembly drawing and parts diagrams. Key words：deicing; lifting; driving; steering 目 錄 0 引言 .......................................................1 0.1 總體概述 .........................................................................................................................1 0.2 掃雪除冰車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀與存在問(wèn)題 .................................................................................2 0.3 本課題所研究的方向 .....................................................................................................2 1 破冰筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) ....................................5 1.1 偏心塊的設(shè)計(jì) .................................................................................................................6 1.2 軸承的選擇 ....................................................................................................................6 1.3 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) .................................................................................................................8 1.4 鍵的選擇與校核 ...........................................................................................................10 1.5 軸的強(qiáng)度與剛度校核 ...................................................................................................11 2 升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .....................................14 2.1 螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì) ...........................................................................................................15 2.2 拉桿強(qiáng)度校核 ...............................................................................................................17 2.3 軌道的設(shè)計(jì) ...................................................................................................................18 3 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 的設(shè)計(jì) .....................................20 3.1 齒輪齒條設(shè)計(jì) ...............................................................................................................21 3.2 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的總體結(jié)構(gòu) .......................................................................................29 3.3 梯形臂的設(shè)計(jì) ...............................................................................................................30 結(jié)論 ..................................................30 謝辭 ..................................................31 參考文獻(xiàn) ..............................................32 - 1 - 引言 0.1 總體概述 在我國(guó)東北、西北的大部分地區(qū)，冬季持續(xù)低溫，積雪數(shù)月不化和路面濕滑成為 堵塞交通甚至引發(fā)惡性事故的重要因素。因此，在寒冷地區(qū)如何快速清除公路、城市 道路冰雪已成為保證公路安全和暢通的重要任務(wù)。目前，世界各國(guó)采用的除雪(冰)方 法，應(yīng)用最普遍的有兩種，即融解法和機(jī)械法。融解法是依靠熱作用或撒布化學(xué)藥劑 使冰雪融化， 其優(yōu)點(diǎn)是除凈率高，但這種方法成本高，且容易造成環(huán)境污染。雖然環(huán) 保型融雪劑已經(jīng)問(wèn)世，對(duì)環(huán)境和植被的影響減少了，但并未徹底根除，因此使用范圍 受到一定的限制。機(jī)械法是通過(guò)機(jī)械直接作用解除冰雪的危害，雖然除凈率較低，但 是對(duì)環(huán)境及植被無(wú)污染，能實(shí)現(xiàn)冰雪的異地轉(zhuǎn)移，應(yīng)用范圍比較廣。因此，一般認(rèn)為 清除冰雪必須以機(jī)械法為主，以融解法為輔，才能達(dá)到快速和環(huán)保的效果。 0.2 掃雪除冰車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀與存在問(wèn)題 我國(guó)通過(guò)近幾年的設(shè)備和技術(shù)引進(jìn)，在除雪機(jī)械方面取得了迅速發(fā)展。而除冰機(jī) 械的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)比除雪機(jī)械的時(shí)間還要短。除冰機(jī)械按其工作原理可分為以下幾種類(lèi) 型。 振動(dòng)式 主機(jī)液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)馬達(dá)， 帶動(dòng)偏心塊的旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，使得振動(dòng) 輪沿圓周徑向運(yùn)動(dòng)。對(duì)路面冰層來(lái)說(shuō)，既有上、下方向的振動(dòng)作用力，又有水平方向 的揉搓作用力，使得振動(dòng)輪表面的凸塊切入并擠壓冰層， 致使冰層斷裂破碎與地面剝 離，達(dá)到除冰的目的。如徐州裝載機(jī)廠的專利產(chǎn)品公路養(yǎng)護(hù)用滾輪式振動(dòng)除冰設(shè)備， 該設(shè)備置于裝載機(jī)前端，當(dāng)動(dòng)臂置于浮動(dòng)位置時(shí)，裝置可隨路面高低而變化。根據(jù)冰 層的厚度不同，可以選擇大小不同的激振力，拓寬了設(shè)備的使用范圍。振動(dòng)輪后安裝 一刮鏟，形狀類(lèi)似除雪犁，使碎冰脫離路面后沿刮鏟流向兩側(cè)。 靜碾壓裂式 工作裝置懸掛于裝載機(jī)前端，通過(guò)滾壓輪上的組合刀片，依靠滾壓輪自身的重量 和來(lái)自裝載機(jī)動(dòng)臂和搖臂的協(xié)調(diào)壓力， 在主機(jī)的推動(dòng)下將冰層壓碎。主要產(chǎn)品有：哈 爾濱清朗除雪保潔設(shè)備廠生產(chǎn)的“雪狼一號(hào)”、吉林工業(yè)大學(xué)等單位聯(lián)合開(kāi)發(fā)的CB型 碾壓式除冰雪裝置。 柔性鏈條擊打式 采用特制鏈條，前端安裝吊環(huán)，在主機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，鏈條作高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)路面進(jìn)行 柔性抽打，從而獲得破冰效果。 - 2 - 鏟剁式 由多刃刀組成的工作鏟在曲軸的帶動(dòng)下上下運(yùn)動(dòng)，對(duì)路面冰層進(jìn)行剁擊，該機(jī)構(gòu) 采用柔型連接，實(shí)現(xiàn)了對(duì)路面高低不平的自動(dòng)補(bǔ)償。附帶的斜鏟機(jī)構(gòu)具有收集冰雪的 功能。 我國(guó)的除雪(冰)機(jī)械雖然有了很大的發(fā)展，但其總體水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，產(chǎn)品 品種及性能還有很大的差距，適應(yīng)不了我國(guó)公路高速發(fā)展的需求，主要體現(xiàn)在以下幾 個(gè)方面： 技術(shù)水平低。除雪(冰)機(jī)械在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝、零部件供應(yīng)和使用管理等 方面都存在技術(shù)水平低的問(wèn)題，致使除雪(冰)機(jī)械可靠性差、故障多、壽命短。 功能單一。清冰除雪具有典型的季節(jié)性，如果功能單一，只是用作除雪(冰)專 用，那么機(jī)器一年中大部分時(shí)間將處于閑置狀態(tài)，大大增加了除雪作業(yè)的成本，加重 公路養(yǎng)護(hù)部門(mén)的負(fù)擔(dān)。 品種類(lèi)型不全。與國(guó)外相比，現(xiàn)在有不少種類(lèi)除雪(冰)機(jī)械在我國(guó)還是一片空 白，現(xiàn)有的除雪(冰)機(jī)械，無(wú)法滿足高速公路和機(jī)場(chǎng)的作業(yè)要求。 0.3 本課題所研究的方向 現(xiàn)縱觀除雪破冰機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀，現(xiàn)有設(shè)備絕大部分功能單一、外形大、價(jià)格高。 所以研制具有：小巧輕便，操作簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，適合于小型公路和街道的使用且同 時(shí)具有掃雪除冰功能的設(shè)備具有廣闊的發(fā)展前景。 設(shè)計(jì)總體方案： 在保證安全性、經(jīng)濟(jì)性的前提下，掃雪和除冰功能可同時(shí)實(shí)現(xiàn)或交替使用。即 有雪無(wú)冰時(shí)，只執(zhí)行掃雪的功能，而有冰無(wú)雪時(shí)，便執(zhí)行除冰和掃冰的功能。當(dāng)環(huán)境 中出現(xiàn)冰雪混合的情況則掃雪和除冰功能同時(shí)啟動(dòng)。 破冰采用除冰滾筒來(lái)實(shí)現(xiàn)，破冰力的大小可以根據(jù)冰層的厚度給以調(diào)節(jié)。 整車(chē)的速度可根據(jù)冰雪的厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，即在冰雪比較厚的時(shí)候能使車(chē)的速 度放慢以便將冰雪一次性除盡，而在冰雪比較薄的時(shí)候能使小車(chē)速度加快以提高掃雪 除冰的效率 根據(jù)總體方案的設(shè)計(jì)要求，得到系統(tǒng)的主要組成部分：轉(zhuǎn)向、掃雪、掃冰、除冰 和升降機(jī)構(gòu)、后輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等,如圖0-1所示： - 3 - 圖 0-1 掃雪除冰車(chē)總體圖 1-前輪轉(zhuǎn)向系 2-破冰筒 3-升降桿系 4-螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 5-方向盤(pán) 本次設(shè)計(jì)主要涉及破冰機(jī)構(gòu)，升降機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。其主要技術(shù)參數(shù)如下： 1、除冰厚度： 50 mm 2、掃冰厚度： 100 mm 3、掃冰長(zhǎng)度： 600 mm 現(xiàn)對(duì)各機(jī)構(gòu)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)分析： 除冰裝置 為了保證冰層路面不被損壞且掃雪除冰車(chē)在行駛過(guò)程中能把冰層一次性破除，通 過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)出破冰滾筒的結(jié)構(gòu)。滾筒隨小車(chē)一起前行時(shí)，通過(guò)在滾筒內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)軸上 對(duì)稱安裝一對(duì)偏心輪使其產(chǎn)生平穩(wěn)的振動(dòng)，再將振動(dòng)力通過(guò)連在滾筒兩側(cè)的端蓋傳至 滾筒外圍一圈圈且交錯(cuò)排列的三角形尖角上，從而達(dá)到快速破冰的效果，如圖0-2所示。 - 4 - 圖0-2 破冰筒 升降機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)采用了類(lèi)似于飛機(jī)起落架的工作原理，同破冰裝置結(jié)合使用。利用螺旋絲 杠和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的共同作用實(shí)現(xiàn)除冰滾筒自鎖和升降的功能，達(dá)到控制除冰滾筒的 升降和根據(jù)冰層的厚度、硬度給以施加破冰力的作用，從而實(shí)現(xiàn)將冰一次性震碎。 此外，該機(jī)構(gòu)還可以實(shí)現(xiàn)在有雪無(wú)冰時(shí)將滾筒抬離地面，有效的避免了滾筒沿地 面滾動(dòng)時(shí)壓壞路面，且能減少掃雪除冰車(chē)行駛過(guò)程中能量的消耗，如圖0-3所示。 圖 0-3 升降機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)選用了齒輪齒條轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向時(shí)內(nèi)外車(chē)輪間的轉(zhuǎn)角協(xié)調(diào)關(guān)系是通過(guò)合理設(shè) 計(jì)轉(zhuǎn)向梯形來(lái)保證的。轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)角間的協(xié)調(diào)關(guān)系是通過(guò)合理選擇小齒輪與齒 條的參數(shù)、合理布置小齒輪與齒條的相對(duì)位置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如圖 0-4 所示。 - 5 - 圖 0-4 前輪轉(zhuǎn)向系 1 破冰筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 破冰筒的原理是振動(dòng)，類(lèi)似于振動(dòng)輸類(lèi)振動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)中的單軸慣性激振，通過(guò)比 較研究發(fā)現(xiàn)兩偏心塊的擺放位置有所不同，本次設(shè)計(jì)只要求偏心塊能提供較大的上下 激振力，而物料輸送機(jī)則是整個(gè)空間都需要振動(dòng)，本次設(shè)計(jì)的偏心塊的偏心質(zhì)量要在 平行于軸的一條直線上，通過(guò)觀察單軸慣性激振器的結(jié)構(gòu)可以確定的是，偏心輪是對(duì) 稱安裝在偏心軸的兩端的。 由于單靠振動(dòng)的力并不能保證冰層一定被破壞，為了增強(qiáng)破冰效果，在滾筒的面 上設(shè)計(jì)尖角，使得接觸面為點(diǎn)面接觸，大大增加了接觸點(diǎn)的壓強(qiáng)。從而使得破冰更加 徹底。 還需要提出的是，滾筒外圈是跟隨車(chē)輪一起運(yùn)動(dòng)的，其速度是由車(chē)的速度決定的。 如果偏心塊的轉(zhuǎn)動(dòng)速度也是如此，就使得激振力非常小，或者使得偏心塊變得很大， 這些都不符合破冰要求。所以偏心塊的轉(zhuǎn)速是單獨(dú)提供的。使得破冰筒外圈，內(nèi)軸各 自轉(zhuǎn)動(dòng)。 設(shè)計(jì)思路：機(jī)構(gòu)的動(dòng)作是由偏心振動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，所以首先可對(duì)偏心塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，并 初步確定軸的直徑，然后選擇軸承，再進(jìn)行動(dòng)力傳遞方式進(jìn)行選擇，機(jī)械傳動(dòng)形式主 要有螺旋傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)，由于屬于較遠(yuǎn)距離動(dòng)力傳遞，并且振動(dòng) 較大，所以選用帶輪傳動(dòng)，并對(duì)帶傳動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。再綜合對(duì)剩余部分進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)。 由此初步確定了工作機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 圖 1-1 破冰筒的整體結(jié)構(gòu) 1-偏心塊 2-端蓋 3-帶輪 4-過(guò)渡帶輪 5-拉桿 6-固定軸 7-滾筒 - 6 - 該機(jī)構(gòu)總體如圖 1-1 所示，工作原理是轉(zhuǎn)速由過(guò)渡帶輪 4 傳送給帶輪 3，然后帶動(dòng) 偏心塊 1 轉(zhuǎn)動(dòng)，其所產(chǎn)生的徑向離心力通過(guò)連接連接軸傳遞給端蓋 2，再由端蓋 2 傳遞 給滾筒 7，滾筒 7 的各尖角對(duì)冰層進(jìn)行擠壓，對(duì)路面冰層來(lái)說(shuō)，既有上、下方向的振動(dòng) 作用力，又有水平方向的揉搓作用力，使得振動(dòng)輪表面的尖角切入、擠壓冰層后吧冰 層斷裂破壞，使之與地面剝離，從而達(dá)到除冰的目的。根據(jù)冰層的厚度不同，可選擇 高低不同的位置，拓寬了設(shè)備的使用范圍。 1.1 偏心塊的設(shè)計(jì) 由于該機(jī)構(gòu)的振動(dòng)類(lèi)似于振動(dòng)壓路機(jī)的鋼輪，通過(guò)查閱大量的資料，對(duì)比大型、 小型壓路機(jī)的技術(shù)參數(shù)，同時(shí)查閱現(xiàn)有的滾輪式振動(dòng)破冰裝置的各參數(shù)，決定選用激 振頻率 f=33HZ ，激振力 F=4KN。又因?yàn)槠膲K可以選用現(xiàn)有振動(dòng)壓路機(jī)的偏心塊 材料，選擇使用偏心塊的材料為 QT40-17， 密度 ，又根據(jù)總長(zhǎng)尺寸的3/720mkg 限制，定偏心塊的厚度為 。m68 圖 1-2 偏心塊 計(jì)算： 面積 221rRA 偏心距 320r 偏心塊的質(zhì)量 Amr 轉(zhuǎn)速 n=2000r/min 即 30n 激振力 321 2024RrF 將已知條件代入公式得 098.321R 令 r=16.5mm, =33mm,計(jì)算得 =56mm。2 面積 A=5604.115m - 7 - 偏心距 =16.6mm0r 偏心塊的質(zhì)量 2.74Kg。rm 1.2 軸承的選擇 根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同，可把軸承分為滑動(dòng)摩擦軸承和滾動(dòng)軸承兩大類(lèi)。滾 動(dòng)軸承由于摩擦系數(shù)小，起動(dòng)阻力小，而且它已標(biāo)準(zhǔn)化，選用、潤(rùn)滑、維護(hù)都很方便， 因此在一般機(jī)器中應(yīng)用較廣。但由于滑動(dòng)軸承本身具有一些獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，使得它在某些 不能、不便或使用滾動(dòng)軸承沒(méi)有優(yōu)勢(shì)的場(chǎng)合，如在工作轉(zhuǎn)速特高、特大沖擊與振動(dòng)、 徑向空間尺寸受到限制或必須剖分安裝、以及需在水或腐蝕性介質(zhì)中工作等場(chǎng)合，仍 占有重要地位。通過(guò)上述可得支承偏心軸的選用滾動(dòng)軸承，而使?jié)L筒外圈自由轉(zhuǎn)動(dòng)的 選用滑動(dòng)軸承，因?yàn)槭艿狡淇臻g的限制，若使用滾動(dòng)軸承，滾筒端部尺寸將大于中間 執(zhí)行工作面的尺寸，完全不符合要求。 現(xiàn)對(duì)偏心軸的支承軸承進(jìn)行選擇，上述已確定使用滾動(dòng)軸承。 如果僅按軸承用于承受的外載荷不同來(lái)分類(lèi)時(shí)，滾動(dòng)軸承可以概括地分為向心軸 承、推力軸承和向心推力軸承三大類(lèi)，主要承受徑向載荷的軸承叫做向心軸承，其中 有幾種類(lèi)型可同時(shí)承受不大的軸向載荷；只能承受軸向載荷的軸承叫做推力軸承，推 力軸承與軸頸配合在一起的元件叫軸圈，與機(jī)座孔配合的元件叫座圈；能同時(shí)承受徑 向載荷和軸向載荷的軸承叫做向心推力軸承。而此次設(shè)計(jì)的軸承主要承受徑向的激振 力，承受很小的軸向力，所以屬于向心軸承。 其中深溝球軸承主要承受徑向載荷，也可同時(shí)承受小的軸向載荷。當(dāng)量摩擦角系 數(shù)最小。在高轉(zhuǎn)速時(shí)，可用來(lái)承受純軸向載荷。其大量生產(chǎn)，價(jià)格最低?？紤]以上諸 多因素都特別符合要求，所以決定選用深溝球軸承。由于軸承都是成對(duì)支承，所以軸 承徑向載荷 =2KN, 軸承轉(zhuǎn)速n=2000r/min,又由于該機(jī)構(gòu)類(lèi)型屬于短期或間斷使用的rF 機(jī)械，中斷使用不致引起嚴(yán)重后果，所以預(yù)期計(jì)算壽命 =5000h,直徑可在2533mm范hL 圍內(nèi)選擇 ，機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有強(qiáng)大沖擊。 （1）計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷 rPFf 式中：P軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷，KN 載荷系數(shù)，按照表 13-6，由于受到強(qiáng)大沖擊，所以 =1.83.0，取f Pf =3.0，Pf 徑向載荷，KN， =2KNrFrF - 8 - 則有 P=6KN （2）計(jì)算基本額定動(dòng)載荷 610hnLPC 式中：C基本額定動(dòng)載荷 KN P軸承的載荷，KN, 此時(shí) P=6KN 指數(shù)。對(duì)于球軸承 ，3 預(yù)期計(jì)算壽命，h， =5000hLhL n 軸承的轉(zhuǎn)速，r/min，n=2000r/min 解得 C=50.61KN. （3）按照設(shè)計(jì)手冊(cè)其范圍內(nèi)沒(méi)有適合的軸承，所以改選為四個(gè)軸承支承，則由于 C=25.305KN。查表選取 的 6306 軸承21kNCr27 1.3 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 帶傳動(dòng)是一種撓性傳動(dòng)。帶傳動(dòng)的基本組成零件為帶輪（主動(dòng)帶輪和從動(dòng)帶輪） 和傳動(dòng)帶。當(dāng)主動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，利用帶輪和傳動(dòng)帶間的摩擦或嚙合作用，將運(yùn)動(dòng)和動(dòng) 力通過(guò)傳動(dòng)帶傳遞給從動(dòng)帶輪。帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉和緩沖吸 振等特點(diǎn)，在近代機(jī)械中應(yīng)用廣泛。 按照工作原理的不同，帶傳動(dòng)可分為摩擦型帶傳動(dòng)和嚙合型帶傳動(dòng)。本設(shè)計(jì)中， 由于傳動(dòng)的速度屬于中等，不必用嚙合型帶傳動(dòng)，所以選用的是摩擦型帶傳動(dòng)。在摩 擦型帶傳動(dòng)中，根據(jù)傳動(dòng)帶的橫截面形狀的不同，又可以分為皮帶傳動(dòng)個(gè)，圓帶傳動(dòng)、 V帶傳動(dòng)和多楔帶傳動(dòng)。 其中V帶的橫截面呈等腰梯形，帶輪上也做出相應(yīng)的輪槽。傳動(dòng)時(shí)，V帶的兩個(gè)側(cè) 面和輪槽接觸。槽面摩擦可以提供更大的摩擦力。另外，V帶傳動(dòng)允許的傳動(dòng)比大，結(jié) 構(gòu)緊湊，大多數(shù)V帶已標(biāo)準(zhǔn)化。V帶傳動(dòng)的上述特點(diǎn)使它獲得了廣泛的應(yīng)用?；谏鲜?特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)，本次選用V帶傳動(dòng)。 由于減速器輸出的轉(zhuǎn)速已經(jīng)是 2000r/min。所以有主動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)速 =2000r/min,從1n 動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)速 =2000r/min，傳動(dòng)比 i=1。2n （1）確定計(jì)算功率 caP V 帶傳遞的功率為 =0.294KW。fgF4 - 9 - 式中： 最終所需的功率，KWP g 重力加速度，g=9.8N/Kg F激振力，KN,F=4KN f 振動(dòng)頻率，HZ,f=33HZ 由于 V 帶的傳動(dòng)效率 =85%-95% ,取 =85% 所以輸入功率 346.0P 又由表 8-7 查得工作情況系數(shù) =1.3，故AK = =0.45KWcaPAK （2）選擇 V 帶的帶型 根據(jù) 、 由圖 8-10 選用 Z 型。ca1n （3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 并驗(yàn)算帶速d 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 。由表 8-6 和表 8-8，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑1 =90mm。1d 驗(yàn)算帶速 。 帶的速度 =9.42m/s106nd 因?yàn)?5m/s< ,所以 該軸符合強(qiáng)度校核 式中： 軸端允許最小直徑，0 mm T軸所傳遞的扭矩，Nm mNnP4.1209.590 許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，MPa,查p 表 5-1-19 ，取Ma 。Pap30 （2）扭轉(zhuǎn)剛度校核 由于該軸為實(shí)心軸，所以 mTdP143.0.93.440 因?yàn)閷?shí)際軸直徑 d =24mm ,所0 式中： 軸端允許最小直徑，0d mm T軸所傳遞的扭矩，Nm, N4.1 - 13 - 以該軸符合剛度校核 許用扭轉(zhuǎn)角， ，查表Pm/ 5-1-20 取P/3.0 （3）疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核 疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核的目的是校核軸對(duì)疲勞破壞的抵抗能力，它是在經(jīng)過(guò)軸的 初步計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，根據(jù)其實(shí)際尺寸，承受彎矩，轉(zhuǎn)矩圖，考慮應(yīng)力集中，表面 狀態(tài)，尺寸影響等因素及軸材料的疲勞極限，計(jì)算軸的危險(xiǎn)截面處的安全系數(shù)值是否 滿足許用安全系數(shù)值。 PSS741292 由于查表 5-1-26 有 ，所以符合要求8.5P 公 式 92034.1.087 1maKS 124021.689.0751maKS 說(shuō) 只考慮彎矩作用時(shí)的安全系數(shù)S 只考慮扭矩作用時(shí)的安全系數(shù) 對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下的材料彎曲疲勞極限，MPa，查表 5-11 有1 =270 MPa 對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力下的材料扭轉(zhuǎn)疲勞極限，MPa，查表 5-11 有1 =155 MPa 、 彎曲和扭轉(zhuǎn)式的有效應(yīng)力集中系數(shù)，查表 5-1-30表K 5-1-32 有 =1.89， =1.71K 表面質(zhì)量系數(shù)，查表 5-1-36 有 =0.92 - 14 - 明 、 彎曲和扭轉(zhuǎn)式的尺寸影響系數(shù)，查表 5-1-34 有 =0.91， =0.89 、 材料拉伸和扭轉(zhuǎn)的平均應(yīng)力折算系數(shù)，查表 5-1-33 有 =0.34， =0.21 、 彎曲應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力，MPa，查表 5-1-25 有am MPa， =0，M 、T 是軸危險(xiǎn)截面上的彎矩和扭矩，3.109.4ZMm N.m。Z 、 是軸危險(xiǎn)截面的抗彎和抗扭截面系數(shù)， ，查表 5-1-P 3cm 28，Z=1.09， =2.45 、 扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力，MPa，查表 5-1-25 有am 0.6MPa, =045.21PZTm （4）靜強(qiáng)度安全系數(shù)校核 本方法的目的是校核軸對(duì)塑性變形的抵抗能力，即校核危險(xiǎn)截面的靜強(qiáng)度安全系 數(shù)。軸的靜強(qiáng)度是根據(jù)軸上作用力最大瞬時(shí)載荷來(lái)計(jì)算的。一般，對(duì)于沒(méi)有特殊要求 安全保護(hù)裝置的傳動(dòng)，最大瞬時(shí)載荷可按電機(jī)最大載荷能力確定。危險(xiǎn)截面應(yīng)是受力 較大。截面較小即靜應(yīng)力較大的若干截面。 所以符合要求SPSS7.212公 式 809.1436maxZMS 5.346.2198maxPSZT 說(shuō) 只考慮彎曲時(shí)的安全系數(shù)S 只考慮扭轉(zhuǎn)時(shí)的安全系數(shù) 、 軸危險(xiǎn)面的抗彎和抗扭截面模數(shù)，查表 5-1-27 到表 5-ZP 1-29， , Z=1.09， =2.45 3cmPZ - 15 - 明 靜強(qiáng)度的許用安全系數(shù)，查表 5-1-40，如軸的損壞會(huì)引起嚴(yán)SP 重事故，該值應(yīng)適當(dāng)加大， =1.8SP 材料的拉伸屈服點(diǎn)，查表 5-1-1 有 =360 MPaSS 材料的扭轉(zhuǎn)屈服點(diǎn)，一般取 ,取 SS62.05.MPaSS1985.0 、 軸危險(xiǎn)截面上的最大彎矩和最大扭矩，NmmaxaT 2 升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 升降機(jī)構(gòu)的螺桿部分類(lèi)似于千斤頂，只是該螺桿是橫放的，螺桿的固定類(lèi)似于 螺母絲杠，該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是螺桿螺母的設(shè)計(jì)，還有各桿件的定位，以及強(qiáng)度校 核。夠機(jī)構(gòu)如圖2-1所示。桿2一端固定在機(jī)架上，通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺桿使得螺母左右移動(dòng)， 從而帶動(dòng)桿3上下運(yùn)動(dòng)。 圖 2-1 升降機(jī)構(gòu) 1-固定座 2-拉桿 a 3-拉桿 b 4-拉桿 c 5-滑動(dòng)螺母 6-螺桿 2.1 螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 螺旋傳動(dòng)是利用螺桿和螺母組成的螺旋副來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的要求的。它主要用于將回 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。 螺旋傳動(dòng)按其用途的不同，可分為傳力螺旋，傳導(dǎo)螺旋和調(diào)整螺旋。本結(jié)構(gòu)屬于 傳力螺旋，它以傳遞動(dòng)力為主，要求以較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向推力，用以克服升 降機(jī)的起重阻力。主要承受很大的軸向力，屬于間歇性工作，每次的工作時(shí)間較短， - 16 - 工作速度也不高，需要自鎖能力。 螺旋傳動(dòng)按其螺旋副的摩擦性質(zhì)不同，分為滑動(dòng)螺旋，滾動(dòng)螺旋和靜壓螺旋。由 于滑動(dòng)螺旋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，成本低廉，且當(dāng)螺紋上升角小于摩擦角時(shí)能自鎖， 所以本結(jié)構(gòu)選用滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)。 滑動(dòng)螺旋采用的螺紋類(lèi)型有矩形、梯形和鋸齒形。其中以梯形螺紋應(yīng)用最廣，所 以本結(jié)構(gòu)選用梯形螺紋。螺桿常采用右旋螺紋。傳力螺旋和調(diào)整螺旋要求自鎖時(shí)，應(yīng) 采用單線螺紋。所以本結(jié)構(gòu)采用單線螺紋。 綜上所述選擇滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)，并采用梯形螺紋，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選螺桿的材料 為 45 號(hào)鋼，螺母的材料為鑄造鋁青銅（ZCuAl10Fe3）,選螺紋螺距 P=5mm,所需軸向力 =5000N。F 因?yàn)榛瑒?dòng)螺旋的效率 僅在 0.30.7 之間，自鎖時(shí)低于 0.5，常在 0.30.5 之間， 所以取 =0.3，則實(shí)際軸向力為 =16667N。F （1）耐磨性計(jì)算 因?yàn)閷?duì)于整體螺母， =1.22.5，取 =2，查表 5-12 得 =1118MPa,取p =11MPap =22.02mmpFd8.02 又要求螺距 P=5mm，取 =23.5mm,按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選取其公稱直徑為 d=26mm, 螺距為2d P=5mm。 表 2-1 梯形螺紋基本尺寸 螺母高度 H= =47mm,螺紋工作圈數(shù) =9.4, 由于螺紋工作圈數(shù)不超過(guò) 10 圈，2dPHu 所以取 u=10，則 H=50mm, 校核自鎖性 螺紋升角 9.3arctn2dS - 17 - 當(dāng)量摩擦角 3.5cosartnvf 所以滿足 ，符合自鎖條件。v 由于該螺紋的線數(shù) n=1,螺距 P=5mm,所以導(dǎo)程 =5mm；查表 5-12 得，摩察系nPS 數(shù) f=0.080.10,取 f=0.09；牙型角 ，牙側(cè)角 。30152 （2）螺桿的強(qiáng)度計(jì)算 螺桿所受的扭矩 mNFdTv179tan5.02 危險(xiǎn)截面的計(jì)算應(yīng)力 59.74MPa 2323.04dTca 查機(jī)械手冊(cè)得 ，查表 5-13 得許用應(yīng)力 ，取 =88.75 MPs3553s4s MPa。 滿足 ，符合強(qiáng)度校核。ca （3）螺母螺紋牙的強(qiáng)度計(jì)算 螺紋牙危險(xiǎn)截面的剪切強(qiáng)度 =6.16MPa ，符合要求。buDF4 螺紋牙危險(xiǎn)截面的彎曲強(qiáng)度 =17.07MPa ，符合要求。l246b 式中：b螺紋牙根部的厚度，mm,對(duì)于梯形螺紋，b=0.65P=3.25mm,P 為螺距。 l彎曲力臂，mm, =1.5mm;24l 螺母材料的許用切應(yīng)力， Mpa，見(jiàn)表 5-13 得 =3040MPa; 螺母材料的許用彎曲應(yīng)力， MPa,見(jiàn)表 5-13 得 =4060 MPa;b b （4）螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算 臨界載荷公式 =109996N2lEIFcr 式中：E螺桿材料的拉壓彈性模量，MPa, ;MPaE5106.2 I螺桿危險(xiǎn)截面的慣性矩， 4 438mdI - 18 - 螺桿的長(zhǎng)度系數(shù)，由于端部支承為一端固定一端自由，所以查表 5-14 得 =2. l工作長(zhǎng)度，l=200mm 螺桿穩(wěn)定性的計(jì)算安全系數(shù) ,符合要求scrsSFS6. 式中， 螺桿穩(wěn)定性的安全系數(shù)，對(duì)于傳力螺旋， =3.55.0。sS sS 2.2 拉桿強(qiáng)度校核 根據(jù)空間位置關(guān)系可以確定各桿件的具體位置和尺寸，從而設(shè)計(jì)出桿系。 圖 2-2 桿系側(cè)視圖 圖 2-3 桿系俯視圖 - 19 - 現(xiàn)選擇與滑動(dòng)螺母相連的拉桿 3 進(jìn)行校核，該桿件受到的最大拉力 F=5.1KN,選擇 材料為 45 鋼，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)有 45 鋼的抗拉強(qiáng)度 MPa540 圖 2-4 桿 3 的具體尺寸 面積 261096mbhAMPaF.531.6 所以此桿滿足強(qiáng)度要求。 2.3 軌道的設(shè)計(jì) （1）導(dǎo)軌的組成種類(lèi)及應(yīng)滿足的要求 導(dǎo)軌副主要由承導(dǎo)件和運(yùn)動(dòng)件兩大部分組成。運(yùn)動(dòng)方向?yàn)橹本€的被稱為直線運(yùn)動(dòng) 導(dǎo)軌副、為回轉(zhuǎn)的被稱為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副。常用的導(dǎo)軌副的種類(lèi)很多，按其接觸面的 摩擦性質(zhì)可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌副、滾動(dòng)導(dǎo)軌副、流體介質(zhì)摩擦導(dǎo)軌等。按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分 為開(kāi)式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。機(jī)電一體化系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)軌的基本要求是導(dǎo)向精度高、剛性高、 運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度變化影響小以及結(jié)構(gòu)工藝性好。對(duì)精度要求高的直線 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌還要求導(dǎo)軌的承載面與導(dǎo)向面嚴(yán)格分開(kāi)；當(dāng)運(yùn)動(dòng)件較重時(shí)，必須設(shè)有卸荷裝 置，運(yùn)動(dòng)件的支承必須符合三點(diǎn)定位原理3。 導(dǎo)向精度 導(dǎo)向精度是指動(dòng)導(dǎo)軌按給定方向作直線運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確程度。導(dǎo)向精度 的高低，主要取決于導(dǎo)軌的類(lèi)型；導(dǎo)軌的幾何精度和接觸精度；導(dǎo)軌的配合間隙；油 膜厚度和油膜剛度；導(dǎo)軌和基礎(chǔ)件的剛度和熱變形等。 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的幾何精度，一般有下列幾項(xiàng)規(guī)定： 導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度（即導(dǎo)軌縱向直線度） 導(dǎo)軌在水平平面內(nèi)的直線度（即導(dǎo)軌橫向直線度） 兩導(dǎo)軌面間的平行度，也稱扭曲 剛度 導(dǎo)軌的剛度就是抵抗載荷的能力。抵抗恒定載荷的能力成為靜剛度；抵 抗交變載荷的能力成為動(dòng)剛度。為了保證導(dǎo)軌副的剛度，導(dǎo)軌副應(yīng)有一定的接觸精度。 - 20 - 運(yùn)動(dòng)的靈活性于平穩(wěn)性 一般專用設(shè)備和計(jì)算機(jī)等的精度和運(yùn)動(dòng)速度都比較高， 因此，其導(dǎo)軌應(yīng)具有較好的靈活性和平穩(wěn)性，工作時(shí)應(yīng)輕便省力，速度均勻，低速運(yùn) 動(dòng)或微量位移時(shí)不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象；高速運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)無(wú)振動(dòng)。 影響導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)靈活性和平穩(wěn)性的主要因素是：導(dǎo)軌的配合間隙，配合表面幾何形 狀誤差，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)的差值，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度和精度，導(dǎo)軌的表 面粗糙度和潤(rùn)滑等。 耐磨性 導(dǎo)軌的耐磨性是指導(dǎo)軌長(zhǎng)期使用后，應(yīng)能保證一定的導(dǎo)向精度。導(dǎo)軌的 耐磨性主要取決于導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)、材料、摩擦性質(zhì)、表面粗糙度、表面潤(rùn)滑及受力情況 等。 對(duì)溫度變化的敏感性 導(dǎo)軌在環(huán)境溫度變化的情況下，應(yīng)能正常工作，既不“卡 死” ，亦不影響設(shè)備的運(yùn)動(dòng)精度。導(dǎo)軌對(duì)溫度變化的敏感性，主要取決于導(dǎo)軌材料和導(dǎo) 軌配合間隙的選擇。 結(jié)構(gòu)工藝性 導(dǎo)軌在保證設(shè)配正常工作的條件下，應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易， 裝拆、調(diào)整、維修及檢驗(yàn)方便，從而最大限度的降低成本。 （2）導(dǎo)軌材料的選擇與熱處理 導(dǎo)軌材料的選擇 導(dǎo)軌常用的材料有鑄鐵、鋼、有色金屬和塑料等。常使用鑄鐵鑄鐵、鑄鐵 鋼的導(dǎo)軌。 鑄鐵：鑄鐵具有耐磨性和減震性好、熱穩(wěn)定性高，易于鑄造和切削加工，成本低 等特點(diǎn)，因此在滑動(dòng)導(dǎo)軌中被廣泛應(yīng)用。常用的鑄鐵有： 灰鑄鐵，常用的是 HT200（一級(jí)鑄鐵） ，硬度以 180200HB 較為合適。適當(dāng)增加鑄 鐵中含碳量和含磷量，減少含硅量，可以提高導(dǎo)軌的耐磨性。 高磷鑄鐵：它是指含磷量為 0.3%0.65%的灰口鑄鐵，其硬度為 180220HB，耐磨 性比 HT200 約高一倍。 低合金鑄鐵：這類(lèi)鑄鐵具有較好的耐磨性，且鑄造性能優(yōu)于高磷系鑄鐵。 稀土鑄鐵：它具有強(qiáng)度高、韌性好的特點(diǎn)，耐磨性與高磷鑄鐵相似，但鑄造性能 和減震性較差，成本也較高鋼。為了提高導(dǎo)軌的耐磨性，可以采用淬硬的鋼導(dǎo)軌。淬 火的鋼導(dǎo)軌都是焊接或鑲裝上去的，淬硬的鋼導(dǎo)軌的耐磨性比不淬硬的鑄鐵導(dǎo)軌高 510 倍。常用的鋼有 45 鋼=40Cr，T8A、T10A、GCr15 等。 有色金屬。常用的有色金屬有黃銅 HPb591，鋁青銅 ZQA192，超硬鋁 LC4，鑄 鋁 Z16 等，其中以鋁青銅較好。 塑料。鑲裝塑料導(dǎo)軌具有較好的耐磨性，抗震性能好，工作適應(yīng)范圍廣，抗撕傷 能力強(qiáng)，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)低、差別小，可降低低速運(yùn)動(dòng)的臨界速度，加工性和化學(xué)穩(wěn) 定性好，工藝簡(jiǎn)單，成本低等特點(diǎn)。 通過(guò)以上的比較分析，本設(shè)計(jì)采用 HT200。 - 21 - 3 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 車(chē)輛在行駛過(guò)程中，需按駕駛員的意志經(jīng)常改變其行駛方向，即所謂汽車(chē)轉(zhuǎn)向。 就輪式汽車(chē)而言，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)轉(zhuǎn)向的方法是，駕駛員通過(guò)一套專設(shè)的機(jī)構(gòu)，是汽車(chē)轉(zhuǎn)向 橋上的車(chē)輪相對(duì)汽車(chē)縱軸線偏轉(zhuǎn)一定角度。在車(chē)輛直線行駛時(shí)，往往轉(zhuǎn)向輪也會(huì)受到 路面?zhèn)认蚋蓴_力的作用，自動(dòng)偏轉(zhuǎn)而改變行駛方向。此時(shí)，駕駛員也可以利用這套機(jī) 構(gòu)使轉(zhuǎn)向輪向相反的方向偏轉(zhuǎn)，從而使汽車(chē)恢復(fù)原來(lái)的行駛方向。這一套用來(lái)改變或 恢復(fù)汽車(chē)行駛方向的專設(shè)機(jī)構(gòu)，即稱汽車(chē)轉(zhuǎn)向系。因此，汽車(chē)轉(zhuǎn)向系的作用是保證汽 車(chē)能按駕駛員的意志而進(jìn)行轉(zhuǎn)向行駛。 汽車(chē)轉(zhuǎn)向系可按轉(zhuǎn)向能源的不同分為機(jī)械轉(zhuǎn)向系和動(dòng)力轉(zhuǎn)向系兩大類(lèi)。而本次設(shè) 計(jì)使用的是機(jī)械轉(zhuǎn)向系。 機(jī)械轉(zhuǎn)向系以駕駛員的體力作為轉(zhuǎn)向源，其中所有傳力件都是機(jī)械的。機(jī)械轉(zhuǎn)向 系由操作機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三大部分組成。 其中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)向軸間是用萬(wàn)向節(jié)連接的。汽車(chē)上任何一對(duì)軸線相交且對(duì)位 置經(jīng)常變化的轉(zhuǎn)軸之間的 動(dòng)力傳遞，均須通過(guò)萬(wàn)向傳動(dòng)裝置。 圖 3-1 前輪轉(zhuǎn)向系 1-車(chē)輪 2-轉(zhuǎn)向器 3-十字軸式萬(wàn)向節(jié) 4-球叉式萬(wàn)向節(jié) 5-傳動(dòng)軸 6-方向盤(pán) 轉(zhuǎn)向器有 EPS 與非 EPS 兩種狀態(tài)，兩種狀態(tài)都有相應(yīng)的轉(zhuǎn)向器與之匹配。要求兩 種狀態(tài)下轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)不變，轉(zhuǎn)向器使用相同的殼體，齒條行程相同（均為 60mm）,小 齒輪花鍵規(guī)格相同，齒條直徑以及齒條螺紋部分相同，唯一不同的是齒輪與齒條的參 - 22 - 數(shù)。 本次設(shè)計(jì)只考慮非 EPS 狀態(tài)轉(zhuǎn)向器的齒輪齒條參數(shù)。 圖 3-2 前輪整體圖 1-前輪 2-前輪軸 3-梯形臂 4-橫拉桿 5-齒條 6-轉(zhuǎn)向器 3.1 齒輪齒條設(shè)計(jì) （1）原地轉(zhuǎn)向阻力矩 精確計(jì)算這些力是困難的，為此采用足夠精確的半經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算汽車(chē)在瀝青或 者 混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩 ，即 ，式中，f 為輪胎和mNMR pGR 31 路面間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)，一般取 0.7； 為轉(zhuǎn)向軸負(fù)載荷（ N） ；p 為輪胎氣壓（MPa） 。1GgmGe 6.2938.5019%51 mNpfMR 4.2.0637.31 1. f=0.7 2. 按汽車(chē)設(shè)計(jì) ， 取滿1G 載質(zhì)量 m 的 55% 3. p=0.22MPa 4. 車(chē)輛備質(zhì)量 kge90 （2）轉(zhuǎn)向盤(pán)手力 - 23 - 圖 3-3 方向盤(pán) 轉(zhuǎn)向盤(pán)如圖 3-3 所示，作用在轉(zhuǎn)向盤(pán)上的手力為： 。式中 為轉(zhuǎn)向iDLMFSWRh211L 搖臂長(zhǎng)； 為轉(zhuǎn)向節(jié)壁長(zhǎng)； 為轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑； 為轉(zhuǎn)向器角轉(zhuǎn)動(dòng)比； 為轉(zhuǎn)向器正2LSWDwi 效率。由汽車(chē)設(shè)計(jì) ， 在 0.851.1 之間，可近似是 1。12LNiDLMFSWRh 21.0%9804.3521 mTSh .2. 1. 轉(zhuǎn)向盤(pán)直徑 在SWD 250550mm 之間，選 m280 2. 齒輪齒條最大正傳動(dòng)效率 =90% 3. 轉(zhuǎn)向器角傳動(dòng)比 在wi 1719 之間，選 =18i （3）齒輪齒條設(shè)計(jì) 齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的齒輪數(shù)采用斜齒輪。齒輪模數(shù)多在 23mm 之間，主動(dòng)小齒輪齒 數(shù)多在 57 個(gè)齒范圍變化，壓力角取 ，齒輪螺旋角的取值范圍多為 。齒條20 159 齒數(shù)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)向輪的最大偏轉(zhuǎn)角時(shí)，相應(yīng)的齒條移動(dòng)行程達(dá)到的值來(lái)確定。變速比的 齒輪壓力角，對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)在 范圍內(nèi)變化。此外，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算齒輪的抗彎強(qiáng)351 度和接觸強(qiáng)度。 齒條選用 45 鋼制造，而主動(dòng)小齒輪選用 20CrMo 材料制造，為減輕質(zhì)量殼體用鋁 合金壓鑄。 正確嚙合條件： ； ；m21 2121 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，齒輪齒條的主要參數(shù)見(jiàn)下表 表 3-1 齒輪齒條的主要參數(shù) 名稱 齒輪 齒條 齒數(shù) Z 6 22 模數(shù) Mn 2.5 2.5 壓力角 n2020 螺旋角 112 變位系數(shù) Xn 0 0 - 24 - 齒輪： 3.15cos/1zmdn 齒頂高 ah 齒輪 ： .2*1nx 齒條： 5.2am 齒根高 fh 齒輪： 125.3*1*21naf xc 齒條： f m 齒全高 齒輪： 625.11fah 齒條： 2f 齒頂圓 ad 齒輪： 3.011ah 齒根圓 f 齒輪 5.9211ffd 基圓直徑 h 由 41.20cos/tntg得 齒輪： 3*1tbd 表 3-2齒輪齒條的結(jié)構(gòu)尺寸 名稱 齒輪 齒條 分度圓直徑 1d15.3 齒頂高 ah2.5 2.5 齒根高 f 3.125 3.125 齒全高 5.625 5.625 齒頂圓 ad20.3 - 25 - 齒根圓 fd9.05 基圓直徑 b14.34 齒寬 40 20 （4）齒條的強(qiáng)度計(jì)算 圖 3-4 齒輪齒條的嚙合 1-齒輪，2-齒條 在本設(shè)計(jì)中，選取轉(zhuǎn)向器輸入端施加的扭矩 T=2Nm,齒輪傳動(dòng)一般均加以潤(rùn)滑，嚙 合齒輪間的摩擦力通常很小，計(jì)算齒輪手力時(shí)，可不予考慮。 齒輪齒條的受力狀況類(lèi)似于斜齒輪，齒條的受力分析如圖 3-5 所示。 圖 3-5 齒條的受力分析 作用于齒條齒面上的法向力 Fn，垂直于齒面，將 Fn 分解成沿齒條徑向的分力 （徑向力）Fr，沿齒輪周向的分力（切向力）Ft，沿齒輪軸向的分力（軸向力）Fx。 各力的大小為： - 26 - dTFt/21cos*ntrgtx1cs/ntnF 齒輪軸分度圓螺旋角 （由表一查得） 法面壓力角 （由表 1 查得）n 齒輪軸受到的切向力： NdTFt 4.261/ T作用在輸入軸上的扭矩，T 取 2Nm。 d 齒輪軸分度圓的直徑 齒條齒面的法向力： NFntn 20.759cos*/1 齒條牙齒受到的切向力： nnxt 8.309cos* 齒條桿部受到的力 NFxt 4.261 （5）齒條桿部受拉力的強(qiáng)度計(jì)算 齒條牙齒的單齒彎曲應(yīng)力： 210*/6sbhxtF 式中： 齒條齒面切向力t b 危險(xiǎn)截面處沿齒長(zhǎng)方向齒寬 齒條計(jì)算齒高1h S 危險(xiǎn)截面齒厚 從上面條件可以計(jì)算出齒條牙齒彎曲應(yīng)力： 22210 /36.51.*0/65.8309*6/*6 mNsbFxt 上式計(jì)算中只按嚙合的情況計(jì)算的，即所有外力都作用在一個(gè)齒上了，實(shí)際上齒 輪齒條的總重合系數(shù)是 2.63（理論計(jì)算值） ，在嚙合過(guò)程中至少有 2 個(gè)齒同時(shí)參加嚙合， 因此每個(gè)齒的彎曲應(yīng)力應(yīng)分別降低一倍。 - 27 - 201/18.62/mNF 齒條的材料選擇的是 45 號(hào)鋼，因此； 抗拉強(qiáng)度 （沒(méi)有考慮熱處理對(duì)強(qiáng)度的影響） 。2/9b 齒部彎曲安全系數(shù) 3.6/01FbS 因此，齒條設(shè)計(jì)滿足彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。又滿足了齒面接觸強(qiáng)度，符合本次 設(shè)計(jì)的具體要求。 (6)小齒輪的強(qiáng)度計(jì)算 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 計(jì)算斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的接觸應(yīng)力時(shí)，推導(dǎo)計(jì)算公式的出發(fā)點(diǎn)和直齒圓柱齒輪相 似，但要考慮其以下特點(diǎn)：嚙合的接觸線是傾斜的，有利于提高接觸強(qiáng)度；重合度大， 傳動(dòng)平穩(wěn)。 齒輪的計(jì)算載荷 為了便于分析計(jì)算，通常取沿齒面接觸線單位長(zhǎng)度上所受的載荷進(jìn)行計(jì)算。沿齒 面接觸線單位長(zhǎng)度的平均載荷 P（單位為 N/mm）為L(zhǎng)FPn Fn作用在齒面接觸線上的法向載荷 L沿齒面的接觸線長(zhǎng)，單位 mm 法向載荷 Fn 為公稱載荷，在實(shí)際傳動(dòng)中，由于齒輪的制造誤差，特別是基于節(jié)誤 差和齒形誤差的影響，會(huì)使法面載荷增大。此外，在同時(shí)嚙合的齒對(duì)間，載荷的分配 不是均勻的，即使在一對(duì)齒上，載荷也不可能沿接觸線均勻分布。因此在計(jì)算載荷的 強(qiáng)度是，應(yīng)按接觸線單位長(zhǎng)度上的最大載荷，即計(jì)算 Pca(單位 N/mm)進(jìn)行計(jì)算。即LFKPnca K載荷系數(shù) 載荷系數(shù) K 包括：使用系數(shù) ,動(dòng)載荷系數(shù) ，齒間載荷分配系數(shù) 及齒向載AKv K 荷分布數(shù) ，即VA 使用系數(shù) K 是考慮齒輪嚙合時(shí)外部領(lǐng)接裝置引起的附加動(dòng)載荷影響的系數(shù)。 0.1A - 28 - 動(dòng)載荷系數(shù) vK 齒輪傳動(dòng)制造和裝配誤差是不可避免的額，齒輪受載后還要發(fā)生彈性變形，因此 引入動(dòng)載系數(shù)。 0.1v 齒間載荷系數(shù) K 齒輪的制造精度 7 級(jí)精度2.1H 齒向荷分配系數(shù) 由于小齒輪做懸臂布置，查表機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 10-7 得，齒寬系數(shù) ，取6.04d5.0d34.10*2.6.018.2bKdH 所以載荷系數(shù) =1*1*1.2*1.34=1.6HVAK 斜齒輪傳動(dòng)的端面重合度 2.0tan*8./sin1zmdn 在斜齒輪傳動(dòng)中齒輪的單位長(zhǎng)度受力和接觸長(zhǎng)度如下： LFKPnca 因?yàn)?1osb1c*/ntnF65.73.01db 所以 7.65/0.2/0.67=408N/mm/4.21*.costncabKFLP 可以認(rèn)為一對(duì)斜齒圓柱齒輪嚙合相當(dāng)于他們的當(dāng)量直齒輪嚙合，利用赫茲公式， 代入當(dāng)量直齒輪的有關(guān)參數(shù)后，得到斜齒圓柱齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核公式： HtHEatttbH bdKFZdKFE 1*1*cos*in21 112 式中； - 29 - 彈性系數(shù)EZ21E 主動(dòng)小齒輪選用 20CrMo 制造，根據(jù)材料選取