1、目 錄1緒論11.1選題的意義和目的及其國內外研究現狀11.2本課題研究的關鍵問題及解決思路11.3方案的確定12設計方案的選擇22.1設計類型22.2設計標準23蝸輪蝸桿減速機的設計23.1選擇材料確定其許用應力23.2確定其許用應力23.3選擇蝸桿頭數，并估計傳動效率23.4確定使用系數，綜合彈性系數23.5確定接觸系數23.6計算中心距23.7確定參數23.8計算蝸輪和蝸桿的主要參數與幾何尺寸23.9校核齒根彎曲疲勞強度34各個軸的設計及校核34.1蝸桿軸的設計34.2蝸輪軸的設計54.3固定盤上螺栓的校核65萬向輪的設計65.1選用標準65.2材料選用和熱處理75.3車輪外觀質量要求7

2、5.4安裝方式75.5橫軸的力學性能參數75.6萬向輪的尺寸參數76各滾動軸承的選擇77支撐架及其底座的設計88蝸輪蝸桿箱體的設計99密封和潤滑910結論10致謝11參考文獻121緒論1.1選題的意義和目的及其國內外研究現狀目前，許多地方要對汽車（拖拉機）發動機進行拆裝時,是用木板墊地人力翻轉對發動機進行拆裝的,拆裝起來費時、費力、效率低,發動機支承不穩還容易傾倒傷人,而且在拆裝過程中觀察發動機內部結構很不方便，特別是對于實驗、實訓教學來說不夠實用1。為此，急需研究出適合汽車運用技術專業實訓教學的發動機翻轉架，它應集發動機的拆卸、組裝、調試、大修、起動、故障設置及診斷、排除、檢測等功能為一體。

3、現在國內外對汽車發動機翻轉架功能的改造和技術提升并無大的進展。而國內的發動機翻轉架有固定式的和移動式的兩種。固定式汽車發動機翻轉架，發動機能夠在翻轉架上翻轉、起動并運轉，但需澆注混凝土，固定時費工費時，不能在短時間內投入使用，且不能移動，限制了實驗室的調整。另外，油、水、工件、工具易落地，達不到衛生清潔的起碼要求，也不便于檢測和排除故障。移動式汽車發動機翻轉架，雖然能夠移動，但發動機只能在翻轉架上翻轉，不能起動、運轉，無法對發動機進行檢測、故障設置和故障診斷與排除2。1.2本課題研究的關鍵問題及解決思路通過大量的查閱資料,從生產實踐和實際出發,制定出總體設計要求3:（1）發動機可沿軸向在360

4、°內任意翻轉，并可在任意位置鎖止，蝸桿兩端采用雙輪結構，便于對發動機進行反復拆卸，組裝和調試工作。（2）在翻轉架上設置了發動機的所有輔助設施，實現了發動機大修、起動等功能。（3）翻轉架底部設置了油盤，克服了工件、工具、油、水落地的問題，保證了文明作業和安全生產。（4）翻轉架上的萬向輪和定位螺銷實現了整體任意移動和定點作業的要求，同時方便了實驗室的調整。1.3方案的確定通過查找資料，集思廣益，此翻轉架能滿足一定型號發動機的維修、啟動、移動。它應包括翻轉架、支撐座、軸承、底座、車輪、手輪、蝸輪蝸桿減速機、車架、定位銷、油盤。該翻轉架利用蝸輪蝸桿的減速原理和自鎖功能，以及萬向輪的多方位移動

5、功能。可在大于或等于360°范圍任意翻轉和隨意鎖止，發動機重力通過翻轉架殼體形成力的平衡，保證了翻轉架的穩定性。在通用性方面，底座中間設置一橫向導軌，采用一端固定支柱可在導軌上以橫向移動，改變工作長度。利用油盤防止了油、水、工件、工具的落地，采用萬向輪、固定支點，實現了翻轉架可任意移動和定點作業的功能。還包括與翻轉架的轉軸連接的轉動機構及其發動機的固定裝置。圖1-1總裝圖如下：1.支承軸；2.滾動軸承；3.萬向輪；4.機架；5.蝸輪蝸桿減速機；6.固定盤 圖1-1 多功能發動機翻轉架總裝圖2設計方案的選擇經過多次的討論和研究，確定發動機翻轉架的總體結構，包蝸輪蝸桿減速器、萬向輪、支承

6、架及其底座等。2.1設計類型本課題所研究的發動機翻轉架底部安裝有萬向輪可以使機架整體任意移動和定點作業，并能自鎖。翻轉架的支撐架底座中間設置一對橫向導軌，采用一端固定支柱可在導軌上以橫向移動，改變工作長度。2.2設計標準根據實際測量BJ212發動機的長和寬，確定整個機架的大小和計算各軸的剛度和撓度。確定本機架適合中小型以下發動機的拆裝。3蝸輪蝸桿減速機的設計3.1選擇材料確定其許用應力蝸桿用45號鋼，表面淬火，調質處理，適用于低速輕載傳動,硬度為4555HRC；蝸輪用HT200，適用于低速輕載傳動（V2m/s）。3.2確定其許用應力（1）許用接觸應力，查機械設計基礎 表12-4，=130Mpa

7、（2）許用彎曲應力，查機械設計基礎12-6，=47Mpa3.3選擇蝸桿頭數，并估計傳動效率。當蝸桿的導程角小于嚙合輪齒間的當量摩擦角時即在，機構具有自鎖性，可實現反向自鎖4。查非標準設備設計手冊取i=40,得由=40，查機械設計基礎，表12-8，估計3.4確定使用系數，綜合彈性系數查機械設計基礎 表13-8、11-4，取（鋼配灰鑄鐵）3.5確定接觸系數假定，由文獻1圖12-11，得=2.73.6計算中心距（3-1）3.7確定參數 確定模數m，蝸桿直徑系數q，蝸桿導程角r，中心距a，蝸桿分度圓直徑等參數。查機械設計第八版表11-2可選擇a=130mm m=5mm=50mm x=-0.53.8計算

8、蝸輪和蝸桿的主要參數與幾何尺寸蝸桿主要參數與幾何尺寸5軸向齒距mm（3-2）齒頂圓直徑（3-3）齒根圓直徑 （3-4） 蝸桿軸向齒厚（3-5）節圓直徑 （3-6）蝸輪主要參數與幾何尺寸蝸輪齒數=40，變位系數=-0.5蝸輪分度圓直徑 （3-7）蝸輪齒頂圓直徑（3-8）蝸輪齒根圓直徑 （3-9）蝸輪咽喉母圓直徑（3-10）外圓直徑（3-11）蝸輪齒寬B=0.75d13.9校核齒根彎曲疲勞強度（3-12） 選取當量系數 （3-13）根據變位系數=-0.5，=43.48 查機械設計基礎 圖11-19中查得齒形系數為 =2.87。螺旋角系數 =（3-14）許用彎曲應力 =查機械設計基礎 表11-8中查

9、得由鑄錫磷青銅制造的蝸輪的基本許用彎曲應力為=47Mpa。由此可見彎曲強度是可以滿足的。4各個軸的設計及校核4.1蝸桿軸的設計由于蝸桿直徑很小，可以將蝸桿和蝸桿軸做成一體，即做成蝸桿軸。蝸桿上的轉矩 蝸輪上的轉矩求作用在蝸桿及蝸輪上的力圓周力：軸向力：徑向力：圓周力徑向力以及軸向力的作用方向如圖所示圖4-1 圓周力、徑向力、以及軸向力方向圖4.1.3蝸桿軸的結構設計擬定蝸桿上零件的裝配方案6蝸桿是直接和軸做成一體的，左軸承及軸承端蓋從左面裝，右軸承及右端蓋從右面裝。根據軸向和周向定位要求，確定各段直徑和長度，軸徑最小d =30mm，B（11+0.06）m=67mm，蝸桿齒寬B計算選為70mm。

10、其余部分尺寸見下圖：圖4-2 蝸桿軸4.1.4蝸桿軸的校核（1）垂直面的支承反力（圖b） （4-1） (4-2)（2）水平面的支承反力（圖c） (4-3)（3）繪垂直面的彎矩圖（圖b） (4-4)（4）繪水平面的彎矩圖（圖c）（5）求合成彎矩（圖d） (4-5)（6）按彎扭合成應力校核軸的強度根據機械設計基礎15-5及以上數據，并取=0.6，軸的計算應力前已選定軸的材料為45鋼，調質處理，由文獻2表15-1查得。因此<，故安全。由于軸的最小直徑是按扭轉強度很寬裕地確定的，由蝸桿軸受力情況知截面C處應力最大，但其軸徑也較大，且應力集中不大，各處應力集中都不大，故蝸桿軸疲勞強度不必校核。圖4

11、-3各彎矩圖4.2蝸輪軸的設計BJ212發動機的自重(包括油、水，不包括離合器)300kg；發動機的總長度（包括飛輪殼）1000mm。發動機中心與立柱之間的距離=500mm。根據以上條件和固定軸所承受的載荷，校驗蝸輪軸的直徑為： (4-6) (4-7)考慮到發送機運轉時的共振，實際取d=80mm>校驗。軸的材料：軸的材料主要是碳剛和合金剛。由于支承軸承載較大的彎矩，相對剪切應力較大，同時也可以用熱處理或化學熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，所以本設計采用40Cr鋼作為軸的材料。軸上零件的定位為了防止軸上零件受力時發生沿軸向或周向的相對運動，軸上零件除了有游動或空轉的要求者外，都必須進

12、行軸向和周向定位，以保證其準確的工作位置。軸的校核按扭轉強度計算，用于只承受轉矩的傳動軸的精確計算，也可用于既受彎矩又受扭矩的軸的計算。其強度條件為：式中：為軸的扭切應力，；為轉矩，；為抗扭截面系數，；為傳遞的功率，；為軸的轉速，；為軸的直徑，；為許用扭切應力，。在本課題中，需要人手搖手輪傳遞功率0.05，根據實際工作條件需要轉速，把相關的數據帶入公式中得：由于蝸輪軸的選材為40Cr號鋼，所以查表可知40Cr號鋼的許用扭切應力為，。經校核設計的軸符合要求，可以正常工作。4.3固定盤上螺栓的校核固定盤與發動機連接端螺孔采用4支螺栓連接。因螺栓主要受剪力Q作用,所以螺栓直徑d可只按許用剪切算出。由

13、于,，所以。在實際使用中,考慮到螺栓受多重因素的影響和需足夠的可靠性,所以選取d=20mm,取直徑相當的M20螺栓即可7。蝸輪軸尺寸如下圖：圖4-3 蝸輪軸5萬向輪的設計5.1選用標準萬向輪承受的總質量G為發動機質量和翻轉架自重之和。<300Kg，<100Kg，所以<400Kg。以萬向輪平均受力分析，每個輪的受力100Kg。因此，選用承重100Kg的 中 型平板萬向腳輪既可滿足使用要求。前后輪：工業腳輪（GB/T14688-93）5.2材料選用和熱處理（1）鑄鐵本體，橡膠外緣。機械設計實用手冊（11.2，小車輪）（2）輪架采用35圓鋼和Q255-A板拼焊，軸熱處理HRC35-

14、40。（3）橫向輪軸用45圓鋼，調質處理HRC28-42。（4）萬向輪上的上板用45鋼板熱處理HRC40-45輪架用35圓鋼、35平板和Q235-A立板組焊，35圓鋼和平板熱處理HRC25-40。5.3車輪外觀質量要求所有金屬零件表面均應采取有效方法防止銹蝕，所有零件不應有影響使用的缺陷。5.4安裝方式安裝方式：跨軸式安裝。5.5橫軸的力學性能參數表5-1 心軸的力學性能參數 單位(MP)硬度HBS抗拉強度屈服強度極限彎曲疲勞極限剪切疲勞極限許用彎曲應力170-21059029525514055與軸承配合處表面粗糙度3.2從而保證配合的精度。5.6萬向輪的尺寸參數表5-2 萬向輪的基本參數單位

15、（mm）DLHEd1abd2ABW/N10030125201680609115851000圖5-1萬向輪的安裝示意圖6各滾動軸承的選擇選用標準： 深溝球軸承 (GB/T276-1994) 蝸輪軸上的軸承，以及移動支架上軸承主要承受徑向載荷，深溝球軸承滿足需要。各軸承的主要參數:本設計中有四處使用到了軸承，一處是在蝸桿軸，已知此處軸徑d=30mm，所以選內徑為30mm的軸承，在機械設計課程設計手冊中選擇深溝球軸承；查表6-1，選擇型號為6006的軸承。第二處是在蝸輪軸；已知此處軸徑為d=80mm，所以選內徑為80mm的軸承，在機械設計課程設計手冊中選擇深溝球軸承軸承；查表6-1，選擇型號為601

16、6的軸承。第三處是在底座的支撐架上，根據載荷的大小選擇型號為 6210 的軸承。表6-1 各軸承的參數參數名稱dDB蝸桿軸軸承6006305513蝸輪軸軸 60168012522底架軸承 6210901620圖6-1 軸承零件圖7支撐架及其底座的設計機架除了支撐著發動機的全部重量(包括油、水)，還有蝸輪蝸桿減速機的重量，在發動機啟動時同時受著復雜的受載狀態，因此機架的結構設計，不僅要滿足剛度、抗彎的強度，還要使結構設計合理、穩定性好。槽鋼的矩形截面的具有一定得抗彎強度和抗扭強度。工字鋼的工字型截面的抗彎強度最高，而抗扭強度最低，適合于受彎為主的機架。底座框架采用槽鋼焊接，用工字鋼焊接于框架內，

17、作為固定梁。各鋼材參數如下表：表7-1 6001鋼材的主要參數參數型號hbdtr槽鋼100485.38.58.5工字鋼100684.57.66.5 圖7-1 機架總裝圖示意圖8蝸輪蝸桿箱體的設計名稱符號蝸輪蝸桿減速器選用箱座壁厚0.02a+1812箱蓋壁厚0.02a+1812箱蓋凸緣厚度B11.514箱座凸緣厚度b1.514箱座第底凸緣厚度B22.520地腳螺釘直徑df0.036a+12M16地腳螺釘數目n=250時，n=44軸承旁聯結螺栓直徑d10.75 df蓋與座聯結螺栓直徑d2(0.5-0.6) dfM10聯結螺栓d2間距150-200144軸承端蓋螺釘直徑D3(0.4-0.5)dfM8

18、定位銷直徑d(0.7-0.8) df至外箱壁距離-26、22、16軸承旁凸臺半徑-20凸臺高度h45鑄造過渡尺寸x,y-x=3,y=15r=5蝸輪頂圓與內箱壁距離>1.212蝸輪輪轂端面與內壁距離>15箱蓋、箱座肋厚m1,mm10.85,m=0.85m1=10,m=10軸承端蓋外徑D2D+(5-5.5)d3160軸承旁聯結螺栓距離SSD21259密封和潤滑1.由于本設計蝸桿減速器才用的是鋼蝸桿配鑄鐵蝸輪，工作平穩，磨損較小對于軸承的潤滑，由于轉速不高，均采用油脂潤滑。2.對于軸承的密封設計采用了軸承端蓋還在其中加入了密封圈。蝸桿軸承端一邊用悶端蓋，一邊用唇形密封圈。蝸輪軸軸承一邊用悶端蓋，一邊用氈圈。整個箱體是密封的。10結論多功能發動機翻轉架的使用，改變了就地或在工作臺上解體、組裝發動機等不理想的拆裝方式。由于多功能發動機翻轉架與移動臺架能夠自由移動，從而可以任意組合、調整工作場地的使用范圍，提高了發動機和移動臺架的利用率。使用