《车轮举升器设计》word版

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课程设计题目：车轮举升器设计学院:汽车与交通工程学院专业:汽车服务工程学号:学生##:指导教师:日期:二〇一七年一月20/26

1摘要随着我国汽车行业的蓬勃发展,汽修行业也迎来了巨大的市场需求。因此,汽车维修行业非常需要多种效率高、针对性强的汽车维修设备和工具。在汽修行业,轮胎举升机是一个被广泛采用的维修工具。轮胎举升机操作简便、美观、占地空间少便能将轮胎方便省力的举起。用于省时省力的效果,不用时完全放置于地面,方便汽车倒车或者放置物品,是汽修时不可缺少的工具。本文设计的轮胎举升机为可移动式轮胎举升机,采用电动机驱动。首先对题目进行分析,再结合现有的轮胎举升机的结构和机械传动系统,加上对轮胎举升机进行研究,说明书的主要内容包括：传动方案的确定；电动机的选择；传动装置的运动和动力参数的计算；传动零件的设计；轴的设计与校核；润滑及密封装置的设计；轴承的选择；联轴器的选择；轴的设计与校核；键的设计及选择。其中对机构中的主要部件做了强度校核,另外对于设计中存在的问题及需要改进之处给予指出。设计中采用机械式传动方案,动力经过蜗杆,螺旋传动减速,最后由丝杠的转动变成升降运动,实现汽车被举升的目的。关键词：机械式；举升机；蜗轮蜗杆；螺旋传动；螺母；螺杆目录目录II1课程设计任务书IV设计目的IV1.2设计题目IV1.3设计步骤IV1.4时间安排IV1.5成绩评定V2总体设计12.1拟定传动方案12.2电动机的选择220/26

22.2.1选择电动机型号22.2.2电动机转速的选择22.3传动比的计算22.4传动装置的运动和动力计算33传动零件的设计计算43.1蜗轮蜗杆传动43.1.1材料的选择43.1.2按齿面接触疲劳强度设计43.1.3蜗杆与蜗轮主要参数与几何尺寸53.1.4按照齿根弯曲疲劳强度校核53.1.5校核蜗杆刚度63.1.6验算效率73.1.7蜗杆蜗轮各部分尺寸计算73.1.8蜗杆传动热平衡计算83.2螺旋传动83.2.1丝杠的设计83.2.2丝杠参数的计算83.2.3螺杆强度计算83.2.4耐磨性计算93.2.5螺母的强度校核93.2.6计算螺母外径103.2.7螺杆稳定性设计104轴的设计与校核124.1轴的设计124.1.1蜗杆轴尺寸确定124.1.2蜗轮轴尺寸确定124.2蜗杆动力参数134.3轴在垂直方向内受力134.4轴在水平面受力情况144.5求轴在水平面支反力144.6绘制垂直面弯矩图144.7绘制水平面弯矩图154.8绘制合成弯矩图1520/26

34.9绘制扭矩图164.10危险截面合成弯扭图165其他零部件的选择175.1联轴器的选择17175.3轴承端盖的选择175.3.1蜗杆轴轴承端盖的选择175.3.2蜗轮轴承端盖的选择175.4键的设计176小结19参考文献201课程设计任务书1.1设计目的课程设计是一项综合性的实践教学环节,是对理论课程与实验课程的综合与补充,旨在使学生加深对所学理论知识的理解,训练学生如何综合使用学过的理论和方法分析实际问题的能力,以增强学生的实践能力与解决实际问题的能力。1.2设计题目《车轮举升器设计》1.3设计步骤1．调研及收集资料20/26

4对于与本设计题目相关或类似的内容进行深入、全面的调查研究,广泛查阅图书资料、科技文献、深入了解其工作原理、结构及优缺点。2．设计方案〔1〕工作原理〔0-0.15m/s。〔3〕要求：两级减速〔蜗轮蜗杆减速、螺杆螺母减速〕蜗轮转速25-45r/min〔4〕确定举升器结构与总体布局〔考虑限位〕3．设计及计算〔1〕计算及选型；〔2〕举升器总体设计4．总装图绘制5．编写设计说明书1.4时间安排课程设计时间共计2周,具体时间安排如下表：表1.1课程设计时间安排表序号内容时间1举升器总体方案设计2天2电机选择及计算1天3举升器结构设计4天4撰写说明书2天5答辩1天1.5成绩评定课程设计成绩的综合评定主要由以下几个方面组成1．课程设计过程,包括日常管理和具体的设计能力；2．课题设计质量,包括设计装置的合理性、图纸数量、说明书等；3．课程设计答辩的情况,包括自述情况及回答问题情况。20/26

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62总体设计拟定传动方案为了实现举升机构的上下升降运动,应该在本传动方案中采用螺杆螺母传动,用以实现把旋转运动转向为举升平台上下运动,同时电动机与顺倒开关相连接,由电动机轴的正反转来实现举升板的升降运动；又因为电动机的转速过高,在电动机与螺杆之间应有减速机构,而蜗轮蜗杆减速的传动比较大,工作平稳,无噪音,结构紧凑,其自锁性较好,较其它自锁机构更加安全可靠,可提高举升机的安全性,同时蜗轮蜗杆减速适用于中小功率,润滑好,间歇运动的场合,另外对于布置于高级的蜗杆减速器,蜗轮可采用锡青铜做材料,允许点面有较高的相对滑动速度,以利于形成润滑油膜,提高承载能力和传动效率,还可以提高蜗杆的头数来提高其传动效率,故选择蜗轮蜗杆减速器作为减速机构。由上所述,故拟定传动方案如下：图2-1总体方案的确定1¾电动机2¾联轴器3¾滚动轴承4¾滚动轴承5¾蜗杆6¾蜗轮7¾螺杆8¾螺母9¾举升平台20/26

7传动方案如上图所示,电动机1转动经输出轴输出动力,通过联轴器2的减载缓冲将动力传递到蜗轮蜗杆减速机构,蜗轮6转动带动螺杆7旋转,从而通过螺杆螺母传动带动举升平台9的上升。电动机的选择.1选择电动机型号由设计要求可知,举升重量=600kg,举升机上升轴向移动速度=0.1m/s,上升行程h=400mm,取蜗轮转速=45r/min。则举升机所需要的功率所需的电动机功率式中总传动效率；：蜗轮蜗杆传动效率,取；：螺杆螺母传动效率,取；：蜗杆轴滚动轴承传动效率,取；：螺杆轴滚动轴承传动效率,取；：联轴器传动效率,取；故2.2.2电动机转速的选择由设计要求可初步选取蜗轮转速,机械设计手册得闭式蜗轮蜗杆传动的传动比,则电动机可选的转速范围为：符合这一转速范围要求的有1000r/min和1500r/min。根据机械设计手册选择符合要求的电动机型号为：Y100L2,其相关参数如下：额定功率,同步转速；满载转速2.3传动比的计算由选定的电动机的满载转速与螺杆转速可得到举升机的总传动比,而螺杆转速与20/26

8蜗轮转速相等,即,则总传动比,所以取。2.4传动装置的运动和动力计算〔1〕各轴的转速计算蜗杆轴：螺杆轴：〔2〕各轴输入功率的计算蜗杆轴：螺杆轴：〔3〕各轴的输入转矩的计算蜗杆轴：螺杆轴：将上述计算结果列于下表1中：表2-1轴号转速n/〔r/min〕功率P/KW转矩T/<>传动比i11430332453传动零件的设计计算3.1蜗轮蜗杆传动20/26

93.1.1材料的选择本机构中蜗杆蜗轮传递功率不大,速度中等,故蜗杆选用45钢,因希望效率高些,耐磨性好,蜗杆表面进行淬火,硬度为45-55HRC。蜗轮用铸造锡青铜<>3.1.2按齿面接触疲劳强度设计传动中心距：<1〕确定作用在蜗轮上的转矩T1<2>确定载荷系数工作稳定,取载荷不均匀系数,由设计手册查得使用系数,蜗杆转速不高,冲击不大,取动载荷系。故载荷系数:〔3〕材料弹性影响系数因为选的是铸锡磷青铜和钢蜗杆相配,故由《机械设计》查得：<4>确定载荷接触系数先假设蜗杆与分度圆直径和传动中心距的比值为：由机械设计手册查得<5>确定接触应力蜗轮用铸造锡青铜<>,蜗杆选用45钢淬火,蜗杆螺旋齿面硬度大于45HRC,查机械设计手册知蜗杆齿面接触疲劳强度：<6>代入数据求得中心距为：20/26

10=124mm3.1.3蜗杆与蜗轮主要参数与几何尺寸<1>选择蜗杆头数,蜗轮齿数,按传动比为33,取:Z1=1<2>确定模数蜗杆分度圆直径,模数：由机械设计手册查知可取模数：蜗杆直径系数q=10;故有蜗杆分度圆直径：此时,螺纹升角为：<3>确定中心矩：故接触强度够用。3.1.4按照齿根弯曲疲劳强度校核蜗轮的当量齿数:由《机械设计》查得齿形系数：20/26

11蜗轮分度圆直径由《机械设计》得材料的基本许用弯曲应力：故齿根弯曲疲劳强度是足够的。校核蜗杆刚度取;蜗杆最大挠度：；;蜗杆危险截面惯性系数：；蜗杆所受圆周力：;蜗杆所受轴向力：;蜗杆所受径向力：；查机械设计手册知许用最大挠度：带入数据可得挠度：故蜗杆满足刚度要求。3.1.6验算效率20/26

12已知；；而与相对滑动速度有关;符合要求；由机械设计手册插值法查表得=0.0204;带入效率公式有：此验算效率大于原估计值,故不用重算。3.1.7蜗杆蜗轮各部分尺寸计算〔1〕蜗杆齿顶圆直径齿根圆直径导程角轴向齿距分度圆直径径向间隙〔2〕蜗轮齿根圆直径：外圆直径：蜗轮齿宽：喉母圆直径：蜗杆传动热平衡计算20/26

13由于蜗杆传动效率低,发热量大,若不及时散热,会引起箱体内油温升高,润滑失效,导致磨损加剧,甚至出现胶合失效,故连续工作的闭式蜗杆传动应进行热平衡计算。:表面传热系数,A:带入数据得：26故温升满足要求。3.2螺旋传动丝杠的设计螺母材料选用ZCuSn10P1,丝杠选用梯形螺纹,材料为45钢正火。3.2.2丝杠参数的计算由计算得工作台的上升速度为导程查阅《机械设计课程设计》表11-4,选用梯形螺纹,公称直径为,螺距,螺纹线数,螺纹中径,小径,大径螺杆强度计算摩擦力矩强度条件：20/26

14,故螺栓强度足够。3.2.4耐磨性计算,查《机械设计手册》表10-9,螺旋副的许用压强。接触处,,其中为螺纹工作高度,为螺母高度,为螺距,取,,螺纹圈数,故合理。；压强：；螺纹升角：；当量摩擦角：据表5-12取摩擦系数,普通梯形螺纹牙侧角,则。因为,故该螺旋副满足自锁要求。3.2.5螺母的强度校核查表可得,螺母材料青铜的许用应力为,。取,。螺母的剪切强度条件：对于梯形螺纹,螺纹牙根部厚度,故满足剪切强度要求。螺母弯曲强度条件：20/26

15故螺母强度足够。3.2.6计算螺母外径解得:3.2.7螺杆稳定性设计螺杆为一端固定,一端自由,取,螺杆最大工作长度L取500mm。螺杆危险截面惯性半径挠度,则临界载荷由欧拉公式确定。取弹性模量危险截面的惯性矩故截面载荷螺杆的稳定性条件故满足稳定性要求。20/26

164轴的设计与校核4.1轴的设计4.1.1蜗杆轴尺寸确定20/26

17图4-1蜗杆轴各段尺寸〔1〕对于第1段,其直径由联轴器决定,联轴器型号：LTZ6,d=60mm,L=142mm,则=60mm,=150mm；〔2〕对于第2段,其直径由轴承尺寸确定,轴承型号：7213AC,d=65mm,D=120mm,B=23mm,则=65mm,=30mm；〔3〕对于第3段,取=70mm,=300mm；〔4〕对于第4段,=65mm,=30mm。4.1.2蜗轮轴尺寸确定轴的最小直径图4-2蜗轮轴各段尺寸〔1〕对于第1段,其直径由轴承尺寸确定,轴承型号：7211AC,d=55mm,D=120mm,B=21mm,则=55mm,=21mm；〔2〕对于第2段,=65mm,=10mm；〔3〕对于第3段,取=50mm,=53mm；〔4〕对于第4段,=55mm,=550mm；20/26

184.2蜗杆动力参数蜗杆传递的功率2.91KW转速1430传递的扭矩圆周力轴向力径向力图4-3蜗杆轴受力分析4.3轴在垂直方向内受力如图4-2所示,把蜗杆所受力向轴上转化,在垂直面内轴受有集中力,弯矩及轴承支反力、作用。轴承支反力由轴的平衡方程得,则20/26

19图4-4蜗杆轴垂直面受力4.4轴在水平面受力情况如图4-5所示,把蜗杆所受之力向轴上转化,在水平方向之内轴上受有集中力作用,由轴的平衡力方程得：4.5求轴在水平面支反力图4-5蜗杆轴水平面受力分析绘制垂直面弯矩图如4-6所示,可计算垂直面弯矩图如下：20/26

20图4-6垂直面弯矩图4.7绘制水平面弯矩图如图4-7所示,可计算得水平面弯矩为:图4-7水平面弯矩图4.8绘制合成弯矩图如图4-8所示,可计算支点合成力矩为：图4-8合成力产生的力矩图4.9绘制扭矩图如图4-9所示,由前面的计算知轴传递的扭矩为:20/26

21图4-9轴传递的扭矩图4.10危险截面合成弯扭图图4-10弯扭合成图如图4-10所示,可计算危险截面合成弯扭值：危险截面当量弯矩为：取折合系数为0.6,则查机械设计手册表14-355,则。5其他零部件的选择5.1联轴器的选择20/26

22因为联轴器连接的是发电机输出轴和减速器输入轴,即为高速轴,所以为了减小启动载荷,缓和冲击,应选用具有较小转动惯量的和具有弹性的联轴器,故选用型号为LTZ6的弹性柱销式联轴器,其参数如下：d=65mm,L=142mm。5.2轴承的选择蜗杆轴轴承使用7213AC轴承,查机械设计课程设计表12-6有以下具体参数：d=65mm；D=120mm；B=23mm；；油润滑；极限转速7000r/min丝杆轴轴承选用7214AC轴承,查机械设计课程设计表12-6有以下具体参数：d=70mm；D=15mm；B=24mm；；油润滑；极限转速6300r/min5.3轴承端盖的选择蜗轮蜗杆轴承端盖材料均选用HT1505.3.1蜗杆轴轴承端盖的选择蜗轮轴轴承选用7213AC,内径d=65mm,外径D=120mm,端盖连接螺钉直径取d3=8,数目取4,所以厚度,端盖外径,,端盖连接螺栓的中心距；5.3.2蜗轮轴承端盖的选择蜗轮轴承选用7211AC型,内径d=55mm,外径D=100mm,同理取d3=M8,数目取4；所以厚度,端盖外径,端盖连接螺栓的中心距,。5.4键的设计由于蜗轮轴的公称直径d=55mm,蜗轮厚度B=57mm,则查表得：采用C型键,键宽b=16mm,键厚度h=10mm,长度L=40mm。20/26

236小结本文经过初步计算以后,确定了电机类型、传动比分配、蜗轮蜗杆、轴等主要零部件的结构参数,通过结构参数的选择可以初步设计零部件的结构,然后再选择各种方案从而可以草绘装配图,然后开始画装配图以及零件图,最后完成设计说明书。20/26

24本次所设计的举升机是采用以电动机驱动、螺旋运动为举升装置以及钢丝绳为同步装置的汽车用四柱式举升机。机械驱动是由蜗轮蜗杆以及电箱组成的。整个举升机的外形是四柱式的,同时它的支撑机构是非对称式的托架。通过电磁铁安全锁控制立柱控制最大行程,起到保护和限位的作用。总结这次汽车用四柱式举升机的设计,大体可以归纳为以下两点：〔1〕在确定了设计方案之后,就对汽车用四柱式举升机的结构进行了设计。在设计过程中通过参考其它形式的举升机的结构特点,再结合了自己的设计思想,最终把此次普通式四柱汽车举升机的结构设计成由电机、蜗轮蜗杆传动、螺旋机构,限位保险机构四大部分组成。〔2〕由于汽车举升机是一种将汽车抬升到一定高度后用于汽车维修或保养的举升设备。因此,在工作的情况下单根立柱它必须要承受6000N以上载荷。所以,在设计了汽车举升机的结构之后,还对它的强度、刚度进行了验算,强度需不小于600MPa,以保证举升机有足够的承载能力来安全有效地工作。保证能够举升40cm,以保证人身安全。参考文献[1]经来旺,刘丹丹．工程力学[M]．##：##理工大学,2015．[2]濮良贵,纪名刚．机械设计[M]．：高等教育,2008．[3]申永胜,郝智秀．机械原理教程．〔第2版〕：清华大学,2015．20/26

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