PAGE 目錄摘要……………………...…..…………IAbstract………………………..……II第1章緒論………………..………..11.1汽車自救裝置的概況……………………...….11.2汽車自救裝置的發(fā)展………………….…………….….……21.3汽車自救裝置的技術現狀……………..…31.4設計的主要內容……………….……..……4第2章汽車自救裝置的方案選擇………………...……………52.1動力源的方案…………..….…..52.2傳動機構的方案………….……..………...…..52.3本章小結……………………7第3章電動機的選擇……………...83.1牽引力的確定………..…..…83.2鋼絲繩的選擇與計算…………………..…..….83.3電動機的選擇……………..…..93.4本章小結…………………….………………...10第4章減速器的設計……………...114.1傳動形式的選擇……………….114.2行星輪傳動條件………….…...114.3計算及材料選擇……….…..….134.3.1傳動比選擇分配計算………………….………………134.3.2選擇齒數齒型 ……………….……..204.3.3齒輪計算………….……………..……..204.3.4材料選擇…………….244.4校核齒輪…………….………...244.4.1彎曲強度校核………...284.4.2齒面疲勞強度校核…………………...294.5聯軸器的選擇………………..304.6行星架結構設計…………..…314.7行星軸強度計算校核………..324.8軸承的選擇…………………..324.9潤滑方式……………………..344.1.0本章小結……………………34第5章離合器的選擇及卷筒的設計……...…..355.1離合器的種類………….……..355.2離合器的選擇………….….…..365.3卷筒的設計…………………...385.4本章小結……………………….40第6章聯接元件的校核…………………...……..416.1底架上螺栓的強度校核…………..………….416.2鍵的強度校核………………..……………….426.3卷筒螺栓的校核…………..….436.4本章小結……………..……….44結論……………………45參考文獻………………46致謝…………………….47附錄A………………48附錄B………………50PAGE1 第1章緒論1.1汽車自救裝置的概況汽車自救裝置包括汽車電動絞盤機，主要用于越野汽車、農用汽車、ATV運動車、游艇、以及其它特別車輛。是車輛、船只的自我保護及牽引裝置，可在雪地、沼澤、沙漠、海灘、泥濘山路等惡劣環(huán)境中進行車輛自救，并可能在其它條件下，進行清障、拖拉物品、安裝設施等作業(yè)，是軍警、石油、水文、環(huán)保、林業(yè)、交通、公安、邊防、消防及其它野外運動不可缺少的安全裝置。目前常見的汽車自救裝置按絞盤原動力的不同，主要有四種：電動絞盤機，是最常見的絞盤機。依靠車輛自身的電力系統驅動絞盤，優(yōu)點：可以在車輛死火的情況下基本正常使用(這是它最大優(yōu)點是其他絞盤機無法比擬的），尤其對于水多的地區(qū)有很大優(yōu)勢，安裝簡單可以實現多位置安裝及迅速移位。缺點：不能維持長時間的使用（車輛自身電力系統局限性、自身易發(fā)熱等原因），大部分電動絞盤機能提供的驅動力較小，只能向一個方向施加力量（安裝于車前只能向前拉，安裝于后部只能向后拉）。PTO絞盤機，使用分動箱輸出動力為動力源（POWERTAKEOFF），優(yōu)點：能持續(xù)提供較大的拉力，單次使用時間長（不存在發(fā)熱問題），可以提供多方向拉力（前、后、甚至左右），是軍用車輛或嚴肅的高性能越野最佳選擇。缺點：必須使用發(fā)動機動力，即在發(fā)動機因進水等原因無法工作時無法使用；分動箱失去絞盤機方向驅動力時也無法使用。油壓絞盤機，使用車輛的動力/助力轉向系統為其動力源，使用助力轉向泵提供源動力。優(yōu)點：安裝方便，由于其外部固定部分基本實現了通用化，甚至在野外即可實現互換，驅動力界于電動和PTO絞盤之間，發(fā)生高溫機會極其少見。缺點：和PTO絞盤機一樣，必須使用發(fā)動機驅動力，即必須保持發(fā)動機轉動，且一旦動力轉向系統出現故障則無法使用（在部分越野情況下，動力轉向系統容易受到外界破壞）。車輪絞盤機，這是一種比較新的絞盤機系統，即由車輪軸提供驅動力。原理是使用大部分越野車輪的6顆固定螺絲中的4顆以固定絞盤。優(yōu)點：安裝/拆卸極其簡便（和換輪胎是一個步驟），重量極輕（比任何一種其他絞盤機都輕，不會被前懸?guī)碇旅念~外重量），價格便宜，可提供前后雙方向拉力。缺點：目前我所知的缺點可以肯定的是由于其力量點是輪軸，所以位置太低，造成部分條件下無法使用，而且也必須使用發(fā)動機動力。1.2汽車自救裝置的發(fā)展在西方，陸軍每10輛四驅卡車就最少有一輛帶有汽車自救裝置，這還不包括工程部的回收車（回收車是一輛底盤由6×6、8×8重型卡車或者50噸以上的坦克改成的，它是帶有2—4個汽車電動絞盤的大型工程車，專門營救在野外陷入深坑的卡車或坦克）。汽車自救裝置的重要性由此可見一斑。汽車自救裝置的歷史可追溯到第一次世界大戰(zhàn)期時期，由于當時的道路條件極差，除了城市沒有正規(guī)的道路，戰(zhàn)場上充滿了泥濘和壕溝，汽車由于有差速的關系，很容易被陷在泥坑中或卡在壕溝上，影響了部隊的行進速度。為了解決這個問題，技術人員想了許多方法，最后從碼頭使用的拖拽船舶絞盤機上得到了啟發(fā)，將其改在汽車上，并且以鏈條驅動它，這個設計取得了成功。第二次世界大戰(zhàn)結束后，科技取得了飛速發(fā)展，大量軍用技術轉移到民用產品中。隨著越野車成為普通家家庭的代步工具和競技越野車運動的發(fā)展，汽車絞盤機作為越野車的重要組成部分成為了一種民用產品，并得到了很好的發(fā)展。19世紀60年代，電動絞盤機開始發(fā)展，它的好處是重量輕，造價便宜，可自行拆卸改裝在不同型號的汽車車上，而且就算汽車發(fā)動機不能工作，絞盤機同樣可以運作。電動絞盤機的出現促進了絞盤機的普及。絞盤機的種類很多，有電動絞盤機、利用汽車發(fā)動機機械動力帶動的絞盤機以及用液壓泵操作的絞盤機等，越野者使用最多的要數電動絞盤機了。電動絞盤機是從汽車本身獲得動力來驅動馬達帶動絞索的。這種絞盤機很方便，因為可以站在任何地方通過遙控器上的旋鈕進行操縱。它最大的優(yōu)點就是只要電池還有電就可以使用。但是，絞盤機內馬達的功率一般只有幾馬力，這么小功率的馬達何以能拖動一輛沉重的汽車亦或是其它重物呢?秘密就在減速器的使用上。即便馬達只能發(fā)出較小之力，但減速器卻能將其轉變?yōu)閺姶笾?。市場上大部分絞盤機都是使用行星齒輪做減速器。行星齒輪的優(yōu)點是體積較小而產生的減速比相對較大，而且齒輪的接觸點較多，使用壽命較長。絞盤機通常都安裝在較狹小的空間內，因此越小越輕就越好。行星齒輪既能達到這一要求，同時又能產生較大的減速比，因此再理想不過了。絞盤機通常都安裝在較狹小的空間內，因此越小越輕就越好。行星齒輪既能達到這一要求，同時又能產生較大的減速比。絞盤機的拖拉力量與絞盤拉出的長度有直接關系，在絞盤機剛拉時力量最大，其后絞盤每轉一圈，拉力便減小一些。絞索拉的越長拉力越弱。簡單地說，絞盤機內部的工作機制是：從汽車來的電力首先帶動馬達，而后馬達帶動鼓輪轉動，鼓輪又帶動主動軸，主動軸再帶動行星齒輪，進而產生強大的扭力。隨后，扭力被傳回到鼓輪，鼓輪便帶動絞盤機。馬達和減速器之間有一個離合器，能通過一個把手來開關。制動單元在鼓輪內，當絞索繃緊時，鼓輪就自動鎖住。在實際運用中，有些輔助物品是安全順利使用絞盤機時必不可少的，如手套能安全保護手部。此外，如果要把絞盤機固定在一棵樹上，還需要一條帶子、一個U行吊耳以及一個緊線滑輪。帶子是用來固定支點的。其理想長度為1.5—2.0m;U形吊耳能夠將鉤子與帶子及絞盤連接起來，所以最好多準備幾種尺寸的吊耳；用雙線或三線，改變拖拉方向時，則需要一個緊線滑輪。操縱絞盤機簡而言之可分3個步驟：安裝、固定支點和拖拉。隨著中國經濟的迅速發(fā)展和人民生活水平的顯著提高，中國的汽車需求在不斷擴大。有相關部門統計：2005年中國的汽車需求量為640萬臺，預計到今年將接近1500萬臺，相當于目前全球汽車需求總量的四分之一。絞盤機的使用量也會隨之上升。此外，以前普通國民對絞盤的認識十分的稀少，在他們的生活中，根本不會在意有沒有這樣一個小家伙。然而近年來，國民自駕出游的人數也與日俱增，絞盤機成了這些人不可缺少的工具。因此對于這一課題的研究具有良好的研究前景和積極的意義。1.3汽車自救裝置的技術現狀通過對汽車自救裝置發(fā)展歷史的研究，可以清楚的知道其對汽車在野外工作有著重要的意義。隨著汽車工業(yè)經濟的發(fā)展，國內的汽車自救產品很多，例如汽車急救電源、汽車自用滅火機、汽車絞盤機等，其中汽車絞盤機是車輛在野外陷入困境時，所采用的最有效的一種自救工具。在現代工業(yè)中，電動絞盤的使用十分廣泛，它在交通運輸、基建工地、林區(qū)等多種部門中發(fā)揮著巨大的作用。經過近一個世紀的發(fā)展，汽車絞盤機技術有了巨大的進步。從最初的由船用絞盤機改裝而成，發(fā)展到現在的汽車專用電動絞盤機。電動絞盤機，各型四驅車幾乎都可以配上。工作在世界上路況最差地區(qū)的各型越野車，幾乎都裝有電動絞盤機。而各項越野挑戰(zhàn)賽和拉力賽，更是聲明沒有絞盤機就不能參加比賽?？梢?，電動絞盤對越野車的重要性?？紤]到我國幅員遼闊，地質地貌復雜，山地、丘陵、沼澤、沙漠幾乎占了國土面積的一半，在野外生產作業(yè)過程中，車輛會經常陷入困境，絞盤機的使用十分重要。因此，本課題所設計的絞盤機是針對上述地理條件下，中型越野車所使用的一種自救工具。同時，由于絞盤機構在起重機中也發(fā)揮著不可忽視的作用。以越野車上最常用的電動絞盤機為例,它主要有電動機、鋼纜、絞盤鼓輪、導纜器、傳動機構、制動系統、離合器、控制匣和控制器組成。電動機由車輛的蓄電池帶動，它將動力傳遞給機械傳動裝置，再帶動絞盤鼓輪轉動纏繞纜線;鋼纜最初的設計承載能力決定了它的直徑大小和長度，鋼纜纏繞在絞盤鼓輪上并穿過導纜器，其末端打成環(huán)狀以連接錨鉤；絞盤機鼓輪是一個纏繞鋼纜的圓柱形裝置，它由電動機驅動，絞盤機圓筒可在遙控器的控制下改變轉動方向；當使用絞盤有一定角度時，導纜器將引導鋼纜繞上絞盤機鼓輪，它將減少鋼纜回收時可能對絞盤機支架或保險杠產生的危險，往往固定安裝在絞盤架或保險杠外；傳動機構由行星齒輪構成，它將電動機產生的能量轉換為強大的牽引力，傳動系統的設計使得絞盤機變得輕便，緊湊；制動系統的作用是當電動機停止工作且鋼纜有負重時自動鎖緊鼓輪，防止鋼纜松脫滑落，并將汽車拽在原地；離合器可以用手操作，改變鼓輪與傳動系統的脫離或鎖止狀態(tài)，從而改變鼓輪空轉或與傳動系統鎖死的狀態(tài)；控制匣將汽車蓄電池的電力通過電磁線圈轉化為動能，使操作者能夠改變絞盤鼓輪的旋轉方向，有的絞盤機把控制匣固化于絞盤機結構內，有的則可獨立一體，按需要安裝在適當位置，電動絞盤機在高負荷下運轉，因此控制匣使用了高負荷控制系統以應付強大的電流；控制器插在絞盤機控制匣上，自由控制絞盤機鼓輪的旋轉方向。它可以使操作者在操作絞盤機時遠離鋼纜，避免危險。1.4設計的主要內容汽車自救裝置的設計是一個復雜的設計過程，其中包括對電動機的選擇，聯軸器的選擇，行星齒輪減速器的設計和離合器的選擇，鋼絲繩的設計和計算校核。其設計成功與否直接影響汽車在危難時刻是否成功脫險。設計的基本內容：本設計將參考現有電動絞盤機的基本形狀，并根據設計要求查找相關資料進行的設計，在選擇汽車自救裝置中的電動機后，根據汽車自重選擇減速器，使之符合使用要求。最后進行汽車自救裝置性能分析計算。在對各種結構件進行了分析計算后，運用CAD繪制汽車自救裝置的整體圖及主要部件的零件圖。第2章汽車自救裝置的方案選擇2.1動力源的方案本次設計的汽車自救裝置的動力源為直流電動機，來使汽車自救裝置工作。汽車自救裝置主要由：直流電動機、聯軸器、減速器、卷筒、離合器等組成。在以前，汽車自救裝置的動力源來源于二沖程發(fā)動機，但是隨著科學的發(fā)展，技術的進步，由二沖程發(fā)動機所提供動力的汽車自救裝置的缺點逐漸暴露出來。二沖程發(fā)動機使用的燃料是汽油，在特殊條件下工作時（如高原、高溫等環(huán)境），二沖程發(fā)動機工作的穩(wěn)定性差，燃料燃燒不充分，使輸出功率降低，而且不完全燃燒產生的廢氣，嚴重污染環(huán)境。但是，這些缺點在使用電動機時，就不存在了。電動機具有重量輕、體積小、攜帶方便等特點。而且，在包括高原、山區(qū)、沙漠等各種環(huán)境下都能保持穩(wěn)定良好的工作性能。因此，由蓄電池供電的汽車自救絞盤機，已經成為汽車自救裝置發(fā)展的主要趨勢。在本設計中所選的電動機型號為ZXQ-13.5/30.2.2傳動機構的方案 由于直流電動機的輸出功率較小，無法拖動沉重的汽車，要解決這個問題，必須使用減速器。要使電動機輸出的扭力傳遞到減速器主動軸，就必需有一個裝置將電動機輸出軸與減速器主動軸相聯，這個裝置我們采用了聯軸器。聯軸器可分為剛性聯軸器、撓性聯軸器、安全聯軸器、非機械式聯軸器等。由于我們設計需要的聯軸器，只需將兩根軸軸向連結，并且對工作溫度的要求較低兩軸之間無偏角，因此選擇剛性聯軸器。剛性聯軸器的類型有:凸緣聯軸器、夾殼聯軸器、立式聯軸器等，及各種聯軸套。對設計所選用的聯軸器是凸緣聯軸器。這種聯軸器的優(yōu)點在于造價低，結構簡單，拆裝和維護方便。減速器是汽車自救絞盤機中的重要組成部分，其功能是降速增扭，將直流電動機工作產生的較小的扭力，轉化成能夠拖動汽車的強大扭力。減速器工作時，將電動機輸出軸的高轉速，轉化成減速器輸出軸的較低轉速，并帶動滾筒轉動，滾筒轉動時帶動與車相連的鋼絲繩，使其收回纏繞在滾筒上，從而使車輛脫離困境。汽車自救絞盤機的減速器是我們自己設計的，它是汽車自救裝置的重要組成部分。設計中首先要選擇減速器的類型，減速器按結構分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器、蝸桿減速器、行星齒輪減速器等。由于汽車自救絞盤機所需的減速器，要具有傳動比大、體積小、質量輕等特點，否則無法滿足本設計的要求，因此選擇了行星齒輪減速器。行星齒輪減速器有三種類型：漸開線圓柱齒輪行星齒輪減速器，擺線針輪減速器，諧波傳動減速器。其中，漸開線圓柱齒輪行星齒輪減速器，應用范圍廣，維護方便，因此，在本設計中采用了漸開線圓柱齒輪行星齒輪減速器。根據本設計的要求，在設計減速器時，首先要考慮使其結構緊湊、體積小、傳動比大。以NGWN型減速器為參照。通過計算，得出減速器的傳動比為191.齒輪的材料均選用合金滲碳鋼淬火，因為其制作齒輪的接觸疲勞極限較大。通過校核，本材料滿足技術要求。在機械工程中，離合器的用途十分廣泛，一般分為操縱離合器和自控離合器兩種。操縱離合器包括機械離合器、電磁離合器、液壓離合器和氣壓離合器；而自控離合器包括超越離合器、離心離合器和安全離合器。其中，機械離合器的應用比較廣泛。它的類型有多種：片式離合器（干式單片、濕式單片、干式多片、濕式多片）、牙嵌離合器、齒式離合器、圓錐離合器、摩擦塊離合器、銷式離合器、鼓式離合器、鍵式離合器、扭簧離合器、漲圓離合器等，本設計所選用的離合器為牙嵌式離合器。牙嵌式離合器是由兩個端面上有牙的半離合器組成。半離合器上的牙形分為：三角形、矩形、梯形、鋸齒形、尖頂梯形等。三角形離合器用于傳遞較小轉矩，結合后不能自鎖；矩形牙結合后無軸向分力，但是不便于結合和分離，磨損后也無法補償；尖頂梯形牙結合比梯形牙結合容易，可以在較大轉速差下結合；鋸齒形牙只用于傳遞單向轉矩，與它們相比梯形牙能克服矩形牙的缺點，對稱的牙形能傳遞雙向轉矩，強度較高，具有自鎖功能，牙數較少，結合和脫開要比矩形牙容易，而且嚙合后的牙間間隙較小，用于傳遞較大轉矩的場合。我所設計的汽車自救絞盤機需要使用的離合器傳遞的轉矩較大，結構簡單，而且有較高的強度要求，梯形牙離合器可以滿足設計要求，為此，選用梯形牙離合器。牙嵌式離合器是標準件，并且將離合器置于卷筒內部，而與之相符的牙嵌式離合器的在機械手冊中的參數不能滿足設計需要，為此，我們專門設計了一款與卷筒相配套的牙嵌式離合器。根據軸頸，初定梯形齒離合器的尺寸；根據軸頸、傳遞的轉矩計算牙的外徑，平均直徑、牙寬、牙高、牙數等數據。最后，對所設計的離合器進行強度校核。由于所設計的離合器傳遞的轉矩較大，所以對離合器的強度要求較高。因此，選用離合器的材料為20SiMnVB，這種材料的屈服強度為980Mpa，符合強度要求。絞盤機的工作原理是：絞盤機的發(fā)動機的輸出軸上套一個中空齒輪作為太陽輪，通過少齒差行星輪、花鍵拉桿把動力傳遞給卷筒，由卷筒帶動鋼絲繩進行牽引工作。其傳動系統如圖所示。傳動關系：電動機--行星輪—拉桿—卷筒。圖2.1絞盤機傳動原理圖1.電動機2.太陽輪3.內齒圈4.外齒圈5.拉桿花鍵6.卷筒7.離合器8.行星齒輪減速器2.3本章小結汽車自救裝置是一種小功率機械。它具有自己的作業(yè)特點，在工作環(huán)境惡劣，使汽車脫離險況，要充分發(fā)揮汽車自救裝置的作用，在使用汽車自救裝置作業(yè)時，必須采用新的汽車自救裝置集材生產工藝。第3章電動機的選擇3.1牽引力的確定設計要求:3噸以下中型越野車，絞盤機的拉力設計原則一般是以車輛自重的1.5倍為宜。如3噸以下，以3噸為例，車輛自重3000KG，那么絞盤機的拉力應不低于：F30009.81.5=44100N(3.1)FF=44100N(3.2)3.2鋼絲繩的選擇與計算鋼絲繩的選擇方法：由于絞盤機的使用范圍為質量在滿載3噸以下的越野車，則鋼絲繩的使用范圍也為滿載質量在3噸以內的越野車。F=G=Mg=30009.8=29400N(3.3)FFn式中：n——安全系數，取4F——最大拉應力，NF——鋼絲繩最小破斷拉力，N所以，F294004=117600N參照?起重機設計手冊?：鋼絲繩選擇為：1（19）-10-2000-I-光-右交GB1102-74將鋼絲繩的長度L定為30M.鋼絲繩最小直徑：d=c式中：d——鋼絲繩最小直徑，mms——鋼絲繩最大工作靜拉力，Nc——選擇系數，它的取值與機構工作級別和鋼絲抗拉強度有關，取0.085所以，d=0.085=15mm.根據傳動要求，鋼絲繩直徑取11mm.3.3電動機的選擇=(3.4)式中：——工作機總效率——離合器效率，取0.99——齒輪效率，取0.97——軸傳遞效率，取0.99所以，=0.990.970.99=0.87工作機需要的功率P：P=FV/1000n(3.5)式中:F——鋼絲繩最大拉應力V——鋼絲繩速度，V=0.036m/s所以，P=294000.036/10000.94=1.12kwP=P/式中：P——電動機需要的功率P——工作機需要的功率所以，P=1.12/0.87=1.28kwn=601000V/D=6010000.036/3.14119=5.78r/min式中：n——電動機提供轉速此電動機為蓄電池供電的直流電動機。根據?電機修理實用技術數據手冊?查。電動機選為ZQX-13.5/30P=1.35kw,V=24V，n=1300r/min外徑：120mm,長度：90mm,槽數：254.4.1彎曲強度校核1）查得：2）查得：3）查得：查得：4）查得：5）查得：6）查得：7）彎曲應力8）查得：9）查得：10）查得：11）12）由表8-121查得：13）因此，齒輪的彎曲疲勞強度通過。4.4.2齒面疲勞強度校核表4.6齒面疲勞強度校核T=540N.mKA=1高速外嚙合接觸疲勞極限應力(MPa)σHlim=1450.001450.00許用接觸疲勞應力(MPa)σHP=1450.801450.80計算接觸應力(MPa)σH=971.38971.38彎曲疲勞極限應力(MPa)σFlim=400.00280.00許用彎曲疲勞應力(MPa)σFP=800.00560.00計算齒根彎曲應力(MPa)σF=245.20229.75彎曲強度安全系數SF=3.262.44高速內嚙合接觸疲勞極限應力(MPa)σHlim=1450.00750.00許用接觸疲勞應力(MPa)σHP=1381.72794.56計算接觸應力(MPa)σH=414.44414.44彎曲疲勞極限應力(MPa)σFlim=280.00255.00許用彎曲疲勞應力(MPa)σFP=560.00510.00計算齒根彎曲應力(MPa)σF=213.26209.174.5齒輪聯軸器的設計 齒式聯軸器是由齒數相同的內齒圈和帶外齒的凸緣半聯軸器等零件組成。外齒分為直齒和鼓形齒兩種齒形，所謂鼓形齒即為將外齒制成球面，球面中心在齒輪軸線上，齒側間隙較一般齒輪大，鼓形齒聯軸器可允許較大的角位移（相對于直齒聯軸器），可改善齒的接觸條件，提高傳遞轉矩的能力，延長使用壽命。有角位移時沿齒寬的接觸狀態(tài)。

齒式聯軸器在工作時，兩軸產生相對角位移，內外齒的齒面周期性作軸向相對滑動，必然形成齒面磨損和功率消耗，因此，齒式聯軸器需在有良好和密封的狀態(tài)下工作。齒式聯軸器徑向尺寸小，承載能力大，常用于低速重載工況條件的軸系傳動，高精度并經動平衡的齒式聯軸器可用于高速傳動，如燃汽輪機的軸系傳動。由于鼓形齒式聯軸器角向補償大于直齒式聯軸器，國內外均廣泛采用鼓形齒式聯軸器，直齒式聯軸器屬于被淘汰的產品，選用者應盡量不選用。為了實現基本構件的浮動均載，改善輪齒受力狀態(tài)，提高浮動靈敏性、強度和壽命，此采用鼓形齒式聯軸器。根據結構尺寸和內齒加工工藝要求，初定m=1.5，z=38，（以下公式來源《機械設計手冊（軸及其連接）》P71）a計算載荷=763kgf.cmb接觸應力c核算強度條件由《剛性聯軸器的設計及計算》表3查故強度滿足式中：MT——計算轉矩kgf.cm；M——輸入轉矩kgf.cm；140000Kgcm。計算載荷=915kgf.cm接觸應力能滿足強度要求。4.6行星架結構設計行星架是行星傳動中的主要構件之一，行星輪軸或軸承就裝在行星架上。當行星架作為基本構件時，它是機構中承受外力矩最大的零件。行星架的結構設計和制造對各行星輪間的載荷分配以至傳動裝置的承載能力、噪音和振動等有很大的影響行星架的合理結構應該市重量輕、剛性好、便于加工和裝配。其常見結構型式有雙壁整體式，雙壁分開式和單壁式3種。雙壁整體式行星架結構鋼性比較好，此行星采用鑄造的方法，并選用雙壁整體式結構，材料選用ZG35CrMo雙壁整體式行星架的兩個壁，通過中間的連接板聯接在一起，連接板的數量和尺寸與行星輪數Np有關。兩側板壁厚，當不裝軸承時可按經驗選?。篊1=(0.25-0.3)a,C2=(0.2-0.3)a。Lc應比行星輪外徑大10mm以上，連接板內圓半徑Rn按Rn/R≤0.85-0.5。4.7行星軸強度計算校核行星軸太陽輪：T1=Kp·Ta/np=1.1x1450/3=532Nm圓周力：Ftca=1000·T1/ra=1000x532/45=11822N徑向力：Frtca=F·τca·tgan/cosβ=4303N作用在齒輪上或軸上的力：Rxa=FtcaRya=Frca行星輪：Tc=Zc·T1/Za=23x532/10=1223Nm圓周力：Ftac=Ftca=Ftbc=11822N徑向力：Frac=F·τca·tgan/cosβ=4303=Frbc作用在齒輪上或軸上的力：Rx‘c≈2Ftac=23644NRy‘c=0彎矩M=Rx‘c·L/2=23644x50=1182200Nmm彎曲應力：σ=M/W=M/0.1d3=54<[σ-1]=70mpa4.8軸承的選擇根據現場安裝方式，出軸用軸φD外=14校核：Τt=T/WT≈9550000·P/0.2（1-β4）·n·d3=32〈[Τt]=40強度滿足——扭轉切應力，單位為Mpa；——軸所收的扭矩，單位為；——軸的抗扭截面系數，單位為；——軸的轉速，單位為；——軸傳遞的功率，單位為；——計算截面處的直徑，單位為；——許用扭轉切應力，單位為Mpa。根據出軸尺寸和輸出扭矩（T=55KN.m）漲套選用HSH110-03d=φ14dw=φ10許用傳遞轉矩157KN.m強度滿足a行星軸1上的軸承：由于，軸承當量動載荷：軸承GB276-6416的基本額定動載荷為26500N，X=1，行星輪轉速n：軸承的壽命為：b行星軸2上的軸承：由于，軸承當量動載荷：軸承NJ2217的基本額定動載荷為217000N，X=1，行星輪轉速n：軸承的壽命為：c行星架2上的軸承：=0，軸承NJ1048的基本額定動載荷為470000N，軸承當量動載荷：軸承的壽命為：行星架轉速n取2.54.9潤滑方式潤滑劑的主要作用是：1.減少摩擦與磨損，防止膠合；2.降低噪音；3.吸收沖擊和振動；4.防銹，抗腐蝕；5散熱、冷卻。行星齒輪與平行軸相比具有很多特殊性：1.行星齒輪既有外嚙合傳動，又有內嚙合傳動，工作溫度隨工作制度等變化，應此，行星齒輪要潤滑油在啟動和正常運轉溫度下具有良好的粘溫特性。2.行星齒輪由于體積小，散熱面積小，這就要使?jié)櫥偷臉O壓性能高，氧化安定性和熱穩(wěn)定性好。3.行星齒輪行星齒輪個數一般在兩個以上，并且圍繞中心輪軸線回轉，在運轉過程中要使?jié)櫥途哂辛己玫目古菽浴?.潤滑油對油封。油漆以及軸承保持架材料具有良好的相容性。工業(yè)齒輪潤滑一般是由基礎油加各種添加劑調劑制成的。目前國內基礎油有兩種：一種是天然礦物油精煉制成；另一種是由化工合成的潤滑油。工業(yè)齒輪潤滑油的添加劑按其功能分為3類：保護金屬表面的：改善潤滑油性能的：保護潤滑油本身的。4.10本章小結綜上所述，汽車電動絞盤機在汽車自救方面是非常必要，也是切實可行的，而且也可以適用于建筑、安裝、消防、電力、救災和搶險等工作。第5章離合器的設計5.1離合器的種類離合器的作用是在機器的運轉過程中，可使兩軸隨時集合或分離的一種裝置。常用的離合器的種類有牙嵌式與摩擦式兩大類，細分之后有自動離合器，電磁式，干摩擦盤式，多片油浸式，離心式和葉片式等。常見的一般離合器的設計制造在國內已經比較成熟，這里簡單介紹一種比較實用的離合器。楔塊式超越離合器（如圖所示）：圖5.1楔塊式離合器結構圖1-外環(huán)2-軸承3-楔塊4-彈簧5-內環(huán)6-端蓋7-擋圈8-滾柱該離合器由內環(huán)，外環(huán)，楔塊，滾柱和彈簧等組成。它在內環(huán)和外滾道之間放置一定數量的楔塊和滾柱。在外環(huán)不動的情況下，內環(huán)一個旋轉方向可轉動（超越狀態(tài)），另一個方向制動（自鎖狀態(tài)）。工作原理：如圖2所示，離合器外環(huán)1用螺柱與殼體固定，不轉動。當離合器內環(huán)5按逆時針方向轉動時，由于楔塊3兩工作圓弧的偏心，在彈簧4的徑向壓力和內環(huán)滾道與楔塊的摩擦力的作用下，使楔塊以它與外環(huán)滾道接觸點為圓心按順時針方向回轉，因楔塊順向對角尺寸大于內、外環(huán)間的距離，楔塊被楔緊，從而達到自鎖，使內環(huán)制動。當內環(huán)按順時針轉動時，楔塊則按逆時針方向回轉。而楔塊逆向對角尺寸小于內、外環(huán)間的距離，楔塊不能楔緊。處于“超越狀態(tài)”。內環(huán)便可順時針方向轉動。其性能特點：（1）承載能力大、尺寸小、重量輕，在滾道直徑相同的情況下，楔塊離合器中的楔塊數量較多，而楔塊與滾道接觸角的圓弧大于滾柱式離合器中的滾柱半徑，故接觸應力??；因此，楔塊式比滾柱式承載力矩大。一般情況下，楔塊式承載力矩是滾柱式承載力矩的5-10倍。（2）逆止可靠。“超越”傳動時機械效率高。使用性能好，逆止可靠，而且反相解脫容易，傳動效率高達0.93-0.96，耗能少。（3）零件硬度高、磨損小、壽命長。楔塊離合器多用軸承鋼制造，熱處理后硬度高，可達HRC60左右。（4）制造工藝好，適于批量生產，便于實現系列化，標準化。（5）結構新穎，在一定范圍內有取代滾柱式超越離合器的趨勢。該離合器常與滾柱絲杠副等部件配套，作為防逆轉機構，也可單獨使用，用于精確定位，傳遞轉矩或阻止轉矩的傳遞。牙嵌式離合器（如圖所示）圖5.2牙嵌式離合器結構圖牙嵌式離合器常用的牙形有矩形，梯形，鋸齒形和三角形4種基本類型。根據需要分別應用于不同的場合。目前，對于牙嵌式離合器的設計，工程上常采用兩種方法：一是選型設計。即先按工作條件選擇合適的類型，然后按傳遞的轉矩，轉速以及軸徑，從有關手冊中查取牙嵌離合器的相應參數，獲得相關的機構尺寸；二是類比設計，即按經驗類比的方法去確定出某一工作條件下牙嵌離合器的每一部分的具體結構，尺寸。無論那種方法，最后都須做強度校核。倘若強度不足或強度富足，就需要反復的試湊，修改和調整。只要滿足強度條件，就可以作為設計方案。多數情況下傳統工程設計總是偏于保守，導致牙嵌式離合器的結構往往偏大。毫無疑義，傳統設計帶有一定的盲目性，而且設計周期長，會造成資源和能源的浪費，顯然不夠科學。能否在強度足夠的情況下，確定出牙嵌離合器的最佳主參數，而不是依據經驗僅對這些參數進行試湊和作某些協調。5.2離合器的選擇以KEW2000LB-A為例，闡述最簡潔的絞盤機傳動工作原理。當絞盤機啟動時，發(fā)動機通過輸入傳動軸帶動行星輪3轉動，從而帶動蓋輪轉動。此時若控制離合器控制把手向左，使離合器即和蓋輪嚙合，從而帶動卷筒工作。反之，若使把手向右，那么離合器右半即和蓋輪（左半）脫離嚙合。卷筒也就停止不動。一般市場上的絞盤機大都是利用減速機構來實現扭力的放大，因此大部分的絞盤機原理皆是如此，通常都由一個把手用來手動控制絞盤機離合器的“離”“合”，但是把手的形式可以是多種多樣的。首先，為了避免出現卷筒中空過大且不均勻所造成的隱患，對卷筒本身進行設計，使卷筒所帶的齒輪在絞盤右側，其外形如圖所示：圖5.4卷筒牙嵌式離合器的主要失效形式是牙的折斷和結合面的擠壓磨損。設計時以牙根抗彎曲能力作為強度指標，再經抗擠壓校核。根據這一設計原理，作為強度指標的牙嵌式離合器牙齒根彎曲應力為:=KTh/WDZ式中：為作用在離合器牙齒根的彎曲應力，（Mpa）；K為工作情況系數，由發(fā)動機類型和工作類型查設計手冊中相應表格獲得數據；T公稱轉矩（Nmm）；h為離合器牙高（mm）；Z為半離合器上的牙數；W為離合器牙根的抗彎截面系數（mm）.圖5.5牙嵌離合器所以選擇標準的牙嵌式離合器。5.3卷筒的設計卷筒是卷繞鋼絲繩的零件，在絞盤機卷筒工作時，卷筒卷繞，放出鋼絲繩，從而把旋轉運動變?yōu)橹本€運動。此卷筒設計為電動絞盤機實用卷筒，因電動絞盤機外型小，結構緊湊，綜合考慮，選擇圓柱型為卷筒設計模型。1.卷筒直徑D的計算：(5.1)式中：d——鋼絲繩直徑e——卷筒直徑比，取9，根據?起重機設計手冊?，所以，D=（9-1）11=88mm根據傳動要求D取85mm.2.卷筒壁厚的計算：=d=11mm,根據設計要求取6mm.校核卷筒：卷筒的材料為65Mn,[]=[]/2=1250/2=625Mpa.=AAS/P(5.2)式中：A——應力減小系數，在繩圈的拉力作用下，筒壁產生徑向彈性變形，使繩圈緊度降低，鋼絲繩拉力減小，取0.75A——多層卷繞系數，多層卷繞時，卷筒外層繩圈的壓力壓縮下層鋼絲繩，使各層繩圈的緊度架構底。鋼絲繩拉力減小，筒壁壓應力不與卷繞層數成正比，取2——卷筒壁壓應力S——鋼絲繩的最大靜壓力——卷筒壁厚P——繩槽節(jié)距P=d+(8-4)=15mm所以，=0.75229400/1715=172.94MPa<[]卷筒的壁厚負荷強度要求。3.卷筒長度L的計算：L=1.1lP/n(D+d)所以，L=1.130100012/43.14（86+411）=235.9mmL取234mm4.端板外緣直徑D的計算：D=D+（2i-1）d+4d=194mm式中：i——鋼絲繩纏繞圈數5.卷筒轉速n的計算：n=V602000/2D式中：V——鋼絲繩平均轉速D——卷筒的平均直徑n——卷筒的轉速設V=0.036m/sD=86+（22-1）11=119mm所以，n=0.036602000/23.14119=5.78r/min5.4本章小結經過設計之后的絞盤機離合器和凸輪型的絞盤機離合器相比，可歸納為三點：第一，組裝方便，凸輪型離合器在組裝時需要一臺壓力機壓進凸輪把手，之后無法隨意拆卸組裝，而離合器可以比較簡單的拆卸檢查或添加潤滑油等。第二，凸輪型離合器的運動副為線面運動副，而離合器的運動副為面面運動副。因此凸輪型離合器的凸輪磨損要比的楔塊磨損來的快。第三，凸輪型離合器的凸輪對內齒環(huán)的推力只有一個作用點，易使內齒環(huán)左右移動不均衡，影響離合器接合分離。同時反映到把手控制時會顯得比的“重”。由以上幾點可知，離合器在某些方面要優(yōu)于拉桿型離合器和凸輪型離合器。第6章聯接元件的校核6.1底架上螺栓的強度校核底架上螺栓的校核公式為：式中：——卷筒所受的額定扭矩，；——螺栓孔中心圓直徑，；——螺栓數目，；——螺栓孔直徑，；——螺栓材料的許用應力，，；查《機械零件》P86，?。河梢陨嫌嬎憧芍?，螺栓的聯接是安全的。6.2鍵的強度校核花鍵型號INT/EXT18zX2mX30P式中：——轉矩（Nm）；——各齒間載荷不均勻系數，通常=07~0.8；——齒數；——齒的工作高度（mm）；——齒的工作長度（mm）；——平均直徑（mm）；漸開線花鍵；；——模數；——花鍵聯接許用擠壓應力，其值查表《機械設計手冊》25.3-2。材料為20CrNi2Mo2A線切割，滲碳淬火件，芯部硬度HRC35~40a齒面接觸強度校核：τ=2000·T·Kc·KA·Km/（d·z·b·sc·KN）=2000x2507.96x3x2.25x1/（133x38x45x5.498X0.3）=90.25Mpa〈τp=280Mpab輪齒擠壓應力σH=1900·KA/Kw·√2000·T/（d·z·h·r2）=138.82Mpa〈σHp=140Mpa強度滿足故參數選者合適式中：T——傳遞轉矩（N.m）；KA——工況系數；Kc——不均載系數，一般取Kc=2，當制造精度不高時，Kc=3；d——節(jié)圓直徑（mm）；z——齒數；b——齒寬（mm）；r2——鼓形圓弧半徑（mm）；h——運轉時內外齒實際接觸齒高近似取h=1.8m（mm）；sc——節(jié)圓上弦齒厚；KN——壽命系數，見《機械設計手冊4》表36.2-26；τp——需用應力值，見《機械設計手冊4》表36.2-25；tc——節(jié)圓處的弦齒厚，tc=1/2mπ；τ——計算切應力Mpa；Kc——齒輪載荷分布系數，《機械設計手冊4》表36.2-27；Kc——齒輪載荷分布系數，《機械設計手冊4》表36.2-27；高速級銷聯接的抗剪強度校核：低速級銷聯接的抗剪強度校核：——扭矩，單位為； ——銷的直徑，單位為；——法蘭上螺栓的孔距，單位為；——許用切應6.3卷筒螺栓的校核螺栓的校核公式為：式中：——滾筒所受的額定扭矩，——螺栓孔中心圓直徑，；——螺栓數目，；——螺栓孔直徑，；——螺栓材料的許用應力，，查《機械零件》P86，?。河梢陨嫌嬎憧芍?，螺栓的聯接是安全的。6.4本章小結1）采用“雙軸多級”傳動特點，實現了大的傳動比。2）采用“齒-聯”傳動系統的傳動原理，不但實現了慢、快兩個速度，并實現了快、慢速的大速比，很好地實現了快、慢速礦用絞車減速器的一體化。3）采用“長條形對稱”結構，實現了結構緊湊、外形美觀實用，適合于煤礦井下狹窄空間的作業(yè)，也很方便地進行不同工作地點的自移。4）傳動效率高、工作效率高、容繩量大、節(jié)能。5）操作簡單、使用方便，并具有可靠的雙閘制動。6）結構工藝簡單，可靠，成本低。7）使用壽命長、維護維修費用低?！そY論本次設計是汽車自救裝置的設計，通過本次設計，讓我了解到汽車自救裝置在汽車陷入險境時的重要性。以越野車上最常用的汽車自救裝置為例,它主要有電動機、鋼纜、絞盤鼓輪、導纜器、傳動機構、制動系統、離合器、控制匣和控制器組成。電動機由車輛的蓄電池帶動，它將動力傳遞給機械傳動裝置，再帶動汽車自救裝置鼓輪轉動纏繞纜線;鋼纜最初的設計承載能力決定了它的直徑大小和長度，鋼纜纏繞在汽車自救裝置鼓輪上并穿過導纜器，其末端打成環(huán)狀以連接錨鉤；汽車自救裝置鼓輪是一個纏繞鋼纜的圓柱形裝置，它由電動機驅動，汽車自救裝置圓筒可在遙控器的控制下改變轉動方向；當使用汽車自救裝置有一定角度時，導纜器將引導鋼纜繞上汽車自救裝置鼓輪，它將減少鋼纜回收時可能對絞盤支架或保險杠產生的危險，往往固定安裝在汽車自救裝置架或保險杠外；傳動機構由行星齒輪構成，它將電動機產生的能量轉換為強大的牽引力，傳動系統的設計使得絞盤機變得輕便，緊湊；制動系統的作用是當電動機停止工作且鋼纜有負重時自動鎖緊鼓輪，防止鋼纜松脫滑落，并將汽車拽在原地；離合器可以用手操作，改變鼓輪與傳動系統的脫離或鎖止狀態(tài)，從而改變鼓輪空轉或與傳動系統鎖死的狀態(tài)；控制匣將汽車蓄電池的電力通過電磁線圈轉化為動能，使操作者能夠改變汽車自救裝置鼓輪的旋轉方向，有的汽車自救裝置把控制匣固化于絞盤結構內，有的則可獨立一體，按需要安裝在適當位置，汽車自救裝置在高負荷下運轉，因此控制匣使用了高負荷控制系統以應付強大的電流；控制器插在汽車自救裝置控制匣上，自由控制汽車自救裝置鼓輪的旋轉方向。它可以使操作者在操作汽車自救裝置時遠離鋼纜，避免危險。參考文獻[1]何治中略論絞盤機處梗安全技術[J]勞動保護科學技術，2005.[2]李志輝、尹自清、魏趙軍195輕型絞盤機的應用[J]林業(yè)機械與木工技術設備，2007.[3]成大先主編.機械設計手冊[M].第四版.北京：化學工業(yè)出版社，2005.[4]楊文淵編.簡明工程機械施工手冊[M].北京：人民交通出版社，2008.[5]陳兆明、白森主編.實用起重工手冊[M].上海：上海交通大學出版社，2006.[6]機械設計手冊編委會.機械設計手冊單行本聯軸器、離合器與制動器[M].機械工業(yè)出版社，2005.[7]楊文淵編.起重吊裝常用數據手冊[M].人民交通出版社，2006.[8]孫煒,等.楔塊式超越離合器的性能及其應用[J].新技術新工藝,1998,3(4):224-231[9]馮幸安.機械制造裝備設計[M].北京：機械工業(yè)出版社,2007.33-38[10]高健.機械優(yōu)化設計[M].北京：科學出版社,2008.186-189[11]盧玉明.機械零件的可靠性設計[M].北京：中國計量出版社,2006.33-36[12]孫煒.楔塊式超越離合器的性能及其應用[J].機械工程師,2004,35(5):249-252[13]朱龍英,顧玲,陳偉明.機械設計基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社,2007.125-128[14]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社,2007.6-165[15]粱以德.新型安全離合器[J].機械設計與研究,2005,12(4):53-59[16]吳序堂.齒輪嚙合原理[M].北京：機械工業(yè)出版社,2002.26-29[17]濮良貴.機械零件[M].北京：高等教育出版社,2003.129-140[18]樓鴻棣,鄒慧君.高等機械原理[M].北京：高等教育出版社,2004.57-69[19]GaryGField．ColorandItsReproduction[M].GATFPress，USA，2002.147-223致謝感謝母校的教育，特別要感謝教過我的老師們，你們用教育點亮了我人生的道路。大學快結束了，最后一個環(huán)節(jié)—畢業(yè)設計，經過近16周的緊張準備，也將接近尾聲。在這次畢業(yè)設計中，我不但鞏固了以前所學的知識，并從中學到了很多新的東西，尤其是《機械設計》和《汽車構造》這兩門課程。在這里，我向那些在這四年里給于過我巨大幫助的老師和同學們表示衷心的感謝，正是他們的幫忙才讓我得以圓滿的完成四年的學業(yè)和最后的畢業(yè)設計。在這次設計的過程中，各位老師一直都關注著我的每一步進展，并給了我很多好的意見和建議，同時也對我提出了嚴格的要求。我之所以能很順利地完成畢業(yè)設計任務，這與老師的指導是分不開的，在此，表示衷心的感謝。附錄A外文文獻Autoself-rescuedeviceAutoself-rescuedeviceistheautoelectricwinch,themostcommonlyusedinsuvselectricwinch,forexample,itismainlyamotor,cables,winchdrumwheel,conductingcabledevice,transmissionmechanism,brakingsystem,clutch,controlofmagazineandcontroller.Motordrivenbyvehiclebattery,itwillpowertransfertomechanicaltransmissiondevice,thendrivewinchdrumwheelrotationwindingcable;Bearingcapacityofitsoriginaldesign,cablesdeterminesitsdiametersizeandlength,wirewrappedaroundthewinchdrumwheelandcross,itsendisconductingcableforconnectinganchorhookintorings;Thewinchdrumroundisacoilofwirecylindricaldevices,itconsistsofmotordrivesintheremotecontrol,winchcylinderunderthecontrolofrotationdirection;WhenusingthewinchhavecertainAngle,conductingcabledevicewillguidewireonthewinchdrumaround,itwillreducewirewheelmaytowinchstentsrecyclingofhazardsorbumper,oftenfixedonthewinchframeorbumperoutside;Transmissionmechanismofplanetarygearbythreegroupsform,itwillproduceenergyconversionformotorpowerfultrac-tionforce,transmissionsystemdesignmakesthewinchbecomedeft,compact;Brakingsystemfunctioniswhenmotorstoppedworkingandcableshaveweightautomaticallylockdrumwheel,preventslide,andloosecableshauledinsitu；Clutchcanbeoperatedbyhand,changethedrumwheelanddrivesystemfromorlockupthestatetochangedrumturnorandtransmissionsystemwhilethelockedposition;Thecarbatterymagazinewillcontrolpowerthroughtheelectromagneticcoilsintokineticenergy,maketheoperatorcanchangethedirectionofrotationwheelgeardrum,somewinchtocontrolinthewinchstructuremagazinecuringinside,somecanbeindependent,accordingtoneedtoinstallaintheappropriatelocation,electricwinchinhighloadoperation，Hencecontrolofhighloadcontrolmagazineusedtocopewiththepowerfulcurrentsystem;Controllerinsertedinthewinchcontrolmagazine,freecontrolwinchdrumroundsofrotationdirections.Itcanmaketheoperatorwhenoperatingwinch,avoiddangerfromwire.Basedonthedevelopmenthistoryofautomobilewinch,canknowitsworkinthefieldofcarhasanimportantsignificance.Alongwiththedevelopmentoftheautomotiveindustrialeconomic,thedomesticautoself-rescueproducts,suchasautoemergencypowersupplymanyMieHuoJi,car,carforself-usewinchetc,withautomobilewinchmachineisvehiclesinthewildmessup,adoptio