某越野车绞盘设计毕业设计.doc
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1、某越野车绞盘设计-毕业设计 毕业设计 论文 此毕业设计有图 请联系 357930861题 目 某越野车绞盘设计 学院名称 指导教师 职 称 班 级 学 号 学生姓名 毕业设计论文开题报告题目 学 专 业 车辆工程 学生姓名 指导教师 研究的现状及其意义研究现状汽车绞盘有很多种主要有电动绞盘机械式PTO绞盘油压PTO绞盘油压绞盘等其中电动绞盘最受欢迎也最为人们所熟悉研究意义汽车容易陷入沙滩泥泞和雪地这些路面为了增加越野车的自救能力人们研制出了绞盘绞盘是一种利用自身动力发动机旋转通过另外一端的固定或者牵引的钢绳或者特殊索带把陷在困境中的汽车拉出来的一种工具是越野车必备的工具之一 周松鹤徐烈烜 哈尔
2、滨工业大学理论力学教研室杨可桢唐文初指导教师签名 年 月 日工作小组审查意见工作小组组长签名 年 月 日某越野车绞盘设计摘要作为越野车重要自救设备之一绞盘担任着发生意外情况时重要自救设备的功能可在雪地沼泽沙漠海滩泥泞山路等恶劣环境中进行自救和施救随着国民自驾出游的人数的与日俱增绞盘成了这些人不可缺少的工具绞盘将更加普及的运用到各种车型上本论文在简述现有绞盘的形式与发展状况越野车绞盘的功能进行描述后以北京JEEP牧马人车型为对象对该越野车绞盘进行整体设计主要包括对动力方案设计选择传动系统设计与校核工作装置部件的计算选用等并对润滑系统和越野车维护保养做了介绍关键词越野车绞盘设计传动系统设计The
3、winch design an off-road vehicleAbstractAs one of the important self-help equipment SUV winch as an accident when important self-help equipment function can save in the snow swamp desert beach muddy road and other harsh environments and rescue With the development of national self-driving grow with
4、each passing day the number of trips winch has become an indispensable tool for these people The winch will be more popular in the use of the various models In this paper the form and the development status of the existing winch off-road vehicle winch illustrates the function taking Beijing JEEP Wra
5、ngler models as the object the overall design of the rover winch including the dynamic scheme design drive system design and verification the working device component selection and calculation the lubrication system and off-road vehicle maintenance is introducedKey words Off-road vehicle capstan des
6、ign drive system design目 录概述1 11国内外绞盘应用现状 12现有绞盘形式及分类 2越野车绞盘的主要用途性能特点及设计要求421 越野车绞盘的主要用途422 越野车绞盘的主要性能及设计要求5 3某越野车绞盘系统设计831 越野车绞盘设计参数及要求12 32越野车绞盘输入动力方案选择21 33 动力装置的设计计算 25 331 电动机的工作条件 25 332 电动机的选择与校验 2734 传动装置的设计计算 29 341确定总的传动比 29 342 多级复合轮系减速器的设计计算 30 343 齿轮模数的确定以及强度校核29 344 轴的设计轴上零件的选用以及强度校核29
7、35 工作装置的设计计算与选择 4 351 钢丝绳 4 352 卷筒 16 4润滑系统与保养方法介绍22 41润滑系统4 42保养方法4总结44参考文献45谢辞47译文附页48概述正如德国BOSCH公司的经验理念名言科技成就生活之美科技正以超凡的速度改变着我们生活的各方各面汽车船舶等交通工具的出现让我们对距离有了新的理解以前遥不可及的地方变成了近在咫尺地球变成了地球村然而有时候我们的钢铁移动盒子也会遇到麻烦事比如陷入到泥泞或沼泽中这种情况就需要我们对一些特殊交通工具加上自救装置绞盘就是汽车的一种自我保护及自救装置绞盘是具有垂直安装的绞缆筒在动力驱动下能卷绕但不储存绳索的机械也指转动轴线与甲板垂
8、直的绞车是车辆船只的自我保护及牵引装置可在雪地沼泽沙漠海滩泥泞山路等恶劣环境中进行自救和施救并可在其它条件下进行清障拖拉物品安装设施等作业是军警石油水文环保林业交通公安边防消防及其它户外运动不可缺少的安全装置主要用于越野汽车农用汽车ATV全地形车游艇消防救援车道路清障车以及其它专用汽车特种车辆如图1 越野车绞盘为绞盘的实物图图1 越野车绞盘11国内外绞盘应用现状汽车绞盘是一种利用自身动力发动机旋转通过另外一端的固定或者牵引的钢绳或者特殊索带把陷在困境中的汽车拉出来的一种工具是越野车必备的工具之一绞盘在国外相对来说应用和受欢迎程度相对来说要比国内要高毕竟只有越野爱好者和改装车爱好者才对其有兴趣世
9、界级专业绞盘有中国T- 美国warn 澳大利亚tjm等三家公司基本上平分市场按绞盘原动力的不同主要有以下六种 电动绞盘电动绞盘是最常见的绞盘依靠车辆自身的电力系统驱动绞盘优点可以在车辆死火的情况下基本正常使用是其他绞盘无法比拟的尤其对于水多的地区有很大优势安装简单可以实现多位置安装及迅速移位缺点不能维持长时间的使用车辆自身电力系统局限性自身易发热等原因大部分电动绞盘能提供的驱动力较小只能向一个方向施加力量安装于车前只能向前拉安装于后部只能向后拉PTO绞盘使用分动箱输出动力为动力源POWER TAKE OFF优点能持续提供较大的拉力单次使用时间长不存在发热问题可以提供多方向拉力是军用车辆或严肃的
10、高性能越野最佳选择缺点必须使用发动机动力即在发动机因进水等原因无法工作时无法使用分动箱失去绞盘方向驱动力时无法使用油压绞盘使用车辆的动力助力转向系统为其动力源使用助力转向泵提供源动力优点安装方便由于其外部固定部分基本实现了通用化甚至在野外即可实现互换驱动力界于电动和PTO绞盘之间发生高温机会极其少见缺点和PTO绞盘一样必须使用发动机驱动力即必须保持发动机转动且一旦动力转向系统出现故障则无法使用车轮绞盘是一种比较新的绞盘系统即由车轮轴提供驱动力原理是使用大部分越野车轮的6颗固定螺丝中的4颗以固定绞盘优点安装拆卸极其简便和换轮胎是一个步骤重量极轻比任何一种其他绞盘都轻不会被前悬带来致命的额外重量价
11、格便宜可提供前后双方向拉力缺点由于其力量点是轮轴所以位置太低造成部分条件下无法使用而且也必须使用发动机动力手动绞盘气动绞盘按其用途不同可以分为ATV绞盘越野绞盘卡车绞盘工业绞盘等根据某些行业的特性还有防水绞盘防爆绞盘等分类越野运动是一种极限运动是富有活力与激情的挑战运动总的来说越野可以分为三类汽车越野摩托越野自行车越野越野汽车作为越野运动的承载工具除了其非凡的动力性能高强度要求外其自救设施对于户外越野运动来说也尤为重要绞盘就是一种重要的自救牵引设备随着中国经济的迅速发展和人民生活水平的显著提高中国的汽车需求在不断扩大有相关部门统计2005年中国的汽车需求量为640万台预计到今年将接近1500万
12、台相当于目前全球汽车需求总量的四分之一汽车多了绞盘机的使用量也会随之上升此外以前普通国民对绞盘的认识十分的稀少在他们的生活中根本不会在意有没有这样一个小家伙然而近年来国民自驾出游的人数也与日俱增绞盘成了这些人不可缺少的工具因此对于这一课题的研究具有良好的研究前景和积极的意义21 越野车绞盘的主要用途越野车绞盘是一种重要的自救牵引设备其主要功能就是当越野车陷入雪地沼泽沙漠海滩泥泞山路等恶劣环境中时利用绞盘输出牵引动力将越野车摆脱恶劣环境中绞盘组成如图2 绞盘部件图所示图2 绞盘部件图1中继变速器 中继变速器从遥控器上接受信号其内部是能够改变马达方向的整机电路2马达 这一部件中有一个直流电马达图中
13、所示绞盘模型中有一个冷却扇防止绞盘过热3绞索引导器 如果需要使用绞索以一定角度工作这个引导器能将绞索直接引向鼓轮如果带一个滚子则称为滚子绞索引导器4绞索鼓轮 绞索鼓轮和绞索缠绕的缸体一样由电动马达带动通过遥控器按钮可以改变其方向重型绞盘的绞索较重因此鼓轮也较大5离合器 离合器负责开关绞索鼓轮它由一个简单的手柄控制6遥控器 这个遥控器使你能从远处控制绞索这里展示的是最常见的型号有一根线与绞盘相连市场上也有无线形的遥控器22 越野车绞盘的主要性能及设计要求简单地说绞盘内部的工作机制是从汽车来的电力首先带动马达而后马达带动鼓轮转动鼓轮又带动主动轴主动轴再带动行星齿轮进而产生强大的扭力随后扭力被传回到
14、鼓轮鼓轮便带动绞盘马达和减速器之间有一个离合器能通过一个把手来开关制动单元在鼓轮内当绞索绷紧时鼓轮就自动锁住图3 越野车绞盘模型图越野车绞盘设计主要需考虑以下两点1绞盘的牵引力是用磅来定值的可以通过换算来转换成吨或公斤最好选择磅数高的绞盘因为受困中的车辆的重量常常要远高于日常的车重不要牵引超过绞盘牵引力的物体2绞盘的钢缆缠绕在卷轴上的圈数越多外圈的拉力越小而卷轴长的绞盘可以减少缠绕的圈数来增加外圈的牵引力同一绞盘使用较短的钢缆要比较长的钢缆的外圈牵引力更大本次设计将以北京JEEP中的牧马人做参考设计该越野车型的绞盘系统31 越野车绞盘设计参数及要求设计参数如下车型北京JEEP牧马人系列整车吨位
15、1920Kg北京JEEP牧马人系列车型如图4所示图4 北京JEEP 牧马人车型设计要求 当四轮中任一轮子或两前后轮同时陷入泥泞中到轮轴中心位置时改越野车绞盘能实施自救对传动系统中的重要零部件进行强度校核 32越野车绞盘输入动力方案选择 在12现有绞盘形式及分类中叙述到绞盘的形式有多种所以对应的输入动力有多种其中PTO绞盘 绞盘牵引力N 牵引速度ms电动机的效率估算牵引力 F Gsin 牵引力与水平夹角最小值 15 G 19200Nm v 005ms 查手册得 095代入数据得 Pw 80KW又电动机所需输出功率为P 93KW查得其中 086根据小功率电机的选用和应用技术初选电动机的型号为Y16
16、0L-6在额定工作制即JC 100时功率为11KW转速为970rmin34 传动装置的设计计算341 确定总传动比1如图所示绞盘工作时齿轮3固定不动则式中齿轮1的转速单位为rmin 行星架的转速单位rmin 齿轮3的转速单位为rmin图5 传动系统简图代入数据计算得 -又有 -先定各齿轮的齿数为 18 72 162且各齿轮的模数均相等将数据代入式中有则 97rmin代入式中有 定 22则 取 230则 342 多级复合轮系减速器的设计计算第一级行星减速器的总传动比为 第二级定轴减速器的总传动比为 则总的传动比为 所以减速器的传动误差为显然所以齿数设计合理343齿轮模数的确定以及强度校核1齿轮1
17、2和3的设计 选定齿轮类型精度等级材料和热加工方法减速器所有齿轮均采用标准直齿圆柱齿轮由于绞盘为一般工作机器工作转速较低所有选用的齿轮精度为7级齿轮1的材料为38CrMoAlA齿轮2的材料为40Cr齿轮3的材料为45钢 齿轮1采用调质处理热加工后硬度不低于280HBS齿轮2也采用调质处理热加工硬度不低于240HBS齿轮3也采用调质处理热加工硬度不低于200HBS两者材料的硬度差保持在4060HBS之间 按齿面接触疲劳强度设计由公式 由于该绞盘为中级工作类型查设计手册选取载荷系数 11电机正常工作时输出扭矩为其中为电机的额定功率为电机的满载转速代入数据计算有由于齿轮1作悬臂布置查机械设计手册取齿
18、宽系数 09由设计手册查的材料弹性影响系数 160 由设计手册查得各齿轮的接触疲劳强度极限计算应力循环次数 减速器每天工作8各小时每年300天工作寿命10年 其中为齿轮1的转速j为齿轮每转一圈同一齿面的啮合次数代入数据计算有 60而 将 930rmin代入计算可得 3643rmin且有 那么 60由 0知 0由机械设计手册查得两齿轮的接触疲劳寿命系数 092 097计算大小齿轮的接触疲劳许用应力取失效概率为1安全系数S 11有计算计算齿宽b 计算圆周速度计算载荷系数根据 395 ms7级精度查设计手册的动载荷系数对于直齿轮有由于小齿轮相对支撑作非对称布置查得 132 124则 m按实际载荷系数
19、校正所得的分度圆直径n计算模数m 按齿根弯曲疲劳强度设计由公式由设计手册查得大小齿轮的弯曲疲劳强度极限由设计手册查得弯曲疲劳寿命系数计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S 13则计算载荷系数KK 查取齿形系数查取应力校正系数计算大小齿轮的并加以比较1齿轮 2齿轮 3齿轮显然3齿轮的数值较大h计算模数m对比计算结果由齿面接触疲劳强度计算 所得的模数大于由齿根弯曲疲劳强度所算得的模数而实际情况中齿轮丧失工作能力主要为齿根折断因此以齿根弯曲疲劳强度设计为准考虑到模数小的齿轮加工困难装配不便所以取模数为m 3mm i计算齿宽bb 取齿轮1的宽度为名 称代 号齿轮1齿轮2齿轮3齿 数Z1872162模
20、 数mmm3压力角202020分度圆直径dmm54216486齿顶高mm33375齿根高mm3753753齿全高hmm675675675齿顶圆直径mm602224785齿根圆直径mm4652085492齿距pmm942齿厚smm471齿槽宽emm471顶隙cmm075中心距amm135j该对齿轮的几何尺寸如下表 2齿轮45和6的设计 选定齿轮类型精度等级材料和热加工方法a 减速器所有齿轮均采用标准直齿圆柱齿轮b 由于绞盘为一般工作机器工作转速较低所有选用的齿轮精度为7级c 齿轮4的材料为38CrMoAlA齿轮5的材料为40Cr齿轮6的材料为45钢d 齿轮4采用调质处理热加工后硬度不低于280H
21、BS齿轮5也采用调质处理热加工硬度不低于240HBS齿轮6也采用调质处理热加工硬度不低于200HBS两者材料的硬度差保持在4060HBS之间 按齿面接触疲劳强度设计由公式 由于该绞盘为中级工作类型查设计手册选取载荷系数 11齿轮4传递的扭矩为但对于齿轮4而言载荷有2条流向所以齿轮5上单个齿实际传递的扭矩为查机械设计手册取齿宽系数 11由设计手册查的材料弹性影响系数 170 由设计手册查得大小齿轮的接触疲劳强度极限为 计算应力循环次数 由机械设计手册查得两齿轮的接触疲劳寿命系数 09计算大小齿轮的接触疲劳许用应力取失效概率为1安全系数S 11有计算计算齿宽b 计算圆周速度计算载荷系数根据 035
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