1、天津工程师范学院 2009 届本科生毕业设计11 绪 论1.1 设计所要研究的目的和意义汽车自 19 世纪末诞生至今 100 余年期间，汽车工业从无到有，以惊人的速度发展。近 20 年来，计算技术、设计理论、测试手段、新型材料、工艺技术等诸方面的成就，不但改变了汽车工业的面貌，而且也使汽车产品的结构和性能焕然一新。汽车的发展也推动着现代汽车维修业的发展，汽车维修工具的发展水平是汽车维修行业技术进步的主要标志之一，也是汽车维修质量、效率、安全和文明生产的重要保证。随之汽车维修工具也发生着变化，拆卸轮胎的机械就是其中的一种。轮胎拆卸机由脱胎器、杠杆式脱胎器、滚轮式脱胎器发展到气动脱胎机，虽然这些都
2、是比较省力，效率也较高，但自动化的程度不高。为此本汽车轮胎自动拆卸机就是为了满足广大用户需求而设计的。该汽车轮胎拆卸机综合运用电动和气动作为主要动力，来实现轮胎的拆卸。电动部分是由电机带动，经过减速机构把动力传递给转盘使其转动。而气动技术是以空气为介质，以压缩空气为动力源实现控制自动化。由于气动系统的工作介质是空气，它是取之不竭的，因此，只要有压缩机即可比较简单地得到压缩空气。而且它还具有防火、防爆、防电磁干扰、不受放射线及噪声的影响且对振动及冲击也不敏感，结构简单，工作可靠，成本低寿命长等优点。因此，本汽车轮胎拆卸机是为满足广大用户的需求而设计的。1.2 使用 SolidWorks 绘制三维
3、的特点SolidWorks 是三维设计软件。SolidWorks 能完全自动捕捉设计意图和引导设计修改。在 SolidWorks 的装配设计中可以直接参照已有的零件生成新的零件。不论设计用“自顶而下“方法还是“自底而上“的方法进行装配设计，SolidWorks 都将以其易用的操作大幅度地提高设计的效率。SolidWorks 有全面的零件实体建模功能，其丰富程度有时会出乎设计者的期望。用 SolidWorks 的标注和细节绘制工具，能快捷地生成完整的、符合实际产品表示的工程图纸。SolidWorks 它具有基于特征、参数化、实体造型等特点，整个设计基于装配关系进行，装配的基础要素是相关的零件，零
4、件是由若干个参数化的可以基于装配关系的特征堆砌而成，特征是一些与机械设计的表达意图相关的一些简单几何形体。SolidWorks 主要包括以下特性：1）草图设计SolidWorks 软件所有的零件都是建立在草图基础上的，草图功能的提高会直接天津工程师范学院 2009 届本科生毕业设计2影响到对零件的可编辑能力的提高。2）曲面建模在 SolidWorks 中，曲面建立后，可以以很多方式对曲面进行延伸。你可以将曲面延伸到某个已有的曲面，与其缝合或延伸到指定的实体表面，或者输入固定的延伸长度，或者直接拖动其红色箭头手柄，实时地将边界拖到想要的位置。另外，现在的可以对曲面进行修剪，可以用实体修剪，也可以
5、用另一个复杂的曲面进行修剪。首先，选取特定的曲面做为剪切工具，以绿色表示；然后，选取要保留的那一部分曲面，以淡绿色表示；没有选取的那部分曲面，以灰色表示，就会立刻被切除。你还可以将两个曲面或一个曲面一个实体进行弯曲操作，将保持其相关性，即当其中一个发生改变时，其他另一个会同时相应改变。3）工程图在 SolidWorks 的工程制图中引入了一个崭新的快速制图功能(即 RapidDraft)，它能迅速生成与三维零件和装配体暂时脱开的二维工程图，但依然保持与三维的全相关性。这样的功能使得从三维到二维的瓶颈问题得以彻底的解决。4）新特征SolidWorks 对倒圆角的处理添加了新的特征，使得倒角的功能
6、更加强大。在原有特征阵列的基础上，也增添了新的特征。另外，用户可以直接点取螺栓的尺寸，所有相关的数据都可以在电子版的机械零件手册中自动查到。5）装配用户不仅用 SolidWorks 软件来解决一般的零部件设计问题，越来越多的用户开始用 SolidWorks 软件处理系统级的大型装配设计，对大型装配体上载的速度也是要求越来越高。面对用户的需要，SolidWorks 从不同的角度对大型装配体的上载的速度进行了改进，包括分布式数据的处理和图形压缩技术的运用，使得大型装配体的性能提高了几十倍。1.3 传动方案的选择为了保证汽车轮胎自动拆卸机的工作质量和可靠性并且要满足汽车轮胎自动拆卸机的工作要求，为了
7、尽量同时达到这些要求，设计时要根据设计要求统筹兼顾，保证重点要求。所以确定了以下的传动方案。我们遵循传动方案的一般选择原则，首选圆柱齿轮传动，它的传动效率高。在传动比要求大大的情况下可选用蜗杆传动。由于转盘轴的的转速低故选用一级蜗杆减速器，此种方案结构紧凑，传动比大，但传动效率低，适用于不连续工作的机械。天津工程师范学院 2009 届本科生毕业设计3传动方案机构简图：如图 1-1 所示。图 1-1 传动方案机构简图本方案中蜗杆传动可实现较大的传动比，结构紧凑，传动平稳，但传动效率低。蜗杆和蜗轮有较大的齿面相对滑动速度，需要较好的润滑状况形成液体动力润滑油膜，可以提高承载能力和效率，延长使用寿命
8、。电动机与蜗杆间使用 V 型带传动，带传动的承载能力较小，传递相同转矩时，其结构尺寸要比其他传动形式的结构尺寸大，但传动平稳，能缓冲吸振，因此布置在高速级，即电动机后。天津工程师范学院 2009 届本科生毕业设计42 零部件的设计2.1 电动机的选择1）选择电动机的类型和结构型式按工作条件和要求，选用一般用途的 Y 系列三相异步电动机，为卧式封闭结构。2）电动机功率的选择预定轮胎自动拆卸机的阻力为 5000N,R 为半径T=FR=5000254=1270000 Nmm 轮胎自动拆卸机所需电动机功率为（2-1）（2-2）传动装置的总效率 应为组成传动装置的各个运动副效率乘积，即a（2-3）321
9、（2-4）齿承带aV 带传动的效率， 0.96带蜗杆传动的效率，0.75 0.82 ，取 0.75齿圆锥滚子轴承的效率，0.98承式中 Pw 轮胎自动拆卸机所需功率，指输至转盘的功率，W 由电动机至转盘的总效率F轮胎自动拆卸机的工作阻力，N v轮胎自动拆卸机的线速度，m/s对于载荷比较稳定，通常按照电动机的额定功率选择，而不必校核电动机的发热和起动转矩。选择电动机的功率时应保证电动机的额定功率 Ped 等于或稍大于轮胎自动拆卸机所需的电动机功率 Pd, 即PedPd （2-5）T轮胎自动拆卸机的阻力矩，N.m转盘的转速，r/min wnWTnFvpw9.30957120dpP天津工程师范学院
10、2009 届本科生毕业设计53）电动机的转速为实现转盘达到 6.5r/min,为了便于选择电动机转速，需先推算出电动机转速的可选范围。V 带传动的传动比常用范围为 = 24 ， 单级蜗杆传动比常用范带i围为 = 1040，则电动机转速可选范围为 =（24）齿i wdnin齿带（1040） =20 160 =（2060）7=140 1120r/min，符合这一范围的同wnwn步转速有 750，1000 r/min 。符合这一转速范畴的同步转速有 750r/min，1000 r/min，载荷平稳，电动机的额定功率 Ped 等于或稍大于轮胎自动拆卸机所需的电动机功率 Pd。根据容量和转速，由有关手册
11、查出有两种方案进行比较，查表得电动机数据及计算出的总传动比列于下表 2-1 所示 1。表 2-1 两种传动比方案电动机转速n / （r/min）传动装置的传动比方案电动机型号额定功率Ped/ KW同步转速满载转速总传动比V 带传动蜗杆传动1 Y100L-6 1.5 1000 940 144.6 4 36.152 Y132S-8 2.2 750 710 109.2 2.8 39方案 1 与方案 2 相比较，综合考虑电动机和传动装置的尺寸重量、价格以及总传动比，可以看出，如为使传动装置结构紧凑，选用方案 1 比较好。现在选用方案1，即选定电动机型号 Y100L-6 。4）总传动比总传动比为同时 齿
12、带 iia初选取带的传动比为 4，这样减速器的传动比为5）传动装置的运动和动力参数计算各轴的转速轴 r/min3.1790wmn6.3.14ai .234901带inm天津工程师范学院 2009 届本科生毕业设计6轴转盘轴 723n计算各轴的输入功率 轴 KWppdd 30.1965.11 带轴 5782 齿承转盘轴 .0.3齿承计算各轴的输入转矩电动机所需要的实际转矩即电动机的输出转矩 即（2-6）轴 mNiTd 68.529.0472.131带带 轴 13076852齿承齿转盘轴 .3齿承表 2-2 各轴运动和动力参数功率 P /KW 转矩 T （N.m）轴名输入 输出 输入 输出转速n（
13、r/min）传动比i效率电机轴1.35 13.72 9404 0.961 轴 1.30 52.68 23533.6 0.982 轴 0.95 1301 7转盘轴0.70 956.2 7 10.752.2 气缸的设计 1）根据工作机构运动要求选择气缸的类型 2。由于此气缸用在脱胎机转盘上，使卡爪做伸展和收缩运动，为此，应选双作用气缸，双作用气缸指两腔可以分别输入压缩空气，实现双向运动的气缸。其结构可6.1齿inpmdd9.05天津工程师范学院 2009 届本科生毕业设计7分为双作用双活塞杆式、单活塞杆式、双活塞式、缓冲式和非缓冲式等，而且双作用气缸的活塞行程可根据实际需要选定，双作用的力和速度不
14、同。出于减少气缸零件出发和脱胎机实际工作情况，选择双作用单出杆式的普通气缸。利用轴向支座MSI 式。如图 2-1 所示。图 2-1 双作用单出杆式的普通气2）根据工作机构对工作力的要求，确定活塞杆的推力或拉力的大小，选择气源供给压力，计算气缸直径和活塞杆直径 3。单出杆双作用气缸是使用最为广泛的一种普通气缸，因其只在活塞一侧有活塞杆，所以压缩空气作用在活塞两侧的有效面积不等。活塞左行时活塞产生推力 F1，活塞右行时，活塞杆产生拉力 F2。气缸工作时的总阻力 F2 与众多因素有关。如运动部件惯性力，背压阻力，密封处摩擦力等，以上因素可以以载荷 的形式计入公式，如要求气缸的静推力 F1 和静拉力
15、F2，则在计入载荷率后（2-7）（2-8）计入载荷率就能保证气缸工作时的动态特性。若气缸动态参数要求较高，其载荷率一般取 =0.30.5，速度高时取小值，速度低时取大值，若气缸动态参数要求一般，且工作频率高，其载荷率一般取 =0.30.5，速度高时取小值，速度低时取大值，若气缸动态参数要求一般，且工作频率低，基本是匀速，其载荷率可取=0.70.85。由此，可求得气缸直径 D。已知活塞杆推力 F1=1000N，活塞拉力 F 2=1000N，取 =0.85，当推力推动做功时。pDF214d)(22天津工程师范学院 2009 届本科生毕业设计8活塞直径：D= = =38.7 mm当拉力作功时，由于活
16、塞杆直径 d 可根据气缸拉力预先固定，详细计算见活塞杆的计算。估定活塞杆直径可按 d/D=0.20.3 计算（必要时也可取d/D=0.160.4）若 d/D=0.160.4，则可得，活塞直径：D=(1.011.09) =(1.011.09) =(39.142.2)mm活塞缸内直径圆整的标准值 D=50mm。3）由气缸直径及工作压力计算，选择缸壁厚，计算活塞杆直径（杆径也应圆整为标准值） 4。d/D=0.160.4 取 0.3 则 d=D0.3=15 mm最后, 活塞杆圆整后的值为 16 mm。4）根据工作机构任务的要求，确定活塞行程 l2，活塞杆长度 L 及缸筒长度l1。由于脱胎机转盘的直径为
17、 550mm。根据车轮直径而得出的而且气缸行程与其使用场合及工作机构的行程比有关，多数情况下不应使用满行程，以免活塞与气缸盖碰撞，尤其用于夹紧机构，为保证夹紧效果必须按计算行程多加 1020 的 mm 行程余量。根据脱胎机的具体工作情况，暂确定 l2=240 mm ，l1=260mm ，L=270mm。5）根据执行机构对活塞运动速度的要求，求出耗气量。其中脱胎机卡爪全分开需 6 秒钟,夹钳收缩需 4 秒钟。一个气缸的耗气量与其直径、行程、缸的动作时间及从换向阀到气缸导气管道的容积等有关。在实际应用中从换向阀到气缸导气管道的容积相比往往很小，故可忽率不记，那么气缸单位时间压缩空气消耗量可按下式计
18、算：无活塞杆腔每秒钟压缩空气消耗量)/(41pF85.014.3685.014.36pF24天津工程师范学院 2009 届本科生毕业设计9（2-smtsDqv 36213 10.754.0. 9） 有活塞杆腔每秒钟压缩空气消耗量（2-10） 则自由空气消耗量（2-11） qvz 每秒钟自由空气消耗量(m 3/s) 标准大气压(绝对) =1.01310 5PaPaap 气缸的工作压力( 绝对压力)( )当 时1v)(07439.106.25/56smpqavz当 时2vq6）活塞杆的校验在气缸工作过程中，活塞杆最好受拉力，但在很多场合，活塞杆是承受推力负载，对细长杆受压往往会产生弯曲变形，因此除
19、需要进行强度校验外，有时还要进行稳定性校验 5。强度校验应使活塞杆所承受的应力小于材料的许用应力，即 ，活塞杆材料是选)(0416.3./562smpavz)(102.4624.0.3)(322smtdDqvpqvvZ/dF41天津工程师范学院 2009 届本科生毕业设计1045 号钢，则得 =100Mpa因此 （2-12） 所以，满足强度要求。稳定性校验由于转盘直径选取为 550mm，所以活塞杆的长度 L 270mm，取钢的弹性模量为E=，取活塞杆的计算长度为 250mm ，安全系数 n=24 ，活塞杆安装系数为m 为（0.254）与安装形式有关。45 号钢弯曲疲劳极限为 MPa2451所以 L10d160mm需要进行稳定性校验（2-13）PaLAEdmpk9.140762M5因此，满足稳定性要求。7）气缸筒的壁厚计算缸筒直接承受压力，需有一定厚度，由于一般气缸筒壁与内径之比所以气缸壁厚可按下面的薄壁筒计算，选取缸筒的材料为 45 号钢，其 10/D（ 为气缸试验压力）tp通常计算出的缸筒壁厚度相当薄，但考虑到机械加工缸筒两端安装缸盖等需要，往往将气缸筒壁厚作适当加厚，且尽量选用标准内径和壁厚的钢管和铝合金管。壁厚，经圆整为标准值为 =5mm。)(6.31041mFdap10.2mpt 7.0125.MPa,
