畢業(yè)設計（論文）-機械舉升式發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架設計

摘要發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架是與汽車有關的教學和生產(chǎn)中必不可少的設備，可以為研究發(fā)動機總體構造和內(nèi)部結(jié)構以及工作原理提供很好的幫助。不論是在開有車輛工程專業(yè)的高校實驗室里，還是在開有汽車維修專業(yè)的職業(yè)類技術學實訓車間中；不論是汽車生產(chǎn)工廠的生產(chǎn)部門和研發(fā)部門，還是4s店和汽車維修廠的維修保養(yǎng)工位里，都離不開發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架。但是傳統(tǒng)的發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架只能實現(xiàn)發(fā)動機的翻轉(zhuǎn)功能，在現(xiàn)實工作與實訓過程中我們往往還需要實現(xiàn)發(fā)動機的舉升功能，以便于更加仔細的觀察學習發(fā)動機的結(jié)構或更加方便的拆卸組裝發(fā)動機零部件。為了解決傳統(tǒng)的發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架無法升降的問題，我設計了一款帶有舉升功能的機械式發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架。設計的主要內(nèi)容包括臺架的設計，發(fā)動機舉升裝置的設計和發(fā)動機翻轉(zhuǎn)裝置的設計。其中臺架的設計包括底盤的設計，立柱的設計，翻轉(zhuǎn)臺的設計與箱體的設計。舉升裝置的設計原理是通過搖動舉升手輪帶動舉升手輪軸上的蝸桿旋轉(zhuǎn)，蝸桿再通過嚙合傳動帶動升降軸上的蝸輪旋轉(zhuǎn)，蝸輪再通過半圓鍵連接帶動升降軸旋轉(zhuǎn)，最后通過升降軸上的外螺紋與翻轉(zhuǎn)臺上的內(nèi)螺紋進行螺紋傳動實現(xiàn)發(fā)動機的升降功能。而翻轉(zhuǎn)功能的設計原理是通過搖動翻轉(zhuǎn)手輪帶動翻轉(zhuǎn)手輪軸上的蝸桿轉(zhuǎn)動，蝸桿再通過嚙合傳動帶動翻轉(zhuǎn)軸上的蝸輪旋轉(zhuǎn)，蝸輪再通過半圓鍵連接帶動翻轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，最后翻轉(zhuǎn)軸帶動發(fā)動機夾具實現(xiàn)發(fā)動機的翻轉(zhuǎn)功能。關鍵詞：翻轉(zhuǎn)臺架;舉升式;蝸輪蝸桿;機械傳動。

AbstractEngineturntableisanindispensableequipmentinteachingandproductionrelatedtoautomobile,whichcanprovideagoodhelpforthestudyoftheoverallstructureandinternalstructureofengineaswellasitsworkingprinciple.Whetherinauniversitylaboratorywithavehicleengineeringmajororinaprofessionaltechnicaltrainingworkshopwithacarmaintenancemajor,whetherintheproductiondepartmentandR&Ddepartmentofanautomobileproductionplant,Or4sshopandcarrepairandmaintenanceofthestation,cannotbeseparatedfromtheengineflipbench.Butthetraditionalengineflipbenchcanonlyrealizetheturningfunctionoftheengine.Itisalsonecessarytorealizetheliftingfunctionoftheenginesoastomakeiteasiertoobserveandlearnthestructureoftheengineortodisassembleandassembletheenginepartsmoreconveniently.Inordertosolvetheproblemthatthetraditionalenginefliptablecannotbelifted,Idesignedamechanicalenginefliptablewithliftingfunction.Themaincontentsofthedesignincludethedesignofthebench,thedesignoftheengineliftdeviceandthedesignoftheengineflipdevice.Thedesignofbenchincludeschassisdesign,columndesign,turntabledesignandboxdesign.Thedesignprincipleoftheliftingdeviceistodrivethewormrotationontheliftinghandwheelshaftbyshakingtheliftinghandwheel,andthewormdrivethewormwheelrotationontheliftingshaftthroughthemeshingdrive.Finally,thethreaddriveisrealizedbytheexternalthreadontheliftingshaftandtheinternalthreadonthefliptable.Theascendinganddescendingfunctionofamotive.Thedesignprincipleoftheflippingfunctionistoturnthewormonthefliphandwheelshaftbyshakingthehandwheel,andthewormwheelonthefliphandwheelshafttorotatethroughthemeshingdrive,soastorealizetheturningfunctionoftheengine.Keywords:flippingstand;liftingtype;wormandworm;mechanicaltransmission.

目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 11緒論 41.1課題背景 41.2發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架的發(fā)展情況 52總體設計 63臺架的設計 83.1底盤與立柱的設計 83.2翻轉(zhuǎn)臺的設計 93.3箱體的設計 104.1舉升裝置組成及原理 124.2手輪軸與升降軸參數(shù)計算 134.2.1手輪軸與升降軸轉(zhuǎn)速計算 134.2.2舉升手輪軸與升降軸功率的計算 134.2.3手輪軸與升降軸的輸入轉(zhuǎn)矩的計算 144.3蝸輪蝸桿的設計計算 144.3.1蝸輪蝸桿中心距的計算 144.3.2蝸桿與蝸輪主要參數(shù)與幾何尺寸 154.4軸的設計與校核 164.4.1軸的設計 164.4.2蝸桿軸的受力分析 174.4.3蝸桿軸在垂直方向內(nèi)受力 184.4.4蝸桿軸在水平方向內(nèi)受力 184.4.5蝸桿軸在水平面支反力 194.4.6渦桿軸垂直面彎矩 194.4.7渦桿軸水平面彎矩 194.4.8渦桿軸合成彎矩 194.4.9蝸桿軸扭矩計算 194.4.9危險截面當量計算 195翻轉(zhuǎn)裝置設計 215.1翻轉(zhuǎn)裝置組成及原理 215.2蝸輪蝸桿參數(shù)計算 215.2.1翻轉(zhuǎn)手輪軸與翻轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速計算 215.2.2翻轉(zhuǎn)手輪軸與翻轉(zhuǎn)軸輸入功率的計算 215.2.3翻轉(zhuǎn)手輪軸與翻轉(zhuǎn)軸的輸入轉(zhuǎn)矩的計算 225.3蝸輪蝸桿的設計計算 225.3.1蝸輪蝸桿中心距的計算 225.3.2蝸桿與蝸輪主要參數(shù)與幾何尺寸 235.4軸的設計與校核 245.4.1軸的設計 245.4.2蝸桿軸的受力分析 255.4.3蝸桿軸在垂直方向內(nèi)受力 265.4.4蝸桿軸在水平方向內(nèi)受力 265.4.5蝸桿軸在水平面支反力 275.4.6渦桿軸垂直面彎矩 275.4.7渦桿軸水平面彎矩 275.4.8渦桿軸合成彎矩 275.4.9蝸桿軸扭矩計算 275.4.9危險截面當量計算 276萬能安裝夾具設計 29結(jié)束語 31參考文獻 32致謝 33

1緒論1.1課題背景隨著我國人民生活水平的不斷提高，人均可支配收入日漸增多，汽車對人們來說不再是奢侈品，買車的人越來越多，全國汽車保有量也越來越大。隨著汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，與之相關的汽車教學，汽車維修，汽車生產(chǎn)，汽車研發(fā)等行業(yè)都發(fā)展迅速。發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架是與汽車有關的教學，生產(chǎn)與維修中必不可少的設備，可以為研究發(fā)動機總體構造，內(nèi)部結(jié)構和工作原理提供很好的幫助。不論是在開有車輛工程專業(yè)的高校實驗室里，還是在開有汽車維修專業(yè)的職業(yè)類技術學實訓車間中；不論是汽車生產(chǎn)工廠的生產(chǎn)部門和研發(fā)部門，還是4s店和汽車維修廠的維修保養(yǎng)工位里，都離不開發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架。但是傳統(tǒng)的發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架往往只能實現(xiàn)發(fā)動機的翻轉(zhuǎn)功能，在現(xiàn)實工作與實訓過程中我們還需要實現(xiàn)發(fā)動機的舉升功能，以便于更加仔細的觀察學習發(fā)動機的結(jié)構或更加方便的拆卸組裝發(fā)動機零部件。為了解決傳統(tǒng)的發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架無法升降的問題，我設計了一款帶有舉升功能的機械式發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架。設計的主要內(nèi)容包括翻轉(zhuǎn)臺架底盤的設計，發(fā)動機舉升裝置的設計和發(fā)動機翻轉(zhuǎn)裝置的設計。其中臺架的設計包括底盤的設計，立柱的設計，翻轉(zhuǎn)臺的設計與箱體的設計。舉升裝置的設計原理是通過搖動舉升手輪帶動舉升手輪軸上的蝸桿旋轉(zhuǎn)，蝸桿再通過嚙合傳動帶動升降軸上的蝸輪旋轉(zhuǎn)，蝸輪再通過半圓鍵連接帶動升降軸旋轉(zhuǎn)，最后通過升降軸上的外螺紋與翻轉(zhuǎn)臺上的內(nèi)螺紋進行螺紋傳動實現(xiàn)發(fā)動機的升降功能。而翻轉(zhuǎn)功能的設計原理是通過搖動翻轉(zhuǎn)手輪帶動翻轉(zhuǎn)手輪軸上的蝸桿轉(zhuǎn)動，蝸桿再通過嚙合傳動帶動翻轉(zhuǎn)軸上的蝸輪旋轉(zhuǎn)，蝸輪再通過半圓鍵連接帶動翻轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，最后翻轉(zhuǎn)軸帶動發(fā)動機夾具實現(xiàn)發(fā)動機的翻轉(zhuǎn)功能。1.2發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架的發(fā)展情況從世界上第一臺發(fā)動機被發(fā)明之后，發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架就走進了歷史的舞臺，到現(xiàn)在已經(jīng)有100多年的歷史了。從功能上看，最開始的發(fā)動機臺架只是一個放置發(fā)動機的固定的架子，后來隨著人們對發(fā)動機翻轉(zhuǎn)功能和舉升功能的需要，慢慢發(fā)展成了分別帶有發(fā)動機翻轉(zhuǎn)功能的發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架和發(fā)動機舉升功能的發(fā)動機舉升臺架，再然后將這兩種功能合二為一，發(fā)展成了具有舉升功能的發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架。從動力上看，最開始的發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架是靠人工搖動手輪提供動力的機械式發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架，這種機械式的發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架工作效率低下，費時費力，不能在有限的時間內(nèi)實現(xiàn)發(fā)動機的快速舉升和翻轉(zhuǎn)。隨著電控技術和液壓技術的成熟，慢慢發(fā)展成了利用電機系統(tǒng)提供動力的電控式發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架和利用液壓系統(tǒng)提供動力的液壓式發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架，這兩種發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架工作效率高，人只需操作按鈕即可，可以在有限的時間內(nèi)實現(xiàn)發(fā)動機的快速舉升和翻轉(zhuǎn)。從用途上看，最開始的發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架只是用于汽車生產(chǎn)與研發(fā)，隨著汽車的迅速普及，越來越多的學校開設了與汽車有關的車輛工程專業(yè)，汽車維修專業(yè)以及汽車服務專業(yè)，各種類型的汽車4s店和汽車維修廠也在大中小城市遍地開花。不論是在開有車輛工程專業(yè)的高校實驗室里，還是在開有汽車維修專業(yè)的職業(yè)類技術學實訓車間中；不論是汽車生產(chǎn)工廠的生產(chǎn)部門和研發(fā)部門，還是4s店和汽車維修廠的維修保養(yǎng)工位里，發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架的用途越來越多。

2總體設計為了解決傳統(tǒng)的發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架無法升降的問題，我設計了一款帶有舉升功能的機械式發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架。設計的主要內(nèi)容包括以下幾項：翻轉(zhuǎn)臺架底盤的設計發(fā)動機舉升裝置的設計發(fā)動機翻轉(zhuǎn)裝置的設計萬年安裝夾具的設計翻轉(zhuǎn)臺移動裝置的設計臺架是發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架的主要組成部分，相當于發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架的骨架。發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架上的傳動裝置，例如蝸輪蝸桿，軸和軸承等都是以臺架為基礎進行安裝的。因此臺架設計是發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架設計的基礎，我們首先應該進行臺架的設計，設計好總體尺寸，才能進一步設計發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架其他裝置。臺架的設計包括底盤的設計，立柱的設計，翻轉(zhuǎn)臺的設計與箱體的設計。舉升裝置由舉升手輪，舉升手輪軸，升降軸，升降軸蝸輪和翻轉(zhuǎn)臺五個部分及滾動軸承組成。舉升裝置的設計原理是通過搖動舉升手輪帶動舉升手輪軸上的蝸桿旋轉(zhuǎn)，蝸桿再通過嚙合傳動帶動升降軸上的蝸輪旋轉(zhuǎn)，蝸輪再通過半圓鍵連接帶動升降軸旋轉(zhuǎn)，最后通過升降軸上的外螺紋與翻轉(zhuǎn)臺上的內(nèi)螺紋進行螺紋傳動實現(xiàn)發(fā)動機的升降功能。翻轉(zhuǎn)裝置由翻轉(zhuǎn)手輪，翻轉(zhuǎn)手輪軸，翻轉(zhuǎn)軸，翻轉(zhuǎn)軸蝸輪，翻轉(zhuǎn)臺和箱體六個部分及滾動軸承組成。翻轉(zhuǎn)功能的設計原理是通過搖動翻轉(zhuǎn)手輪帶動翻轉(zhuǎn)手輪軸上的蝸桿轉(zhuǎn)動，蝸桿再通過嚙合傳動帶動翻轉(zhuǎn)軸上的蝸輪旋轉(zhuǎn)，蝸輪再通過半圓鍵連接帶動翻轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，最后翻轉(zhuǎn)軸帶動發(fā)動機夾具實現(xiàn)發(fā)動機的翻轉(zhuǎn)功能。萬能安裝夾具由夾具盤，4個萬向爪和螺栓螺母組成。萬能安裝夾具的設計原理是通過翻轉(zhuǎn)軸帶動夾具盤旋轉(zhuǎn)，夾具盤帶動四個萬向爪旋轉(zhuǎn)，萬向爪再通過萬向爪頭上的螺栓帶動發(fā)動機旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)發(fā)動機的翻轉(zhuǎn)功能。移動裝置可以實現(xiàn)發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架的移動和固定兩個功能。為了實現(xiàn)發(fā)動機翻轉(zhuǎn)架的移動功能，我在發(fā)動機翻轉(zhuǎn)架前部安裝了2個萬向輪，后部安裝了2個定輪，萬向輪可以讓發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架向各個方向移動。為了實現(xiàn)發(fā)動機翻轉(zhuǎn)架的固定功能，我還在每個輪子上都設計了鎖死機構，鎖死后發(fā)動機翻轉(zhuǎn)架不能移動，方便對發(fā)動機進行研究學習和拆卸維修。圖2.1發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架整體設計如圖所示，我設計的發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架長度為1000mm，寬度為700mm，高度為950mm，可調(diào)高度為600到800mm，最大舉升重量為300kg。該發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架整體用鋼結(jié)構制造而成，不但可以實現(xiàn)發(fā)動機的舉升功能和翻轉(zhuǎn)功能，還可以隨時移動和固定。該發(fā)動機翻轉(zhuǎn)架安全可靠，功能和工作原理明確、結(jié)構簡單，成本低廉，滿足工作需要。

3臺架的設計臺架是發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架的主要組成部分，相當于發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架的骨架。發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架上的傳動裝置，例如蝸輪蝸桿，軸和軸承等都是以臺架為基礎進行安裝的。因此臺架設計是發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架設計的基礎，我們首先應該進行臺架的設計，設計好總體尺寸，才能進一步設計發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架其他裝置。臺架的設計包括底盤的設計，立柱的設計，翻轉(zhuǎn)臺的設計與箱體的設計。下面分別進行設計說明：3.1底盤與立柱的設計底盤是發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架安裝的基礎，許多發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架零部件都是以底盤作為基準面進行安裝的。底盤的上基準面安裝有立柱和舉升軸底座，承載了翻轉(zhuǎn)臺架和發(fā)動機的全部重量。而底盤的下基準面安裝有兩個定輪和兩個萬向輪，可以實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)臺架的移動和固定。和底盤一樣，立柱也是發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架安裝的基礎，翻轉(zhuǎn)臺架的舉升裝置和翻轉(zhuǎn)裝置都是以立柱為基準進行安裝的。立柱左右兩側(cè)安裝有舉升手輪軸承孔座，用于安放舉升手輪軸及其軸承。立柱的中間和下面安裝有舉升軸軸承孔座，用來安放舉升軸即其軸承。立柱的上表面還放有一個托盤，用來放置發(fā)動機拆卸下來的零部件和拆卸工具。立柱的一側(cè)還安裝有一個工具盒，用來放置發(fā)動機拆卸工具。為了使底盤與立柱連接牢固，方便日后維護，并且結(jié)構簡單不易損壞，我直接把底盤和立柱焊接成一個整體。其中底盤部分采用50×50×3mm的方鋼焊接而成，底盤長度為1000mm，底盤寬度為700mm。立柱部分采用5mm的薄鋼板焊接而成，立柱長度為150mm，立柱寬度為50mm，立柱高度為780mm。圖3.1底盤和立柱3.2翻轉(zhuǎn)臺的設計翻轉(zhuǎn)臺分成上部的翻轉(zhuǎn)平臺和下部的舉升圓筒兩個部分。上部的翻轉(zhuǎn)平臺用來實現(xiàn)發(fā)動機的翻轉(zhuǎn)功能，是翻轉(zhuǎn)裝置安裝的基礎。而下部的圓筒用來和升降軸一起實現(xiàn)發(fā)動機的升降功能，是升降裝置安裝的基礎。翻轉(zhuǎn)臺下部圓筒的內(nèi)螺紋通過螺紋連接與舉升軸上部的外螺紋連接在一起，可以隨著舉升軸的旋轉(zhuǎn)而上下運動。翻轉(zhuǎn)臺的兩側(cè)有翻轉(zhuǎn)軸承孔座，用來安裝翻轉(zhuǎn)軸即其軸承。翻轉(zhuǎn)臺前部通過螺栓與翻轉(zhuǎn)托盤連接在一起，可以實現(xiàn)發(fā)動機的翻轉(zhuǎn)功能。而翻轉(zhuǎn)臺的后部通過螺栓與箱體連接在一起，起到固定箱體的作用。我設計的翻轉(zhuǎn)臺是使用10mm的鋼板焊接而成，其長度為200mm，寬度為200mm，高度為70mm，軸承孔的直徑為40mm。下部圓筒的外徑為40mm，內(nèi)徑為30mm，長度為200mm，并且攻有與舉升軸相配套的內(nèi)螺紋。圖3.2翻轉(zhuǎn)臺3.3箱體的設計和翻轉(zhuǎn)臺一樣，箱體也是翻轉(zhuǎn)裝置安裝的基礎。箱體的左右兩側(cè)安裝有翻轉(zhuǎn)手輪軸承座，用來安裝翻轉(zhuǎn)手輪軸及其軸承。箱體的后側(cè)安裝有圓筒，用來和翻轉(zhuǎn)軸的軸肩一起固定翻轉(zhuǎn)軸蝸輪。箱體的前面通過螺栓和翻轉(zhuǎn)臺連接在一起，起到固定作用。我設計的箱體是使用厚度為5mm的鋼板焊接而成，其長度為200mm，寬度為100mm，高度為180mm，軸承座孔的直徑為30mm。圖3.3箱體

4舉升裝置設計4.1舉升裝置組成及原理舉升裝置由舉升手輪，舉升手輪軸，升降軸，升降軸蝸輪和翻轉(zhuǎn)臺五個部分及滾動軸承組成。舉升手輪與舉升手輪軸之間用花鍵連接，舉升手輪外側(cè)用鎖緊螺母與舉升手輪軸的凸緣鎖緊。舉升手輪軸上鑄造有蝸桿結(jié)構，可以和升降軸上的蝸輪嚙合傳動。舉升手輪軸兩側(cè)與立柱接觸的部分安裝有滾動軸承，實現(xiàn)舉升手輪軸的滾動功能。升降軸中部通過半圓鍵與蝸輪連接，軸向通過升降軸的軸肩實現(xiàn)固定。升降軸頂部攻有外螺紋，通過螺紋連接與翻轉(zhuǎn)臺圓筒的內(nèi)螺紋連接在一起，實現(xiàn)舉升裝置的舉升功能。升降軸下部和中上部與立柱接觸的部分安裝有滾動軸承，實現(xiàn)升降軸的轉(zhuǎn)動。舉升裝置的設計原理是通過搖動舉升手輪帶動舉升手輪軸上的蝸桿旋轉(zhuǎn)，蝸桿再通過嚙合傳動帶動升降軸上的蝸輪旋轉(zhuǎn)，蝸輪再通過半圓鍵連接帶動升降軸旋轉(zhuǎn)，最后通過升降軸上的外螺紋與翻轉(zhuǎn)臺上的內(nèi)螺紋進行螺紋傳動實現(xiàn)發(fā)動機的升降功能。圖4-1舉升裝置設計原理1舉升手輪2舉升手輪軸花鍵3滾動軸承4滾動軸承5蝸輪6蝸桿7舉升軸8翻轉(zhuǎn)臺圓筒9翻轉(zhuǎn)臺4.2手輪軸與升降軸參數(shù)計算4.2.1手輪軸與升降軸轉(zhuǎn)速計算考慮到該發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架的舉升功能靠人搖動舉升手輪提供動力，初步選取人能夠每秒搖動舉升手輪一圈，即人搖動舉升手輪的速度為60r/min，則蝸桿軸的轉(zhuǎn)速與人搖動舉升手輪的速度相同為60r/min。通過查閱機械設計手冊，我們可以知道蝸輪蝸桿傳動的傳動比范圍是10到40，則渦輪軸的轉(zhuǎn)速范圍為60/（10~40)=1.5~6r/min,初步選取渦輪軸轉(zhuǎn)速為2r/min。傳動比為蝸桿軸（舉升手輪軸）轉(zhuǎn)速與蝸輪軸（升降軸）轉(zhuǎn)速的比值，即60/2=304.2.2舉升手輪軸與升降軸功率的計算假設發(fā)動機和發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架上翻轉(zhuǎn)裝置的總重量為300kg，翻轉(zhuǎn)臺上升的速度為0.1m/s,舉升高度為200mm。則舉升機的輸出功率為人搖動舉升手輪的功率式中：總傳動效率；：蝸輪蝸桿傳動效率，取蝸輪蝸桿傳動效率為0.7；：螺紋傳動效率，取螺紋傳動效率為0.4；：蝸桿軸滾動軸承傳動效率，取蝸桿軸滾動軸承傳動效率為0.98；：蝸輪軸滾動軸承傳動效率，取蝸輪軸滾動軸承傳動效率為0.98；：聯(lián)軸器傳動效率，取聯(lián)軸器傳動效率為0.99；故蝸桿軸（舉升手輪軸）的功率為：蝸輪軸（升降軸）的功率為：4.2.3手輪軸與升降軸的輸入轉(zhuǎn)矩的計算蝸桿軸（舉升手輪軸）的輸入轉(zhuǎn)矩為：螺桿軸（升降軸）的輸入轉(zhuǎn)矩為：綜上所述，手輪軸與升降軸的參數(shù)如下表所示：表4.1軸號轉(zhuǎn)速n/（r/min）功率P/KW轉(zhuǎn)矩T/()傳動比i舉升手輪軸601.10175.130升降軸20.783724.54.3蝸輪蝸桿的設計計算4.3.1蝸輪蝸桿中心距的計算蝸輪蝸桿傳動中心距：式中：T1為蝸輪上的轉(zhuǎn)矩，由上面求得蝸輪軸的輸入轉(zhuǎn)矩為3724.5NmK為載荷系數(shù)，載荷系數(shù)，式中KA為使用系數(shù)，取使用系數(shù)為1.15；KB為載荷不均勻系數(shù)，取載荷不均勻系數(shù)為1；Kv為動載荷系，取動載荷系為1.05.所以載荷系數(shù)為材料彈性影響系數(shù)，查機械設計手冊得材料彈性影響系數(shù)為160Mp；為載荷接觸系數(shù)，查機械設計手冊得載荷接觸系數(shù)為2.8為接觸應力，查機械設計手冊得接觸應力為為200MP。代入以上數(shù)據(jù)求得蝸輪蝸桿中心距為：=mm4.3.2蝸桿與蝸輪主要參數(shù)與幾何尺寸(1)選擇蝸桿頭數(shù)，蝸輪齒數(shù)，按傳動比為30，取:Z1=1Z2=30(2)確定模數(shù)蝸桿分度圓直徑，模數(shù)：mm取模數(shù)m=1.6，查機械設計手冊可得分度圓直徑為28，蝸桿直徑系數(shù)q=17.5;表4.2故有蝸桿分度圓直徑：d1=mq=1.6×17.5=28此時，螺紋升角為：r=3.27°(3)確定中心矩：a=5（q+Z2）=5×（17.5+30）=237.5mm＞30.7mm故接觸強度夠用。蝸桿蝸輪各部分尺寸計算（1）蝸桿齒頂圓直徑da1=m（q+2）=1.6×（17.5+2）=31.2mm齒根圓直徑df1=m（q-2.4）=1.6×（17.5-2.4）=24.2mm導程角r=3.27°軸向齒距pa1=πm=3.14×1.6=5.02mm分度圓直徑d1=mq=1.6×17.5=28mm徑向間隙c=0.20m=1.6×0.20=0.32mm（2）蝸輪齒頂圓直徑da1=m（z2+2）=1.6×（30+2）=51.2mm齒根圓直徑：df2=m（z2-2.4）=1.6×（30-2.4）=44.2mm分度圓直徑d1=mz2=1.6×30=48mm蝸輪齒寬：B=0.75da1=0.75×31.2=23.4mm4.4軸的設計與校核4.4.1軸的設計蝸桿尺寸確定圖4.1蝸桿軸各段尺寸舉升蝸桿軸的第一段用來安裝滾動軸承，該部分承受圓周力，其直徑d1=24mm，長度l1=15mm。（2）舉升蝸桿軸的第二段是蝸桿部分，該部分承受軸向力，總長度l2=290mm，直徑d2=28mm，螺紋長度為90mm，齒頂圓直徑為31.2mm，齒根圓直徑為24.2mm，齒距為5.02mm。（3）舉升蝸桿軸的第三段也是用來安裝滾動軸承，其直徑d3=24mm，長度l3=15mm。（4）舉升蝸桿軸的第四段是用來連接舉升手輪，其直徑d4=15mm，長度l4=60mm。舉升蝸桿軸與舉升手輪通過花鍵連接在一起，外部通過鎖緊螺母和舉升蝸桿軸的凸緣進行鎖緊固定。蝸輪軸尺寸確定圖4.2蝸輪軸各段尺寸舉升蝸輪軸的第一段用來和翻轉(zhuǎn)臺圓筒通過螺紋傳動實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)臺的升降功能，其齒頂圓直徑為30mm，齒根圓直徑為25mm，長度為200mm（2）舉升蝸輪軸的第二段用來安裝舉升蝸輪，其直徑為30mm，長度為23.4mm。舉升蝸輪軸上有5mmx5mmx23.4mm的鍵槽，舉升蝸輪和舉升蝸輪軸通過平鍵連接在一起，軸向靠舉升蝸輪軸軸肩實現(xiàn)固定。（3）舉升蝸輪軸的第三段用來固定舉升蝸輪，其直徑為40mm，長度為17mm。（4）舉升蝸輪軸的第四段用來安裝滾動軸承，其直徑為30mm，長度為150mm。（4）舉升蝸輪軸的第四段也是用來安裝滾動軸承，其直徑為24mm，長度為30mm。4.4.2蝸桿軸的受力分析蝸桿參數(shù)：功率：P1=1.10KW轉(zhuǎn)速：n1=60r/min扭矩：T1=175.1Nmm，總長度l=370mm圓周力：軸向力：徑向力：圖4.3蝸桿軸受力分析4.4.3蝸桿軸在垂直方向內(nèi)受力由可以得到圖4.4蝸桿軸垂直方向受力分析4.4.4蝸桿軸在水平方向內(nèi)受力圖4.5蝸桿軸水平方向受力分析4.4.5蝸桿軸在水平面支反力4.4.6渦桿軸垂直面彎矩4.4.7渦桿軸水平面彎矩4.4.8渦桿軸合成彎矩4.4.9蝸桿軸扭矩計算4.4.9危險截面當量計算危險截面當量彎矩可由下式計算：始終為折合系數(shù)，取=0.6將以上數(shù)據(jù)帶入計算，得最小直徑可由下式計算：式中[]為極限應力，查表得[]=55MPa將以上數(shù)據(jù)帶入計算，得由于軸的最小直徑為15mm，大于12.5mm，所以該蝸桿軸是安全的。

5翻轉(zhuǎn)裝置設計5.1翻轉(zhuǎn)裝置組成及原理翻轉(zhuǎn)裝置由翻轉(zhuǎn)手輪，翻轉(zhuǎn)手輪軸，翻轉(zhuǎn)軸，翻轉(zhuǎn)軸蝸輪，翻轉(zhuǎn)臺和箱體六個部分及滾動軸承組成。翻轉(zhuǎn)手輪與翻轉(zhuǎn)手輪軸之間用花鍵連接，翻轉(zhuǎn)手輪外側(cè)用鎖緊螺母與翻轉(zhuǎn)手輪軸的凸緣鎖緊。翻轉(zhuǎn)手輪軸上鑄造有蝸桿結(jié)構，可以和翻轉(zhuǎn)軸上的蝸輪嚙合傳動。翻轉(zhuǎn)手輪軸兩側(cè)與箱體接觸的部分安裝有滾動軸承實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)手輪軸的滾動功能。翻轉(zhuǎn)軸中部通過半圓鍵與蝸輪連接，軸向通過翻轉(zhuǎn)軸的軸肩實現(xiàn)固定。翻轉(zhuǎn)軸前后兩側(cè)與翻轉(zhuǎn)臺接觸的部分安裝有滾動軸承，實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動。翻轉(zhuǎn)軸的前側(cè)與夾具盤焊接在一起，實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)裝置的翻轉(zhuǎn)功能。翻轉(zhuǎn)功能的設計原理是通過搖動翻轉(zhuǎn)手輪帶動翻轉(zhuǎn)手輪軸上的蝸桿轉(zhuǎn)動，蝸桿再通過嚙合傳動帶動翻轉(zhuǎn)軸上的蝸輪旋轉(zhuǎn)，蝸輪再通過半圓鍵連接帶動翻轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，最后翻轉(zhuǎn)軸帶動發(fā)動機夾具盤實現(xiàn)發(fā)動機的翻轉(zhuǎn)功能。5.2蝸輪蝸桿參數(shù)計算5.2.1翻轉(zhuǎn)手輪軸與翻轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速計算考慮到該發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架的翻轉(zhuǎn)功能靠人搖動翻轉(zhuǎn)手輪提供動力，初步選取人能夠每秒搖動翻轉(zhuǎn)手輪一圈，即人搖動舉升手輪的速度為60r/min，則蝸桿軸的轉(zhuǎn)速與人搖動舉升機翻轉(zhuǎn)手輪的速度相同為60r/min。通過查閱機械設計手冊，我們可以知道蝸輪蝸桿傳動的傳動比范圍是10到40，則渦輪軸的轉(zhuǎn)速范圍為60/（10~40)=1.5~6r/min,初步選取渦輪軸轉(zhuǎn)速為2r/min。傳動比為蝸桿軸（翻轉(zhuǎn)手輪軸）轉(zhuǎn)速與蝸輪軸（翻轉(zhuǎn)軸）轉(zhuǎn)速的比值，即60/2=305.2.2翻轉(zhuǎn)手輪軸與翻轉(zhuǎn)軸輸入功率的計算假設人用手搖動翻轉(zhuǎn)手輪軸的功率為=0.1KW，人搖動翻轉(zhuǎn)手輪的功率式中：總傳動效率；：蝸輪蝸桿傳動效率，取蝸輪蝸桿傳動效率為0.7；：蝸桿軸滾動軸承傳動效率，取蝸桿軸滾動軸承傳動效率為0.98；：蝸輪軸滾動軸承傳動效率，取蝸輪軸滾動軸承傳動效率為0.98；：聯(lián)軸器傳動效率，取聯(lián)軸器傳動效率為0.99；故蝸桿軸（翻轉(zhuǎn)手輪軸）的功率為：螺桿軸(翻轉(zhuǎn)軸）的功率為：5.2.3翻轉(zhuǎn)手輪軸與翻轉(zhuǎn)軸的輸入轉(zhuǎn)矩的計算蝸桿軸（翻轉(zhuǎn)手輪軸）的輸入轉(zhuǎn)矩為：螺桿軸（翻轉(zhuǎn)軸）的輸入轉(zhuǎn)矩為：綜上所述，手輪軸與升降軸的參數(shù)如下表所示：表5.1軸號轉(zhuǎn)速n/（r/min）功率P/KW轉(zhuǎn)矩T/()傳動比i蝸桿軸600.115.930蝸輪軸20.07334.55.3蝸輪蝸桿的設計計算5.3.1蝸輪蝸桿中心距的計算蝸輪蝸桿傳動中心距：式中：T1為蝸輪上的轉(zhuǎn)矩，由上面求得蝸輪軸的輸入轉(zhuǎn)矩為334.5NmK為載荷系數(shù)，載荷系數(shù)，式中KA為使用系數(shù)，取使用系數(shù)為1.15；KB為載荷不均勻系數(shù)，取載荷不均勻系數(shù)為1；Kv為動載荷系，取動載荷系為1.05.所以載荷系數(shù)為材料彈性影響系數(shù)，查機械設計手冊得材料彈性影響系數(shù)為160Mp；為載荷接觸系數(shù)，查機械設計手冊得載荷接觸系數(shù)為2.8為接觸應力，查機械設計手冊得接觸應力為200Mp。代入以上數(shù)據(jù)求得蝸輪蝸桿中心距為：=12.75.3.2蝸桿與蝸輪主要參數(shù)與幾何尺寸(1)選擇蝸桿頭數(shù)，蝸輪齒數(shù)，按傳動比為60，取:Z1=1Z2=30(2)確定模數(shù)蝸桿分度圓直徑，模數(shù)：表5.2取模數(shù)m=1，查機械設計手冊可得蝸桿直徑系數(shù)q=18;故有蝸桿分度圓直徑：d1=mq=1×18=18此時，螺紋升角為：r=3.6°(3)確定中心矩：a=m（q+Z2）/2=1×（18+30）/2=24mm＞12.7mm故接觸強度夠用。4.3.3蝸桿蝸輪各部分尺寸計算（1）蝸桿齒頂圓直徑da1=m（q+2）=1×（18+2）=20mm齒根圓直徑df1=m（q-2.4）=1×（18-2.4）=15.6mm導程角r=3.6°軸向齒距pa1=πm=3.14×1=3.14分度圓直徑d1=mq=1×18=18mm徑向間隙c=0.20m=1×0.20=0.20mm（2）蝸輪齒根圓直徑：df2=m（z2-2.4）=1×（30-2.4）=27.6mm齒頂圓直徑：df2=m（z2+2.4）=1×（30+2.4）=32.4mm分度圓直徑：d2=mz2=1×30=30mm蝸輪齒寬：B=0.75da1=0.75×20=15mm5.4軸的設計與校核5.4.1軸的設計翻轉(zhuǎn)蝸桿軸尺寸確定圖5.1蝸桿軸各段尺寸（1）翻轉(zhuǎn)蝸桿軸的第一段用來安裝滾動軸承，該部分承受圓周力，其直徑d1=16mm，長度l1=15mm。（2）舉升蝸桿軸的第二段是蝸桿部分，該部分承受軸向力，總長度l2=290mm，直徑d2=18mm，螺紋長度為45mm，齒頂圓直徑為20mm，齒根圓直徑為15.6mm，齒距為3.14mm。（3）舉升蝸桿軸的第三段也是用來安裝滾動軸承，其直徑d3=16mm，長度l3=15mm。（4）舉升蝸桿軸的第四段是用來連接舉升手輪，其直徑d4=14mm，長度l4=125mm。舉升蝸桿軸與舉升手輪通過花鍵連接在一起，外部通過鎖緊螺母和舉升蝸桿軸的凸緣進行鎖緊固定。翻轉(zhuǎn)蝸輪軸尺寸確定圖5.2蝸輪軸各段尺寸（1）翻轉(zhuǎn)蝸輪軸的第二段用來安裝翻轉(zhuǎn)蝸輪，其直徑為18mm，長度為52.5mm。翻轉(zhuǎn)蝸輪軸上有16mm長的鍵槽，翻轉(zhuǎn)蝸輪和翻轉(zhuǎn)蝸輪軸通過平鍵連接在一起，軸向靠翻轉(zhuǎn)蝸輪軸軸肩和箱體的固定圓筒實現(xiàn)固定。（2）翻轉(zhuǎn)蝸輪軸的第二段用來安裝滾動軸承，其直徑為25mm，長度為67.5mm。（3）翻轉(zhuǎn)蝸輪軸的第三段用來固定滾動軸承，其直徑為30mm，長度為156mm。（4）翻轉(zhuǎn)蝸輪軸的第四段也是用來安裝滾動軸承，其直徑為32mm，長度為35mm。5.4.2蝸桿軸的受力分析蝸桿參數(shù)：功率：P1=0.1KW轉(zhuǎn)速：n1=60r/min扭矩：T1=15.9Nmm，總長度l=335mm圓周力：軸向力：徑向力：圖5.3蝸桿軸受力分析5.4.3蝸桿軸在垂直方向內(nèi)受力由可以得到圖5.4蝸桿軸垂直方向受力分析5.4.4蝸桿軸在水平方向內(nèi)受力圖5.5蝸桿軸水平方向受力分析5.4.5蝸桿軸在水平面支反力5.4.6渦桿軸垂直面彎矩5.4.7渦桿軸水平面彎矩5.4.8渦桿軸合成彎矩5.4.9蝸桿軸扭矩計算5.4.9危險截面當量計算危險截面當量彎矩可由下式計算：始終為折合系數(shù)，取=0.6將以上數(shù)據(jù)帶入計算，得最小直徑可由下式計算：式中[]為極限應力，查表得[]=55MPa將以上數(shù)據(jù)帶入計算，得由于軸的最小直徑為16mm，大于6.17mm，所以該蝸桿軸是安全的。

6萬能安裝夾具設計萬能安裝夾具由夾具盤，4個萬向爪和螺栓螺母組成。夾具盤一面與翻轉(zhuǎn)軸通過螺栓連接在一起，可以隨著翻轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，夾具圓盤的另一面與四個萬向爪通過螺栓螺母連接在一起，可以帶動萬向爪旋轉(zhuǎn)。萬向爪可以向各個方向移動，爪頭上有螺栓結(jié)構，可以與發(fā)動機上的螺紋孔連接在一起，并且可以通過調(diào)節(jié)萬向爪位置適應各種形狀大小不同的發(fā)動機，性能牢固可靠。萬能安裝夾具的設計原理是通過翻轉(zhuǎn)軸帶動夾具盤旋轉(zhuǎn)，夾具盤帶動四個萬向爪旋轉(zhuǎn)，萬向爪再通過萬向爪頭上的螺栓帶動發(fā)動機旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)發(fā)動機的翻轉(zhuǎn)功能。圖6.1萬向安裝夾具

7移動裝置設計不論是在開有車輛工程專業(yè)的高校實驗室里，還是在開有汽車維修專業(yè)的職業(yè)類技術學實訓車間中；不論是汽車生產(chǎn)工廠的生產(chǎn)部門和研發(fā)部門，還是4s店和汽車維修廠的維修保養(yǎng)工位里，發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架都不可能是固定在一個地方不移動的，因此在翻轉(zhuǎn)臺底盤上需要安裝有移動裝置。為了實現(xiàn)發(fā)動機翻轉(zhuǎn)架的移動功能，我在發(fā)動機翻轉(zhuǎn)架前部安裝了2個萬向輪，后部安裝了2個定輪，萬向輪可以讓發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架向各個方向移動。為了實現(xiàn)發(fā)動機翻轉(zhuǎn)架的固定功能，我還在每個輪子上都設計了鎖死機構，鎖死后發(fā)動機翻轉(zhuǎn)架不能移動，方便對發(fā)動機進行研究學習和拆卸維修。鎖死機構設計原理：當人不踩剎車時，剎車片的上部在卡扣的下面，剎車片的下部不與輪子接觸，輪子可以自由滾動。當人踩剎車時，剎車片繞定位軸順時針轉(zhuǎn)動，剎車片的上部轉(zhuǎn)到卡扣的上面，剎車片的下部在壓緊彈簧的作用下與輪子接觸產(chǎn)生摩擦，輪子被鎖死無法滾動，實現(xiàn)發(fā)動機翻轉(zhuǎn)架的固定功能。當需要再次移動發(fā)動機翻轉(zhuǎn)臺架時，只需要將