《越野車絞盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計報告》15000字

第越野車絞盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計報告摘要由于改革開放以來，國家采用市場對外開放的政策，使得國內(nèi)經(jīng)濟迅速增長，現(xiàn)今中國成為世界的第二大經(jīng)濟大國，隨著中國進入快速發(fā)展時代，經(jīng)濟實力突破性的發(fā)展，人民的收入也隨之提高，極大地改善和改變了人們的日常生活，受新時代文化的影響旅游日益成為普通人們的一種生活方式。其中，由于小汽車從原來的完全依靠進口到如今走進尋常百姓家庭，自駕旅游成為了當(dāng)代年輕人的出行旅游的新時尚。越野車日益成為當(dāng)今人們自駕旅游青睞的工具之一，主要還是歸屬越野車的擁有非常不錯的性能，比如：更強的動力（四驅(qū)驅(qū)動）、底盤高、車輪的抓地性能更好和就是有更加結(jié)實的保險杠等等。但是，自駕游多會是遇到一些不太好的路況，如泥濘的山路、陸地上的沼澤、沿海海灘和沙漠戈壁地形復(fù)雜地方，汽車的輪胎就很容易陷進去，汽車就困在了泥潭里面，這對自駕游造成了十分麻煩的問題，然而，絞盤的出現(xiàn)就很好的解決了上面的問題，越野車絞盤機具有著卷揚機一樣的卷筒結(jié)構(gòu)，在動力驅(qū)動下，它的卷筒的繩索能夠進行轉(zhuǎn)繞的一種裝置，有時候，它的轉(zhuǎn)動軸線與甲板的夾角為90度，越野車絞盤作為汽車的一種自我保護和牽引裝置，能夠在一些復(fù)雜和條件惡劣的環(huán)境中進行自救和施救工作，比如：泥濘的山路、陸地上的沼澤、沿海海灘和沙漠戈壁等地方。本次畢業(yè)設(shè)計就是對越野車絞盤的結(jié)構(gòu)進行一次設(shè)計，針對的應(yīng)用對象是中型的越野車，由于越野車絞盤有多種類型、使用功能也不盡相同，所以采用是一種電動絞盤，即主要就對電動絞盤進行整體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，其中就包括了絞盤的動力源設(shè)計選擇、傳動裝置的設(shè)計、工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計、及絞盤的潤滑系統(tǒng)進行介紹。所以此次研究的主要目的就是對絞盤的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計計算，進而使得電動絞盤更加操作簡單、更具有針對性、更能適應(yīng)野外的復(fù)雜多樣的環(huán)境。關(guān)鍵詞：越野車；電動絞盤；結(jié)構(gòu)設(shè)計；目錄1緒論 11.1研究背景和意義 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.3主要研究內(nèi)容 32越野車絞盤的結(jié)構(gòu)、主要用途、工作原理及其特性介紹 32.1越野車絞盤結(jié)構(gòu)介紹 32.2越野車絞盤的主要用途 42.3越野車絞盤的工作原理及其特性 43越野車絞盤結(jié)構(gòu)設(shè)計 43.1越野車絞盤設(shè)計參數(shù)及要求 43.2越野車絞盤輸入動力選擇 53.3動力裝置的設(shè)計計算 53.3.1電機的工作環(huán)境 53.3.2電機的類型及優(yōu)點 53.3.3電機的選用和校核 63.4.1減速機的選用 63.4.2總傳動比計算 73.4.3分配傳動比及齒數(shù)選擇 73.4.4齒輪的設(shè)計計算 93.4.5輸出行星H2的校核 133.5工作機裝置的設(shè)計計算 143.5.1絞盤繩索的選用 143.5.2卷筒結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算 163.6潤滑系統(tǒng) 173.6.1潤滑油的選用 174結(jié)論與展望 184.1結(jié)論 184.2研究展望 18參考文獻 20附錄 211緒論1.1研究背景和意義由于改革開放以來，國家采用市場對外開放的政策，使得國內(nèi)經(jīng)濟迅速增長，現(xiàn)今中國成為世界的第二大經(jīng)濟大國，近些年來國家經(jīng)濟硬實力的穩(wěn)步爭強，人民的收入也隨之提高，極大地改善和改變了人們的日常生活，讓普通人開車出去旅游和享受每一個地方的風(fēng)土人文習(xí)俗成為了一種新的時代風(fēng)氣。其中，由于小汽車從原來的完全依靠進口到如今走進尋常百姓家庭，自駕旅游成為了當(dāng)代年輕人的出行旅游的新時尚。越野車的驅(qū)動力是屬于四輪動力驅(qū)動，有著較高的底盤、還有著較好抓地性的輪屬胎、它的排氣管在設(shè)計的時候也采用了較高的高度、越野型的汽車的馬力相對一般家用轎車要比較大和粗大結(jié)實的保險杠使得越野車性能有了很大幅度的提升，同時也使得越野車成為了自駕旅游十分青睞和越野愛好者必選工具。但是，自駕游多會是遇到一些不太好的路況，如泥濘的山路、沼澤、海灘和沙漠的地方，汽車的輪胎就很容易陷進去，汽車就困在了泥潭里面，這對自駕游造成了十分麻煩的問題，然而，絞盤的出現(xiàn)就很好的解決了上面的問題，越野車絞盤機具有著卷揚機一樣的卷筒結(jié)構(gòu)，在動力驅(qū)動下，它的卷筒的繩索能夠進行轉(zhuǎn)繞的一種裝置，有時候，它的轉(zhuǎn)動軸線與甲板的夾角為90度，當(dāng)汽車發(fā)生了淪陷泥土或車輪沒有抓地力的時候，絞盤毫無疑問的為了汽車的一種自我保護裝置和牽引裝，這充分的體現(xiàn)了絞盤的自救和施救功能，對于下雨天濕滑的路面、柔軟沙子的海灘和沙漠的戈壁都是它的應(yīng)用場合。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，自從2000年以來我國的汽車市場的產(chǎn)銷量連年持續(xù)高速上升增長，于是中國的汽車銷售也成為了發(fā)展最為迅速的國家之一。2000年占世界份額的3.5%，2008年中國汽車銷售總量就能夠占據(jù)了全世界份額的1/7,進而能夠得出中國擁有者膨大的汽車銷售市場，相對也美國來說地位也是僅次于第二。又由于金融危機的爆發(fā)，美國的汽車市場因此受到重創(chuàng)，在2009年的時候，那一年中國汽車年銷量超過了位于榜首的美國，成就了一個最大的基于全球化的中國汽車銷售市場。由于汽車的銷售量的增長，間接的也催生了更多的絞盤機的需求量?？梢娊g盤機擁有者一個集聚發(fā)展的市場潛力，可我國國內(nèi)的絞盤機的種類少、制造廠商少、市場上流行的絞盤機質(zhì)量參差不急。通過本次畢業(yè)設(shè)計的鍛煉，能夠很好的培養(yǎng)自己科研基本功，這次畢業(yè)設(shè)計無論是在對我自己的獨立分析問題的能力，還是對我研究時解決實際問題的技能都是有了一個本質(zhì)上的進步和發(fā)展。本次畢業(yè)設(shè)計將用自己所學(xué)習(xí)的知識，對越野車絞盤裝置進行結(jié)構(gòu)設(shè)計、優(yōu)化和創(chuàng)新，它具有良好的研究前景，對于增加產(chǎn)品的多樣性、提高國內(nèi)絞盤機的整體質(zhì)量和水平、提高同行業(yè)絞盤機對外的競爭力和降低越野車絞盤制造成本有著十分深遠了意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀絞盤最早運用于汽車還是在二戰(zhàn)時候的威利斯MB，最初的絞盤機還是用一根鋼絲繩綁在車身上，然后用馬達拖拉淪陷的汽車，最初也只是運用于軍事方面，隨著軍事的民用化，于是絞盤機也發(fā)展出了六大大類，有依靠車輛自身的電力驅(qū)動的電動絞盤，其中，液壓絞盤就比較特別，它的動力源有兩方面供給:其一就是汽車自身的動力，其二就是助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)動力；PTO絞盤則是依賴于分動箱的輸出動力來工作，有汽車的車輪提供絞盤動力的車輪絞盤，也有比較傳統(tǒng)和原始方式的手動絞盤，手動絞盤要靠人的手臂旋轉(zhuǎn)運動給絞盤提供動力，不過也有一種絞盤，它的工作原理基本也液壓絞盤的工作原理大相徑庭的氣動絞盤。這些絞盤中各有優(yōu)缺點、沒有好壞之分，市面上流行的絞盤為了產(chǎn)生強大的扭力并且做到體積小的需要，大多數(shù)絞盤都是使用行星齒輪減速器。按絞盤動力源分類，絞盤有以下幾類：（1）機械絞盤：在機械絞盤中，分動箱是具有極其重要的地位，它承載著為絞盤提供動能的作用。優(yōu)點：機械絞盤的工作連續(xù)性好,提供的拉力是能夠持續(xù)不間斷，單次的有效工作時間長（不存在明顯的發(fā)熱現(xiàn)象），拉力的方向也相對靈活，可以多方位(比如前、后、也可以左右)，所以機械絞盤在軍用領(lǐng)域中的軍用車輛中應(yīng)用十分廣泛，還有對越野有著極其高的性能追求的愛好者來說，機械絞盤同樣來說在選用絞盤的時候也能夠給他們提供多一種的選擇機會；缺點：機械絞盤的致命缺點就是必須依賴于發(fā)動機動力它才能夠進行工作，如果發(fā)動機出現(xiàn)有進水的現(xiàn)象之后，機械絞盤就沒有能力繼續(xù)工作，同時也不能無法使用，因此，這就導(dǎo)致了機械絞盤的維修成本變高了，一般的機械絞盤應(yīng)用相對較少，另外也有一種情況也可以造成機械絞盤無法進行使用，分動器失去動力進而造成了絞盤也失去動力的時候，這是機械絞盤的一個十分影響使用的缺陷弊端。（2）電動絞盤：電動絞盤的動力源的來源也是十分的簡單，依靠于存在車輛自身攜帶的電瓶，或者說是汽車的電力驅(qū)動系統(tǒng)。優(yōu)點：由于電動絞盤的動力是汽車的電瓶箱，所以就算在汽車熄火的情況先，電動絞盤也能夠進行有效的工作，汽車的電瓶提供直流電，使得電動絞盤的工作機能夠運行和完成基本正常使用（這就是電動絞盤無可比擬的核心競爭優(yōu)勢），一般的電動絞盤都具有一定的防水性能，在一些水多的地區(qū)也能夠工作，安裝方法也十分的簡單及對于普通人來說容易上手，電動絞盤的安裝位置也十分之靈活，可以放在汽車前面或者是后面，同時電動絞盤也是人們選用絞盤的一種十分青睞的一款；缺點：由于電源的局限性，一般的越野車絞盤是不能在野外使用工作太長時間，因為汽車的電瓶系統(tǒng)是不能超載負(fù)荷工作太長時間的，長時間的超負(fù)荷工作對于汽車的電力系統(tǒng)會造成不可逆轉(zhuǎn)的損害，越野車電動絞盤是不能運用于一些非常重載的場合的，由于越野車電動絞盤能夠產(chǎn)生的拉力還是不太大的，只能運用汽車這種中載荷環(huán)境，而且絞盤也只能往一個方向提供拉力和方向的偏移量還不能過大，現(xiàn)存有兩種比較普遍的安裝方法（一種就絞盤是安裝于汽車的前面絞盤向前拉動，另一張絞盤就是安裝于汽車后部絞盤向后拉動），但就是鑒于電動絞盤能夠在車輛熄火的情況還能使用，這個能力對絞盤的使用解決了許多的問題，進而使得電動絞盤成為了目前市面上和絞盤購買者最為青睞的一種越野車絞盤。（3）液壓絞盤：液壓絞盤助力轉(zhuǎn)向泵的動力源有兩個方面，其中一種就是來自使用車輛自身，另一種則就是來自車輛助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，這兩種動力都能夠?qū)崿F(xiàn)液壓絞盤的工作運轉(zhuǎn)。優(yōu)點：液壓絞盤是一種非常便于安裝的絞盤，液壓絞盤有很強的互換性，因為它零件通用化程度高，維修成本和困難性也相對較小，液壓絞盤的拉力在電動絞盤和機械絞盤之間；缺點：就是液壓絞盤和機械絞盤一樣，都是配合必須搭配發(fā)動機一起進行工作的，即就是要必須保證發(fā)動機的工作有效性，如果液壓絞盤的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出了問題，一般的液壓絞盤就不能進行工作了，機器進入的癱瘓狀態(tài)，這就是液壓絞盤的致命缺陷。（4）車輪絞盤：車輪絞盤的工作驅(qū)動是通過汽車的車輪帶動的，車輪絞盤安裝在汽車的車輪上，汽車車輪的滾動帶動絞盤的轉(zhuǎn)動，相對來說汽車的車輪和車輪絞盤算是一體的，現(xiàn)有絕大多數(shù)的車輪絞盤是這一個樣子。優(yōu)點：車輪絞盤是一種近代的工業(yè)化和需求化才被創(chuàng)造出來的，車輪絞盤的安裝和拆卸時十分簡而易學(xué)的，和汽車更換輪胎的方法一樣，車輪絞盤是可以在不用的時候拆卸下來的，它對汽車自身的平衡性沒有影響，制造工藝簡單，銷售價格也比較便宜，它能夠在汽車兩邊提供拉力，增加的穩(wěn)定性，往前拉動和往后拉動都能辦到；缺點：車輪絞盤的者力點是中心的輪軸，如果輪軸的位置太低被障礙物阻擋就不能夠使用了，所以在一些坑洼地方下無法使用，便利性也有所減少，而且動力的靈活性也相對較差，僅僅只能依賴于發(fā)動機，也讓車輪絞盤帶來很大的局限性。除了以上介紹的幾種類型以為，還有手動絞盤和氣動絞盤，這兩種在越野車中應(yīng)用比較少見。1.3主要研究內(nèi)容本次研究就是針對于絞盤結(jié)構(gòu)的設(shè)計，它的側(cè)重方向是應(yīng)用于越野車領(lǐng)域。本次研究就是設(shè)計一個卷揚機為基礎(chǔ)的電動絞盤機器設(shè)備，然后根據(jù)所受的拉力選用合適的電機作為動力源，為機構(gòu)足夠的動力讓機器穩(wěn)定安全的運行，進而電機傳輸?shù)霓D(zhuǎn)矩到行星減速器上，行星減速器輸出更大的扭矩推動卷揚機轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)機器是工作。其次就是設(shè)計一套傳動機構(gòu)，讓電機原本較小的扭矩經(jīng)過減速結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化成絞盤機所需的強大扭矩。2越野車絞盤的結(jié)構(gòu)、主要用途、工作原理及其特性介紹在近些年來，隨著我國的整體實力和人民收入的提高，越野車的需求量也在不斷的增長，越野車銷量增長也將會刺激到越野車絞盤的增長。在以前普通民眾對絞盤的認(rèn)識還是比較缺乏的，但是，隨著極限運動的發(fā)展，越野車越野也加入了其中，其次就是旅游業(yè)的發(fā)展也滋生了自駕游的出現(xiàn)及其發(fā)展，使得絞盤成為一種野外必備的自救設(shè)備，進而讓對也越野絞盤的研究具有了良好的市場背景和積極的現(xiàn)實意義。2.1越野車絞盤結(jié)構(gòu)介紹絞盤簡單的來說就是一種通過人力或者是通過機械實現(xiàn)轉(zhuǎn)動的卷筒，卷筒機構(gòu)的轉(zhuǎn)動能夠帶動繩索進行圓周運動，繩索的繞轉(zhuǎn)能夠拉動所需要牽引的物體，達到工作目的，絞盤機是屬于起重機的一類。絞盤的結(jié)構(gòu)和工作原理和卷樣機是十分雷同的，最先運用于船舶行業(yè)，后來逐漸發(fā)展到汽車領(lǐng)域中，絞盤也是屬于絞車的一種發(fā)展和變形，但其驅(qū)動本質(zhì)來說是沒有改變的。一般的絞盤裝置是有這幾部分構(gòu)成：馬達、絞索鼓輪（卷揚機）、絞索引導(dǎo)器、絞索、遙控器、減速器等等馬達：是一個直流電馬達，為絞盤提供動力，現(xiàn)行市面上有12V或者24V兩種類型的馬達；絞索鼓輪（卷揚機）：絞索鼓輪和絞索纏繞在一起，絞索鼓輪和卷揚機的原理一樣；絞索引導(dǎo)器：絞索引導(dǎo)器是讓繩索按照一定角度工作，在野外地形復(fù)雜多樣，絞索引導(dǎo)器能讓繩索的受力穩(wěn)定、不會發(fā)生位置的偏移，更好的讓越野車得到自救；繩索：繩索和絞索鼓輪纏繞在一起，繩索的耐磨性、拉伸強度對絞盤綜合性能具有非常重要的影響，絞盤繩索有尼龍繩和鋼絲繩，另外也有一種碳纖維材質(zhì)的絞盤繩索，它有著十分好的拉伸強度、質(zhì)量極輕相對也尼龍繩和鋼絲繩來說；遙控器：遙控器和馬達相連，控制絞盤的啟動與停止，市場上有有限和無線兩種類型；行星齒輪減速器：行星齒輪有著體積小，它能過產(chǎn)生相對較大減速比，而且行星齒輪的接觸點多，導(dǎo)致它的使用壽命較長。由于絞盤機要求體積小，安裝越野車頭上，所以市面上通用的絞盤機，都是采用行星減速機作為中間的傳動裝置；2.2越野車絞盤的主要用途絞盤簡單的來說就是一種通過人力或者是通過機械實現(xiàn)轉(zhuǎn)動的卷筒，一部分的工作性能就相當(dāng)于卷揚機，繩索的繞轉(zhuǎn)能夠拉動所需要牽引的物體，達到工作目的，絞盤機是屬于起重機的一類。當(dāng)絞盤作為起重設(shè)備時，被廣泛的運用于工業(yè)領(lǐng)域，一般貨物的起升和調(diào)用。當(dāng)絞盤作為一種汽車的自我保護和牽引設(shè)備時，而應(yīng)用于汽車領(lǐng)域的絞盤，則是作為的絞盤的自救設(shè)備，使用最為平凡的越野車，當(dāng)越野車陷入泥濘的泥路、在海灘淪陷和戈壁沙漠的地方，汽車的車輪工作失效時候，絞盤能夠拉動汽車脫險，所以一件車輛戶外行駛不可缺少的安全設(shè)備。近些年來，隨著絞盤的開發(fā)和發(fā)展使得絞盤的應(yīng)用范圍進一步擴大，比如：越野汽車、消防汽車、農(nóng)用汽車等等，它遍及了農(nóng)業(yè)、工業(yè)和軍工等三大領(lǐng)域。2.3越野車絞盤的工作原理及其特性一般來說，絞盤的工作原理是這樣的，汽車電瓶的電力轉(zhuǎn)到絞盤的馬達上，馬達的轉(zhuǎn)動帶動中間的傳動裝置，中間的傳動裝置一般為減速機，經(jīng)過減速機的減速和增扭作用，減速機的輸出軸把動力輸送給卷筒（鼓輪），卷筒（鼓輪）的轉(zhuǎn)動拉動繩索，絞盤的強大動力來源于減速機。絞盤有以下兩種特性：（1）絞盤的一般是用多少磅來命名的，因為絞盤的繩索的拉力是磅作為單位的，在選用的時候，可以通過一般的單位換算成公斤來選用。在選用絞盤的時候，在考慮了汽車受險情時的不確定因素，所以選用絞盤的磅數(shù)一般偏大一些。如果選用一些磅數(shù)較低的絞盤會使的汽車中遇險的自救與施救造成十分嚴(yán)重的后果。而且在使用的時候禁止用絞盤拉動一些超過它額定磅的物體，這不僅對絞盤是一種嚴(yán)重的損害，而且對人安全還存在巨大的威脅。（2）在絞盤上的拉力有一種逐漸減少的特性，絞盤上外圈的拉力要比內(nèi)與內(nèi)圈的拉力小，所以絞盤繩索轉(zhuǎn)繞的圈數(shù)不易過多。然而如果改變卷軸的長度就會發(fā)生，隨著卷軸的長度的增加鋼纜繩的圈數(shù)也隨之減少，隨著圈數(shù)的減少，絞盤的拉力也在增加，所以為了節(jié)約成本又能達到目的，這種方式能夠在一定的程度上增加絞盤最外層繞線的拉力，所以在同一種絞盤中，絞盤的繩索線長越短反而拉力越大，越能產(chǎn)生強大的拉力。3越野車絞盤結(jié)構(gòu)設(shè)計為了方便本次研究，在眾多的越野車中選用了日本進口的鈴木吉姆尼，它的型號為2015款1.3MTJLX，之所以選用它作為參考研究對象，是因為它越野方面的性能表現(xiàn)不錯，它的價格在15-20萬左右，很符合在一般的普通家庭的購買力范圍之內(nèi)，則它更具有代表性。3.1越野車絞盤設(shè)計參數(shù)及要求（1）設(shè)計參數(shù)如下：車型：鈴木吉姆尼2015款1.3MTJLX整備質(zhì)量（kg）:1060滿載質(zhì)量（kg）：1500左右電機類型：24v直流馬達（2）設(shè)計要求：在絞盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，絞盤的零部件要具有一定的強度和硬度，對于一些重要的零件要進行強度校核。各個零件所采用的材料既要滿足所需的物理性能，同時也要兼顧工程經(jīng)濟性，節(jié)約絞盤的制造成本。3.2越野車絞盤輸入動力選擇由于絞盤有許多的類型，每一種的類型的動力選用竟不相同，比如：液壓絞盤依靠于液壓油壓榨而產(chǎn)生的壓力、車輪絞盤則是采用了汽車本身作為動力，用車輪帶動絞盤轉(zhuǎn)動；而在本次的研究中，設(shè)計的越野車絞盤是安裝在汽車的前輪的前面或者后輪的后面，這樣如果絞盤的體積太大或者是質(zhì)量太重，對汽車本身的平衡性造成很大的影響，又么是車輛前面過重又么就是車輛后面過重，所在綜合考量之后，本次研究的越野車絞盤類型選用了電動絞盤，電動絞盤有著體積小和質(zhì)量小的兩個優(yōu)點，非常符合研究所需的要求，而且電動絞盤在汽車熄火的情況下也能使用的優(yōu)點，對于野外遇險時是一個十分有優(yōu)勢的優(yōu)點，然而為了保證電動絞盤的體積不要過大和不要給汽車本身造成太大的不良影響，所以電動絞盤的動力一般是由電機提供的，一般電機的體積也十分之小同時提供的動力也能達到要求。本次畢業(yè)設(shè)計研究絞盤，它的電機選用為直流型的電機，直流電機的有點是非常之多的，比如：直流電機的調(diào)速性能良好，相對于交流電機來說啟動是十分容易的，直流電機還能夠載重啟動的優(yōu)點；這就導(dǎo)致了直流電機絞盤之中，而且在電動絞盤中十分受用，尤其在可控直流電源出現(xiàn)以后。3.3動力裝置的設(shè)計計算3.3.1電機的工作環(huán)境由于本次設(shè)計采用的電動絞盤，電動絞盤電機的直接動力來源則是汽車自身電源系統(tǒng)，每一輛汽車都會自帶有個電瓶，這些電瓶為汽車上的一些設(shè)備提供電源，保障這些設(shè)備的正常工作，而汽車自帶的是兩個12V的電瓶，現(xiàn)行市面上電動絞盤的電機選用有兩種類型，分別是12V和24V額定電流的電機，為了能夠電動絞盤有更強大的動力，本次研究設(shè)計采用的電機為24V額定電流的電機為電動絞盤提供動力，這24V的電壓來源主要是通過把汽車自身的兩個電瓶串聯(lián)在一起，但是24V的額定電壓還是會小于理論值的，其中就是因為汽車本身也有一些設(shè)備需要用到電的電器設(shè)備。3.3.2電機的類型及優(yōu)點如果電子的輸入電源進行有效分類的話，電機就可以區(qū)分為直流輸入型電機和交流輸入型電機，本次研究電機所采用的電源為直流電，但是直流電機也有有刷和無刷的區(qū)別，而為了方便維修和設(shè)計采用的是有刷直流電機，然而有刷直流電機還分為永磁和電磁的區(qū)別，在轉(zhuǎn)子的電刷結(jié)構(gòu)設(shè)計上，也有著永磁和電磁之分，為了工作機的穩(wěn)定運行采用永磁電機。一般通用的有刷電機，它是由三個部分組成的，它們分別是定子、轉(zhuǎn)子和電刷，它的的工作原理一般可以視為，電機中的轉(zhuǎn)子通過切割了定子所產(chǎn)生的一個固定磁場而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的時候就產(chǎn)生了扭矩輸出動力，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)都一定程度就要借助電刷才能進行運轉(zhuǎn)，所電刷在整個電機的工作中起著換相的重要作用。其中有刷直流電機有一下優(yōu)點：有刷電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)一目了然和相對來說不復(fù)雜、開發(fā)時間久、技術(shù)成熟，生產(chǎn)加工容易，維修方便，容易控制。直流有刷電機啟動響應(yīng)速度快，起動扭矩大，變速平穩(wěn)，速度從零到最大幾乎感覺不到振動，起動時可帶動更大的負(fù)荷。有刷直流電機運行平穩(wěn)，起、制動效果好，因為有刷直流電機是通過調(diào)壓調(diào)速。有刷直流電機控制精度高，由于有刷直流電機通常是和減速器一起使用的，所以控制精度要比無刷直流電機高。鑒于有刷直流電機有著這么多方面的優(yōu)越性能，所以本次畢業(yè)設(shè)計研究采用有刷直流電，作為絞盤的馬達的電源，它的價格也相對便宜，可降低制作成本。3.3.3電機的選用和校核根據(jù)《現(xiàn)代機械手冊》中表25-1-15恒定負(fù)載的計算公式，并且絞盤的負(fù)載為重力負(fù)載所以電機的額定功率為：(1)工作機的功率ρwρ式中V牽引速度（m/s）F絞盤拉力（N）牽引速度：V=0.1m/s帶入計算：F=15000

P電動機所需功率：P查手冊得:η帶入計算得:P根據(jù)計算所得電機所需功率，于是選用了上市面上的一款微型永磁電動機，絞盤和船通用的直流馬達型號為ZD2420LB，功率為2KW，轉(zhuǎn)速為2000r/min。3.4傳動裝置的設(shè)計計算3.4.1減速機的選用減速機作為原動機與工作機或執(zhí)行器的中間橋梁作用，它能夠?qū)λ俣群团ぞ剡M行匹配的作用，同時減速機也是一種精密的機械，它的重要作用是降低轉(zhuǎn)速和提高扭矩的作用。減速機有許多種類，如果按照減速機的傳動類型來劃分的話，有齒輪減速機、蝸桿減速機和行星減速機；其中減速機還有單級和多級之分，然而不同類型的減速機有著各自的優(yōu)點：（1）蝸輪蝸桿減速機：蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)具有反向自鎖的功能，而且減速比是相等的大，輸入和輸出軸可以空間交接傳動，可是蝸輪蝸桿減速機體積大，傳動效率相對其它減速機來說較低；（2）行星減速機：行星減速機的齒輪配合是十分緊湊的，所以行星減速機的傳動也是十分的平穩(wěn)的，體積也可以做得非常的小，它的使用壽命也是相當(dāng)?shù)拈L，還有它的回程間隙??；（3）齒輪減速機：具有體積小、傳動扭矩大、傳動效率高，而且應(yīng)用十分廣泛；（4）擺線針輪減速機：它是一種用擺線針齒嚙合的工作原理的減速機，可以正反轉(zhuǎn)動，雖然具有許多優(yōu)點，但是沒有廣泛運用；鑒于各類減速機的優(yōu)缺點后，本次研究采用行星減速機作為中間轉(zhuǎn)動機構(gòu)，主要是因為行星減速機體積小的情況下，還能輸出很大的額定扭矩，而且市面上一般越野車絞盤采用的減速機也是行星減速機。3.4.2總傳動比計算卷筒的轉(zhuǎn)速:n卷筒的直徑:D=65mm牽引速度：V=0.1m/s代入計算得：n電機轉(zhuǎn)速：n總傳動比：i3.4.3分配傳動比及齒數(shù)選擇由于通過減速機的減速比，進而得到絞盤滿足要求的總傳動比為i總圖3.4.3傳動結(jié)構(gòu)圖其中a1、a2為太陽輪，b1、b2為行星輪，c1、c2為齒圈，然而行星減速器傳動的時候，固定齒圈從而實現(xiàn)減速機傳動。設(shè)a1、b1、c1齒數(shù)設(shè)分別為13、37、89，a2、b2、c2齒數(shù)設(shè)為17、67、151.1.分配名義傳動比i其中分配名義傳動比:i則:ip22.計算驗算實際傳動比第一級實際傳動比：i式中：na1齒輪a1的轉(zhuǎn)速，單位為rnc1齒圈c1的轉(zhuǎn)速，單位為rnH1行星架H1的轉(zhuǎn)速,單位為r代入計算：i則：n有：i傳動誤差i?i第二級實際傳動比：i式中：na2齒輪a2的轉(zhuǎn)速，單位為rnc2齒圈c2的轉(zhuǎn)速，單位為rnH2行星架H2的轉(zhuǎn)速,單位為r代入計算：i則：n有：i傳動誤差i?i3.行星齒輪同軸度為了保證太陽輪和齒圈的中心軸線，要在同一條直線上，這樣才能保證行星齒輪間各齒輪的正確配合即：第一級ZZZ第二級ZZZ所以各個齒輪的齒數(shù)選擇合理，符合行星齒輪傳動的同軸度要求3.4.4齒輪的設(shè)計計算1.齒輪a1、b1、c1的設(shè)計(1)初步計算齒輪的主要參數(shù)齒輪的材料和熱處理選擇：由于中心輪a1和行星輪b1是高轉(zhuǎn)速，所以均采用20CrMnTi,這種材料比較適合應(yīng)用于高轉(zhuǎn)速、中載的場合，并且能夠承受沖擊和耐磨損和齒寬較寬的齒輪，這種材料能夠滿足要求。齒面硬度在58-62HRC，根據(jù)機械手冊查得它的齒面接觸疲勞極限σHlima1=1400N/mm2，齒根彎曲疲勞強度為σFlima1=340N/mm2,中心輪a1和行星輪b1齒輪都為六級加工精度，齒圈c1采用4（2）計算齒輪a1、b1、c1的模數(shù)按照池面彎曲疲勞強度計算齒輪的模數(shù)mm=其中Tnp=3T①查機械設(shè)計手冊，算式系數(shù)取K②查機械設(shè)計手冊，使用系數(shù)K③查機械設(shè)計手冊，綜合系數(shù)K④查機械設(shè)計手冊，K取接觸強度計算的行星齒輪間載荷分布不均勻系數(shù)KhPK⑤查機械設(shè)計手冊,齒形系數(shù)Y⑥查機械設(shè)計手冊，齒寬系數(shù)φ⑦齒數(shù)Z⑧齒輪彎曲疲勞極限σm=12.1取齒輪模數(shù)為m=1mm(3)嚙合參數(shù)計算兩個嚙合副的中心距a1-b1,c1-b1aa齒輪間的中心距相等，因此該齒輪滿足非變?yōu)辇X輪傳動的同心條件，但是為了減少減速機的幾何尺寸和減速機自身重量，大部分的行星減速機齒輪都采用了高度變位齒輪，高度變?yōu)辇X輪能在齒數(shù)較少的情況下避免根切，從而提供了齒輪的載荷能力和耐磨性進而提高齒輪的綜合使用性能，還能夠使行星減速機結(jié)構(gòu)更為緊湊和傳動更加平穩(wěn)。由于中心輪齒數(shù)較少采用正變?yōu)椋梢允怪行妮哸1避免根切和提高載荷能力，大齒輪采用負(fù)變?yōu)槟軌蚓o湊中心距，嚙合角減少，可以齒輪嚙合的重合度，當(dāng)齒輪的傳動比i>4時，其有一個重要原則就是內(nèi)嚙合的變?yōu)橄禂?shù)和外嚙合的變?yōu)橄禂?shù)要相等。由于高度變位前后的中心距不變嚙合角α'=25°,中心距xa1=0.495,xb1(4)驗算變位系數(shù)①中心輪的驗算中心輪用齒條刀具加工x其中x所以中心輪的變?yōu)橄禂?shù)符合設(shè)計要求，加工時不會發(fā)生根切現(xiàn)象。②齒圈用齒數(shù)為Z=18和模數(shù)為m=1的插齒刀加工x式中插齒刀齒數(shù)：Z插齒刀的齒高系數(shù)：?壓力角：α=帶入計算

x其中x所以齒圈的變位要求符合設(shè)計要求，在插齒加工的時候不會發(fā)生根切現(xiàn)象。(5)計算齒輪幾何尺寸①分度圓ddd②齒頂圓直徑ddd③齒根圓直徑ddd表1齒輪參數(shù)名稱代號齒輪a1齒輪b1齒輪c1齒數(shù)Z133277模數(shù)m111壓力角α252525分度圓直徑d133277齒頂高系數(shù)h111頂隙系數(shù)c0.250.250.25齒頂高直徑d15.9933.0.175.99齒根圓直徑d11.4928.5180.49中心距a22.52.齒輪a2、b2、c2的設(shè)計(1)初步計算齒輪的主要參數(shù)齒輪的材料和熱處理選擇：由于中心輪a2和行星輪b2是高轉(zhuǎn)速，所以均采用20CrMnTi,這種材料比較適合應(yīng)用于高轉(zhuǎn)速、中載的場合，并且能夠承受沖擊和耐磨損和齒寬較寬的齒輪，這種材料能夠滿足要求。齒面硬度在58-62HRC，根據(jù)機械手冊查得它的齒面接觸疲勞極限σHlima2=1500N/mm2，齒根彎曲疲勞強度為σFlima2=450N/mm2,中心輪a1和行星輪b1齒輪都為六級加工精度，齒圈c2采用4（2）計算齒輪a2、b2、c2的模數(shù)按照池面彎曲疲勞強度計算齒輪的模數(shù)mm=其中Tnp=3T①查機械設(shè)計手冊，算式系數(shù)取K②查機械設(shè)計手冊，使用系數(shù)K③查機械設(shè)計手冊，綜合系數(shù)K④查機械設(shè)計手冊，K取接觸強度計算的行星齒輪間載荷分布不均勻系數(shù)KhPK⑤查機械設(shè)計手冊,齒形系數(shù)Y⑥查機械設(shè)計手冊，齒寬系數(shù)φ⑦齒數(shù)Z⑧齒輪彎曲疲勞極限σm=12.1取齒輪模數(shù)為m=1.5mm(3)嚙合參數(shù)計算兩個嚙合副的中心距a2-b2,c2-b2aa齒輪間的中心距相等，因此該齒輪滿足非變?yōu)辇X輪傳動的同心條件，但是為了減少減速機的幾何尺寸和減速機自身重量，大部分的行星減速機齒輪都采用了高度變位齒輪，高度變?yōu)辇X輪能在齒數(shù)較少的情況下避免根切，從而提供了齒輪的載荷能力和耐磨性進而提高齒輪的綜合使用性能，還能夠使行星減速機結(jié)構(gòu)更為緊湊和傳動更加平穩(wěn)。由于中心輪齒數(shù)較少采用正變?yōu)椋梢允怪行妮哸2避免根切和提高載荷能力，大齒輪采用負(fù)變?yōu)槟軌蚓o湊中心距，嚙合角減少，可以齒輪嚙合的重合度，當(dāng)齒輪的傳動比i>4時，其有一個重要原則就是內(nèi)嚙合的變?yōu)橄禂?shù)和外嚙合的變?yōu)橄禂?shù)要相等。由于高度變位前后的中心距不變,嚙合角α'=25°,中心距xa2=0.650,xb2(4)驗算變位系數(shù)①中心輪的驗算中心輪用齒條刀具加工x其中x所以中心輪的變?yōu)橄禂?shù)符合設(shè)計要求，加工時不會發(fā)生根切現(xiàn)象。②齒圈用齒數(shù)為Z=18和模數(shù)為m=1的插齒刀加工x式中插齒刀齒數(shù)：Z插齒刀的齒高系數(shù)：?壓力角：α=帶入計算

x其中x所以齒圈的變位要求符合設(shè)計要求，在插齒加工的時候不會發(fā)生根切現(xiàn)象。(5)計算齒輪幾何尺寸①分度圓ddd②齒頂圓直徑ddd③齒根圓直徑ddd表2齒輪參數(shù)名稱代號齒輪a2齒輪b2齒輪c2齒數(shù)Z1767151模數(shù)m1.51.51.5壓力角α252525分度圓直徑d25.5100226.5齒頂高系數(shù)h111頂隙系數(shù)c0.250.250.25齒頂高直徑d30.45101.05225.45齒根圓直徑d20.7094.30232.20中心距a633.4.5輸出行星H2的校核在本次的設(shè)計中，行星架H2與卷筒通過花鍵進行連接配合傳動，花鍵的對心性好，花鍵對軸的削弱性非常的小，能支持傳遞更大的扭矩，此次，越野車絞盤的設(shè)計中采用的是矩形花鍵，為了保證絞盤傳動過程的安全性，要對矩形花鍵進行強度校核。行星架的矩形花鍵如圖3.4.5：圖3.4.5行星架花鍵σ式子中T=9550×ψ=0.7各齒間載荷不均勻系數(shù)Z=8花鍵齒數(shù)?=3鍵齒工作高度l=20鍵齒有效工作長度dmσpp=100~140花鍵連接許用強度，Mσ有：σ所以本次設(shè)計的矩形花鍵符合，傳動所需的強度要求。3.5工作機裝置的設(shè)計計算3.5.1絞盤繩索的選用絞盤的工作機制是通過鋼絲繩索來牽引拉動淪陷和遇到險情的車輛，而且絞盤在工作的時候，由于所受限的車輛的復(fù)雜性和地理自然因素的干擾，絞盤上所承受的牽引力情況是十分復(fù)雜的，所以要求鋼絲繩能夠承受足夠的拉力，才能夠提高絞盤工作時，人身和車輛的安全性，如果絞盤的繩索一旦發(fā)生斷裂的情況，后果是十分嚴(yán)重，因此，要合理選用絞盤繩索的類型。目前市面上的絞盤的繩索中，按照材料來分大致分為兩種，一種為鋼絲繩索，而另一種則為尼龍繩，二者各優(yōu)缺點。1.鋼絲繩（1）鋼絲繩索的種類在現(xiàn)有的國家標(biāo)準(zhǔn)下，能夠選用的鋼絲繩就是有十分繁多和多款式，這也導(dǎo)致了不同種類的鋼絲繩索所能應(yīng)用的工作環(huán)境也進步相同，所能展現(xiàn)的工作性能也千差萬別，按照鋼絲繩結(jié)構(gòu)、材料、捻向、表面、用途及其強度等等來劃分類型如下：（2）按照材料分類①碳素鋼鋼絲繩：這種鋼絲繩的鋼絲主要是用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼材料惗制的；②不銹鋼鋼絲繩：這種鋼絲繩的材料成分主要是不銹鋼，不銹鋼有一定的耐高溫性能，而且還有抗疲勞的特性，所以不銹鋼鋼絲繩的使用壽命也相對較長，但最重要的還是不銹鋼有著非常良好的抗腐蝕能力，適合在有腐蝕污染的環(huán)境之中，可它的價格昂貴；（3）按照表面結(jié)構(gòu)分類①磷化涂層鋼絲繩：鋼絲繩共錳系或鋅錳系磷化對鋼絲進行處理，它的磷化膜能夠有效的提高鋼絲繩的耐磨損和抗腐蝕能力，它也是光面鋼絲繩的升級產(chǎn)品，不過它的使用壽命是接近光面鋼絲繩的2倍左右；②光面鋼絲繩：光面鋼絲繩的表面是沒有做任何的防護處理工藝的，傳統(tǒng)的工藝只是對它進行了一下簡單的熱處理工藝，所以無論是耐磨性，還是鋼絲繩的使用壽命都是表現(xiàn)相當(dāng)差的；③鍍鋅鋼絲繩：鍍鋅鋼絲繩還有熱鍍鋅和電鍍鋅兩種類型，鍍鋅鋼絲繩有著比較不錯的耐腐蝕能力，但是對于它的非常容易磨損，所以一般用在潮濕的環(huán)境；④涂塑鋼絲繩：涂塑鋼絲繩是在光面鋼絲繩和鍍鋅鋼絲繩的基礎(chǔ)上進行包裹一層聚乙烯、聚丙烯或者是尼龍等，因此，具有一定能力的耐腐蝕性能，可它與同類型的鋼絲繩相比，所能承受的拉力相對比較低；（4）按照鋼絲惗制分類鋼絲繩有單股繩、雙捻繩、三捻繩（5）按照鋼絲接觸情況分類①點接觸鋼絲繩：點接觸鋼絲繩中的每一股鋼絲，鋼絲的直徑是相同的，相鄰的鋼絲是呈點接觸的狀態(tài)，點接觸鋼絲繩比較柔軟、表面粗糙，還有使用生命相對來說比較短，但是點接觸鋼絲繩的制造工藝簡單，所以它的成本就相對線接觸鋼絲繩來說是屬于比價低的，還有點接觸鋼絲繩耐勞性能也比較差，由于鋼絲是點接觸的，在鋼絲繩受彎時，鋼絲繩會有應(yīng)力集中的情況，又由于每一層的鋼絲會產(chǎn)生的相互擠壓，進而導(dǎo)致鋼絲繩發(fā)生第二次彎曲應(yīng)力的集中，這對于鋼絲繩的傳動性能成為了巨大的缺陷和不足；②線接觸鋼絲繩：線接觸鋼絲繩中的每一股鋼絲，鋼絲的直徑是不相同的，相鄰的鋼絲呈線接觸的狀態(tài)，線接觸鋼絲繩它能夠避免點接觸鋼絲繩中的不足情況，線接觸鋼絲繩沒有應(yīng)力集中的情況，而且也不會發(fā)生第二次彎應(yīng)力集中，綜合性能比線接觸鋼絲繩要好，所以線接觸鋼絲繩應(yīng)用廣泛，比如絞車絞盤、船舶裝卸和日常的生活中電梯等等；（6）鋼絲繩索的構(gòu)成鋼絲繩的有三個組成部分，分別為鋼絲、繩芯、潤滑脂：①鋼絲：鋼絲是位于鋼絲繩最外面的一層，鋼絲起到著包裹著繩芯和保護繩芯的作用，鋼絲的力學(xué)性能對鋼絲繩的整體綜合性能起著決定性的作用，鋼絲的材料一般有碳素鋼和合金鋼兩類；②繩芯：繩芯是鋼絲繩最里面的一部分，外面是被鋼絲包裹住，所以繩芯的材質(zhì)一般都由一些纖維組成，這些纖維有天然的也有人工合成的，但是天然纖維要比人工合成的纖維的工作性能好，比如：天然纖維的儲存性能比人工合成的要好，它能夠存儲更多的潤滑油，進而潤滑性能更好，鋼絲繩的使用壽命變得更長；③潤滑脂：主要功能就是對鋼絲繩起到潤滑的作用，能夠有效減少鋼絲繩表面所受到的摩擦力，進而提高鋼絲繩的使用壽命，另外潤滑脂能夠使鋼絲繩的外表與空氣隔離開來，能夠很好的減少了鋼絲繩的氧化，起到了一定抗生銹能力；2.尼龍繩（1）按照合成纖維材料的不同尼龍繩分為錦綸繩、滌綸繩、丙綸繩、維尼龍繩等①錦綸繩：錦綸繩強度屬于目前最大一中化纖維繩索，還有很強的耐磨性，它還一定的抵抗能力（比如酸堿性物質(zhì)），有較大的彈性，所以它的伸長率也很大，在一些極端氣候下，性能下降等；②滌綸繩：滌綸繩的強度屬于第二，僅次于錦綸繩的強度，抗酸堿能力也十分出色，但是制造成本最高的，吸水性能較差等；④丙綸繩：丙綸繩一個最為突出的特點就是，它的密度比水的小，所以它能夠浮于水面，但是，在寒冷的工作環(huán)境中又表現(xiàn)出極強的強度；⑤維尼龍繩：維尼龍繩的強度是最小的，它彈性極差，可它在吸水吸能方面又表現(xiàn)良好，同時它的制造成本是最低的；⑥超高分子量聚乙烯繩（UHMWPE）：它是幾年發(fā)展起來的一種新型化纖維材料，它具有同類材料的優(yōu)點，比如：強度高、耐磨性好等；同時也克服其它材料不足之處，有很好的耐酸堿性能，耐氣候性強等，但是，它的價格是非常貴的；在綜合性能考慮下，本次研究設(shè)計選用的繩索為鋼絲繩，鋼絲繩的力學(xué)性能表現(xiàn)良好相對尼龍繩來說，鋼絲繩的制造工藝成熟和相應(yīng)的工藝標(biāo)準(zhǔn)體系完備3.鋼絲繩直徑的選擇由于絞盤的工作機是卷筒，所以選用線接觸鋼絲繩索，又由于越野絞盤的工作環(huán)境，所鋼絲繩要具有一定的抗腐蝕能力，所以鋼絲繩的表面要進行鍍鋅化，進而選擇表面結(jié)構(gòu)有鍍鋅的鍍鋅鋼絲繩，絞盤是變向于起重機一類，所以結(jié)構(gòu)選用3×19a的鋼絲繩,繩股是（9+9+1（1）按選擇系數(shù)C確定鋼絲繩直徑dd=c式中c選擇系數(shù)，單位（mmNs鋼絲繩最大工作靜拉力，單位（N）根據(jù)卷筒的總工作壽命和絞盤的工作載荷情況來確定c系數(shù)的選擇，絞盤屬于中等頻繁使用為T5,絞盤工作機的載荷情況為有時會承受最大載荷，一般情況會承受較大載荷，所絞盤的載荷狀態(tài)為L3,所以絞盤機的工作級別為M6。其中c的取值與機構(gòu)工作級別有關(guān)，絞盤的工作級別是M6,安全系數(shù)n=6，c的選用如圖3.5.1：圖3.5.1選擇系數(shù)C在越野車陷入泥濘路的時候，越野車的車輪在淤泥里，車子本身的滾動摩擦力失效了，車子只能打滑，只有不斷的增加車輪的摩擦力，才能把車子拉出來，所以鋼絲繩的承受最大的靜拉力則為越野車所受到的最大靜摩擦力。s=μF摩擦力系數(shù)：μ=0.15法向拉力:F=15000s=μF=0.15×15000=2250N帶入計算：d=c取用標(biāo)準(zhǔn)值