半挂牵引车车桥设计.docx
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半挂牵引车车桥设计
摘要
随着国民经济的持续发展，机械工业也在不断地发展着，各种设备都在不断地发展，创新着。
特别是在机动车辆方面，半自动牵引车车桥的应用非常广泛，在一些特定的工作场合，半自动牵引车车桥体积小，安装稳定，价格成本低廉很受欢迎，根据市场调查发现，半自动牵引车车桥必须满足当今人们对汽车制造方面的灵活性操控等需求。
目前市面上的半自动牵引车车桥大多都是采用传统的结构，在某些特定的区域，这种结构形式的半自动牵引车车桥非常不受欢迎。
由于以往的半自动牵引车车桥采用传统的结构形式，这样就造成传动精度不好控制，保养维护费用较高;同时存在一定的安全隐患。
因此，对整车的安全性要求较高，车辆行走时也会给工作人员带来强烈的震动，使得机动车驾驶员很不舒服。
虽然传通的半自动牵引车车桥精度较高，质量较好，但是价格也较昂贵，对于一般的用户难以接受。
所以研究一种新式的半自动牵引车车桥势在必行！
本文介绍了半自动牵引车车桥的结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，以及对其结构进行创新设计，该半自动牵引车车桥的优点是传动链短、效率高、易加工、使用和维护都很方便，较适合在恶劣的环境下工作。
关键词：
半自动牵引车车桥；结构；振动；工作
Abstract
Thisgraduationdesignistheoptimizationdesignofdrivingrollerconveyor,firstonthedrivingrollertypeconveyerissummarized;thenanalyzedtheselectionprincipleandcalculatingmethodofdrivingrollerconveyor;thencalculatedbasedonthesedesigncriteriaandabaseisdesigned;thencheckedonthemainpartsselectedconveyor.Isthedriverollerconveyorconsistsoffourmainparts:
drivingdevice,tensiondevice,middlerack,andthemovingpart.Finally,asimpledescriptionoftheinstallationandmaintenanceoftransport.Atpresent,thedriverollerconveyorismovingtowardslongdistance,highspeed,lowfrictiondirection,aircushionconveyorinrecentyearsisone.
Inthedesign,drivingrollertypeconveyermanufactureandapplication,atpresentourcountrycomparedwithforeignadvancedleveltherearestilllargegaps,domesticinthedesignandmanufactureofdriving.Thisdesignistheoptimizationdesignofdrivingrollerconveyor.
Keywords：
Drivingroller;Crankshaft;Processingcraft;Significance
目录
摘要I
AbstractII
第一章引言1
1.1课题的来源与研究的目的和意义1
1.2本课题研究的内容2
1.3Solidworks设计基础4
1.3.1草图绘制5
1.3.2基准特征，参考几何体的创建6
1.3.3拉伸、旋转、扫描和放样特征建7
1.3.4工程图的设计10
1.3.5装配设计11
第二章半自动牵引车车桥总体结构的设计12
2.1机械传动部分的设计计算17
2.1.1齿轮传动的设计计算19
2.1.2轴承的设计计算19
2.1.3螺纹强度的校核计算19
第三章半自动牵引车车桥中主要零件的三维建模19
3.1压盖的三维建模19
3.2主轴的三维建模19
3.3圆锥滚子轴承的三维建模20
3.4半自动牵引车车桥的三维建模20
第四章三维软件设计总结20
结论21
致谢22
参考文献23
第一章引言
1.1课题的来源与研究的目的和意义
我国生产的半自动牵引车车桥结构简陋，安装精度始终不高，虽然经过几十年的发展，近期产品的质量较早期有所提高。
但受国产配套件质量及设计水平等的影响，我国目前生产的半自动牵引车车桥的总体水平与进口产品及港口用户的要求仍有较大差距，半自动牵引车车桥的生产也是如此，为满足市场需求，开发出一种新型的半自动牵引车车桥势在必行！
相信此种半自动牵引车车桥的出现将会大大提高机动车辆的行驶能力和安全系数，相对生产半自动牵引车车桥，将会对其经济效益方面带来显著的提高，同时也在某种程度上推进了机械工业的不断发展。
随着国际标准化（SIO）的实施，世界半自动牵引车车桥以采用新材料、新技术、新工艺、新结构为基础，着眼于产品零部件的标准化、系列化、规格化、通用化和专业化以及大批量生产。
根据互换性、模数制、公差与配合的原理，使得组合、多变、拆装的半自动牵引车车桥已经进入全面系统设计的阶段，其功能与形式的结合更为完美。
19世纪80年代，美国的HUGER公司将新开发的半自动牵引车车桥应用到该公司的子公司—一个专业生产汽车的公司，经过几年的运行，为该公司创造了不菲的利润。
随着技术的发展，能源危机引发全球性的节约能源和环境保护意识的提高，在总结第一代半自动牵引车车桥的经验基础上，开发出了性能更佳，功率更大的半自动牵引车车桥。
当前，全世界各大机械人厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行半自动牵引车车桥的研发工作。
现在国外等著名半自动牵引车车桥的品牌中，都有半自动牵引车车桥的销售，全世界半自动牵引车车桥的应用越来越广泛。
有一点值得注意的是，半自动牵引车车桥的市场，由最初的日本，欧洲，已经渗透到北美市场，因此半自动牵引车车桥是汽车生产企业很乐意生产的汽车部件之一。
西方资本主义国家有巨大的半自动牵引车车桥销售市场，机械人工业是西方资本主义国家的机械工业之一。
目前国外特别是美国正在考虑发展半自动牵引车车桥的功率最大化，产能最优化的问题。
自“九·五”期间半自动牵引车车桥的开发和研制已经被列入美国的重大科技攻关计划，以跟踪世界技术的发展和开发适合美国机械工业发展的半自动牵引车车桥。
我国从1953年开始生产半自动牵引车车桥，于1958年自行设计功率在50、70、90、120、500等的半自动牵引车车桥之后，为了适应汽车生产厂家的需要，1959年又制造了500、1000、1200等大功率的半自动牵引车车桥。
为了满足半自动牵引车车桥生产工业发展需要，我国于1970年研制了大型半自动牵引车车桥。
也曾设计制造顶部单缸900液压半自动牵引车车桥，并装有自动调整与报警装置，经过多年实践摸索，于80年代研制1200/140轻液压半自动牵引车车桥，经运转实践证明效果很好。
近几年又研制出PX1400/170半自动牵引车车桥，其设计功率为137KW，实际达到150KW，是设计值的1.6倍。
目前半自动牵引车车桥将逐渐被全自动半自动牵引车车桥所代替。
半自动牵引车车桥是1953年开始仿苏2100和1“O弹簧半自动牵引车车桥而设计。
1954年开始自行设计生产了1200半自动牵引车车桥。
1958年又设计制造了大型2200半自动牵引车车桥。
70年代已研制出1200，1650，2200多缸液压半自动牵引车车桥的系列产品。
后经多年反复研制与实践，相继克服了旧系统不足，零件强度低以及结构上的某些缺点，现己批量生产的新系列半自动牵引车车桥有600，900，1200，1750，2200五个规格十四种类型，然而我国机械人业所需的半自动牵引车车桥全部依赖进口，这使得国产机械人配备半自动牵引车车桥后，成本增加很大，而装备自行开发生产半自动牵引车车桥，其成本提高不大，说明半自动牵引车车桥的市场前景令人乐观。
1.2本课题研究的内容
本次设计主要针对半自动牵引车车桥进行设计，从半自动牵引车车桥的整体方案出发，然后具体细化出具体内部结构，其具体内部结构主要包括以下几个方面：
（1）到图书馆里查阅大量相关知识的资料，搜集各类半自动牵引车车桥的原理及结构，挑选相关内容记录并学习。
（2）分析半自动牵引车车桥的结构与参数
（3）确定设计总体方案
（4）确定具体设计方案
（5）半自动牵引车车桥的三维图的绘制、CAD装配图、零件图的绘制。
（6）说明书的整理
1.3Solidworks设计基础
本论文主要研究运用SolidWorks对半自动牵引车车桥进行设计。
在设计过程中，了解SolidWorks的各种功能。
SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内。
当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。
从1995年推出第一套SolidWorks三维机械设计软件至今已经拥有位于全球的办事处，并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。
1997年，Solidworks被法国达索（DassaultSystemes）公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。
SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统。
由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。
良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。
该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名。
从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖。
其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。
至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。
由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。
终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。
公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。
并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司。
SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。
由于使用了WindowsOLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术。
SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。
资料显示，目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。
在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过SolidWorks的培训课程。
据世界上著名的人才招聘网站检索，与其它3DCAD软件相比，SolidWorks相关的招聘广告比其它软件的总合还要多，这一事实说明了越来越多的工程师和设计者使用SolidWorks三维软件，越来越多的企业需要SolidWorks人才。
Solidworks软件功能强大，易于操作，界面人性化，技术创新，组件繁多是
SolidWorks的五大特点。
使得SolidWorks三维软件成为目前全球领先的三维CAD解决方案。
SolidWorks在设计时能够为用户提供不同的设计方案，通过方案的筛选，工程师能从中选择合适的方案，从而在设计过程中降低设计的错误以及提高产品质量。
在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便又通俗易懂的软件之一。
它不仅提供如此人性化的系统，同时对每个工程师和设计者，乃至整个机械行业提供了良好的发展基础。
SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。
良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。
该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名；从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。
至此，SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。
由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。
终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。
公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。
并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司，SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。
由于使用了WindowsOLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。
资料显示，目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。
在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过SolidWorks的培训课程。
据世界上著名的人才网站检索，与其它3DCAD系统相比，与SolidWorks相关的招聘广告比其它软件的总和还要多，这比较客观地说明了越来越多的工程师使用SolidWorks，越来越多的企业雇佣SolidWorks人才。
据统计，全世界用户每年使用SolidWorks的时间已达5500万小时。
在美国，包括麻省理工学院（MIT）、斯坦福大学等在内的著名大学已经把SolidWorks列为制造专业的必修课，国内的一些大学（教育机构）如哈尔滨工业大学、清华大学、浙江工业大学、
浙江大学、华中科技大学、北京航空航天大学、大连理工大学、北京理工大学、武汉理工大学等也在应用SolidWorks进行教学。
Solidworks软件功能强大，组件繁多。
Solidworks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得SolidWorks成为领先的、主流的三维CAD解决方案。
SolidWorks能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。
SolidWorks不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。
SolidWorks在现今社会阶段逐渐广泛应用，并且SolidWorks公司对中国市场重点开发，日后SolidWorks应用将会更加完善，更加普遍。
通过前文对SolidWorks的深入了解后，往后会对SolidWorks进行个别应用的分析，如建模，装配，工程图，力学分析等。
1.3.1草图绘制
掌握点、直线、矩形、弧度圆等基本图形的绘制方法；掌握样条、文字等高级几何图形的绘制方法；理解集合约束的概念并在草图绘制中熟练应用几何约束；熟练应用阵列、实体转换等草图绘制工具；能综合应用各种草图绘制实体和利用草图绘制工具完成草图绘。
1.3.2基准特征-参考几何体的创建
清楚明白基于特征的建模方式、参数化思想等概念；灵活运用各种建立基准点的方法；灵活运用各种建立基准轴方法；灵活运用各种建立基准面的方法；灵活运用坐标系的建立方法；能根据建模需要综合应用各种参考几何体。
1.3.3拉伸、旋转、扫描和放样特征建模
灵活运用拉伸特征的概念与建立方法；灵活运用旋转特征的概念与建立方法；掌握扫描特征的概念与建立方法；灵活运用放样特征的概念与建立方法；通过实践能够准确分析零件的特征，灵活运用拉伸和旋转也正建立三维模型。
综合应用扫描、放样、弯曲、镜向、阵列等特征建立各种实体。
1.3.4工程图设计
灵活运用用户自定义工程图格式文件的方法；灵活运用建立标准三视图，剖视图，断面图，局部图，辅助视图等方法；灵活运用各种注释的方法。
1.3.5装配设计
灵活运用自底向上的装配方法；灵活运用生成装配体爆炸图的方法；灵活运用SolidWorks智能装配技术；灵活运用装配体零部件的状态和属性控制，并能够在装配体中设计子装配体；灵活运用干涉检查；灵活运用自上向下的装配方法；
灵活运用在装配模型工程图中添加零件序号；灵活运用生成装配体材料明细表的方法。
第二章半自动牵引车车桥总体结构的设计
2.1机械传动部分的设计计算
2.2.1齿轮传动的设计计算
（1）选择材料及确定需用应力
齿轮选用45号钢，调质处理，HB＝236；
（2）确定各种参数
齿轮按8等级精度制造，由于原动机为电动机，载荷平稳，，一般按照中等冲击载荷计算。
查《机械设计基础》得：
取K=1.3
查《机械设计基础》11—4取：
区域系数ZH=2.5弹性系数ZE=188.0
查《机械设计基础》教取：
齿宽系数
由
（3）按齿面接触强度设计计算
齿数取Z1=24
故实际传动比由于是齿轮齿条传动则i=1
模数
我们取m=1.5
齿宽
，
取b=18mm
（4）验算齿轮弯曲强度
齿形系数YFa1=2.56，YSa1=1.63
YFa2=2.24，YSa2=1.76
由式：
，安全。
（5）计算齿轮圆周转速v并选择齿轮精度
此速度合适，其他计算从略。
所得齿轮的基本参数如下：
（1）分度圆直径d1
d1=m*z1=1.5*24=36mm
（2）齿顶高ha1
ha1=ha'*m=1*1.5=1.5mm
（3）齿根高hf1
hf1=（ha'+c'）*m=（1+0.2）*1.5=1.8mm
（4）齿高h1
h1=ha1+hf1=1.5+1.8=3.3mm
（5）齿顶圆直径da1
da1=d1+2*ha1=36+2*1.5=39mm
（6）齿根圆直径df1
df1=d1-2*hf1=36-2*1.8=32.4mm
（7）基圆直径db1
db1=d1*cos（α）=36*0.939693=33.83mm
（8）齿顶圆压力角
a1=arcos（db1/da1）=arcos（33.8289/39）=29.84°
（9）端面重合度
Σα=1/2/π*（z1*（tan（αa1）-tan（α））+z2*（tan（αa2）-tan（α）））
=1/2/π*（24*（0.573659-0.36397）+60*（0.457418-0.36397））=1.69
（10）纵向重合度Σβ=0
（11）总重合度
Σγ=Σα=1.69
2.1.2轴承的设计计算
（1）滚动轴承的选择
滚动轴承为圆锥滚子轴承32210，由文献[2]表
得
KN，
KN，
，
。
（2）寿命验算
轴承所受支反力合力
N（4.1）
对于圆锥滚子轴承，派生轴向力互相抵消。
，
N
由文献[2]表
得，
，
N（4.2）
按轴承B的受力大小验算
h（4.3）
h=
年
由于半自动牵引车车桥的运转平稳，必须选择较大寿命的轴承，轴承能达到所计算的寿命。
经审核后，此轴承合格。
2.1.3螺纹强度的校核计算
螺栓的强度在机械联接中至关重要，特别是在重要的场合，其强度校核和计算尤其重要。
其受力简图如上图所示，图中以合力
代替均匀分布的作用力。
由于螺栓的剪切变形为截面的相对错动，因此抵抗这种变形的内力必然是沿着错动的反方向作用的。
仍用截面法求内力。
将螺栓假想地沿剪切面m—m切开，取左边部分来研究[图3－55（b）]，根据静力平衡条件
，在剪切面上必然有一个与
平行的分布内力系的合力
作用，且
；
与剪切面m—m相切，称为截面m—m上的剪力。
联接件一般并非细长杆，而且实际受力和变形情况比较复杂，通过理论分析或实验研究来确定剪力
在剪切面上的实际分布规律较为困难。
因此在工程实际中，做出一些假设进行简化计算，称为实用计算，或假定计算。
假设应力在剪切面内是均匀分布的，若
为剪切面面积，则应力为：
与剪切面相切，故为剪应力。
以上计算是以假设剪应力在剪切面内均匀分布为基础的，实际上它只是剪切面内的一个“平均应力”，所以也称为名义剪应力。
其值与剪切面上的最大剪应力大致相等。
2、挤压实用计算
联接件除承受剪切外，在联接件和被联接件的接触面上还将承受挤压。
所以对上面的联接件还要进行挤压强度计算。
把作用在螺栓挤压面上的压力称为挤压力，用
表示，用
表示挤压面面积。
挤压面上单位面积内承受的挤压力称为挤压应力，用
表示。
在工程上也采用类似剪切的实用计算方法，假定挤压应力是均匀分布的，则
通常挤压应力的分布情况如图3－53（b），最大应力发生在半圆柱形接触面的中点，它与实用计算所得的挤压应力大致相等。
挤压面面积
为挤压面的正投影面积。
对于平键接触面面积就是挤压面面积；对于螺栓挤压面面积
就是直径平面面积，其值为
。
3、强度条件
为了保证构件在剪切和挤压的情况下能够正常工作，必须限制其工作剪应力和挤压应力不超过材料的许用剪应力
和许用挤压应力
。
因此剪切和挤压的强度条件如下：
剪切强度条件：
≤
挤压强度条件：
≤
式中的许用剪应力
和许用挤压应力
可从有关规范中查得，它们与材料拉伸许用应力
有下列关系：
塑性材料：
脆性材料：
先按剪切强度设计：
≤
?
≤
d≥
再用挤压强度条件设计，挤压力为
，所以
≤
?
?
≤
d≥
最后得到螺栓的抗大强度和抗剪强度是合适的。
第三章半自动牵引车车桥中主要零件的三维建模
3.1压盖的三维建模
3.2主轴的三维建模
3.3圆锥滚子的三维建模
3.4半自动牵引车车桥的三维建模
第四章三维软件设计
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