轮胎拆装机设计说明书

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1、1 绪论 1.1 选择本课题的目的和意义 1 ：现实意义 随着我国经济实力和人民生活水平的提高， 汽车不再成为极少数达官贵人的 专利，而是离我们的生活越来越近。 汽车行业的发展给汽车维修保养行业带来了 新的发展机会，也对其提出了更高的要求。据有关资料显示，高速路事故 90％ 是由轮胎引起的，作为最为重要的汽车易损件之一的轮胎的保养维修显得犹为重 要。在维修轮胎的时候， 一般都要把其拆解。 传统的做法是用撬杠直接把外胎撬 开，这种方法既费时费力又会对轮胎造成损伤。 因此， 研究一种自动化程度高且 安全可靠的轮胎拆装机，对于改善汽车维修行业工作条件具有现实意义。 本课题设计生产的机器—快

2、速车轮拆装机兼拆胎， 装胎一体， 其主要工作为 卡爪和拆装头， 卡盘的转动由电机直接提供动力， 卡爪的夹紧、 松开等动作均由 气压系统提供动力支持。 这是又于气压系统相对于其他机械系统来说具有结构简 单，易制造以及容易实现自锁等优点，并且，可以简单地把充气功能附加上去。 拆装机主要由机械动力系统、 气压系统以及控制系统组成。 如何使机械的结构合 理分配是影响到拆装机的性能的主要原因。 车轮拆装机高效率和不伤胎的特点使其在汽车维修行业中占有越来越重要 的地位，并且逐渐成为每个维修厂不可或缺的工具。 2：理论意义： 带动设计相关行业的发展，如气缸，电机，蜗轮蜗杆，换向 阀，主令控制器等。使机械

3、传动技术和电气控制系统技术往快速、自动化、人性 化的方面发展 1.2 ：车轮拆装机 的现状及发展趋势 ．现状： 随着汽车维修行业的发展， 车轮拆装机的需求量也在增加。 但我国的拆装 机和发达国家相比还存在着巨大的差距， 主要表现为产品可靠性差， 寿命短， 性 能不够稳定，故障多；自动化水平低， 有些设备至今还采用手工操作， 操作费力； 品种不全，更新慢，技术含量低，附加价值率低。 ．趋势： 随着电子技术和液压技术的发展与推广，拆装机的技术水平也正在迅速地 提高。当前拆装机的发展水平和趋势具体表现在一下几个方面。 (1) 系列化。严格遵从意大利轮胎拆装机中大系列规范。工作盘装夹范围从

4、 10 in〜26 in，能够覆盖规定车型的任意扁平比的所有轮胎。 (2) 模块化。辅助臂，工作盘，打气表，鸟头，快速充气装置及其他附件可以 实现多种模块组合搭配， 更换灵活方便， 予留有较大的升级空间， 满足不同用户 的不同需求。 (3) 自动化： 1) 在轮胎拆装过程中，模拟轮胎在拆装过程的脱胎和装胎力学模型，既保证 了不会造成撕裂轮胎， 又避免了拆装臂在自由状态受力反弹造成人身伤害． 提高 了使用安全性。 2) 压胎轮和压胎块根据轮胎大小可在不同位置自动锁紧，操作高效方便且性 能可靠。 (3) 控制系统的发展 目前国内外的车轮拆装机的控制系统一般都是利用换向开关和气压换向阀

5、来实现，其发展趋势是简单化、智能化。 (4) 气压系统的集成化 随着电气化控制系统集成化的推广和完善，以及气压技术的进步，气压系 统的集成化也得到了迅速发展。 近十年来相继发展了板式集成、 块式集成和插装 集成等多种形式，而其中插装集成系统将会得到更广泛的应用。 (5) 气压机的宜人化 随着拆装机的自动化， 限制噪声和振动， 防止环境污染消除人身事故、 保证 拆装机安全可靠地进行生产就更为重要了。 为此，许多国家都制订了有关轮胎保 养维护的安全标准与法律。 1.3 、设计方案的拟定 本课题设计的拆装机集轮胎拆装、充气于一身，拆装轮胎需要的力并不太 大，而它对工作的平稳性和抗震性要求相对

6、比较大。所以拆装机转盘的转动采 用电机驱动。另外，为了简化结构，本次设计将松胎、卡爪的松紧两部分的动 力设备统一为气压机。 1.4 、本设计研究的内容 、拆装机的结构设计拟定 拆装机主要由主机和控制系统组成，管路及电气装置联系起来组成的一个 整体。主机部分由机身、气压装置、电机等组成。控制部分由动力机构、限程 装置、管路及电气操作部分组成。各部分结构如下： (1)机身的设计 机身由底座、转盘、分离铲、立柱、六方杆、踏脚控制器、手动控制器等 组成。底座为主架，转盘卡爪装在底座正上方，分离铲位于右侧以便松胎，立 柱在正后方，横臂用以连接立柱和六方杆，脚踏安装在底座前方，方便操作。 (2)夹

7、紧机构的设计 车轮在拆装前应被夹紧在转盘上，转盘上安装由夹紧用的卡爪，由于现在 普遍采用的四卡爪有易松动的缺点， 参照国内外的资料， 本次设计采用三卡爪， 其结构为： 转盘汽缸体的一端和转盘连接另一端通过活塞轴与挂架、 主连杆的 一端连接， 主连杆的另一端与三角转盘连接， 三角转盘另两个角设有两个连杆 主连 杆与两个连杆的另一端与卡爪相连，卡爪设在滑道内限位。 (4)动力机构的设计 动力机构主要由电机、皮带轮、涡轮涡杆减速器、轮盘、汽缸等组成。 轮盘的旋转由电机控制，电机转向由主令控制器控制，用手旋转控制器保 持电机正转，轮盘顺时针转动；松开松开手柄，则手柄回位，电机停转。向相 反的方向旋转

8、手柄，则电机反转，轮盘逆时针转动。 （5）拆装头的设计 拆装头是拆装机实现拆装轮胎的一个重要部件，拆装头设计的合理直接影 响到拆装轮胎的效果和机器的寿命。 其形状是根据拆装轮胎外胎和轮毂的力学要 求设计的。 6、安装与试车 本次设计的拆装机， 到厂后， 应该考虑到正确的安装和放置， 确保机器的安 全及稳固性，并保持 拆装机的左右两侧留有足够的空间，以使操作不受限制。 （ 1） 安装 a: 拆装机安装定位及其它防水措施与通风设施的设计。 b: 拆装机安装顺序的设计。 （ 2） 试车 2. 轮胎拆装机设计程序 车轮拆装机是汽车维修行业的主要设备之一， 七八十年代在发达国家就已 经

9、有产品出现。我过八是年代中期开始这方面的研制。至今我国已有五六家汽 修工具厂专门生产，品种繁多，结构和复杂程度差别很大。但不论设计哪一种 车轮拆装机，设计方法和程序都有共性的一面，即第一，对需拆装的车轮进行 详细的分析，了解车轮的形状、尺寸、材料、重量和拆装过程对机器的要求， 包括压力、速度、位移、工作空间、工作效率、自动化程度以及国内汽修厂普 遍使用的空压机功率等等。总之，通过工艺分析达到明确本机拆装过程，即一 个工作循环中每一个动作的详细要求和必要的调整范围。第二，调查研究。任 何设计都应该尽力达到满足用户单位使用要求； 制造工艺性好和具有先进的技 术经济指标。因此认真调查研究用户单位、制

10、造单位的要求和意见。并尽可能 搜集和研究国内外同类产品的结构、性能的有关资料，在此基础上初步设计出 一个设计方案。经过会审，广泛征求改进意见以后，确定一个最佳方案，作为 施工设计的基础。第三，最后完成全部施工设计和编制制造验收等全部技术文 件。第四，通过样机试制，性能实验和工艺实验，验证设计是否符合预期的要 求，并对设计做必要的修改。 快速轮胎拆装机设计过程的主要内容是：确定主要技术规格，动作线图， 气压系统和电气系统，主机设计，各零部件设计和总体布局。全部零件图，使 用说明书和制造验收技术文件。 这些过程是整个设计有机的组成部分， 在进行 每一个步骤时，都不能孤立的考虑，而应综合比较，互相

11、协调。 2.1 轮胎拆装机主要技术规格的确定 确定液压机主要技术规格是设计工作中最重要的步骤之一。 因为它直接关系 到所设计的机器是否满足轮胎拆装的质量和拆装效率要求。 同时它也是设计各零部件的依据，它对零部件的尺寸、要求加工设备的能力和整机成本有极大的影响。 因此，必须仔细分析机器所拆装轮胎的工艺动作程序； 仔细分析所使用拆装头和 分离铲尺寸和安装要求；仔细分析各动作要求的压力、速度、相对位置关系，工 作行程和行程停止点的位置精度要求。 在确定主要技术规格时， 我们还应深入调 查研究同类型设备的结构， 主要技术规格、 操作性能等相关资料， 并应充分重视 用户单位的要求和改进意见 主要技

12、术规格的内容 主要技术规格是表示机器工作性能的指标。通常包括以下部分：第一，主 要规格又称主要参数，它是表示轮胎拆装机主要特性的参数。 第二，各执行机构个动作的力。第三，工作空间，包括各执行机构运动的 最大距离和最小距离，工作台尺寸等。第四，各拆装动作的速度。第五，机器 外形尺寸，总功率和总重量。 主要技术规格的确定 确定主要技术规格时 ,基本的方法是工艺分析和统计分析相结合的方法 . 通过对轮胎拆装过程的分析和必要的工艺试验 ,可以确定整个拆装过程动作 和关系和各动作要求的压力 ,速度和工作空间等。同时，可以依据经验和有关计 算公式决定有关参数 . 在设计专用产品时 ,往往对拆装

13、轮胎只有工艺设想 ,缺乏实际试验或者因试验 条件限制而不能较为准确地提供参数要求 ;就是在设计标准系列时 ,也常常遇到很 多困难 ,例如机器不能设计的过于庞大、复杂致使机器成本增加等。因此，我们 卡爪活动范围： 分离铲最大张开尺寸： 450mm 必须较为准确地确定所设计产品拆装轮胎的尺寸范围， 典型轮胎的直径和宽度以 确定有关参数。在确定参数时，应尽可能的收集国内外同类型产品的有关资料， 应用统计分析的方法， 得出各参数的范围和它们之间的关系， 以帮助正确制定所 工作台夹紧汽缸夹紧力： 2800N 工作压力： 1MP 分离铲拉力： 14000N 工作台最小扭矩： 800

14、N.m 工作台直径： 700mm 工作台转速： 6r/min~8rmin 设计产品的主要技术规格。 根据轮胎尺寸、 形状、 材料所需拆装力等， 初步选定本次设计的拆装机工作台为 700mm,夹紧汽缸夹紧力3000N,分离铲拉力为14000N。经过在各汽车维修厂调 查分析，初步确定其主要技术规格如下： 250mm—— 700mm 工作台夹紧气缸速度： 伸出： 收缩： 30mm/min 30mm/min 分离铲速度： 顶出： 30mm/min 收回： 40mm/min 拆装头离工作台距离 最高： 500mm 最底： 50mm 四方立柱活动范围

15、：工作台中心— —正右侧 工作台距地面高度： 900mm 控制手柄距地面高度： 650mm 机器轮廓尺寸： 长度： 1120mm 宽度： 900mm 最大高度： 1900mm 电机总功率： 1.1 KW 机器总质量： 220kg 参考外观图如下： 拆装机外观图 由图可看出，拆装机由四大部分组成：机箱、工作台、立柱拆装头组件以及 分离铲组件。动力系统几控制系统皆安排于机箱之内，控制操作部分为机箱正下 方的三个踏脚。机器集松胎、拆胎、装胎于一体。松胎功能由机器右侧的分离铲 实现：将轮胎滚放到右侧压胎板 T调整分离铲位置T踩下最右侧踏板使分离铲向

16、 左夹紧实现松胎。拆胎过程：将轮胎放在工作台上面一踩下中间踏板一卡爪张开 卡紧轮毂一将六方杆压下并扳下紧锁手柄一将拆装头放进轮胎与轮毂间 一踩下 左侧踏板—工作台转动—轮胎与轮毂分离。装胎过程与装胎过程操作类似，不同 点仅为将拆装头放在外胎之上压紧，工作台转动时将外胎压进轮毂。 根据所拆装轮胎外胎直和径宽度可设计出工作台的直径以及分离铲的最大 活动范围，根据轮胎轮毂的尺寸范围可确定卡爪的张合活动范围， 这样就可以进 一步确定拆装头立柱高度、六方压杆的最高和最底位置。而根据轮胎材料、重量、 轮毂和外胎的黏合力，则可得出工作台最小扭矩，拆装轮胎时工作台气缸所需的 夹紧力、松胎时大气缸所需的压

17、力、速度和行程等。 经调查，市场上的拆台机存在一下问题：夹紧部分均为四卡爪结构，易松动， 难卡紧轮胎，制造成本高。控制部分普遍采用踏板机构，操作时动作比较单一， 三个踏脚外观形状一致，排列紧密，并且操作时要求根据经验观察机器的动作是 否达到工作目的，极易发生因误操作而发生危险的现象。 根据国内外相关参考资料，本设计将机器做了如下改进： 一、 工作台四卡爪结构改为三卡爪， 其结构为：转盘汽缸体的一端和转盘连 接另一端通过活塞轴与挂架、主连杆的一端连接，主连杆的另一端与三角转盘连 接，三角转盘另两个角设有两个连杆主连杆与两个连杆的另一端与卡爪相连， 卡 爪设在滑道内限位。 二、 根据当

18、前机器简单化、集成化和宜人化的发展趋势，将工作台转向控制 及卡爪夹紧控制踏板机构改进为手控板式集成系统，并将控制机构设置在适合人 操作的离地面650mm勺地方。根据经济性要求，分离铲的控制踏板采用插装式现 成标准两位五通阀，并将其安排在离分离铲较近的地方，方便操作。 三、 针对皮带经常容易松动的缺点，将 V带定期张紧装置带到设计中来， 22动力系统的设计 221选择传动机构类型 根据拆装机工作要求，可以知道，拆装机最后一级的转速为6r/min~8r/min。 要在保证扭矩要求的情况下达到底转速， 方案有三种：第一种，采用气动马达或 者液压马达的一级传动，根据调节气流或液流来实现大扭矩低

19、转速。 第二种，采 用普通电机。第三种，采用特殊电机。经比较，第二种是最经济简易的方案。 目前一般电机额定转速为1400r/min,从电机到工作台的总转速比i高达200, 而要达到如此高的转速比，常见的形式有二：一为行星轮减速器，二为蜗轮蜗杆 减速器。但行星轮减速器制造和装配都比较困难，成本极高。综合各种考虑，最 终确定选择皮带加蜗轮蜗杆减速器的传动机构。 电机的选择 1.电机的类型及结构型式选择 由于本拆装机需要经常起动、制动和反转，并要求有较小的转动惯量和较 强的过载能力。选择 Y系列异步电机。参照《机械设计手册》第4 0篇《电力 传动》(P4 0 - 118 )确定电机结构型式为

20、卧式，安装型式为 B3型 2 .电机容量的选择 1) 工作所需功率PW 据《机械设计基础》P7工作主轴所需功率： 9500 主机所需功率Pd: Pd Pw 式中n为电机至工作主轴的总效率 n = n 1n 2n 3。。。。。。。。。 n n 本拆装机有两级减速机构，根据《机械设计基础》 P7表2-4取值如下 皮带轮n 1=0.95 蜗轮蜗杆n 2=0.75 滚动轴承n 3=0.99 代入数据 T= 2 0 0 0 Nm , nw =8 r/min，得 Pd=9 . 8 KW 确定电机功率为1 .1 kw 3 .选择电机转速 据经验公式 nd （i』2 in）n

21、w nm 1440 nw 200 7 i i2 i1 200 70 2.5 式中： 山——电机转速可选范围 I I I i1i2 in ――各级传动的传动范围 I 取 i1 =2.5 ; i2=70; 又主轴转速 nw =7r\min 得 nd =1225r\min 4. 确定电机型号 由《机械设计手册》第4 0篇《电力传动》 (P4 0 - 1 3 2)确定电机型号为 Y-90S安装形式为B3型 计算传动装置总传动比和分配各级传动比 1传动装置总传动比 i 2分配各级传动比 h =2.5, 则单级蜗轮蜗杆减速器的传动比为 取v带传

22、动的传动比 所得i2值符合一般蜗轮蜗杆传动比的允许范围。 3. 计算传动装置的运动和动力参数 1) 各轴转速 电机轴为o轴，减速器高速轴为I轴，低速轴为II轴，各轴转速为 n0 = nm =1440r\m in nI no 560r\min ii n“ 出 560/70 8min i2 2）各轴输入功率 按电机额定功率计算各轴输入功率，即 Po Rd 1.1KW R F0 1 1.1 0.95 1.045KW Pi P。2 3 1.045 0.75 0.99 0.78 KW 3）各轴转矩 P 1 1 T。9550-° 9550 7.3Ngm n0 1440

23、T1 9550 巴 9550 他5 17.8Ngm n1 560 P, 0.78 T 9550」9550 931.1 N gm n2 8 带传动的设计计算 1•确定计算功率Pea 由《机械设计》表8-6查得工作情况系数KA=1.1，故 Pea KAP 1.1 1.1KW 1.21KW 2. 选取V带带型 根据Pea n1由《机械设计》图8-9确定选用A型。 3. 确定带轮基准直径 由《机械设计》表8-3和表8-7取主动轮基准直径dd1 75mm 根据式（8-15），从动轮基准直径dd2。 dd2 idd1 2.5 75 180mm 根据表8-7取dd2 =

24、180mm 按式（8-13）验算带的速度 dd^ 75 1440 60 1000 60 1000 m/s 5.65m/ s 35m/ s 带的速度合适。 4. 确定v带的基准长度和传动中心距 根据 0.7（ddi dd2）2（ddi dd2），初步确定中心距 a°=250mm 根据式（8-20）计算带所需的基准长度 Ld 2a0 （dd1 dd2）也啦=990mm 2 4a° 由表8-2选带的基准长度Ld =1068mm 由表（8-21 ）计算实际中心距a a a。 Ld Ld 2 (250 1068 990)mm 289mm 2

25、 5. 验算主动轮上的包角i 由式（8-6）得 1 主动轮上的包角合适。 6. 计算V带的根数 Ld Ld 2 57.5o 159o 120o 由式（8-22）知 PCa (P0 VP°)KaKL 由 n0 = nm=1440r\min， dd1 75mm， i1 =2.5，查表 8-5c 和表 8-5d 得 P0=25OkW △ P0=990kW 查表 8-8 得 Ka=0.89，查表 8-2 得 KL=0.96，则 1.21 (250 990)0.89 0.96 1.98 取z=2根。 7.计算预紧力F0，由式（8-23）知

26、 F0 500代 1) qv2 查表 8-4 得 q=0.07kg/m，故 F0=64N 8.计算作用在轴上的压轴力 Fp 2zF0 sin—1 105N 2 9.带轮机构设计 1)V带轮的结构形式的选定：根据《机械设计》 P156,因为 dd1 =75mm<2.5d(d 为电机轴的直径)，所以小V带轮选用实心形式; dd2=180mm，D- d1 100mm，所以大带轮选用孔板式。 2)V带轮的轮槽尺寸的设计 根据所选V带带型，由《机械设计》表8-10选取如下表所示尺寸 项目 节宽 bp 基准线 上槽深 hami n 基准线

27、 下槽深 hfmin 槽间距e 第一 槽对 称面 只端 面的 距离 f 最小 轮缘 厚 min 带轮 宽B 夕卜径 da 轮槽 角 大带 轮 11.0 2.75 11.0 15 0.3 10 2 6 36 180 34° 小带 轮 11.0 2.75 11.0 15 0.3 10 2 6 36 40 34o 具体结构参看零件图CZ-00-54和CZ-00-57 10.V带传动的张紧装置设计 在工厂实习过程中，根据轮胎拆装机操作工人的反映，拆装机经常发生工作 台不转动或者拆装轮胎过程中工作台转盘突然停转的现象， 由于蜗轮蜗杆为机械

28、 齿啮合，不可能发生传递动力的问题，究其原因，大部分是由于皮带太松或者皮 带损坏而导致传出功率不足，为了解决这个问题，本设计特意参照《机械设计》 P159《V带传动的张紧装置》，为V带传动设计了张紧装置。 由于两皮带轮处于一上一下的接近垂直位置，所以采用摆架式的定期张紧装 置，定期改变中心距来调节带的预紧力。 在拆装机的箱体底部制造四个轴耳， 装 有带轮的电机安装在可调节的摆架上， 摆架一端制造有两个孔，由一根转轴和箱 体的两个轴耳连接，使其可绕转轴转动。摆架的另外一端钻有一个螺纹孔，用一 活节螺栓和穿在轴耳的第二根轴相连接。调整张紧装置的时候，只要拧紧和活节 螺栓配合的螺母，将皮带张紧到

29、合适的位置即可，其具体安装形式如图所示： 225蜗轮蜗杆的设计计算 本设计的机器设计寿命定为8 0 0 0小时 1•选择蜗杆传动类型 根据GB/T10085-1988的推荐，采用阿基米德蜗杆（ZA型）。 2. 选择材料 根据库存材料的情况，并考虑到蜗杆传动传递的功率不大，速度底，故蜗杆用 45钢；因希望效率高耐磨性好些，故蜗杆的螺旋齿面要求淬火，硬度为 45~55HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。 3. 按齿面接触疲劳强度进行设计 根据封闭蜗轮传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿跟弯 曲疲劳强度。由《机械设计》式（11-12）

30、，传动中心 3 ZEZ 2 a fT2（-r） 1） 确定作用在蜗轮上的转矩T2 按乙1估取效率 0.8则 6 P2 T2 9.55 106」= 2） 确定载荷系数K 因为工作载荷较稳定，故取载荷分布不均匀系数k 1 ；由表11-5选取使用系数 kA 1 ;由于转速不高，冲击不大，可去动系数 Kv=1 ;则 K = kAgK gKv =1 3） 确定弹性影响系数Ze 因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和蜗杆相配，故 Ze 160MPa1/2 4）确定接触系数Z 先假设蜗杆分度圆直径d 1和传动中心a的比值d 1/a=0 .4 1，从图11 -1 8中查得Z =2 .7 >

31、45HRC，从表 5）确定许用接触应力]H ] 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度 11 -7中查得蜗轮的基本许用应力 H =26 8 MPa。 应力循环次数 N 60jn2Lh 60 1 560 7 8000 3.84 107 寿命系数 Khn 8 107 7 = 1.21 3.84 107 H ] = KHN . H .21 2 6 8 MPa= 428.556N/mmA2 6）计算中心距 a 3/1 984844 160_27 mm 100mm V 429 取中心距a=110mm,因为i=70，故从表11-2中取

32、模数m=2.5mm,蜗杆分度圆直 径d仁45mm。这时,d1/a=0.4。从图11-18中查得接触系数Z' =2.68,因为Z' Z ， 因此以上计算结果可用。 4. 蜗杆与蜗轮主要参数与几何尺寸 1） 蜗杆 蜗杆头数z1=1，蜗杆分度圆齿厚s2=3.927mm,蜗杆螺纹长b1> 38mm蜗杆分度 圆直径d仁45mm,蜗杆齿顶圆直径da1=50mm,蜗杆齿根圆直径df1=39mm,蜗 轮分度圆直径d2=175mm,蜗杆导程角丫 =3.18°。蜗杆轴向齿厚sx1: 3.927mm, 蜗杆法向齿厚sn 1: 3.921mm。 2） 蜗轮 蜗轮齿数z2=70;蜗轮变位系数x2=0 验算传动

33、比i互70,这时传动比误差为0,允许 Z1 蜗轮分度圆直径 d2 mz2=2.5 70= 175mm 蜗轮喉圆直径 蜗轮齿跟圆直径 da2= d2 2ha2=180mm d f2 d 2 2hf 2 =169mm 蜗轮齿顶圆弧半径 1 Ra2= * 严=20亦 蜗轮顶圆直径de2=185mm 5. 校核齿跟弯曲疲劳强度 1.53KT2 泉2丫 ddm 当量齿数 Z2 Zv2 3 COS 70 70.26 o cos3.18 根据x2=0,乙2 =70.26，从图11-19中可查出齿形系数丫卩玄2=2.3 螺旋角系数 许用弯曲应力 1 ——

34、 140° 0.974 F F “FN 从表11-8中查得ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力 F ' =56MPa。 寿命系数 Kfn 106 3.84 107 =0.67 f =56 0.67=37.52MPa 1.53 1 9848442 45 175 2.5 2.3 0.974MPa=138.165MPa 弯曲强度可以满足 属于通用机械减速器，从GB/T10089-1988 6. 精度等级公差和表面粗糙度的确定 考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动, 圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择8级精度，侧隙种类为f，标注为8f GB/T10089-1988

35、 然后由《互换性与技术测量》查得相关公差。 （详见图CZ-05-01和CZ-05-02） 7. 蜗杆传动的热平衡核算 蜗杆传动由于效率底，所以工作时候发热量大。在闭式传动中，如果产生的热量 不能及时散逸，将因为油温不断升高而使润滑油稀释， 从而增大摩擦损失，甚至 发生胶合。所以，必须根据单位时间内的发热量 1等于同时间内的散热量 2的 条件进行热平衡计算，以保证油温稳定地处于规定的范围内。 由于摩擦损耗的功率Pf p（1 ）,则产生的热流量（单位为1W=1J/s）为 1 1000p(1 ) 式中P为蜗杆传递功率，这里 P=1.1KW 按蜗杆头数为1，由《机械设计》P260取=0

36、.7,则 5 1=1000 1.1 （ 1-0.7）=3.3 10 J/s 由于转速底，温度不高，本设计采用自然冷却方式，从箱体外壁将热量散发到 周围空气中。其热量 2 dS(to ta) 式中：d ――箱体的表面传热系数，取 d =12 S――内表面能被润滑油所飞溅到，而外表面又可为周围空气所冷却的 箱体表面面积。由箱体结构，S 0 . 2 m2 to——油的工作温度，一般限制在6 0〜7 0 oC ta ――周围空气的温度，由于机器在常下工作，取 ta = 20OC ； 按热平衡条件! = 2，可以求得在既定工作条件下的油温to为 t0 — ta + 1000P(1

37、) ad (t0 ta) =20 .15 oC 保证正常工作温度所需要的散热面积 S为 S 叽"15 m2 显然，箱体表面散热面积可以达到散热要求 8 .轴承的选择 蜗杆轴承的选择 初始条件：轴承所承受 载荷为Fr1 =1500N， Fa=1000N，d=30mm，转速 n=560r/min要求工作8000小时，工作情况平稳。 <1>轴承类型的选择 按照装置的结构，本设计蜗杆采用一对角接触球轴承，正装。代号7006 AC ( GB/T292-1994 ,) 由滚动轴承样本可查得7006AC型轴承面对面安装，当量载荷的计算： 因为Fa/Fn=1.5>0.

38、68 ，且工作平稳，取fp=1，按公式(13-8a) F2 fp(0.67Fr 1.41Fa)=2415N <2>求该对轴承应具有的基本额定动载荷 按照式子(13-6 60nLh ；106 60 560 8000 106 =15585.7N <3>按照滚动轴承样本，一下个型号轴承面对面成对安装在一个指点时候的基本 额定动载荷C为： 轴承代号 7006AC 7006AC 基本额定动载荷/N 24600 25000 故选择一对7006AC的轴承安装在蜗杆两侧上合适。 2 . 2 .6主轴的强度校核 初始条件，由蜗轮的计算可知道，工作台输出的扭矩为 984844N.mm

39、。轴的弯距 由工作台和拆装的轮胎的重量造成，由于工作台和轮胎的重量大约 50Kg，弯距 较小，可以忽略。 此处按照 轴的扭转 刚度进行校 核。本 主轴为阶梯 轴。 由《机械设计》P368公式15-16 5.73 104 1 Tli LG i 1 I pi 式中：T 轴所受的扭矩，单位 N.mm G ——周到材料的剪切弹性模量，单位 MPa，对于钢材，G = 8.1 104 Mpa 4 Ip ――轴截面的极惯性矩，单位 mm4，对于圆轴，Ip d 32 L 阶梯轴受扭矩的作用的长度，单位为 mm Ti、h 、5――分别代表阶梯轴第i段上所受的扭矩、长度和极惯

40、性矩; Z ――阶梯轴受扭矩作用的轴段数。 其中 4 Ip 处= 2 0 7 . 6 3 mm4 p 32 阶梯轴受扭矩作用的长度即为蜗轮在主轴上的作用中点到工作台在主轴上 的作用中点的距离，按照主轴结构尺寸 L= 2 6 0 mm。 代入数据，算得 =0 .3 3 轴的扭转刚度条件为 由于轴传动精度要求不高，取 =1 显然，轴的扭转刚度符合要求，主轴的结构合理。 主轴零件见CZ- 0 5 - 0 1。 2 . 2 .7大气缸的设计 由于拆装机松胎过程需要的拉力高达14 0 0 0 N，并且行程短(按照轮胎 最大宽度4 0 0 mm确定分离铲的最大张开距离4 5

41、 0 mm。为留有一定余量。 大气缸的行程为6 0 0 mm)要达到如此大的拉力，并且行程极短，前没有厂家 专门生产。所以所要的气缸属于特殊气缸。 (1) 气缸活塞杆的确定，按照机器结构，并参照表13 -4《活塞杆直径系列》 选用气缸活塞杆直径20 mm (2) 气缸内径的计算 由《液压传动与气压传动》P3 2 1公式(13 -4) 4F d2 式中 F= 1 4 0 0 0 N ; 工作压力P=1 MPa;由表13 - 2查得 =0 . 5; d=2 0 mm。代入上式得 D= 18 9 mm。 按照《液压传动与气压传动》P 3 2 1表1 3 - 2缸筒内径系列圆整为

42、 D =18 0 mm (3) 气缸壁厚的设计 本次设计的大气缸选用铸铁 HT 10 0,根据表13 - 5确定气缸壁厚为 14 mm。 (4) 气缸的结构设计 由于大气缸行程短，速度慢，所以无须缓冲。前后端盖只用简单的端盖 闭合，所有密封圈均采用 O型密封圈，标准GB/T 3 4 5 .2 - 1 9 9 8 为了防止安装在机器箱体上造成应力过大， 要将气缸与分离铲力臂左侧的加强 板连接，并且在大气缸工作时候会有一定的绕轴摆动， 所以大气缸的安装形式 为前端轴梢式。即在前端盖设计两个轴耳通过螺栓组和箱体的加强板连接。 2.3. 控制系统的设计 控制系统的设计作为本次设计的一

43、个重点，按照集成化、标准化和宜人化 的原则进行。 经过在各汽车维修店的调查， 目前不同厂家生产的各种类型的轮胎 拆装机的控制部分都设计为脚踏控制的形式。这样的结构形式存在很多的缺陷。 工作部件的正向、反向活动都由同一个踏板来控制，并且踏板的结构形式一样， 在控制的时候容易出现误操作的现象， 特别是不熟练的工人， 需要经过比较久的 岗前培训方能上岗。操作时候需要经过思考决定下一步的动作。 按照《机械制造装备设计》 P9 机床总体设计的指导，将控制系统适当复 杂化，既将踏板结构改进为一个踏板加两个手柄控制的机构。 并且按照人的思维 习惯，将控制手柄的顺时针、 逆时针的控制和工作机构的顺逆转向相一

44、致。 如此， 可以大大的减少误操作的几率。 手动控制装置安装在机箱左上角， 并且机箱高度 大约为600mm手动控制部分刚好处在适合人手操作和观察的高度。而控制分离 铲的两位五通阀则安装在离分离铲较近的机箱右下角。这是因为在松胎作业时， 要用一手调整分离铲位置， 一手固定轮胎的位置。 并且，将其安装在离分离铲较 近的地方，和手动控制器分开。 （具体安装见图 CZ-00-00） 2.3.1 电气控制系统的设计 由于拆装机工作台需要频繁地启动、 停转并且有时要反转， 实现这一功能的可用 机械机构或者电气控制来实现。 经过调查研究， 目前轮胎拆装机采用的电机换向 控制器是在专门厂家定做， 通用化和

45、模块化不够好， 并且需要设计制造与之相适 应的踏板结构， 经济性也不够好。 出于机器本身结构和经济化的要求， 本设计采 用电气主令控制器来实现这一功能。 2.3.2 电路系统的组成 由于电气系统的任务是按照电气系统规定的动作图表， 驱动电动机， 选择规定 的工作方式在主令控制器的指令下，使有电机动作以完成指定的工艺动作。 拆装机采用三相交流 50HZ， 220V 电源，由主要元件“主令控制器”和“三相 鼠笼型感应电动机”所组成，并实施了“星---三角”启动。电路图如下: t Tflr-hW+t 1 Snvri,: *C220V 50He — 1. >

46、 9-1* 反轉萬It HKI J.址1T ■良亜 • HI ■ P EHiQ2«B 一恨护电鶴 编号 am睜号 崙注 S11 斤厳皆扶片扶 ELS6W47 3 ITVG MMMW 4-E 1）主令控制器的原理说明 主令控制器是一种频繁对电路进行接通和切断的电器。通过它的操作，可以 对控制电路发布命令，与其它电路联锁或切换。常配合磁力起动器对绕线式异步 电动机的起动、制动、调速及换向实行远距离控制，广泛用于各类起重机械的拖 动电动机的控制系统中。 主令控制器一般由外壳、触点、凸轮、转轴等组成。

47、 常用的主令控制器产品有 LW5和LW6系列。LW5系列可控制5.5kW及以 下的小容量电动机；LW6系列只能控制2.2kW及以下的小容量电动机。用于可 逆运行控制时，只有在电动机停车后才允许反向起动。 LW5系列万能转换开关 按手柄的操作方式可分为自复式和自定位式两种。根据拆装机所用电机功率为 1.1KW，机器的工作动作要求。选用 LW5自复型。其动作示意图如下： LW5-15/5. 5N 233.作台动作的说明 由上图可以看出，控制器有6组共12个接触点，手柄有三个工作位置 工作台正转反转： 手柄角度左边45° 触点1-2、3-4、5-6闭合，触点7-8打开 工作台正转

48、不施力时手柄0 只有触点5-6闭合, 工作台停转 手柄角度右边45。 触点7-8闭合，其余打开 工作台反转 电气连锁电气保护装置 1•控制电路的短路保护是采用空气开关。 2•电动机的过载保护是采用热继电器，短路保护是采用空气开关。 3•本机器由于线路的通断是通过主令控制器控制，得到线路的高压保护及失压保 护。 4.本机器电器装置均有安全可靠的接地装置，用户应按照要求接上总地线。 气动控制系统设计 和模块化的要求对于气动控制元件选用国家标准方向控制阀。 工作台夹紧气缸控制阀的说明 为了操作工能准确地使工作台气缸夹紧轮胎，和操作方便。采用 QSR5系列手 柄推拉式

49、三位五通阀，由于要使气缸在控制阀不发出指令的时候能处于停止状态 并夹紧轮胎，所以采用的是中位常闭式。图形符号 O 24 可以看出，手柄有三个工作位置，其动作说明如下: 气缸的夹紧松开 手柄角度上推25° 气流方向1-2, 4-5 气缸收回松开 不施力时手柄0° 全气路闭合 气缸不动 手柄角度下推25° 气流方向1-4, 2-3 气缸顶出夹紧 离铲大气缸控制阀的说明 由拆装机的动作要求，大气缸方向控制阀采用 Q23J7A系列二位五通脚踏阀。采 用常通式。图形符号： 其动作说明如下： 分离铲的夹紧松开 踏板踩下 气流方向1— 4, 2—3 大

50、气缸夹紧 松开踏板 气流方向1— 2, 4—5 大气缸顶出 气路原理图如下： 3夹紧机构的设计 车轮在拆装前应被夹紧在转盘上，转盘上安装由夹紧用的卡爪，由于现在普遍采 用的四卡爪有易松动的缺点，参照国内外的资料，本次设计采用三卡爪，其结构 为：转盘汽缸体的一端和转盘连接另一端通过活塞轴与挂架、 主连杆的一端连接， 主连杆的另一端与三角转盘连接，三角转盘另两个角设有两个连杆主连 杆与两 个连杆的另一端与卡爪相连，卡爪设在滑道内限位，形式如下： 具体连接方式见图CZ-02-00 4器的安装与试车 机器安装在混泥土基础上，具体见图纸 CZ-0 0 - 0 0。 4.1安

51、装顺序为: (1) 首先将工作台、动力机构按照装配图对于位置安装，并将工作台上平面找 平，要求台面与水平的平行度不大于0 . 0 5伽,然后将地脚的栓紧固• (2) 如图将立柱、回位弹簧、六方杆、柱帽等装在机箱上，并将所有紧固件旋 紧。并调节六方杆所紧弹簧片，使六方杆在回力弹簧的弹力下能自由地上下活 动，而将所紧手柄向下板大约12 0度时， 能将六方杆准确地锁紧在要求位置 上。 (3) 将拆装头安装在六方杆下部，并按照一般拆装的轮胎直径调整拆装头位置， 然后将六角螺栓锁紧。 (4) 将松胎铲组件安装在对应位置，按照轮胎的宽度调整活塞末端螺母， 使其活 动范围符合要求 (5)

52、安装大气缸。 (6 )安装二位五通阀、三位五通阀和万能转换开关 (7 )按照气压原理图及电气原理图和电气接线图等，接好管路等. 然后可以试车. 4.2试车 调试前应确保电源和气源符合要求，并确保油雾器中的油在油标范围之内 421设备的初始调试 说明：三个踏板必须在原始位置。 将主令控制器手柄拧转负45度，转盘顺时针旋转； 将主令控制器手柄拧转正45度，转盘逆时针旋转； 踏下分离铲脚踏，分离铲动作，松开踏板后回位； 将夹紧气缸三位五通阀向上拨25度，转盘上的卡爪向回收紧；下拨25度,卡 爪又合上； 转动旋扭梅花手柄，锁紧摆臂； 按下六方杆，扳动六方杆锁紧手柄锁紧六方杆。

53、 松开六方杆锁紧手柄，六方杆回位。 分离铲调试 分离铲位于机箱右侧，它的工作程序是：用脚踩下脚踏，机箱内大气缸工作， 气缸活塞杆将分离铲拉向机箱方向。其拉力在 14075 N左右。松开分离铲脚踏I , 气缸活塞杆被压出。分离铲可以在一定范围内左右摆动， 如摆动幅度不合适，调 整活塞杆右端螺母(如图7)位置 即可实现。 423六方杆的锁紧调整 当六方杆锁紧手柄（如图 8）向下时，六方杆在外力和回位弹簧的作用下可以上下自由滑 动；当 六方杆锁紧手柄逆时针转动约 120度时，连接在手柄上的凸轮将锁板顶起使六方杆锁死。 如 达 不到该种情况，调节螺母的上下位置，即可实现锁紧六方杆的目

54、的。 拆装头的调整 1，检验 1） 将一直径为15英寸的铝合金轮毂安装在转盘上； 2） 使拆装头与轮辋配合，并锁紧； 3） 按照图9 （滚轮拆装头）和图10 （护垫拆装头），使用专用检测工具检验。 2, 调整 1） 松开所有紧固拆装头的螺钉； 2） 使拆装头与轮辋相吻合，并锁紧六方杆； 3） 稍微将螺钉A3-A4（图13，14）拧紧，调整拆装头使其处于正确的状态； 4） 分别将螺钉A1-A2（图11, 15具有滚轮；图12, 16具有护垫）拧紧，以使拆 装头位置在正确范围内，然后用手将螺栓 B紧固； 5） 解锁并升起六方杆，再使拆装头与轮辋相吻合，

55、并锁紧六方杆； 6） 初次用50Nm勺力矩将螺栓A1-A2-A3-A4拧紧，再用专用测量尺检测数据,确保 其与图中数据一致； 7） 最后，用50Nr的力矩紧固螺栓B,再用专用测量尺检查一次。 3, 定期检查 使用半年后，按照“检验”步骤检查相关数据是否正确，如果数据不正确，则按 以下步骤进行： a） 检查螺栓是否紧固； b） 如果数据2 （滚轮，图11）或数据1 （护垫，图12）发生变动，可能是由于调 整螺母（图 8） 发生松动。拧紧或松动螺母增加或减小倾斜角度。 匚A 負1-—~ 'll A2 £ — J ° :Lua j— I y f ・〒「 B

56、 I- i B 1- I A3-A4 425气源三联件的调试与调整 如图17所示，图中气源三联件上有一气压调节钮，将其拔起，反时针旋转 是减压；顺时针旋转是增压。将压力调到工作压力后，按下调节钮以锁紧。 空气净化器是滤除空气中的水和杂质。当水和杂质累积量超过红线标志时， 旋开下面的放水钮然后用手指上压以将水和杂物排出。 油雾器是向工作气体中加入定量的润滑油， 用于润滑气缸和气阀中的运动零 件。踩下脚踏H或I，3〜5次后，润滑器玻璃杯中会有一滴油滴入，如达不到该 流量值，可调节油量调节螺钉来实现。 II 玻璃杯气压谓节钮 口 C 口 5

57、 III星调节螺乍 力农 4.3常见故障及排除方法 故障 可能的原因 排除方法 转盘只单向转动 ♦万能转换开关损坏 :♦更换万能转换开关 转盘不转动 ♦皮带损坏 ♦万能转换开关损坏 ♦电机有问题 ♦皮带太松 ♦更换皮带 ♦更换万能转向开关 ♦检查电机电源或接线 盒电 源接线 ♦若电机烧坏，更换电 机 ♦调节皮带张紧力 转盘不能正确夹住轮辋 ♦卡爪磨损 ♦转盘夹糸气缸漏气 ♦更换卡爪 ♦更换气缸密圭寸圈 踩下脚踏后，脚踏不能回 位 ♦脚踏回位弹簧损坏 ♦更换脚踏回位弹簧 传动部分声音异常 ♦电机位置紧固螺钉松 动 ♦有异物进入

58、传动系统 ♦旋紧紧固螺钉 ♦排除异物 电机不转或输出力矩不 足 ♦传动部位卡死 ♦电容击穿 ♦电压不足 ♦断路 ♦排除卡点 ♦更换电容 ♦暂停工作等待恢复 ♦排除 气缸输出力不足 ♦漏气 ♦机械障碍 ♦气压不足 ♦加强密圭寸 ♦排除机械障碍 ♦更换压缩机 漏气 ♦气管损坏 ♦接管嘴损坏 ♦密圭寸胶流失 ♦更换相应零件 ♦加胶 5 维护和安全操作规程 正确使用机器设备，认真的维护和保养以及严格遵守安全操作规程是延 长设备使用寿命、保证安全生产的必要条件。为保证这一条件，首先应熟悉 机器的结构性能和操作程序，掌握其特性，为方便用户，根据一般使

59、用情况 提供有关维护保养及安全操作几点意见。 5.1. 维护和保养 只有专业人员才可进行维修工作。 在进行任何维修保养的工作之前， 应断开电源 并使电源插头在维修 人员的监控范围之内，同时关掉气源并将气体开关推到关闭( Off )位置且踏下 大气缸脚踏和扭转夹紧气缸控制手柄。 排尽机器内余留压缩空气。 为正确使用拆装机和延长其使用寿命， 按说明书要求定期维修和保养是很有必要 的，否则机器的运行和可靠性将受到影响， 并可能使操作者或机器附近的人员受 到伤害。 保持机器及工作区域的干净，以避免灰尘进入运动部件。 保持六方杆的干净(用柴油清洁)和润滑。 保持横摆臂连接处的干净，定期润滑，

60、使其能够推拉顺畅。 每周用柴油清洁转盘并润滑卡爪及其导轨，并使其保持干净。 每周应使用锂基脂类的油品进行润滑所有相互产生位移的结合面和相互摩擦 的结合面。 定期检查油雾器中润滑油的高度，保证其油位不低于第二道红线，否则用 SAE20 号油 添加。。 定期检查油杯附近空气净化器内的凝结物。当水和杂质累积量超过红线标志 时，旋开下面的放水 钮然后用手指上压以将水和杂物排出。 定期检查并调节传动带的张紧力。 定期检查所有的连接部分并拧紧松动的螺栓。 定期检查并调整六方杆的锁紧处，以保证六方杆锁紧后拆装头内侧与轮辋的距 离(正常2〜3mm )。 5.2 安全操作规程 (1) 不了解机器结

61、构性能或操作程序着不应擅自开动机器。 (2) 机器在工作过程中不应进行修理或检修。 (3) 当机器发生严重泄露或其他异常现象时应停车分析原因，设法排除，不允许 带病生产。 (4) 不得超载或超过最大卡爪张开直径使用 (5) 电气设备接地必须可靠。 (6) 操作者离开机器应把总电源和气源关闭 纟士审］五 结束语 为期两个多月紧张而又充实的毕业设计即将圆满结束 .在此其间 ,通过查 找工具书 ,阅读相关资料 ,获悉了很多本专业及非本专业的知识 ,可谓受益匪浅 . 现将心得体会及对本设计的总结说明如下 : 快速轮胎拆装机是汽车制造厂和汽车维修部等工业部门不可缺少的维 护设备，因此

62、，在汽车制造和维护中占有重要的地位。随着微电子技术、气 液压技术等的发展和普及应用， 快速轮胎拆装机有了更进一步的发展。 目前， 以发展成多种类多功能的汽车维修装备。 在轮胎拆装机结构设计中 ,应考虑的主要因素有以下几点 : (1) 满足各种车轮拆装工艺要求。 (2) 具有良好的刚度、强度和整体工作性能。 (3) 结构设计合理，具有良好的制造、安装工艺性。 (4) 使用可靠，便于操作和维修。 本课题中需要设计的内容包括 :车轮拆装机零部件 , 气压系统 ,电气系统 , 地基,安装及调试，以及用UG绘制三维图和CAD绘制二维图. 本课题研究设计的快速轮胎， 属轮胎维护类机器， 加工

63、过程需要用到较 大的总压力、工作空间，工作相对平稳，撞击和震动都较小，其与机械压力 机相比，本题结构简单，容易制造 . 机器的安装及调试很重要 ,直接影响到机器加工的精度 ,固要严格按照机 器的安装调整说明进行装配 . 参考文献 1〕吴宗泽主编 机械设计师手册 机械工业出版社 2〕刘新德主编 气液压手册 机械工业出版社 3〕何玉林、沈荣辉、贺元成主编 机械制图 重庆大学出版社 4〕孙衡、陈作模等主编 机械原理 高等教育出版社 5〕王政等主编 焊工用书 机械工业出版社 6〕陈铁鸣、王连明、王黎钦主编 机械设计 哈尔滨工业大学出版社 7〕愈新陆、杨津光主编 液压机的结构与控制 机

64、械工业出版社 8〕廖念钊、古营衍 、莫雨松等主编 互换性与技术测量 中国计量出版社 9〕王坤、何小波等主编 机械课程设计 高等教育出版社 10〕液压传动设计指导书 广西工学院出版 11〕刘鸿文主编 材料力学第四版 高等教育出版社 12〕何存兴、张铁华等主编 液压传动与气压传动 华中科技大学出版社 13〕刘学宏主编 电子技术 高等教育出版社 14〕 Warren S. Seatones Computer Numgrical Control,Deimns Publishong lnc,1998 15〕雷天觉主编 气液压工程手册 机械工业出版社 1990-1998 16〕彭鸿才主编 电机原理及拖动 机械工业出版社 17〕俞新陆等 .液压机的结构与控制 .北京 :机械工业出版社， 1989:38-48