發(fā)動機拆裝翻轉架的設計與傳動部位分析

龔成平

摘 要：為方便研究發(fā)動機故障診斷問題，發(fā)動機拆裝翻轉架的設計進行了整體架構設計。對拆裝翻轉架關鍵結構：渦輪軸和蝸輪蝸桿傳動部位分別進行設計計算和校核，并結合ANSYS—workbench進行了有限元分析模擬，結果表明，所涉及的發(fā)動機拆裝翻轉架關鍵部位性能便捷可靠，滿足設計要求。

關鍵詞：拆裝翻轉架；蝸輪軸；輪蝸桿；有限元

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.002

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和中國制造2025戰(zhàn)略的實施，汽車制造業(yè)迎來了新的機遇，其中汽修行業(yè)是汽車制造業(yè)的重要組成部分。在汽修行業(yè)中，發(fā)動機的維修是一個比較重要的分支，發(fā)動機翻轉架則是汽修行業(yè)中常見的輔助設備，是發(fā)動機拆裝修理的最基本工具。其具有結構簡單、拆裝方便等特點，在減輕勞動者工作強度的同時也提高了維修效率。

由于發(fā)動機拆裝翻轉臺架的常用性，其發(fā)展方向也更趨于人性化。可以在翻轉架上設置發(fā)動機的所有輔助設施，實現(xiàn)發(fā)動機大修、起動、故障設置及診斷、排除等功能?？紤]到發(fā)動機內部有油的問題，在翻轉架底部設置油盤，克服工件、工具、油、水落地的問題，保證了文明作業(yè)和安全生產(chǎn)。在修理中，為了節(jié)省更多的時間，獲取更多的利益，人們將會生產(chǎn)出更為合理操作更為方便的拆裝修理工具。設計和制造出更安全、更便捷、更合理的發(fā)動機拆裝翻轉臺架是未來發(fā)展趨勢。因此，提高發(fā)動機拆裝翻轉架的可靠性，成為了一個不得不面對的問題。

蝸輪蝸桿是機械制造業(yè)中的一種傳動方式，有效率高、結構緊湊、工作可靠、壽命長和傳動比穩(wěn)定的特點[1]，在設計中應用蝸輪蝸桿傳動靈活方便，在傳動中起著關鍵作用；蝸輪軸承受發(fā)動機機身重量，其設計是否關鍵可靠是整個架臺設計的核心所在。本文根據(jù)自身設計經(jīng)驗，運用理論和仿真手段對所設計的發(fā)動機拆裝翻轉架關鍵部位進行研究分析，驗證其有效性。

1 發(fā)動機拆裝翻轉架的整體結構

汽車發(fā)動機翻轉架是用于實現(xiàn)在汽車維修時發(fā)動機的翻轉，便于對發(fā)動機進行360度全方位維修操作。其主要部件是：底盤組件，立柱，箱體組件，手輪，托盤，還包括選擇的渦輪蝸桿等設備。

較常見的翻轉架主要性能參數(shù)為：額定負重500kg；傳動結構傳動比 1：60；臺架高度1015mm；翻轉角度360度；鎖止位置任意角度。滿足技術參數(shù)及工作性能的要求；設計結構緊湊合理，滿足強度、剛度、壽命以及經(jīng)濟型、安全性方面的要求；設計應貫徹標準化，符合國家規(guī)范要求；計算方法應該盡可能的采用最新研究成果。本次設計的翻轉架的傳動裝置是由渦輪蝸桿組成的。該翻轉架利用蝸輪蝸桿的減速原理和自鎖功能。發(fā)動機重力通過翻轉架殼體形成力的平衡，保證了翻轉架的穩(wěn)定性。

組裝前嚴格檢查并清除零件加工時殘留的銳角、毛刺和異物。保證密封件裝入時不被擦傷。零件在裝配前必須清理和清洗干凈，不得有毛刺、飛邊、氧化皮、銹蝕、切屑、油污、著色劑和灰塵等。裝配過程中零件不允許磕、碰、劃傷和銹蝕。螺釘、螺栓和螺母緊固時，嚴禁打擊或使用不合適的旋具和扳手。緊固后螺釘槽、螺母和螺釘、螺栓頭部不得損壞。同一零件用多件螺釘（螺栓）緊固時，各螺釘（螺栓）需交叉、對稱、逐步、均勻擰緊?；ㄦI裝配同時接觸的齒面數(shù)不少于2/3，接觸率在鍵齒的長度和高度方向不得低于50%。

2 蝸輪蝸桿的基本計算

蝸輪軸外端夾持發(fā)動機等部件，設最大的發(fā)動機重量為1000kg，假設部件中心到立柱的距離為450mm，此時該蝸輪軸可以看成是外伸梁外伸的部分長度為100mm。

3 蝸輪蝸桿傳動受力和強度計算

4 有限元分析

ANSYS是一款功能強大的工程有限元分析軟件，在得知工程實際參數(shù)的前提下，對零部件進行三維建模，通過定義不同的條件參數(shù)，可對零部件進行網(wǎng)格化，得到有限元分析結果，可根據(jù)模擬仿真的情況，有效的對實際情況進行分析和預測[7]。

利用SOLIDWORKS進行三維建模[4-6]，在ANSYS-Workbench中蝸輪軸承載作用下進行靜力學分析。選取材料為45C，網(wǎng)格化分后，在連接轉盤的四個螺栓孔位置加載徑向力的位置加載大小為10000N，蝸輪蝸桿連接處加載1910N的支反力。選取好固定約束面，進行應力應變和變形量的分析，如圖所示，可以看出在圖示位置的軸肩地方容易出現(xiàn)應力集中的現(xiàn)象，此處的最大應力為21.776Mpa，軸容易在此處產(chǎn)生應力集中，應盡量減少應力集中源和應力集中的程度，此處最好采用過渡圓半角R降低應力集中。

在蝸輪蝸桿的動力學仿真中[7-9]，蝸桿采用的材料為15Cr，蝸輪采用錫青銅，將裝配好的圖形導入進行瞬態(tài)仿真學研究，劃分網(wǎng)格后并施加約束和接觸面，這里以蝸輪為主動輪，角速度大小設置為10rad/s，設置仿真時間為1s，從圖中可以看出：在運動學仿真中總位移的最大值為6.8356mm，最大應力大小為41.467Mpa，總加速度的最大值為144.31m/s2。

5 結語

通過對發(fā)動機拆裝翻轉架的設計，并對蝸輪軸和蝸輪蝸桿的關鍵部位的初步設計校核計算，然后經(jīng)過有限元分析進一步驗證，發(fā)現(xiàn)所設計的拆裝翻轉架的關鍵部位滿足正常工作下的條件要求，為下一步的生產(chǎn)制造提供了參考依據(jù)。

參考文獻：

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