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華僑大學(xué)機(jī)電及自動化學(xué)院·本科畢業(yè)設(shè)計(論文)
題 目
卡車底盤翻轉(zhuǎn)裝置
院(系)別
專 業(yè)
級 別
學(xué) 號
姓 名
指導(dǎo)老師
17
摘 要
［摘要正文］
改革開放三十年，我國的經(jīng)濟(jì)有了巨大的發(fā)展。作為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的動脈，公路貨運(yùn)運(yùn)輸發(fā)揮了巨大作用。我國卡車生產(chǎn)在過去的三十年中保持了一個強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭。在可以預(yù)計的未來，我國卡車市場需求將會更大。在這種情況下，如何改進(jìn)生產(chǎn)，提高效率，提高產(chǎn)能，成了每一個有意爭霸中國卡車市場的商家所不得不考慮的問題。
本設(shè)計是一個傳統(tǒng)的機(jī)械改良設(shè)計。為了克服原有卡車底盤翻轉(zhuǎn)器所存在的復(fù)雜，操作繁瑣的缺點，提出了改良．改良重點在于底盤裝配中的翻轉(zhuǎn)方式，由原有的依賴工藝孔進(jìn)行的翻轉(zhuǎn)改為工業(yè)皮帶翻轉(zhuǎn)，避免了工藝孔的加工，同時也給適配不同寬度及長度的底盤帶來了方便，省略了長度適配電機(jī)，減少了電機(jī)數(shù)。改良后的翻轉(zhuǎn)裝置成對使用，但相互獨立，在出故障的情況下可以靈活調(diào)整，不影響整個生產(chǎn)線的運(yùn)行，可維護(hù)性好。設(shè)計的重點，在于根據(jù)方案工作方法進(jìn)行的受力分析，通過實際工作中底盤車架的寬度，及工作臺高度等尺寸，進(jìn)行最初的機(jī)械幾何位置的確定，繼而分析最大與最小兩種極端受力情況，從而選定彈簧，電機(jī)等零件的標(biāo)準(zhǔn)與性能。方案細(xì)節(jié)確定后，再對選定的重要零件進(jìn)行受力與壽命分析，在確認(rèn)達(dá)到要求后，畫出總裝配圖。
以下就是本卡車底盤裝配翻轉(zhuǎn)器的具體設(shè)計過程，以上所述步驟，都將在以下展開具體的分析。
關(guān)鍵詞：卡車底盤裝配，翻轉(zhuǎn)，設(shè)計，受力分析
ABSTRACT
［英文摘要正文］Three years of reform and opening up, China's economy has a huge development. As the economic operation of the arteries, road freight transport has played a significant role. Truck production in China over the past three decades has maintained a strong momentum of development. In the foreseeable future, China's truck market will be greater. In this case, how to improve production, improve efficiency, increase capacity, became interested in hegemony each truck market, Chinese businesses are forced to consider.
This design is a traditional mechanical design improvements. In order to overcome the existing truck chassis, the existence of complex turning device, the operation cumbersome paper proposed improvements. Improved focus on the flip assembly chassis mode, the original hole and some rely on technology to industrial adhesive tape for the flip turn, to avoid technical hole processing, but also to fit the chassis of different width and length brought convenience, omit the length of the adaptation motor, reducing the number of the motor. The improved turning device pairs, but independent of each other, in the case of a fault can be flexibly adjusted, does not affect the operation of the entire production line, good maintainability. Design focuses on methods of work carried out under the stress analysis program, through practical work in the width of the chassis frame, and table height measurements, were initially identified the location of the mechanical geometry, and then analyzed by two extreme maximum and minimum power situation, which selected springs, motors and other parts of the standards and performance. Programme details are confirmed, then the important parts for the selected stress and life analysis, to request confirmation, to draw the assembly drawing.
The following is the assembly of the truck chassis, turn the specific device design process, the above steps, will start in the following specific analysis.
Keywords：truck chassis assembly, flip, design, stress analysis
第一章 緒論 1
1.1 汽車生產(chǎn)流水線的意義 1
1.2我國卡車工業(yè)未來展望 1
1.3 卡車底盤結(jié)構(gòu)及裝配 2
第二章 傳統(tǒng)卡車底盤翻轉(zhuǎn)器 3
2.1傳統(tǒng)卡車底盤翻轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)與工作方式 3
2.2原有傳統(tǒng)卡車底盤翻轉(zhuǎn)器的缺點 4
第三章.卡車底盤翻轉(zhuǎn)器的方案選擇 5
3.1設(shè)計思路 5
3.2設(shè)計方案選擇 6
第四章 詳細(xì)設(shè)計過程 8
4.1基本受力分析 8
4.2電機(jī)選擇分析 11
4.2.1翻轉(zhuǎn)電機(jī)功率分析： 11
4.2.2起重電機(jī)的功率分析： 11
4.3軸承校核 12
第五章結(jié)束語 13
致 謝 14
參 考 文 獻(xiàn) 15
第一章 緒論
1.1 汽車生產(chǎn)流水線的意義
眾所周知，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中廣泛運(yùn)用的流水線來源于20世紀(jì)初的汽車生產(chǎn)流水線。美國人亨利.福特于1903年創(chuàng)立了福特汽車公司。1908年生產(chǎn)出世界上第一輛T型車。1913年,該公司又開發(fā)出了世界上第一條流水線,締造了一個至今仍未被打破的世界紀(jì)錄。
流水線之前,汽車工業(yè)完全是手工作坊型的。每裝配一輛汽車要728個人工小時,當(dāng)時汽車的年產(chǎn)量大約12輛.這一速度遠(yuǎn)不能滿足巨大的消費市場的需求。福特應(yīng)用創(chuàng)新理念和反向思維邏輯提出在汽車組裝中，汽車底盤在傳送帶上以一定速度從一端向另一端前行．前行中，逐步裝上發(fā)動機(jī)，操控系統(tǒng)，車廂，方向盤，儀表，車燈，車窗玻璃、車輪，一輛完整的車組裝成了．第一條流水線使每輛T型汽車的組裝時間由原來的12小時28分鐘縮短至10秒鐘，生產(chǎn)效率提高了4488倍！
流水線是把一個重復(fù)的過程分為若干個子過程，每個子過程可以和其他子過程并行運(yùn)作．福特的流水線不僅把汽車放在流水線上組裝，也花費大量精力研究提高勞動生產(chǎn)率．福特把裝配汽車的零件裝在敞口箱里，放在輸送帶上，送到技工面前，工人只需站在輸送帶兩邊，節(jié)省了來往取零件的時間．而且裝配底盤時，讓工人拖著底盤通過預(yù)先排列好的一堆零件，負(fù)責(zé)裝配的工人只需安裝，這樣裝配速度自然加快了。他在一年之中生產(chǎn)幾十萬輛汽車，這個新的系統(tǒng)既有效又經(jīng)濟(jì).結(jié)果他把汽車的價格削減了一半，降至每輛260美元，1913年,美國人均收入為5301美元,1914年,一個工人工作不到四個月就可以買一輛T型車。
1.2我國卡車工業(yè)未來展望
卡車作為一種重要的運(yùn)輸工具，廣泛地運(yùn)用于各行各業(yè)的生產(chǎn)建設(shè)中。我國在改革開放三十年后，經(jīng)濟(jì)有了很大的發(fā)展，這當(dāng)中各種卡車的貢獻(xiàn)功不可沒。隨著我國加入WTO,成為世貿(mào)組織成員國以及西部大開發(fā)的戰(zhàn)略實施，經(jīng)濟(jì)開始進(jìn)入新一輪的增長中。相比過去，我國目前的公路網(wǎng)有了很大的發(fā)展，預(yù)計未來，高速公路，國道相互配合的公路系統(tǒng)還將進(jìn)一步完善。這些客觀條件將拉動我國未來一段時間內(nèi)對于載重卡車的巨大需求。據(jù)中國商用汽車網(wǎng)2010年04月19日消息，2010年第一季度，我國卡車市場需求穩(wěn)步上升，僅重型卡車一項，全國第一季度(含非完整車輛、半掛牽引車)產(chǎn)量27.64萬輛，同比增長1.57倍；銷售26.76萬輛，同比增長1.62倍。其中，重卡整車產(chǎn)銷6.09萬輛和5.76萬輛，同比增長82.99%和82.25%；重卡非完整車輛產(chǎn)銷12.13萬輛和11.26
萬輛，同比增長95.52%和1.05倍。 可見我國卡車生產(chǎn)行業(yè)肩負(fù)著確保國民經(jīng)濟(jì)順利運(yùn)行的重任，同時也具有巨大的商業(yè)獲利空間，如何提高卡車生產(chǎn)產(chǎn)能，降低成本，服務(wù)國民，創(chuàng)造收入，將是擺在中國卡車生產(chǎn)商面前的一個重要問題。
1.3 卡車底盤結(jié)構(gòu)及裝配
底盤由傳動系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動系四部分組成。底盤作用是支承、安裝汽車發(fā)動機(jī)及其各部件、總成，形成汽車的整體造型，并接受發(fā)動機(jī)的動力，使汽車產(chǎn)生運(yùn)動，保證正常行駛。在此之中車架是汽車上各部件的安裝基礎(chǔ)，通常由縱梁和橫梁組成，連接汽車的各零部件，承受來自車內(nèi)外的各種載荷；如發(fā)動機(jī)、變速器、車身通過彈性支承安裝于車架上；前、后橋通過懸架連接在汽車車架上；而轉(zhuǎn)向器則直接安裝在車架上。因此，卡車底盤裝配時，以車架為中心，在流水線上裝配。不同部分的安裝位置不同，有的在車架上方，有的在車架下面，裝配時需要吊起，翻轉(zhuǎn)。
第二章 傳統(tǒng)卡車底盤翻轉(zhuǎn)器
2.1傳統(tǒng)卡車底盤翻轉(zhuǎn)器的結(jié)構(gòu)與工作方式
傳統(tǒng)的卡車底盤翻轉(zhuǎn)器，由三個電機(jī)組成，分別為負(fù)責(zé)提升底盤的起重電機(jī)，調(diào)整裝置與底盤長度配合的長度微調(diào)電機(jī)，翻轉(zhuǎn)底盤的翻轉(zhuǎn)電機(jī)。其結(jié)構(gòu)如下圖所示。
圖1 卡車翻轉(zhuǎn)裝置原方案所有的圖要有圖號，標(biāo)題
1. 翻轉(zhuǎn)裝置為起重梁及其下部的部分構(gòu)成。起重梁由起重電機(jī)吊在橫梁下方，可由起重電機(jī)帶動升降；
2. 左端翻轉(zhuǎn)電機(jī)輸出軸帶動并排（圖中為繪圖方便畫成上下排列，實際是等高的兩個銷軸）兩個主動銷軸配合入底盤架的兩個工藝孔內(nèi)，驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，由于不同車型工藝孔的大小不同，車型變化時需同時更換相應(yīng)的銷軸；
3. 右端一個銷軸裝配入底盤架右端橫梁中軸線的工藝孔內(nèi)，底盤架以此為軸翻轉(zhuǎn)，工藝孔直徑變化時也同樣需要更換銷軸；
4. 采用一個重塊防止塊翻，當(dāng)?shù)妆P架處于豎直位置時，該重塊處于最下端位置，所以可以防止底盤中心高于旋轉(zhuǎn)軸線導(dǎo)致塊翻；
5. 車型長度變化大時，移動長度調(diào)節(jié)板，其上的連接孔與起重梁上不同位置的定位孔對準(zhǔn)后用螺釘固定；
6. 車型長度變化不大或需進(jìn)一步精確調(diào)節(jié)時，啟動長度微調(diào)電機(jī)，電機(jī)輸出軸為絲
7. 杠，絲杠位置固定，故絲杠旋轉(zhuǎn)時驅(qū)動與螺母相連的翻轉(zhuǎn)掛件移動，到精確位置后停止。
2.2原有傳統(tǒng)卡車底盤翻轉(zhuǎn)器的缺點
作為流水線生產(chǎn)上的重要環(huán)節(jié)，卡車底盤翻轉(zhuǎn)器應(yīng)該具有結(jié)構(gòu)簡單，操作靈活，通用性強(qiáng)，調(diào)整方便的特點，個別環(huán)節(jié)故障時不應(yīng)影響到總體的作業(yè)流程。在保證以上特點的情況下，還應(yīng)盡量控制設(shè)備的尺寸與質(zhì)量。對比以上要求，通過觀察，發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的卡車底盤翻轉(zhuǎn)器具有以下幾點不足：
1. 起重、翻轉(zhuǎn)都分別由一部電動機(jī)驅(qū)動，電動機(jī)功率大，重量大；
2. 橫梁、長度調(diào)節(jié)電機(jī)、絲杠、螺母、配重等在翻轉(zhuǎn)過程中都隨著運(yùn)動，運(yùn)動部分重量大、慣性大，晃動嚴(yán)重，隨之而來的是需采用更大的立柱、龍門架等固定翻轉(zhuǎn)裝置，消耗材料多、成本高；
3.長度調(diào)節(jié)不方便，浪費時間、耗費工人體力，作業(yè)時需停止裝配線行進(jìn)，不利于多品種、小批量混流生產(chǎn)，通用性差，不便于進(jìn)行生產(chǎn)線改進(jìn)。
4.需在底盤架兩端加工工藝孔，增加了工藝步驟，不利于降低整車成本；
5.出現(xiàn)故障時無替代備件，需要全線停產(chǎn)維修，可維護(hù)性差，經(jīng)濟(jì)性不好。
第三章.卡車底盤翻轉(zhuǎn)器的方案選擇
3.1設(shè)計思路
新的方案應(yīng)該克服原有方案的種種缺點，特別是原有方案復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。為此，提出采用帶傳動或者鏈傳動為底盤固定翻轉(zhuǎn)的方案。方案草圖如下：
工作步驟：
1. 翻轉(zhuǎn)器落下，將兩套翻轉(zhuǎn)組件上的工業(yè)皮帶（或者金屬鏈）分別繞過底盤架兩端；
2. 操縱控制器，使電動葫蘆（電動起重機(jī)）將翻轉(zhuǎn)器及底盤向上提起；
3. 到達(dá)設(shè)定翻轉(zhuǎn)高度后，電動葫蘆停止，翻轉(zhuǎn)電機(jī)啟動，此時工業(yè)皮帶已經(jīng)與底盤架緊密夾緊，電機(jī)軸帶動齒輪及工業(yè)皮帶轉(zhuǎn)動，工業(yè)皮帶夾著底盤做翻轉(zhuǎn)動作；
4. 底盤架翻轉(zhuǎn)180°后，翻轉(zhuǎn)電機(jī)停止，電動葫蘆啟動，使底盤下降至裝配線上；
5. 取下工業(yè)皮帶，并將工業(yè)皮帶轉(zhuǎn)回原位，升起翻轉(zhuǎn)器；
6. 整個工作過程采用PLC控制，為遙控操作方式，控制過程使兩組帶動葫蘆和兩個翻轉(zhuǎn)電機(jī)的控制信號同步。
工作特點：
1. 翻轉(zhuǎn)器之間的距離可以根據(jù)底盤長度（即車長）隨意移動，移動范圍大、適用車型廣；
2. 翻轉(zhuǎn)高度可以根據(jù)車輪間距（即車寬）調(diào)節(jié)，僅需改變電動葫蘆的提升高度就可以完成調(diào)整；
3. 由于工業(yè)皮帶（或者金屬鏈）為柔性的，所以可以適用不同寬度的底盤；
4. 工業(yè)皮帶齒與底盤架接觸牢固，接觸點多，且可根據(jù)底盤結(jié)構(gòu)自由調(diào)節(jié)，所以不再需要在車底盤架上加工翻轉(zhuǎn)用的工藝孔。
3.2設(shè)計方案選擇
工業(yè)皮帶傳動方案特點：是結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率高，帶輪容易制造，價格低廉，緩沖吸振。工業(yè)皮帶具有彈性，配合帶齒，可以很好地貼合車架，進(jìn)行翻轉(zhuǎn)；
金屬鏈條傳動方案特點：鏈傳動無彈性滑動和整體打滑現(xiàn)象，能保持平均傳動比，傳動比率較高；又因鏈條不需要像帶那樣張得很緊，所以作用于軸上的徑向壓力比較??；鏈條采用金屬材料制造，在同樣的使用條件下，鏈傳動的整體尺寸比較小，結(jié)構(gòu)較為緊湊；
方案比較：雖然金屬鏈條在傳動上較工業(yè)皮帶傳動具有優(yōu)勢，但是，考慮到卡車
底盤的噸位較大，而在這種頻繁的高負(fù)荷情況下，金屬傳動鏈和鏈輪容易磨損，而且兩者制造不易。雖然金屬鏈條的傳動較為準(zhǔn)確，但在此裝置中，對于傳動精度要求不是很高，相比之下，工業(yè)皮帶與帶輪顯得經(jīng)濟(jì)廉價，而且工業(yè)皮帶只要強(qiáng)度合適，較
同等條件下的金屬鏈條耐用，另外，工業(yè)皮帶具有彈性，可以較好貼合車架，這是金屬鏈條所無法比擬的，因此，選擇工業(yè)皮帶傳動方案。
第四章 詳細(xì)設(shè)計過程
4.1基本受力分析
基本資料與設(shè)定：卡車底盤上的車架寬度定為1500mm左右，重量為6000kg
支撐臂長度為1060mm,支撐桿長度為500mm
支撐臂展開角度最大時，即時，受力分析如下
（4.1）所有公式要標(biāo)號
由上式得：
當(dāng)支撐臂展開角度最小時，即時，受力分析如下：
由上式得：
由以上分析得：
由設(shè)計手冊查得彈簧：彈簧絲直徑d=30mm
彈簧直徑D=120mm
最大工作負(fù)荷
單圈剛度
單圈最大負(fù)荷變形
驗算：最大工作負(fù)荷公式為
所選彈簧材料為60Si2CrVA 許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力=633MPa
==39950N
最大負(fù)荷力
所以，所選彈簧符合設(shè)計要求可以采用。
4.2電機(jī)選擇分析
4.2.1翻轉(zhuǎn)電機(jī)功率分析：
底盤轉(zhuǎn)動慣量為
底盤翻轉(zhuǎn)所需功率： (Kw.h)
根據(jù)生產(chǎn)率，總裝配線的節(jié)拍為480秒，即在480秒內(nèi)需完成翻轉(zhuǎn)和裝配工作，所以翻轉(zhuǎn)所用時間應(yīng)該限制在60秒內(nèi)，且需兩次翻轉(zhuǎn)，所以，底盤的翻轉(zhuǎn)速度至少應(yīng)為2rad/min 由此代入功率計算公式中得，底盤所需翻轉(zhuǎn)功率，但因為底盤翻轉(zhuǎn)由兩臺翻轉(zhuǎn)電機(jī)同步完成，所以翻轉(zhuǎn)電機(jī)功率，由設(shè)計手冊選擇額定功率為16W的YS三相異步電動機(jī)。
4.2.2起重電機(jī)的功率分析：再分析計算一下皮帶輪的電機(jī)減速器輸出轉(zhuǎn)數(shù)。翻轉(zhuǎn)時間內(nèi)車架轉(zhuǎn)動180°，那么其角速度為，帶輪臂即車架寬度處的線速度，皮帶在帶輪上走過的線速度與此相等，則帶輪的角速度為，換算后就是電機(jī)減速器輸出的轉(zhuǎn)速。
在翻轉(zhuǎn)過程中，起重電機(jī)也將底盤提升到合適的高度，以使底盤在翻轉(zhuǎn)過程中避免與裝配工作臺發(fā)生碰撞?，F(xiàn)設(shè)定工作臺高度為0.5m，而底盤在裝配傳動軸和輪轂后的最大寬度為2－3米，依據(jù)幾何關(guān)系推算，底盤至少應(yīng)被提升2m,以避免碰撞。由之前的分析可知，單次翻轉(zhuǎn)工作時間在30s內(nèi)，則提升工作應(yīng)在底盤翻轉(zhuǎn)至法向位置時即把底盤提升至安全高度，因此提升時間應(yīng)在15s以內(nèi)。起重所需功率為。由于翻轉(zhuǎn)器成對使用，因此，起重也由兩個電機(jī)負(fù)責(zé)，所以起重電機(jī)的功率 ，由設(shè)計手冊選擇額定功率為5.5Kw的Y132S1-2三相異步電動機(jī)。
4.3軸承校核
翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的軸承，主要承受徑向力的作用
在帶輪軸上分別采用單列圓錐滾子軸承（GB/T297-1994）31309和32212
軸承的當(dāng)量動載荷：
由于是承受徑向力的圓錐滾子軸承，由手冊查得X=1, Y=0,
計算軸承的轉(zhuǎn)速n
要求連續(xù)工作三年，每年按300個工作日計算預(yù)期工作壽命
求軸承應(yīng)有的基本動載荷
基本額定動載荷經(jīng)查手冊得，31309的動載荷C=87000N, 32212
的動載荷C=132000N,均遠(yuǎn)大于計算結(jié)果，所以所選軸承符合要求。
第五章結(jié)束語
參 考 文 獻(xiàn)學(xué)校規(guī)定參考資料不少于10篇，其中至少包括1篇英文資料。
1孫恒 著. 機(jī)械原理(第七版)[M]期刊代碼為J，專著代碼為M，會議論文代碼為C，學(xué)位論文代碼為D，網(wǎng)絡(luò)資料代碼為OL，專利代碼為P…
. 北京，高等教育出版社. 2006.5. 30-37
2 濮良貴 紀(jì)名剛 著. 機(jī)械設(shè)計（第八版）.北京.高等教育出版社.2006.5 143-172 307-325 387-402
3 王望予 著.汽車設(shè)計（第四版）.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2009.1 .1-24
4 陳家瑞 著.汽車構(gòu)造（第二版）.北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2008.4 .161-168
5成大先 著.機(jī)械設(shè)計手冊.常用設(shè)計資料（單行本）.北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2004.1 36 93
6成大先 著.機(jī)械設(shè)計手冊.彈簧.起重運(yùn)輸件.五金件（單行本）.北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2004.1 7-37
7成大先 著.機(jī)械設(shè)計手冊.軸承（單行本）.北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2004.1 370-371
8成大先 著.機(jī)械設(shè)計手冊.第4卷（第五版）.北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2008.4 17-140
9岑軍健 著.非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)計手冊.北京.國防工業(yè)出版社.2008.7 663-672
附 錄沒必要
附錄1: [附錄名]
[正文……]