龔成平

摘 要：為方便研究發(fā)動機(jī)故障診斷問題，發(fā)動機(jī)拆裝翻轉(zhuǎn)架的設(shè)計(jì)進(jìn)行了整體架構(gòu)設(shè)計(jì)。對拆裝翻轉(zhuǎn)架關(guān)鍵結(jié)構(gòu)：渦輪軸和蝸輪蝸桿傳動部位分別進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和校核，并結(jié)合ANSYS—workbench進(jìn)行了有限元分析模擬，結(jié)果表明，所涉及的發(fā)動機(jī)拆裝翻轉(zhuǎn)架關(guān)鍵部位性能便捷可靠，滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：拆裝翻轉(zhuǎn)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(jì)的發(fā)展和中國制造2025戰(zhàn)略的實(shí)施，汽車制造業(yè)迎來了新的機(jī)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(jī)的維修是一個比較重要的分支，發(fā)動機(jī)翻轉(zhuǎn)架則是汽修行業(yè)中常見的輔助設(shè)備，是發(fā)動機(jī)拆裝修理的最基本工具。其具有結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便等特點(diǎn)，在減輕勞動者工作強(qiáng)度的同時也提高了維修效率。

由于發(fā)動機(jī)拆裝翻轉(zhuǎn)臺架的常用性，其發(fā)展方向也更趨于人性化。可以在翻轉(zhuǎn)架上設(shè)置發(fā)動機(jī)的所有輔助設(shè)施，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)大修、起動、故障設(shè)置及診斷、排除等功能?？紤]到發(fā)動機(jī)內(nèi)部有油的問題，在翻轉(zhuǎn)架底部設(shè)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(shè)計(jì)和制造出更安全、更便捷、更合理的發(fā)動機(jī)拆裝翻轉(zhuǎn)臺架是未來發(fā)展趨勢。因此，提高發(fā)動機(jī)拆裝翻轉(zhuǎn)架的可靠性，成為了一個不得不面對的問題。

蝸輪蝸桿是機(jī)械制造業(yè)中的一種傳動方式，有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長和傳動比穩(wěn)定的特點(diǎn)[1]，在設(shè)計(jì)中應(yīng)用蝸輪蝸桿傳動靈活方便，在傳動中起著關(guān)鍵作用；蝸輪軸承受發(fā)動機(jī)機(jī)身重量，其設(shè)計(jì)是否關(guān)鍵可靠是整個架臺設(shè)計(jì)的核心所在。本文根據(jù)自身設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用理論和仿真手段對所設(shè)計(jì)的發(fā)動機(jī)拆裝翻轉(zhuǎn)架關(guān)鍵部位進(jìn)行研究分析，驗(yàn)證其有效性。

1 發(fā)動機(jī)拆裝翻轉(zhuǎn)架的整體結(jié)構(gòu)

汽車發(fā)動機(jī)翻轉(zhuǎn)架是用于實(shí)現(xiàn)在汽車維修時發(fā)動機(jī)的翻轉(zhuǎn)，便于對發(fā)動機(jī)進(jìn)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(shè)備。

較常見的翻轉(zhuǎn)架主要性能參數(shù)為：額定負(fù)重500kg；傳動結(jié)構(gòu)傳動比 1：60；臺架高度1015mm；翻轉(zhuǎn)角度360度；鎖止位置任意角度。滿足技術(shù)參數(shù)及工作性能的要求；設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊合理，滿足強(qiáng)度、剛度、壽命以及經(jīng)濟(jì)型、安全性方面的要求；設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹標(biāo)準(zhǔn)化，符合國家規(guī)范要求；計(jì)算方法應(yīng)該盡可能的采用最新研究成果。本次設(shè)計(jì)的翻轉(zhuǎn)架的傳動裝置是由渦輪蝸桿組成的。該翻轉(zhuǎn)架利用蝸輪蝸桿的減速原理和自鎖功能。發(fā)動機(jī)重力通過翻轉(zhuǎn)架殼體形成力的平衡，保證了翻轉(zhuǎn)架的穩(wěn)定性。

組裝前嚴(yán)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(yán)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。花鍵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(jì)算

蝸輪軸外端夾持發(fā)動機(jī)等部件，設(shè)最大的發(fā)動機(jī)重量為1000kg，假設(shè)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(qiáng)度計(jì)算

4 有限元分析

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

利用SOLIDWORKS進(jìn)行三維建模[4-6]，在ANSYS-Workbench中蝸輪軸承載作用下進(jìn)行靜力學(xué)分析。選取材料為45C，網(wǎng)格化分后，在連接轉(zhuǎn)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(jìn)行應(yīng)力應(yīng)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(yīng)力集中的現(xiàn)象，此處的最大應(yīng)力為21.776Mpa，軸容易在此處產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中源和應(yīng)力集中的程度，此處最好采用過渡圓半角R降低應(yīng)力集中。

在蝸輪蝸桿的動力學(xué)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(dǎo)入進(jìn)行瞬態(tài)仿真學(xué)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(shè)置為10rad/s，設(shè)置仿真時間為1s，從圖中可以看出：在運(yùn)動學(xué)仿真中總位移的最大值為6.8356mm，最大應(yīng)力大小為41.467Mpa，總加速度的最大值為144.31m/s2。

5 結(jié)語

通過對發(fā)動機(jī)拆裝翻轉(zhuǎn)架的設(shè)計(jì)，并對蝸輪軸和蝸輪蝸桿的關(guān)鍵部位的初步設(shè)計(jì)校核計(jì)算，然后經(jīng)過有限元分析進(jìn)一步驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的拆裝翻轉(zhuǎn)架的關(guān)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)。

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