盤式重型飛機牽引車的結(jié)構(gòu)設(shè)計

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長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 盤式重型飛機牽引車的結(jié)構(gòu)設(shè)計 Disk Shaped Heavy Duty Aircraft Tug 專 業(yè)：機械電子工程 班 級： 姓 名： 指導(dǎo)老師： 2009年06月 目錄 第一章 緒言 - 1 - 1.1 飛機牽引車的概述 - 1 - 1.2 飛機牽引車的發(fā)展及現(xiàn)狀 - 1 - 1.3 新型無桿飛機牽引車及生產(chǎn)廠家的競爭 - 2 - 1.4 飛機牽引車在我國的需求狀況 - 2 - 第二章 飛機牽引車的結(jié)構(gòu) - 3 - 第三章 盤式重型飛機牽引車的特點 - 4 - 1.6.1 牽引效率高 - 4 - 1.6.2 轉(zhuǎn)向靈活 - 5 - 1.6.3 動力特性好,起步平穩(wěn),牽引力大 - 5 - 1.6.4 操縱方便安全 - 5 - 1.6.5 便于大功率布局 - 5 - 1.6.6 結(jié)構(gòu)簡單,制造容易,成本較低 - 5 - 第四章 電力機構(gòu)設(shè)計 - 6 - 4.1．電動輪驅(qū)動單元 - 6 - 4.1.1電動機的選擇 - 6 - 4.1.2減速器的選擇 - 6 - 4.2．同步轉(zhuǎn)向機構(gòu)的電機選擇 - 7 - 第五章 車體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動機構(gòu)設(shè)計 - 7 - 5.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的概述 - 7 - 5.2 第一級蝸桿副（高速級） - 8 - 5.1.1 齒面接觸疲勞強度校核 - 9 - 5.2．第二蝸桿傳動副（低速級） - 11 - 5.2.1 初步估算傳動中心距 - 11 - 5.2.2 確定主要的幾何尺寸 - 11 - 5.2.3 齒面接觸疲勞強度校核 - 12 - 5.2.4 齒根強度校核 - 13 - 5.3．聯(lián)軸器的選擇 - 15 - 5.4．結(jié)構(gòu)評述 - 15 - 第六章 電動輪單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核 - 15 - 6.1 立軸的強度校核 - 16 - 6.1.1 判斷危險截面 - 17 - 6.1.2 截面一上的應(yīng)力 - 18 - 6.1.3 應(yīng)力集中系數(shù) - 18 - 6.1.4 安全系數(shù) - 18 - 6.2 制動器的設(shè)計 - 19 - 結(jié) 論 - 21 - 參考文獻 - 21 - 長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第一章 緒言 1.1 飛機牽引車的概述 飛機牽引車，是指主要用來移動飛機的特種車輛，根據(jù)與飛機之間的不同作用關(guān)系，可分為無桿牽引車和傳統(tǒng)牽引車(或稱有桿牽引車)兩類。無桿牽引車是相對傳統(tǒng)牽引車而言，其區(qū)別就在于二者與飛機之間的相互關(guān)系——交互界面的不同。由于交互界面的變化，使得牽引車對飛機的作用方式發(fā)生改變。無桿牽引車取消了與飛機相連接的中間環(huán)節(jié)——牽引桿，利用本身具有的特殊裝置直接與飛機起落架上的機輪相作用，導(dǎo)致牽引車的特性發(fā)生了變化，具有車輛與飛機附件的雙重屬性。無桿牽引車不與飛機連接時，作為一獨立的車輛，具有牽引車輛的一切特征;與飛機聯(lián)接后，則變?yōu)轱w機的一個附屬部分，應(yīng)具有飛機附件的特性。 傳統(tǒng)飛機牽引車與飛機相連接是通過牽引桿來實現(xiàn)的，牽引桿獨立于飛機和飛機牽引車，牽引車與飛機連接過程中，必須有一專人負責(zé)牽引桿的掛接作業(yè)；而無桿牽引車是將牽引桿及負責(zé)牽引桿掛接的人的作用集成到牽引車的一個特殊裝置——聯(lián)機裝置上。根據(jù)聯(lián)機裝置的存在與否，便可確定該牽引車的類別，帶有上述特殊裝置的飛機牽引車即為無桿飛機牽引車。無桿飛機牽引車的主要結(jié)構(gòu)類型聯(lián)機裝置是無桿飛機牽引車的核心部分，因結(jié)構(gòu)不同可分為驅(qū)動型和馱負型。 1.2 飛機牽引車的發(fā)展及現(xiàn)狀 大型無桿飛機牽引車圍繞A380飛機在提高技術(shù)、增加品種的同時，中小型無桿飛機牽引車也在發(fā)展，其主要表現(xiàn)在電動牽引車工作動力的增加、聯(lián)機裝置性能的提高及牽引車結(jié)構(gòu)的小型化。 以電作為動力的中小型無桿牽引車出現(xiàn)新的變化，具體表現(xiàn)在電動牽引車向高功率方向發(fā)展。這不僅體現(xiàn)在一直以電動無桿飛機牽引車為主導(dǎo)產(chǎn)品Lektro公司的牽引車上，也表現(xiàn)在那些主營常規(guī)動力牽引車的公司的產(chǎn)品上。早期的步行式飛機牽引車驅(qū)動電機的功率僅為7.5 kW，而目前的新型電動無桿牽引車驅(qū)動電機的功率已達20 kW。中小型無桿牽引車在結(jié)構(gòu)上也有了一定的進展，主要表現(xiàn)在夾持裝置上。重點解決對接方便，增加夾持裝置對飛機起落架的友善程度，提高對多種機型的適應(yīng)性和牽引飛機的安全性問題。如TBL-25型無桿飛機牽引車，其夾持裝置在保證實現(xiàn)以往TBL系列牽引車夾持裝置的功能外，還能水平旋轉(zhuǎn)一定的角度，以確保前起落架的安全性及對接的方便性。無桿飛機牽引車要盡量降低車身高度，最新款式的小型無桿牽引車RAM(Multi Aircraft Matrix System)充分體現(xiàn)了這一思想。改變了常規(guī)牽引器、牽引車的操作方式，取消了牽引車的操作臺或牽引器的操縱桿，利用線控或遙控方式實現(xiàn)各種作業(yè)，使得整車結(jié)構(gòu)緊湊、車身低矮，整車高度不超過400 mm，極大地提高了適用性，可用 于多種小型飛機和直升機。 飛機牽引車是一種服務(wù)性產(chǎn)品，它的存在和發(fā)展與飛機產(chǎn)品的發(fā)展緊密相關(guān)。每出現(xiàn)一種新的飛機機型，就為牽引車產(chǎn)品的發(fā)展創(chuàng)造一次契機。2005年空中客車公司A380的面世，又為飛機牽引車生產(chǎn)廠家提供了新的發(fā)展機遇，因此，全球有實力的生產(chǎn)企業(yè)都在積極迎接新的挑戰(zhàn)。TLD公司捷足先登，2004年就將為A380研制生產(chǎn)的2輛TPX-500S無桿式飛機牽引車運抵空客在法國Toulouse的裝配廠，在2005年1月18日舉行的有法、英、德、西班牙等國的首腦出席的A380揭幕典禮上初顯身手。GHH公司也在自己原有的AM500型無桿飛機牽引車的基礎(chǔ)上研制出X L版的A M 5 0 0，即AM500-XL來滿足從事牽引A380作業(yè)的需要。Goldhofer公司最新推出了AST-1X系列無桿飛機牽引車，其行走裝置為6輪結(jié)構(gòu)以提高驅(qū)動和承載能力，2005年6月已有2輛飛機牽引車運到空客公司位于Hamhurg的一個相關(guān)部門。Douglas公司為了搶占市場，2005年開始將TBL-600型無桿牽引車作為TBL-400的加大型，首先用于商業(yè)航線。為了適應(yīng)A380的使用需要，在結(jié)構(gòu)尺寸上TBL-600比TBL-400加寬400 mm，加長600 mm。在歐洲這些公司加緊備戰(zhàn)A380的同時，美國的FMC公司也準備好了自己的殺手锏——Expediter 600型無桿飛機牽引車。 1.3 新型無桿飛機牽引車及生產(chǎn)廠家的競爭 飛機牽引車是一種服務(wù)性產(chǎn)品，它的存在和發(fā)展與飛機產(chǎn)品的發(fā)展緊密相關(guān)。每出現(xiàn)一種新的飛機機型，就為牽引車產(chǎn)品的發(fā)展創(chuàng)造一次契機。2005年空中客車公司A380的面世，又為飛機牽引車生產(chǎn)廠家提供了新的發(fā)展機遇，因此，全球有實力的生產(chǎn)企業(yè)都在積極迎接新的挑戰(zhàn)。TLD公司捷足先登，2004年就將為A380研制生產(chǎn)的2輛TPX-500S無桿式飛機牽引車運抵空客在法國Toulouse的裝配廠，在2005年1月18日舉行的有法、英、德、西班牙等國的首腦出席的A380揭幕典禮上初顯身手。GHH公司也在自己原有的AM500型無桿飛機牽引車的基礎(chǔ)上研制出X L版的A M 5 0 0，即AM500-XL來滿足從事牽引A380作業(yè)的需要。Goldhofer公司最新推出了AST-1X系列無桿飛機牽引車，其行走裝置為6輪結(jié)構(gòu)以提高驅(qū)動和承載能力，2005年6月已有2輛飛機牽引車運到空客公司位于Hamhurg的一個相關(guān)部門。Douglas公司為了搶占市場，2005年開始將TBL-600型無桿牽引車作為TBL-400的加大型，首先用于商業(yè)航線。為了適應(yīng)A380的使用需要，在結(jié)構(gòu)尺寸上TBL-600比TBL-400加寬400 mm，加長600 mm。在歐洲這些公司加緊備戰(zhàn)A380的同時，美國的FMC公司也準備好了自己的殺手锏——Expediter 600型無桿飛機牽引車。 1.4 飛機牽引車在我國的需求狀況 隨著我國航空業(yè)的發(fā)展，機場地面設(shè)備的市場越來越大，國際上幾個較大的飛機牽引車企業(yè)都在競爭中國的市場；而由于飛機牽引車在我國研制生產(chǎn)的歷史較短，生產(chǎn)能力比較薄弱，國產(chǎn)產(chǎn)品的品種、作業(yè)能力還很難完全滿足需求，民用機場用的牽引車還不得不主要依靠進口。近些年，無桿飛機牽引車使用量逐漸增加，國外生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品在我國的一些機場大量使用，如Douglas公司的TBL-180、Goldhofer公司的AST-3用在北京首都國際機場，F(xiàn)MC公司的Expditer300用在廣州白云機場等。我國目前只有北京、山東的少數(shù)幾家企業(yè)生產(chǎn)飛機牽引車。產(chǎn)品主要用于中小型飛機，國產(chǎn)傳統(tǒng)型牽引車牽引力在200 kN以上的車型很少，無桿飛機牽引車產(chǎn)品都集中在牽引力在80 kN以下的檔次。國產(chǎn)無桿飛機牽引車雖然起步較晚，但近幾年發(fā)展迅速，目前國產(chǎn)無桿飛機牽引車從大到小已逐漸形成系列，產(chǎn)品可以覆蓋現(xiàn)役的120 t以下的大部分飛機機型。液壓驅(qū)動、雙向駕駛及適應(yīng)多機型是這類牽引車的共同特點，內(nèi)燃機是其主要動力源。其他動力形式的無桿飛機牽引車也在研制之中，近期已出現(xiàn)了電動無桿牽引車產(chǎn)品。雖然國產(chǎn)無桿飛機牽引車的覆蓋范圍、作業(yè)能力等方面與國外產(chǎn)品還有一定的差距，但在結(jié)構(gòu)性能上的差距逐漸在減小，國產(chǎn)產(chǎn)品的某些結(jié)構(gòu)、性能已達到甚至超過國外同類產(chǎn)品的水平。 根據(jù)中外各方的預(yù)測，到2020年，我國至少需要增加1 500架大型飛機，采購這些飛機需要花費1 000億美元。2006年1月召開的全國科學(xué)技術(shù)大會上，溫家寶總理在講到國家中長期發(fā)展規(guī)劃時，談到了關(guān)于大型飛機問題，并陳述了這組數(shù)據(jù)。日前，由原航空工業(yè)部飛機局局長胡溪濤提供的數(shù)據(jù)顯示，今后15年中國對大型飛機的需求結(jié)構(gòu)為：100座276架，150座802架，200座338架，300座250架，400座以上77架，合計1 743架。所謂大型飛機一般指起飛總質(zhì)量超過100 t的運輸類飛機，包括軍用和民用大型運輸機，也包括150座以上的干線客機。所以研究飛機牽引有著重要的實際應(yīng)用價值。 第二章 飛機牽引車的結(jié)構(gòu) 本文所述盤式牽引車的結(jié)構(gòu)如圖1所示： （圖 1） 其外觀為沒有方向性的圓盤形，8個車輪均勻地分布在圓周上．獨立懸掛，由電力驅(qū)動，各輪均配有單獨的電機5直接與車輪6相連，構(gòu)成幾組獨立的電動輪驅(qū)動單元4。電動輪通過立軸安裝在各自的輪架3上。輪架又通過鉸鏈l2安裝到多邊形的中心機艙2上，其間裝有減振彈簧11。機艙內(nèi)設(shè)動力電池組和發(fā)電機。機艙上方是駕駛艙1。每個電動輪都由裝在立軸上方的蝸輪7帶動， 可繞各自的立軸轉(zhuǎn)動。所有電動輪的蝸輪全都通過蝸桿8連鎖在一起， 同步轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)車體轉(zhuǎn)向。另有一個同樣的蝸輪9裝在駕駛艙的立軸上，使駕駛艙也能與各電動輪同步轉(zhuǎn)動，并保證駕駛艙韻方向始終能與車體行進方向一致。 駕駛艙的立軸是中空的，電氣控制線從中通過。立軸的外圍是軸承套環(huán)，牽引鉤就從這里引出。根據(jù)上述原理結(jié)構(gòu)所設(shè)計的驗證車直徑8.8米， 車高1.4米(不含駕駛艙)， 重約4o噸。使用由110伏4000AH 電池組和2臺300KW 柴油發(fā)電機組組成的混合動力。設(shè)計車速5kM／h，最大牽引力250kN。 （圖 2） 第三章 盤式重型飛機牽引車的特點 相對于現(xiàn)有各種牽引車,盤式牽引車具有如下優(yōu)點: 1.6.1 牽引效率高 由于采用全輪主動和全輪轉(zhuǎn)向,因而能夠做到牽引方向與車體的行進方向始終保持一致。這在轉(zhuǎn)彎和推動飛機時對提高牽引效率和牽引安全是非常重要的。而按汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計的牽引車是做不到這一點的。 1.6.2 轉(zhuǎn)向靈活 由于采用了全輪立軸轉(zhuǎn)向,因此,能夠做到使車體在靜態(tài)下就地轉(zhuǎn)彎,轉(zhuǎn)彎半徑為零。在行駛中更能做到全方位360°度任意轉(zhuǎn)向。采用立軸轉(zhuǎn)向,普通車上必須考慮的主銷后傾、外傾、前束等問題均不存在,卻能自然保持行駛穩(wěn)定和轉(zhuǎn)向的靈活輕便。盤式飛機牽引車的這種特點在規(guī)模比較小的機場尤為適合，這和我國的基本國情相一致，大部分城市的機場并不是十分的大，所以需要這種轉(zhuǎn)向靈活的飛機牽引車，在中國的應(yīng)用前景什么廣闊。 1.6.3 動力特性好,起步平穩(wěn),牽引力大 這主要是由于采用電力驅(qū)動的緣故。除了電池組,本機還裝有柴油發(fā)電機。空載時發(fā)電機給電池組充電,工作時由發(fā)電機與電池共同向各輪電機供電。兩者配合使用,可減少電池的配置量,發(fā)電機的容量也可以小些。同時,這樣配置可使本牽引車兼做大功率電源車使用,進一步提高其使用效率。這種組合的動力源可以將節(jié)能性能發(fā)揮到極致，達到環(huán)保節(jié)能的目的。 1.6.4 操縱方便安全 由于采用電力驅(qū)動,本車很容易實現(xiàn)全電力操作,不但輕便省力,而且操縱性能良好。又由于駕駛艙位于車身中心頂部,視野360°,方向總是自動保持與牽引方向一致,因此可保證司機在任何情況下都能看清包括牽引點在內(nèi)的所有位置,無須地面指揮即可自主操作,提高了牽引時的安全性,有效地避免了刮碰事故的發(fā)生。另外采用動力驅(qū)動，可以有效的減少噪聲染污，使駕駛?cè)藛T感覺安全舒適。 1.6.5 便于大功率布局 對于牽引力在250 kW以上的重型牽引車,配置功率需1000 kW,.動系統(tǒng)很難再按汽車結(jié)構(gòu)布局,各輪動力分配和變速器、離合器和差速器的設(shè)計以及牽引車的駕駛也都將發(fā)生困難。而采用盤式布局,再輔以電力驅(qū)動,這些問題就能夠得到解決。除了大功率牽引車,小功率下也可以采用圓盤式布局。 1.6.6 結(jié)構(gòu)簡單,制造容易,成本較低 除了圓盤形的車體骨架之外,該車主要部分就是數(shù)個結(jié)構(gòu)完全相同的電動輪驅(qū)動單元,很容易做到按標準化批量生產(chǎn)。由于具有互換性,拆裝和維修都很方便。在比較小型的機場，這種特點顯得尤為重要，維護的成本極低。 第三章 電力機構(gòu)設(shè)計 4.1．電動輪驅(qū)動單元 4.1.1電動機的選擇 按車速5kM/h ，最大牽引力250kN設(shè)計； 牽引車的輸出功率：P =FV=250kN5kM/h=347.2kW 電動機輸出的總功率：P=kP／η=1.2×347.2kW/0.94=443.2kW 每個驅(qū)動單元用2個電機，一是為了減小每個電動機的功率，二是這樣裝配采取對稱布置方式，使驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計更合理。即整個機車電動輪部分共使用16個電動機。則每個電動機的輸出功率為。按《新編機械設(shè)計手冊》，選擇小型直流電動機， 型 號 Z3-73， 額定轉(zhuǎn)速 n額=1500r/min 額定功率 p額=30kW 額定電流 I額=212A(V額=220V) 4.1.2減速器的選擇 由于擺線針輪減速器有如下優(yōu)點 (1)傳動比范圍大。單級傳動9—87。 (2)體積小，重量輕。用他代替兩級普通圓柱齒輪減速器，體積可減少1/2—2/3；重量約減輕1/3—1/2。 (3)效率高。一般效率0.9—0.94，最高可達0.97。 (4)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，過載能力大。 (5)工作可靠，壽命長。其壽命較普通齒輪減速器可提高2—3倍，所以，在設(shè)計中我們采用了這種減速器。一來使機車的體積盡可能小，二來提高了機車的實用性能。 根據(jù)表25.1—60選取工作情況系數(shù)KA=1.0；i=43選取單級擺線減速器，取 =0.94 ==29.5(kW) 按表25.1—36選取BXWD30—9—43，輸出軸功率=30kw. 減速器輸入軸轉(zhuǎn)速 =1500r/min 輸出轉(zhuǎn)速 =35r/min 車輪的輪徑為d===760mm 4.2．同步轉(zhuǎn)向機構(gòu)的電機選擇 電動機的輸出功率主要損耗在克服地面摩擦轉(zhuǎn)矩，渦輪—蝸桿傳動副中。每個輪胎與地面之間的摩擦力為： f=N==9.8kgm/=7.45N 按輪胎與地面接觸部分的最大中心距50mm為設(shè)計，則輪胎與地面之間的摩擦力矩為：T=Fr=7.450.05Nm=17.98kW 把聯(lián)軸器及花鍵軸傳動效率看作1，則蝸桿軸的輸入轉(zhuǎn)矩為： T==Nm=17.98kW 則需輸入功率為：p=T=17.98=2.8kW 則整個轉(zhuǎn)向機構(gòu)所需總功率為：=k8p=1.282.8kw=26.9kW 按《新編機械設(shè)計手冊》，選擇小型直流電動機，型號Z3—73； 額定轉(zhuǎn)速=1500r/min 額定功率=30kw 額定電流=212A ( =220V ) 第五章 車體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動機構(gòu)設(shè)計 5.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的概述 動力轉(zhuǎn)向機是利用外部動力協(xié)助司機輕便操作轉(zhuǎn)向盤的裝置。隨著最近汽車發(fā)動機馬力的增大和扁平輪胎的普遍使用，使車重和轉(zhuǎn)向阻力都加大了，因此動力轉(zhuǎn)向機構(gòu)越來越普及。值得注意的是，轉(zhuǎn)向助力不應(yīng)是不變的，因為在高速行駛時，輪胎的橫向阻力小，轉(zhuǎn)向盤變得輕飄，很難捕捉路面的感覺，也容易造成轉(zhuǎn)向過于靈敏而使汽車不易控制。所以在高速時要適當減低動力，但這種變化必須平順過度。 液壓式動力轉(zhuǎn)向裝置： 液壓式動力轉(zhuǎn)向裝置重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，利于改善轉(zhuǎn)向操作感覺，但液體流量的增加會加重泵的負荷，需要保持怠速旋轉(zhuǎn)的機構(gòu)。 電動式動力轉(zhuǎn)向裝置： 電動式動力轉(zhuǎn)向裝置是最新形式的轉(zhuǎn)向裝置，由于它節(jié)能，故受到人們的重視。它是利用蓄電池轉(zhuǎn)動電機產(chǎn)生推力。由于不直接使用發(fā)動機的動力，所以大大降低了發(fā)動機的功率損失(液壓式最大損失5-10馬力)，且不需要液壓管路，便于安裝。尤其有利于中置發(fā)動機后輪驅(qū)動的汽車。但目前電動式動力轉(zhuǎn)向裝置所得動力還比不上液壓式，所以只限用于前輪軸輕的中置發(fā)動機后驅(qū)動的汽車上。 電動液壓式動力轉(zhuǎn)向裝置： 即由電機驅(qū)動轉(zhuǎn)向助力泵并由計算機控制的方式，它集液壓式和電動式的優(yōu)點于一體。因為是計算機控制，所以轉(zhuǎn)向助力泵不必經(jīng)常工作，節(jié)省了發(fā)動機的功率。這種方式結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝布置，但液壓產(chǎn)生的動力不能太大，所以適用排量小的汽車。由于本設(shè)計主要采用電力驅(qū)動，所以采用電動式動力裝置。 整個傳動機構(gòu)由一臺雙輸出軸的直流電動機分兩路驅(qū)動。該電機與安裝在中心機艙里的八個蝸桿通過萬向聯(lián)軸器及套筒聯(lián)軸器邊成一個整體。這八個蝸桿副將電機的輸出功率分別傳送裝在每個電動輪的轉(zhuǎn)向軸上的渦輪及駕駛艙的轉(zhuǎn)向軸上的渦輪，驅(qū)動電動輪及駕駛艙同時并且同向同角度轉(zhuǎn)動，從而車體轉(zhuǎn)向。 整個傳動機構(gòu)主要部分是兩組渦輪—蝸桿傳動 蝸桿傳動用于交錯軸之間傳遞運動及動力，通常交錯角為90。，它的優(yōu)點是：傳動比大，工作穩(wěn)定，噪音低，結(jié)構(gòu)緊湊，可以自鎖。主要缺點：效率低，需要貴重的減摩性有色金屬。 5.2 第一級蝸桿副（高速級） 輸入功率 =3kw，輸入轉(zhuǎn)速=1500r/min。傳動比=12.5，起動過載系數(shù)2。初步估算傳動的中心距 蝸桿材料為40C?r，表面淬火，精磨渦輪齒圈：ZCuSn10P1。圓弧圓柱蝸桿。浸油潤滑根據(jù)齒面接觸強度要求，按圖23.5—16查得中心距 a=80mm 根據(jù)熱平衡條件，蝸桿上裝有風(fēng)扇，按圖23.5—17，查得a=90mm,為了利用標準的刀具，取a=100mm. 為同時滿足接觸強度及散熱條件的要求，應(yīng)取a=100mm. 確定主要的幾何尺寸： 查表23.5—18，當a=100mm,i=12.5時，得=3, =37, =44mm, m=4mm , x=1,按表23.5—19，求其它尺寸：砂輪軸截面圓弧半徑=(5-5.5)m=20-22mm, 取 =21mm; 蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角 γ=arctan= arctan==; 蝸桿齒頂圓直徑 =+2m=44+24=52mm; 蝸桿齒根圓直徑 =-2m(h+)=44-24(1+0.16)=34.72mm; =2.5m=2.54=64mm; 取 =70mm; 蝸輪分度圓直徑 =m=437=148mm; 蝸輪齒頂圓直徑 =+2(+x)m=148+2(1+1) 4=164mm; 蝸輪頂圓直徑 =+m=164+4=168mm; =0.45(+6m)=0.45(44+64)=30.6mm; =+sin=+21sin=30.2054mm; =-+=-1.164+=92.36mm; 為砂輪直徑 , =150mm; =0.44=5.027mm; =cosr=5.027cos=4.850mm 5.1.1 齒面接觸疲勞強度校核 渦輪軸上的轉(zhuǎn)=9549==289.653Nm; 渦輪的切向力：===3713.5N; 按式（23.5—8）；齒面接觸應(yīng)力：=; 系數(shù)===0.95 齒輪系數(shù)，查表23.5—20，得=0.624;所以 ==1.255N/ 由式（23.5—11），蝸輪接觸疲勞極限 =; 查表23.5—21，得=7.84N/（錫青銅齒圈），速度系數(shù)，按滑動速度， ===3.58m/s, 查表23.5—23，得=0.411 壽命系數(shù)， 按==12，查表23.5—22，得=1，載荷系數(shù)， 因載荷平穩(wěn) =1 則=7.840.41111=3.22N/；按式（23.5—7）， 齒面接觸疲勞強度的安全系數(shù)： ===2.566> 按===0.93m/s。 查表23.5—24，采用6級精度，得=1.6，故通過。 齒根強度校核 考慮機器起動時，過載系數(shù)為2。 故=2=23173.5=7427N，按式（23.5—15）渦輪齒根最大應(yīng)力系數(shù) =， =m cosr=4cos=3.860mm, =1.1=1.132=35.2mm, 于是 = =17.40N/； 查表（23.5—25）得 =39.2N/ 過且過；按式（23.5—14），蝸輪齒根強度的安全系數(shù) ===2.251 由此得出結(jié)論：設(shè)計符合要求。 5.2．第二蝸桿傳動副（低速級） 蝸桿輸入功率=30.8=2.4kw， 轉(zhuǎn)速 =120r/min，傳動比i=20，要求用壽命12000h 。 由于此處蝸輪，蝸桿所承受的切向力很大，而圓弧圓柱蝸桿具有承載力大，效率高的優(yōu)點，所以設(shè)計中采用了采用了圓弧圓柱傳動。 5.2.1 初步估算傳動中心距 蝸桿用40Cr,表面淬火，HRC45—50，精磨齒，表面粗糙度Ra為1.6um.蝸輪輪緣選用ZcuSn10p1,金屬模鑄造；輪緣與輪芯裝配好后再精車和切制輪齒。采用脂潤滑。 根據(jù)齒面接觸強度要求，按圖23.5—16查得中心距a=140 mm。 根據(jù)熱平衡條件，蝸桿上裝有風(fēng)扇，按圖23.5—17查得a=150mm,為了利用標準的刀具，取a=155mm。 為同時滿足接觸強度及散熱條件的要求，應(yīng)取a=155mm, 5.2.2 確定主要的幾何尺寸 查表23.5—18，當a=155mm, i=20時，得=2,=9， =80mm, m=7.1mm, =0.866, 表23.19 求其他尺寸： 砂輪軸截面圓弧半徑=(5-6)m=35.5-40.05mm,取 =40mm; 蝸桿分度圓柱導(dǎo)程角 γ =arctan=artan== 蝸桿齒頂圓直徑 =+2m=80+27.1=90mm; 蝸桿齒根圓直徑 =-2m(+)=80-27.1(1+0.16)=74.328mm; =1.5m=2.57.1=116.03mm 取 =110mm; 蝸輪分度圓直徑 =m=7.139=230mm; 蝸輪齒頂圓直徑 =+2(+)m=230+2(1+0.866) 7.1=238.8mm; 蝸輪頂圓直徑 =+m=303.4+7.1=235.5mm; 蝸輪齒根圓直徑 =-2=230-27.1(1+0.16-0.866)=212.7mm; =0.45(+6m)=0.45(70.8+67.1)=51.03mm; =+sin=+38sin=50.03mm; =-+=-1.167.1+=102.2mm; 為砂輪直徑, 取 =150mm; =0.4m=0.47.1=8.922mm; =cos r=8.922cos=8.748mm; 5.2.3 齒面接觸疲勞強度校核 蝸輪軸上的轉(zhuǎn)矩：=9549==3501N/m; 蝸輪的切向力: ===24211.9N 按式（23.5—8），齒面接觸應(yīng)力 =; 系數(shù) ===1 齒型系數(shù)， 查表23.5—20，得 =0.683； ==2.52N/; 由式（23.5—11），蝸輪接觸疲勞強度極限 =; 查表（23.5—21），得=7.84N/;； 速度系數(shù)， 按滑動速度 == =0.45m/s； 查表（23.—23），得=0.810； 壽命系數(shù)，按==12，查表（23.5—22），得=1;載荷系數(shù)， 因載荷平穩(wěn) =1 于是 =7.840.81011=6.35N/; 按式（23.5—7），齒面接觸疲勞強度的安全系數(shù) ===2.52>； 按===0.08m/s，查表23.5—24，采用7級精度，得=1.8，故通過。 5.2.4 齒根強度校核 考慮機器起動時，過載系數(shù)是2，故=2=224211.9=48423.8N，按式（23.5—15）渦輪齒根最大應(yīng)力系數(shù) =， =m cosr=7.1cos=6.96mm, =1.1=1.152=57.2mm, 于是 = =38.72N/； 查表（23.5—25）得 =39.2N/ 過且過；按式（23.5—14），蝸輪齒根強度的安全系數(shù) ==>1 設(shè)計符合要求。 工作圖。 蝸輪的工作圖 蝸桿的工作圖. 蝸輪的工作圖見零件圖號1。 5.3．聯(lián)軸器的選擇 安裝在中心機艙的八個第一組蝸桿傳動副，分裝在八個密封的箱體里采用浸油潤滑。蝸桿軸，渦輪軸兩端都用軸承支撐。 由于中心機艙采用八邊形結(jié)構(gòu)，相鄰兩端蝸桿軸之間夾角為135度，所以相鄰兩軸間采用成對的單萬向鉸鏈機構(gòu)，構(gòu)成雙萬鉸鏈機構(gòu)，并且滿足主，從動軸和中間軸位于統(tǒng)一平面內(nèi)，主，從動軸的軸線與中心線之間的夾角相等位22.5度，中間軸兩端的叉面位于統(tǒng)一平面內(nèi)，這樣使得主，從動軸的角度恒相等，于是實現(xiàn)了存在夾角的八個蝸桿的輸入角速度恒相等。又由于各個蝸桿軸的位置固定所以雙萬向鉸鏈機構(gòu)的中間軸采用一根軸實現(xiàn)剛性連接即可。 中心機艙與輪架間采用鉸鏈連接在一起，并裝有減震彈簧。這一結(jié)構(gòu)是針對路面有起伏的情況而設(shè)計的。即當?shù)孛嬗衅鸱鼤r，輪架繞鉸鏈有一定轉(zhuǎn)動，高速級與低速級蝸桿傳動間的軸長度需發(fā)生變化，所以這之間雙萬向鉸鏈機構(gòu)的中間軸采用可相對滑動的聯(lián)結(jié)，這里設(shè)計成花鍵聯(lián)結(jié)。 由于中心機艙很大，周邊長，動力傳動路線長。如果軸太長，勢必會加大成本，可以利用套筒聯(lián)軸器，適當加長周邊軸的長度，同時也可縮短雙萬向聯(lián)軸器中間軸的長度。 5.4．結(jié)構(gòu)評述 這種傳動機構(gòu)，原則上應(yīng)該能實現(xiàn)各輪的同步傳動。但在實際運行中，難免會出現(xiàn)各種轉(zhuǎn)過的角度會有差異。這種現(xiàn)象是由于各輪離動力源的距離不同，在傳遞力矩中所接受的驅(qū)動力就因能量的損耗有所不同而引起的。但這個角度差異很小，初步設(shè)計中將此問題忽略，該問題的解決還有待于進一步去完善改進。 第六章 電動輪單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核 整個車體是由八個獨立的電動輪單元及一個中心機艙通過一定的傳動機構(gòu)聯(lián)結(jié)成一體的。八個車輪均勻地分布在沒有方向性的圓盤上，獨立懸掛，每個輪均配有兩個電力驅(qū)動體——直流電機的擺線針輪減速器與直流電幾構(gòu)成。該電力驅(qū)動體直接與車輪相連，構(gòu)成八組獨立的電動輪驅(qū)動單元。電動輪通過立軸安裝在各自的輪架上。該立軸的結(jié)構(gòu)特殊：它是由一根階梯軸與一個內(nèi)凹的圓盤體焊接而成的。 立軸與輪架間裝有軸承。軸承內(nèi)圈裝在立軸上，軸承的外圈安裝在輪架上，軸承焊接在輪架上。焊接時采用帶有臺肩的軸承套能承受較大的軸向力。而且長期使用中，軸承套外圈和側(cè)壁內(nèi)孔仍能保持接觸良好，有利于保證蝸輪與蝸桿嚙合精度及軸承和蝸桿，蝸輪的使用壽命，焊接如圖2所示： 圖2 軸承套的焊接結(jié)構(gòu) 6.1 立軸的強度校核 鍵連接傳遞的扭矩為：T=3501Nm 為了增強連接的承載能力，采用兩個圓頭平鍵聯(lián)結(jié)。單鍵所能傳遞的扭矩為： T==127270200=3024Nm; 上式中：h——鍵高 ——鍵長 D——軸徑 []——鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力(MPa) 兩個鍵相隔布置,其承載能力按一個鍵的1.5倍計算: =1.5T=4536Nm 即鍵的擠壓強度足夠. 6.1.1 判斷危險截面 初步分析截面1有較大的應(yīng)力和應(yīng)力集中，對截面1進行安全系數(shù)校核。軸材料選用45鋼調(diào)質(zhì)，=650MPa, =360 MPa. 由表3.2所列公式可求得疲勞極限。 對稱循環(huán)疲勞極限： =0.44=0.44650=286 MPa. =0.30=0.30650=195 MPa. 脈動疲勞極限： =1.7=1.7286=486 MPa. =1.6=1.6195=312 MPa. 等效系數(shù)： ===0.18 ===0.25 6.1.2 截面一上的應(yīng)力 彎矩：=7120.542Nm 彎矩應(yīng)力幅：====208 MPa 彎矩平均應(yīng)力：=0 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：===32 MPa 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力幅和平均應(yīng)力：====16 MPa 6.1.3 應(yīng)力集中系數(shù) 有效應(yīng)力集中系數(shù)： 在次截面處，有兩個鍵槽，從=650 MPa 附錄表1中查出 =1, =1.71 表面狀態(tài)系數(shù)： 由附錄表5查得=0.80 (Ra=6.3, =650 MPa )。 尺寸系數(shù)：由附表6查得=0.78，（按靠近應(yīng)力集中處的最小直徑查得）。 6.1.4 安全系數(shù) 彎曲安全系數(shù)： 設(shè)為無限壽命，=1, 由式16.5，得: ===1.2 扭轉(zhuǎn)安全系數(shù): ===3.88 復(fù)合安全系數(shù):S===1.6>[S]. 軸承的校核 預(yù)選7608E圓錐滾子軸承 = =0.055 查表18.7 e=1.5tan=1.5tan=0.345. ==0.05. 結(jié)論：選用7608圓錐滾子軸承可以滿足軸承壽命要求。 6.2 制動器的設(shè)計 牽引車的制動工作特性與其他工程車輛不同，其制動系統(tǒng)的選型及設(shè)計對牽引車工作特性的影響很大，對牽引車制動系統(tǒng)的分析與計算是保證牽引車穩(wěn)定工作的前提．飛機牽引車驅(qū)動橋的制動器主要采用蹄式、鉗盤式和濕式盤式，近年來多采用濕式盤式制動器． 濕式盤式制動器為封閉式，可使內(nèi)部的零件免受外部污染，提高了安全可靠性，但摩擦制動盤均置于油中，散熱性能的好壞將直接影響其使用性能．本文從牽引車車輪制動器產(chǎn)生的制動扭矩的分析開始，通過對牽引車制動器的傳熱學(xué)計算，確定制動器的工作溫度．并比較鼓式和盤式制動器傳熱特性，討論獲得牽引車制動性能最佳的途徑． 牽引車工作時的制動情況特性與其他工程車輛的不同點在于：牽引勾對接時，制動系統(tǒng)在較短時間頻繁動作，制動器發(fā)熱嚴重另外牽引車在牽引作業(yè)制動時，牽引車尾部的牽引負荷也對其產(chǎn)生慣性推力F．大大增加了制動器的工作負荷，引起制動器發(fā)熱在制動過程中，牽引車的動能和勢能轉(zhuǎn)變?yōu)橹苿悠髂Σ帘砻婧洼喬ヅc道路接觸表面的熱能，制動力的太小與制動踏板的操縱力、制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)即所選擇的機械－氣動或機械－液動的參數(shù)有密切關(guān)系． 牽引車的實際制動減速度取決于制動力矩、輪胎滾動半徑、路面附著系數(shù)，以及牽引車車橋?qū)Φ孛娴姆ㄏ蛄Γ? 輪胎的滾動半徑對制動性能將產(chǎn)生一定的影響，其與輪胎的充氣壓力、載荷以及車速有關(guān) 盤式制動器的壓力損失～般為0.04MPa，而鼓式制動器的壓力損失一般為0.4MPa．對于一定重量的牽引車，制動因數(shù)B和制動油缸(或制動分泵)的工作面積是確定牽引車減速度的主要參數(shù)． 制動因數(shù)B和制動分泵的工作面積^的增加，將引起制動器較高的敏感度，牽引車在制動時將在產(chǎn)生“點頭” 現(xiàn)象，對飛機產(chǎn)生不利影響． 車輛動能的一部分通過使制動器摩擦偶件的相對摩擦而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，另一部分由于輪胎產(chǎn)生滑移率而消耗，當制動器制動扭矩遠小于地面對輪胎的最大制動力時，大部分制動能量將由制動器吸收，轉(zhuǎn)化成熱能． 在不考慮牽引車的車輪、車軸和傳動軸的旋轉(zhuǎn)動能時，車輛的平均制動能量E。，可由下式給出：E。=0.5(1— )(W／g+m)·(V 一 )／1 000(kW)，式中 s為輪胎的滑移率； 為車輛制動初速度，m／s； 為車輛制動終速度，m／s．當牽引車制動時，輪胎還沒有達到完全抱死，而接近它們的最大制動力矩，輪胎將有約l5％－20％ 的滑移率，輪胎的圓周速度僅為車速的80％－85％ ，這部分動能由制動器吸收，余下的15％ ～20％被輪胎和路面吸收． 故制動器最大制動力矩遠小于地面對輪胎的最大制動力矩時，大部分制動能量將由制動器吸收． 制動器最大制動力矩的選擇對牽引車尤其重要． 制動器的示意圖如圖4所示。其具體結(jié)構(gòu)見零件圖號6。 圖4 制動器示意圖 設(shè)計過程: 牽引車可操作的飛機重量可達其自重的10倍，則制動器所作的功為： W=m=4401.39J=38.225KJ. 額定制動轉(zhuǎn)矩: 制動時間t=3s，制動時輪胎轉(zhuǎn)過的角度= ==38.225=12.17Nm 制動輪直徑： D=0.76m 摩擦副間的摩擦系數(shù)： 石棉制品摩擦材料，材料牌號307；HB=25050, u=0.45, 沖擊強度39.2，制動瓦塊額定壓力：==N=35.58KN 緊閘裝置額定拉力：===5.5KN 電磁鐵斷電后在自重和彈簧的共同作用下恢復(fù)到全前的狀態(tài)，松閘。 結(jié) 論 盤式重型飛機牽引車在設(shè)計上突破了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，克服了現(xiàn)有牽引車的許多缺點，理論上完全滿足牽引大型飛機的要求。但本文只對車體的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，并不包括對控制系統(tǒng)及電池組和柴油機組成的混合動力設(shè)計。即本文所設(shè)計的內(nèi)容離一輛完整的飛機牽引車還有很大一段距離。 本文所設(shè)計的牽引車結(jié)構(gòu)比較簡單，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不是很繁瑣，易于制作和加工，電控部分少，造價比較低，可靠性高。但還有許多地方需要改善和進一步改進。希望能在今后，有機會能和研究這項產(chǎn)品的老師交流一下，吸取一下他們的寶貴意見，使此設(shè)計更加的完善。 參考文獻 [1]　王意.飛機牽引車技術(shù)的發(fā)展.國際航空,1994(9):18～20 [2]　王意.日臻成熟的無桿式飛機牽引車.國際航空,1995(4):9～11 [3]　王意.行走機械液壓驅(qū)動技術(shù)發(fā)展大觀.液壓氣動與密封,2000(1):19～28;2000(3):1～6 [4]　韓家鋼.汽車液力傳動.重慶:重慶大學(xué)出版社,1988:145～160 [5] 姚懷新.行走機械液壓傳動與控制[M].北京:人民交通出版社,2001. 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