發動機拆裝翻轉架的設計與傳動部位分析

龔成平

摘 要：為方便研究發動機故障診斷問題，發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

隨著國民經濟的發展和中國制造2025戰略的實施，汽車制造業迎來了新的機遇，其中汽修行業是汽車制造業的重要組成部分。在汽修行業中，發動機的維修是一個比較重要的分支，發動機翻轉架則是汽修行業中常見的輔助設備，是發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。

由于發動機拆裝翻轉臺架的常用性，其發展方向也更趨于人性化。可以在翻轉架上設置發動機的所有輔助設施，實現發動機大修、起動、故障設置及診斷、排除等功能。考慮到發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，保證了文明作業和安全生產。在修理中，為了節省更多的時間，獲取更多的利益，人們將會生產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、更合理的發動機拆裝翻轉臺架是未來發展趨勢。因此，提高發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。本文根據自身設計經驗，運用理論和仿真手段對所設計的發動機拆裝翻轉架關鍵部位進行研究分析，驗證其有效性。

1 發動機拆裝翻轉架的整體結構

汽車發動機翻轉架是用于實現在汽車維修時發動機的翻轉，便于對發動機進行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、壽命以及經濟型、安全性方面的要求；設計應貫徹標準化，符合國家規范要求；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。花鍵裝配同時接觸的齒面數不少于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

蝸輪軸外端夾持發動機等部件，設最大的發動機重量為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，可對零部件進行網格化，得到有限元分析結果，可根據模擬仿真的情況，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應力集中的現象，此處的最大應力為21.776Mpa，軸容易在此處產生應力集中，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仿真學研究，劃分網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，然后經過有限元分析進一步驗證，發現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，為下一步的生產制造提供了參考依據。

參考文獻：

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