本科毕业论文---汽车自救装置设计.doc

目 录

摘要……………………………………………………...…………………..…………I
Abstract………………………………………………………………………..……....II
第1章 绪论………………………………………………………………..……… ..1
1.1 汽车自救装置的概况……………………………………………………...….1
1.2 汽车自救装置的发展………………………………….……………. ….……2
1.3 汽车自救装置的技术现状……………………………………………..…......3
1.4 设计的主要内容……………….……………………………………..…….....4
第2章 汽车自救装置的方案选择………………………………...……………5
2.1动力源的方案…………………………………………………………..….…..5
2.2传动机构的方案………………………….……………………. .………...…..5
2.3 本章小结……………………………………………………………………....7
第3章 电动机的选择……………………………………………………………...8
3.1 牵引力的确定………………………………………………………..…..…....8
3.2钢丝绳的选择与计算…………………………………………………..…..….8
3.3 电动机的选择……………………………………………………………..…..9
3.4 本章小结…………………………………………………….………………...10
第4章 减速器的设计……………………………………………………………...11
4.1传动形式的选择……………………………………………………………….11
4.2 行星轮传动条件………………………………………………………….…...11
4.3 计算及材料选择……………………………………………………….…..….13
4.3.1 传动比选择分配计算………………………………….………………13
4.3.2 选择齿数齿型 ……………………………………………….……..20
4.3.3 齿轮计算………………………………………….……………..……..20
4.3.4 材料选择…………………………………………………………....….24
4.4 校核齿轮…………………………………………………………….………...24
4.4.1 弯曲强度校核………………………………………………………...28
4.4.2 齿面疲劳强度校核…………………………………………………...29
4.5 联轴器的选择………………………………………………………………..30
4.6 行星架结构设计…………………………………………………………..…31
4.7 行星轴强度计算校核………………………………………………………..32
4.8 轴承的选择…………………………………………………………………..32
4.9 润滑方式……………………………………………………………………..34
4.1.0本章小结……………………………………………………………………34
第5章 离合器的选择及卷筒的设计……………………………………...…..35
5.1离合器的种类………………………………………………………….……..35
5.2离合器的选择………………………………………………………….….…..36
5.3 卷筒的设计…………………………………………………………………...38
5.4本章小结……………………………………………………………………….40
第6章 联接元件的校核…………………………………………………...……..41
6.1 底架上螺栓的强度校核…………………………………………..………….41
6.2 键的强度校核………………………………………………..……………….42
6.3 卷筒螺栓的校核…………………………………………..………………….43
6.4 本章小结……………………………………………..……………………….44
结论………………………………………………………… …………… ……………45
参考文献………………………………………………………………………………46
致谢…………………………………………………………………………………….47
附录A……………………………………………………………………………….....48
附录B………………………………………………………………………………......50

第1章 绪 论

1.1 汽车自救装置的概况
汽车自救装置包括汽车电动绞盘机，主要用于越野汽车、农用汽车、ATV运动车、游艇、以及其它特别车辆。是车辆、船只的自我保护及牵引装置，可在雪地、沼泽、沙漠、海滩、泥泞山路等恶劣环境中进行车辆自救，并可能在其它条件下，进行清障、拖拉物品、安装设施等作业，是军警、石油、水文、环保、林业、交通、公安、边防、消防及其它野外运动不可缺少的安全装置。
目前常见的汽车自救装置按绞盘原动力的不同，主要有四种：
电动绞盘机，是最常见的绞盘机。依靠车辆自身的电力系统驱动绞盘，优点：可以在车辆死火的情况下基本正常使用(这是它最大优点是其他绞盘机无法比拟的），尤其对于水多的地区有很大优势，安装简单可以实现多位置安装及迅速移位。缺点：不能维持长时间的使用（车辆自身电力系统局限性、自身易发热等原因），大部分电动绞盘机能提供的驱动力较小，只能向一个方向施加力量（安装于车前只能向前拉，安装于后部只能向后拉）。
PTO绞盘机，使用分动箱输出动力为动力源（POWER TAKE OFF），优点：能持续提供较大的拉力，单次使用时间长（不存在发热问题），可以提供多方向拉力（前、后、甚至左右），是军用车辆或严肃的高性能越野最佳选择。缺点：必须使用发动机动力，即在发动机因进水等原因无法工作时无法使用；分动箱失去绞盘机方向驱动力时也无法使用。
油压绞盘机，使用车辆的动力/助力转向系统为其动力源，使用助力转向泵提供源动力。优点：安装方便，由于其外部固定部分基本实现了通用化，甚至在野外即可实现互换，驱动力界于电动和PTO绞盘之间，发生高温机会极其少见。缺点：和PTO绞盘机一样，必须使用发动机驱动力，即必须保持发动机转动，且一旦动力转向系统出现故障则无法使用（在部分越野情况下，动力转向系统容易受到外界破坏）。
车轮绞盘机，这是一种比较新的绞盘机系统，即由车轮轴提供驱动力。原理是使用大部分越野车轮的6颗固定螺丝中的4颗以固定绞盘。优点：安装/拆卸极其简便（和换轮胎是一个步骤），重量极轻（比任何一种其他绞盘机都轻，不会被前悬带来致命的额外重量），价格便宜，可提供前后双方向拉力。缺点：目前我所知的缺点可以肯定的是由于其力量点是轮轴，所以位置太低，造成部分条件下无法使用，而且也必须使用发动机动力。

1.2汽车自救装置的发展
在西方，陆军每10辆四驱卡车就最少有一辆带有汽车自救装置，这还不包括工程部的回收车（回收车是一辆底盘由6×6、8×8重型卡车或者50吨以上的坦克改成的，它是带有2—4个汽车电动绞盘的大型工程车，专门营救在野外陷入深坑的卡车或坦克）。汽车自救装置的重要性由此可见一斑。汽车自救装置的历史可追溯到第一次世界大战期时期，由于当时的道路条件极差，除了城市没有正规的道路，战场上充满了泥泞和壕沟，汽车由于有差速的关系，很容易被陷在泥坑中或卡在壕沟上，影响了部队的行进速度。为了解决这个问题，技术人员想了许多方法，最后从码头使用的拖拽船舶绞盘机上得到了启发，将其改在汽车上，并且以链条驱动它，这个设计取得了成功。第二次世界大战结束后，科技取得了飞速发展，大量军用技术转移到民用产品中。随着越野车成为普通家家庭的代步工具和竞技越野车运动的发展，汽车绞盘机作为越野车的重要组成部分成为了一种民用产品，并得到了很好的发展。19世纪60年代，电动绞盘机开始发展，它的好处是重量轻，造价便宜，可自行拆卸改装在不同型号的汽车车上，而且就算汽车发动机不能工作，绞盘机同样可以运作。电动绞盘机的出现促进了绞盘机的普及。
绞盘机的种类很多，有电动绞盘机、利用汽车发动机机械动力带动的绞盘机以及用液压泵操作的绞盘机等，越野者使用最多的要数电动绞盘机了。电动绞盘机是从汽车本身获得动力来驱动马达带动绞索的。这种绞盘机很方便，因为可以站在任何地方通过遥控器上的旋钮进行操纵。它最大的优点就是只要电池还有电就可以使用。
但是，绞盘机内马达的功率一般只有几马力，这么小功率的马达何以能拖动一辆沉重的汽车亦或是其它重物呢?秘密就在减速器的使用上。即便马达只能发出较小之力，但减速器却能将其转变为强大之力。
市场上大部分绞盘机都是使用行星齿轮做减速器。行星齿轮的优点是体积较小而产生的减速比相对较大，而且齿轮的接触点较多，使用寿命较长。绞盘机通常都安装在较狭小的空间内，因此越小越轻就越好。行星齿轮既能达到这一要求，同时又能产生较大的减速比，因此再理想不过了。绞盘机通常都安装在较狭小的空间内，因此越小越轻就越好。行星齿轮既能达到这一要求，同时又能产生较大的减速比。绞盘机的拖拉力量与绞盘拉出的长度有直接关系，在绞盘机刚拉时力量最大，其后绞盘每转一圈，拉力便减小一些。绞索拉的越长拉力越弱。
简单地说，绞盘机内部的工作机制是：从汽车来的电力首先带动马达，而后马达带动鼓轮转动，鼓轮又带动主动轴，主动轴再带动行星齿轮，进而产生强大的扭力。随后，扭力被传回到鼓轮，鼓轮便带动绞盘机。马达和减速器之间有一个离合器，能通过一个把手来开关。制动单元在鼓轮内，当绞索绷紧时，鼓轮就自动锁住。在实际运用中，有些辅助物品是安全顺利使用绞盘机时必不可少的，如手套能安全保护手部。此外，如果要把绞盘机固定在一棵树上，还需要一条带子、一个U行吊耳以及一个紧线滑轮。带子是用来固定支点的。其理想长度为1.5—2.0m;U形吊耳能够将钩子与带子及绞盘连接起来，所以最好多准备几种尺寸的吊耳；用双线或三线，改变拖拉方向时，则需要一个紧线滑轮。操纵绞盘机简而言之可分3个步骤：安装、固定支点和拖拉。
随着中国经济的迅速发展和人民生活水平的显著提高，中国的汽车需求在不断扩大。有相关部门统计：2005年中国的汽车需求量为640万台，预计到今年将接近1500万台，相当于目前全球汽车需求总量的四分之一。绞盘机的使用量也会随之上升。此外，以前普通国民对绞盘的认识十分的稀少，在他们的生活中，根本不会在意有没有这样一个小家伙。然而近年来，国民自驾出游的人数也与日俱增，绞盘机成了这些人不可缺少的工具。因此对于这一课题的研究具有良好的研究前景和积极的意义。

1.3 汽车自救装置的技术现状
通过对汽车自救装置发展历史的研究，可以清楚的知道其对汽车在野外工作有着重要的意义。随着汽车工业经济的发展，国内的汽车自救产品很多，例如汽车急救电源、汽车自用灭火机、汽车绞盘机等，其中汽车绞盘机是车辆在野外陷入困境时，所采用的最有效的一种自救工具。在现代工业中，电动绞盘的使用十分广泛，它在交通运输 、基建工地、林区等多种部门中发挥着巨大的作用。经过近一个世纪的发展，汽车绞盘机技术有了巨大的进步。从最初的由船用绞盘机改装而成，发展到现在的汽车专用电动绞盘机。电动绞盘机，各型四驱车几乎都可以配上。工作在世界上路况最差地区的各型越野车，几乎都装有电动绞盘机。而各项越野挑战赛和拉力赛，更是声明没有绞盘机就不能参加比赛。可见，电动绞盘对越野车的重要性。考虑到我国幅员辽阔，地质地貌复杂，山地、丘陵、沼泽、沙漠几乎占了国土面积的一半，在野外生产作业过程中，车辆会经常陷入困境，绞盘机的使用十分重要。因此，本课题所设计的绞盘机是针对上述地理条件下，中型越野车所使用的一种自救工具。同时，由于绞盘机构在起重机中也发挥着不可忽视的作用。
以越野车上最常用的电动绞盘机为例,它主要有电动机、钢缆、绞盘鼓轮、导缆器、传动机构、制动系统、离合器、控制匣和控制器组成。电动机由车辆的蓄电池带动，它将动力传递给机械传动装置，再带动绞盘鼓轮转动缠绕缆线;钢缆最初的设计承载能力决定了它的直径大小和长度，钢缆缠绕在绞盘鼓轮上并穿过导缆器，其末端打成环状以连接锚钩；绞盘机鼓轮是一个缠绕钢缆的圆柱形装置，它由电动机驱动，绞盘机圆筒可在遥控器的控制下改变转动方向；当使用绞盘有一定角度时，导缆器将引导钢缆绕上绞盘机鼓轮，它将减少钢缆回收时可能对绞盘机支架或保险杠产生的危险，往往固定安装在绞盘架或保险杠外；传动机构由行星齿轮构成，它将电动机产生的能量转换为强大的牵引力，传动系统的设计使得绞盘机变得轻便，紧凑；制动系统的作用是当电动机停止工作且钢缆有负重时自动锁紧鼓轮，防止钢缆松脱滑落，并将汽车拽在原地；离合器可以用手操作，改变鼓轮与传动系统的脱离或锁止状态，从而改变鼓轮空转或与传动系统锁死的状态；控制匣将汽车蓄电池的电力通过电磁线圈转化为动能，使操作者能够改变绞盘鼓轮的旋转方向，有的绞盘机把控制匣固化于绞盘机结构内，有的则可独立一体，按需要安装在适当位置，电动绞盘机在高负荷下运转，因此控制匣使用了高负荷控制系统以应付强大的电流；控制器插在绞盘机控制匣上，自由控制绞盘机鼓轮的旋转方向。它可以使操作者在操作绞盘机时远离钢缆，避免危险。

1.4 设计的主要内容
汽车自救装置的设计是一个复杂的设计过程，其中包括对电动机的选择，联轴器的选择，行星齿轮减速器的设计和离合器的选择，钢丝绳的设计和计算校核。其设计成功与否直接影响汽车在危难时刻是否成功脱险。设计的基本内容：本设计将参考现有电动绞盘机的基本形状，并根据设计要求查找相关资料进行的设计，在选择汽车自救装置中的电动机后，根据汽车自重选择减速器，使之符合使用要求。最后进行汽车自救装置性能分析计算。在对各种结构件进行了分析计算后，运用CAD绘制汽车自救装置的整体图及主要部件的零件图。

第2章 汽车自救装置的方案选择

2.1动力源的方案
本次设计的汽车自救装置的动力源为直流电动机，来使汽车自救装置工作。汽车自救装置主要由：直流电动机、联轴器、减速器、卷筒、离合器等组成。
在以前，汽车自救装置的动力源来源于二冲程发动机，但是随着科学的发展，技术的进步，由二冲程发动机所提供动力的汽车自救装置的缺点逐渐暴露出来。二冲程发动机使用的燃料是汽油，在特殊条件下工作时（如高原、高温等环境），二冲程发动机工作的稳定性差，燃料燃烧不充分，使输出功率降低，而且不完全燃烧产生的废气，严重污染环境。但是，这些缺点在使用电动机时，就不存在了。电动机具有重量轻、体积小、携带方便等特点。而且，在包括高原、山区、沙漠等各种环境下都能保持稳定良好的工作性能。因此，由蓄电池供电的汽车自救绞盘机，已经成为汽车自救装置发展的主要趋势。在本设计中所选的电动机型号为ZXQ-13.5/30.
2.2 传动机构的方案
由于直流电动机的输出功率较小，无法拖动沉重的汽车，要解决这个问题，必须使用减速器。要使电动机输出的扭力传递到减速器主动轴，就必需有一个装置将电动机输出轴与减速器主动轴相联，这个装置我们采用了联轴器。联轴器可分为刚性联轴器、挠性联轴器、安全联轴器、非机械式联轴器等。由于我们设计需要的联轴器，只需将两根轴轴向连结，并且对工作温度的要求较低两轴之间无偏角，因此选择刚性联轴器。刚性联轴器的类型有:凸缘联轴器、夹壳联轴器、立式联轴器等，及各种联轴套。对设计所选用的联轴器是凸缘联轴器。这种联轴器的优点在于造价低，结构简单，拆装和维护方便。减速器是汽车自救绞盘机中的重要组成部分，其功能是降速增扭，将直流电动机工作产生的较小的扭力，转化成能够拖动汽车的强大扭力。减速器工作时，将电动机输出轴的高转速，转化成减速器输出轴的较低转速，并带动滚筒转动，滚筒转动时带动与车相连的钢丝绳，使其收回缠绕在滚筒上，从而使车辆脱离困境。汽车自救绞盘机的减速器是我们自己设计的，它是汽车自救装置的重要组成部分。设计中首先要选择减速器的类型，减速器按结构分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、蜗杆减速器、行星齿轮减速器等。由于汽车自救绞盘机所需的减速器，要具有传动比大、体积小、质量轻等特点，否则无法满足本设计的要求，因此选择了行星齿轮减速器。行星齿轮减速器有三种类型：渐开线圆柱齿轮行星齿轮减速器，摆线针轮减速器，谐波传动减速器。其中，渐开线圆柱齿轮行星齿轮减速器，应用范围广，维护方便，因此，在本设计中采用了渐开线圆柱齿轮行星齿轮减速器。根据本设计的要求，在设计减速器时，首先要考虑使其结构紧凑、体积小、传动比大。以NGWN型减速器为参照。通过计算，得出减速器的传动比为191.齿轮的材料均选用合金渗碳钢淬火，因为其制作齿轮的接触疲劳极限较大。通过校核，本材料满足技术要求。
在机械工程中，离合器的用途十分广泛，一般分为操纵离合器和自控离合器两种。操纵离合器包括机械离合器、电磁离合器、液压离合器和气压离合器；而自控离合器包括超越离合器、离心离合器和安全离合器。其中，机械离合器的应用比较广泛。它的类型有多种：片式离合器（干式单片、湿式单片、干式多片、湿式多片）、牙嵌离合器、齿式离合器、圆锥离合器、摩擦块离合器、销式离合器、鼓式离合器、键式离合器、扭簧离合器、涨圆离合器等，本设计所选用的离合器为牙嵌式离合器。
牙嵌式离合器是由两个端面上有牙的半离合器组成。半离合器上的牙形分为：三角形、矩形、梯形、锯齿形、尖顶梯形等。三角形离合器用于传递较小转矩，结合后不能自锁；矩形牙结合后无轴向分力，但是不便于结合和分离，磨损后也无法补偿；尖顶梯形牙结合比梯形牙结合容易，可以在较大转速差下结合；锯齿形牙只用于传递单向转矩，与它们相比梯形牙能克服矩形牙的缺点，对称的牙形能传递双向转矩，强度较高，具有自锁功能，牙数较少，结合和脱开要比矩形牙容易，而且啮合后的牙间间隙较小，用于传递较大转矩的场合。我所设计的汽车自救绞盘机需要使用的离合器传递的转矩较大，结构简单，而且有较高的强度要求，梯形牙离合器可以满足设计要求，为此，选用梯形牙离合器。牙嵌式离合器是标准件，并且将离合器置于卷筒内部，而与之相符的牙嵌式离合器的在机械手册中的参数不能满足设计需要，为此，我们专门设计了一款与卷筒相配套的牙嵌式离合器。根据轴颈，初定梯形齿离合器的尺寸；根据轴颈、传递的转矩计算牙的外径，平均直径、牙宽、牙高、牙数等数据。最后，对所设计的离合器进行强度校核。由于所设计的离合器传递的转矩较大，所以对离合器的强度要求较高。因此，选用离合器的材料为20SiMnVB，这种材料的屈服强度为980Mpa，符合强度要求。
绞盘机的工作原理是：绞盘机的发动机的输出轴上套一个中空齿轮作为太阳轮，通过少齿差行星轮、花键拉杆把动力传递给卷筒，由卷筒带动钢丝绳进行牵引工作。其传动系统如图所示。传动关系：电动机--行星轮—拉杆—卷筒。

图2.1绞盘机传动原理图
1.电动机 2.太阳轮 3.内齿圈 4.外齿圈 5.拉杆花键 6.卷筒 7.离合器 8.行星齿轮减速器

2.3本章小结
汽车自救装置是一种小功率机械。它具有自己的作业特点，在工作环境恶劣，使汽车脱离险况，要充分发挥汽车自救装置的作用，在使用汽车自救装置作业时，必须采用新的汽车自救装置集材生产工艺。

第3章 电动机的选择

3.1 牵引力的确定
设计要求:3吨以下中型越野车，绞盘机的拉力设计原则一般是以车辆自重的1.5倍为宜。如3吨以下，以3吨为例，车辆自重3000KG，那么绞盘机的拉力应不低于：
F 30009.81.5=44100N (3.1)
F F=44100N (3.2)
3.2钢丝绳的选择与计算
钢丝绳的选择方法：由于绞盘机的使用范围为质量在满载3吨以下的越野车，则钢丝绳的使用范围也为满载质量在3吨以内的越野车。
F=G=Mg=30009.8=29400N (3.3)
F Fn
式中： n——安全系数，取4
F——最大拉应力，N
F——钢丝绳最小破断拉力，N
所以，F294004=117600N
参照«起重机设计手册»：
钢丝绳选择为：1（19）-10-2000-I-光-右交GB1102-74
将钢丝绳的长度L定为30M.
钢丝绳最小直径：d=c
式中： d——钢丝绳最小直径，mm
s——钢丝绳最大工作静拉力，N
c——选择系数，它的取值与机构工作级别和钢丝抗拉强度有关，取0.085
所以，d=0.085=15mm.
根据传动要求，钢丝绳直径取11mm.

3.3 电动机的选择
= (3.4)

式中： ——工作机总效率
——离合器效率，取0.99
——齿轮效率，取0.97
——轴传递效率，取0.99
所以，=0.990.970.99=0.87
工作机需要的功率P：
P=FV/1000n (3.5)
式中: F——钢丝绳最大拉应力
V——钢丝绳速度，V=0.036m/s
所以，P=294000.036/10000.94=1.12kw
P=P/
式中： P——电动机需要的功率
P——工作机需要的功率
所以，P=1.12/0.87=1.28kw
n=601000V/D
=6010000.036/3.14119
=5.78r/min
式中： n——电动机提供转速
此电动机为蓄电池供电的直流电动机。根据«电机修理实用技术数据手册»查。电动机选为ZQX-13.5/30
P=1.35kw,V=24V，n=1300r/min
外径：120mm,长度：90mm,槽数：25
4.4.1 弯曲强度校核
1）
查得：
2）
查得：
3）
查得：
查得：

4）
查得：
5）
查得：
6）
查得：
7）弯曲应力

8）
查得：

9）
查得：
10）
查得：
11）

12）
由表8-121查得：
13）

因此，齿轮的弯曲疲劳强度通过。

4.4.2 齿面疲劳强度校核
表4.6齿面疲劳强度校核

T=540N.m KA=1
高速外啮合
接触疲劳极限应力(MPa)
σHlim = 1450.00 1450.00
许用接触疲劳应力(MPa)
σHP = 1450.80 1450.80
计算接触应力(MPa)
σH = 971.38 971.38
弯曲疲劳极限应力(MPa)
σFlim = 400.00 280.00
许用弯曲疲劳应力(MPa)
σFP = 800.00 560.00
计算齿根弯曲应力(MPa)
σF = 245.20 229.75
弯曲强度安全系数
SF = 3.26 2.44
高速内啮合
接触疲劳极限应力(MPa)
σHlim = 1450.00 750.00
许用接触疲劳应力(MPa)
σHP = 1381.72 794.56
计算接触应力(MPa)
σH = 414.44 414.44
弯曲疲劳极限应力(MPa)
σFlim = 280.00 255.00
许用弯曲疲劳应力(MPa)
σFP = 560.00 510.00
计算齿根弯曲应力(MPa)
σF = 213.26 209.17

4.5 齿轮联轴器的设计
齿式联轴器是由齿数相同的内齿圈和带外齿的凸缘半联轴器等零件组成。外齿分为直齿和鼓形齿两种齿形，所谓鼓形齿即为将外齿制成球面，球面中心在齿轮轴线上，齿侧间隙较一般齿轮大，鼓形齿联轴器可允许较大的角位移（相对于直齿联轴器），可改善齿的接触条件，提高传递转矩的能力，延长使用寿命。有角位移时沿齿宽的接触状态。
齿式联轴器在工作时，两轴产生相对角位移，内外齿的齿面周期性作轴向相对滑动，必然形成齿面磨损和功率消耗，因此，齿式联轴器需在有良好和密封的状态下工作。齿式联轴器径向尺寸小，承载能力大，常用于低速重载工况条件的轴系传动，高精度并经动平衡的齿式联轴器可用于高速传动，如燃汽轮机的轴系传动。由于鼓形齿式联轴器角向补偿大于直齿式联轴器，国内外均广泛采用鼓形齿式联轴器，直齿式联轴器属于被淘汰的产品，选用者应尽量不选用。
为了实现基本构件的浮动均载，改善轮齿受力状态，提高浮动灵敏性、强度和寿命，此采用鼓形齿式联轴器。
根据结构尺寸和内齿加工工艺要求，初定m=1.5，z=38，
（以下公式来源《机械设计手册（轴及其连接）》P71 ）
a 计算载荷

= 763 kgf.cm
b 接触应力

c核算强度条件
由《刚性联轴器的设计及计算》表3查

故强度满足
式中： MT——计算转矩kgf.cm；
M——输入转矩kgf.cm；140000Kgcm。
计算载荷

=915kgf.cm
接触应力
能满足强度要求。

4.6 行星架结构设计
行星架是行星传动中的主要构件之一，行星轮轴或轴承就装在行星架上。当行星架作为基本构件时，它是机构中承受外力矩最大的零件。行星架的结构设计和制造对各行星轮间的载荷分配以至传动装置的承载能力、噪音和振动等有很大的影响
行星架的合理结构应该市重量轻、刚性好、便于加工和装配。其常见结构型式有双壁整体式，双壁分开式和单壁式3种。
双壁整体式行星架结构钢性比较好，此行星采用铸造的方法，并选用双壁整体式结构，材料选用ZG35CrMo
双壁整体式行星架的两个壁，通过中间的连接板联接在一起，连接板的数量和尺寸与行星轮数Np有关。两侧板壁厚，当不装轴承时可按经验选取：
C1=(0.25-0.3)a, C2=(0.2-0.3)a。
Lc应比行星轮外径大10mm以上，连接板内圆半径Rn按Rn/R≤0.85-0.5。
4.7 行星轴强度计算校核

行星轴
太阳轮：
T1=Kp·Ta/np=1.1x1450/3=532Nm
圆周力：Ftca=1000·T1/ra=1000x532/45=11822N
径向力：Frtca=F·τca·tgan/cosβ=4303N
作用在齿轮上或轴上的力：Rxa= Ftca Rya= Frca
行星轮：
Tc=Zc·T1/Za=23x532/10=1223Nm
圆周力：Ftac=Ftca=Ftbc=11822N
径向力：Frac=F·τca·tgan/cosβ=4303=Frbc
作用在齿轮上或轴上的力：Rx‘c≈2Ftac=23644N
Ry‘c=0
弯矩M= Rx‘c·L/2=23644x50=1182200Nmm
弯曲应力：σ=M/W=M/0.1d3=54<[σ-1]=70mpa

4.8 轴承的选择
根据现场安装方式，出轴用轴φD外=14mm
校核：Τt=T/WT ≈9550000·P/0.2（1-β4）·n·d3=32〈[Τt] =40 强度满足
——扭转切应力，单位为Mpa；
——轴所收的扭矩，单位为；
——轴的抗扭截面系数，单位为；
——轴的转速，单位为；
——轴传递的功率，单位为；
——计算截面处的直径，单位为；
——许用扭转切应力，单位为Mpa
。
根据出轴尺寸和输出扭矩（T=55KN.m）涨套选用
HSH110-03 d=φ14 dw=φ10 许用传递转矩157KN.m
强度满足

a 行星轴1上的轴承：

由于，轴承当量动载荷：
轴承GB276-6416的基本额定动载荷为26500N，X=1
，
行星轮转速n：

轴承的寿命为：
b 行星轴2上的轴承：

由于，轴承当量动载荷：
轴承NJ2217的基本额定动载荷为217000N，X=1
，
行星轮转速n：

轴承的寿命为：
c 行星架2上的轴承：

=0，

轴承NJ1048的基本额定动载荷为470000N，

轴承当量动载荷：
轴承的寿命为：
行星架转速n取2.5

4.9 润滑方式
润滑剂的主要作用是：1.减少摩擦与磨损，防止胶合；2.降低噪音；3.吸收冲击和振动；4.防锈，抗腐蚀；5散热、冷却。
行星齿轮与平行轴相比具有很多特殊性：
1.行星齿轮既有外啮合传动，又有内啮合传动，工作温度随工作制度等变化，应此，行星齿轮要润滑油在启动和正常运转温度下具有良好的粘温特性。
2.行星齿轮由于体积小，散热面积小，这就要使润滑油的极压性能高，氧化安定性和热稳定性好。
3.行星齿轮行星齿轮个数一般在两个以上，并且围绕中心轮轴线回转，在运转过程中要使润滑油具有良好的抗泡沫性。
4.润滑油对油封。油漆以及轴承保持架材料具有良好的相容性。
工业齿轮润滑一般是由基础油加各种添加剂调剂制成的。目前国内基础油有两种：一种是天然矿物油精炼制成；另一种是由化工合成的润滑油。工业齿轮润滑油的添加剂按其功能分为3类：保护金属表面的：改善润滑油性能的：保护润滑油本身的。

4.10 本章小结
综上所述，汽车电动绞盘机在汽车自救方面是非常必要，也是切实可行的，而且也可以适用于建筑、安装、消防、电力、救灾和抢险等工作。

第5章 离合器的设计

5.1离合器的种类
离合器的作用是在机器的运转过程中，可使两轴随时集合或分离的一种装置。常用的离合器的种类有牙嵌式与摩擦式两大类，细分之后有自动离合器，电磁式，干摩擦盘式，多片油浸式，离心式和叶片式等。常见的一般离合器的设计制造在国内已经比较成熟，这里简单介绍一种比较实用的离合器。
楔块式超越离合器（如图所示）：

图5.1楔块式离合器结构图

1-外环 2-轴承 3-楔块 4-弹簧 5-内环 6-端盖 7-挡圈 8-滚柱
该离合器由内环，外环，楔块，滚柱和弹簧等组成。它在内环和外滚道之间放置一定数量的楔块和滚柱。在外环不动的情况下，内环一个旋转方向可转动（超越状态），另一个方向制动（自锁状态）。工作原理：如图2所示，离合器外环1用螺柱与壳体固定，不转动。当离合器内环5按逆时针方向转动时，由于楔块3两工作圆弧的偏心，在弹簧4的径向压力和内环滚道与楔块的摩擦力的作用下，使楔块以它与外环滚道接触点为圆心按顺时针方向回转，因楔块顺向对角尺寸大于内、外环间的距离，楔块被楔紧，从而达到自锁，使内环制动。当内环按顺时针转动时，楔块则按逆时针方向回转。而楔块逆向对角尺寸小于内、外环间的距离，楔块不能楔紧。处于“超越状态”。内环便可顺时针方向转动。其性能特点：（1）承载能力大、尺寸小、重量轻，在滚道直径相同的情况下，楔块离合器中的楔块数量较多，而楔块与滚道接触角的圆弧大于滚柱式离合器中的滚柱半径，故接触应力小；因此，楔块式比滚柱式承载力矩大。一般情况下，楔块式承载力矩是滚柱式承载力矩的5-10倍。（2）逆止可靠。“超越”传动时机械效率高。使用性能好，逆止可靠，而且反相解脱容易，传动效率高达0.93-0.96，耗能少。（3）零件硬度高、磨损小、寿命长。楔块离合器多用轴承钢制造，热处理后硬度高，可达HRC60左右。（4） 制造工艺好，适于批量生产，便于实现系列化，标准化。（5）结构新颖，在一定范围内有取代滚柱式超越离合器的趋势。该离合器常与滚柱丝杠副等部件配套，作为防逆转机构，也可单独使用，用于精确定位，传递转矩或阻止转矩的传递。
牙嵌式离合器（如图所示）

图5.2牙嵌式离合器结构图
牙嵌式离合器常用的牙形有矩形，梯形，锯齿形和三角形4种基本类型。根据需要分别应用于不同的场合。目前，对于牙嵌式离合器的设计，工程上常采用两种方法：一是选型设计。即先按工作条件选择合适的类型，然后按传递的转矩，转速以及轴径，从有关手册中查取牙嵌离合器的相应参数，获得相关的机构尺寸；二是类比设计，即按经验类比的方法去确定出某一工作条件下牙嵌离合器的每一部分的具体结构，尺寸。无论那种方法，最后都须做强度校核。倘若强度不足或强度富足，就需要反复的试凑，修改和调整。只要满足强度条件，就可以作为设计方案。多数情况下传统工程设计总是偏于保守，导致牙嵌式离合器的结构往往偏大。毫无疑义，传统设计带有一定的盲目性，而且设计周期长，会造成资源和能源的浪费，显然不够科学。能否在强度足够的情况下，确定出牙嵌离合器的最佳主参数，而不是依据经验仅对这些参数进行试凑和作某些协调。
5.2 离合器的选择
以KEW2000LB-A为例，阐述最简洁的绞盘机传动工作原理。当绞盘机启动时，发动机通过输入传动轴带动行星轮3转动，从而带动盖轮转动。此时若控制离合器控制把手向左，使离合器即和盖轮啮合，从而带动卷筒工作。反之，若使把手向右，那么离合器右半即和盖轮（左半）脱离啮合。卷筒也就停止不动。
一般市场上的绞盘机大都是利用减速机构来实现扭力的放大，因此大部分的绞盘机原理皆是如此，通常都由一个把手用来手动控制绞盘机离合器的“离”“合”，但是把手的形式可以是多种多样的。
首先，为了避免出现卷筒中空过大且不均匀所造成的隐患，对卷筒本身进行设计，使卷筒所带的齿轮在绞盘右侧，其外形如图所示：

图5.4 卷筒
牙嵌式离合器的主要失效形式是牙的折断和结合面的挤压磨损。设计时以牙根抗弯曲能力作为强度指标，再经抗挤压校核。根据这一设计原理，作为强度指标的牙嵌式离合器牙齿根弯曲应力为:
=KTh/WDZ
式中：为作用在离合器牙齿根的弯曲应力，（Mpa）；
K为工作情况系数，由发动机类型和工作类型查设计手册中相应表格获得数据；
T公称转矩（Nmm）；
h为离合器牙高（mm）；
Z为半离合器上的牙数；
W为离合器牙根的抗弯截面系数（mm）.

图5.5牙嵌离合器
所以选择标准的牙嵌式离合器。

5.3卷筒的设计
卷筒是卷绕钢丝绳的零件，在绞盘机卷筒工作时，卷筒卷绕，放出钢丝绳，从而把旋转运动变为直线运动。
此卷筒设计为电动绞盘机实用卷筒，因电动绞盘机外型小，结构紧凑，综合考虑，选择圆柱型为卷筒设计模型。
1.卷筒直径D的计算：