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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(jī)牽引車的結(jié)構(gòu)設(shè)計 Disk Shaped Heavy Duty Aircraft Tug 專 業(yè)：機(jī)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(jī)牽引車的概述 - 1 - 1.2 飛機(jī)牽引車的發(fā)展及現(xiàn)狀 - 1 - 1.3 新型無桿飛機(jī)牽引車及生產(chǎn)廠家的競爭 - 2 - 1.4 飛機(jī)牽引車在我國的需求狀況 - 2 - 第二章 飛機(jī)牽引車的結(jié)構(gòu) - 3 - 第三章 盤式重型飛機(jī)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(jī)構(gòu)設(shè)計 - 6 - 4.1．電動輪驅(qū)動單元 - 6 - 4.1.1電動機(jī)的選擇 - 6 - 4.1.2減速器的選擇 - 6 - 4.2．同步轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的電機(jī)選擇 - 7 - 第五章 車體轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的傳動機(jī)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(qiáng)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(qiáng)度校核 - 12 - 5.2.4 齒根強(qiáng)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(qiáng)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(xiàn) - 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(jī)牽引車的概述 飛機(jī)牽引車，是指主要用來移動飛機(jī)的特種車輛，根據(jù)與飛機(jī)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(jī)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(jī)的作用方式發(fā)生改變。無桿牽引車取消了與飛機(jī)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(jī)起落架上的機(jī)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(jī)附件的雙重屬性。無桿牽引車不與飛機(jī)連接時，作為一獨(dú)立的車輛，具有牽引車輛的一切特征;與飛機(jī)聯(lián)接后，則變?yōu)轱w機(jī)的一個附屬部分，應(yīng)具有飛機(jī)附件的特性。 傳統(tǒng)飛機(jī)牽引車與飛機(jī)相連接是通過牽引桿來實現(xiàn)的，牽引桿獨(dú)立于飛機(jī)和飛機(jī)牽引車，牽引車與飛機(jī)連接過程中，必須有一專人負(fù)責(zé)牽引桿的掛接作業(yè)；而無桿牽引車是將牽引桿及負(fù)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(jī)裝置上。根據(jù)聯(lián)機(jī)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(jī)牽引車即為無桿飛機(jī)牽引車。無桿飛機(jī)牽引車的主要結(jié)構(gòu)類型聯(lián)機(jī)裝置是無桿飛機(jī)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(fù)型。 1.2 飛機(jī)牽引車的發(fā)展及現(xiàn)狀 大型無桿飛機(jī)牽引車圍繞A380飛機(jī)在提高技術(shù)、增加品種的同時，中小型無桿飛機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)牽引車驅(qū)動電機(jī)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(jī)的功率已達(dá)20 kW。中小型無桿牽引車在結(jié)構(gòu)上也有了一定的進(jìn)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(jī)起落架的友善程度，提高對多種機(jī)型的適應(yīng)性和牽引飛機(jī)的安全性問題。如TBL-25型無桿飛機(jī)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(jī)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(jī)和直升機(jī)。 飛機(jī)牽引車是一種服務(wù)性產(chǎn)品，它的存在和發(fā)展與飛機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展緊密相關(guān)。每出現(xiàn)一種新的飛機(jī)機(jī)型，就為牽引車產(chǎn)品的發(fā)展創(chuàng)造一次契機(jī)。2005年空中客車公司A380的面世，又為飛機(jī)牽引車生產(chǎn)廠家提供了新的發(fā)展機(jī)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(jī)牽引車運(yùn)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(jī)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(jī)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(jī)牽引車運(yùn)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(zhǔn)備好了自己的殺手锏——Expediter 600型無桿飛機(jī)牽引車。 1.3 新型無桿飛機(jī)牽引車及生產(chǎn)廠家的競爭 飛機(jī)牽引車是一種服務(wù)性產(chǎn)品，它的存在和發(fā)展與飛機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展緊密相關(guān)。每出現(xiàn)一種新的飛機(jī)機(jī)型，就為牽引車產(chǎn)品的發(fā)展創(chuàng)造一次契機(jī)。2005年空中客車公司A380的面世，又為飛機(jī)牽引車生產(chǎn)廠家提供了新的發(fā)展機(jī)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(jī)牽引車運(yùn)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(jī)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(jī)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(jī)牽引車運(yùn)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(zhǔn)備好了自己的殺手锏——Expediter 600型無桿飛機(jī)牽引車。 1.4 飛機(jī)牽引車在我國的需求狀況 隨著我國航空業(yè)的發(fā)展，機(jī)場地面設(shè)備的市場越來越大，國際上幾個較大的飛機(jī)牽引車企業(yè)都在競爭中國的市場；而由于飛機(jī)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(jī)場用的牽引車還不得不主要依靠進(jìn)口。近些年，無桿飛機(jī)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(jī)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(jī)場，F(xiàn)MC公司的Expditer300用在廣州白云機(jī)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(jī)牽引車。產(chǎn)品主要用于中小型飛機(jī)，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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)機(jī)型。液壓驅(qū)動、雙向駕駛及適應(yīng)多機(jī)型是這類牽引車的共同特點，內(nèi)燃機(jī)是其主要動力源。其他動力形式的無桿飛機(jī)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(jī)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(dá)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(jī)，采購這些飛機(jī)需要花費(fèi)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(jī)問題，并陳述了這組數(shù)據(jù)。日前，由原航空工業(yè)部飛機(jī)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(jī)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(jī)一般指起飛總質(zhì)量超過100 t的運(yùn)輸類飛機(jī)，包括軍用和民用大型運(yùn)輸機(jī)，也包括150座以上的干線客機(jī)。所以研究飛機(jī)牽引有著重要的實際應(yīng)用價值。 第二章 飛機(jī)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(dú)立懸掛，由電力驅(qū)動，各輪均配有單獨(dú)的電機(jī)5直接與車輪6相連，構(gòu)成幾組獨(dú)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(jī)艙2上，其間裝有減振彈簧11。機(jī)艙內(nèi)設(shè)動力電池組和發(fā)電機(jī)。機(jī)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(jìn)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(jī)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(jī)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(jìn)方向始終保持一致。這在轉(zhuǎn)彎和推動飛機(jī)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(jī)牽引車的這種特點在規(guī)模比較小的機(jī)場尤為適合，這和我國的基本國情相一致，大部分城市的機(jī)場并不是十分的大，所以需要這種轉(zhuǎn)向靈活的飛機(jī)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(jī)還裝有柴油發(fā)電機(jī)?？蛰d時發(fā)電機(jī)給電池組充電,工作時由發(fā)電機(jī)與電池共同向各輪電機(jī)供電。兩者配合使用,可減少電池的配置量,發(fā)電機(jī)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(jìn)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(dá)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)場，這種特點顯得尤為重要，維護(hù)的成本極低。 第三章 電力機(jī)構(gòu)設(shè)計 4.1．電動輪驅(qū)動單元 4.1.1電動機(jī)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(jī)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(jī)，一是為了減小每個電動機(jī)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(jī)車電動輪部分共使用16個電動機(jī)。則每個電動機(jī)的輸出功率為。按《新編機(jī)械設(shè)計手冊》，選擇小型直流電動機(jī)， 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(dá)0.97。 (4)運(yùn)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(jī)車的體積盡可能小，二來提高了機(jī)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(jī)構(gòu)的電機(jī)選擇 電動機(jī)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(jī)構(gòu)所需總功率為：=k8p=1.282.8kw=26.9kW 按《新編機(jī)械設(shè)計手冊》，選擇小型直流電動機(jī)，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(jī)構(gòu)設(shè)計 5.1 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的概述 動力轉(zhuǎn)向機(jī)是利用外部動力協(xié)助司機(jī)輕便操作轉(zhuǎn)向盤的裝置。隨著最近汽車發(fā)動機(jī)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(jī)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(dāng)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(fù)荷，需要保持怠速旋轉(zhuǎn)的機(jī)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(jī)產(chǎn)生推力。由于不直接使用發(fā)動機(jī)的動力，所以大大降低了發(fā)動機(jī)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(jī)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(jī)后驅(qū)動的汽車上。 電動液壓式動力轉(zhuǎn)向裝置： 即由電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)向助力泵并由計算機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)由一臺雙輸出軸的直流電動機(jī)分兩路驅(qū)動。該電機(jī)與安裝在中心機(jī)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(jī)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(jī)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(yùn)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)的刀具，取a=100mm. 為同時滿足接觸強(qiáng)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(dāng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度校核 考慮機(jī)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(qiáng)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)的刀具，取a=155mm。 為同時滿足接觸強(qiáng)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(dāng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度校核 考慮機(jī)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(qiáng)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(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)，構(gòu)成雙萬鉸鏈機(jī)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(jī)構(gòu)的中間軸采用一根軸實現(xiàn)剛性連接即可。 中心機(jī)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(dāng)?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(jī)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(jī)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(dāng)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(jī)構(gòu)，原則上應(yīng)該能實現(xiàn)各輪的同步傳動。但在實際運(yùn)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(jìn)一步去完善改進(jìn)。 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(dú)立的電動輪單元及一個中心機(jī)艙通過一定的傳動機(jī)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(dú)立懸掛，每個輪均配有兩個電力驅(qū)動體——直流電機(jī)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(dú)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(qiáng)度校核 鍵連接傳遞的扭矩為：T=3501Nm 為了增強(qiáng)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(qiáng)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(jìn)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(jī)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(yán)重另外牽引車在牽引作業(yè)制動時，牽引車尾部的牽引負(fù)荷也對其產(chǎn)生慣性推力F．大大增加了制動器的工作負(fù)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(jī)械－氣動或機(jī)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(jī)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(dāng)制動器制動扭矩遠(yuǎn)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(dāng)牽引車制動時，輪胎還沒有達(dá)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(yuǎn)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(jī)重量可達(dá)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(qiáng)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(jī)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(jī)的要求。但本文只對車體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，并不包括對控制系統(tǒng)及電池組和柴油機(jī)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(jī)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(jìn)一步改進(jìn)。希望能在今后，有機(jī)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(xiàn) [1]　王意.飛機(jī)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(jī)牽引車.國際航空,1995(4):9～11 [3]　王意.行走機(jī)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(jī)械液壓傳動與控制[M].北京:人民交通出版社,2001. 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