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半自動輪胎拆裝機設計
DESIGN OF SEMI-AUTOMATIC TIRE-INSTALLED MACHINE
摘 要：隨著汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，車輪拆裝機的需求量也在增加。但我國的拆裝機和發(fā)達國家相比還存在著巨大的差距，主要表現(xiàn)為產(chǎn)品可靠性差，壽命短，性能不夠穩(wěn)定，故障多及自動化水平低等。本課題設計的半自動車輪拆裝機兼拆胎，裝胎一體，拆裝機轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動采用電機驅(qū)動，輪胎的松開和抓緊采用氣動。該機具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，經(jīng)濟適用等優(yōu)點，可廣泛用于中小型汽車維修行業(yè)。
關(guān)鍵詞：輪胎拆裝機；自動化；氣動
Design of Semi-Autmatic Tire-Installed Machine
Abstract: With the rapid development of the automobile industry, the demand of wheel-installed machine quantity is increasing. But the machine in China still exists great gap compared with the developed countries ,it mainly shows on several aspects, for example , the poor reliability of product , short life, not quite stable performance, many faults and low automation level. This topic designs a dismantled and installed machine which owns the semi-automatic wheel, this machine can fulfill dismantling and installing tires all alone, and the machine’s turntable is driven by electric motor, tire loosing and grasping are driven by pneumatic. This machine has many merits, such as simple structure, convenient operation, economic, applicable etc, and can be widely used in small and medium vehicle repairing industry.
Key words: tire-entry； automation； pneumatic
目 錄
摘要 1
關(guān)鍵字 1
1前言 2
1.1選擇本課題的目的和意義 2
1.2車輪拆裝機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2
1.2.1現(xiàn)狀 2
1.2.2趨勢 2
2設計方案的擬定 2
3主要參數(shù)的確定 4
3.1主要技術(shù)參數(shù)的內(nèi)容 4
3.2主要技術(shù)參數(shù)的確定 5
4 電機的選擇 5
4.1電機的類型及結(jié)構(gòu)形式的選擇 5
4.2電機容量的選擇 6
4.3選擇電機轉(zhuǎn)速 6
4.4確定電機型號 6
5傳動機構(gòu)的設計 6
5.1計算傳動裝置總傳動比和分配各級傳動比 7
5.2 V帶傳動的設計計算 8
5.3蝸輪蝸桿的設計計算 11
5.4主軸的設計計算及強度校核 15
5.4.1主軸的尺寸設計計算 15
5.4.2主軸的剛度校核 16
6氣動控制系統(tǒng)設計 18
7夾緊機構(gòu)的設計 21
8六方桿的鎖緊設計 22
9機身設計 22
10機器的安裝順序 23
結(jié)論 23
參考文獻 24
致謝 25
1 前言
1.1 選擇本課題的目的和意義
隨著我國經(jīng)濟實力和人民生活水平的提高，汽車不再成為極少數(shù)達官貴人的專利，而是離我們的生活越來越近。汽車行業(yè)的發(fā)展給汽車維修保養(yǎng)行業(yè)帶來了新的發(fā)展機會，也對其提出了更高的要求。據(jù)有關(guān)資料顯示，高速路事故90％是由輪胎引起的，作為最為重要的汽車易損件之一的輪胎的保養(yǎng)維修顯得猶為重要。在維修輪胎的時候，一般都要把其拆解。傳統(tǒng)的做法是用撬杠直接把外胎撬開，這種方法既費時費力又會對輪胎造成損傷。因此，研究一種自動化程度高且安全可靠的輪胎拆裝機，對于改善汽車維修行業(yè)工作條件具有現(xiàn)實意義。
本課題設計生產(chǎn)的機器—快速車輪拆裝機兼拆胎，裝胎一體，其主要工作為卡爪和拆裝頭，卡盤的轉(zhuǎn)動由電機直接提供動力，卡爪的夾緊、松開等動作均由氣壓系統(tǒng)提供動力支持。這是又于氣壓系統(tǒng)相對于其他機械系統(tǒng)來說具有結(jié)構(gòu)簡單，易制造以及容易實現(xiàn)自鎖等優(yōu)點，并且，可以簡單地把充氣功能附加上去。拆裝機主要由機械動力系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)組成。如何使機械的結(jié)構(gòu)合理分配是影響到拆裝機的性能的主要原因。
車輪拆裝機高效率和不傷胎的特點使其在汽車維修行業(yè)中占有越來越重要的地位，并且逐漸成為每個維修廠不可或缺的工具。
帶動設計相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，如氣缸，電機，蝸輪蝸桿，換向閥，主令控制器等。使機械傳動技術(shù)和電氣控制系統(tǒng)技術(shù)往快速、自動化、人性化的方面發(fā)展。
1.2 車輪拆裝機的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
1.2.1 現(xiàn)狀
隨著汽車維修行業(yè)的發(fā)展，車輪拆裝機的需求量也在增加。但我國的拆裝機和發(fā)達國家相比還存在著巨大的差距，主要表現(xiàn)為產(chǎn)品可靠性差，壽命短，性能不夠穩(wěn)定，故障多；自動化水平低，有些設備至今還采用手工操作，操作費力；品種不全，更新慢，技術(shù)含量低，附加價值率低。
1.2.2 趨勢
隨著電子技術(shù)和液壓技術(shù)的發(fā)展與推廣，拆裝機的技術(shù)水平也正在迅速地提高。當前拆裝機的發(fā)展水平和趨勢具體表現(xiàn)在一下幾個方面：系列化；模塊化；自動化。
2 設計方案的擬定
車輪拆裝機是汽車維修行業(yè)的主要設備之一，七八十年代在發(fā)達國家就已經(jīng)有產(chǎn)品出現(xiàn)。我過八是年代中期開始這方面的研制。至今我國已有五六家汽修工具廠專門生產(chǎn)，品種繁多，結(jié)構(gòu)和復雜程度差別很大。但不論設計哪一種車輪拆裝機，設計方法和程序都有共性的一面，即第一，對需拆裝的車輪進行詳細的分析，了解車輪的形狀、尺寸、材料、重量和拆裝過程對機器的要求，包括壓力、速度、位移、工作空間、工作效率、自動化程度以及國內(nèi)汽修廠普遍使用的空壓機功率等等?？傊?，通過工藝分析達到明確本機拆裝過程，即一個工作循環(huán)中每一個動作的詳細要求和必要的調(diào)整范圍。第二，調(diào)查研究。任何設計都應該盡力達到滿足用戶單位使用要求；制造工藝性好和具有先進的技術(shù)經(jīng)濟指標。因此認真調(diào)查研究用戶單位、制造單位的要求和意見。并盡可能搜集和研究國內(nèi)外同類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、性能的有關(guān)資料，在此基礎上初步設計出一個設計方案。經(jīng)過會審，廣泛征求改進意見以后，確定一個最佳方案，作為施工設計的基礎。第三，最后完成全部施工設計和編制制造驗收等全部技術(shù)文件。第四，通過樣機試制，性能實驗和工藝實驗，驗證設計是否符合預期的要求，并對設計做必要的修改。
對本課題設計的拆裝機進行功能分析：該課題設計的拆裝機是集輪胎拆裝、充氣于一身，拆裝輪胎需要的力并不太大，而它對工作的平穩(wěn)性和抗震性要求相對比較大。拆裝機主要由主機和控制系統(tǒng)組成，管路及電氣裝置聯(lián)系起來組成的一個整體。主機部分由機身、氣壓裝置、電機等組成。控制部分由動力機構(gòu)、限程裝置、管路及電氣操作部分組成。能實現(xiàn)輪胎拆裝功能的技術(shù)有很多，具體分析如下：
1）拆裝機轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動驅(qū)動有兩種方案，第一種，采用電機驅(qū)動；第二種，采用機械驅(qū)動，如凸輪機構(gòu)，連桿機構(gòu)，齒輪機構(gòu)等。松胎、卡爪的松緊兩部分的動力設備可以采用氣動和液壓2 [3]。從經(jīng)濟性，適用性綜合考慮，這里拆裝機轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動驅(qū)動采用方案一，松胎、卡爪的松緊兩部分的動力設備可以采用氣動。
2）拆裝機工作要求，拆裝機最后一級的轉(zhuǎn)速為6r/min~8r/min。要在保證扭矩要求的情況下達到轉(zhuǎn)速，方案有三種：第一種，采用氣動馬達或者液壓馬達的一級傳動，根據(jù)調(diào)節(jié)氣流或液流來實現(xiàn)大扭矩低轉(zhuǎn)速。第二種，采用普通電機。第三種，采用特殊電機4 5。據(jù)比較，第二種方案更加簡單，所以采用方案二。
3）目前一般電機額定轉(zhuǎn)速為1400r/min，從電機到工作臺的總轉(zhuǎn)速比i高達200，而要達到如此高的轉(zhuǎn)速比，常見的形式有二：一為行星輪減速器，二為蝸輪蝸桿減速器4 [6]。行星輪減速器制造和裝配都比較困難，成本極高。綜合各種考慮，最終確定采用形式二。
4）輪輞定位鎖緊機構(gòu)的設計，需要同時滿足定位，夾緊功能，常見的方案有兩種，（1）工作臺輪輞鎖緊機構(gòu)采用常見的四爪卡盤，（2）采用三爪卡盤定位鎖緊，其結(jié)構(gòu)為：轉(zhuǎn)盤汽缸體的一端和轉(zhuǎn)盤連接另一端通過活塞軸與掛架、主連桿的一端連接，主連桿的另一端與三角轉(zhuǎn)盤連接，三角轉(zhuǎn)盤另兩個角設有兩個連桿主連桿與兩個連桿的另一端與卡爪相連，卡爪設在滑道內(nèi)限位7 8。根據(jù)[5]四卡爪機構(gòu)存在容易松動的缺陷，三卡爪比四卡爪的穩(wěn)定性要高，結(jié)構(gòu)更為簡單，因此采用三卡爪作為輪輞定位鎖緊機構(gòu)。
5）傳動機構(gòu)的選擇確定，能完成該設計一系列動作的傳動方案有：第一，采用電機—鏈輪—兩級減速器—輪盤—氣缸，傳動路線如圖1。第二，采用電機—皮帶輪—蝸輪蝸桿減速器—輪盤—氣缸，傳動路線圖如圖2[6]，蝸輪蝸桿機構(gòu)比兩級減速器簡單，經(jīng)濟實用，從而傳動機構(gòu)選擇方案二。
圖1 方案一傳動路線圖 圖2 方案二傳動路線
Fig1 Plan a transmission map Fig2 Scheme ii transmission map
1電機 2 皮帶輪 3 兩級減速器 1 電機 2 皮帶輪 3 蝸輪蝸桿
3 主要技術(shù)參數(shù)的確定
快速輪胎拆裝機設計過程的主要內(nèi)容是：確定主要技術(shù)規(guī)格，動作線圖，氣壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)，主機設計，各零部件設計和總體布局。全部零件圖，使用說明書和制造驗收技術(shù)文件。這些過程是整個設計有機的組成部分，在進行每一個步驟時，都不能孤立的考慮，而應綜合比較，互相協(xié)調(diào)。
確定液壓機主要技術(shù)規(guī)格是設計工作中最重要的步驟之一。因為它直接關(guān)系到所設計的機器是否滿足輪胎拆裝的質(zhì)量和拆裝效率要求。同時它也是設計各零部件的依據(jù)，它對零部件的尺寸、要求加工設備的能力和整機成本有極大的影響。因此，必須仔細分析機器所拆裝輪胎的工藝動作程序；所使用拆裝頭和分離鏟尺寸和安裝要求；各動作要求的壓力、速度、相對位置關(guān)系，工作行程和行程停止點的位置精度要求。在確定主要技術(shù)規(guī)格時，我們還應深入調(diào)查研究同類型設備的結(jié)構(gòu)，主要技術(shù)規(guī)格、操作性能等相關(guān)資料。
3.1主要技術(shù)參數(shù)的內(nèi)容
主要技術(shù)規(guī)格是表示機器工作性能的指標。通常包括以下部分：第一，主要規(guī)格又稱主要參數(shù)，它是表示輪胎拆裝機主要特性的參數(shù)第二，各執(zhí)行機構(gòu)個動作的力。第三，工作空間，包括各執(zhí)行機構(gòu)運動的最大距離和最小距離，工作臺尺寸等。第四，各拆裝動作的速度。第五，機器外形尺寸，總功率和總重量。
3.2 主要技術(shù)參數(shù)的確定
確定主要技術(shù)規(guī)格時,基本的方法是工藝分析和統(tǒng)計分析相結(jié)合的方法.
通過對輪胎拆裝過程的分析和必要的工藝試驗,可以確定整個拆裝過程動作和關(guān)系和各動作要求的壓力,速度和工作空間等。同時，可以依據(jù)經(jīng)驗和有關(guān)計算公式?jīng)Q定有關(guān)參數(shù).
在設計專用產(chǎn)品時,往往對拆裝輪胎只有工藝設想,缺乏實際試驗或者因試驗條件限制而不能較為準確地提供參數(shù)要求;就是在設計標準系列時,也常常遇到很多困難,例如機器不能設計的過于龐大、復雜致使機器成本增加等。因此，我們必須較為準確地確定所設計產(chǎn)品拆裝輪胎的尺寸范圍，典型輪胎的直徑和寬度以確定有關(guān)參數(shù)。在確定參數(shù)時，應盡可能的收集國內(nèi)外同類型產(chǎn)品的有關(guān)資料，應用統(tǒng)計分析的方法，得出各參數(shù)的范圍和它們之間的關(guān)系，以幫助正確制定所設計產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格。
根據(jù)輪胎尺寸、形狀、材料所需拆裝力等，初步選定本次設計的拆裝機工作臺為700mm,夾緊汽缸夾緊力3000N, 分離鏟拉力為14000N。初步確定其主要技術(shù)規(guī)格如下：
壓縮空氣在1MPa時，輪緣移動的旋轉(zhuǎn)力：2500kg
工作壓力： 0.8~1.2MP
工作臺轉(zhuǎn)速： 6r/min~8rmin
卡爪活動范圍： 330mm——1000mm
電機總功率： 1.1 Kw
機器總質(zhì)量： 220kg
4.電機的選擇
4.1 電機的類型及結(jié)構(gòu)型式選擇
由于本拆裝機需要經(jīng)常起動、制動和反轉(zhuǎn)，并要求有較小的轉(zhuǎn)動慣量和較強的過載能力。選擇Y系列異步電機。參照[5]第12章確定電機結(jié)構(gòu)型式為臥式，安裝型式為B３型。
4.2 電機容量的選擇
工作所需功率Pw
據(jù)P187工作主軸所需功率：
主機所需功率Pd：
式中η為電機至工作主軸的總效率
η= ……
本拆裝機有兩級減速機構(gòu)，根據(jù)[4]表2-4取值如下
皮帶輪=0.95
蝸輪蝸桿=0.75
滾動軸承=0.99
查[4]代入數(shù)據(jù)T=2000Nm ， nw＝８r/min，得Pd＝0.98KW
確定電機功率為１.１kw
4.3 選擇電機轉(zhuǎn)速
據(jù)經(jīng)驗公式
式中： ——電機轉(zhuǎn)速可選范圍
——各級傳動的傳動范圍
取=2.5 ；=70； 又主軸轉(zhuǎn)速=7r\min得=1225r\min
4.4 確定電機型號
由[5]（P167-181）確定電機型號為Y90s-4安裝形式為B3型。
5 傳動機構(gòu)的設計
傳動機構(gòu)主要由電機、皮帶輪、蝸輪蝸桿減速器、輪盤、氣缸組成。輪盤的旋轉(zhuǎn)由電機控制，采用兩級減速，氣缸驅(qū)動卡爪實現(xiàn)抓緊和松開動作。傳動路線如圖：
圖3 總傳動路線圖
Fig 3 total transmission map
5.1計算傳動裝置總傳動比和分配各級傳動比
（1）傳動裝置總傳動比
（2）分配各級傳動比
取v帶傳動的傳動比=2.5，則單級蝸輪蝸桿減速器的傳動比為
所得值符合一般蝸輪蝸桿傳動比的允許范圍。
（3）計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)
各軸轉(zhuǎn)速
電機軸為o軸，減速器高速軸為I軸，低速軸為II軸，各軸轉(zhuǎn)速為
==1400r\min
560r\min
560/708min
各軸輸入功率
按電機額定功率計算各軸輸入功率，即
各軸轉(zhuǎn)矩
5.2 V帶傳動的設計計算
（1）確定計算功率Pca
由[4]表8-6查得工作情況系數(shù)KA=1.1，故
（2）選取V帶帶型
根據(jù)Pca、n1確定選用A型。
（3）確定帶輪基準直徑
由[4]表8-3和表8-7取主動輪基準直徑
根據(jù)[4]式（8-15），從動輪基準直徑。
根據(jù)[4]表8-7取=180mm
按式[4]（8-13）驗算帶的速度
帶的速度合適。
（4）確定v帶的基準長度和傳動中心距
根據(jù)，初步確定中心距=250mm
計算帶所需的基準長度
=990mm
由[4]表8-2選帶的基準長度=1068mm
計算實際中心距a
（5）驗算主動輪上的包角
得
主動輪上的包角合適。
（6）計算V帶的根數(shù)
由==1440r\min，，
=2.5，查[4]表8-5c和表8-5d得
=250kW
ΔP0=990kW
查[4]表8-8得=0.89，查表8-2得=0.96，則
取z=2根。
（7）計算預緊力，
查[4]表8-4得q=0.07kg/m，故
=64N
（8）計算作用在軸上的壓軸力
105N
（9）帶輪機構(gòu)設計
V帶輪的結(jié)構(gòu)形式的選定：根據(jù)[4]P156，因為=75mm<2.5d（d為電機軸的直徑），所以小V帶輪選用實心形式；
=180mm，D-100mm，所以大帶輪選用孔板式。
V帶輪的輪槽尺寸的設計
根據(jù)所選V帶帶型，由[4]表8-10選取如下表所示尺寸：
表1 V帶帶輪的尺寸
Tab. 1 V belt pulleys size
項目 節(jié)款bp 基準線上槽深hamin 基準線下槽深hfmin 槽間距e 最小輪緣厚 帶輪寬B 外徑
大帶輪 11.0 2.75 11.0 15 0.3 6 36 180
小帶輪 11.0 2.75 11.0 15 0.3 6 30 40
具體結(jié)構(gòu)參看零件圖CZ-00-54和CZ-00-57
（10）V帶傳動的張緊裝置設計
在實踐中，拆裝機經(jīng)常發(fā)生工作臺不轉(zhuǎn)動或者拆裝輪胎過程中工作臺轉(zhuǎn)盤突然停轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，究其原因，大部分是由于皮帶太松或者皮帶損壞而導致傳出功率不足，為了解決這個問題，本設計特意參照[5]P159《V帶傳動的張緊裝置》，為V帶傳動設計了張緊裝置。
由于兩皮帶輪處于一上一下的接近垂直位置，所以采用擺架式的定期張緊裝置，定期改變中心距來調(diào)節(jié)帶的預緊力。在拆裝機的箱體底部制造四個軸耳，裝有帶輪的電機安裝在可調(diào)節(jié)的擺架上，擺架一端制造有兩個孔，由一根轉(zhuǎn)軸和箱體的兩個軸耳連接，使其可繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。擺架的另外一端鉆有一個螺紋孔，用一活節(jié)螺栓和穿在軸耳的第二根軸相連接。調(diào)整張緊裝置的時候，只要擰緊和活節(jié)螺栓配合的螺母，將皮帶張緊到合適的位置即可，其具體安裝形式如圖所示：
圖4 皮帶輪的安裝形式
Fig. 4 The pulley installations
5.3 蝸輪蝸桿的設計計算
（1）選擇蝸桿傳動類型
根據(jù)GB/T10085-1988的推薦，采用阿基米德蝸桿(ZA型)。
（2）選擇材料
根據(jù)庫存材料的情況，并考慮到蝸桿傳動傳遞的功率不大，速度底，故蝸桿用45鋼；因希望效率高耐磨性好些，故蝸桿的螺旋齒面要求淬火，硬度為45~55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造。
（3）按齒面接觸疲勞強度進行設計
根據(jù)封閉蝸輪傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，再校核齒跟彎曲疲勞強度。由[4]式（11-12），傳動中心
確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩
按估取效率則
=984.844N.m
確定載荷系數(shù)K
因為工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均勻系數(shù)；由[4]表11-5選取使用系數(shù)；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可去動系數(shù)Kv=1；則
K＝＝１
確定彈性影響系數(shù)
因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和蝸桿相配，故
確定接觸系數(shù)
先假設蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心a的比值d1／a＝０.４１，從圖１１-１８中查得＝２.７
確定許用接觸應力［］
根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度>45HRC，從表 ?。保?７中查得蝸輪的基本許用應力＝２６８MPa。
應力循環(huán)次數(shù)
壽命系數(shù) ?。?.21 則
?。郏荩?＝１.２１２６８MPa＝428.556N/mm^2
計算中心距
100mm
取中心距a=110mm，因為i=70，故從表11-2中取模數(shù)m=2.5mm，蝸桿分度圓直徑d1=45mm。這時，d1/a=0.4。從圖11-18中查得接觸系數(shù)=2.68，因為，因此以上計算結(jié)果可用。
（4）蝸桿與蝸輪主要參數(shù)與幾何尺寸
蝸桿的參數(shù)：
蝸桿頭數(shù)Z1=1，蝸桿分度圓齒厚S2=3.927mm，蝸桿螺紋長b1≥38mm蝸桿分度圓直徑d1=45mm，蝸桿齒頂圓直徑da1=50mm，蝸桿齒根圓直徑df1=39mm，蝸輪分度圓直徑d2=175mm，蝸桿導程角γ=3.18°。蝸桿軸向齒厚sx1：3.927mm，蝸桿法向齒厚sn1：3.921mm。
蝸輪的參數(shù)：
蝸輪齒數(shù)z2=70；蝸輪變位系數(shù)x2=0
驗算傳動比70，這時傳動比誤差為0，允許。
蝸輪分度圓直徑 =2.5 70= 175mm
蝸輪喉圓直徑 da2= =180mm
蝸輪齒跟圓直徑 =169mm
蝸輪齒頂圓弧半徑 Ra2= =20mm
蝸輪頂圓直徑de2=185mm
（5）校核齒跟彎曲疲勞強度
當量齒數(shù) 70.26
根據(jù)x2=0，=70.26，從圖11-19中可查出齒形系數(shù)=2.3
螺旋角系數(shù) 0.974
許用彎曲應力
從表11-8中查得ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應力=56MPa。
壽命系數(shù) =0.67
=560.67=37.52MPa
MPa=138.165Mpa
彎曲強度可以滿足
（6）精度等級公差和表面粗糙度的確定
考慮到所設計的蝸桿傳動是動力傳動，屬于通用機械減速器，從GB/T10089-1988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇8級精度，側(cè)隙種類為f，標注為8f GB/T10089-1988。然后由[11]查得相關(guān)公差。
（7）蝸桿傳動的熱平衡核算
蝸桿傳動由于效率底，所以工作時候發(fā)熱量大。在閉式傳動中，如果產(chǎn)生的熱量不能及時散逸，將因為油溫不斷升高而使?jié)櫥拖♂?，從而增大摩擦損失，甚至發(fā)生膠合。所以，必須根據(jù)單位時間內(nèi)的發(fā)熱量等于同時間內(nèi)的散熱量的條件進行熱平衡計算，以保證油溫穩(wěn)定地處于規(guī)定的范圍內(nèi)。
由于摩擦損耗的功率,則產(chǎn)生的熱流量（單位為1W=1J/s）為
式中P為蝸桿傳遞功率，這里P=1.1KW
按蝸桿頭數(shù)為1，由[4]P260取=0.7，則
=10001.1（1-0.7）=3.3J/s
由于轉(zhuǎn)速底，溫度不高，本設計采用自然冷卻方式，從箱體外壁將熱量散發(fā)到周圍空氣中。其熱量
式中：——箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，取=12
S——內(nèi)表面能被潤滑油所飛濺到，而外表面又可為周圍空氣所冷卻的箱體表面面積。由箱體結(jié)構(gòu)，S０.２
——油的工作溫度，一般限制在６０～７０
——周圍空氣的溫度，由于機器在常下工作，?。?；
按熱平衡條件＝，可以求得在既定工作條件下的油溫為
?。剑剑玻?１５
保證正常工作溫度所需要的散熱面積S為
?。剑?１５
顯然，箱體表面散熱面積可以達到散熱要求。
（８）軸承的選擇
蝸桿軸承的選擇
初始條件：軸承所承受載荷為=1500N，=1000N，d=30mm，轉(zhuǎn)速n=560r/min要求工作8000小時，工作情況平穩(wěn)。
軸承類型的選擇
按照裝置的結(jié)構(gòu)，本設計蝸桿采用一對角接觸球軸承，正裝。代號7006 AC（GB/T292-1994，）
由滾動軸承樣本可查得7006AC型軸承面對面安裝，當量載荷的計算：
因為/=1.5>0.68 ，且工作平穩(wěn)，取=1，按公式（13-8a）
=2415N
求該對軸承應具有的基本額定動載荷
按照式子（13-6）
=2415=15585.7N
按照滾動軸承樣本，一下個型號軸承面對面成對安裝在一個指點時候的基本額定動載荷C為：
軸承代號 7006AC 7006AC
基本額定動載荷/N 24600 25000
故選擇一對7006AC的軸承安裝在蝸桿兩側(cè)上合適。
5.4 主軸的設計計算及強度校核
5.4.1 主軸的尺寸設計計算
按電機的額定功率計算軸的輸入功率
轉(zhuǎn)矩
初步確定軸的最小直徑。
先初步估計軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)[4]表15-3，取A0=112，于是得
軸的機構(gòu)圖如圖
圖5 軸的結(jié)構(gòu)圖
Fig5 Shaft structure
5.4.2 主軸的剛度校核
軸所受到的荷載是從軸上零件傳來的，計算時將軸上的分布載荷簡化為集中力，其作用點去為載荷分布段得中點。通常把軸當作置于鉸鏈支座的梁，支反力的作用點與軸承的類型布置有關(guān)，軸承的支反力的作用點就在軸承的中心線上與軸垂直[4]。力學簡圖如圖
圖6 軸的力學模型
Fig6 Axial mechanical model
作出彎矩圖
如上述簡圖，分別按水平和垂直面計算個力產(chǎn)生的彎矩，并按計算結(jié)果作出水平面上的彎矩圖MH圖和垂直面上的彎矩圖Mv，然后按下面公式作出彎矩圖18 [4]如圖
圖7 彎矩圖
Fig7 Moment Diagrams
作出扭矩圖
圖8 扭矩圖
Fig8 twisting moment diagram
初始條件，由蝸輪的計算可知道，工作臺輸出的扭矩為984844N.mm。軸的彎距由工作臺和拆裝的輪胎的重量造成，由于工作臺和輪胎的重量大約50Kg，彎距較小，可以忽略。此處按照軸的扭轉(zhuǎn)剛度進行校核。本主軸為階梯軸.由[4P368公式15-16
式中：T ——軸所受的扭矩，單位N.mm
G ——周到材料的剪切彈性模量，單位MPa，對于鋼材，G＝Mpa
——軸截面的極慣性矩，單位，對于圓軸，
L ——階梯軸受扭矩的作用的長度，單位為mm
、、——分別代表階梯軸第i段上所受的扭矩、長度和極慣性矩；
Z ——階梯軸受扭矩作用的軸段數(shù)。
其中 ?。剑玻埃?６３
階梯軸受扭矩作用的長度即為蝸輪在主軸上的作用中點到工作臺在主軸上的作用中點的距離，按照主軸結(jié)構(gòu)尺寸L＝２６０mm。
代入數(shù)據(jù)，算得＝０.３３
軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件為
由于軸傳動精度要求不高，?。剑?
顯然，軸的扭轉(zhuǎn)剛度符合要求，主軸的結(jié)構(gòu)合理。
主軸零件見CZ-０５-０１。
5.5 氣動控制系統(tǒng)設計
氣路原理圖如下：
圖9 氣動原理圖
Fig9 Pneumatic principle diagram
模塊化的要求對于氣動控制元件選用國家標準方向控制閥。
（1）工作臺夾緊氣缸控制閥的說明
為了操作工能準確地使工作臺氣缸夾緊輪胎，和操作方便。采用QSR5系列手柄推拉式三位五通閥，由于要使氣缸在控制閥不發(fā)出指令的時候能處于停止狀態(tài)并夾緊輪胎，所以采用的是中位常閉式。圖形符號
圖10 手推式三位五通閥圖形符號
Fig10 Hands push type three five valve graphic symbol
可以看出，手柄有三個工作位置，其動作說明如下：
氣缸的夾緊松開
手柄角度上推 氣流方向1→2，4→5 氣缸收回松開
不施力時手柄 全氣路閉合 氣缸不動
手柄角度下推 氣流方向1→4，2→3 氣缸頂出夾緊
（2）離鏟大氣缸控制閥的說明
由拆裝機的動作要求，大氣缸方向控制閥采用Q23J7A系列二位五通腳踏閥。采用常通式。圖形符號：
圖11 方向控制閥圖形符號
Fig11 Direction control valves graphic symbol
其動作說明如下：
分離鏟的夾緊松開
踏板踩下 氣流方向1→4，2→3 大氣缸夾緊
松開踏板 氣流方向1→2，4→5 大氣缸頂出
氣缸的設計計算：
由于拆裝機松胎過程需要的拉力高達１４０００N，并且行程短（按照輪胎最大寬度４００mm確定分離鏟的最大張開距離４５０mm。為留有一定余量。大氣缸的行程為６００mm）要達到如此大的拉力，并且行程極短，前沒有廠家專門生產(chǎn)。所以所要的氣缸屬于特殊氣缸。
（１） 氣缸活塞桿的確定，按照機器結(jié)構(gòu)，并參照[19]表１３-４《活塞桿直徑系列》
選用氣缸活塞桿直徑２０mm
（２） 氣缸內(nèi)徑的計算
由[3]P３２１公式（１３-４）
式中 F＝１４０００N； 工作壓力P＝１MPa；由表１３-２查得＝０.５；
d＝２０mm。代入上式得D=１８９mm。
按照[3]P３２１表１３-２缸筒內(nèi)徑系列圓整為 D＝１８０mm
（３） 氣缸壁厚的設計
本次設計的大氣缸選用鑄鐵HT１００，根據(jù)表１３-５確定氣缸壁厚為?。保磎m。
（４） 氣缸的結(jié)構(gòu)設計
由于大氣缸行程短，速度慢，所以無須緩沖。前后端蓋只用簡單的端蓋閉合，所有密封圈均采用O型密封圈，標準GB/T３４５.２-１９９８
為了防止安裝在機器箱體上造成應力過大，要將氣缸與分離鏟力臂左側(cè)的加強板連接，并且在大氣缸工作時候會有一定的繞軸擺動，所以大氣缸的安裝形式為前端軸梢式。即在前端蓋設計兩個軸耳通過螺栓組和箱體的加強板連接。
6 夾緊機構(gòu)的設計
車輪在拆裝前應被夾緊在轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤上安裝由夾緊用的卡爪，由于現(xiàn)在普遍采用的四卡爪有易松動的缺點，參照國內(nèi)外的資料，本次設計采用三卡爪，其結(jié)構(gòu)為：轉(zhuǎn)盤汽缸體的一端和轉(zhuǎn)盤連接另一端通過活塞軸與掛架、主連桿的一端連接，主連桿的另一端與三角轉(zhuǎn)盤連接，三角轉(zhuǎn)盤另兩個角設有兩個連桿主連 桿與兩個連桿的另一端與卡爪相連，卡爪設在滑道內(nèi)限位，形式如下：
圖12 夾緊機構(gòu)示意圖
Fig12 Clamping institutions schemes
具體連接方式見圖CZ-02-00
7 六方桿的鎖緊設計
當六方桿鎖緊手柄（如圖13）向下時,六方桿在外力和回位彈簧的作用下可以上下自由滑動；當
六方桿鎖緊手柄逆時針轉(zhuǎn)動約120 度時，連接在手柄上的凸輪將鎖板頂起使六方桿鎖死。如達
不到該種情況，調(diào)節(jié)螺母的上下位置，即可實現(xiàn)鎖緊六方桿的目的。
圖13 六方桿示意圖
Fig13 The six-party stem schemes
8 拆裝頭的設計
拆裝頭是拆裝機實現(xiàn)拆裝輪胎的一個重要部件，拆裝頭設計的合理直接影響到拆裝輪胎的效果和機器的壽命。其形狀是根據(jù)拆裝輪胎外胎和輪轂的力學要求設計的。見圖紙。
9 機身的設計
機身的底座、轉(zhuǎn)盤、分離鏟、立柱、六方桿、踏腳控制器等組成。底座為主架，轉(zhuǎn)盤卡爪裝在底座正上方，分離鏟位于右側(cè)以便松胎，立柱在正后方，橫臂用以聯(lián)接立柱和六方桿，腳踏安裝在底座前方，方便操作。
10 機器的安裝順序
機器安裝在混泥土基礎上，具體見圖紙CZ-００-００。
(1)首先將工作臺、動力機構(gòu)按照裝配圖對于位置安裝，并將工作臺上平面找平，要求臺面與水平的平行度不大于０.０５㎜,然后將地腳的栓緊固.
(2) 如圖將立柱、回位彈簧、六方桿、柱帽等裝在機箱上，并將所有緊固件旋緊。并調(diào)節(jié)六方桿所緊彈簧片，使六方桿在回力彈簧的彈力下能自由地上下活動，而將所緊手柄向下板大約１２０度時，能將六方桿準確地鎖緊在要求位置上。
(3)將拆裝頭安裝在六方桿下部，并按照一般拆裝的輪胎直徑調(diào)整拆裝頭位置，然后將六角螺栓鎖緊。
(4)將松胎鏟組件安裝在對應位置，按照輪胎的寬度調(diào)整活塞末端螺母，使其活動范圍符合要求。
(5)安裝大氣缸。
(６) 安裝二位五通閥、三位五通閥和萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)
(７)按照氣壓原理圖及電氣原理圖和電氣接線圖等,接好管路等，試車。
結(jié)論
為期兩個多月緊張而又充實的畢業(yè)設計即將圓滿結(jié)束.在此其間,通過查找工具書,閱讀相關(guān)資料,獲悉了很多本專業(yè)及非本專業(yè)的知識,可謂受益匪淺.現(xiàn)將心得體會及對本設計的總結(jié)說明如下:
快速輪胎拆裝機是汽車制造廠和汽車維修部等工業(yè)部門不可缺少的維護設備，因此，在汽車制造和維護中占有重要的地位。隨著微電子技術(shù)、氣液壓技術(shù)等的發(fā)展和普及應用，快速輪胎拆裝機有了更進一步的發(fā)展。目前，以發(fā)展成多種類多功能的汽車維修裝備。
在輪胎拆裝機結(jié)構(gòu)設計中,應考慮的主要因素有以下幾點:
(1)滿足各種車輪拆裝工藝要求。
(2)具有良好的剛度、強度和整體工作性能。
(3)結(jié)構(gòu)設計合理，具有良好的制造、安裝工藝性。
(4)使用可靠，便于操作和維修。
本課題中需要設計的內(nèi)容包括:車輪拆裝機零部件, 氣壓系統(tǒng),電氣系統(tǒng),地基,安裝及調(diào)試,以及用UG繪制三維圖和CAD繪制二維圖.
本課題研究設計的快速輪胎，屬輪胎維護類機器，加工過程需要用到較大的總壓力、工作空間，工作相對平穩(wěn)，撞擊和震動都較小，其與機械壓力機相比，本題結(jié)構(gòu)簡單，容易制造.
機器的安裝及調(diào)試很重要,直接影響到機器加工的精度,固要嚴格按照機器的安裝調(diào)整說明進行裝配.。
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致 謝
畢業(yè)設計是對我大學四年所學專業(yè)知識的一次考核。在這半年的設計歷程中，得到本課題指導老師全臘珍教授的悉心指導，同時也得到許多同學的大力支持和幫助，使我的畢業(yè)設計得以順利完成，在此對他們深表感謝。
經(jīng)過半年的設計，我的感悟很深，受益匪淺。這緣于有幸以本課題作為畢業(yè)設計題目。這期間，我了解到理論與實際之間存在區(qū)別和聯(lián)系，學到了解決一些實際問題的本領，對那些從未涉及到的技術(shù)領域，能鎮(zhèn)定自若的去找出解決問題的渠道；同時，我認識到團結(jié)的重要性，在設計過程中，有時和同學討論問題難免會有意見不一致現(xiàn)象，但最終通過查找工具書，翻閱相關(guān)資料，得到正確的判斷和結(jié)論。這是做學術(shù)所需要的一種精神。
在今后的工作中，我將繼續(xù)以我執(zhí)著的求知、求識熱情， 以認真負責的態(tài)度，以團結(jié)的精神，把老師對我的教誨投入自己的事業(yè)中，減少不必要的人生彎路。
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