【文章內(nèi)容簡介】 根據(jù)需求設(shè)計的螺桿需要具備既能實現(xiàn)自鎖，又要求傳動效率高且制造難度低的特點，為此我們初步選定能夠雙向傳力的梯形螺紋。螺旋副采用轉(zhuǎn)動的螺桿， 河北工業(yè)大學 2021 屆本科畢業(yè)論文 螺母在螺桿上轉(zhuǎn)動的結(jié)構(gòu)，下圖是結(jié)構(gòu)的受力簡圖 圖 螺旋副受力圖 螺桿驅(qū)動力計算中用到的計算或推導公式： ? ? 2tan2 22 dρψFdFF dt ??? （ 21） 2arctanπdLψ ? （ 22） 將 21 帶入 22 得 ? ?πηFLψ ρψπFLM dt 2tantan2 ???? （ 23） LπηMF t2? （ 24） nLν ?? （ 25） 其中 F 是螺母受到的軸向力， tM 是螺桿上的驅(qū)動力矩， 2d 是絲杠中徑， tF 是中徑處的圓周力，螺紋升角用 ? 表示， d? 是當量摩擦角， L 表示螺紋導程， ? 表示絲杠傳動效率， ? 是螺母的移動速度， n 表示螺桿轉(zhuǎn)速。 設(shè) 計 時選 取 1:2 作 為分 離 杠桿 的比 值， 2 為 拉桿 一端 ， 計算 出NNFF 離拉 40028002 ??? 作為分離離合器拉桿要求提供的最大拉力。 設(shè)計時要求離合器的分離在 內(nèi)完成，且分離杠桿的比值 2i? ，總行程mmmmSSS 123921 ????? 。 通過 25 式計算得螺母的移動速 度 ? ? m in12120 392 ???? （ 2）絲桿中徑 2d 軸向載荷 N400F? ，采用梯形螺紋取 ?? ，因為是整體式螺母取 ?? ， 河北工業(yè)大學 2021 屆本科畢業(yè)論文 根據(jù)求得的螺母速度查閱資料選用 45 鋼作為螺旋副材料，材料的許用壓強? ? Mpa5p ? ，通過式 ? ? ..pFζd 36531 400802 ????? ? (26)；根據(jù) 25 計算出螺桿導程 mmmmnνL 62021 6020 ????。 根據(jù)以上數(shù)據(jù)初步選取螺紋標準數(shù)值 表 初選部分螺紋標準數(shù)值 螺紋大徑d 螺紋中徑2d 螺紋小徑1d 螺距 p 螺桿頭數(shù) n 螺紋導程L 16mm 3mm 2 6mm 計算螺母高度 ..dH 8518514312 ???? ? 取 mm21H? ；旋合圈數(shù)7321 ??? pHz ；工作高度 5135050 ???? ； 螺 紋 升 角?? 057514143 6a rc t a na rc t a n2...πdL ??????? ???? 。 通過公式2co sarctan αμρd ? (27) 求得當量摩擦角，其中摩擦系數(shù)?? ，梯形螺紋牙型角 ?30?? ，計算得 ? ?? （ 3）驗證螺旋副的自鎖性能 因為 ?? ? ，即 d??? ，滿足自鎖條件，能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖。 （ 4）傳動效率通過公式計算 ? ? ? ? 430410t a n t a n990950 .—.ρψ ψ.—.η d ??? （ 28） （ 5）螺桿最大軸向力公式計算 t 583512 ?? （ 29） （ 6）校核螺旋副的壓強 校核公式 ? ?phzπdFp ?? 2 （ 210） 代入數(shù)據(jù)計算得 ? ，螺桿采用 45 鋼制造，螺 母采用鑄鐵，查閱資 河北工業(yè)大學 2021 屆本科畢業(yè)論文 料知許用壓強 ? ? Mpa74p —? ，因為 ??pp? ，所以符合要求。 （ 7）校核螺桿和螺紋牙的強度 1 ） 第 四 強 度 理 論 對 螺 桿 進 行 強 度 校 核? ?σd. Tπd Fτσσ ca ????????????????????? 23122122 20343 (211) 代入數(shù)據(jù)計算 ?? ，查閱資料知 ? ? Mpa57?? ，因為 ? ??? ?ca ，螺桿強度符合要求。 2）螺紋牙強度校核 螺 桿 螺 紋 牙 強 度 校 核 公 式 ： 抗 剪 強 度 ? ?τbzπdFτ ?? 1 （ 212） 抗彎強度 ??b211 3 σzbπd Fhσ b ?? （ 213） 其 中 梯形 螺紋 牙的 螺紋 牙底 寬 ?? ， 代 入數(shù) 據(jù)計 算 ?? ， ?? ， 查閱資料知 ? ? ? ? M 23460 ?? ， ? ? Mpaσ b 57? ，因為 ? ? ? ?b1b1 ???? ?? ， ，所以螺桿的螺紋牙符合要求。 同理計算螺母螺紋牙的強度 M p p a ， b 181510 22 ?? ，查資料知鑄鐵的? ? ? ? M p aσM p a，τ b 4040 ?? ，因為 ? ? ? ?b???? ?? 2b2 ， ，螺母螺紋牙的強度符合要求。 （ 8）校核螺桿的穩(wěn)定性 螺旋副采用一端固定一端滑動的支撐方式，當細長桿受到很大的軸向力時，會發(fā)生比較大的變形，產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，破壞桿件的平衡，因此要 對桿件的穩(wěn)定性進行校核。下圖為螺桿螺母的受力簡圖 河北工業(yè)大學 2021 屆本科畢業(yè)論文 圖 螺桿的受力形式 螺桿的最大工作長度為 L，設(shè)計時初選 mm85L? ，長度系數(shù) ? 。 螺桿危險截面慣性半徑AIi?， 6441πdI? ，截面面積 421πdA? ，能夠推導出41di? 。 則 mmmm..duliul 48512 80875144 1 ?????， 因 為 90?iul ，所以N....πdi c 232091451214348000130134040001301340 22212 ??????????????? 4289258351 232091 ??? .. .FF c ，則螺桿具有較好的穩(wěn)定性。 螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)以上計算結(jié)果和電機輸出軸尺寸設(shè)計出符合實際的螺桿結(jié)構(gòu)，如下圖所示 圖 傳力螺桿的結(jié)構(gòu)示意圖 選擇計算螺桿軸承 因為作用在螺桿上的軸向力是雙向的，應(yīng)該選用雙向推力球軸承，根據(jù)裝載軸承處螺桿直徑 25mm，應(yīng)該選擇 52206 型號的軸承。 河北工業(yè)大學 2021 屆本科畢業(yè)論文 （ 1）計算軸承載荷：軸向力 58351m a x ?? ； 計 算 軸 承 當 量 動 載 荷 ， 取 載 荷 系 數(shù) ? ，當量動載荷N...Ffp aa 743 8 6583 5 111 ???? ； 設(shè)計時軸承的預(yù)期壽命 hLh 30000? ； 計算軸承基本額定動載荷 c：61060 hε nLpc ? （ 214） 指數(shù) 3?? ，代入數(shù)值計算 ? 綜上所述軸承的基本額定動載荷 N28000ca ? ，額定靜載荷 N54200c0 ? ，acc? ，軸承符合要求。 （ 2）對軸承壽命進行驗算： εh 31 62 53 67438628 00 020 0060 106010 366 ???????????????????? 所以，軸承壽命符合要求。 螺母的結(jié)構(gòu)設(shè)計 操縱機構(gòu)在工作中，拉桿的運動軌跡近似于平動，為了使拉桿的運動空間盡量小，螺母的結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計如下 圖 螺母外形結(jié)構(gòu)示意圖 對螺母進行簡單的受力分析，如下圖 河北工業(yè)大學 2021 屆本科畢業(yè)論文 圖 螺母受力示意圖 我們可以看到，螺母在拉桿拉力 F ，螺桿的力螺桿F和助力彈簧的力彈簧F下保持平衡，其中拉桿最大拉力 NF 400? ， A， B 都是危險截面。 對 A,B 面進行校核，校核公式是 ? ?σAFσ N ??，其中 NF 為桿受到的最大拉力，A 表示截面面積， ? ? Mpaσσ B 570?? ； A 截面： ? ? 2212221 2719144 —d—dπAA ?????????? ? ?σMpa..σ A ???? ? 0921027191 400 6，所以 A 面符合條件。 B 截面： ? ? 211 562 mmaabA B ??? ? ? B ???? ? 1471056 400 6 ,B 面也符合條件。 助力彈簧的設(shè)計 螺旋機構(gòu)有減速作用，電機通過后產(chǎn)生推力 NNF 4 0 5 1 ?? ，因此需要加裝助理彈簧使其能順利推動離合器。操縱機構(gòu)控制離合器結(jié)合時，彈簧被壓縮儲能，隨著離合器分離，彈簧釋放能量，對機構(gòu)產(chǎn)生助力作用，推動分離軸承推開離 合器。下表是對彈簧的性能要求： 表 對彈簧的性能要求 中徑 D 形變量 10mm 時產(chǎn)生的推力 形變量 34mm 時產(chǎn)生的推力 30mm 50N 150N 選取直徑 mmd 3? ，旋繞比 6?C 的碳素彈簧鋼絲 B 級。 (1)曲度系數(shù) 25166150464 164615044 14 .. ???? ??????? 通 過 查 閱 機 械 設(shè) 計 手 冊 知 抗 拉 強 度 MpaB 1370?? ， 許 用 切 應(yīng) 力? ? M B 6 8 550 ?? ； 根據(jù)公式計算 ? ? ..τ 052685 62511506161 m a x ?????? 河北工業(yè)大學 2021 屆本科畢業(yè)論文 取 mmd 3? ， 10330 ??? dDC，計算得 ?K ； 11212174103450150????????Nmm.λλFFKF 查得切變模量 81000?G 。 (2)彈簧圈數(shù) n 的計算：4661743083810083434..KDGdnF?????? 選取 7?n ，此時 18537174466 ???? Nm m...KF。 （ 3）驗算彈簧的靜力強度： 安全系數(shù)強度條件：sssca SττS ?? max 其中 sS 是彈簧的疲勞強度的設(shè)計用安全系數(shù)，取 ～?sS ； 彈簧的剪切屈服極限 ? ?ns .?? ? ； ? ? M p aM p B 68513705050 ???? ，取 ?n ，則 Mpas ?? ； MpaMpaFdKD 3088323m a x?????? ?? ax ?? ?? sscaS 因為 ?? scaS ，所以靜應(yīng)力強度符合。 （ 4）設(shè)計計算彈簧尺寸 通過計算得到彈簧外形尺寸如下表所示： 表 彈簧的外形尺寸 河北工業(yè)大學 2021 屆本科畢業(yè)論文 中徑 ? ?mmD 30 內(nèi)徑 ? ?mmD1 27 外徑 ? ?mmD2 33 旋繞比 C 10 有效工作圈數(shù) n 7 總?cè)?shù) 1n 9 節(jié)距 ? ?mmp 9 軸向間距 ? ?mm? 6 螺旋角 ???? 自由高度 ? ?mmH0 展開長度 ? ?mmL 拉桿結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)臂結(jié)構(gòu)的設(shè)計 （ 1）下圖為拉桿的示意圖： 圖 拉桿結(jié)構(gòu)示意圖 作用在拉桿上的最大拉力 NF 400? ，其抗拉強度極限 ? ? MpaB 570?? ?? ； ? ?M pa.AFσ N11111091844006??????? 河北工業(yè)大學 2021 屆本科畢業(yè)論文 因為 ? ???? ，拉桿符合強度要求。 （ 2）根據(jù)離合器分離軸承的花鍵尺寸設(shè)計出轉(zhuǎn)臂外形尺寸如下圖 圖 轉(zhuǎn)臂的結(jié)構(gòu)示意圖 計算分離時間 螺母在螺桿上的移動時間和離合器分離時間相差不大，螺母速度smmnLν 202102021660 ????? ，螺母行程 mms 24212 ??? ； 12020214 ??? 河北工業(yè)大學 2021 屆本科畢業(yè)論文 3 設(shè)計選換擋的執(zhí)行機構(gòu) 確定選換擋機構(gòu)的方案 選換擋執(zhí)行機構(gòu)均采用電機驅(qū)動。由于齒輪齒條具有傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，裝配方便，傳動精確的優(yōu)點，因此傳動機構(gòu)采用齒輪齒條傳動。電控單元（ ECU）根據(jù)車速，節(jié)氣門開度等信號發(fā)出命令，選檔電機工作，通過齒輪齒條機構(gòu)將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為軸向運動，進行選檔，然后換擋電機直接驅(qū)動花鍵軸轉(zhuǎn)動，使裝配在換擋軸上的換擋塊旋轉(zhuǎn)一個角度進行掛檔和摘擋，實現(xiàn)選換擋。 1 換擋電機 2 聯(lián)軸器 3 軸承 4 換擋塊 5 換擋軸