汽车防滑辅助装置设计【任务书+开题报告+CAD+SolidWorks+说明书+动画】.rar

1 毕业设计(论文)毕业设计(论文)题 目 汽车防滑辅助装置设计 题 目 汽车防滑辅助装置设计 学 院 学 院 机械与车辆工程学院 专 业 专 业 2017 级汽车服务工程 姓 名 姓 名 李岳汶 学 号 学 号 201716100118 指导教师 指导教师 薛凯峰 2 日 期 2021 年 4 月 1 日 日 期 2021 年 4 月 1 日独创性声明独创性声明本毕业设计（论文）是我个人在导师指导下完成的。文中引用他人研究成果的部分已在标注中说明；其他同志对本设计（论文）的启发和贡献均已在谢辞中体现；其它内容及成果为本人独立完成。特此声明。论文作者签名：日期：关于论文使用授权的说明关于论文使用授权的说明3本人完全了解学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学院有权保留送交论文的印刷本、复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅；学院可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后应遵守此规定。论文作者签名：指导教师签名：4汽车防滑辅助装置汽车防滑辅助装置摘要摘要：汽车行驶过程中，冰雪路面会出现轮胎打滑，行驶不平稳的现象，这严重影响了汽车的行驶安全，尤其是在北方，天气比较寒冷的情况下，这种现象带来的危害更为严重。在现有的汽车防滑辅助装置中，只有防滑链能稍微缓解这种恶劣现象，但是防滑链的功用非常有限，并不能彻底根除这种安全隐患，本文设计了一种新型汽车防滑辅助装置，该装置包含 5 个独立的部件，每个部件能够单独撑起汽车一个车轮，用机械爪代替轮胎与这种光滑路面接触。装置通过卡接的方式安装在轮辋的外面，5 个部件之间，通过铁链连接，拆除后，可以折叠，方便携带。设计在 3D 制图软件 CATIA 中展开，设计出装置的 3D 模型，并制作相对应的 2D 图纸，对主要零部件进行设计与校核，并将关键部件，用有限元的方法进行强度分析。最后制作装置工作过程仿真动画，并对装置的加工生产工艺及成本进行分析。关键词关键词：结构设计，汽车防滑，设计校核，仿真，成本5Automobile antiskid auxiliary deviceAbstract：In the process of driving,there will be tire skidding and unstable driving on the ice and snow road,which seriously affects the driving safety of the car,especially in the north,when the weather is relatively cold,the harm brought by this phenomenon is more serious.In the existing automobile anti-skid auxiliary device,only the anti-skid chain can alleviate this kind of bad phenomenon slightly,but the function of the anti-skid chain is very limited,which can not completely eliminate this kind of safety hidden danger.In this paper,a new automobile anti-skid auxiliary device is designed,which consists of five independent parts,each part can support a wheel of the automobile independently,and replace the tire with the mechanical claw Smooth road contact.The device is installed on the outside of the rim by clamping,and five parts are connected by iron chain.After being removed,it can be folded and carried conveniently.The design is developed in the 3D drawing software CATIA,the 3D model of the device is designed,the corresponding 2D drawings are made,the main parts are designed and checked,and the key parts are analyzed by the finite element method.Finally,the simulation animation of the working process of the device is made,and the processing technology and cost of the device are analyzed.Key words:structural design,automobile antiskid,design check,simulation,cost6目目 录录汽车防滑辅助装置.3Automobile antiskid auxiliary device.4目 录.5第一章 绪论.71.1 课题背景.71.2 国内外研究现状与发展趋势.71.3 课题研究的目的与意义.91.4 课题主要内容.9第二章 设计方案.112.1 设计原则.112.2 总体方案设计.112.3 方案的工作原理.132.4 方案的优势.14第三章 主要零部件设计与校核.153.1 液压缸选型.153.1.1 液压缸主要参数.153.1.2 缸筒设计.183.1.3 设定缸筒壁厚.183.1.4 设定液压缸油量.1973.1.5 校核液压缸装置活塞杆部件.203.2 机械爪的设计.223.3 卡接机构的设计.233.4 螺栓选型及强度校核.23第四章 有限元分析.274.1 有限元分析的基本流程.274.1.1 有限元简介.274.1.2 有限元分析的基本流程.274.2 机械爪建模及分析.274.3 有限元分析.284.3.1 前置处理机械爪零件.304.3.2 求解.314.3.3 后处理.314.4 结果分析.32第五章 运动仿真设计.335.1 运动仿真.335.2 运动过程设计.335.2.1 仿真构建的基本流程.335.2.2 作业过程分析.34第六章 加工工艺及成本分析.366.1 装配工艺分析.366.2 加工工艺分析.3686.3 成本分析.38第七章 总结与展望.397.1 总结.397.2 不足与展望.39致 谢.40参考文献.419第一章章 绪论绪论1.1 课题背景1.1 课题背景随着科技的发展，人们的交通工具更加复杂，越来越多的交通工具可供我们选择，而在这所有的交通工具中，汽车又是最为普遍的一种，既可以实现短距离便捷运输，又可以实现长途的跨距流通。汽车安全显得尤为重要，针对汽车安全，现有的市场上，已经有了很多的汽车安全辅助装置。针对雨雪天气以及泥泞路面，也有专门的防滑装置来保障汽车的行驶安全，防滑链便是这众多辅助装置中最为普遍的一种。目前的防滑链均为网状结构，在汽车行驶中，网状结构的防滑链，可以有效增加汽车轮胎表面的粗糙度，因此可以保护轮胎，防止轮胎打滑。然而，这种保护是有限度的，随着防滑链的磨损，即使加了防滑链的汽车行驶在结冰路面上，依旧存在很大的滑移风险，尤其是轿车这种车重不是很大的汽车，即使加了防滑链，摩擦力依旧不是很大，汽车滑移的风险依旧存在。针对越来越广泛的轿车市场，一种可以在冰雪路面根据汽车行驶工况，可以增加汽车的平稳性和防滑的装置成为了亟待开发的产品，本文根据市场需求，结合生活实际，介绍了一种可以在冰雪路面上，根据路面工况，借助液压缸的形式，将车轮顶起，通过机械爪提高汽车行驶平稳性和防滑的装置。1.2 国内外研究现状与发展趋势1.2 国内外研究现状与发展趋势相对比其他的发展中国家，我国目前对于防滑辅助装置的研究相对是比较晚的，大约开式在 1975年。虽然起步相对比较晚但我国对于防滑辅助装置的开发研究上依然是比较重视的，制定了相应的法律策略推动防滑辅助装置的发展。现如今，我国针对汽车的防滑辅助最具有代表性的研究机构有以下几种：北京理工大学汽车动力性与排放测试国家专业实验室、清华大学汽车安全与节、能国家重点实验室等。这些机构在对于汽车防滑辅助装置上有着很大的研究成果，能够合理的控制防滑辅助装置的仿真、对轮速信号进行干扰性的处理。同时在对防抱死情况下的滑移率的计算同时还对整个装置的控制算法有很大的研究。相较于国内，国外的汽车防滑辅助装置的发展就比较可观，从最早期的简单防滑装置，到现在各式各样的汽车防滑链，都在昭示着人们对汽车防滑辅助装置的重视。现在市场上见得最多的防滑链，大概分为以下几种：一、铁链：这是在最经常使用的一种防滑的一种，它的价格方面相对比较便宜，结构简单，耐用。10同时依然存在着不足的地方。在噪音方面比较大，在后期不用的时候拆卸起来比较费劲同时对汽车的轮胎也造成了很大的伤害。铁链在车胎的正反两面都被钢丝进行固定，但是暴露在轮胎表面的那部分铁链是进行前后活动的运动，在进行防滑过程中会对轮胎的表面造成很大的伤害，用作更形象的比喻就是像锉刀一样啃胎。通常这种铁链的形状是梯形或者菱形，梯形一般是货车使用，菱形是小车使用，但是通过整体的比较可以知道菱形的效果要比梯形好。菱形的固定点多，同时对汽车造成的磨损相对比较少。通常小车的菱形的铁链通常是 140-180 元，价格相对低的也是 80 元左右。多用于大货车，铁链比较硬，没有韧性，使用中特别容易伤轮胎，磨损也快，如果途中出现断裂容易缠住轮毂，存在安全隐患，不适合家用轿车使用。二、牛筋链：这是一种使用 PVC、PP、PT 的化学材料制作而成的，是现如今比较流行的一种防滑链，它在打来以后像整体一样，是通过一些菱形的图案组成的，上边有很多的钢钉组成，在安装上相对比较方便，这种防滑链的安装主要是将它平铺在地上，然后将车慢慢开上去，紧接着兜起来固定在驱动轮上，这种牛筋链的价格相对比较昂贵，通常在 260500 元。牛筋防滑链相对于金属防滑链效果更好，优点如下：1、这种塑料防滑链通常是在金属链的基础上进行设计的，通常使用的是高科技的合成材料聚氨酯橡胶(牛筋材料)而制作的，在后期的使用中更加的实用。同时有着耐低温、拉伸力强等特点。这种防滑性的链条最好的结构是网状的结构，通过地面预埋的高硬度的合金钉，能够在很大的程度上防止打滑，在进行刹车情况下不跑偏，在使用的而过程中不会产生噪音，并且不发生振动，在进行防滑的过程中，能够更好的对轮胎进行保护。112、牛筋塑料链在行走过程中不会有很大的噪音，金属链噪音大。3、塑料链容易保存，用完之后，清洗干净，在阴凉处保存就行，有的金属链会出现生锈的现象。4、塑料链重量轻，装卸很方便，即使是女士也可以单独来完成安装。三、橡胶链：橡胶莲的形状同牛筋链基本相似，使用的材料橡胶非常的好，具有很强的压力，在橡胶中加入尼龙丝。使用尼龙丝能够增强他们的强度以及耐拉强度，同时能够起到防滑的效果。橡胶链的整体厚度和网状都要大于牛筋链。橡胶防滑链使用后后可用清水洗净后晾干，可以连续使用多年，汽车橡胶防滑链的使用寿命一般情况下是铁制汽车防滑链的 12 倍，由于它的外观像牛筋链，这种防滑链在冰雪天能够发出很大的效果，通常的价格是在 260450 元之间。1.3 课题研究的目的与意义1.3 课题研究的目的与意义针对越来越广泛的轿车市场，一种可以在冰雪路面根据汽车行驶工况，可以增加汽车的平稳性和防滑的装置成为了亟待开发的产品，本文根据市场需求，结合生活实际，介绍了一种可以在冰雪路面上，根据路面工况，借助液压缸的形式，将车轮顶起，通过机械爪提高汽车行驶平稳性和防滑的装置，以解决现在汽车防滑领域尚存的问题。本课题汽车防滑辅助装置设计旨在将所学的知识实践化，本次的设计不能脱离实际，同时将学到的知识进行进一步的巩固，使得在学校学到的知识由一个系统的巩固。1.4 课题主要内容1.4 课题主要内容12本课题汽车防滑辅助装置设计，主要包含以下设计内容：（1）汽车防滑辅助总体结构设计；（2）汽车防滑辅助装配图、零件图设计；（3）利用有限元软件对整体和关键零部件的强度校核（包括静态和动态）；（4）制作出完成整个工作过程的动画；（5）编写完整的加工制造工艺路线；（6）成本分析（7）编写设计说明书。13第二章第二章 设计方案设计方案2.1 设计原则2.1 设计原则汽车防滑辅助装置本身是汽车的一个附件，设计时应考虑装置的便携性，以及装置本身的安装和装置工作的便利性。对于本设计的总体方案，要遵循的设计原则。首先满足功能要求,能够有效保证汽车行驶防滑，提供安全基础。使用现如今国内最流行的新技术，对设计结构进行合理的计算，在使用上更加的标准稳定。尽量使用标准化的零件，从而使得在操作方面更加的简单便捷，后期的维护上更加的方便，同时流动性也越好。详细的设计步骤是：（1）选择与设计机具结构类型；（2）确定本设计的传动方案；（3）确定本结构的控制方案；（4）重要部件的设计计算与校核；（5）运动仿真分析；（6）制造工艺流程编写及成本预估。2.2 总体方案设计2.2 总体方案设计结合以上设计原则，确立汽车防滑辅助装置的总体方案为：动力源选用液压油缸，通过选型来实现机构工作；接地点采用机械爪机构，增大机构与冰雪路面的接触粗糙度；机构应包含轮胎的整个圆周，保证汽车可以继续平稳行驶。为了便于安装，采用卡接结构，将机构直接卡接在轮辋上，操作方便；单个部件形式形状相同，便于加工生产；部件之间，用链状结构连接，平时不使用时，可以折叠，便于携带。综上所述，设计的大体方案，如图 2-1 所示。14图 2-1 汽车防滑辅助装置总体方案由图可知，每个单独的部件安装在轮辋上，部件结构紧促，质量和占用空间较小，部件与轮辋的安装面贴合，且有定位装置，如图 2-2 所示。15图 2-2 汽车防滑辅助装置安装面示意图安装面的贴合程度较高，这就要求安装过程中，部件可以先接触安装面，再实现安装锁定，选用锁定机构为卡接，方便安装及拆解操作，安装结构断面示意如图 2-3 所示。图 2-3 汽车防滑辅助装置安装结构断面示意图2.3 方案的工作原理2.3 方案的工作原理发生滑转的情况就是车身不动车轮发生转动或者其转动车轮的速度高于汽车的移动速速，从而使得车轮的胎面同地面之间有滑动，当汽车在进行制动的时候出现抱死的现象，从而车轮出现了“拖滑”。这些将会使得汽车的车轮同地面的附着力下降，同时使得汽车的车轮的牵引力下降，最终导致汽车的综合性性能降低，横向的附着力的下降使得其汽车在起步、加速等方面的稳定性下降。因此提升汽车横向附着力尤为关键，本文设计的汽车防滑辅助装置，主要通过机械爪将汽车车轮与地面之间的接触更换为机械爪与地面之间的接触，通过缩小接触面积，增大接触面之间的粗糙度，增加汽车车轮与地面之间的横向附着系数，从而实现汽车防滑。如果汽车在进行防滑辅助装置进行工作的时候，通常将液压油加入到油缸中，现如今的液压油缸分为很多种有活塞式、柱塞式、多级伸缩套筒式，齿轮齿条式等。同时不同种类的缸的原理都是相同的，16我们通过手动千斤顶的原理来讲就是通过手动的增压杆使液压油经过单项阀的作用进入油缸，在进入液压缸的液压油因为单向阀的作用不能够进行倒退回来，从而不断的使得杠杆向上，最终进入液压缸，这种情况下不断的进行上升，当降的时候应该打开液压阀，使得液压油流回油箱。往后的操作都是在这个基础上完成的。再以手动搬运车油缸的详细工作为例：通过手柄打压使液压油经过一个单向阀进入油缸，这个时候油缸的液压油由于单向阀的原因不能回流，由于液压油压力使活塞杆上升，液压油不断流入油缸，活塞杆就会不断上升，这个就是我们看到的手动搬运车油缸在手柄的打压下，车体上升的原因，车体上升是由于活塞杆顶着车体上升，而活塞杆是由于不可回流液压油压力而不断上升的；需要降低的时候，就打开液压阀门，液压油从油缸回流到油箱，手动搬运车的车体就会下降了。2.4 方案的优势2.4 方案的优势相较于传统的防滑链结构，本方案有很多的优势，可以归纳总结如下：（1）本方案可以根据路况自动调整车子高低，自动化程度高；（2）装置工作时，使用机械爪代替轮胎接地，大大增大了接地点的摩擦力，防止车轮打滑，保证汽车行驶平稳；（3）使用卡接结构，安装便利，结构紧凑；（4）安装在轮辋外面，操作空间足，安装便捷；（5）安装定位准确，可以有效保证装置的控制精度；（6）使用链状结构连接每个部件，便于携带；（7）装置结构简单，没有太多复杂的部件，成本低；（8）装置大多采用成熟产品组成，工艺性好，可以大批量生产；（9）装置轻便，不会增大太多汽车负重，有利于汽车油耗保持；（10）装置可通过行程校核，实现复杂路面的防滑，保证车辆行驶平稳。以下将根据本次设计装置的各个部件，进行详细设计。1718第三章第三章 主要零部件设计与校核主要零部件设计与校核3.1 液压缸选型3.1 液压缸选型液压缸的结构如图 3.1-1 所示。主要有缸筒、活塞杆、缸盖、活塞等部分组成。图 3.1-1 液压缸的结构图综上所属，我们可以知道液压缸所产生的直线运动，他通常是由一个圆柱缸体以及一个活塞杆组成，同时活塞杆不断的进行进进出出。通常活塞杆的运动范围是在相应的长度内。活塞密封是将缸体分成两个腔式：有杆腔以及无杆腔。3.1.1 液压缸主要参数液压缸主要参数结合本文设计机械设备的实际工况和设备结构，综合各项因素，设计选用多个相同的液压缸装置，如此能够使得机械设备的负载能力显著提升，初定单液压缸装置负载500Kg，即为负载力4900N，已知液压缸装置各个部件之间的摩擦力取值区间是26Kgf/cm4=P，结合本文设计机械设备的实际工况，最终取该液压缸装置的摩擦力大小为25Kgf/cm=P。如下表 3.1-1 所示的是液压缸装置负载系数表：表 3.1-1 液压缸装置负载系数表负载（KN）07070140140250250缸工作压力(bar)6010014018021032019已知在本文设计机械设备所用液压缸中，需要其具备的速度是v=0.3m/min，故得=0.65：液压缸理论负载最大值8032.78N=4900/0.61=F/=F01、设定本文设计所用液压缸装置的内径尺寸由0644 8032.7892.47mm0.49 10FDP0F液压缸输出推力；P液压缸的工作压力；依据1993-GB/T2348，结合本文设计设备的实际使用情况，综合各项因素，最终选定本文设计液压缸装置的内径尺寸为：D=30mm。20表 3.1-2 液压缸参数表由0.3D=d，计算可得本文设计机械设备所用液压缸装置活塞杆部件的直径为：d=10mm，结合本文设计实际情况，通过各方面的分析能够知道，通过一系列的计算可以知道标准液压缸装置活塞杆部件直径为 d=10mm。表 3.1-3 活塞杆直径参数表214568101214161820222528323640455056637080901001101251401601802002202502803203604003.1.2 缸筒设计缸筒设计在整个设计的过程中液压缸的主体是缸筒，同时它自身的内控是通过精密的加工工艺完成的，同时要求表面的粗糙值是 0.1 一 0.4，从而使得活塞以及密封装置能满足密封的效果，同时降低工作中的磨损，缸筒需要承受很大的压力，从而在设计中必须保障足够的刚度以及强度。当端盖装在钢桶的两端，同缸筒形成了一个封闭的油腔，从而使得在工作过程中可以承受很大的液压力，在进行设计的同时需要对强度以及结构设计进行考虑。在整个工作的中起到导向以及支撑作用的就是导向套，有的设备不进行设置导向套，直接使用端盖进行导向，这种方式虽然简单，但是在工作的过程中会对端盖造成一定的磨损。结合本文设计设备的实际情况，综合各项因素，最终选定液压缸装置的行程尺寸大小是 L=50mm，结合本文设计设备的实际情况，圆整处理上述计算数值进得：S=85mm。3.1.3 设定缸筒壁厚设定缸筒壁厚由 已知；2PD式中：液压缸壁厚；D液压缸筒内部直径；P液压缸最大工作压力；缸筒材料许用应力；nb安全系数，取式中：n5n 22由于本文设计机械设备选用 45 号钢材料加工制造液压缸装置的缸体结构，45 号钢材料抗拉强度大小是；其中 n 表示安全系数，本设计取；计算可得。当，则；当，则。已知本文设计机械设备所用液压缸装置的工作压力大小为，故结合本文设计的实际情况，综合各项因素，圆整处理上述计算数值得标准液压缸装置的缸筒壁厚尺寸大小为：=9mm。表 3.1-5 液压缸筒壁厚尺寸参数表3.1.4 设定液压缸油量设定液压缸油量由P液压缸负荷最大压力；a600bMP a1205600MPa16pMP1.5pP a16pMP1.25pP 0.49MPaa16pMPa0.7350.491.5p5.1MPPmmPD49.01202160735.0 2液压缸直径5080100125160200250320材料壁厚33HT15铸铁78101012141616A3,45铜5788991112ZL3铝合金12814121714min/4.347)1.049.0(5016046.0)1.0(046.022LPVDQ23；5.1.6 设定进排油口结构尺寸 由，结合本文设计的实际情况，综合各项因素，取，得。表 3.1-6 液压缸进排油口结构直径尺寸选取表结合本文设计的实际情况，综合各项因素，圆整处理上述计算数值得标准液压缸装置排气口结构的直径尺寸大小为。3.1.5 校核液压缸装置活塞杆部件校核液压缸装置活塞杆部件 由于本文设计机械设备所用液压缸装置的活塞杆部件长度尺寸，故需对液压缸装置活塞式中：Q液压缸工作时耗油量D液压缸内壁直径V液压缸工作最大速度P工作时举升压力v2d0Q式中：v取值范围液压流经排油口速度，）（1510v 15m/sv 22.17mmd0液压缸内径）mm（D进排油口直径）（mmd0408635010125100801518016014020mm2010dL24杆部件的稳定性进行校核，已知本文设计机械设备所用液压缸装置的活塞杆部件选择 45 钢材料加工制造所得。已知 ；因为本文设计机械设备所用液压缸装置的活塞杆部件的细杆比为，已知；KKPnFF0式中：0PF；活塞杆受的压力，maxFKF纵向弯曲应力；Kn稳定安全系数，取Kn2m85KL22kLmEJF式中：mmKK5.124/dr，针对实心杆，半径活塞杆横截面的回转矩，取活塞杆横截面的惯性J644dJ液压缸长度；L活塞杆的直径；D25.0mm末端系数，取取材料弹性模量，钢材Ea101.211PE25 图 3.1-7 活塞杆安装图例计算可得由于，计算可得，本文设计机械设备所用液压缸装置的活塞杆部件的稳定性满足实际使用需求。3.2 机械爪的设计3.2 机械爪的设计液压缸的撑杆和机械爪直接连接，可以考虑将撑杆取消，直接和机械爪做成一体，有利于工艺成型，减少装置成本，形状结构如图 3.2-1 所示。；活塞杆长度液压缸安装长度，即mm853LNL524113243k1018.20.8536440.05102.164dmE=FNF5kk101.09nNFP490000kknPFF26图 3.2-1 机械爪示意图机械爪的上端直接通过流花工艺，硫化橡胶活塞，将螺塞装进液压缸筒内，封闭液压缸，下端则是机械爪，工作时和地面直接接触。机械爪的下表面为圆弧面，圆弧半径稍大于轮胎的滚动半径，这里设定为 340mm，上端面为平面，和撑杆一体铸造成型。牙数为 7 个，关于撑杆对称布置，有利于受力均匀，爪尖呈 5梯度，有利于机械爪和光滑地面的接触。由 3.1 知，撑杆的外径为 20mm，则机械爪厚度稍大于撑杆外径，这里设定为 24mm，便于工艺成型，刚度会在下文通过有限元分析校核。3.3 卡接机构的设计3.3 卡接机构的设计根据总体方案，本装置将采用卡接机构，直接卡在轮辋外面，便于安装和拆解操作，卡接机构要求结构紧促，能够有效卡住装置，保证装置在受力过程中不掉落。结合生活中遇到的卡接结构，设计本装置的卡接结构如图 3.3-1 所示。27 图 3.3-1 卡接结构示意图此状态为卡子锁死状态，卡子固定点，也就是中间旋转轴位于两受力点外侧，没有外力作用，卡子不会松动，当产生外力时，卡子下部沿固定点旋转，卡子上部安装在下部的中段位置，会随着卡子下部旋转，松动上部顶端的勾挂点，卡子松开，可取出上部勾挂点勾住的零部件。3.4 螺栓选型及强度校核3.4 螺栓选型及强度校核本文设计的液压缸与安装座之间通过一个 M16 的螺栓连接，螺栓机械性能等级为 10.9 级，校核设计如下：根据“螺纹拧紧力矩计算”和“单个螺栓的强度计算”公式，可得：1.螺栓的拧紧力矩：F0：单个螺栓的拉紧力（KN）；Tk：螺栓的拧紧力矩规定值（Nm）；：螺纹升角v：当量摩擦角：v=arctgfv。取 fv=0.17；28d1：螺纹小径（mm）；d2：螺纹中径（mm）；fc：螺栓工作面摩擦系数，取 0.150.20；Dw：螺栓头摩擦面外径（mm）；d0：螺栓通孔直径（mm.）；5.螺栓安全系数:n1=/l：螺栓的极限许用应力，=S/nz 百度：螺栓个数；r：螺栓组半径；Kn：螺栓组可靠性系数。表 3.4-1 螺栓机械性能等级29校核结果如下表3.4-2所示：表 3.4-2 螺栓校核结果表参数名称参数代号单位M1610.9 级螺纹公称直径dmm16螺纹小径d1mm13.835螺纹中径d2mm14.701螺栓头摩擦面直径Dwmm22安置螺栓的孔径d0mm17.5螺栓工作面摩擦系数fC0.15当量摩擦系数fv0.17螺旋副摩擦角v度9.65螺纹升角度2.48扳紧力矩TKNm24030克服螺纹间摩擦力矩T1Nm117.1克服螺栓工作面摩擦力矩T2Nm122.9单个螺栓拉紧力F0KN82.6剪应力N/mm2225.2拉应力N/mm2549.5拉剪合应力lN/mm2673.9许用应力N/mm2752螺栓安全系数n111.1螺栓个数Z1螺栓组可靠性系数Kn1.2传递的摩擦扭矩TmKNm39.734由上表螺栓校核结果可知，该螺栓的强度满足设计要求。31第四章第四章 有限元分析有限元分析4.1 有限元分析的基本流程4.1 有限元分析的基本流程4.1.1 有限元简介有限元简介有限元软件广泛用于机械设计中零件强度的研究分析过程，有限元分析是将复杂分析过程简化处理，然后以简化处理分析所得的结果作为实际结果的近似解。借助有限元对某目标进行求解的过程中，是将有限元的所有子域当成相应系统的求解域，而有限元即为系统各子域间存在联系的最小单元。借助有限元研究分析各个零部件和机构的时候，能够得到较高的计算精度，分析结果能够更加贴合实际情况，针对复杂零部件的求解更是发挥着不可替代的作用。4.1.2 有限元分析的基本流程有限元分析的基本流程（1）首先需要将分析的问题提出来，然后定义该问题系统的相关域。（2）离散处理问题系统的求解域，即为网络划分问题系统的有限元素。（3）基于目标问题系统的相应参数，借助微分方程求解。（4）求取目标问题系统的近似值。预处理、加工以及后处理等步骤是有限元分析的主要环节。4.2 机械爪建模及分析4.2 机械爪建模及分析依据本文设计制造机械爪零件的基本参数，在计算机三维软件 CATIA 中搭建该机械爪零件的模型，然后在该软件系统中模拟仿真该机械爪零件的运动作业情况，通过格式IGES储存该机械爪零件运动作业过程的相应参数。再通过ANYSY读取IGES，转换该机械爪零件的相应数据，将其模型移至ANYSY，完成该机械爪零件的模型修复工作，ANYSY内会展现该机械爪零件的整体模型，如下图一所示的是机械爪零件的三维模型结构图。32图 4.2-1 机械爪零件的三维模型结构图4.3 有限元分析4.3 有限元分析已知本文设计制造机械爪零件的加工材料是 45 号钢，在软件系统内加载选取 45 号钢材料的相关参数数据，然后网格化划分该机械爪零件的相应参数数据，由软件系统研究分析该连接零件的受力情况，在软件系统内显示出该机械爪零件的受力云图，以此校核检验该机械爪零件的性能是否满足实际使用需求。33图 4.3-2 施加负载示意图图 4.3-3 网格划分示意图34图 4.3-4 机械爪零件位移数据示意图图 4.3-5 机械爪零件应变量示意图4.3.1 前置处理机械爪零件前置处理机械爪零件（1）已知本文设计加工制造的机械爪零件是由合金钢材料加工制造得到，该材料的相应性能参数35可在系统中直接进行调用。向运用模型类别：线性同失败形式标准：应力最大 Misesvon屈服强度N/mm2620.422张力强度N/mm2723.826（2）网格划分网格类型实体网格所用网格器标准网格自动过度关闭包括网格自动环关闭雅克比点点4单元大小15.1294 mm公差0.756469 mm网格品质高4.3.2 求解求解CurrentLssolveSolutionMenu，当显示doneisSolution，分析过程结束。4.3.3 后处理后处理如下图所示的是本文设计制造机械爪零件所受应力的云图：36图 4.3-6 本文设计制造机械爪零件所受应力的云图4.4 结果分析4.4 结果分析研究分析可知，本文设计制造机械爪零件处在正常作业状态的时候，它需要承受一定的负载，而该机械爪零件承受负载的位置即为它承受最大弯曲应力的位置，机械爪零件在该位置存在应力集中的现象，故仅需研究分析机械爪零件该位置的受力情况，通过分析该机械爪零件应力云图可知本文设计制造机械爪零件的强度满足实际使用需求，在实际使用过程中较为安全。37第五章第五章 运动仿真设计运动仿真设计5.1 运动仿真5.1 运动仿真在优化处理机构结构的时候，首先需要了解分析机构运动作业过程的规律。针对本文设计的机械设备进行运动仿真，分析该设备的结构后，分析研究设备的工作原理，然后利用计算机三维软件 UG 构建机械设备的各个零件模型，并装配得到整套机械设备的模型，再借助 UG 软件系统中的分析插件运动仿真该机械设备的运动作业过程，能够通过软件分析结果校验机械设备的相关运动机构，还能够校核主要零部件的性能参数，为机械设备的修改优化提供重要的理论依据。5.2 运动过程设计5.2 运动过程设计5.2.1 仿真构建的基本流程仿真构建的基本流程借助计算机三维软件 UG 绘制本文设计机械设备的各个零部件，并按照预定关系，装配得到整套机械设备的三维模型。该模型能够有效模拟该机械设备的实际结构，可以对各个零部件之间存在的干涉问题进行检查，确保设计的机械设备各个运动机构在正常运转作业过程中不会相互影响。构建本文设计机械设备三维模型的基本流程如下：（1）在绘图软件 UG 的草图界面中，构造目标零部件的草图；（2）以草图线段为路径，拉伸得到零部件的实体模型；（3）在软件系统中设定各部分的尺寸参数；（4）按照预定要求装配该机械设备的各个零部件，得到整套机械设备的三维模型。该设计的其余零部件利用三维软件 UG 的建模过程是与机架零件的三维建模过程类似，建模设计中需要考虑到后续该零件对应的装配工艺性以及制造工艺性等。如下图 5-1 所示的是本文设计机械设备的三维模型总装图：38图 5.2-1 本文设计防滑装置的三维模型总装图 5.2.2 作业过程分析作业过程分析在转向器装置的正常运行作业过程中，有机械设备中的电机装置输入系统运转工作所需的动力，由其驱动蜗轮蜗杆机构，而蜗轮蜗杆机构又将动力传至齿轮齿条机构，最后由其驱动整套机械设备的工作部件进行正常的运转作业。如下图所示的是本文设计机械设备的仿真示意图：39图 5.2-2 本文设计机械设备的仿真示意图 1机械爪相对于液压缸只做伸缩运动，因此用圆柱接触命令和滑槽约束命令，各个机械爪相对于轮胎保持静止，相对于轮胎中心做旋转运动，用旋转约束命令，设定工作时，先将机械爪神触轮胎面，然后随着轮胎做旋转运动。运动仿真动画如动画 5.2-3 所示。jzrecord_2020-05-17-20-33-20.mp4动画 5.2-3 汽车防滑辅助装置工作动画40第六章第六章 加工工艺及成本分析加工工艺及成本分析6.1 装配工艺分析6.1 装配工艺分析本文设计的装置，可以看做是 5 个单独的个体串联起来的装置，每个装置之间相互独立，协同工作，在加工生产中，5 个部件单独加工，每个部件如图 6.1-1 所示。图 6.1-1 汽车防滑辅助装置单个部件示意图如图，该部件中包含一个液压油缸，一个机械爪，一个螺栓，一套安装压板，一副安装卡夹，一截铁链。在生产加工时，每个部件可单独生产，然后组装在一起，具体的装配工艺流程如下：液压缸本体机械爪上安装块下安装块卡夹铁链。6.2 加工工艺分析6.2 加工工艺分析汽车防滑辅助装置零部件核心零件是缸筒、活塞（导向套）、活塞杆、机械爪、孔卡油卡、1、缸筒：备料（本次使用的是无缝钢管）检验调质车调质硬度检测焊镗孔或珩磨车钳工）进行对此一些列的检查防锈入库2、活塞、导向套：a、备料阶段（进行铸件、锻件）检验（材质证明书）粗车精车检验防锈入库41b、备料（圆钢）检验粗车精车检验防锈入库3、活塞杆：a、备料（圆钢）检验车（粗车）调质（外包：部分零件）调质硬度检测车（粗、精车）磨（精磨外圆）电镀（外包：镀硬铬）或对表面进行热处理的项目（外包：部分零件）抛光检验防锈入库b、备料（锻件）检验材料探伤车（粗车）调质调质硬度检测车（粗、精车）磨（精磨外圆）电镀（外包：镀硬铬）或表面热处理（外包：部分零件）抛光检验防锈入库4、机械爪：a、备料（圆钢）检验车（粗车）调质（外包：部分零件）调质硬度检测车（粗、精车含球头、内外螺纹）锯铣镗（镗内孔）钳工（钻油杯孔或油口）检验防锈入库b、备料（铸钢：正火处理）检验车（粗车）调质（外包：部分零件）调质硬度检测车（粗、精车含球头、内外螺纹）锯铣镗（镗内孔）钳工（钻油杯孔或油口）检验防锈入库c、备料（锻件）检验（车（粗车）调质（外包：部分零件）调质硬度检测车（粗、精车含球头、内外螺纹）锯铣镗（镗内孔）钳工（钻油杯孔或油口）检验防锈入库5、孔卡、轴卡、丝圈、压帽：a、备料（圆钢）检验车（粗车）调质（外包）进行监测调质硬度车（粗、精车）钻（孔卡、压帽）铣磨（孔卡、轴卡）检验防锈入库b、备料（锻件）检验车（粗车）调质（外包）调质硬度检测车（粗、精车）钻（孔卡、压帽）铣磨（孔卡、轴卡）检验防锈入库6、安装块备料（铸件）检验焊（毛坯对接焊）焊接探伤车（粗车）调质（外包：部分零件）车调质硬度检测焊（焊接管接头座、法兰等附件）镗孔或珩磨（粗镗、精镗、滚压）车（孔卡槽或内外螺纹）钳工（钻油口）检验防锈入库7、装配根据设备的标准进行装配零部件清理清洗配装精洗密封件装配零部件组装标识标牌检查试验装置出厂试验喷漆装箱发货。426.3 成本分析6.3 成本分析根据市场现价，初步预估成本如下表 6.2-1 所示：表 6.2-1 成本分析零部件加工工艺成本（元）/件液压缸本体带控制器外购30机械爪铸造机加工20上安装块铸造机加工15下安装块铸造机加工10卡夹外购3铁链外购2初步分析成本，单个部件的成本在 80 元左右，整个装置需要 5 套这样的部件，总价预计在 400 元左右，由于整套装置有液压装置，成本相对较高。在实际生产中，量大，成本会相对较低，综合来说，本文设计的汽车防滑辅助装置还是比较实用的。43第七章第七章 总结与展望总结与展望7.1 总结7.1 总结本次毕业设计完成了对本文设计机械设备所用设备的设计制造，学习了诸多不同方面的知识内容，学习了各种不同机构的相关理论知识，学习了机械系统的相关概念。根据本文设计的实际需求，研究分析本文设计机械设备所用设备的总体功能，选型设计执行机构的类型，评定本文设计机械设备所用设备的相应机械运