发动机拆装翻转架的设计与传动部分探讨

    陈珍 许刚

    摘 要： 发动机拆装翻转架的灵活性，关系着整个结构的使用性能，做好整体结构和传动部分的设计把控，有着重要的意义。现根据发动机拆装翻转架的设计实践，分析整个架体的设计和传动部分，总结设计的要点，共享给相关人员参考。

    关键词： 发动机;拆装翻转架;传动部分

    中图分类号： U472.46? ? ? ? ?文献标识码： A

    doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.10.023

    0 引言

    从发动机维修角度分析，很多操作依靠人工不仅费力且难以保障维修操作到位。利用发动机拆装翻转架，可实现灵活翻转，实现360°全面维修，能够为汽车维修厂与维修教学等，提供有力的工具，极大地提高维修作业的效率。

    1 发动机拆装翻转架与传动部分分析

    从汽车行驶的角度分析，发动机负责提供动力来源，受到行驶环境和各类因素的影响，极易产生故障，进行维修时要进行拆装与移动等操作。由于发动机质量重体积大，需借助有效的工具。传统作业中，使用手动扭杆式翻转架，只能提供单方向翻转，拆装与维修操作依旧困难。随着设计的优化，提出多维度翻转的翻转架。利用蜗轮蜗杆，发挥其灵活性优势，实现高效转动，同时借助涡轮轴承受整个发动机的重量，以此保障维修操作的开展。

    2 发动机拆装翻转架与传动部分的设计实践

    2.1 总体架构

    从使用的翻转架来说，主要功能为翻转发动机，以便于进行全方位维修操作。总体组成包括底盘组件、立柱以及箱体组件等。一般来说，翻转架的性能参数选择如下：（1）额定负重为500 kg。（2）系统的传动部分传动比为1∶ 60。（3）翻转架的台架高度设计为1015 mm。（4）翻转角度为360°，支持锁止任意角度。设计的翻转架，要达到技术参数和功能要求，整体结构的设计达到紧凑合理状态，保障强度和刚度达标，做到兼顾使用性能和经济性[1]。开展翻转架的设计，严格贯彻标准化，按照现行的规范和要求，运用现代化计算方法。为达到灵活翻转的要求，传动部分使用的是蜗轮蜗杆，运用零部件的减速原理，发挥自锁功能，达到所需的功能要求。

    2.2 组装要点

    开展翻转架组装作业前，要进行检查和处理，清除零部件加工残留的锐角与毛刺以及异物等，防止安装操作时产生擦伤。所有的零件，进行装配前，均要做好清理以及清洗，不能存在毛刺或者飞边等。按照安装装配的要求操作，保障螺钉和螺栓以及螺母等达到紧固要求，杜绝使用不匹配的旋具与扳手等。对螺母以及螺钉等零件，必须要做好紧固处理。相同的零部件，使用多件螺栓或者螺钉进行紧固，各个螺钉或者螺栓要交叉、对称以及均匀拧紧。开展花键的装配作业，同时接触齿面数要超过2/3，并且做好接触率的控制。一般来说，在键齿的长度与高度方面，接触率要大于50%。

    2.3 蜗轮蜗杆的基本计算

    翻转架的设计，对于涡轮轴外端加持发动机等部件，将发动机装置重量的最大值设置为1000 kg，将部件中心与立柱的间距，假定为450 mm，进而将涡轮轴看作为外伸梁外伸的部分长度是100 mm，进行受力分析，看强度是否能够达标。对于涡轮轴的直径大小计算，利用弯扭合成强度公式运算获得，保障强度达标。根据轴的扭转变形，开展校核。除此之外，要进行传动受力与强度的计算，做好设计分析。

    2.4 有限元分析

    发动机拆装翻转架的设计，要对设计方案进行分析。使用的ANSYS软件，为应用较为广泛的有限元分析工具，当确定发动机拆装翻转架参数后，组织开展三维建模，按照建模程序和要求，定义相应的条件参数，实现各个零部件的网格化，进行运算分析，获得翻转架的有限元分析结果。通过模拟仿真，对翻转架的使用开展分析與预测，完善翻转架的设计方案，提出高品质的设计方案，为后续的制作和应用把控。

    设计时借助solidworks，开展三维建模，在有限元软件的Workbench模块中，以涡轮轴承载作用状态下，开展静力学分析。选择的材料是45C，经过网格划分之后，在连接转盘对应的螺栓孔部位加载径向力，加载10 000 N;对于蜗轮蜗杆连接位置进行力的加载，加载支反力，力的大小为1910 N。完成固定约束面的选择之后，开展应力应变分析以及变形量分析，掌握应力集中位置，采取处理措施，比如使用过渡圆半角R控制应力集中。开展蜗轮蜗杆的仿真分析，选择的材料类型是15Cr，使用锡青铜材料的涡轮，完成图形装配后导入，开展瞬态仿真分析，获得位移与应力等数据[2]。

    3 发动机拆装翻转架与传动部分的设计总结

    3.1 选择适宜的传动方式

    从发动机拆装翻转架的设计角度来说，常用的传动方式如下：（1）齿轮传动。应用较多的传动机构，齿轮机构能实现空间任意两轴或者多轴的运动、动力传递。使用方面具有能够平行、交叉或者交错等优势，不仅转动平稳，且传动恒定，不过齿轮传动的应用，对安装精度有着特别高的要求，成本比较高。（2）蜗杆传动。此类传动主要是实现空间两交错轴运动与动力的传递，主要组成包括蜗杆与蜗轮，两个轴线的交错角可以是任意值，通常采用90°。从使用的效果和优势来说，具有传动比大和结构紧凑等优势，传动比较平稳，冲击和振动很小。不过蜗杆传动的效率低下，不如齿轮传动，并且发热量很大，齿面极易被磨损。一般来说，两轴交错且传动比很大的工作场景下，多使用蜗轮蜗杆传动，能够起到安全保护的积极作用。（3）带传动。采用的带传动，主要利用带轮上配置的柔性带，通过运动或者动力传递发挥作用。从使用的效果来说，具有传动平稳和结构简单等优势，不过传动装置外部尺寸很大，效率比较低下。（4）链传动。借助链条的作用，将有着特殊齿形的主动链轮的运动、动力，传给从动链轮，实现传动的功能。从使用反馈的效果来说，具有较强的过载能力，传递功率很大，作业可靠性和效率很高，能够适应恶劣的使用环境。不过其只能实现两平行轴之间的传动，极易磨损，相比其他传动方式，传动平稳性很差。在发动机拆装翻转架的设计中，要结合使用场景特点和要求，通过综合分析选择适宜的传动方案，为系统功能的实现提供支持和保障，切实发挥翻转架的作用。

    3.2 做好台架的设计

    从台架发挥的功能角度来说，能够实现对发动机的支撑，使其可以任意角度翻转，实现对发动机装置的启动以及停止等各类手动控制。在进行设计时，要结合发动机的外形尺寸大小和质量要求，选择适宜的台架。对于台架设计，要做好其与发动机之间的控制，发挥台架的稳定性以及强度优势，实现对发动机的支撑。一般来说，台架制作多选择方钢材料，用于支撑发动机和销，可以满足实际需要。选择的制作材料，强度要高于原材料，通过焊接或者螺栓连接方式，提高台架的稳定性与强度，配套橡胶轮，保证移动的便捷性，实现对振动的有效控制。对于底座位置的材料选择，要结合发动机以及零部件的重量大小，做好精准计算再选择[3]。

    3.3 其他设计

    发动机拆装翻转架与传动部分设计，除了传动和台架部分，还涉及到箱体部分、翻转托盘、轴承以及螺栓组合等。在设计时要结合各个部位的功能和特点，做好细节的设计和把控，保障各个部分的性能达到发动机拆装翻转架的使用需求，提高整个翻转架的质量，为发动机维修提供支持和保障。完成各个部分的设计后，要做好总体设计分析，检验发动机拆装翻转架的性能水平，分析是否能够达到稳定性和安全性的要求，为检修工作的开展提供支持和保障，保障检修工作安全有序开展[4]。

    4 结语

    从发动机拆装翻转架的使用角度来说，若想发挥其价值与作用，要做好设计环节的有效控制。文中结合多维度翻轉的发动机拆装翻转架设计，进行了设计流程和要点的分析，总结设计和分析方法，共享给相关人员参考。翻转架的使用日益增加，对其性能要求不断提高，当前的翻转架还存在不足，需加大研发力度，提出性能更优的方案。

    参考文献：

    [1]? 张健，刘佳良，宋芯.可多维翻转的发动机翻转架设计[J].农业装备与车辆工程，2019，57（7）：25-28.

    [2] 陈艳，何将.一种悬臂梁式汽车发动机拆装翻转架的设计研究[J].科学技术创新，2019（15）：176-177.

    [3] 龚成平.发动机拆装翻转架的设计与传动部位分析[J].山东工业技术，2017（8）：3-4.

    [4] 张宝玉，朱海林，严陈，等.带翻转架的废旧发动机设计研究[J].汽车实用技术，2016（12）：199-201.