车辆工程毕业设计论文-基于proe与ansys的15t电动叉车设计(编辑修改稿)

车辆工程毕业设计论文-基于proe与ansys的15t电动叉车设计(编辑修改稿)内容摘要：

强对电动叉车的结构、功能进行了解掌握。 通过对变速器的设计和校核，可以加强对变速器的密封、润滑和齿轮的设计等方面进行掌握，通过对升降油缸的设计，可以对液压系统的工作原理和油缸的工作状态 等方面进行理解掌握，通过对货叉的设计校核，掌握货叉的材料、结构和力学性质等方面的知识。 运用 Pro/E 软件完成电动叉车的整车造型和运动仿真，利用 ANSYS 软件对货叉部分关键零件进行有限元分析，提高对软件运用的熟练程度。 在电动叉车产品设计中运用了 AutoCAD、 Pro/E、 ANSYS 等软件，能够加强对这些软件的掌握程度，对产品进行模拟仿真、关键零件进行有限元分析，可以发现并更正设计缺陷，完善设计方案，缩短开发周期，提高设计质量和效率。 通过对本课题的研究能够使学生了解叉车总成部件设计校核的方法，使学生可以完成专 业课程的实践总结，掌握一种流行的设计方法和软件，获得一定的工程设计工作方法。 运用计算机仿真技术对电动叉车进行虚拟设计，在产品制造之前就可以发现并更正设计缺陷，完善设计方案，缩短开发周期，提高设计质量和效率，为生产实际提供理论支持。 课题的研究现状 叉车是一种以货叉为标准取物装置，通常能将货物起升 3 米左右的特殊车辆。 叉车的机体紧凑，轴距较短，转向灵活，能在狭窄的场地和通道内作业，能通过比较低矮的舱门；货物的升降采用液压操控，使操作简单，动作平稳；在采用货叉搬运成件货物时自身具有装卸功能。 因此广泛地利用于车间 、仓库、港口、车站等场所，进行装卸、堆垛、拆垛和极短距离的搬运。 叉车对于实现装卸搬运作业的机械化，提高劳动生产率非常重要，是现代物流系统的重要装备。 电动叉车是以电力直流或交流为动 2 力实施装卸、起重、搬运、堆垛作业的车辆。 八十年以来 , 由于电动叉车具有易操作、作业灵活、安全、动力利用率高、噪声小 , 对环境污染小等优点 , 更适合于工矿企业作搬运机械使用 , 因而倍受人们重视 , 得到了迅速发展。 国外发达国家的叉车行业在技术方面基础稳固， 外部环境中包括原材料、化工、液压、电子元器件等基础工业水平 高，自主研发能力强，特 别在电动叉车方面，国外叉车行业在外观造型和表面处理，人机工程，电器系统，制动系统和动力转向的能力特别强。 国外著名叉车公司都生产全系列的电动叉车，包括三支点和四支点平衡重式叉车、前移式叉车、拣选车、三向堆垛机和托盘搬运车等；并投入大量的人力、财力于电动叉车的研发，使之成为现代高新技术产品。 国外市场特别是欧美发达国家，由于受环保法规影响，电动叉车占到保有量的 50%～ 60%，而我国目前的保有量约占15%～ 20%，有着广阔的市场前景。 中国 叉车 产业是伴随着中国经济的增长而同步成长起来的，促使中国 叉车 行业快速壮大的主 要因素有经济增长和社会进步所带来的旺盛市场需求 ， 对外开放所带来的技术和管理能力的提升 ， 充分竞争环境下本土企业竞争能力不断提高。 在我国以安徽叉车集团公司、杭叉集团股份、大连叉车股份公司为首的国内叉车行业蓬勃发展，随着一拖、柳工、厦工、山推等著名企业的加入，伴随当今的改制、兼并和许多外资企业及私营企业股份制的加盟，使我国叉车行业进入新的春秋战国时期。 虽然内燃叉车应占据国内叉车市场的主导地位，但随着企业环保意识逐渐增强，可靠性更高的电动叉车得到了越来越多的企业青睐。 电动叉车是以直流电源 (电瓶 )为动力的装卸及搬运车 辆 ，其 电动平衡叉车产品外形大多采用了流线型设计，造型更加美观。 我国电动叉车需求逐年上升，但技术落后，外资企业产品占据大部分市场份额。 未来几年，中国将继续采取积极的宏观经济政策，以保持经济平稳较快增长。 在宏观经济全面恢复的背景下，国家的经济总量在稳步提高；工业化程度在不断加深；物流业呈现高速发展的态势；全社会的固定资产投资将持续保持在较高水平。 这些，都为 叉车 产业的发展提供了更为广阔的市场空间。 宏观经济因素将保证 叉车 行业在未来稳步前行。 Pro/E 软件和 ANSYS 软件是本次设计所用的关键的两个软件，因为他们有各 自的优势和特点。 Pro/E 操作 软件 是美国参数技术公司旗下的 CAD/CAM/CAE 一体化的三维软件。 Pro/Engineer 软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位， Pro/E 作为当今世界机械 CAD/CAE/CAM 领域的新标准而得到业界的认可和推广。 是现今主流的 CAD/CAM/CAE 软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。 Pro/E 采 用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使 3 用。 ANSYS 软件是美国 ANSYS 公司研制的大型有限元分析软件，它是世界范围内增长最快的 CAE 软件，能够进行包括结构、热、声、流体以及电磁场等学科的研究，在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物制药、轻工、地矿等领域有着广泛的应用。 ANSYS 的功能强大，操作简单方便，现在它已成为国际最流行的有限元分析软件。 目前，中国 100 多所理工院校采用 ANSYS 软件进行有限元分析或者作为标准教学软件。 本设计需利用 AutoCAD 软件完成叉车变速器二维结构设计、货叉部分结构设计，并进行校核计算，结合叉车的造型设计现状，利用 Pro/E 软件完成整车的造型设计，利用 ANSYS 软件对货叉部分关键零件进行有限元分析。 研究内容 设计主要内容 （ 1）叉车总体方案设计及校核； （ 2）利用 AutoCAD 软件完成叉车变速器、货叉设计及校核； (3) 利用 Pro/E 软件完 成 货叉三维建模及 整车三维造型； （ 4）利用 ANSYS 软件对货叉部分 关键零部件进行强度、刚度及稳定 性校核。 拟解决的主要问题 （ 1）叉车变速器、 叉车货叉的设计及校核； （ 2）叉车变速器、货叉二维总体结构设计 及校核 ； （ 3）货叉 三维建模、 整车三维造型 、关键零件的有限元分析。 课题的 研究方法 研究所采用的技术路线如图 11技术路线图所示。 4 图 11技术路线图 Auto CAD 叉车变速器器、升降油缸、货叉的设计、校核 Pro/E 三维实体建模 Ansys 关键零件分析 Pro/E 整机装配及干涉检查 是否合理 N Y 是否合理 N Y 叉车总体结构设计 调研、收集资料及总体方案论证 关键零部件和仿真的结论分析 撰写设计说明书 5 第 2章 叉车变速器的设计及校核 蓄电池的选择 电动叉车是指以电来进行作业的叉车，大多数都是为 蓄电池 工作。 而蓄电池是电池中的一种， 蓄电池是一种能量转换和储存装置，充电时，将电能转换为化学能，加以储存，放电时化学能转换成电能，输送给电动机。 蓄电池由正、负电极和电解液组成，蓄电池分为酸性蓄电池和碱性蓄电池，实用的酸性蓄电池有铅蓄电池，以硫酸为电解液。 碱性蓄电池由于需要贵重金属，成本较高，目前很少用作叉车的能源。 我国叉车主要用铅酸蓄电池，铅酸蓄电池正极板上是活性物质氧化铅，负极板上的活性物质是海绵状的纯铅，电解液是稀硫酸溶液。 蓄电池的主要性能参数为电压和 容量，蓄电池在指定的放电条件下所放出的电量称为容量 Q,其单位为 A h，蓄电池的容量与放电电流及电解液的温度有关，还与充电电流、电解液的相对密度和纯度有关。 牵引用的蓄电池工作特点是：持续放电时间长，放电电流比较均匀，不能随时充电。 为了不使叉车一次停车充电或更换蓄电池后有较长的使用时间，要求这种蓄电池有较大的电容量。 蓄电池组的额定电压由叉车的起重量选择决定，起重量为 1～ 2 吨的电动叉车一般选用额定电压为 48v，每个蓄电池 2v 的电压，有 12 个电池组成。 对于电动叉车，所有的电机使用同一个电池组，可由下式折算所需 要的功率 ： P=  WJC 1Pw+PJC pP=54KW （ ） 式中 ： wP pP —— 分别为运行电动机和油泵电动机功率 ； w p —— 分别为运行电动机和油泵电动机效率 ； JC —— 油泵电动机的工 作持续率，即叉车一个作业循环中，油泵电动机工作持续时间与叉车工作循环时间的比值。 已知所需功率，则蓄电池组容量按下式求出： Q= UT .90P =375A h （ ） 式中 ： T—— 每作业班内车辆的净工作时间 ； U—— 蓄电池组的额定电压 ； 6 —— 考虑蓄电池放电时电压降低系数。 已知蓄电池组容量，通过查表可以选出蓄电池组的型号为 DG400，容量为 400A h满足使用要求。 行走电机的选择 行走电机驱动传 动系统最终向车轮提供驱动力矩， 叉车上驱动行走机构的电动机，称为牵引电动机，经常采用直流串励电动机。 这是由于串励电动机具有软的机械特性，能适应车辆的运行要求，且比较经济。 这种电动机的励磁绕组与电枢绕组串联，电枢电流增大时，磁极的磁通也增加，电动机的转矩不仅由于电动机电枢电流增加而提高，同时也由于磁通的增大而提高，在磁极磁通未饱和的情况下，电动机的转矩几乎和电枢电流的平方成正比。 因此，可在电枢电流较小的情况下获得较大的转矩。 这对减小蓄电池的放电电流，充分利用蓄电池的容量，也有好处。 直流串励电动机用于车辆牵引的优 点有：可以带载启动，传动系统无需离合器；能正反转，无需倒档，具有自动适应阻力变化的趋势；力矩变化倍数大于电流变化的倍数，对保护蓄电池、延长其使用寿命有利；与液力传动相比，在不同转速下高效区宽。 行走电机的功率计算。 满载运行功率： MP =TU3600gm f maxa = （ ） 式中 ： f—— 滚动阻力系数， f=； 总质量： ma=4500Kg； 最高车 速： maxaU =11Km/h； T —— 传动效率，取。 功率 ： eP =（ ～ 2） MP =～ （ ） 原因是上坡时功率增加 ， 取功率 eP =5KW。 通过查资料选取电机规格为： XQ51。 电机的基本 参数如下表 21 电机的基本参数。 表 21 电机的基本参数 规格 额定功率 额定电压 额定电流 额定转速 XQ51 5(KW) 45(V) 139(A) 1480(r/min) 励磁方式 定额 重量 最高工作转速 电机转向 7 串 60min 95kg 3200(r/min) 双向 基本数据的选择设计 变速器齿轮的设计及校核 （ 1）设计的初始数据 最高车速： maxaU =11Km/h； 行走电机功率： maxeP =5KW； 额定转速： en =1480 r/min； 最大爬坡度： max =18%=； 总质量： ma=4500Kg； 前车轮： ； 滚动半径 r=295mm。 （ 2）变速器各档传动比的确定 ① 一档传动比 1gi =～ 选择一档传动比 1gi = 电动机转矩 ： maxeT =eemaxnp9550 = N. m （ ） 式中： maxeP —— 行走电机功率 ； en —— 额定转速。 ② 主减速器传动比 ： 0i  TiTfr 1gem axm axam  = （ ） 式中： en —— 额定转速 ； max —— 最大爬坡度 ； maxeT —— 电动机转矩 ； 1gi —— 一档传动比 ； 8 T —— 传动效率，取 ； ma—— 总质量 ； r—— 滚动半径。 ③ 二档传动比 ： 2gi =0maxe iUrn = （ ） 式中： maxaU —— 最高车速 ； en —— 额定转速 ； r—— 滚动半径 ； 0i —— 主减速器传动比 ；  —— 限速影响系数  =。 ④ 由于2gg1ii =，传动比相差较小，换挡平稳冲击小，采用斜齿轮同步器换挡，换挡更加平稳。 由于行走电动机可以双向转动，故可以不在变速器上设置倒档。 变速器的传动路线示意图如图 22 变速器传动路线示意图。 图 22 变速器传动路线示意图 （ 3）变速器中心距的确定 初选中心距时，可根据下述经验公式 ： 9 32gm a xiTKA e= （ ） 式中： A — 变速器中心距（ mm）； K — 中心距系数， 取 K =17； maxeT —— 电动机转矩 ； 2gi —— 二档传动比。 初选中心距 A =60mm， 对中心距系数 K 进行修正 ： 3 2gm a xiTAK e= （ ） 齿轮参数 ： ① 模数 初选模数时，可参考同类汽车的齿轮模数确定，也可根据经验公式： 斜齿轮法向模数 ： 3n 10/T em axKm  = （ ） 设计斜齿轮法向模数 nm =3。 ② 压力角  国家规定的标准压力角为 20176。 ，所以变速器齿轮普遍采用的压力角为 20176。 ③ 螺旋角  初选斜齿轮齿轮螺旋角为 20176。 ④ 齿宽 b 对于斜齿轮 ncmkb ， ck 取为 ～ ，取 ， 齿宽 b=7 3=21。 ⑤ 齿顶高系数 在齿轮加工精度提高以后，包括我国在内，规定齿顶高系数取为。 齿顶高 a1d = a2d = a3d = a4d =3； 齿根高 h1d = h2d = h3d = h4d =3。 （ 4）确定齿轮的齿数 10 齿数和 ： ncos2 mAZh  = （ ） 式中： A —— 变速器中心距（ mm） ； nm —— 斜齿轮法向模数 =3 ；  —— 螺旋角。 螺旋角修正值 ：  = AZ2marccos nh =176。 （ ） 取齿数和 ： hZ =38 由公式 ： 121g ZZi  = hZ = 1Z + 2Z =38 可求得 1Z =20 取齿数 1Z =20。 2Z =18 2Z =18 由公式 ： 342g ZZi  = hZ = 3Z + 4Z =38 可求得 3Z = 取齿数 1Z =17 4Z = 2Z =21。 分度圆直径： cosm 1n1 zd  = cosm 2n2 zd = 11 cosm 3n3 zd= cosm 4n4 zd = 变位系数 ： 通过查机械设计手册由手册表的变位系数： 1X = 2X = 3X = 4X = 各齿轮参数如下表： 表 23 齿轮参数 齿轮 齿数 分度圆直径 变位系数 齿顶高 1 20 2 18 3 17 4 21 齿根高 齿顶圆直径 齿根圆直径 节圆直径 螺旋角 60 176。 54 176。 51 176。 63 176。 （ 5） 变速器齿轮的校核 齿轮坏损形式及避免错失 变速器齿轮的损坏形式主要有三种：齿轮折断、齿面点蚀、齿面胶合。 ① 齿轮折断 齿轮在啮合过程中，轮齿表面承受有集中载荷的作用。 可以把轮齿看作悬臂梁，轮齿根部弯曲应力很大，过渡圆角处又有应力集中，故轮齿根部很容易发生断裂。 齿轮 折断有两种情况，一种是齿轮受到足够大的突然载荷的冲击作用，导致齿轮断裂，这种破坏的断面为粗粒状。 另一种是受到多次重复载荷的作用，齿根受拉面的最大。