Проектирование конструкции автомобильной лебедки с использованием конечно-элементного анализа

Объектом исследования является разработка конструкции лебедки автомобильной и исследование их напряженно-деформированного состояния.
В рамках работы были выполнены:
В первой главе описаны общие сведения об элементах автомобильной лебёдки и анализ конструкции каждых деталей.
Во второй главе рассмотрены разработка конструкции лебедки для автомобиля массой до 2000-х килограммов, разработка технологии сборки лебедки, разработка основных геометрических параметров редуктора и их проверка.
В третьей главе были исследованы напряженно-деформированного состояния и экономически анализ изготовления деталей.
Область применения: автомобильная промышленность.

Реферат………………………………………………………………………………………………… 5
Оглавление…………………………………………………………………………………………… 7
Введение………………………………………………………………………………………………. 9
I. Элементы автомобильной лебёдки……………………………………………………… 10
1.1. Барабаны для намотки каната………………………………………………………… 10
1.1.1. Барабаны………………………………………………………………………………….. 10
1.1.2. Канатоукладчик……………………………………………………………………….. 11
1.1.3. Канаты…………………………………………………………………………………….. 12
1.2. Понижающий редуктор………………………………………………………………… 15
1.2.1. Цилиндрический редуктор……………………………………………………….. 16
1.2.2. Планетарный редуктор……………………………………………………………… 16
1.2.3. Червячный редуктор…………………………………………………………………. 17
1.3. Привод…………………………………………………………………………………………. 18
1.3.1. Ручные автомобильные лебедки……………………………………………….. 19
1.3.2. Электрические автомобильные лебедки……………………………………. 19
1.3.3. Механические автомобильные лебедки…………………………………….. 20
1.3.4. Гидравлические автомобильные лебедки………………………………….. 20
II. Разработка конструкции автомобильной лебёдки………………………………. 22
2.1. Исходные данные…………………………………………………………………………. 22
2.2. Конструирование барабана……………………………………………………………. 22
2.2.1. Определение силы тяги…………………………………………………………….. 22
2.2.2. Определение диаметра каната…………………………………………………… 22
2.2.3. Расчет и проверка основных конструктивных размеров барабана.. 22
2.2.4. Вычисление минимального крутящего момента редуктора……… 24
2.3. Выбор электродвигателя……………………………………………………………….. 25
2.3.1. Определение требуемой мощности электродвигателя……………. 25
2.3.2. Выбор электродвигателя…………………………………………………………… 27
2.4. Проектирование редуктора……………………………………………………………. 28
2.4.1. Определение передаточного отношения……………………………………. 28
2.4.2. Проектирование редуктора……………………………………………………….. 28
2.4.3. Расчет основных геометрических параметров редуктора……………. 28
2.5. Проектирование и проверка соединительных элементов……………. 37
2.5.1. Расчет шпоночных или шлицевых соединений…………………… 37
2.5.2. Расчет валов…………………………………………………………………………….. 39
2.5.3. Расчет болтовых соединений…………………………………………………….. 40
III. Моделирование НДС. ……………………………………………………………………… 43
3.1. Сформирование 3D модель каждых деталей…………………………………… 43
3.1.1. Центральные валы лебедки………………………………………………………. 43
3.1.2. Планетарное колесо первой ступени…………………………………………. 44
3.1.3. Планетарное колесо второй ступени…………………………………………. 45
3.1.4. Опоры и корпусы……………………………………………………………………… 47
3.1.5. Другие элементы……………………………………………………………………… 47
3.1.6. Полный вид лебедки………………………………………………………………… 49
3.2. Анализ напряженно-деформированного состояния……………………….. 50
3.2.1. Центральные валы лебедки………………………………………………………. 50
3.2.2. Планетарное колесо первой ступени…………………………………………. 53
3.2.3. Планетарное колесо второй ступени…………………………………………. 57
3.2.4. Опоры и другие элементы………………………………………………………… 61
3.3. Настройка системы и результаты………………………………………………….. 64
IV. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбере-
жение…………………………………………………………………………………………………… 78
Введение…………………………………………………………………………………………….. 78
4.1. Краткое описание выполненной работы…………………………………………. 79
4.2. План проекта………………………………………………………………………………… 79
4.3. Продолжительность этапов работ………………………………………………….. 80
4.4. Расчет сметы затрат на выполнение проекта…………………………………… 85
4.4.1. Расчет затрат на материалы………………………………………………………. 85
4.4.2. Расчет заработной платы………………………………………………………….. 87
4.4.3. Расчет затрат на социальный налог……………………………………………. 87
4.4.4. Расчет затрат на электроэнергию………………………………………………. 88
4.4.5. Расчет амортизационных расходов……………………………………………. 89
4.4.6. Расчет расходов, учитываемых непосредственно на основе
платежных (расчетных) документов (кроме суточных) ………………………… 90
4.4.7. Расчет прочих расходов……………………………………………………………. 91
4.5. Расчет общей себестоимости разработки……………………………………….. 91
4.6. Расчет прибыли…………………………………………………………………………….. 92
4.7. Расчет НДС…………………………………………………………………………………… 92
4.8. Цена разработки НИР……………………………………………………………………. 92
4.9. Оценка сравнительной эффективности исследования…………………….. 93
V. Социальная ответственность ……………………………………………………………. 97
5.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности…. 101
5.2. Профессиональная социальная безопасность…………………………………. 103
5.2.1. Анализ выявленных вредных факторов проектируемой
производственной среды………………………………………………………………………. 103
5.2.2. Обоснование мероприятий по снижению воздействия опасных и
вредных факторов на исследователя……………………………………………………… 107
5.3. Экологическая безопасность…………………………………………………………. 108
5.4. Защита в ЧС………………………………………………………………………………….. 109
Заключение …………………………………………………………………………………………. 110
Список использованных источников …………………………………………………….. 111
Приложение А ……………………………………………………………………………………… 114
Приложение Б ……………………………………………………………………………………… 133

При выполнении магистерской диссертации был проведен анализ
конструкций автомобильной лебедки, которая применяются отечественными
и зарубежными исследователями. На основании данных работ была
спроектирована уменьшенная подобная конструкция, которая мотивированна
главным образом подобностью используемых для исследования механизмов.

В ходе проведения данной работы была разработка конструкции лебедки
для автомобиля массой до 2000-х килограммов. На основе конструкторской
работы были проектированы понижающий редуктор, барабан, канатоукладчик
и привод. После конструкторской работы производил моделирование
напряженно-деформированного состояния с использованием системы CAE.

При сравнительной оценке результатов исследования с использованием
спроектированного метода определения силовых характеристик механизма и
с использованием системы CAE видно, что при равных начальных условиях
значения приближенно находятся в одном порядке. Таким образом можно
сказать, что спроектированная методика определения усилий в исследуемом
зацеплении схожа с алгоритмом определения тех же усилий в системах CAE.