實驗軌道小車機械系統(tǒng)設計【含CAD圖紙和說明書】
實驗軌道小車機械系統(tǒng)設計【含CAD圖紙和說明書】,含CAD圖紙和說明書,實驗,試驗,軌道,小車,機械,系統(tǒng),設計,cad,圖紙,以及,說明書,仿單
摘 要 軌道車作為鐵路設備維修、大修、基建等施工部門執(zhí)行任務的主要工具,是鐵路運輸工作中重要的組成部分。機械傳動式軌道車傳動系統(tǒng)試驗裝置的研制是一項具有現實意義的研究,其主要應用于車輛段大修完成后的軌道車機械傳動系統(tǒng)的變速箱、換向箱和動力輪對進行空載試驗。 然而,我國軌道車串供系統(tǒng)試驗裝置的使用權僅限于金鷹、秦嶺兩大軌道車生產廠家。而在各地軌道車檢修車輛段中的應用幾乎沒有。論文首先對國內外軌道車實驗裝置的研發(fā)現狀和發(fā)展趨勢作出了分析,結合了智能試驗的功能要求,對測控系統(tǒng)的各個單元進行設計開發(fā)。 根據軌道車傳動系統(tǒng)中變速箱、換向箱和動力輪對的組成原理、結構特點和運轉要求,提出測試實驗的內容和方法。 關鍵詞:軌道車;機械傳動系統(tǒng);試驗裝置;控制系統(tǒng) The Design of the Rail cars mechanical systemAbstract Rail cars,as the main means of conveyance in the mission of the construction sector such as the railway equipment maintenance,overhaul and infrastructure construction,are an important part of the rail transportation. The research and manufacture of the test device of transmission system of mechanical driving rail cars is of practical significance,the results which are mainly used in no-load test of transmission,reversing box and power wheel of the mechanical transmission system after the completion of the rail car overhaul.However, there has been no use of rail transmission system test equipment in the overhaul of rail car depot.In this thesis, the research and development status and developing trend of the domestic and international rail car testing device are first analysed, and then each unit of control system are designed and developed, for the functional requirements of the intelligent test.According to the composition principle, structural features,operating requiremen-ts of the transmission,reversing box,power wheels,test content and methods are prop-osed. Keywords: rail car; mechanical transmission system; test equipment, control system; 目 錄摘 要1Abstract21 緒論41.1前言和意義41.2實驗用軌道小車概述51.3實驗用軌道小車發(fā)展現狀與趨勢51.4設計題目61.5本章小結62 軌道小車運動學分析設計72.1運動學分析計算72.2運動方案小結102.3主要運動參數102.4本章小結103 實驗用軌道小車各部分設計方案的選擇113.1驅動機構的選擇113.2傳動裝置的選擇123.3本章小結144 實驗用軌道小車機械結構設計計算154.1電機的選擇154.2傳動轉置參數164.3減速裝置的設計174.3.1斜齒圓柱齒輪設計174.3.2減速齒輪幾何尺寸參數214.4換向裝置設計校核224.5防撞緩沖裝置的選擇254.6本章小結275 軌道小車車體零部件的設計選擇及三維造型285.1中間軸的設計與校核285.2車輪的結構設計325.3軸4的設計與校核335.4主要軸承和鍵的校核345.5電池選型及固定375.5.1電池型號的選擇375.5.2電池固定架的設計395.5.3軌道小車總體質量計算校核416 實驗軌道小車實體展示42總結43致 謝44參考文獻45本科畢業(yè)設計說明書 實驗軌道小車機械系統(tǒng)設計1 緒論1.1前言和意義隨著社會的發(fā)展進步,人工作業(yè)已慢慢被智能機械所取代,各行各業(yè)每年都會投入大量的人力、物力用于智能機械的研究,從而減少人力操作,減少勞動力,降低勞務支出,實現經濟利潤的最大化。 軌道小車的應用廣泛,現階段在大多數工廠中軌道小車主要用于運輸傳送物品。廣泛應用于機械加工廠軌道式物流傳輸;用做醫(yī)療機械,用來傳送輸液袋、血液、小型手術包,各病區(qū)治療包,消毒物品、大量藥品、實驗組織樣本、X光片、各類文件等;用于鐵路軌道檢測,用于校準軌道參數,獲取和整理現有的軌道數據等。軌道小車傳送的出現,使運輸變得更加安全,可靠,且節(jié)省時間,減少運輸過程的財務支出。軌道式傳送的一次性投資較大,但就日常營運情況和實際使用情況,軌道式物流傳輸系統(tǒng)存在著極大的優(yōu)越性,更能滿足和切合我國在相應領域的實際需求并真正解決問題。1.2實驗用軌道小車概述該課題實驗用軌道小車運用于中南大學高速鐵路工程實驗室在進行高速列車軌道的檢測項目,通過控制軌道小車的速度來檢測軌道數據參數。使實驗用軌道小車不僅能穩(wěn)定的在固定軌道上運行,而且要保證車身重量不得大于350kg。通過PLC調節(jié)電機電壓實現在一定長度的軌道上的自由調速。 軌道小車的優(yōu)勢: (1)軌道式系統(tǒng)屬于高端的傳輸系統(tǒng),長期使用可靠性強。 (2)由于傳輸小車的體積較大,系統(tǒng)單次傳輸的傳輸量較大,可容納量大,且可承載高負荷,避免了人工搬運過程中的危險事故,簡單便捷的實現了大載荷的運輸,傳送。 (3)系統(tǒng)的傳輸效率高,小車可同時運輸,系統(tǒng)的運力擴展性強,且可以根據需要調節(jié)傳輸速度。 (4)系統(tǒng)的整體故障率低,故障定位和故障排除都非常方便,維護成本低。 (5)系統(tǒng)傳輸的穩(wěn)定性和安全性好,國內外成功的使用經驗已完全能證明軌道系統(tǒng)在應用中的可靠性和必要性。1.3實驗用軌道小車發(fā)展現狀與趨勢目前,軌道小車的控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況,最早被應用的技術是基于單片機的控制系統(tǒng)。在單片機的基礎上,通過研發(fā)實現了一種以光電傳感器為敏感元件以AT89C51單片機為控制核心的電動循跡小車的智能控制系統(tǒng);在基于單片機的基礎上,使小車的電動機采用PID算法閉環(huán)調速,形成了對小車調速的另一種控制系統(tǒng)。隨著智能控制的不斷發(fā)展,繼而又有人提出了模糊-PID控制算法19,使控制系統(tǒng)的性能又有了進一步的提升;當然,還有在工業(yè)中被普遍應用的PLC控制系統(tǒng)。針對控制系統(tǒng),PLC 系統(tǒng)在工業(yè)控制中有著非常重要的作用,由于PLC 的功能非常強大,能夠抵抗較強的干擾,可靠性比較高,同時編程簡單,操作方便,因此,在工業(yè)控制中的應用越來越廣泛。目前,隨著科技的不斷進步,自動控制技術已經越來越多的被應用于各行各業(yè)中,西門子控制電機, 基于PLC 系統(tǒng)的電機自動控制采用國際標準PROFIBUS 現場總線標準,保證了系統(tǒng)的高效性與實時性,不但能夠實現對設備數據采集的獨立完成,同時其抗干擾的能力比較強,可靠性高,具有非常高的控制精度。1.4設計題目(1) 整車外形尺寸:取7級精度減速器2有機械設計選擇小齒輪材料為40Cr,調質硬度為280HBS;大齒輪的材料為 45鋼(調質)硬度為240HBS;兩者硬度差為40HBS。3選擇小齒輪的齒數 閉式齒輪為提高傳動平穩(wěn)性,減小沖擊振動小齒輪的齒數可取,取大齒輪的齒數4選取螺旋角,初選螺旋角2、 按齒面接觸疲勞強度設計 由設計公式(4-1) (1) 確定公式內的計算數值 1試選載荷系數 2計算小齒輪傳遞的扭矩 3由機械設計表10-7選取齒寬系數 4由機械設計表10-6查的材料的彈性影響系數 5由機械設計圖10-21查得小齒輪的接觸疲勞強度極限,大齒輪的接觸疲勞強度極限 6計算應力循環(huán)次數 7由機械設計圖10-19取接觸疲勞壽命系數 8計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為1%,安全系S=1由式(10-12)得 9選取區(qū)域系數: 10由圖10-26查得則 11許用接觸應力 (2) 計算1試算小齒輪的分度圓直徑,由計算公式得 2計算圓周速度 3計算齒寬b及模數 4計算縱向重合度 5計算載荷系數K查表得;根據,七級精度由圖10-8查;由表10-4查得;由圖10-13查的; 6按實際的載荷系數糾正所算得的分度圓直徑 7計算模數 3、 按齒輪彎曲強度設計 (4-2) (1) 確定計算參數 1計算載荷系數 2根據縱向重合度; 從圖10-28查得螺旋角影響系數 3計算當量齒數 4查取齒形系數 由表10-5查得 5由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限大齒輪的彎曲疲勞強度極限;由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數取彎曲疲勞安全系數S=1.47計算大小齒輪的并加以比較大齒輪的數值較大(2) 設計計算 對比計算結果,由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數大于由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數??;可滿足彎曲疲勞強度的同時滿足接觸疲勞強度,因此需按接觸疲勞強度算得的分分度圓直徑來計算齒數 則?。?.3.2減速齒輪幾何尺寸參數(1)計算中心距mm 將中心距圓整為112mm(2) 按圓整后的中心距修正螺旋角 誤差小于,所以不用修正參數(3) 計算大小齒輪的分度圓直徑 齒輪寬度: 圓整后 齒頂圓直徑: 小齒輪小齒輪做成實心結構; 大齒輪大齒輪做成腹板式結構。4.4換向裝置設計校核 選用直齒圓錐齒輪換向,換向錐齒輪的傳動比為1:1;1選擇直齒圓錐齒輪材料為40Cr,并經過調質及表面淬火處理齒面硬度為48-55HRC。2精度為7級3初步設定兩個錐齒輪的齒數相同;;齒頂高 齒根高 錐距 平均模數:當量齒數: 如圖所示:圖4-1 換向直齒錐齒輪齒輪齒根彎曲疲勞強度較核: 齒根彎曲疲勞強度校核公式: (1)各參數值的計算 直錐齒輪的載荷系數; 查表10-2得; 動載荷系數 齒間載荷分配系數 齒向載荷分布系數 查表10-9可得 分別為齒型系數及應力校正系數。按當量齒數查表10-5得 取,查表10-20d得(2) 將參數引入式 所選齒輪滿足齒輪齒根彎曲疲勞強度。齒輪齒面接觸疲勞強度校核:(4-3)校核公式:查表10-6得,查表10-21e得已知: ;取, 代入公式: 所選齒輪滿足齒面接觸疲勞強度的要求。4.5防撞緩沖裝置的選擇常用的緩沖裝置有:盤形緩沖器、彈簧摩擦式緩沖器、橡膠緩沖器、液壓緩沖器。 綜合考慮緩沖裝置的緩沖性能,安裝簡易程度以及性價比這里選用聚氨脂緩沖器。 在車子鋼板的一端上下放兩個角鋼用螺定固定,將聚氨脂緩沖器固定到角鋼上。圖4-2 聚酯氨緩沖器選用JHQ-C-5 100100 型號的聚酯氨緩沖器; 行程75mm,緩沖力66kN緩沖做功: 運動做功: 緩沖做功大于運動做功,所以可以實現緩沖防撞的作用。4-5-1選擇參數見下圖4-3:圖4-3 緩沖器選型參數購買淘寶鏈接:http:/item.taobao.com/item.htm?spm=2013.1.w7340967-5689418124.10.eor7eN&id=35746834352圖4-4 緩沖器安裝方式4.6本章小結 本章主要講述了減速裝置、換向裝置、緩沖裝置的設計選用計算過程,將選擇方案具體化。5 軌道小車車體零部件的設計選擇及三維造型5.1中間軸的設計與校核1、 初步確定軸的最小直徑選取軸的材料為45鋼,調制處理根據表15-3取于是得(5-1) 軸的兩端與聯(lián)軸器相連,取軸I的軸徑為,則與之相連的聯(lián)軸器選用尼龍聯(lián)軸器NL4,;2、 軸的結構設計圖5-1 中間軸結構簡圖采用軸用彈性擋圈30,實現定位。,選用角接觸球軸承,根據軸承的標準選用71807C。, ; 根據軸承定位原則,。 ;根據減速大齒輪的結構尺寸參數選取,;結構設計,將齒輪置于箱體中間位置,即兩軸承中間,從而取得,;根據車身要求長寬高1700700670mm,故選取,;3、 中間軸的校核T圖5-2 中間軸運動示意圖齒輪中心到兩軸承支撐點的距離水平面內:FaFrFNV2FNV1圖5-3水平面受力圖 MV1 MV2 圖5-4 水平面彎矩圖垂直面內:FtFNH2FNH1圖5-5 垂直面受力圖圖5-6 垂直面彎矩圖T3圖5-7 扭矩圖按彎拒合成應力校核軸的強度:只校核軸上承受最大彎距和扭矩的截面(即危險截面)的強度,取,軸的計算應力 軸的材料為45鋼調制處理,查表15-1知 故所設計軸滿足要求。5.2車輪的結構設計 實驗軌道小車在8kg*30m輕軌軌道鋼上運動,根據軌道鋼的結構尺寸參數選取車輪直徑,厚度,總厚度 為減輕車身重量,設計車輪為輪輻式結構。具體見圖紙LX-007圖5-8 車輪三維結構圖5.3軸4的設計與校核圖5-9 軸4結構簡圖選取軸的材料為45鋼,調質處理根據表15-3取于是得 軸的兩端與聯(lián)軸器相連,取軸I的軸徑為根據車輪厚度和車軌間距575mm,選;采用軸用彈性擋圈25,實現定位。為便于安裝軸承,選用角接觸球軸承,根據軸承的標準選用71806C。, ; 根據軸承定位原則,。 ;根據換向齒輪的結構尺寸參數選取,;使與該齒輪上的錐齒輪處于軸心線上,結構設計,從而取得;根據車身要求長寬高前進過程加速段:加速度 加速段功率且, 電量 勻速段:滑動摩擦力 勻速段電量 (較小可以忽略不計)減速段近似等于加速段 前進過程總時間 總電量 2返回階段若以1m/s的速度返回經過加速、勻速、減速后停在出發(fā)點,計算過程同上,經計算得返回階段總時間 小車一個往返過程總時長 總耗電量 : 實驗半個小時,即運動: 個往返,耗電總量: ;實驗1個小時往返70次,耗電量9AH;在此過程中通過電流的最大值: 2、根據上述參數,參照下表選取電池規(guī)格松下的電池串聯(lián)(單個12V)24AH定電流放電時間表38AH定電流放電時間表選擇電池型號參考參數表5-1 電池選型參數表 所選電池參數:電池型號容量個數電流放電時間總質量LC-PD122424AH 827.1A30min68kg表5-2 選取電池參數5.5.2電池固定架的設計電池保持架由3030角鋼焊接而成。下部固定電池,單個電池(lbh=18177175),電池的擺放方式如下 圖5-12 電池擺放方式 圖5-13 電池固定架三維圖 其上部嵌入式下沉槽用于固定控制柜。 5.5.3軌道小車總體質量計算校核 數控小車總體質量計算數量質量(kg)T6轉向器2M=212=42NL4尼龍聯(lián)軸器2對M=12=2十字滑塊聯(lián)軸器1對M=0.318減速器1M=1390臥式電動機1M=16軸承4M=40.8=3.2車輪4M20.744=83(碳鋼)承載鋼板1M23.4(鋁合金)68(碳鋼)振動儀2M=2150=300支撐鋼板5M=4M支撐架+M支撐板=2.484+2.07=12車輪端蓋4M=0.8574=3.43軸1M=4.27蓄電池24AH8M=78=56JHQC型聚氨酯緩沖器2M=20.85=1.7總計M=571+1.7=571.7 M=607.3(底板選碳鋼的情況)表5-3 小車質量計算表 6 實驗軌道小車實體展示實體展示: 圖6-1 小車實體展示 總結 畢業(yè)設計是學生在校期間十分重要的綜合型實踐教學環(huán)節(jié),是學生全面運用所學的基礎理論、專業(yè)知識和技能,對實際問題進行研究或設計的綜合訓練。畢業(yè)設計旨在檢驗學生的工作能力、創(chuàng)新能力和科學精神,促使學生學習綜合理論知識、實踐技能來解決專業(yè)問題,在設計過程中鍛煉對資料的信息的獲取和獨立分析能力,提高對本專業(yè)外文的閱讀能力,使所學的理論知識得到鞏固,將所學的知識和技能應用到實際當中解決問題,同時培養(yǎng)創(chuàng)新意識和精神,使綜合素質得到一定的提高。 致 謝 本次設計是在尊敬的龔中良老師的悉心指導下完成的,老師嚴瑾的治學態(tài)度和精益求精的工作作風使我受益匪淺。在此,我首先向導師表示誠摯的感謝!本次畢業(yè)設計是大學三年間所學知識的綜合運用,通過這次設計把三年所學的基礎理論和專業(yè)課程作了一個總結和回顧,加深了對理論的理解,能夠掌握機械設計的全套思路,為以后的發(fā)展大下了一定的基礎。 在設計過程中,我查閱了大量的的圖書資料以及網路資料,尤其是在對各類設計手冊的查閱中,我的知識面得到了很大的提高;通過對該課題的獨立設計,在遇到問題,解決問題的過程中,使我對機械知識有了一個更加深入的了解,對機械這門學科有了進一步的理解。也使我獨立設計的能力有了極大的提高。在課題的設計中,我得到了老師和同學們給我的很大支持和幫助,在此我向他們表示衷心的感謝。在設計過程中遇到不懂得地方,及時與老師,同學討論,解決難題。同時,感謝大學四年來各科老師對我的教育,感謝學院給予的良好學習環(huán)境使我避免了很多彎路,感謝中南林業(yè)科技大學給我提供的良好學習平臺。 當然,由于我的設計水平有限,實踐經驗不足,在設計中難免存在一些錯誤。懇請老師們給予批評指正。 參考文獻 1 濮良貴、紀名剛 , 機械設計(第八版).高等教育出版社, 2012. 2 朱輝等,畫法幾何及工程制圖(第六版).上??萍技夹g出版社,2009. 3 潘存云等,機械原理.中南大學出版社,2011. 4 成大先,機械設計手冊(第五版).化學工業(yè)出版社,2008. 5 楊黎明,機械設計簡明手冊.國防工業(yè)出版社,2008. 6 王少懷,機械設計師手冊.電子工業(yè)出版社,2006. 7 黃靖遠等,機械設計學(第三版).機械工業(yè)出版社,2011. 8 理論力學(I)(第七版).高等教育出版社,2009. 9 吳宗澤等,機械設計課程設計手冊(第四版).高等教育出版社,2012.10 徐卓農等,電子與電工技術(第二版).北京大學出版社,2011.11 邢啟恩等,三維設計基礎與典型范例.電子工業(yè)出版社,2008.12 洪江等,動畫演示與運動分析實例解析.機械工業(yè)出版社,2006.13 鄭建民等,機電一體化系統(tǒng)設計(第三版).高等教育出版社,2012.14 何偉峰、馬筠,智能化軌道小車物流傳輸系統(tǒng)在醫(yī)學的應用,中國醫(yī)學裝 備雜志2012年11月第9卷第11期.15 Scriba PC,Berger J.Healthe care research:the challenge initiative of the Federal PhysiciansBoardJ.DtschMedWochenschr,2007,132(25-26):1424-1426.16 Guest JF,Helter MT,Morga A,et al.Costeffectiveness of using continuous positive airway pressure in the treatment of severe Obstructive sleep apnoea/hypopnoea syndrome in the UKJ.Thorax, 2008,63(10):860-865.17 倪雪梅,一種軌道小車的設計,機械 2012 年增刊 總第39 卷.18 趙寧寧,基于PLC的電機自動控制設計,科技向導期刊 2013年20期.19 http:/wenku.baidu.com/view/af991dfa941ea76e58fa0467.html.20 http:/wenku.baidu.com/view/6f5056126c175f0e7cd137e4.html.21 趙欣,張家棟等,軌道參數智能測試系統(tǒng)M,中國儀器儀表,2002,1.22 盧秉恒. 機械制造技術基礎 三版.北京: 機械工業(yè)出版社,2007. 42
收藏