實(shí)驗(yàn)軌道小車機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙和說明書】,含CAD圖紙和說明書,實(shí)驗(yàn),試驗(yàn),軌道,小車,機(jī)械,系統(tǒng),設(shè)計(jì),cad,圖紙,以及,說明書,仿單 摘 要 軌道車作為鐵路設(shè)備維修、大修、基建等施工部門執(zhí)行任務(wù)的主要工具，是鐵路運(yùn)輸工作中重要的組成部分。機(jī)械傳動(dòng)式軌道車傳動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)裝置的研制是一項(xiàng)具有現(xiàn)實(shí)意義的研究，其主要應(yīng)用于車輛段大修完成后的軌道車機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的變速箱、換向箱和動(dòng)力輪對進(jìn)行空載試驗(yàn)。 然而，我國軌道車串供系統(tǒng)試驗(yàn)裝置的使用權(quán)僅限于金鷹、秦嶺兩大軌道車生產(chǎn)廠家。而在各地軌道車檢修車輛段中的應(yīng)用幾乎沒有。論文首先對國內(nèi)外軌道車實(shí)驗(yàn)裝置的研發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢作出了分析，結(jié)合了智能試驗(yàn)的功能要求，對測控系統(tǒng)的各個(gè)單元進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。 根據(jù)軌道車傳動(dòng)系統(tǒng)中變速箱、換向箱和動(dòng)力輪對的組成原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)轉(zhuǎn)要求，提出測試實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和方法。 關(guān)鍵詞：軌道車；機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)；試驗(yàn)裝置；控制系統(tǒng) The Design of the Rail car’s mechanical system Abstract 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 1 Abstract 2 1 緒論 4 1.1前言和意義 4 1.2實(shí)驗(yàn)用軌道小車概述 5 1.3實(shí)驗(yàn)用軌道小車發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 5 1.4設(shè)計(jì)題目 6 1.5本章小結(jié) 6 2 軌道小車運(yùn)動(dòng)學(xué)分析設(shè)計(jì) 7 2.1運(yùn)動(dòng)學(xué)分析計(jì)算 7 2.2運(yùn)動(dòng)方案小結(jié) 10 2.3主要運(yùn)動(dòng)參數(shù) 10 2.4本章小結(jié) 10 3 實(shí)驗(yàn)用軌道小車各部分設(shè)計(jì)方案的選擇 11 3.1驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 11 3.2傳動(dòng)裝置的選擇 12 3.3本章小結(jié) 14 4 實(shí)驗(yàn)用軌道小車機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 15 4.1電機(jī)的選擇 15 4.2傳動(dòng)轉(zhuǎn)置參數(shù) 16 4.3減速裝置的設(shè)計(jì) 17 4.3.1斜齒圓柱齒輪設(shè)計(jì) 17 4.3.2減速齒輪幾何尺寸參數(shù) 21 4.4換向裝置設(shè)計(jì)校核 22 4.5防撞緩沖裝置的選擇 25 4.6本章小結(jié) 27 5 軌道小車車體零部件的設(shè)計(jì)選擇及三維造型 28 5.1中間軸的設(shè)計(jì)與校核 28 5.2車輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 32 5.3軸4的設(shè)計(jì)與校核 33 5.4主要軸承和鍵的校核 34 5.5電池選型及固定 37 5.5.1電池型號的選擇 37 5.5.2電池固定架的設(shè)計(jì) 39 5.5.3軌道小車總體質(zhì)量計(jì)算校核 41 6 實(shí)驗(yàn)軌道小車實(shí)體展示 42 總結(jié) 43 致 謝 44 參考文獻(xiàn) 45 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 實(shí)驗(yàn)軌道小車機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 緒論 1.1前言和意義 隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，人工作業(yè)已慢慢被智能機(jī)械所取代，各行各業(yè)每年都會(huì)投入大量的人力、物力用于智能機(jī)械的研究，從而減少人力操作，減少勞動(dòng)力，降低勞務(wù)支出，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)利潤的最大化。 軌道小車的應(yīng)用廣泛，現(xiàn)階段在大多數(shù)工廠中軌道小車主要用于運(yùn)輸傳送物品。廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工廠軌道式物流傳輸；用做醫(yī)療機(jī)械，用來傳送輸液袋、血液、小型手術(shù)包，各病區(qū)治療包，消毒物品、大量藥品、實(shí)驗(yàn)組織樣本、X光片、各類文件等；用于鐵路軌道檢測，用于校準(zhǔn)軌道參數(shù)，獲取和整理現(xiàn)有的軌道數(shù)據(jù)等。軌道小車傳送的出現(xiàn)，使運(yùn)輸變得更加安全，可靠，且節(jié)省時(shí)間，減少運(yùn)輸過程的財(cái)務(wù)支出。軌道式傳送的一次性投資較大，但就日常營運(yùn)情況和實(shí)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(yīng)領(lǐng)域的實(shí)際需求并真正解決問題。 1.2實(shí)驗(yàn)用軌道小車概述 該課題——實(shí)驗(yàn)用軌道小車運(yùn)用于中南大學(xué)高速鐵路工程實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行高速列車軌道的檢測項(xiàng)目，通過控制軌道小車的速度來檢測軌道數(shù)據(jù)參數(shù)。使實(shí)驗(yàn)用軌道小車不僅能穩(wěn)定的在固定軌道上運(yùn)行，而且要保證車身重量不得大于350kg。通過PLC調(diào)節(jié)電機(jī)電壓實(shí)現(xiàn)在一定長度的軌道上的自由調(diào)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(qiáng)。 (2)由于傳輸小車的體積較大，系統(tǒng)單次傳輸?shù)膫鬏斄枯^大，可容納量大，且可承載高負(fù)荷，避免了人工搬運(yùn)過程中的危險(xiǎn)事故，簡單便捷的實(shí)現(xiàn)了大載荷的運(yùn)輸，傳送。 (3)系統(tǒng)的傳輸效率高，小車可同時(shí)運(yùn)輸，系統(tǒng)的運(yùn)力擴(kuò)展性強(qiáng)，且可以根據(jù)需要調(diào)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(hù)成本低。 (5)系統(tǒng)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性好，國內(nèi)外成功的使用經(jīng)驗(yàn)已完全能證明軌道系統(tǒng)在應(yīng)用中的可靠性和必要性。 1.3實(shí)驗(yàn)用軌道小車發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 目前，軌道小車的控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r，最早被應(yīng)用的技術(shù)是基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)。在單片機(jī)的基礎(chǔ)上，通過研發(fā)實(shí)現(xiàn)了一種以光電傳感器為敏感元件以AT89C51單片機(jī)為控制核心的電動(dòng)循跡小車的智能控制系統(tǒng)；在基于單片機(jī)的基礎(chǔ)上，使小車的電動(dòng)機(jī)采用PID算法閉環(huán)調(diào)速，形成了對小車調(diào)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(jìn)一步的提升；當(dāng)然，還有在工業(yè)中被普遍應(yīng)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(qiáng)大，能夠抵抗較強(qiáng)的干擾，可靠性比較高，同時(shí)編程簡單，操作方便，因此，在工業(yè)控制中的應(yīng)用越來越廣泛。目前，隨著科技的不斷進(jìn)步，自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)越來越多的被應(yīng)用于各行各業(yè)中，西門子控制電機(jī)， 基于PLC 系統(tǒng)的電機(jī)自動(dòng)控制采用國際標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS 現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，保證了系統(tǒng)的高效性與實(shí)時(shí)性，不但能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)備數(shù)據(jù)采集的獨(dú)立完成，同時(shí)其抗干擾的能力比較強(qiáng)，可靠性高，具有非常高的控制精度。 1.4設(shè)計(jì)題目 （1） 整車外形尺寸：<1700*700*670mm； （2） 整車負(fù)載能力：≥350kg； （3） 整車自重：≤350kg； （4） 啟動(dòng)加速段為5米左右（不含車身長度），最高加速到4m/s； （5） 在30米長的試驗(yàn)段內(nèi)，數(shù)控電瓶車應(yīng)能在1m/s~4m/s的速度范圍內(nèi)任意設(shè)定并穩(wěn)定運(yùn)行，運(yùn)行平穩(wěn)度要求在±0.1m/s內(nèi)； （6） 剎車段長度為≤5米左右（不含車身長度），數(shù)控電瓶車應(yīng)能在該段內(nèi)完成剎車直至完全靜止； （7） 兩車軸平行度偏差不得大于0.5mm； （8） 數(shù)控電瓶車的輪距為575mm; （9） 控制系統(tǒng)采用PLC為主控元件，觸摸屏為人機(jī)交互設(shè)備，觸摸屏可以設(shè)定車速，顯示運(yùn)行距離，設(shè)定啟動(dòng)時(shí)間，設(shè)定運(yùn)行距離，設(shè)定剎車位置； （10） 數(shù)控電瓶車采用電瓶供電，供電電壓96V； （11） 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用無刷直流電機(jī)，額定功率7KW、額定轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)、額定電壓96V；經(jīng)過1:10減速機(jī)構(gòu)減速后，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)；車輪直徑0.35米，車輪最高轉(zhuǎn)速300rpm。 （12）試驗(yàn)儀器的電纜，由電纜拖鏈進(jìn)行收放，防止損壞。 1.5本章小結(jié) 本章介紹了實(shí)驗(yàn)用軌道小車的基本概念，應(yīng)用領(lǐng)域，發(fā)展軌道小車的重要性及設(shè)計(jì)目的。并介紹了它的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與方向以及該題目的設(shè)計(jì)要求。 2 軌道小車運(yùn)動(dòng)學(xué)分析設(shè)計(jì) 2.1運(yùn)動(dòng)學(xué)分析計(jì)算 加速階段：要使速度達(dá)到1m/s~4m/s的范圍，已知車身質(zhì)量≦350kg,實(shí)驗(yàn)設(shè)備≧350kg，計(jì)算過程取600kg計(jì)算. 若取， 采用兩輪驅(qū)動(dòng)： 最大靜摩擦力近似與滑動(dòng)摩擦力 ； 滾動(dòng)摩擦 （滾動(dòng)摩擦力?最大靜摩擦力，故滾動(dòng)摩擦力忽略不計(jì)） 初步假設(shè)，在水平面運(yùn)動(dòng): ; 相較于加速度，的加速度在內(nèi)達(dá)到的速度差距較大，故兩輪驅(qū)動(dòng)不能實(shí)現(xiàn)。 改用四輪驅(qū)動(dòng)： 最大靜摩擦力近似與滑動(dòng)摩擦力 ； 滾動(dòng)摩擦 （滾動(dòng)摩擦力?最大靜摩擦力，故滾動(dòng)摩擦力忽略不計(jì)） 初步假設(shè)，在水平面運(yùn)動(dòng): 若v取最大值,則可得 根據(jù)要求要在5m之內(nèi)加速到4m/s在水平面無法實(shí)現(xiàn) 圖 2-1 運(yùn)動(dòng)簡圖 方案一：將加速端加高使重力的分力提供一部分加速度 設(shè)角θ如圖所示，則 恰好取到臨界值，考慮到空氣阻力和滾動(dòng)摩擦等因素的影響，所以取h=1/20m時(shí)很難達(dá)到，所以為保證達(dá)車子速度可在1~4m/s進(jìn)行試驗(yàn)此方案不成立。 方案二：加長加速段距離 取加速段s=5.5m通過PLC調(diào)控可在1~4m/s內(nèi)運(yùn)行， 方案二較方案一結(jié)構(gòu)簡單且方便操作經(jīng)濟(jì)實(shí)用，經(jīng)與甲方協(xié)商選擇加長加速段長度取s=5.5m在水平面運(yùn)行。 加速度： 2.2運(yùn)動(dòng)方案小結(jié) 在水平軌道上運(yùn)行，四輪驅(qū)動(dòng)，取加速段長度s=5.5m 2.3主要運(yùn)動(dòng)參數(shù) 加速度： 初步取m=600kg， 車輪需做功的最大值： 已知小車位移、加速度， 可知小車加速時(shí)間： 最大靜摩擦力： 需消耗最大功率： 車輪運(yùn)動(dòng)所需最大扭矩： 2.4本章小結(jié) 本章針對本課題——實(shí)驗(yàn)用軌道小車機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，根據(jù)題目要求計(jì)算選擇運(yùn)動(dòng)方案，確定幾輪驅(qū)動(dòng)。計(jì)算主要參數(shù)為下面的設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。 3 實(shí)驗(yàn)用軌道小車各部分設(shè)計(jì)方案的選擇 3.1驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)根據(jù)動(dòng)力源的不同常用有氣壓驅(qū)動(dòng)，液壓驅(qū)動(dòng)，機(jī)械驅(qū)動(dòng)，電氣驅(qū)動(dòng)等。 這里選用直流無刷永磁電機(jī)，該電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)： ①無碳刷，無火花。 ②轉(zhuǎn)速調(diào)整大。 ③效率高，轉(zhuǎn)矩大。 ④啟動(dòng)電流小，噪音低。 ⑤體積小，重量輕。 ⑥高可靠性的雙霍爾出線方式。 大多數(shù)電瓶車都選用直流無刷永磁電機(jī)，故此處選用此種驅(qū)動(dòng)裝置。 圖3-1 直流無刷永磁電機(jī) 3.2傳動(dòng)裝置的選擇 常用傳動(dòng)裝置： 齒輪傳動(dòng)——圓柱齒輪、圓錐齒輪、諧波齒輪、擺線針輪、蝸輪蝸桿。 螺旋傳動(dòng)——螺母絲桿、T型絲桿、普通滑動(dòng)絲桿等 同步帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、鋼帶傳動(dòng)、鋼絲繩傳動(dòng)等 根據(jù)本題要求初步選用齒輪傳動(dòng)，相較于蝸輪蝸桿，齒輪傳動(dòng)的齒輪傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)： 可傳遞空間任意軸間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，即軸可以平行，交叉或交錯(cuò)；轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，其傳動(dòng)比恒定，大多數(shù)齒輪的傳動(dòng)比是常數(shù)；適應(yīng)范圍廣（傳遞速度、功率范圍都大）；壽命長；效率高；結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。 蝸桿傳動(dòng)缺點(diǎn)：傳動(dòng)效率較低，不宜在大功率下長期連續(xù)工作；為了減磨耐磨，蝸輪齒圈需用貴重的青銅制造，成本較高。故針對該課題選用齒輪傳動(dòng)。 方案一：如圖所示 圖3-2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡圖1 電動(dòng)機(jī)1縱向放置，通過聯(lián)軸器帶動(dòng)一對直齒圓錐齒輪傳動(dòng)，錐齒輪2減速的減速比為5:1；然后帶動(dòng)中間軸轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過兩端的各一對直齒錐齒輪3實(shí)現(xiàn)2級減速，速比為2:1，同時(shí)錐齒輪3實(shí)現(xiàn)換向。從而實(shí)現(xiàn)小車的運(yùn)動(dòng)。 方案一電機(jī)的縱向放置，使電機(jī)放置位置的縱向占用尺寸較大，要使車身的總體重心在車體的中間位置，中間軸要下移，從而使錐齒輪3的作用力作用于軸4的端部位置，使4軸所受彎矩較大，故該放案不合適。 方案二 電動(dòng)機(jī)橫向放置，使中間傳動(dòng)軸置于車體中間位置，且此時(shí)重心的偏移量也較小。 圖3-3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意簡圖2 在該方案下提出兩種傳動(dòng)設(shè)計(jì)： 設(shè)計(jì)①電動(dòng)機(jī)2橫向放置，通過聯(lián)軸器帶動(dòng)一對斜齒圓柱齒輪3傳動(dòng)，圓柱齒輪3減速的減速比為5:1；然后帶動(dòng)中間軸轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過兩端的各一對直齒錐齒輪4實(shí)現(xiàn)2級減速，速比為2:1，同時(shí)錐齒輪3實(shí)現(xiàn)換向。從而實(shí)現(xiàn)小車的運(yùn)動(dòng)。 設(shè)計(jì)②電動(dòng)機(jī)2橫向放置，通過聯(lián)軸器帶動(dòng)一對斜齒圓柱齒輪3傳動(dòng)，齒輪3減速的減速比為10:1；然后帶動(dòng)中間軸轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過兩端的各一對直齒錐齒輪3，1:1傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)換向。從而實(shí)現(xiàn)小車的運(yùn)動(dòng)。 比較：設(shè)計(jì)①錐齒輪4既要實(shí)現(xiàn)2:1減速又要實(shí)現(xiàn)換向，這就要求錐齒輪4的中心線有較高的垂直精度，同時(shí)保證2:1減速的傳動(dòng)平穩(wěn)性。這就使錐齒輪4的機(jī)械加工制造工藝要求增大。設(shè)計(jì)②將圓柱齒輪3的傳功比增大到10:1，而錐齒輪4變?yōu)?:1傳動(dòng)只要實(shí)現(xiàn)換向即可，降低了對錐齒輪的工藝性要求只需保證中心線的垂直度即可。相對于設(shè)計(jì)①，設(shè)計(jì)②結(jié)構(gòu)簡單且成本較低。故選擇設(shè)計(jì)②。 總結(jié)：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案選擇方案二（如圖二所示）的設(shè)計(jì)② 3.3本章小結(jié) 本章主要講述了驅(qū)動(dòng)元件，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇方案及選擇方法。選擇的過程中的比較優(yōu)缺點(diǎn)分析。 4 實(shí)驗(yàn)用軌道小車機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：動(dòng)力元件 減速裝置 緩沖裝置 控制裝置 4.1電機(jī)的選擇 斜齒圓柱齒輪單級減速10:1減速，1:1換向錐齒輪裝置傳動(dòng)效率為，電機(jī)效率聯(lián)軸器效率，軸承效率，減速齒輪效率。 車輪轉(zhuǎn)速： 經(jīng)過1：10減速機(jī)構(gòu)，故電機(jī)的轉(zhuǎn)速： 選取電機(jī)GC90系列電動(dòng)機(jī)平板車用直流無刷電機(jī) 額定電壓 額定轉(zhuǎn)速 額定功率 最大功率 質(zhì)量 GC-90 DC96V 表4-1 電機(jī)參數(shù) 3000r/min 4KW 1.3 16Kg 4.2傳動(dòng)轉(zhuǎn)置參數(shù) 1) 各軸轉(zhuǎn)速 2） 各軸功率 3） 各軸轉(zhuǎn)矩 功率P/KW 轉(zhuǎn)矩T/(n·m) 轉(zhuǎn)速n/(r/min) 傳動(dòng)比 1軸 922.5 79.55 218.38 1:1 1:10 2軸 2167.4 88.4 218.38 3軸 2353 9.3 2183.8 表4-2 各軸參數(shù) 4.3減速裝置的設(shè)計(jì) 4.3.1斜齒圓柱齒輪設(shè)計(jì) 1、選齒輪類型精度等級，材料及齒數(shù) 1>取7級精度減速器 2>有[機(jī)械設(shè)計(jì)]選擇小齒輪材料為40Cr，調(diào)質(zhì)硬度為280HBS；大齒輪的材料為 45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS；兩者硬度差為40HBS。 3>選擇小齒輪的齒數(shù) 閉式齒輪為提高傳動(dòng)平穩(wěn)性，減小沖擊振動(dòng)小齒輪的齒數(shù)可取,取大齒輪的齒數(shù) 4>選取螺旋角，初選螺旋角 2、 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)公式 （4-1） （1） 確定公式內(nèi)的計(jì)算數(shù)值 1>試選載荷系數(shù) 2>計(jì)算小齒輪傳遞的扭矩 3>由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-7選取齒寬系數(shù) 4>由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-6查的材料的彈性影響系數(shù) 5>由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-21查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 6>計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 7>由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù) 8>計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)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(shù)： 10>由圖10-26查得 則 11>許用接觸應(yīng)力 （2） 計(jì)算 1>試算小齒輪的分度圓直徑，由計(jì)算公式得 2>計(jì)算圓周速度 3>計(jì)算齒寬b及模數(shù) 4>計(jì)算縱向重合度 5>計(jì)算載荷系數(shù)K 查表得； 根據(jù)，七級精度由圖10-8查； 由表10-4查得； 由圖10-13查的； 6>按實(shí)際的載荷系數(shù)糾正所算得的分度圓直徑 7>計(jì)算模數(shù) 3、 按齒輪彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) （4-2） （1） 確定計(jì)算參數(shù) 1>計(jì)算載荷系數(shù) 2>根據(jù)縱向重合度； 從圖10-28查得螺旋角影響系數(shù) 3>計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) 4>查取齒形系數(shù) 由表10-5查得 5>由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限； 由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù) 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4 7>計(jì)算大小齒輪的并加以比較 大齒輪的數(shù)值較大 （2） 設(shè)計(jì)計(jì)算 對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)??；可滿足彎曲疲勞強(qiáng)度的同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，因此需按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分分度圓直徑來計(jì)算齒數(shù) 則?。? 4.3.2減速齒輪幾何尺寸參數(shù) (1)計(jì)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(shù) （3） 計(jì)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(shí)心結(jié)構(gòu)； 大齒輪大齒輪做成腹板式結(jié)構(gòu)。 4.4換向裝置設(shè)計(jì)校核 選用直齒圓錐齒輪換向，換向錐齒輪的傳動(dòng)比為1:1； 1>選擇直齒圓錐齒輪材料為40Cr，并經(jīng)過調(diào)質(zhì)及表面淬火處理齒面硬度為48-55HRC。 2>精度為7級 3>初步設(shè)定兩個(gè)錐齒輪的齒數(shù)相同；; 齒頂高 齒根高 錐距 平均模數(shù)： 當(dāng)量齒數(shù)： 如圖所示： 圖4-1 換向直齒錐齒輪 齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度較核： 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核公式： (1)各參數(shù)值的計(jì)算 直錐齒輪的載荷系數(shù)； 查表10-2得； 動(dòng)載荷系數(shù) 齒間載荷分配系數(shù) 齒向載荷分布系數(shù) 查表10-9可得 分別為齒型系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)。 按當(dāng)量齒數(shù)查表10-5得 取， 查表10-20d得 （2） 將參數(shù)引入式 所選齒輪滿足齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。 齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)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(qiáng)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(jià)比這里選用聚氨脂緩沖器。 在車子鋼板的一端上下放兩個(gè)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-5 100×100 型號的聚酯氨緩沖器； 行程75mm,緩沖力66kN 緩沖做功： 運(yùn)動(dòng)做功: 緩沖做功大于運(yùn)動(dòng)做功，所以可以實(shí)現(xiàn)緩沖防撞的作用。 4-5-1 選擇參數(shù)見下圖4-3： 圖4-3 緩沖器選型參數(shù) 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(jié) 本章主要講述了減速裝置、換向裝置、緩沖裝置的設(shè)計(jì)選用計(jì)算過程，將選擇方案具體化。 5 軌道小車車體零部件的設(shè)計(jì)選擇及三維造型 5.1中間軸的設(shè)計(jì)與校核 1、 初步確定軸的最小直徑 選取軸的材料為45鋼，調(diào)制處理根據(jù)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖5-1 中間軸結(jié)構(gòu)簡圖 采用軸用彈性擋圈30，實(shí)現(xiàn)定位。 ，選用角接觸球軸承，根據(jù)軸承的標(biāo)準(zhǔn)選用71807C。 , ; 根據(jù)軸承定位原則，。 ； 根據(jù)減速大齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)選取，； 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將齒輪置于箱體中間位置，即兩軸承中間，從而取得 ，； 根據(jù)車身要求長寬高<1700×700×670mm， 故選取，； 3、 中間軸的校核 T 圖5-2 中間軸運(yùn)動(dòng)示意圖 齒輪中心到兩軸承支撐點(diǎn)的距離 水平面內(nèi)： Fa Fr FNV2 FNV1 圖5-3水平面受力圖 MV1 MV2 圖5-4 水平面彎矩圖 垂直面內(nèi)： Ft FNH2 FNH1 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(yīng)力校核軸的強(qiáng)度： 只校核軸上承受最大彎距和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面）的強(qiáng)度， 取,軸的計(jì)算應(yīng)力 軸的材料為45鋼調(diào)制處理， 查表15-1知 故所設(shè)計(jì)軸滿足要求。 5.2車輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)軌道小車在8kg*30m輕軌軌道鋼上運(yùn)動(dòng)，根據(jù)軌道鋼的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)選取 車輪直徑，厚度，總厚度 為減輕車身重量，設(shè)計(jì)車輪為輪輻式結(jié)構(gòu)。具體見圖紙LX-007 圖5-8 車輪三維結(jié)構(gòu)圖 5.3軸4的設(shè)計(jì)與校核 圖5-9 軸4結(jié)構(gòu)簡圖 選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理根據(jù)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(jù)車輪厚度和車軌間距575mm，選； 采用軸用彈性擋圈25，實(shí)現(xiàn)定位。 為便于安裝軸承， 選用角接觸球軸承，根據(jù)軸承的標(biāo)準(zhǔn)選用71806C。 , ; 根據(jù)軸承定位原則，。 ； 根據(jù)換向齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)選取，； 使與該齒輪上的錐齒輪處于軸心線上，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而取得 ; 根據(jù)車身要求長寬高<1700×700×670mm，故選取。 5.4主要軸承和鍵的校核 1、軸承的校核 這里只計(jì)算主要軸承的校核，輸出軸4上用于支撐的軸承，根據(jù)車身結(jié)構(gòu)和支撐需要，此處選用帶立式座外球面球軸承UCP205 25×36.5×34 圖5-10 軸承受力圖 一、設(shè)計(jì)參數(shù) 　　徑向力 Fr=62.7 (N) 　　軸向力 Fa=62.7 (N) 　　軸頸直徑 d1=25 (mm) 　　轉(zhuǎn)速 n=218.38 (r/min) 　　要求壽命 Lh'=5000 (h) 　　溫度系數(shù) ft=1 　　潤滑方式 Grease=油潤滑 二、被選軸承信息 　 基本額定動(dòng)載荷 C=14000 (N) 　　基本額定靜載荷 Co=7880 (N) 　　極限轉(zhuǎn)速(油) nlimy=15000 (r/min) 帶立式座外球面球軸承UCP205 25×36.5×34 三、當(dāng)量動(dòng)載荷 　　接觸角 a=0 (度) 　　負(fù)荷系數(shù) fp=1.2 　　判斷系數(shù) e=0.177 　　徑向載荷系數(shù) X=0.56 軸向載荷系數(shù) Y=2.434 當(dāng)量動(dòng)載荷 （5-2） P=225.269 (N) 軸承所需基本額定動(dòng)載荷 C'=908.126 (N) 四、校核軸承壽命 壽命系數(shù)： 根據(jù)公式： （5-3） 軸承壽命 Lh=18319588 (h) 已知軸承的預(yù)計(jì)壽命為=10000h 驗(yàn)算結(jié)果合格 額定壽命修正： 可靠度系數(shù) a1 = 1 材料系數(shù) a2 = 1 運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù) a3 = 1 修正后壽命計(jì)算公式： Lna = 240038(10^6 轉(zhuǎn)) 修正后結(jié)果：合格 2、 主要鍵的選擇與校核 這里只計(jì)算車輪與軸連接處鍵的選擇與校核，其它同理可得， 已知此處軸的直徑， 選取單圓頭平鍵GB/T 鍵C 傳遞的轉(zhuǎn)矩 T ==39375 N·mm 　軸的直徑 d =24 mm 　鍵的類型　stype =C型 　鍵的截面尺寸　b×h =8x7 mm 　鍵的長度　L =32 mm 　鍵的有效長度　L0 =28.000 mm 　接觸高度　k =2.800 mm 　材 料　Met =鋼 　載荷類型　PType =靜載荷 　許用應(yīng)力　： [p] =50 MPa 按工作面壓強(qiáng)計(jì)算，公式為： 計(jì)算應(yīng)力　p =41.853 MPa 校核計(jì)算結(jié)果： p ≤ [p] 滿足 5.5電池選型及固定 5.5.1電池型號的選擇 減速段 加速段 圖5-11 小車運(yùn)動(dòng)軌跡簡圖 1、電容量計(jì)算 1>前進(jìn)過程 加速段：加速度 加速段功率 且， 電量 勻速段：滑動(dòng)摩擦力 勻速段電量 （較小可以忽略不計(jì)） 減速段近似等于加速段 前進(jìn)過程總時(shí)間 總電量 2>返回階段 若以1m/s的速度返回 經(jīng)過加速、勻速、減速后停在出發(fā)點(diǎn)，計(jì)算過程同上，經(jīng)計(jì)算得返回階段 總時(shí)間 小車一個(gè)往返過程總時(shí)長 總耗電量 ： 實(shí)驗(yàn)半個(gè)小時(shí)，即運(yùn)動(dòng)： 個(gè)往返， 耗電總量： ； 實(shí)驗(yàn)1個(gè)小時(shí)往返70次，耗電量9AH； 在此過程中通過電流的最大值： 2、根據(jù)上述參數(shù)，參照下表選取電池規(guī)格 松下的電池串聯(lián)（單個(gè)12V) 24AH定電流放電時(shí)間表 38AH定電流放電時(shí)間表 選擇電池型號參考參數(shù) 表5-1 電池選型參數(shù)表 所選電池參數(shù)： 電池型號 容量 個(gè)數(shù) 電流 放電時(shí)間 總質(zhì)量 LC-PD1224 24AH 8 27.1A 30min 68kg 表5-2 選取電池參數(shù) 5.5.2電池固定架的設(shè)計(jì) 電池保持架由30×30角鋼焊接而成。 下部固定電池,單個(gè)電池 （l×b×h=181×77×175)， 電池的擺放方式如下 圖5-12 電池?cái)[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(zhì)量計(jì)算校核 數(shù)控小車總體質(zhì)量計(jì)算 數(shù)量 質(zhì)量(kg) T6轉(zhuǎn)向器 2 M=21×2=42 NL4尼龍聯(lián)軸器 2對 M=1×2=2 十字滑塊聯(lián)軸器 1對 M=0.318 減速器 1 M=13 90臥式電動(dòng)機(jī) 1 M=16 軸承 4 M=4×0.8=3.2 車輪 4 M≈20.74×4=83（碳鋼） 承載鋼板 1 M≈23.4（鋁合金）68（碳鋼） 振動(dòng)儀 2 M=2×150=300 支撐鋼板 5 M=4×M支撐架+M支撐板=2.48×4+2.07=12 車輪端蓋 4 M=0.857×4=3.43 軸 1 M=4.27 蓄電池24AH 8 M=7×8=56 JHQC型聚氨酯緩沖器 2 M=2×0.85=1.7 總計(jì) ∑M=571+1.7=571.7 M=607.3(底板選碳鋼的情況） 表5-3 小車質(zhì)量計(jì)算表 6 實(shí)驗(yàn)軌道小車實(shí)體展示 實(shí)體展示： 圖6-1 小車實(shí)體展示 總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生在校期間十分重要的綜合型實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，是學(xué)生全面運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識和技能，對實(shí)際問題進(jìn)行研究或設(shè)計(jì)的綜合訓(xùn)練。畢業(yè)設(shè)計(jì)旨在檢驗(yàn)學(xué)生的工作能力、創(chuàng)新能力和科學(xué)精神，促使學(xué)生學(xué)習(xí)綜合理論知識、實(shí)踐技能來解決專業(yè)問題，在設(shè)計(jì)過程中鍛煉對資料的信息的獲取和獨(dú)立分析能力，提高對本專業(yè)外文的閱讀能力，使所學(xué)的理論知識得到鞏固，將所學(xué)的知識和技能應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中解決問題，同時(shí)培養(yǎng)創(chuàng)新意識和精神，使綜合素質(zhì)得到一定的提高。 致 謝 本次設(shè)計(jì)是在尊敬的龔中良老師的悉心指導(dǎo)下完成的，老師嚴(yán)瑾的治學(xué)態(tài)度和精益求精的工作作風(fēng)使我受益匪淺。在此，我首先向?qū)煴硎菊\摯的感謝！本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)三年間所學(xué)知識的綜合運(yùn)用，通過這次設(shè)計(jì)把三年所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)課程作了一個(gè)總結(jié)和回顧，加深了對理論的理解，能夠掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的全套思路，為以后的發(fā)展大下了一定的基礎(chǔ)。 在設(shè)計(jì)過程中，我查閱了大量的的圖書資料以及網(wǎng)路資料，尤其是在對各類設(shè)計(jì)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(dú)立設(shè)計(jì)，在遇到問題，解決問題的過程中，使我對機(jī)械知識有了一個(gè)更加深入的了解，對機(jī)械這門學(xué)科有了進(jìn)一步的理解。也使我獨(dú)立設(shè)計(jì)的能力有了極大的提高。 在課題的設(shè)計(jì)中，我得到了老師和同學(xué)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(shè)計(jì)過程中遇到不懂得地方，及時(shí)與老師，同學(xué)討論，解決難題。同時(shí)，感謝大學(xué)四年來各科老師對我的教育，感謝學(xué)院給予的良好學(xué)習(xí)環(huán)境使我避免了很多彎路，感謝中南林業(yè)科技大學(xué)給我提供的良好學(xué)習(xí)平臺(tái)。 當(dāng)然，由于我的設(shè)計(jì)水平有限，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足，在設(shè)計(jì)中難免存在一些錯(cuò)誤。懇請老師們給予批評指正。 參考文獻(xiàn) [1] 濮良貴、紀(jì)名剛 ， 機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）.高等教育出版社, 2012. 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