鐵軌光學(xué)檢測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)含6張CAD圖.zip,鐵軌,光學(xué),檢測(cè),平臺(tái),設(shè)計(jì),CAD 鐵軌光學(xué)檢測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì) DESIGN OF RAIL OPTICAL DETECTION PLATFORM 摘要 現(xiàn)在我們國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，隨著工業(yè)化程度加深，之前使用的人工檢測(cè)，效率很低，對(duì)于現(xiàn)在的生產(chǎn)速度實(shí)現(xiàn)不了，還有人工成本現(xiàn)在提高了，這些問題都需要及時(shí)解決。電腦對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行管理和控制，使得生產(chǎn)效率提升很多，以致如今很多人都開始研究這個(gè)問題。 本課題主要設(shè)計(jì)光學(xué)檢測(cè)平臺(tái)，利用光電檢測(cè)技術(shù)對(duì)鐵軌進(jìn)行檢測(cè)。其主要設(shè)計(jì)內(nèi)容有對(duì)鐵軌列車的發(fā)展，光電檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展等內(nèi)容的研究；對(duì)檢測(cè)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算與確定，對(duì)驅(qū)動(dòng)部分的零件進(jìn)行校核。還對(duì)平臺(tái)的控制部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。 最后，繪制檢測(cè)平臺(tái)裝配圖及主要零部件圖，對(duì)設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行二次優(yōu)化，編寫本設(shè)計(jì)說明書等。 關(guān)鍵詞 光學(xué)檢測(cè)；平臺(tái)；鐵軌；設(shè)計(jì)；控制 I Abstract With the rapid growth of China's economy ， the process of industrialization has been promoted. The low efficiency of traditional manual detection technology has completely failed to keep pace with production ， and the rise of labor costs has become an urgent problem. The management of production and the control of production process can solve the problem of low efficiency to a certain extent， so more and more people pay attention to it. This topic mainly designs optical inspection platform ， and uses photoelectric detection technology to detect rail. The main contents of the design are the development of rail train and the development of photoelectric detection technology. The structure of the detection platform is designed， calculated and determined， and the parts of the driving part are checked. The control part of the platform is also designed. Finally， the assembly drawing and main parts map of the inspection platform are drawn up， and the design parts are optimized for two times， and the design instructions are written. Keywords optical inspection; platform; rail; design; control IV 目 錄 摘要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1 本課題選題的背景及意義 1 1.2 鐵軌的概述 1 1.3 國(guó)內(nèi)外鐵軌列車的發(fā)展 1 1.4 光電檢測(cè)技術(shù)的概述 3 1.5 光電檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 3 1.6 光電檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 4 1.7 本課題研究的內(nèi)容及技術(shù)路線 5 2 總體方案的選擇與確定 7 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)的確定 7 2.2 鐵軌光學(xué)檢測(cè)平臺(tái)參數(shù)要求 8 2.3 傳動(dòng)方案的選擇、比較與確定 8 2.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇 11 3 主要零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 14 3.1 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) 14 3.2 蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì) 15 3.2.1 選擇蝸桿的傳動(dòng)類型 15 3.2.2 選擇材料 15 3.2.3 蝸桿傳動(dòng)的受力分析 16 3.2.4 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 16 3.2.5 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 17 3.2.6 精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定 17 3.2.7 熱平衡核算 18 3.3 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 18 3.3.1 前輪軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 18 3.3.2 后輪軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 20 3.4 滾動(dòng)軸承的選擇、計(jì)算與確定 23 3.4.1 前輪軸軸承選擇、計(jì)算與確定 24 3.4.2 蝸桿軸軸承的選擇、計(jì)算與確定 25 3.4.3 后輪軸軸承選擇、計(jì)算與確定 26 4 其他零部件的設(shè)計(jì)與確定 28 4.1 車體的設(shè)計(jì)與確定 28 4.2 車輪的設(shè)計(jì)與確定 29 4.3 攝像頭的選擇 29 5 電氣控制部分的設(shè)計(jì) 31 5.1 設(shè)計(jì)控制電路應(yīng)遵循的原則 31 5.2 控制電路的設(shè)計(jì)步驟 31 5.3 控制電路原理的確定 32 結(jié)論 33 致謝 34 參考文獻(xiàn) 35 1.1 本課題選題的背景及意義 1 緒論 9 現(xiàn)在鐵路的公里數(shù)是一直在增加的，所以對(duì)鐵路的鋼軌進(jìn)行檢測(cè)的工作量是越來越大。要是軌道的面上有破壞，或者是軌道里面有破壞，那么有可能就會(huì)出現(xiàn)軌道斷裂的情況，所以軌道在出現(xiàn)比較小的裂痕，還有疲勞損傷的時(shí)候就要及時(shí)的看出來，這樣才能確保鐵路安全運(yùn)行。一般速度的鐵路現(xiàn)在在我們國(guó)家已經(jīng)超過了十二萬公里，高鐵的公里數(shù)也已經(jīng)超過了兩萬，在這樣的大環(huán)境下，對(duì)鋼軌進(jìn)行檢修的工作量就更多了。在火車行駛的時(shí)候，鋼軌會(huì)出現(xiàn)壓潰，側(cè)磨等等情況，如果鐵路的軌道斷裂了，這個(gè)事故是非常巨大的，對(duì)于乘車人來說會(huì)影響到他們的生命的。所以怎么樣及時(shí)的將鋼軌的問題檢測(cè)出來是非常重要的，再加上現(xiàn)在鐵路的公里數(shù)一直在加大，乘坐火車的人更多，這樣對(duì)于檢測(cè)系統(tǒng)來說顯那么就有就更加重要了。現(xiàn)在對(duì)這個(gè)檢測(cè)平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，一定要更加及時(shí)，精度更高，可靠性更好，更快，距離更遠(yuǎn)的進(jìn)行檢測(cè)，它的意義是非常重大的。 1.2 鐵軌的概述 對(duì)于軌道來說，重要零部件是鐵軌，這個(gè)部分對(duì)火車的所有重量來進(jìn)行承受，不管是強(qiáng)度，還是狀態(tài)對(duì)于火車運(yùn)行時(shí)候的安全性，穩(wěn)定性影響都很大。 1、鐵軌有哪些作用 引導(dǎo)火車向著需要的方向進(jìn)行運(yùn)行，之后將火車輪的載荷還有沖擊全部施加在軌道還有扣件的上面，在自動(dòng)閉塞的地方，作為軌道電路來說，鐵軌是其中的一個(gè)部分，可以對(duì)信號(hào)電流進(jìn)行傳輸。在電氣化這一段，鐵軌還能夠?qū)㈦娏鞯幕亓鬟M(jìn)行導(dǎo)線。 2、鐵軌有哪些要求 鐵軌是用來讓火車車輪進(jìn)行滾動(dòng)的面，一定要不間斷，并且非常平順，阻力不大，并且還能夠產(chǎn)生很大的粘著牽引力給火車，所以鐵軌上面的面摩擦系數(shù)才是符合需要的，這樣才能有摩擦力出現(xiàn)；鐵軌會(huì)受到?jīng)_擊，要想讓火車的車輪對(duì)鐵軌的沖擊少一些，這樣鐵軌的破壞就沒有那么多了，所以鐵軌的可撓性是比較好的；在有很大的壓力施加在鐵軌的上面，鐵軌不能出現(xiàn)破壞的情況，那么它的強(qiáng)度一定要很大。要是硬度很大的話，鐵軌就會(huì)因?yàn)榛疖囓囕営袆?dòng)力對(duì)它進(jìn)行沖擊，那么鐵軌就會(huì)被弄壞了，鐵軌的斷裂韌性一定要好。 1.3 國(guó)內(nèi)外鐵軌列車的發(fā)展 1、法國(guó)高鐵的發(fā)展過程 當(dāng)今世界，最開始著手將火車速度提高的國(guó)家就是法國(guó)，在 1955 年的時(shí)候，法國(guó)的火車最高速度就達(dá)到了每小時(shí)三百三是以公里，日本將新干線建成之后，他們對(duì)高鐵的研究起點(diǎn)就更高了，在 1976 年的時(shí)候，法國(guó)建立了 TGV，TGV 高速鐵路系統(tǒng)的發(fā)展是很快的，不管是技術(shù)上，經(jīng)濟(jì)上都很厲害的，這四十年來，法國(guó)的高鐵技術(shù)一直都是世界上最先進(jìn)的。 在 1981 年的時(shí)候，法國(guó)擁有了他們國(guó)家的第一條高鐵線路。在 1990 年的時(shí)候，TVG 的高鐵運(yùn)行速度達(dá)到每小時(shí)五百一十五點(diǎn)三公里，在 1990 年的時(shí)候，又建成了地中海高鐵線路，火車在運(yùn)行的時(shí)候，速度可以達(dá)到每小時(shí)三百五十公里，法國(guó)還擁有雙層火車， 時(shí)速可以達(dá)到每小時(shí)三百公里，現(xiàn)在已經(jīng)研究出來速度更高的火車，時(shí)速可以達(dá)到每小時(shí)三百五十公里。 1993 年的時(shí)候，TVG 北方線開始運(yùn)行，整個(gè)長(zhǎng)度達(dá)到三百三十三公里。北方縣有兩個(gè)支線，是一個(gè)相當(dāng)重要的國(guó)際路線。 2、德國(guó)高鐵的發(fā)展歷史 1986 年開始，德國(guó)對(duì)高鐵開始進(jìn)行研究，在 1986 年的時(shí)候德國(guó)將 ICE 開始進(jìn)行運(yùn)行， 要想在整個(gè)歐洲進(jìn)行使用，ICE 發(fā)展到第三代的時(shí)候，它不需要使用動(dòng)力車頭。將動(dòng)力分散到火車的每一個(gè)車輪的上面，每一個(gè)車廂向前推動(dòng)的時(shí)候力量都是一樣的，耗費(fèi)一樣的時(shí)候，這個(gè)火車的穩(wěn)定性，動(dòng)能還有爬坡能力都是非常強(qiáng)大的。在這個(gè)技術(shù)基礎(chǔ)上，德國(guó)人有研究了兩種擺式火車，一種是 ICE-T，還有一種是 ICE-TD，這兩種火車的主要發(fā)展目標(biāo)是為了讓火車在拐彎的時(shí)候保持車子的速度是平均的，能夠很好的在彎道比較多的地方行走，這個(gè)火車上有他們專有的車體傾斜技術(shù)，這樣就算是彎道再多，彎道再急，他在進(jìn)行拐彎的時(shí)候車子的速度更快。 3、中國(guó)高鐵的發(fā)展歷史 中國(guó)的鐵路發(fā)展到今天已經(jīng)超過一百年了，新中國(guó)建立之后，到現(xiàn)在發(fā)展了五十多年， 發(fā)展過程經(jīng)歷的困難是非常多的，在這段時(shí)間里面，我們國(guó)家的鐵路從小到大，從少到多， 從以前的弱變到現(xiàn)在的強(qiáng)大，雖然有失敗，有坎坷，但是我們一直在吸取教訓(xùn)，一直在積累經(jīng)驗(yàn)，所以才有了今天的規(guī)模。 這幾十年，我們國(guó)家的鐵路發(fā)展是有自己的變化的，也是有自己的發(fā)展的。在上世紀(jì)七十年代到八十年代這段時(shí)間里面，我們國(guó)家的鐵路進(jìn)到了更新的發(fā)展階段。路線更新， 方針更新的情況下，國(guó)家有政策進(jìn)行引導(dǎo)，鐵路行業(yè)的發(fā)展是相當(dāng)快的，技術(shù)也是一直在進(jìn)行提升的。 鐵路要想適應(yīng)現(xiàn)在這個(gè)發(fā)展這么快的社會(huì)，速度要提高才是最大的技術(shù)要求。不管是日本還是法國(guó)這些發(fā)達(dá)國(guó)家，世界上很多國(guó)家都開始對(duì)高鐵進(jìn)行建設(shè)。特別是上世紀(jì)九十年代到現(xiàn)在，很多歐洲國(guó)家開始建設(shè)高鐵鐵路，在亞洲，北美，日韓國(guó)家都開始對(duì)鐵路進(jìn)行大規(guī)模的研究，大規(guī)模的建設(shè)。 現(xiàn)在世界上擁有時(shí)速超過兩百公里火車的國(guó)家有日本，有法國(guó)，現(xiàn)在對(duì)這種火車進(jìn)行大規(guī)模建設(shè)的國(guó)家有中國(guó)，韓國(guó)，還有瑞士等等。 上世紀(jì) 1994 年的時(shí)候，我們國(guó)家在廣州建成了我們國(guó)家第一條高鐵線路，并且賣票進(jìn)行運(yùn)營(yíng)，當(dāng)時(shí)的火車時(shí)速達(dá)到每小時(shí)一百六十公里到兩百公里，在技術(shù)上的提升是很大的，之后還進(jìn)行大力的研究和開發(fā)，對(duì)于我們國(guó)家來說，這是研究高鐵的起點(diǎn)。 在 2003 年的時(shí)候，我們國(guó)家從秦皇島到沈陽的高鐵開始正式賣票進(jìn)行運(yùn)行，在建設(shè) 了這條高鐵線之后，運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間之后，找到了一條適合我們國(guó)家實(shí)際情況的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)， 還有建設(shè)的辦法，管理的經(jīng)驗(yàn)等等，希望到 2020 年的時(shí)候，我們國(guó)家能夠建成四橫四縱的鐵路網(wǎng)，這樣可以很好的提升我們國(guó)家的鐵路運(yùn)營(yíng)狀況，滿足現(xiàn)代化發(fā)展的需要。 1.4 光電檢測(cè)技術(shù)的概述 光電檢測(cè)技術(shù)一種新的檢測(cè)技術(shù)，將光學(xué)跟電子學(xué)結(jié)合在一起。他可以去的光的信息， 對(duì)光還有電進(jìn)行轉(zhuǎn)換，測(cè)量光的有關(guān)信息，對(duì)檢測(cè)來的信息進(jìn)行智能化的處理，它的精度是很高的，速度也是很快的，距離遠(yuǎn)，并且容量很大，不需要進(jìn)行接觸，使用時(shí)間長(zhǎng)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化。在我們國(guó)家的很多行業(yè)里面，發(fā)展也是很快的，并且使用的范圍也很大，在光電信息技術(shù)行業(yè)里面它是技術(shù)最先進(jìn)的。檢測(cè)光學(xué)型號(hào)的時(shí)候可以通過電子技術(shù)來進(jìn)行，傳動(dòng)，保存，還有控制，顯示的時(shí)候都可以智能化進(jìn)行。原則上來說，所有的光量還有具備光特征的非電量，都可以通過它檢測(cè)出來。將需要檢測(cè)的非電量進(jìn)行轉(zhuǎn)換， 變位方便接收的光學(xué)信息，之后對(duì)它進(jìn)行檢測(cè)，之后放大電路，對(duì)它進(jìn)行處理，之后就可以輸送電的型號(hào)了。之后對(duì)噪聲出現(xiàn)的原因進(jìn)行分析，將它的規(guī)律找出來，這里面涉及到的專業(yè)知識(shí)是比較多的，電子的，信息的還有電腦的等等，這樣就可以改造電路了，那么就可以對(duì)噪聲下面的電信號(hào)來進(jìn)行研究了，這樣就可以知道非電量的狀態(tài)是什么樣了。檢測(cè)微弱信號(hào)，是為了從很大的噪聲里面將有用的信號(hào)提取出來。 光電檢測(cè)技術(shù)所包含的東西是比較多的，有光電變換技術(shù)，有光信息獲取技術(shù)，還有光信息測(cè)量技術(shù)等等。這個(gè)技術(shù)可以將光跟電的技術(shù)結(jié)合起來，進(jìn)行測(cè)量，它的精度是很高的，速度也是很快的，距離也是相當(dāng)?shù)倪h(yuǎn)的，測(cè)量的時(shí)候不需要進(jìn)行接觸等特點(diǎn)。 1.5 光電檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 現(xiàn)在科技的發(fā)展很快，光電檢測(cè)現(xiàn)在的精度是非常高的，有納米級(jí)別的，還有亞納米級(jí)別的；在很多行業(yè)里面使用的光電檢測(cè)是越來越多，有小型的，速度非?？斓墓怆姍z測(cè)系統(tǒng)。原來的檢測(cè)是需要進(jìn)行檢測(cè)的，并且檢測(cè)時(shí)候速度比較慢的，現(xiàn)在的檢測(cè)技術(shù)不需要進(jìn)行接觸，并且速度還非?？?，現(xiàn)在的發(fā)展方向是維空間三維檢測(cè)，還有大空間三維檢測(cè)技術(shù)；進(jìn)行光電檢測(cè)的時(shí)候閉環(huán)控制，那么光電檢測(cè)跟光電控制就實(shí)現(xiàn)一體化了。在很多人們沒有辦法去到的地方進(jìn)行檢測(cè)。在很多行業(yè)里面，光電檢測(cè)技術(shù)的影響是很大的， 讓我們的日常生活，工業(yè)生產(chǎn)，國(guó)防建設(shè)都有了很大的變化。現(xiàn)在光纖傳感技術(shù)發(fā)展的很快，現(xiàn)在光纖氣體傳感器研究的人是很多的，并且用的地方也是很多的。它的靈敏度是很高的，反應(yīng)起來速度也很快，防止燃燒防止爆炸，對(duì)電磁的干擾是沒有任何影響的，就算是距離很長(zhǎng)，還是可以進(jìn)行輸送，進(jìn)行操控等好處，所以現(xiàn)在對(duì)于光電檢測(cè)的方法研究的人是越來越多。 現(xiàn)在光纖光柵傳感器用的很多，所以通過它對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)的系統(tǒng)發(fā)展也是很快的。跟之前用單色儀，光譜掃描儀來進(jìn)行檢測(cè)的系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，光纖光柵系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè) 的時(shí)候，通過轉(zhuǎn)換光電，也就是將檢測(cè)到的光的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱男盘?hào)，它的好處是非常多的，并且使用的檢測(cè)儀器花的錢是比較少的，帶到哪都非常方便，對(duì)于每時(shí)每刻都在變化的信號(hào)都可以進(jìn)行檢測(cè)，使用的地域范圍更加廣大等等好處。 在人類基因工程上，光電檢測(cè)技術(shù)的使用也是比較大的，比方說通過光的信號(hào)是強(qiáng)還是弱來對(duì) DNA 的型號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，這樣的檢測(cè) DNA 的系統(tǒng)，一樣也是通過硅組成的，這個(gè)電路是集成的。在這個(gè)系統(tǒng)里面，DNA 的序列跟磁珠連在一起，在 DNA 原油的序列跟探針 DNA 混雜了之后，磁珠就會(huì)在載體的上面進(jìn)行覆蓋，這個(gè)時(shí)候暗區(qū)就出來了。不過載體下方的光電二極管陣列，這個(gè)時(shí)候就可以將雜交之后的 DNA 檢測(cè)出來，對(duì)比反應(yīng)之后的光的型號(hào)，可以看出來它的變化，將 DNA 雜交的輸送出來。 新型抗干擾式光電檢測(cè)頭，使用的是優(yōu)化之后的紅外發(fā)射管工作時(shí)候的數(shù)據(jù)，還有用脈沖選通門對(duì)電路進(jìn)行監(jiān)控，這樣對(duì)電氣的干擾噪聲就被壓制住了，檢測(cè)頭對(duì)干擾的抵抗性就變那么就有更好了，并且工作時(shí)候的可靠性更好。有實(shí)驗(yàn)表示了，它是有效性是非常好的。并且這種光電檢測(cè)頭在很多體型非常大的機(jī)器上使用，在生產(chǎn)單位真正使用的時(shí)候： 新的光電檢測(cè)頭的失誤率是老的檢測(cè)系統(tǒng)的千分之一，對(duì)電氣的抗干擾性是非常好的，所以在工業(yè)上來看，它的可靠性是非常高的。 現(xiàn)在科技發(fā)展的這么快，無損檢測(cè)技術(shù)是一種更新的技術(shù)，這個(gè)跟原來的物理化學(xué)分析辦法是不一樣的，它使用的是物理的辦法來進(jìn)行分析，比方說光學(xué)，電學(xué)等等，對(duì)于產(chǎn)品是不會(huì)有任何破壞的，不僅可以知道產(chǎn)品的有關(guān)信息，還不會(huì)損傷產(chǎn)品，將無損檢測(cè)速度跟原來使用的檢測(cè)辦法進(jìn)行對(duì)比，它的速度還是更快的，并且可以從外表就可以知道產(chǎn)品里面的相關(guān)信息?，F(xiàn)在電腦技術(shù)發(fā)展的很快，所以化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展也是很快的，這樣一來在工業(yè)還有農(nóng)業(yè)中，無損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展使用的范圍是更大的。無損光電檢測(cè)按照需要測(cè)量的對(duì)象的特征來進(jìn)行檢測(cè)，有對(duì)光的反應(yīng)，對(duì)聲的反應(yīng)，對(duì)熱的反應(yīng)，它的技術(shù)有紅外光譜檢測(cè)技術(shù)、拉曼光譜檢測(cè)技術(shù)等。按照不一樣的使用對(duì)象，還有使用的地方來進(jìn)行劃分，無損光電檢測(cè)技術(shù)和相應(yīng)的檢測(cè)裝置可以進(jìn)行檢測(cè)。 現(xiàn)在科技發(fā)展的很快，很多更新的檢測(cè)辦法一直在被研發(fā)出來的。 1.6 光電檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)在全球的競(jìng)爭(zhēng)是非常激烈的，現(xiàn)在每一天技術(shù)都在進(jìn)步，檢測(cè)在我們國(guó)家的很多行業(yè)里面，起的作用都是很大的，不管是進(jìn)行研究，還是對(duì)于產(chǎn)品的質(zhì)量，還有控制自動(dòng)化上，都要進(jìn)行檢測(cè)，通過現(xiàn)代化的光電子檢測(cè)技術(shù)，不需要進(jìn)行檢測(cè)，產(chǎn)品沒有損耗，就算是距離再遠(yuǎn)，對(duì)干擾抵抗能力很高，不會(huì)受到環(huán)境的影響，檢測(cè)的時(shí)候速度是很快的， 精度也是非常高的這些好處，在現(xiàn)在的檢測(cè)行業(yè)這個(gè)是主要的發(fā)展方向。光電檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向是精度更高，更加智能化，數(shù)字化，自動(dòng)化。什么是精度更高，也就是說檢測(cè)的精度是更高的，將來納米精度，還有亞納米精度出現(xiàn)的會(huì)越來越多的；所謂智能化，說的檢測(cè)系統(tǒng)更加智能化；所謂數(shù)字化，說的是檢測(cè)出來的結(jié)果用數(shù)字表示出來，這樣就可以 讓光電檢測(cè)跟光電控制實(shí)現(xiàn)一體化；所謂多元化，說的就是光電檢測(cè)儀器在進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候綜合化更強(qiáng)，參數(shù)更多，測(cè)量的維度更多等等，還能在很多人們沒有辦法進(jìn)到的地方去進(jìn)行測(cè)量，比方說維空間，還有巨大的空間，對(duì)他們進(jìn)行三維檢測(cè)；所謂自動(dòng)化，說的就是進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候可以自動(dòng)化進(jìn)行，不需要進(jìn)行接觸，在很快的速度下就可以將結(jié)果測(cè)量出來，檢測(cè)的狀態(tài)原來是靜態(tài)的，現(xiàn)在是動(dòng)態(tài)的。 光電檢測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)就是激光器，這個(gè)就是它的發(fā)展方向?，F(xiàn)在精密度更高，功能性也更加的全面，現(xiàn)在對(duì)于原來使用的又貴又復(fù)雜的檢測(cè)方法已經(jīng)不再使用了。因?yàn)榧す饧夹g(shù)發(fā)展的很快，成本也慢慢降低了，所以現(xiàn)在很多光電使用者，最先選用的就是激光光電檢測(cè)。對(duì)于光電檢測(cè)技術(shù)來說，還有一個(gè)重要的發(fā)展方向就是激光器為主的檢測(cè)系統(tǒng)。這個(gè)技術(shù)將激光脈沖進(jìn)行使用，它的能量是很高的，在跟檢測(cè)的物品的面進(jìn)行接觸的時(shí)候， 在很快的時(shí)間里面就會(huì)產(chǎn)生熱作用，在固體的面上會(huì)有熱特性區(qū)出現(xiàn)，之后通過這一點(diǎn)小小的熱，讓物料里面進(jìn)行很快的擴(kuò)散，這樣就會(huì)有熱應(yīng)力出現(xiàn)，之后因?yàn)橛袩釕?yīng)力，這樣就會(huì)有超聲波出現(xiàn)了。跟一般的超聲檢測(cè)辦法來進(jìn)行對(duì)比，激光超聲使用的時(shí)候距離是非常遠(yuǎn)的，在溫度很高的地方，腐蝕性很強(qiáng)的地方，或者是輻射很大的地方都是可以使用的， 在進(jìn)行掃描的時(shí)候速度是非?？斓模退闶切枰獟呙璧漠a(chǎn)品行走的速度很快，他還是可以在線進(jìn)行檢測(cè)的；激光超聲進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，有盲區(qū)，但是盲區(qū)很小，比一百微米還要小， 可以對(duì)比較薄的物品進(jìn)行測(cè)量。激光超聲的頻率帶是非常寬的，比一般使用的換能器還要寬的多，可以對(duì)一些比較細(xì)小的裂紋，缺陷來進(jìn)行檢測(cè)；產(chǎn)品的面要是形狀非常復(fù)雜的， 或者是空間非常小的，比方說焊接在最下面的管道等等，在對(duì)他們進(jìn)行觀測(cè)量的時(shí)候可以用激光超聲來進(jìn)行；這種激光超聲檢測(cè)對(duì)于空間的分辨率是很高的，可以對(duì)出現(xiàn)缺陷的地方進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，還能夠把缺陷的大小量出來。 還有一個(gè)發(fā)展方向就是智能光電檢測(cè)系統(tǒng)，它所包含的內(nèi)容有對(duì)智能信號(hào)進(jìn)行處理的系統(tǒng)，有光電傳感系統(tǒng)，還有接口部分等等。因?yàn)楝F(xiàn)在使用的智能光電檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)于周圍環(huán)境的適應(yīng)力是很強(qiáng)的，測(cè)量的范圍很大，精度也很高，特別是對(duì)于人工智能這一塊強(qiáng)化了很多，及時(shí)的對(duì)于噪聲，溫度，還有電壓的改變進(jìn)行修改，還有操作界面是非常好的， 這樣一來對(duì)于操作程序上是簡(jiǎn)單了不少的，對(duì)于數(shù)值的處理效率是提高了很多，并且分析的時(shí)候效率也是很高的。 1.7 本課題研究的內(nèi)容及技術(shù)路線 這篇論文研究的是鐵軌上使用的光學(xué)檢測(cè)平臺(tái)，要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過查看資料，將理論跟時(shí)間進(jìn)行結(jié)合，它的技術(shù)路線是： 1、查找資料，將小車的總設(shè)計(jì)方案制定下來，將小車的性能弄清楚，按照平臺(tái)承受在載荷，還有速率的大小，再加上現(xiàn)在已經(jīng)使用的機(jī)器，還有對(duì)鐵路進(jìn)行保養(yǎng)的時(shí)候需要注意的問題，對(duì)它進(jìn)行校核，將數(shù)據(jù)算出來，確定類型。 2、對(duì)有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的老師傅進(jìn)行學(xué)習(xí)，看小車在進(jìn)行工作的時(shí)候會(huì)有哪些問題出現(xiàn)， 對(duì)這些問題怎樣去進(jìn)行解決，將自己的方案告訴老師，看這個(gè)方案是不是合理，是不是能夠使用。 3、對(duì)于承受能力，工作時(shí)候的穩(wěn)定性，預(yù)防震動(dòng)的性能，還有前進(jìn)時(shí)候的速度等進(jìn)行了解，按照機(jī)械要求將這個(gè)車子的物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)處理，要注意設(shè)計(jì)出來的這個(gè)系統(tǒng)可以用在現(xiàn)實(shí)里面來，并且要方便一些，它的模型要漂亮，并且輕一些，用起來要便利等。 4、將檢測(cè)系統(tǒng)的傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)出來，將控制電路設(shè)計(jì)出來，用 CAD 將模型建立出來。 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)的確定 2 總體方案的選擇與確定 論文里面設(shè)計(jì)的這個(gè)平臺(tái)能夠?qū)疖囦撥夁M(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，有什么問題能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)，鐵軌光學(xué)檢測(cè)平臺(tái)一定要及時(shí)，精度高，可靠性好，非常方便，距離長(zhǎng)，并且能夠定量進(jìn)行檢測(cè)。整體效果圖如下： 圖 2-1 光學(xué)檢測(cè)平臺(tái)效果圖一 圖 2-2 鐵軌光學(xué)檢測(cè)平臺(tái)效果圖二 表 2-1 鐵軌光學(xué)檢測(cè)平臺(tái)部件及功能表 1 車體 抵抗壓力，小車的大體輪廓 2 后輪 提供車體運(yùn)行與平穩(wěn) 3 智能攝像頭 對(duì)物體進(jìn)行檢測(cè) 4 線路板 使小車能夠運(yùn)行 5 前輪支架 支撐前輪 6 支架軸 起支撐作用 7 前輪軸 省力和改變用力方向 8 電動(dòng)機(jī) 把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，給小車提供動(dòng)力 9 蝸桿軸 支撐轉(zhuǎn)動(dòng)件回轉(zhuǎn)并傳遞扭矩 10 軸承 支撐機(jī)械旋轉(zhuǎn)體 11 后輪軸 省力和改變用力方向 2.2 鐵軌光學(xué)檢測(cè)平臺(tái)參數(shù)要求 表 2-2 鐵軌光學(xué)檢測(cè)平臺(tái)參數(shù)要求鐵軌光學(xué)檢測(cè)平臺(tái)參數(shù)要求 參考尺寸 180mm，平臺(tái)車輪兩輪間距與車體尺寸必須基于軌距設(shè)計(jì) 人員配置 本次設(shè)計(jì)采用無人操作； 重量 設(shè)備以輕量化、模塊化為核心思想，設(shè)備總重量不超過 13.5Kg，工作人員可以在 5 分鐘內(nèi)完成上下線的組裝和拆卸 走行操控 無損檢測(cè)系統(tǒng)與走行操控為運(yùn)行，走行可以進(jìn)行； 最高走行速度 ≤100mm/s； 續(xù)航能力 連續(xù)運(yùn)行距離不少于 40Km 或者連續(xù)運(yùn)行時(shí)間不少于 4h； 承重 ≤21.5Kg； 偏載與靜態(tài)減載率 無偏載，靜態(tài)減載率≤0.65； 走行平臺(tái)強(qiáng)度 強(qiáng)度滿足承載要求，撓跨比≤1/150； 走行輪參數(shù) 尺寸符合 TB/T 449 要求。同一車輪垂直方向直徑差<0.5mm，同一輪對(duì)的兩車輪直徑差<0.5mm； 走行輪接觸材料要求 走行輪接觸材料采用聚氨酯制作，正常運(yùn)行或緊急制動(dòng)時(shí)無明顯擦傷，材料性能應(yīng)滿足各項(xiàng)檢驗(yàn)要求，走行輪采用絕緣設(shè)計(jì)，絕緣阻值>1MΩ； 走行車體尺寸要求 車體寬度<2m 走行啟動(dòng)及制動(dòng)駐車要求 行車制動(dòng)與駐車制動(dòng)裝置獨(dú)立。啟動(dòng)要求在 33%上坡道時(shí)可從靜止?fàn)顟B(tài)實(shí)現(xiàn)坡起。制動(dòng)要求在鋼軌踏面淋水下行車制動(dòng)距離<20m，要求駐車制動(dòng)距離 <30m。在鋼軌踏面淋水的 33‰的坡道能夠穩(wěn)定駐車； 電器設(shè)備防水等級(jí) 操作臺(tái)、電控箱等電器設(shè)備外殼防水等級(jí)達(dá)到 IP55 級(jí)； 數(shù)據(jù)處理能力檢測(cè) 穩(wěn)定性  表 2-3 鐵軌光學(xué)檢測(cè)平臺(tái)探輪系統(tǒng)整體要求鐵軌光學(xué)檢測(cè)平臺(tái)探輪系統(tǒng)整體要求 具備 A 型、B 型掃查探傷數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理、顯示、標(biāo)記、存儲(chǔ) 回放功能。具備閘門內(nèi) A 型掃查信號(hào)數(shù)據(jù)輸出存儲(chǔ)功能； 運(yùn)行過程中可應(yīng)對(duì)過彎，超高，車輛蛇形運(yùn)動(dòng)等情況 能獲得較為穩(wěn)定的檢測(cè)結(jié)果 2.3 傳動(dòng)方案的選擇、比較與確定 方案一：結(jié)構(gòu)是四個(gè)輪子的。檢測(cè)小車用的是前面跟后面兩個(gè)輪子，用一個(gè)電動(dòng)機(jī)， 用兩個(gè)錐齒輪減速器，進(jìn)行二級(jí)減速，這樣就可以確保兩個(gè)輪子在動(dòng)作的時(shí)候，速度是一樣的，并且進(jìn)行傳送的時(shí)候是非常穩(wěn)定的。因?yàn)橐霚p低速度，就要通過齒輪來進(jìn)行，在進(jìn)行傳動(dòng)的時(shí)候，效率是很高的。 圓錐齒輪的類型有直齒的，有斜齒的，還有曲尺的等等，不過因?yàn)樯a(chǎn)的時(shí)候使用直齒圓錐齒輪，對(duì)它進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)行安裝的時(shí)候是便利的，生產(chǎn)花費(fèi)的錢是比較少的，所以使用的是非常多的。曲齒圓錐齒輪因?yàn)樵谶M(jìn)行傳動(dòng)的時(shí)候，穩(wěn)定性是非常高的，承受能力也是比較強(qiáng)的，所以在很多速度快，載荷比較大的傳動(dòng)上使用。比方說車子里面，拖拉機(jī)里面的差速齒輪裝置等。 可以不管是哪兩個(gè)軸里面的動(dòng)力進(jìn)行傳送，傳動(dòng)的時(shí)候非常穩(wěn)定，可靠性高，效率也是很高的，使用時(shí)間長(zhǎng)，構(gòu)造非常緊湊，傳送的時(shí)候速度很快，功率也很大。不過生產(chǎn)的時(shí)候使用的機(jī)器是專門的，生產(chǎn)精度高，安裝精度也高，距離遠(yuǎn)的時(shí)候不能進(jìn)行傳送。 圖 2-3 傳動(dòng)方案一 表 2-4 序號(hào) 名稱 1 后走行輪 2 減速器 3 齒輪 4 聯(lián)軸器 5 電動(dòng)機(jī) 6 前走行輪 方案二：它的結(jié)構(gòu)是四輪的。用來進(jìn)行檢測(cè)的小車，它的電機(jī)是同一個(gè)，減速的時(shí)候用的是蝸輪蝸桿。使用渦輪軸，還有蝸桿軸，因?yàn)閭鲃?dòng)用的是渦輪蝸桿，在垂直方向上的軸起的作用有兩個(gè)：一個(gè)對(duì)電動(dòng)機(jī)還有從動(dòng)機(jī)安裝的地方也變那么就有更小，另外使用起來更加便利更加合理。通過減速器之后，三相異步電機(jī)帶動(dòng)后輪進(jìn)行動(dòng)作。在圖紙 2-2 里面就是傳動(dòng)部分。傳動(dòng)的時(shí)候使用渦輪蝸桿，下面對(duì)它進(jìn)行分析： 1、好的地方： （1）一級(jí)速比是很大的 圓柱齒輪傳動(dòng)，還有圓錐齒輪傳動(dòng)，他們一級(jí)速度正常最大數(shù)值在十分之一的樣子， 不過加工蝸輪蝸桿傳動(dòng)還是比較簡(jiǎn)單的，速度比在 1/70-1/100。蝸輪蝸桿傳動(dòng)減速器的體積是比較小的，速比是非常大的。圖紙里面將蝸輪蝸桿減速器跟斜齒輪減速器進(jìn)行高對(duì)比， 他們進(jìn)行傳送的功率是三十，輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)的速度是每分鐘一千兩百轉(zhuǎn)。 （2）轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候噪聲比較小，震動(dòng)也沒有多大 圓柱齒輪跟圓錐齒輪在中心點(diǎn)相合，他們的接觸是滾動(dòng)接觸，蝸輪的接觸方式用的是滑動(dòng)的，所以震動(dòng)不多，噪聲也不多。所以，電動(dòng)扶梯，移動(dòng)人行道，還有最近這些年避免公害的機(jī)器，減速器用的都是蝸輪蝸桿的。 （3）軸可以垂直布局，并且不會(huì)相互相交在一起 渦輪軸，還有蝸桿軸的結(jié)構(gòu)，可以讓原動(dòng)機(jī)還有從動(dòng)機(jī)在進(jìn)行安裝的時(shí)候，占據(jù)的面積小，并且還非常便利，非常合理。 （4）防止出現(xiàn)反過來轉(zhuǎn) 蝸桿的導(dǎo)程角比摩擦角還要小，從理論上來說，渦輪帶動(dòng)蝸桿，所以蝸桿傳動(dòng)部分要設(shè)計(jì)一個(gè)自鎖裝置。不過，真正的齒面摩擦系數(shù)，因?yàn)橛姓駝?dòng)，所以靜摩擦系數(shù)就變成動(dòng)摩擦系數(shù)，所以有的時(shí)候的轉(zhuǎn)動(dòng)是很慢的，這樣要想自鎖是非常難的。 2、不好的地方： （1）效率不高： 對(duì)比蝸輪蝸桿傳動(dòng)，跟別的形式的 N 輪傳動(dòng)進(jìn)行對(duì)比，在動(dòng)力進(jìn)行傳送的時(shí)候，齒面摩擦的損耗是很大的，并且效率不高。現(xiàn)在，因?yàn)樯a(chǎn)的辦法進(jìn)行了改良，所以跟理論上的數(shù)據(jù)靠的是比較近的，有的蝸輪蝸桿進(jìn)行傳動(dòng)的時(shí)候速比在 1/5，蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)的速度是 180 轉(zhuǎn)/分下，傳動(dòng)效率可以高到 98%。不過中心距是一樣的，要是速比的數(shù)值是 1/70，蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)的速度是 200 轉(zhuǎn)/分，傳動(dòng)效率只能達(dá)到 60%. （2）齒輪的表面容易有粘附出現(xiàn)： 漸開線齒形圓柱齒輪，如果有載荷作用在齒輪面上，因?yàn)橛械牡胤綍?huì)出現(xiàn)形狀的改變， 輪齒的接觸就變那么就有好了，不過蝸輪蝸桿進(jìn)行傳動(dòng)的時(shí)候，齒輪接觸之后變那么就有不好了，換一句話說就是齒輪面上的油膜有可能出現(xiàn)破裂，那么齒輪上就會(huì)有粘附出現(xiàn)。。所以，要對(duì)在進(jìn)行組裝時(shí)候產(chǎn)生的空檔進(jìn)行調(diào)整。 （3）以前的成本是非常高的，蝸輪蝸桿的原材料用的是銅合金，因?yàn)樯a(chǎn)用的是專用的切齒機(jī)床，在進(jìn)行生產(chǎn)的時(shí)候效率不高，所以說在對(duì)齒輪的面進(jìn)行修正的時(shí)候，通過人工來進(jìn)行，所以很浪費(fèi)時(shí)間。 19 圖 2-4 傳動(dòng)方案二 表 2-5 序號(hào) 名稱 1 后走行輪 2 減速器 3 蝸輪蝸桿 4 聯(lián)軸器 5 電動(dòng)機(jī) 6 前走行輪 第一個(gè)方案里面，減速用的是兩級(jí)錐齒輪，在降低速度的時(shí)候是非常穩(wěn)定的，傳送的時(shí)候效率也是非常高的，并且損耗的能量是比較小的，但是占據(jù)的空間是非常大的，并且減速比是很小的。在第二個(gè)方案里面，減速用的是渦輪蝸桿，它的減速比是很大的，并且占據(jù)的空間是比較小的。一樣的材料，方案一里面減輕的質(zhì)量是很多的，在工作的時(shí)候， 第二個(gè)方案里面比第一個(gè)方案里面，噪聲是小很多的。對(duì)比之后，確定用第二個(gè)方案。 2.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇 設(shè)定這個(gè)小車的質(zhì)量是m1 = 13.5kg ，載荷最大的時(shí)候質(zhì)量是m2 = 35kg ，它在工作時(shí)候的速度是 100mm/s，那么車輪在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候速度是： n = 1000v = pd 1000 ′6 3.14 ′140 ? 22.75r min  （2-1） 將電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度算出來 確定蝸輪-蝸桿的減速比 i=62 n 電 = in = 62′ 22.75 = 1410.5r 小車在工作時(shí)候功率的最小值  min  （2-2） Pw = FV 電動(dòng)機(jī)需要的功率如下： = m總gV = 48.5′10 ′ 0.1 = 48w （2-3） P = PW 傳動(dòng)部分效率的總數(shù)是h=hh h2 d h (w) （2-4） 1 2 3 聯(lián)軸器在進(jìn)行傳動(dòng)的時(shí)候效率大小是h1 = 0.99，渦輪蝸桿進(jìn)行傳動(dòng)的時(shí)候效率大小是 h2 = 0.66 ，深溝球軸承進(jìn)行傳動(dòng)的時(shí)候效率大小是h3 = 0.98 h= 0.99 ′ 0.66 ′ 0.982 = 0.6275 那么就可以知道這個(gè)電動(dòng)機(jī)需要的功率大小是 Pd = PW = 1000h 48 0.6275′1000 = 0.077kw  （2-5） 要想電動(dòng)機(jī)選的對(duì)，那么它的安全性要好，經(jīng)濟(jì)性要高，工作時(shí)候可靠性好；要是電機(jī)選的不對(duì)，不好的情況是會(huì)有浪費(fèi)，嚴(yán)重的話機(jī)器都被燒掉了。在選電機(jī)的時(shí)候要注意它的一些因素，比方說電壓，頻率，轉(zhuǎn)動(dòng)速度等等電機(jī)在選擇的時(shí)候不光要從這些方面來看，還要看它的功率，看他的速度這些關(guān)鍵性的因素，所以，在這說一下怎么確定電動(dòng)機(jī)的。 在選電機(jī)的時(shí)候，按照復(fù)合來進(jìn)行，這里要注意工作條件，負(fù)荷，還有生產(chǎn)流程等等， 對(duì)下面幾點(diǎn)的要求都要能夠滿足。 1、力學(xué)性能 機(jī)械性能必須是電機(jī)的機(jī)械性跟工作性配合的好，機(jī)器在工作的時(shí)候穩(wěn)定性要好，對(duì)于工作時(shí)候的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，最大轉(zhuǎn)矩都要能夠?qū)τ谡撐男枰悄軌蚍系摹? 2、功率 功率是多大，按照生產(chǎn)時(shí)候的機(jī)械功率來確定，在對(duì)電動(dòng)機(jī)的額定載荷進(jìn)行確定的時(shí)候，防止出現(xiàn)小馬拉大車的情況，防止造成一些沒有必要的浪費(fèi)。 3、速度 電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度是多少，對(duì)于機(jī)械要求要能夠滿足，比方說最大速度是多少，調(diào)整速度的性能是不是滿足機(jī)器工作時(shí)候的要求。 4、運(yùn)行經(jīng)濟(jì) 對(duì)這一點(diǎn)考慮的時(shí)候，要從整個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所耗費(fèi)的能源，以及電動(dòng)機(jī)花費(fèi)的錢來進(jìn)行考慮，按照電動(dòng)機(jī)的使用效率不一樣，有的用的時(shí)間是比較短的，在用的時(shí)候效率不高，電機(jī)的效率是比較差的，總能耗的變化不是太大的，所以電機(jī)的效率不是我們考慮的重點(diǎn)，不過有的電器在選電機(jī)的時(shí)候，還是要注意效率的，比方說空調(diào)，循環(huán)泵等等，效率高了，總能耗才會(huì)降低。 5、價(jià)格低廉 對(duì)于機(jī)器的工作要求都滿足的時(shí)候，電機(jī)的結(jié)構(gòu)不能復(fù)雜，工作時(shí)候可靠性高，價(jià)格不能太高的機(jī)器。這篇文章里面，電機(jī)工作的環(huán)境是比較干凈的，兩板倒，負(fù)荷也不是很 大，并且電源是三相電。那么電機(jī)的電壓是 380v 的，電動(dòng)機(jī)的系列是 Y 的，三相電的龍型異步電動(dòng)機(jī)。 其主要技術(shù)參數(shù)如下： 型號(hào)：YS5612 電 壓 ：380V 功率：0.01kW 同步轉(zhuǎn)速：1420r/min 頻率：50HZ 效率：68% 功率因數(shù)：0.92 3.1 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) 3 主要零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 聯(lián)軸器是用來把不一樣的裝置里面的主動(dòng)軸，還有從動(dòng)軸連接起來的，這樣就可以一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并且能夠?qū)?dòng)力進(jìn)行傳送。聯(lián)軸器在軸的兩頭進(jìn)行安裝，一般連接的時(shí)候通過鍵來進(jìn)行，聯(lián)軸器可以對(duì)兩個(gè)軸中間的偏差進(jìn)行補(bǔ)償，這種偏差是因?yàn)榧庸?，或者安裝時(shí)候不準(zhǔn)確，工作時(shí)候出現(xiàn)的形狀的改變引起的。 現(xiàn)在用的比較多的聯(lián)軸器已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了，只需要按照需要將聯(lián)軸器的型號(hào)還有大小確定下來。有的時(shí)候有需要的，還要校核它比較薄弱的地方的載荷，轉(zhuǎn)動(dòng)速度很高的時(shí)候， 還要對(duì)它外邊的離心力，還有彈性零件形狀的改變進(jìn)行校核。 按照工作時(shí)候不一樣的狀況，聯(lián)軸器需要具備的功能： 1、可移性 所謂可移性，就是對(duì)兩個(gè)回轉(zhuǎn)零件的位置移動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。需要連接的零部件在進(jìn)行加工還有安裝時(shí)候的偏差，還有工作時(shí)候溫度的改變等，對(duì)于可移性都是有所要求的。 2、緩沖性 因?yàn)橛休d荷，在進(jìn)行啟動(dòng)的時(shí)候，或者是載荷有改變的時(shí)候，聯(lián)軸器可以進(jìn)行緩沖， 將振動(dòng)變那么就有更低的彈性零部件，這樣就可以確保原動(dòng)機(jī)，還有工作零部件不會(huì)被破壞。 3、安全性更好，更加可靠，強(qiáng)度能夠符合要求，并且使用時(shí)間滿足需要。 4、構(gòu)造不能復(fù)雜，拆還有裝的時(shí)候都要方便。在確定聯(lián)軸器的種類的時(shí)候，要注意下面幾點(diǎn)： （1）要進(jìn)行傳送的轉(zhuǎn)矩有多大，是什么性質(zhì)，對(duì)于緩沖還有振動(dòng)都有哪些需要，并且是不是會(huì)出現(xiàn)共振等。 （2）因?yàn)榧庸み€有裝配的時(shí)候會(huì)有偏差，軸上會(huì)有載荷施加，還有因?yàn)闊崃砍霈F(xiàn)形狀的改變，并且零部件進(jìn)行相對(duì)動(dòng)作這樣兩個(gè)軸的軸線也會(huì)出現(xiàn)位置的移動(dòng)。 （3）聯(lián)軸器外部的大小，還有怎么樣進(jìn)行安裝，要想安裝，調(diào)整還有維修的時(shí)候空間夠大。聯(lián)軸器比較大的，軸在軸方向上不能進(jìn)行移動(dòng)，這個(gè)時(shí)候是可以進(jìn)行拆裝。 另外還要注意在什么地方工作，使用時(shí)間，還有潤(rùn)滑，密封的時(shí)候要哪些要求，再加上要知道每一種聯(lián)軸器的特征，將符合論文的聯(lián)軸器確定下來。 因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)軸的直徑是八毫米，輸出軸這個(gè)地方進(jìn)行削平了，在跟蝸桿軸進(jìn)行連接的地方，州的直徑大小是 12 毫米，3-1 圖紙里面就是它的結(jié)構(gòu)。 圖 3-1 聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)圖 聯(lián)軸器用的是安全的，按照剪切強(qiáng)度來算銷釘?shù)闹睆剑? d = （3-1） 銷釘?shù)脑牧嫌玫氖?45 號(hào)鋼，查看碳素鋼的有關(guān)材料，對(duì)它進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，銷釘?shù)闹睆揭∮趦砂俸撩住? sb =637MPa，ss =353MPa，ds =17%，Ψ=35% k a = 0.39 MJ m2 硬度可以達(dá)到 217～255HBS 將銷釘?shù)脑S用切應(yīng)力算出來： [t] = (0.7~0.8)sB = 0.75′ 637 = 477.75 MPa 載限制系數(shù) k 值，查看表格確定是 k=1.6 T=0.321N?m d = ? 0.646mm 確定 d=5mm 對(duì)于剪切強(qiáng)度的需要是能夠滿足需要的。 3.2 蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì) 3.2.1 選擇蝸桿的傳動(dòng)類型 查看國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，蝸桿用的是漸開線的。 3.2.2 選擇材料 原材料靜強(qiáng)度，疲勞強(qiáng)度都要對(duì)于論文需要是能夠符合的，并且韌性，耐磨程度，抗腐蝕性都要比較高。只有這些性能方面的要求都滿足了之后，還要注意這個(gè)材料的工藝是不是簡(jiǎn)單，還有性價(jià)比是不是高等等。生產(chǎn)軸用的原材料有碳鋼，還有合金鋼。 碳鋼比較便宜，感應(yīng)應(yīng)力的能力比較低，要對(duì)它進(jìn)行熱處理，這樣材質(zhì)的性能也就變那么就有更好了，所以現(xiàn)在碳鋼用的是比較多的，用的最多的就是 45 號(hào)鋼。 合金鋼跟碳鋼對(duì)比，機(jī)械性更好，淬火性也更好，有的軸傳動(dòng)的動(dòng)力是非常大的，另外對(duì)它的體積，質(zhì)量都要弄的小一點(diǎn)，軸頸的耐磨度要更大，在一些溫度比較高，或者是非常低的地方，用的材料就要是合金鋼。 綜合考慮了之后，載荷的布局是什么樣，機(jī)器用的是什么，經(jīng)濟(jì)性的要求是什么。蝸桿的原材料一定要硬度很高，耐磨性也要求高，所以使用的原材料是 40Cr。蝸輪的 原材料是灰鑄鐵 HT200，鑄造的時(shí)候通過金屬模來進(jìn)行的。 3.2.3 蝸桿傳動(dòng)的受力分析 在蝸輪上進(jìn)行作用的轉(zhuǎn)矩是 T2 Z=1，將效率估算出來η=0.7，那么 2 T = 9.55′106 P2 = 9.55′106 ′ n2 Ph = 9.55′106 ′ 0.08 ′ 0.7 = 23508N × mm 22.75  （3-2） 圖 3-2 蝸輪-蝸桿受力分析 算出來每一個(gè)力的大小 F = F = 2T1 = 2 ′ 587 ? 65.22N d 1 t1 a 2 18 F = F = 2T2 = 2 ′ 23508 ? 606.66N d a1 t 2 2 77.5 Fr1 = Fr 2 = Ft 2 tan 200 = 606.66′ tan 200 ? 220.8N 3.2.4 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 按照設(shè)計(jì)開式蝸桿傳動(dòng)的要求，設(shè)計(jì)齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度?；旧现粫?huì)在蝸輪齒數(shù)比較多的時(shí)候，或者是開式傳動(dòng)的時(shí)候，蝸輪輪齒才會(huì)出現(xiàn)失效的情況，這個(gè)時(shí)候強(qiáng)度都是不對(duì)于論文需要是能夠符合的的。 用下面的式子將彎曲疲勞強(qiáng)度算出來 m2d 3 1.53KT2 Y ·Y z 1 將載荷系數(shù) K 確定下來 2 [sF ] Fa2 b （3-3） 因?yàn)樵诠ぷ鞯臅r(shí)候，載荷沒有太大的變化，所以確定載荷分布不均勻的系數(shù) Kβ=1， 在論文里面確定使用系數(shù) KA=1.15。因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)的速度是比較慢的，沖擊小，確定動(dòng)載系數(shù)的大小是 KV=1.1，那么 K = K A × Kb × KV = 1.15′1′1.1 = 1.265 蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力[sF ] = 34MPa 如果說 z2 = 62γ =3°10'48"，那就可以算出來蝸輪的當(dāng)量齒數(shù) z = z2 = 62 ? 62.29 V 2 cos3 g cos3 3°10′48? 已經(jīng)知道 x2 = 0 ， zV 2 = 62.29 ，那么就可以知道齒形系數(shù)的大小YFa 2 = 2.3 螺旋角的系數(shù)大小是Y = 1- g = 1- 3°10′48?= 0.9773 b 140° 140° m2d 3 1.53′1.265 ′ 23508 ′ 2.3′ 0.9773 = 34.37mm3 62 ′ 48 1 1 1 中心距的大小 a=50mm，模數(shù) m=1.25mm，分度圓直徑d = 22.4mm ， m2d = 35mm3 蝸桿有多少頭 z1 = 1，直徑的系數(shù)大小 17.92，分度圓導(dǎo)程角γ=3°11′38″ 蝸輪齒數(shù) z2 = 62 ，變位系數(shù) x2 = +0.04 3.2.5 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 1、蝸桿 軸方向想齒輪的間距 pa = pm = 3.14′1.25 = 3.925mm a1 1 齒輪頂部圓的直徑d = d + 2ha*m = 22.4 + 2′1′1.25 = 24.9mm f 1 1 齒輪根部圓的直徑d = d - 2 (ha*m + c )= 22.4 - 2′ (1′1.25 + 0.25′1.25 )= 19.275mm 蝸桿軸方向上齒輪的厚度sa 2、蝸輪 = 1 pm = 1 ′ 3.14′1.25 = 1.9625mm 2 2 將蝸輪的傳動(dòng)比算出來i = z2 = 62 = 62 z1 1 將蝸輪的分度圓直徑算出來d2 = mz2 = 1.25′ 62 = 77.5mm 將蝸輪喉這個(gè)地方的圓直徑算出 a 2 2 2 d = d + 2m (ha* + x )= 77.5 + 2′1.25′ (1+ 0.04 )= 80.1mm 算出來蝸輪齒輪根部的圓的直徑 f 2 2 2 d = d - 2m (ha* - x + c* )= 77.5 - 2′1.25′ (1- 0.04 + 0.25 )= 74.475mm 算出來蝸輪咽喉母這個(gè)地方的圓的半徑rg 2 3.2.6 精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定 = a - 1 d 2 a 2 = 50 - 1 ′ 80.1 = 9.95mm 2 因?yàn)檎撐睦锩嬖O(shè)計(jì)的檢測(cè)平臺(tái)，它的傳動(dòng)精度是很高的，查看國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)里面的圓柱蝸桿，還有蝸輪的精度，確定是六級(jí)精度，側(cè)邊的縫隙，精度等級(jí)是七級(jí)。 3.2.7 熱平衡核算 論文里面的蝸輪蝸桿進(jìn)行傳動(dòng)的時(shí)候是開式的，他們將產(chǎn)生的熱量傳送到空氣里面去，所以不需要算熱平衡。 3.3 軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.3.1 前輪軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 按照軸的構(gòu)造，還有形狀來分，有曲軸，直軸，實(shí)心軸，剛性軸等等。直軸還能進(jìn)行劃分： （1）轉(zhuǎn)軸 在進(jìn)行工作的時(shí)候，不僅有彎矩作用在上面，還有扭矩作用在上面，在機(jī)械里面用的是最多的，比方說每一種減速器里面使用的軸等。 （2）心軸 它可以對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的零件進(jìn)行支承，只會(huì)對(duì)彎矩進(jìn)行傳送，不過扭矩是不會(huì)傳送的，有的心軸會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，有的心軸是不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)的。 （3）傳動(dòng)軸 傳動(dòng)軸只能對(duì)扭矩進(jìn)行傳送，對(duì)彎矩是不進(jìn)行承受的。軸的原材料可以用碳素鋼，也可以用合金鋼等。軸在進(jìn)行工作的時(shí)候，它的能力主要在于剛度是多少，強(qiáng)度是多少，轉(zhuǎn)動(dòng)的速度非?？斓臅r(shí)候，它的振動(dòng)穩(wěn)定性也決定了軸的工作能力。 前面的輪軸只會(huì)有彎矩作用在上面，沒有扭矩作用在上面，所以他是心軸。 1、將在軸上面作用的力算出來 圖 3-3 前輪軸 檢測(cè)平臺(tái)前面的輪子受到的力圖紙 3-4 里面展示。 F = F ， F′= F?= 1 F = 1 ′ 80.84 = 40.42N C 2、設(shè)計(jì)出軸的結(jié)構(gòu) 2 C 2 1）將軸上面零部件的裝配方案寫出來 從軸的左邊向右邊按照順序來進(jìn)行安裝左輪的幅板，還有右輪的幅板，螺母，套筒等， 在軸的最左邊，只需要將滾動(dòng)軸承，還有軸用的彈性擋圈裝上去。這樣一每一段軸的粗細(xì)順序就設(shè)置出來了。 2）按照軸方向上的定位要求，將軸每一段的直徑大小還有長(zhǎng)度確定下來 （1）選用滾動(dòng)軸承。檢測(cè)平臺(tái)前面只有彎矩作用在上面，徑方向上，還有軸方向上作用的力是很小的， 所以軸承用的是單列深溝球軸承， 它的型號(hào)是 6004 ， 大小是 d×D×T=20mm×42mm×12mm， dⅠ = dⅢ = dⅨ = 20mm 。 用軸肩對(duì)右邊的滾動(dòng)軸承來進(jìn)行定位。查看資料，知道這個(gè)軸承在進(jìn)行過定位的時(shí)候， 軸肩的高是 h=2.5mm，確定dⅣ = 25mm 。 （2）在裝左邊輪輻，還有右邊輪輻這個(gè)地方軸承的直徑大小是dⅥ = 30mm ;用軸肩對(duì)輪輻左邊這一頭進(jìn)行定位，在右邊那一頭用螺母把輪輻夾緊了，已經(jīng)知道輪輻的寬是 34mm，要想讓螺母的面將左邊輪輻還有右邊輪輻緊緊的壓鑄，所以這個(gè)軸應(yīng)該比輪輻稍 微窄一點(diǎn)，確定lⅥ = 32mm 。左邊輪輻還有右邊的輪輻定位都用的是軸肩h > 0.07d ，確定 h=3mm，那么軸環(huán)這個(gè)地方的直徑大小是dV = 36mm 。軸環(huán)的寬 b≥1.4h，確定lV = 5mm 。 （3）軸上面使用的彈性擋圈是標(biāo)準(zhǔn)零部件，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，確定大小是d0 = 20mm ， 那么說dⅡ = dⅩ = 19mm ， lⅡ = lⅩ = 1.1mm ， lⅢ = 13 -1.1 = 11.9mm 。 別的部分的大小，按照前面輪軸上面的數(shù)據(jù)來進(jìn)行確定就可以了，將軸上面每一段的直徑大小，還有軸的長(zhǎng)都確定下來。 3、零件在軸的上面進(jìn)行軸方向的定位 用平鍵連接來將左邊輪輻，右邊輪輻跟軸進(jìn)行軸方向的定位。查看資料，確定平鍵的截面大小是 b×h=8mm×7mm，生產(chǎn)鍵槽的時(shí)候用的是銑刀來進(jìn)行高的，鍵槽的大小是28mm，要想確保左邊，右邊輪輻跟軸配合的時(shí)候?qū)χ行院?，那么他們配合?biāo)準(zhǔn)是 H7/n6。滾動(dòng)軸承跟軸進(jìn)行軸方向的定位的時(shí)候，是要通過過度配合進(jìn)行確保的，這個(gè)軸直徑大小公差是 j7。 4）將軸上面的圓角，還有倒角的大小算出 確定軸頂端這個(gè)地方倒角的大小是 1×45°，每一個(gè)軸肩這個(gè)地方的圓角，半徑的大小是 R1。 3、將軸上面的載荷算出來 先按照軸的結(jié)構(gòu)圖紙，將軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖畫出來，之后再按照計(jì)算見圖，將軸的彎矩圖紙畫出來。 29 圖 3-4 前輪軸的載荷分析圖 F = F = 1 F = 1 ′ 80.84 = 40.42N ， L = L  = 39mm 1 2 2 2 1 2 M C = -F1L1 = -40.42′ 39 = -1576.38N × mm 4、對(duì)軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核的時(shí)候根據(jù)彎曲應(yīng)力來進(jìn)行 M 校核的時(shí)候，只需要對(duì)作用在它上面的彎矩最大的時(shí)候截面前度來進(jìn)行就可以了。在截面 C 這個(gè)地方就是承受的最大彎矩 M C = -1576.38N × mm 。 校核截面 C 這個(gè)地方的強(qiáng)度： sca = W ￡ [s-1 ] （3-4） 使用的材料是 45 號(hào)鋼，對(duì)它調(diào)質(zhì)處理[s-1 ] = 60MPa ，那么 pd 3 bt (d - t )2 3.14 ′ 303 8′ 4′ (30 - 4 )2 W = - = - = 2288.84mm 3 32 2d 32 2 ′30 s = 1576.38 = 0.689MPa < [s ]，所以說是符合要求的。 （3-5） ca 2288.84 -1 3.3.2 后輪軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 后面的輪軸在進(jìn)行工作的時(shí)候，不僅有彎矩作用在上面，還有扭矩作用在上面，所以他是轉(zhuǎn)軸。 圖 3-5 后輪軸結(jié)構(gòu) 1、將后輪軸上面的功率，轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，還有轉(zhuǎn)矩算出來確定蝸輪蝸桿進(jìn)行傳動(dòng)的時(shí)候效率是h=0.7，那么 P2 = Ph= 0.08′ 0.7 = 0.056KW ， n2 = n = 22.75r 2、在蝸輪上進(jìn)行作用的力 Ft 2 = 1263.8N ， Fa 2 = 65.22N ， Fr 2 = 460N min ， T2 = 23508N × mm 3、將軸的直徑最小值確定下來 將軸的直徑最小值算出來，軸的原材料用的是 45 號(hào)鋼，對(duì)它進(jìn)行調(diào)質(zhì)，確定 A0 =115， 那么就有d min = A0 = 115′ = 15.5mm 后輪軸的直徑最小值，就是裝輪輻這個(gè)地方軸的直徑dⅥ 。因?yàn)檩嗇椩诟S連接的時(shí)候用的是鍵，那么 dⅥ = 26mm 。 4、設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu) （1）將軸上面安裝零件的順序定下來 從軸的左邊向右邊按照順序來進(jìn)行安裝左輪的幅板，還有右輪的幅板，螺母，套筒等， 在軸的最左邊，將深溝球軸承裝在最右邊，將透蓋，內(nèi)輪輻，還有軸上一頭的擋圈從右邊向左邊來進(jìn)行組裝。 （2）按照軸方向上的定位要求，將軸每一段的直徑大小還有長(zhǎng)度確定下來 選用滾動(dòng)軸承。因?yàn)闀?huì)有徑方向的力，還有軸方向上的力作用在上面，所以軸承用的是 單 列 深 溝 球 ， 型 號(hào) 是 6206 ， 它 的 大 小 是 d×D×T=30mm×62mm×16mm ， 那 么dⅠ = dⅢ = dⅤ = 30mm 。 右邊那一頭的滾動(dòng)軸承要實(shí)現(xiàn)軸方向上的定位通過軸肩，查資料可以知道 6206 的軸承，定位的時(shí)候軸肩的高是 h=3mm，那么確定dⅣ = 36mm 。 （3）軸上面使用的彈性擋圈是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)零部件，使用的型號(hào)是 GB894.1-8630，它的大小是d0 = 30mm ，所以dⅡ = 28.6mm ， LⅡ = 1.7mm 。 （4）確定裝輪輻這個(gè)地方軸的直徑大小是dⅥ = 26mm 。輪輻寬是 27mm，要想讓軸這一頭的擋圈緊緊的沿著輪輻，這個(gè)地方軸的大小要比輪輻的寬要小一點(diǎn)，那么lⅥ = 26mm 。 它的大小按照零件的構(gòu)造來進(jìn)行確定，將軸的每一段的直徑，還有長(zhǎng)確定下來。 （5）對(duì)軸上面的零部件進(jìn)行軸方向上的定位 軸跟蝸輪進(jìn)行軸方向定位的時(shí)候，連接用平鍵來進(jìn)行。查看資料，平鍵的截面大小 b×h=8mm×7mm，鍵槽的長(zhǎng)是 25mm。輪輻跟軸進(jìn)行配合的時(shí)候標(biāo)準(zhǔn)是 H8/h7。 （6）將軸上面圓角，還有倒角的大小確定下來 確定軸一頭的倒角大小是 1×45°，每一個(gè)軸肩的地方圓角半徑大小是 R1。5、將軸上面的載荷算出來 3-6 圖紙里面是后輪軸上面受到的力進(jìn)行分析：L1=L2=27.5mmL3=