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火車輪對(duì)盤位差檢測系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 在中國這個(gè)人口眾多的發(fā)張中國家，鐵路運(yùn)輸是人們出行的一種重要交通工具，同時(shí)在貨物運(yùn)輸中也離不開鐵路，鐵路運(yùn)輸也在飛快的發(fā)展與完善，但在發(fā)展的過程中如果沒有性能良好的輪對(duì)作為保證,要提高車輛運(yùn)行速度和運(yùn)行安全是不可能的。輪對(duì)參數(shù)檢測在輪對(duì)檢修中處于關(guān)鍵地位,是保證輪對(duì)檢修質(zhì)量的重要手段,傳統(tǒng)的檢測方式是以人工操作為主,數(shù)據(jù)的判斷讀取存在較大的人為誤差,所以影響了檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性、真實(shí)性,也直接影響了車輛的行車安全。所以急需對(duì)現(xiàn)有的檢測方式進(jìn)行自動(dòng)化改造,以消除測試過程中人為因素對(duì)測試結(jié)果的影響,用先進(jìn)的設(shè)備保證車輛行車安全。 本課題研究的是一種可以自動(dòng)完成火車輪對(duì)盤位差檢測的裝置，傳感器采用德國米銥激光位移傳感器，更好地保證參數(shù)的檢測質(zhì)量,輪對(duì)盤位差自動(dòng)測量機(jī)構(gòu)的開發(fā)和應(yīng)用對(duì)新形勢下鐵路運(yùn)輸設(shè)備實(shí)現(xiàn)技術(shù)升級(jí)、試驗(yàn)檢測手段現(xiàn)代化、保證行車安全都具有積極的意義。 整個(gè)測量裝置有送料機(jī)構(gòu)，托起機(jī)構(gòu)，頂尖定位機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。采用相對(duì)測量法，傳感器通過絲杠上下和左右移動(dòng)來完成制動(dòng)盤盤位差、端面跳動(dòng)及盤厚的測量。 關(guān)鍵詞：輪對(duì)；制動(dòng)盤；機(jī)構(gòu) Abstract In China, the population many hair a family of China, railway transportation is people travel is a kind of important traffic tool, at the same time in the carriage of goods is also inseparable from the railway, the railway transportation is in rapid development and improvement, but in the process of development without the good performance of the wheel as a guarantee to improve the vehicle running speed and safe operation is not possible. Detecting wheelset parameters of railway vehicles in the wheels "repair in a key position, is an important means to ensure the quality of wheels overhaul, the traditional detection method is mainly by manual operation, data of the judge and read there is a large man-made error, so the effect of the accuracy and reliability of the test results, but also has a direct impact on the safety of vehicles. Therefore, it is urgent to automate the existing testing methods in order to eliminate the impact of human factors on the test results in the test process, and to ensure the safety of vehicle operation with advanced equipment. This research is a kind of can automatically complete the train wheel disc parallax detection device, the sensor adopts the Germany meter iridium laser displacement sensor, to better ensure the quality of measurement parameters, wheel disc parallax automatic measurement mechanism of the development and application under the new situation of railway transportation design realize equipment upgrade technology, modernization of the means test, to ensure that the traffic safety are of positive significance. The measurement apparatus includes a feeding mechanism, support mechanism, top positioning mechanism, a rotation driving mechanism. By using the relative measurement method and sensor through a screw up and down and left and right moves to complete brake potentiometer trays, end face runout and disc thickness measurement. Keywords:Wheel set;Brake disc;Mechanism 目錄 1 緒論 1 1.1 問題的提出 1 1.2.1 國內(nèi)現(xiàn)狀分析 1 1.2.2 國外現(xiàn)狀分析 3 1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)的主要內(nèi)容與要求 5 2 總體方案設(shè)計(jì) 6 2.1 激光位移傳感器測量方法 6 2.2 總體方案的確定 8 3 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算與選用 9 3.1 滾珠絲杠介紹 9 3.2 滾珠絲杠的選型與計(jì)算 11 3.2.1 水平方向滾珠絲杠選型與計(jì)算 11 3.2.2 垂直方向滾珠絲杠的選型與計(jì)算 13 4 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 15 4.1 液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和工作原理 15 4.2 油缸的選取 15 4.3 液壓缸工作壓力的確定 15 4.4 油缸各部分材料的確定 17 4.5 液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算 17 4.6 液壓缸活塞行程 18 4.7 油缸的缸徑、活塞桿直徑的計(jì)算 19 5 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 20 5.1 摩擦輪傳動(dòng) 20 5.2 減速電機(jī)介紹： 21 5.3 電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算 21 5.4 軸承校核 23 6 雙頂尖定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 26 6.1 回轉(zhuǎn)頂尖結(jié)構(gòu) 26 6.2 軸承的受力計(jì)算 27 6.3 頂尖心軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 29 總 結(jié) 30 參考文獻(xiàn) 31 致 謝 32 2 1 緒論 1.1問題的提出 機(jī)車車輛的檢修是鐵路運(yùn)輸過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),車輪作為機(jī)車車輛走行部的重要部件,直接關(guān)系到行車安全,因此,輪對(duì)幾何參數(shù)的測量在機(jī)車車輛的檢修過程中尤為重要。 鐵路系統(tǒng)中，作為車輛走行部主要部件的輪對(duì)是影響安全運(yùn)行的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。輪對(duì)不僅承受著列車的全部重量和自身的重量，而且還要傳遞列車與鋼軌間的驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力。另外輪對(duì)需要承受很大的靜載荷和動(dòng)作用力、組裝應(yīng)力、閘瓦制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力以及曲線通過時(shí)的構(gòu)架力、導(dǎo)向力、輪對(duì)本身旋轉(zhuǎn)的離心力等。所以要求輪對(duì)必須保持良好的技術(shù)狀態(tài)，否則會(huì)嚴(yán)重影響行車安全。 目前國內(nèi)的車輪外形檢測主要是人工手動(dòng)接觸測量，測量工具原始粗糙，精度低，自動(dòng)化程度和工作效率不高，并且受人為因素影響很大。尤其是對(duì)車輪踏面部分的外形尺寸的測量，因?yàn)槭强臻g的復(fù)雜尺寸，并且沒有有效且精確的測量工具，因此很難達(dá)到理想的效果。這樣的工作方式不僅使企業(yè)的生產(chǎn)成本居高不下，還嚴(yán)重影響著生產(chǎn)效率的提高和進(jìn)一步發(fā)展，因此尺寸檢測的自動(dòng)化對(duì)于提高生產(chǎn)效率，降低成本，以及企業(yè)競爭力的提高都具有重要的意義。國外生產(chǎn)的輪對(duì)自動(dòng)檢測機(jī)，雖然性能先進(jìn)，功能齊全，但是價(jià)格高，操作維護(hù)困難。況且，國外產(chǎn)品的一些技術(shù)參數(shù)，操作界面和語言也不能很高的適應(yīng)我們的工藝現(xiàn)狀和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，維修和售后服務(wù)也跟不上。 綜上所述，我們有必要自主研制和開發(fā)具有國際先進(jìn)水平的、性價(jià)比較高的并能代替進(jìn)口產(chǎn)品的輪對(duì)尺寸自動(dòng)檢測機(jī)，以提高火車輪對(duì)的裝配質(zhì)量和精度。 1.2 現(xiàn)狀分析 1.2.1國內(nèi)現(xiàn)狀分析 國內(nèi)開展輪對(duì)外形尺寸檢測研究工作相對(duì)較晚，從 90 年代開始，經(jīng)過十多年的努力，提出了一些新思路和新方法，研制出了不同類型的檢測裝置，但是沒有形成廣泛適用的自動(dòng)化檢測產(chǎn)品，沒有改變我國輪對(duì)尺寸定期進(jìn)行人工檢測的落后狀態(tài)。 目前，柳州鐵路局車輛研究所和北京鐵路局車輛研究所在進(jìn)行這一項(xiàng)目的開發(fā)研制，西南交大也正在進(jìn)行鐵道部的車載在線測量的項(xiàng)目申請(qǐng)。我們與石家莊鐵龍電子計(jì)量有限公司合作開發(fā)的項(xiàng)目——火車車輪外形尺寸自動(dòng)檢測儀，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)自動(dòng)測量火車車輪的多項(xiàng)外形尺寸。檢測儀采用CCD探測頭作為測量的傳感器對(duì)火車車輪進(jìn)行綜合測量，利用計(jì)算機(jī)處理采集數(shù)據(jù)和圖像、提取邊沿、檢測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了高速、連續(xù)的自動(dòng)測量，人為因素的影響也降至最低，從而提高了工廠的自動(dòng)化程度和工人的勞動(dòng)效率，這套方案的研制成功對(duì)于實(shí)際的工廠檢測是一個(gè)創(chuàng)新，它取代了現(xiàn)有的測量工具，具有很大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。歸納起來，現(xiàn)階段使用的火車車輪外形尺寸自動(dòng)檢測儀具有以下特點(diǎn)： 1） 計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)測量； 2） 測量范圍大、精度高，可以測量空間二維復(fù)雜尺寸； 3） 每次測量尺寸達(dá)到20多個(gè)，由計(jì)算機(jī)軟件控制自動(dòng)對(duì)8片線陣CCD和16個(gè)面陣 CCD 探測頭進(jìn)行切換，實(shí)現(xiàn)逐一測量的順序化； 4） 可隨時(shí)進(jìn)行軟件標(biāo)定，從而避免長期使用造成的精度降低； 5） 因?yàn)椴捎梅墙佑|光電測量方式，對(duì)被測工件沒有影響，對(duì)于光電探頭也不存在磨損的問題，不必要定期更換檢測探頭，只要定期為光電探頭除塵即可。 在國內(nèi)早期，無錫市中國船舶科學(xué)研究中心陳建平等人研制出一套乘用車制動(dòng)盤轉(zhuǎn)向節(jié)部件的檢測設(shè)備，用來測量滾動(dòng)軸承拖滯扭矩和制動(dòng)盤的跳動(dòng)量。該設(shè)備由氣動(dòng)系統(tǒng)控制，依次完成工件的初定位、精確定位、加載銷的插入。利用花鍵傳遞載荷的方式，借助步進(jìn)電機(jī)提供的扭矩，來解決花鍵軸與花鍵孔插入時(shí)齒形不配的問題，并實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)盤的旋轉(zhuǎn)，測量制動(dòng)盤的跳動(dòng)量。該套設(shè)備的工件定位屬于制動(dòng)盤輪轂組件與輪轂軸承上下壓緊形式中的一種。在整個(gè)系統(tǒng)中關(guān)于加載、工件定位、花鍵軸軸向定位三個(gè)方面所做的工作，均值得借鑒與學(xué)習(xí)研究。 2011 年，湖北省機(jī)電研究院為東風(fēng)日產(chǎn)乘用車公司研制了“一種基于高精度激光位移傳感器的汽車制動(dòng)盤面振在線檢測系統(tǒng)”。該套系統(tǒng)與本課題所研究的設(shè)備的主要區(qū)別在于其檢測工件不同，該項(xiàng)目對(duì)應(yīng)工件是制動(dòng)盤與輪轂總成，方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是建立在固定輪轂來檢測制動(dòng)盤端面跳動(dòng)，而本課題所測量的工件是制動(dòng)盤轉(zhuǎn)向節(jié)總成，在制動(dòng)盤與輪轂裝配完成后，再壓入轉(zhuǎn)向節(jié)內(nèi)，最后再測量制動(dòng)盤的端面跳動(dòng)。但該套系統(tǒng)依然具有一定的參考價(jià)值，具體為： 1）在該套系統(tǒng)中，測量時(shí)制動(dòng)盤旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為每分鐘 10~12轉(zhuǎn)，一個(gè)測量周期內(nèi)制動(dòng)盤的轉(zhuǎn)角為1.2~2轉(zhuǎn)。 2）對(duì)不同車型的制動(dòng)盤，設(shè)置不同的檢測探頭，探頭的安裝位置設(shè)計(jì)成可以沿制動(dòng)盤徑向水平方向調(diào)整。 3）該設(shè)備在夾緊工件時(shí)，采用上部壓緊的結(jié)構(gòu)方式。安裝時(shí)，工件朝下，通過氣缸、減壓閥、導(dǎo)桿及彈簧，壓緊制動(dòng)盤，壓緊力可調(diào)。 2012年7月，在中國專利網(wǎng)上公布了昆山佳銘自動(dòng)化科技有限公司研制的“一種制動(dòng)盤跳動(dòng)度檢測裝置”的發(fā)明專利。該發(fā)明檢測對(duì)象是單個(gè)汽車制動(dòng)盤，制動(dòng)盤定位在托指上部，托指與心軸連成一體，心軸通過齒輪與減速電機(jī)聯(lián)接，傳遞動(dòng)力。 2012年底，在中國專利網(wǎng)上公布了青特集團(tuán)有限公司研制的“一種制動(dòng)盤總成跳動(dòng)檢具”的實(shí)用新型專利。雖然該專利權(quán)利書中述說的功能，指的是對(duì)制動(dòng)盤總成的圓跳動(dòng)和全跳動(dòng)的測量，但說明書附圖及其具體實(shí)施方式的說明中卻是描述關(guān)于輪轂與制動(dòng)鼓合件的跳動(dòng)測量，并沒有能使讀者了解其關(guān)于測量制動(dòng)盤跳動(dòng)的結(jié)構(gòu)。此外，該專利所使用的輪轂與乘用車上輪轂的結(jié)構(gòu)形式有差別，所述設(shè)備測量元件采用傳統(tǒng)的千分表，驅(qū)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)采用人手轉(zhuǎn)動(dòng)方式，總體而言具有較大局限性，并不適合總裝車間在線檢測。 1.2.2國外現(xiàn)狀分析 國外從事輪對(duì)自動(dòng)檢測方面的研究已經(jīng)進(jìn)行了很多年，在輪對(duì)的外形尺寸檢測方面進(jìn)行了深入的研究，擁有了較成熟的檢測技術(shù)，開發(fā)出了適用于不同場合的動(dòng)態(tài)靜態(tài)自動(dòng)檢測產(chǎn)品。 （1） 超聲遙測檢測裝置俄羅斯聯(lián)邦鐵路于90年代中期研制成功輪對(duì)參數(shù)自動(dòng)化檢測裝 置。它采用超聲遙測的非接觸方法,當(dāng)鐵路車輛以不大于5km/h的速度行時(shí),遙測傳感器組可測出距車輪各特征表面的距離,經(jīng)分析處理后可得出車輪直徑、輪緣厚度、踏面磨耗和垂直磨耗等參數(shù)。測量誤差分別為輪徑誤差不大于lmm輪緣厚度誤差不大于0.5mm踏面磨耗誤差不大于0.3mm。整套測量裝置由傳感器組地面測量單元、數(shù)據(jù)傳輸線路操縱控制單元和外部設(shè)備等組成。此檢測裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜安裝調(diào)試?yán)щy。 （2）加速度峰值評(píng)法 日本20世紀(jì)90年代中期研制了“車輪踏面損傷檢測裝置”如圖所示。2個(gè)相同的加速度傳感器安裝在鋼軌座處,相距半輪周長S2/測量前后1/4周長的震動(dòng)。裝置除檢測踏面損傷外還能測量車輛通過測點(diǎn)的速度。該測量系統(tǒng)的主要問題是因車輪踏面?zhèn)鸬臎_擊波形和鋼軌的共振波形重登因而加速度峰值無法原原本本地反映出車輪踏面的損傷程度。 1 列車檢測器 2 加速度傳感器 3 車輪檢測器 圖1-1 車輪踏面損傷檢測裝置傳感器分布 （3）基于圖像的自動(dòng)檢測方法 在國外,如日本、德國、美國等國都已研制出了一些基于圖像處理方法的自動(dòng)檢測設(shè)備。近年來,我國也已經(jīng)開展了基于圖像的自動(dòng)檢測系統(tǒng)的研究,并取得 了 很大 的成果:如高速列車輪對(duì)自動(dòng)檢測系統(tǒng)的原理及實(shí)施方案和基于圖像的輪對(duì)在線動(dòng)態(tài)檢測應(yīng)用研究閉等,下面簡要介紹幾種國內(nèi)外基于圖像檢測的方法和裝置。(1)日本于20世紀(jì)90年代末研制的車輪踏面形狀自動(dòng)測定裝置川。如圖3,測量裝置有細(xì)激光束、CCD、車輪檢測器、同步檢測傳感器及遮光板組成。激光是在一個(gè)車輪通過的時(shí)候照射,用光電傳感器捕捉通過的車輪輪緣,用高速隨機(jī)光柵攝影。對(duì)所攝影的像,經(jīng)濾波和細(xì)化處理,抽出激光圖像的中心線,算出車輪各部位的尺寸。測量誤差分別為:車輪直徑誤差不大于 0.5mm,輪緣高度誤差不大于0.5mm,輪緣厚度誤差不大于0.lmm,輪對(duì)內(nèi)距誤差不大于0.lmm。(2)德國鐵路于80年代末期研制成功輪對(duì)自動(dòng)診斷裝置。這套裝置的工作原理是將縫隙光光帶以規(guī)定角度透射到車輪上形成可辨認(rèn)的輪廓,同時(shí)用攝像機(jī)在對(duì)應(yīng)角度捕捉反射的光束。車輪圖像是通過布置在每根鋼軌上的4半導(dǎo)體攝像機(jī)拍攝的,經(jīng)過分析處理后便可計(jì)算出輪緣厚度、踏面磨耗和車輪內(nèi)距等參數(shù)。(3)美國Loram公司于90年代中期研制成功了2種形式的車輪自動(dòng)檢測系統(tǒng),低速檢測型和高速檢測型。低速檢測型可在列車運(yùn)行速度不超過5km/h的情況下輸出圖像、圖標(biāo)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù);高速檢測型可在列車運(yùn)行速度不超過72km/h的情況下打印出測量數(shù)據(jù)和報(bào)告。(4)國內(nèi)基于圖像的輪對(duì)在線動(dòng)態(tài)檢測應(yīng)用研究時(shí)的檢測裝置由CCD和激光線光源為核心的基本檢測單元安裝在機(jī)車輪對(duì)檢測線上,當(dāng)機(jī)車接近檢測區(qū)域時(shí),傳感器啟動(dòng)現(xiàn)場檢測器件,攝像機(jī)捕捉車輪的輪廓圖像,對(duì)圖像進(jìn)行處理計(jì)算。測量精度可達(dá)0.4mm?；趫D像的自動(dòng)檢測方法,采樣率高、機(jī)構(gòu)簡單、測量精度高,但是造價(jià)相對(duì)昂貴。另外,光源相對(duì)攝像機(jī)位置的微小變化將會(huì)增大檢測誤差。 圖1-2 車輪踏面形狀測定裝置原理圖 1.3設(shè)計(jì)任務(wù)的主要內(nèi)容與要求 1.3.1主要技術(shù)參數(shù)： （1）軸的倆側(cè)軸肩距離為mm； （2）盤位差mm,mm, mm； （3）3個(gè)制動(dòng)盤兩側(cè)端面跳動(dòng)0.3mm； （4）3個(gè)制動(dòng)盤盤厚80mm。 1.3.2 主要要求 （1）A0裝配圖、零件圖3張（當(dāng)量圖紙3張A0），機(jī)械結(jié)構(gòu)三維建模，手繪1張A1圖紙； （2）開題報(bào)告一份，字?jǐn)?shù)不少于3000字； （3）設(shè)計(jì)說明書一份（按學(xué)院相關(guān)文件要求），字?jǐn)?shù)1.5萬字左右； （4）提交外文專業(yè)資料復(fù)印件及中文譯文打印件各一份，外文原文不少于3000單詞，并有明確的文獻(xiàn)出處； （5）參考資料8篇以上，其中外文資料2篇以上； 所有設(shè)計(jì)資料電子版（光盤）一份。 2總體方案設(shè)計(jì) 2.1 激光位移傳感器的選用 圖2-1 德國米銥激光位移傳感器 激光位移傳感器可精確非接觸測量被測物體的位置、位移等變化，主要應(yīng)用于檢測物體的位移、厚度、振動(dòng)、距離、直徑等幾何量的測量。 　　按照測量原理,激光位移傳感器原理分為激光三角測量法和激光回波分析法,激光三角測量法一般適用于高精度、短距離的測量，而激光回波分析法則用于遠(yuǎn)距離測量?！　? 三角測量法原理： 圖2-2 三角測量法原理圖 　激光發(fā)射器通過鏡頭將可見紅色激光射向被測物體表面，經(jīng)物體反射的激光通過接收器鏡頭，被內(nèi)部的CCD線性相機(jī)接收，根據(jù)不同的距離，CCD線性相機(jī)可以在不同的角度下“看見”這個(gè)光點(diǎn)。根據(jù)這個(gè)角度及已知的激光和相機(jī)之間的距離，數(shù)字信號(hào)處理器就能計(jì)算出傳感器和被測物體之間的距離。 　　同時(shí)，光束在接收元件的位置通過模擬和數(shù)字電路處理，并通過微處理器分析，計(jì)算出相應(yīng)的輸出值，并在用戶設(shè)定的模擬量窗口內(nèi)，按比例輸出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號(hào)。如果使用開關(guān)量輸出，則在設(shè)定的窗口內(nèi)導(dǎo)通，窗口之外截止。另外，模擬量與開關(guān)量輸出可獨(dú)立設(shè)置檢測窗口。 　　根據(jù)需要，選用德國IDL-1700-20LL激光位移傳感器 2.2 總體方案的確定 圖2-3 整體檢測裝置 1-立柱；2-頂尖；3-液壓缸；4-激光位移傳感器；6-滾輪；7-測量裝置；8-底座 根據(jù)需要，整體尺寸總長為3040mm,總寬1960mm,總高2300mm。 整個(gè)測量裝置有送料機(jī)構(gòu)，托起機(jī)構(gòu)，頂尖定位機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。檢測時(shí)，先用塔吊將輪對(duì)組合放在送料小車上的V型塊上，然后液壓缸將小車推到指定位置，托起機(jī)構(gòu)將待測輪對(duì)組合頂起，兩側(cè)的頂尖將輪對(duì)組合固定：測量裝置鋁合金方管上固定的兩個(gè)激光位移傳感器測量軸肩距離；中間兩個(gè)傳感器設(shè)計(jì)成相對(duì)固定，可以通過絲杠左右和上下移動(dòng)，可以測量制動(dòng)盤盤位差、端面跳動(dòng)和盤厚。 整個(gè)測量采用相對(duì)測量法，先用頂尖定位一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件，標(biāo)記激光位移傳感器檢測標(biāo)準(zhǔn)件的位置點(diǎn)和檢測到的數(shù)據(jù)，檢測時(shí)，通過比較同一位置點(diǎn)傳感器數(shù)據(jù)的變化來達(dá)到檢測目的。 3滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算與選用 3.1 滾珠絲杠介紹 滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn)品。滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動(dòng)動(dòng)作變成滑動(dòng)動(dòng)作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。滾珠絲杠是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)。 1）與滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩為1/3 由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。與過去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到1/3以下,即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。 2）高精度的保證 滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,對(duì)溫度濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制,由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。 3）微進(jìn)給可能 滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng),所以啟動(dòng)力矩極小,不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。 4）無側(cè)隙、剛性高 滾珠絲杠副可以加予壓,由于予壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值,進(jìn)而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力,在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí),由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng))。 5）高速進(jìn)給可能 滾珠絲杠由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小、所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給(運(yùn)動(dòng))。 滾珠絲杠副特性： 1） 傳動(dòng)效率高 滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率高達(dá)90%～98%，為傳統(tǒng)的滑動(dòng)絲杠系統(tǒng)的2～4倍，如圖1.1.1所示，所以能以較小的扭矩得到較大的推力，亦可由直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（運(yùn)動(dòng)可逆）。 2）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)為點(diǎn)接觸滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，工作中摩擦阻力小、靈敏度高、啟動(dòng)時(shí)無顫動(dòng)、低速時(shí)無爬行現(xiàn)象，因此可精密地控制微量進(jìn)給。 3）高精度 滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)中溫升較小，并可預(yù)緊消除軸向間隙和對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸以補(bǔ)償熱伸長，因此可以獲得較高的定位精度和重復(fù)定位精度。 4）高耐用性 鋼球滾動(dòng)接觸處均經(jīng)硬化（HRC58～63）處理，并經(jīng)精密磨削，循環(huán)體系過程純屬滾動(dòng)，相對(duì)對(duì)磨損甚微，故具有較高的使用壽命和精度保持性。 5）同步性好 由于運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、反應(yīng)靈敏、無阻滯、無滑移，用幾套相同的滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的部件或裝置，可以獲得很好的同步效果。 6）高可靠性 與其它傳動(dòng)機(jī)械，液壓傳動(dòng)相比，滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)故障率很低，維修保養(yǎng)也較簡單，只需進(jìn)行一般的潤滑和防塵。在特殊場合可在無潤滑狀態(tài)下工作。 7）無背隙與高剛性 滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)采用歌德式（Gothic arch）溝槽形狀（見圖2.1.2—2.1.3）、使鋼珠與溝槽達(dá)到最佳接觸以便輕易運(yùn)轉(zhuǎn)。若加入適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力，消除軸向間隙，可使?jié)L珠有更佳的剛性，減 8）少滾珠和螺母、絲杠間的彈性變形，達(dá)到更高的精度。 現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，一批又一批的高速數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。它不僅要求有性能卓越的高速主軸，而且也對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)提出了很高的要求：最大進(jìn)給速度應(yīng)達(dá)到40m/min或更高；加速度要高，達(dá)到1g以上；動(dòng)態(tài)性能要好，達(dá)到較高的定位精度。 3.2滾珠絲杠的選型與計(jì)算 圖3-1 檢測裝置 3.2.1 水平方向滾珠絲杠選型與計(jì)算 （1）直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型 1)滑塊承受工作載荷的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取 工件載荷是影響直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素?；瑝K所受最大垂直方向載荷計(jì)算公式為： 其中為垂直方向絲杠的重量和鋁合金方管的重量再加上兩個(gè)激光傳感器的重量，考慮安全系數(shù)，取，外加載荷，那么 初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副型號(hào)為RGH20HA型號(hào)導(dǎo)軌，其額定動(dòng)載荷，根據(jù)加工要求選取導(dǎo)軌的長度為1300mm。 2)距離額定壽命L的校核計(jì)算 上訴選取的RGH20HA型號(hào)導(dǎo)軌副的滾道硬度為60HRC工作溫度不超過℃，每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度等級(jí)定為4級(jí)。工作速度較低，載荷不大。查表3-36~3-40，分別取硬度系數(shù)，溫度系數(shù)，接觸系數(shù)，精度系數(shù)，載荷系數(shù)帶入式 計(jì)算得：大于50km的期望值，故該導(dǎo)軌的壽命滿足要求。 （2） 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型 1）最大工作載荷的計(jì)算 已知移動(dòng)部件總重量為，取顛覆力矩影響系數(shù)為，滾動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)。 那么： 2)最大動(dòng)載荷計(jì)算 設(shè)承受最大負(fù)載時(shí)最快進(jìn)給速度，初選絲杠導(dǎo)程，絲杠長度870mm，則此時(shí)絲杠的轉(zhuǎn)速，取滾珠絲杠的使用壽命，代入公式中可得絲杠的壽命系數(shù)（單位為）。 取載荷系數(shù)，滾道的硬度為60HRC時(shí)，取硬度系數(shù)為代入式： 得 3)初選絲杠螺母副型號(hào) 根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查表3-31，選取GD系列5005型滾珠絲杠，為內(nèi)循環(huán)固定反向器雙螺母式，其公稱直徑為50mm，導(dǎo)程為10mm，精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷為3.14kN，大于，能夠滿足傳動(dòng)要求。 4)傳動(dòng)效率的計(jì)算 將公稱直徑，導(dǎo)程代入公式：得絲杠的螺旋升角。 將求出的螺旋升角與摩擦角代入公式中 得傳動(dòng)效率 5)確定精度 ：任意300mm內(nèi)行程變動(dòng)量對(duì)系統(tǒng)而言 0.8定位精度－ 定位精度為20/300 <14.3,絲杠精度取為3級(jí) ＝12<14.3 (3) 伺服電機(jī)的選用 計(jì)算電機(jī)功率 式中----電機(jī)功率，； ----電機(jī)所要傳遞的扭矩，； ----電機(jī)轉(zhuǎn)速， 所以 選擇的伺服電機(jī)，型號(hào)為富士GYS401D5,額定電壓220V，轉(zhuǎn)速，速度響應(yīng)頻率。 3.2.2垂直方向滾珠絲杠的選型與計(jì)算 (1) 導(dǎo)軌副的選擇 因?yàn)樵诖怪狈较蛏蠈?dǎo)軌主要承受的是彎矩，故采用燕尾槽型導(dǎo)軌。據(jù)估計(jì)移動(dòng)部件的總重量為100N，由加工范圍，確定導(dǎo)軌長度為410mm。 (2)滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型 1)最大工作載荷的計(jì)算 已知移動(dòng)部件總重量為，取顛覆力矩影響系數(shù)為，滑動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)。 那么： 2)最大動(dòng)載荷計(jì)算 設(shè)承受最大銑削力負(fù)載時(shí)最快進(jìn)給速度，初選絲杠導(dǎo)程，則此時(shí)絲杠的轉(zhuǎn)速，取滾珠絲杠的使用壽命，代入公式中可得絲杠的壽命系數(shù)（單位為）。 取載荷系數(shù)，滾道的硬度為56HRC時(shí)，取硬度系數(shù)為代入式： 得 3)初選絲杠螺母副型號(hào) 根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程，查表3-31，選取GD系列4005-4型滾珠絲杠，為內(nèi)循環(huán)固定反向器雙螺母式，其公稱直徑為50mm，導(dǎo)程為10mm，精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷為3.56kN，大于，能夠滿足傳動(dòng)要求。 經(jīng)校核該絲杠的強(qiáng)度滿足要求，具體的校核內(nèi)容與之前的校核基本一致。 (3)伺服電機(jī)的選擇 選擇的伺服電機(jī)，型號(hào)為富士GYS401D5,額定電壓220V，轉(zhuǎn)速，速度響應(yīng)頻率50KHZ。 4液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 圖4-1 液壓缸 圖4-2 托起機(jī)構(gòu) 4.1液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和工作原理 輪對(duì)組合估重為10KN,取安全系數(shù)K=1.5，則重力G=15KN，加上托架的重量500N，單個(gè)液壓缸受到的負(fù)載取8000N。 (1)單作用油缸 單作用油缸是指壓力油只能向油缸活塞的一側(cè)供油，即活塞只在向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)靠油壓力推動(dòng)，動(dòng)作完成后的返回行程則靠其他外力來推動(dòng)。 (2)液壓油缸上作用力分析： 表示安裝在機(jī)座上的油缸組的工作位置。在缸筒中伸縮活動(dòng)的活塞桿，其上端鉸接到托架上。引用液壓缸起升受載荷Q=8000N時(shí)動(dòng)載荷系數(shù)K1=1.3以及偏載系數(shù)?=1.1。起升力分別為： 以及 活塞桿頂端承受載荷為 4.2油缸的選取 柱塞式油缸造價(jià)高維修復(fù)雜，但是截面慣量大，工作時(shí)不容易失穩(wěn)，但是活塞式油缸價(jià)格低廉，裝配維修方便，但是截面慣量小，尤其當(dāng)偏載啟動(dòng)時(shí)更需校驗(yàn)發(fā)生。輪對(duì)組合重量約為1噸，取安全系數(shù)k=1.5，則液壓缸工作壓力為15000N, 活塞式油缸足夠承受此力。 4.3液壓缸工作壓力的確定 液壓缸工作壓力主要是通過液壓設(shè)備和油缸外載荷來確定的，如下表4-1所示： 表4-1 外載荷與油缸壓力關(guān)系表 外載荷W（N） ＜5000 5000-10000 10000-20000 油缸工作壓力P（Mpa) 0.8-1.5 1.5-2.5 2.5-3.5 取液壓缸工作壓力2.5Mpa 液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d的確定 油缸的工作壓力P，活塞桿頂端承受載荷W和油缸內(nèi)徑的關(guān)系 當(dāng)活塞桿工作受拉伸時(shí)，一般取d/D=0.3~0.5;當(dāng)活塞桿工作受壓縮時(shí)，為保證活塞桿工作的縱彎曲穩(wěn)定性，d/D的比值應(yīng)該取較大，故取0.5所以d=0.05m 4.4油缸各部分材料的確定 (1) 材料用45鋼的無縫鋼管且要調(diào)質(zhì) 缸體技術(shù)條件： 1）缸體內(nèi)徑D采用D4配合。內(nèi)徑的加工光潔度：當(dāng)活塞用橡膠密封時(shí)，取8~10；當(dāng)活塞用活塞環(huán)密封時(shí)，取8~9，都需要進(jìn)行研磨。 2）熱處理：調(diào)質(zhì)，硬度HB241-HB285. 3）直徑D的圓錐度，橢圓度不大于直徑公差一半。 4）缸體與端部采用螺紋連接，螺紋采用2a級(jí)精度的公制螺紋。 5)缸體尾部為耳環(huán)型。 6)為了防止腐蝕和提高壽命，在缸體內(nèi)表面可以鍍鉻，再進(jìn)行拋光，在缸體外表面涂上耐油油漆。 活塞材料：耐磨鑄鐵 活塞技術(shù)條件 1)外徑D對(duì)d的振擺不大于D公差一半； 2)端面T的不垂直度的在直徑100毫米上不大于0.04毫米； 3)外徑D的橢圓度，元錐度不大于直徑公差一半。 活塞的密封 采用O型密封圈進(jìn)行密封 (2)活塞桿 根據(jù)起升重量選擇實(shí)心活塞桿。 活塞桿材料材料45號(hào)鋼 其抗拉強(qiáng)度為N：許用安全系數(shù)， n=4所以活塞桿材料許用應(yīng)力：。 4.5液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算 液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來計(jì)算。 液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度，從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓通，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律因壁厚的不同而各異。一般計(jì)算式可以分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。液壓缸的內(nèi)徑與其壁厚的比值的圓筒稱為薄壁圓筒。起重運(yùn)輸機(jī)械和工程機(jī)械的液壓缸，一般采用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算： 式中: ：液壓缸壁厚（m） D：液壓缸內(nèi)徑（m) ：試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的1.5倍（Mpa） ：缸筒材料的許用應(yīng)力 無縫鋼管：=100Mpa 在中低壓液壓系統(tǒng)中，按上式計(jì)算所得液壓缸的壁厚往往很小，使缸體的剛度不夠，如在切削加工過程中的變形，安裝變形等等，引起液壓缸工作過程卡死或漏油，因此一般不作計(jì)算，按經(jīng)驗(yàn)選取，必要時(shí)按上式進(jìn)行校核。 液壓缸內(nèi)徑D與其壁厚的比值所以=0.0025m。 液壓缸壁厚算出來以后，即可求出缸體的外徑 式中應(yīng)該按無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)。 4.6液壓缸活塞行程 液壓缸活塞行程取300mm 缸蓋厚度的確定 一般液壓缸多采用平底缸蓋，其有效強(qiáng)度t按強(qiáng)度要求可用下面兩式進(jìn)行近似計(jì)算 無孔時(shí) 0.01 式中： t--缸蓋有效厚度（m） --缸蓋止口內(nèi)徑（m） --缸蓋孔的直徑（m) 最小導(dǎo)向長度確定 對(duì)一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長度H應(yīng)該滿足一下要求 式中：L--液壓缸的最大行程； D--液壓缸的內(nèi)徑 活塞的寬度B一般取B=（0.6~1.0）D 所以B=10.049=0.049m。 缸體長度的確定 液壓缸缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和，缸體外形長度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20-30倍。取缸體長度L=942mm，液壓缸型號(hào)為HSGK。 4.7油缸的缸徑、活塞桿直徑的計(jì)算 采用雙作用油缸，當(dāng)油進(jìn)入有桿腔時(shí)，活塞桿受力 一般的，，可得到 所以 式中 P——液壓系統(tǒng)壓力。由起升油缸選用100Kg/cm2； η——油缸機(jī)械效率，用耐油橡膠密封，取=0.95； D——缸內(nèi)徑，cm。 則有 得出：。 查《液壓傳動(dòng)實(shí)用手冊》，可選擇D為78mm。 活塞桿直徑 液壓缸壁厚 由得出 缸體外徑 綜上所述，液壓缸的缸徑D=100mm、桿徑d=50mm 型號(hào)為：HSGK01-100/dE 5旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 5.1摩擦輪傳動(dòng) (1)摩擦輪傳動(dòng)工作原理 摩擦輪傳動(dòng)是利用兩輪直接接觸所產(chǎn)生的摩擦力來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種機(jī)械傳動(dòng)。簡單的摩擦輪傳動(dòng)是由兩個(gè)相互壓緊的圓柱形摩擦輪組成。在正常傳動(dòng)時(shí)，主動(dòng)輪依靠摩擦力的作用帶動(dòng)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并保證兩輪面的接觸處有足夠大的摩擦力，使主動(dòng)輪產(chǎn)生的摩擦力矩足以克服從動(dòng)輪上的阻力矩。如果摩擦力矩小于阻力矩，兩輪面接觸處在傳動(dòng)中會(huì)出現(xiàn)相對(duì)滑移現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為“打滑”。 (2) 增大摩擦力的途徑 一是增大正壓力，二是增大摩擦因數(shù)。增大正壓力可以在摩擦輪上安裝彈簧或其他的施力裝置 。但這樣會(huì)增加作用在軸與軸承上的載荷，導(dǎo)致增大傳動(dòng)件的尺寸，使機(jī)構(gòu)笨重。因此，正壓力只能適當(dāng)增加。增大摩擦因數(shù)的方法，通常是將其中一個(gè)摩擦輪用鋼或鑄鐵材料制造，在另一個(gè)摩擦輪的工作表面，粘上一層石棉、皮革、橡膠布、塑料或纖維材料等。輪面較軟的摩擦輪宜作主動(dòng)輪，這樣可以避免傳動(dòng)中產(chǎn)生打滑，致使從動(dòng)輪的輪面遭受局部磨損而影響傳動(dòng)質(zhì)量。 5.2德國SEW輪對(duì)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)減速機(jī) 交流減速電機(jī)采用交流單項(xiàng)電容運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)，配上一種合適的齒輪減速器，達(dá)到某種需要的輸出，適合于在低速傳動(dòng)裝置中作驅(qū)動(dòng)元件，能起到簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)和降低能耗的作用，按其功能分YY型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和YN型可逆電動(dòng)機(jī)兩種，每種還可以增加無極變速的速度控制功能。部分電機(jī)還可配帶微型電磁制動(dòng)器。YY型感應(yīng)電機(jī)適用于按一個(gè)方向連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的工作場合，如生產(chǎn)流水線、自動(dòng)機(jī)床、印刷機(jī)械等。YN型可逆電動(dòng)機(jī)適合于頻繁啟動(dòng)或換向運(yùn)轉(zhuǎn)的場合，如自動(dòng)售貨機(jī)、包裝機(jī)、電壓調(diào)整器、電動(dòng)升降機(jī)、電動(dòng)執(zhí)行器等。 S系列斜齒輪-蝸輪減速電機(jī)特點(diǎn)： 1) S系列斜齒輪-蝸輪減速電機(jī)具有很高的科技含量，有斜齒輪與蝸輪蝸桿結(jié)合一體傳動(dòng)，提高該機(jī)力矩與效率。該系列產(chǎn)品規(guī)格齊全，轉(zhuǎn)速范圍廣，通用性好，適應(yīng)各種安裝方式，性能安全可靠壽命長，實(shí)施了國際標(biāo)準(zhǔn)要求。 2) 機(jī)體表面凹凸具有散熱作用，吸振強(qiáng)，低溫升，低噪音。 3) 該機(jī)密封性能好，對(duì)工作環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可在腐蝕、潮濕等惡劣環(huán)境中連續(xù)工作，并具有防腐特點(diǎn)，能長時(shí)間貯存。 4) 該機(jī)傳動(dòng)精度高，具有自鎖功能，特別適應(yīng)在有頻繁啟動(dòng)的場合工作，可連接各類減速機(jī)及配置各類型電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可安裝在90度傳動(dòng)操作位置。 5) 該電機(jī)關(guān)鍵零部件采用了高耐磨材料，并經(jīng)過特種熱處理，具有加工精度高，傳動(dòng)平穩(wěn)、體積小承載能力大、壽命長等特點(diǎn)。 6) 該減速機(jī)可配置各種類電機(jī)，形成了機(jī)電一體化，完全保證了產(chǎn)品使用質(zhì)量特征。 5.3電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算 工作機(jī)所需功率 表5-1 效率參數(shù)表 名稱 效率 彈性聯(lián)軸器 圓柱齒輪傳動(dòng) 滾子軸承 剛性聯(lián)軸器 傳動(dòng)裝置的總效率 所需電動(dòng)機(jī)功率 滾筒的工作轉(zhuǎn)速 所選電動(dòng)機(jī)型號(hào) 表5-2 電機(jī)參數(shù) 同步轉(zhuǎn)速 1500r/min—4級(jí)電動(dòng)機(jī) 型號(hào) S57-DT71D 額定功率 0.2kw 滿載轉(zhuǎn)速 1460r/min 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 2.2 最大轉(zhuǎn)矩 2.2 工作轉(zhuǎn)速 52.11r/min 總傳動(dòng)比 5.4軸承校核 (1) 高速軸軸承校核： 選用軸承307，由GB276-89表查=25800, =17800 沖擊符合系數(shù) ，壽命指數(shù)（球軸承） 1) 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷： 兩端軸承分別受徑向力： =356N =798N 軸承B受力大，所以只需對(duì)軸承B校核 軸向力A=0 , =0 查表得，X=1, Y=0, 則當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷為： =769.8N 2) 計(jì)算軸承壽命： 根據(jù) ,查表得，則可及算出為： ＝608227h> 3) 驗(yàn)算靜負(fù)荷： =0， 查表得, 其當(dāng)量靜負(fù)荷為： =643N 由表查得，安全系數(shù)，則 < 綜上，選用307型號(hào)的軸承使用壽命合格。 (2) 中間軸軸承校核： 選用軸承309，由GB276-89表查=40800, =29800 沖擊符合系數(shù) ， 壽命指數(shù)（球軸承） 1) 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷： 兩端軸承分別受徑向力： =4258N =3120N 軸承A受力大，所以只需對(duì)軸承A校核 軸向力A=0 , =0 查表得，X=1, Y=0, 則當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷為： =5210.2N 2) 計(jì)算軸承壽命： 根據(jù) ,查表得，則可及算出為： ＝685448h> 3) 驗(yàn)算靜負(fù)荷： =0， 查表得, 其當(dāng)量靜負(fù)荷為： =4530N 由表查得，安全系數(shù)，則 < 綜上，選用309型號(hào)的軸承使用壽命合格。 (3) 低速軸軸承校核： 選用軸承413，由GB276-89表查=90800, =78000 沖擊符合系數(shù) ， 壽命指數(shù)（球軸承） 1) 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷： 兩端軸承分別受徑向力： =1960N =3950N 軸承B受力大，所以只需對(duì)軸承B校核 軸向力A=0 , =0 查表得，X=1, Y=0, 則當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷為： =3872N 2) 計(jì)算軸承壽命： 根據(jù) ,查表得，則可算出為： ＝7074711h> 3) 驗(yàn)算靜負(fù)荷： =0， 查表得, 其當(dāng)量靜負(fù)荷為： =3892N 由表查得，安全系數(shù)，則 < 綜上，所選軸承合格。 6雙頂尖定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖6-1 頂尖三維圖 6.1回轉(zhuǎn)頂尖結(jié)構(gòu) 機(jī)床回轉(zhuǎn)頂尖主要用于加工回轉(zhuǎn)類零件,借助被加工零件的中心孔定位,使被加工零件能夠獲得的精度?；剞D(zhuǎn)頂尖有兩種形式:頭部旋轉(zhuǎn)式頂尖(又稱活頂尖)和整體式頂尖(又稱死頂尖)。旋轉(zhuǎn)式頂尖頭部安裝有軸承,定位精度略差,但旋轉(zhuǎn)時(shí)不容易發(fā)熱;整體式頂尖定位精度高,但工件旋轉(zhuǎn)時(shí)頂尖頭部容易摩擦生熱在齊通車床和萬能外圓磨床中,經(jīng)常會(huì)用到以下兩種回轉(zhuǎn)頂尖。 圖6-2 旋轉(zhuǎn)式頂尖 圖6-3 整體式頂尖 6.2軸承的受力計(jì)算 (1) 軸承徑向力計(jì)算 輪對(duì)組合重量約為1噸，取安全系數(shù)K=1.5，則G取15000N。則頂尖受到的軸向力F1=15000N。 (2) 軸承壽命計(jì)算 壽命指數(shù)ε=10/3則壽命 L= 式中：n---軸承工作轉(zhuǎn)速，取50r/min； E---壽命指數(shù)，取3； 為了安裝方便取一大一小兩個(gè)軸承，上邊的為7006AC，下邊的為7005AC 上軸承的額定動(dòng)載荷，C1=14.5KN 下軸承的額定動(dòng)載荷，C2=11.3KN P為當(dāng)量動(dòng)載荷，計(jì)算公式為： P= 為沖擊載荷因數(shù)，取1.2； 為軸承所受徑向載荷，為軸承所受軸向載荷，X為徑向載荷系數(shù)，Y為軸向載荷系數(shù)。 計(jì)算得壽命：L=5665h，符合設(shè)計(jì)要求。 (2) 軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算 為了使軸承滿足靜強(qiáng)度的要求，應(yīng)滿足下式； 式中為靜強(qiáng)度安全因數(shù)，取=3.5； 下軸承額定靜載荷C1=10.1KN,上軸承額定靜載荷C2=7.4KN 為當(dāng)量靜載荷， =1820.2 =785.2N 下軸承靜強(qiáng)度校核： 上軸承靜強(qiáng)度校核： 上下軸承靜強(qiáng)度校核均符合設(shè)計(jì)要求 6.3頂尖心軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 圖6-4 頂尖剖視圖 在設(shè)計(jì)中頂尖是用來定位和支撐車軸的，頂尖心軸要承受較大的壓力，因此頂尖心軸的材料我選擇的是：45號(hào)鋼，軸段1直徑為=30mm，軸段2直徑為=55mm，軸段3直徑為=50mm， 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，裝配完成后頂尖伸出部分為47mm，各軸段長度：=88mm,=100mm,=100mm。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，預(yù)估計(jì)心軸長度為340mm。 總結(jié) 馬上就要畢業(yè)了，我們迎接來了大學(xué)里的最后一次考核，畢業(yè)設(shè)計(jì)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我們通過閱讀、收集、整理、分析、和運(yùn)用各種信息，提高了我們查閱文獻(xiàn)的能力，培養(yǎng)了我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，提高了我們理論聯(lián)系實(shí)際的能力，使我們經(jīng)歷了比較專業(yè)系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)及控制設(shè)計(jì)，為我們以后的學(xué)習(xí)及工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書及科學(xué)文獻(xiàn)的翻譯，使我們掌握了科技論文的寫作方法，提高了專業(yè)英語的水平。通過CAD出圖，使我們對(duì)CAD的掌握更加扎實(shí)，同時(shí)也學(xué)到了以前很少用過的東西。不管畢業(yè)設(shè)計(jì)做的如何，對(duì)我們來說都是一段有意義的歷程，通過這個(gè)過程，使我們在設(shè)計(jì)的路上邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。 本次設(shè)計(jì)，我的題目是火車盤位差檢測機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，我主要負(fù)責(zé)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。本文主要介紹了用激光位移傳感器檢測火車輪對(duì)制動(dòng)盤盤位差和端面跳動(dòng)自動(dòng)檢測機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過程。在設(shè)計(jì)過程中，由于經(jīng)驗(yàn)不足，知識(shí)不夠全面，故只能查閱資料資料及詢問老師，有些機(jī)械定位不夠十分合理，尺寸選取的也不是十分準(zhǔn)確等，需要改進(jìn)的方面很多。本文系統(tǒng)的介紹了這一過程，并進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定各個(gè)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的結(jié)構(gòu)尺寸，并完成了檢測機(jī)構(gòu)的總裝圖紙以及部分零件圖。 參考文獻(xiàn) [1] 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Journal of Sound and Vibration, Volume 267, Issue 1, 9 October 2003, Pages 105-166 致謝 我這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是在王華老師，張爽老師和高金剛老師的精心指導(dǎo)下完成的。 在設(shè)計(jì)的過程中，由于水平有限，遇到過很多問題，老師本著認(rèn)真的工作作風(fēng)、高度的責(zé)任心和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度為我營造了一個(gè)良好的氛圍，對(duì)我順利的完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)起到了很大的幫助。本次設(shè)計(jì)使我對(duì)大學(xué)以來所學(xué)的知識(shí)得到綜合的融會(huì)貫通，并有了進(jìn)一步的理解，對(duì)所學(xué)的知識(shí)以及相互聯(lián)系有了實(shí)際應(yīng)用的機(jī)會(huì)，使我在各方面的能力都得到了很大程度的提高和鍛煉；學(xué)會(huì)了一些設(shè)計(jì)方法，提高了自身分析解決問題的能力，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下了良好的基礎(chǔ)。 同時(shí)，論文的順利完成，離不開其它各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助。在整個(gè)的論文寫作中，各位老師、同學(xué)和朋友積極的幫助我查資料和提供有利于論文寫作的建議和意見，在他們的幫助下，論文得以不斷的完善，最終幫助我完整的寫完了整個(gè)論文。 另外，要感謝在大學(xué)期間所有傳授我知識(shí)的老師，是你們的悉心教導(dǎo)使我有了良好的專業(yè)課知識(shí)，這也是論文得以完成的基礎(chǔ)。 繁忙的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，由于水平有限，考慮不免有漏洞，設(shè)計(jì)難免有不當(dāng)之處，懇請(qǐng)答辯老師批評(píng)指正！ 同時(shí)衷心的感謝關(guān)心、支持這次設(shè)計(jì)的各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)！各位老師！ 40