机车车轮毕业设计

华中科技大学文化学院毕业设计(论文)华中科技大学文化学院毕业设计(论文)机车车轮连杆机构的设计与仿真学生姓名：许凡，学号：2科学系(系):机电工程系专业水平：机械设计与制造09级4班讲师：李职称或学位：教授2012年5月22日目录摘要2关键词：2序言21.导言31.1 Pro/E软件在产品造型设计中的应用32.机车车轮连杆机构的设计与计算52.1齿轮弯曲强度的计算92.2齿轮接触强度计算：93、机车车轮联动分析104.机车车轮连杆机构13的三维建模4.1机构的三维建模1 34.2机构18的二维图5.机车车轮连杆机构21的PROE装配与仿真5.1机构组装215.2机构模拟24参考文献25致谢25摘要本文主要是在Pro/E软件设计平台上完成机车车轮连杆机构的三维建模设计。在整个设计过程中，主要对机车车轮连杆机构的各个部件进行三维造型设计和色彩渲染。最后，对每个部件进行虚拟装配、动态仿真和全局干涉检查。通过对机车车轮连杆机构的系统设计，肯定了Pro/E软件在造型设计、基本特征创建、零部件虚拟装配、动态仿真、色彩渲染等方面的优势，使设计工作直观、高效、准确。实践充分证明，Pro/E软件在新产品研发中具有重要意义。关键词：pro/e；三维建模；虚拟装配；彩色渲染；动态仿真前言铁路运输是一个独立而特殊的物资生产部门，是发展经济、提高人民物质集体化生活水平的重要基础设施。随着国民经济的发展不断促进铁路运输量的增长，铁路运输在国民经济发展中发挥着重要作用，是能源、矿产等重要物资的重要运输方式。铁路运输具有运量大、运价低、运输距离长的优点。在全球石油供需相对紧张的情况下，由于铁路运输的低能耗和低系统价格，铁路运输由于其技术和经济优势，受油价上涨的影响相对较小。在道路运输普遍低迷的情况下，铁路运输能够为社会运输需求提供充足的运力保障。其次，铁路运输具有绿色优势。首先，就环境污染而言，铁路产生的废气和噪音干扰低于其他交通方式。从各种运输方式的货物运输造成的单位污染强度(吨/公里)来看，公路是铁路的10倍。相对而言，铁路对环境和生态平衡的影响较小，尤其是电气化铁路。其次，在能源消耗方面，在同等运输量下，铁路明显优于公路和民航。此外，在土地资源方面，铁路占地少，利用率高。在相同的流量下，铁路只占公路的八分之一，因此节省了大量土地，最有效地利用了土地资源。首先，铁路货运具有相对完善的基础设施和覆盖全国大部分地区的运输网络。截至2008年，中国拥有90，000公里的铁路和遍布全国的运营铁路运输网络。覆盖面广、运输能力强、成本低、全天候、高度集中和统一的优势是其他运输方式无法替代的竞争优势。其次，从地理上讲，铁路物流具有成为物流配送中心的优势。铁路货场站大多位于城镇或地区的经济中心。同时，他们有大量的仓库、货场和各种装卸设施。此外，铁路还有各种专用线、专用线等与企业直接相连的设施，具备仓储、运输的有利条件。这种改善主要体现在两个方面：一是规模将会扩大。为进一步发挥铁路物流的规模优势，铁路货运车辆将向重载方向发展，如载重71500吨的超重货物列车。二是高速，铁路将通过提高运输速度不断缩小与航空运输和公路运输的差距。例如，法国在1990年制造了时速515.3公里的高速列车，日本在1998年将试验速度提高到539公里/小时，中国目前正在采用各种技术方案来实现铁路提速战略。总之，货运向现代物流发展是我国铁路货运发展的必由之路。这是对中国铁路货运业的运行进行分析，科学探讨中国铁路货运业的内外部环境，明确中国铁路货运业的优势与劣势、机遇与威胁后得出的结论。铁路货运作为我国最大的运输企业，是众多供应链下的重要物流环节，在我国物流业发展中占有重要地位。我相信，铁路货运业将一如既往地积极探索促进我国现代物流业快速发展的有效途径，为建设物流顺畅、便捷、准时、经济、合理、用户满意的现代物流环境，为建设和完善专业化、社会化、现代化的物流服务网络做出新的贡献。1.介绍科学技术的飞速发展以前所未有的速度冲击和改变了我们的生活水平和生产方式。大量的材料从根本上改变了人们对各种产品的需求。纯功能产品已经不能满足人们的生活需求。艺术形式和人性化设计已经成为大众的时尚选择。21世纪是设计的世纪。在激烈的市场竞争中，优秀的造型设计将是企业成功的重要因素，因为它能创造产品的个性，提升品牌价值，使产品更具竞争力。火车车轮是火车最重要的部件之一。由于其生产加工过程主要采用热加工成型技术，因此在各工序之间转移车轮毛坯时，装配线需要满足环境温度高、转移负荷大、转移速度快、定位精度高等要求。因此，普通装配线的工件转移方式不能很好地满足轮热生产中各工序之间的转移工作要求。机械手是一种自动生产设备，它可以模仿人体肢体部分的功能，并允许对其进行自动控制，以便按照预定的要求运输工件或搬运工具进行生产操作。它具有动作灵活可控、定位准确可靠、负载驱动力大、环境适应性强等特点。目前，机械手广泛应用于钢铁、海洋、石油、化工、物流等生产自动化行业，大大降低了工人的劳动强度和工作条件，提高了生产效率，稳定了产品质量。根据车轮毛坯在各种车轮之间传递的高载荷、高温、高位置精度、高生产率等要求Pro/E软件是PTC公司于1985年开发的计算机辅助工程设计软件。20多年来，它已经发展成为世界三维软件的代表产品。作为高端、全方位的三维产品设计开发软件，它也成为中国最流行的三维CAD/CAM软件，其应用范围涵盖汽车、机械、电子、模具等多个行业。(1)参数化设计与特征函数Pro/Engineer是一个基于特征的参数化实体造型系统。工程设计人员使用具有智能特征的基于特征的功能来生成模型，如空腔、壳体、倒角和圆角。您可以随意绘制草图，并轻松更改模型。这一功能特性为工程设计人员提供了设计中前所未有的简单性和灵活性。(2)单个数据库Pro/Engineer建立在统一的基础数据库上，不同于一些建立在多个数据库上的传统CAD/CAM系统。所谓的单一数据库意味着项目中的所有数据都来自一个数据库，使得每个独立用户都为产品建模工作，而不管他属于哪个部门。换句话说，整个设计过程中任何部分的变化也可以在整个设计过程的相关环节中来回反映。例如，一旦工程细节改变，数控刀具路径将自动更新。装配图中的任何变化也会反映在整个三维模型中。这种独特的数据结构和工程设计的完全结合结合了产品的设计。这一优势使得设计更加优化，成品质量更高，产品可以更好地销售，而且价格更便宜。(3)全相关Pro/engniner的所有模块都是全相关的。这意味着在产品开发过程中的某个地方进行的修改可以扩展到整个设计，并且所有的工程文档，包括组件、设计图纸和制造数据，可以同时自动更新。完全关联鼓励在开发周期的任何点上进行修改而不会有任何损失，并且使得并行工程成为可能，从而使得开发后期的一些功能能够提前发挥它们的作用。(4)基于特征的参数化建模Pro/Engineer使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的结构元素。这些功能是常见的机械对象，可以根据预设设置轻松修改。例如，设计特征包括圆弧、圆角、倒角等。它们为工程师所熟悉，因此易于使用。装配、加工、制造和其他学科都使用这些领域的独特特征。通过为这些特征(不仅包括几何尺寸，还包括非几何属性)设置参数，然后修改这些参数，很容易进行多次设计迭代来实现产品开发。(5)数据管理加速了市场，需要在短时间内开发更多的产品。为了达到这种效率，必须允许来自多个学科的工程师同时找到一种产品进行开发。数据管理模块的开发和研究是专门用来管理并行工程中的并行工作的，这是由Pro/Engineer独特的全相关功能所实现的。(6)装配管理Pro/Engineer的基本结构使您可以通过一些直观的命令，如“接合”、“插入”、“对齐”等，轻松地装配零件。同时保持设计意图。高级功能支持大型复杂组件的构建和管理，这些组件中的零件数量不受限制。(7)易于使用的菜单以直观的方式出现，提供逻辑项目和最常见的预选选项，以及简短的菜单描述和完整的在线帮助。这种形式使学习和使用变得容易。2.机车车轮连杆机构的设计计算以点E2为圆周运动，以F为中心，半径为AB(EF/AB)；然而，构件3上的点E3的轨迹显然是以点F为圆心、以点AB长度为半径的圆，即两者的轨迹重合，因此构件3和旋转副E、F相加后，机构的自由度不受影响。因此，当计算机构的自由度时，构件3和旋转对e和f应该被移除。注意：如果不满足AB、CD和EF平行且相等的条件，则EF条是真正的约束，机构不能移动。图2-1轨道重合(2)如图2-2中的d或e所示，两个部件形成多个移动对，其中导向路径的中心线彼此平行或重叠图2-2虚拟约束图(3)这两个部件形成几个旋转轴相互重合的旋转对，如图2-3中b或c所示(4)在机构的整个运动过程中，如果两个部件中的一个部件上的两点之间的距离总是相同的，那么由连接两个点和一个部件的两个旋转副形成的约束也是虚拟约束。如图2-4所示，如果旋转副e、f和构件4被移除，机构在e、f和构件4之间的运动将不受约束，因此它也是虚拟约束。(5)对机构中的运动没有影响的自由度的对称部分(F=-1)具有虚拟约束。如图2-5所示，行星齿轮系实际上只有一个行星齿轮2能够满足运动要求，而在该图中，采用了三对对称的行星旋转，并且没有一起计算。注意，在0处有两个旋转对，并且该机构具有三个可移动构件，三个低对和两个高对，因此该机构的自由度可以被获得为F=1。应该指出的是，从机构运动的角度来看，机构的虚拟约束是多余的，但它有利于增加机构的刚度和改善机构的受力状况。此外，当机构具有虚拟约束时，机构中零件的加工和机构的装配要求通常更高，以满足特定的几何条件。否则，虚拟约束将转换为真实约束，机构不能移动。齿轮扭矩的计算由于机车运行时传动等载荷的不稳定性，很难准确计算主减速器齿轮的计算载荷。通常，它是当发动机的最大扭矩与传动系的最低传动比相匹配时，以及当驱动轮打滑时，作用在主减速器从动齿轮上的最大应力的计算载荷。也就是说，(2-1)(2-2)其中：是发动机的最大扭矩，N.m；-从发动机到最终传动的计算从动齿轮的传动系统的最低传动比；传动系统上述传动部分的传动效率，取=0.9；-过载系数，对于普通货运机车，KO=1；当性能系数为几十时，Ko=2或由实验确定是优选的。N机车驱动轴的数量；-机车满载时驱动轴的最大负载。-机车车轮对地面的附着系数；对于普通车轮的机车，取=0.85；车轮滚动半径，米；-主减速器从动齿轮和驱动轮之间的传动效率；-主减速器从动齿轮和驱动轮之间的减速比；计算了以下数据：=700 * 6.608 * 1 * 0.9/2=2081.52纳米(2-3)=5387.86牛米(2-4)取较小者进行以下计算。计算主减速器从动齿轮的平均计算扭矩：=(2-5)-机车满载总质量n；牵引拖车的满载总质量n，但仅用于计算牵引车；-铁路滚动阻力系数，=0.010-0.015；机车正常使用时的平均爬坡能力系数；-机车性能系数；=1/10016-0.195()/ (2-6)当0.195()/16时，取=0。将数据代入计算16，取=0。代入数据计算=278纳米当计算主减速器的驱动齿轮时，用一对齿轮的减速比和传动效率分别除以(2-3)-(2-5)。由此，我们可以计算出平均计算扭矩T=11.06牛顿米。驱动齿轮齿数的选择。对于单级主减速器，当主减速器较大时，驱动齿轮的齿数应尽可能小，以获得令人满意的驱动桥与地面之间的间隙。当=6时，最小值优选为5，但是对于平滑接合和改善的疲劳强度，其优于5。当它很小时(例如=3.55)，优选为712。然而，由于主齿轮和从动齿轮的齿数太多、尺寸太大，无法保证桥下所需的间隙。为了均匀运行，主齿轮和从动齿轮的齿数之间不应有公约数。为了获得理想的齿面重叠系数，货物机车的齿数总和不应小于40，客运机车的齿数总和不应小于50公式中