转向架升降翻转机设计

1、转向架升降翻转机设计季金龙(株洲九方装备模具公司,湖南株洲412001随着国家加大对轨道交通运输的投入,电力机车、地铁、轻轨等有轨运输设备面临着空前的发展机遇,作为机车车辆核心部件转向架的焊接与检测维护专用设备的需求量将会显著增大,转向架升降翻转机就是针对有轨运输设备转向架的焊接制造以及各机务段对机车转向架检修维护而设计的。1产品的主要功能及主体结构 1.1主要功能升降翻转机通过附加连接装置可以实现高度方向的变位以及±360°的旋转变位。附加连接装置、高度方向的变位范围根据用户需要而定。1.2产品的主体结构升降翻转机主要由两个升降座、升降驱动机构、主动翻转机构、从动翻转机构

2、、及电器控制系统组成,如图1所示。2转向架升降翻转机传动原理及结构设计 2.1设计要求转向架升降翻转机最大承重6000kg 、升降速度500mm/min 、升降范围6501900mm (从带T 型槽的旋转工作台中心到地面的垂直距离、翻转能力17000N ·m 、翻转速度0.54r/min ,翻转角度±360°(升降范围中任意位置。2.2升降座的结构设计及关键点升降座立柱需要有足够的强度、刚度,这里选用的是强度大、刚性好的的工字钢(当然根据需要也可以采用槽钢或焊接结构,为了满足整机刚性要求及平稳升降,需要进行调质后方可加工成型,结构如图2所示。2.3升降驱动机构的结

3、构设计及注意事项在每个升降机构顶端采用一个相同的三相交流制动同步电机驱动减速器,再经螺杆传动,带动螺母在升降驱动机构上的主、从动翻转机构实现同步升降。在两个螺杆顶端各安装一只脉冲编码记数器,通过电器控制单元来同步驱动电机。通过电机制动和螺母螺杆副本身具有的自锁功能来实现主、从动翻转机构在高度方向的任意位置的定位。需要注意的是由于长时间运转,两侧翻转机构的累积高度差会加大,当两端误差大于20mm 时,可以通过单独控制其中一侧升降机构的升降来使两端的高度达到一致。在两侧升降立柱的行程最高处及行程最低处的同一高度上安装限位开关。从安全方面考虑,在提升时,配备了随动螺母,防止长期使用螺母磨损而造成安全

4、事故。此外在升降驱动机构与主、从动翻转机构的连接出设计了球面调整垫片用来满足主、从动翻转机构的自适应调整。升降驱动机构和升降座的连接部分需要使用轴承来赋予螺杆的转动自由度。由于轴承主要承受轴向作用力,并且要能够增加螺杆的稳定性,所以选择圆锥滚子轴承加一对深沟球轴承,采用一端固定一端游动结构。这里所选择的轴承是深沟球轴承60000型6208和62112,圆锥滚子轴承30000型31311。升降驱动机构结构见图3。2.4主、从翻转机构设计及注意事项主动翻转机构采用带制动器的电机驱动蜗轮蜗杆减摘要:文中主要介绍了转向架焊接检测专用设备升降翻转机的使用功能及实现原理,着重论述了升降翻转机的结构设计过程

5、以及关键的技术要点,并对重要的零件进行了设计计算。关键词:转向架;升降翻转机;齿轮;丝杆中图分类号:T G44文献标识码:A 文章编号:1002-2333(200902-0143-02143机械工程师2009年第2期1243L1000准1000800300800300准10002757.51000图11.升降驱动机构2.从动翻转机构3.升降座4.主动翻转机构123456图21.吊环螺钉2.连接板3.升降立柱4.底座5.加强筋6.调整螺栓123456789图31.信号齿轮2.减速机3.深沟球轴承4.螺杆护套5.螺杆6.铜螺母7.随动螺母8.圆锥滚子轴承9.深沟球轴承解决方案SOLUTION工艺/

6、工装/模具/诊断/检测/维修/改造 速器(减速比I =205.35,再经一级齿轮传至带外齿圈的回转支承,从而带动带有T 型锁紧槽的回转工作台实现翻转运动。需要注意的是由于要求回转工作台可以在任意角度实现定位并自锁,电机须带制动器。当工件装夹在主、从动翻转机构上,主动翻机构翻转时,在从动端直接有无齿圈的回转支承带动工作台翻转实现工件的旋转变位。主、从翻转机构的升降导向是通过安装在箱体上的4对滚轮来实现的。滚轮和升降立柱相接触面之间留有0.51mm 的间隙用来补偿升降立柱的形位误差。与主动翻转机构相比,从动翻转机构没有减速器、小齿轮,回转支撑为无齿式(不带外齿圈外,其他的结构是相同的。图4为主动翻

7、转机构的结示意图,从动翻转机构图略。3关键零件的设计计算根据设计要求选用的升降减速器的功率为3kW 输出转速为53r/min ,翻转减速器的输出功率为2.2kW 输出转速为5.5r/min 。3.1螺杆、螺母的设计计算螺杆材料为45钢,螺母材料为铸铝青铜(ZCUAL10FE3采用整体式不可调间隙结构。关键尺寸计算:根据减速器的输出转速度和设计升降速度可得螺距p=v /n 10mm ;设计要求轴向承载力(载重量F =60kN ,螺纹副耐磨计算公式为d 2F p 姨,螺母设计为两半式,所以=1.8,h =0.5p =5,由于螺纹是低速不连续转动的,故可取p =11-11×20%,把各参数

8、带入上式可得:d 2491.mm ;选取公称直径为70mm ,中径65mm 。螺纹牙强度校核=F dt 1z =600003.14×70×6.34×8=5.4N/mm 2=3F h dt 21z =3×60000×53.14×70×6.342×8=12.74N/mm 2式中t 1=0.634p 是螺纹牙底宽度;z =8为旋合圈数;h =0.5p 是螺纹的工作高度。=35N /mm 2、b =50N/mm 2满足许用应力要求。螺杆强度校核扭矩T =F T d 2=F tan (+v d 2=390887.3N

9、83;mm 。螺杆承受的压力F =60kN ,螺杆材料为45钢,调质处理后=12072N/mm 2,螺纹升角和当量摩擦角分别为=2.805°、v =8.53°。螺杆强度:(4F d 232+3(T 0.2d 332姨=27.46满足强度要求。自锁性验算:螺纹副自锁条件是<v ,由上面强度校核计算可知,满足自锁条件。3.2小齿轮的设计与计算小齿轮参数确定:回转支承(QWC710.20A 齿数z 2=139,模数m =6mm ,变位系数x =-0.5,小齿轮材料选40Cr 并进行调质、表面淬火处理,传动类型为等变位传动即小齿轮的模数m =6mm ,变位系数x =+0.5。

10、根据设计要求,转盘的翻转速度为n 2=0.54r/min 转矩M 2=17000N ·m ;减速器输出转速n 1=5.5r/min 所以齿轮传动比i =n 1/n 210;齿数z 114;实际传动比i =9.93。分度圆直径d 1=z 1m =84mm ,齿宽b 1=d d 1=46mm 实际取值60mm ,齿形角取标准值20°,顶隙系数c =0.25。小齿轮的相关校核:一般来说齿轮的设计需要检验是否根切、校核接触疲劳强度,齿根弯曲疲劳强度。通过计算x min =0.18,x 1=0.5>0.18不会产生根切;许用应力H1=H2=2285.7MPa ,接触应力H =2130MPa<H1=H2,满足接触疲劳强度要求;许用弯曲应力F 1=1120MP a 、F 2=1600MPa ,弯曲应力F 1=1099.3MPa 、F2=1130.7MPa 满足F1<F1,F2<F2要求。由于计算过程比较繁琐,在此仅提供计算结果,具体的计算公式及计算过程请参照机械设计手册。4结语虽然转向架升降翻转机是针对机车车辆地铁等轨道车辆的转向架设计的,但同样可以应用到类似的领域,或许需要的技