受电弓课程设计--受电弓机构设计(含全套资料）

1、西南交通大学机械综合设计I设计说明书设计题目：受电弓机构设计指导老师：刘光帅学生姓名：董泽园20210945机械五班 董作见20210919机械四班2021年06月目 录引言31选题背景41.1问题的提出41.2文献综述即研究现状41.3设计的技术要求及指标52机构选型62.1设计方案的提出62.1.1连杆机构62.1.2弓头机构92.2设计方案确实定92.2.1连杆机构92.2.2弓头机构103 尺度综合103.1机构关键尺寸计算103.1.1连杆机构103.1.2弓头机构133.2机构关键尺寸优化164受力分析184.1机构动态静力描述184.1.1机构的压力角进行分析184.1.2连杆机

2、构的动态静力分析184.1.3对点B,点E进行运动学分析194.2机构动态静力变化曲线描述204.2.1连杆机构的传动角变化曲线214.2.2连杆机构的动态静力225机构建模265.1机构运动简图及尺寸标注265.1.1连杆机构265.2机构关键构件建模过程275.2.1弓头滑板机构275.2.2底座295.2.3主动杆315.2.4连架杆325.2.5升弓杆345.2.6平衡杆375.3机构总体装配过程385.3.1受电弓爆炸图385.3.2受电弓机构装配图396机构仿真406.1机构仿真配置406.2机构仿真过程描述416.3仿真参数测量及分析426.4仿真中存在的缺乏427有限元分析42

3、7.1弓头机构的有限元分析437.2下臂杆机构的有限元分析478设计总结509收获及体会51 10致谢5111参考文献5212 附 录52引言受电弓亦称集电弓Pantograph，亦有人称之为输电架，是一种让电气化铁路车辆从高架电缆取得电力的设备的统称。动作原理：1升弓：压缩空气经电空阀均匀进入传动气缸，气缸活塞压缩气缸内的降弓弹簧，此时升弓弹簧使下臂杆转动，抬起上框架和滑板，受电弓匀速上升，在接近接触线时有一缓慢停滞，然后迅速接触接触线。2降弓：传动气缸内压缩空气经受电弓缓冲阀迅速排向大气，在降弓弹簧作用下，克服升弓弹簧的作用力，使受电弓迅速下降，脱离接触网。受电弓的种类主要有四种主要形式的

4、：1双臂式，双臂式集电弓乃最传统的集电弓，亦可称“菱形集电弓，因其形状为菱形。但现因保养本钱较高，加上故障时有扯断电车线的风险，目前局部新出厂的铁路车辆，已改用单臂式集电弓；亦有局部铁路车辆从原有的双臂式集电弓，改造为单臂式集电弓。2单臂式，除了双臂式，其后亦有单臂式的集电弓，亦可称为“之Z字形的集电弓。此款集电弓的好处是比双臂式集电弓噪音为低。不过依各铁路车辆制造厂的设计方式，在集电弓细部结构上可能会有些不同。3垂直式，除了上述两款集电弓，还有某些集电弓是垂直式设计，亦可称成“T字形亦叫作翼形集电弓，其低风阻的特性特别适合高速行驶，以减少行车时的噪音。所以此款集电弓主要用于高速铁路车辆。4石

5、津式，日本冈山电气轨道的第六代社长，石津龙辅1951年创造、又称为“冈电式、“冈轨式。 现主要针对目前普遍常用的单臂式受电弓进行了尺寸计算，校核，用solidworks对它进行了三维建模以及受力分析等等。1选题背景1.1问题的提出随着目前铁路技术的开展，特别是中国的高铁技术在世界高铁技术的舞台上扮演着越来越重要的角色，受电弓作为铁路技术技术中一项核心的技术，越来越受到人们重视，双臂式受电弓因保养本钱较高，加上故障时有扯断电车线的风险，目前局部新出厂的铁路车辆，已改用单臂式受电弓，因此人们对单臂式受电弓的研究越来越深入。 在普通列车上使用的受电弓已经根本能满足我们运行使用的要求，但是随着我国铁路

6、大提速的要求及高铁的日益开展，实用与高速列车的受电弓就显得尤为重要。而普通列车上的受电弓的性能并不能完全满足高速列车的需求。因此，我们需要在结构尺寸，受力分析以及受电弓性能的稳定性上进行再次研究与分析，从而构建出能够适合在高速列车上安装的受电弓模型，这就是我们本次课程设计的立足点及最终目的。1.2文献综述即研究现状现在列车已经逐渐由内燃机车向电力机车开展转变，而在电力机车中，受电弓的作用是显而易见的：受电弓是列车接受来自电网电能的部件，安装在机车或动车的车顶上，它是通过弓头上的导电滑板与电网接触受电来发挥作用的。正因为受电弓的重要作用，所以对它的研究也一直没有停止，国内外多年来一直都有专业人士

7、在从事受电弓的设计与优化。对于高速受电弓，除了与普通受电弓相同的诸如磨耗小，可靠性高，运营和维修费较低的一般技术要求外，还应该具有以下更为严格的特点：（1） 受流可靠。列车运行速度提高后，受电弓沿接触网导线移动的速度大大加快，接触网与受电弓的接触特性更加复杂。因此要求受电弓在高速滑动时受流可靠，即要求离线率小，接触压力尽可能保持恒定。（2） 受电弓重量需要降低。运行中受电弓会随着接触导线不平顺而上下波动，高速运动将使这种运动加剧，从而影响受流质量。由于弓-网接触压力与受电弓静态特性和动态特性直接相关，因此，对于高速受电弓，在保证强度和刚度的前提下，应降低受电弓运动局部的质量，从而减小运动惯性力

8、，保证弓-网接触良好。（3） 良好的空气动力学性能。高速列车运行时所受的空气阻力较常规列车大很多。安装在车顶的受电弓是车体突出局部，必须采取相关措施提高受电弓空气动力学性能，即减小空气动力学作用对受流的影响，减小空气阻力和气动噪声。（4） 采用单弓受流。理论计算和实际运用说明，基于减小空气阻力、噪声，防止接触网波动的角度出发，现代高速列车应该采用单弓受流。目前我们CRH系列动车组所采用的是DSA250型受电弓如下列图，该受电弓采用轻量化优质材料，具有良好的机械和动力学性能，受电弓滑板采用纯硬碳材料，对接触网起到保护作用。图1.2.1 DSA250型受电弓 :/ hn-dqsb /index.p

9、hp?categoryid=10&m17_sectionid=1&m17_imageid=2上面提出了很多的高速受电弓的设计要求，所以在设计时候应进行更为严格的分析计算，本为提出几种受电弓的设计方案并最终采用了目前应用广泛的单臂受电弓的连杆机构，之后对其重新进行了主动件的选取及尺寸的设计包括升弓机构和平衡杆机构。1.3设计的技术要求及指标为了能够在结构尺寸，受力分析以及受电弓性能的稳定性上进行研究与分析，从而构建出能够适合在高速列车上安装的受电弓模型，我们所设计的受电弓必须满足以下的要求：1， 进行仿真时各局部动作连续，结构紧密，能够连续的完成升弓和降弓的动作。2， 在升弓和降弓，弓头偏离所设

10、计的理想轨迹的距离不宜过大，弓头的最大角位移也不得太大。3， 为了到达效率最大，节约能源的目的，弓头的传动角必须合理最好大于或等于30。4， 为了使受电弓维修方便，便于安装，节约原材料的目的，要让设计的受电弓结构尽可能的简单。5， 为使受电弓的结构尽可能的简单，应使受电弓的自由度只有一个。6， 受电弓的整个工作过程应该平安可靠。2机构选型2.1设计方案的提出2.1.1连杆机构 连杆机构是整个受电弓设计的最关键机构，连杆机构的作用是：在升弓和降弓的过程当中，让受电弓的弓头能够平稳的上下运动，而且要使弓头在运动的过程当中的理想轨迹始终是一条竖直的直线，而且能够稳定在最高点保持不动，上下偏差要尽可能

11、的小，而且要保证弓头的角位移偏差也要尽可能的小。因此对连杆机构的要求是：1， 尽量保证弓头的轨迹为一条竖直的直线，而且要让弓头的角偏差也要尽可能小，都在误差允许范围内。2， 连杆机构的结构要尽可能的简单，而且尺寸也要尽可能的小不占用车顶的空间，而且安装维修方便，节约资源。3， 要是连杆机构的传动角大于或等于30度。根据上面的要求，可以设计出不同的连杆机构：方案一：平面RR开链机械臂图2.1.1 平面RR开链机械臂工作原理：平面RR开链机械臂工作时，下杆作圆周运动，而上杆作摇摆运动，下杆运动时，确保上杆的运动轨迹在图中所画的中心线轨迹上作竖直运动。 优缺点：平面RR开链机械臂结构简单，占用的空间

12、小，但在运动过程中由于杆的支少，容易发生上下的偏离，不容易在最高点稳定，而且在列车高速运动过程中容易发生角偏转，从而有角位移。方案二：滑块连杆组合机构图2.1.2滑块连杆组合机构工作原理：当2杆作为主动件，整体结构都会向上并且向右运动，此时7杆的长度不能改变，那么会让5和6杆慢慢的在铰链处产生一个角度，此时中间四边形水平对角线就会变短。即CD的长度就会变短，会使弓头上升，且行程为竖直向下的直线。优缺点：这种结构能够在受电弓的顶部保持稳定的，因而不容易在列车高速运行当中保持固定不变，而且能够使弓头的运动轨迹保持为一条直线，但是美中缺乏的是该机构的结构比拟复杂连杆较多，在实现的过程中比拟困难。方案

13、三：曲柄滑块机构图2.1.3曲柄滑块机构工作原理：当滑块沿着倾斜的轨道运动的时候，在曲柄和连架杆的运动的配合下，可以让弓头得轨迹在图中中心线的的轨迹下作竖直的直线运动，从而保证弓头的轨迹是竖直直线。优缺点：当受电弓不工作的时候，也就是当弓头收起来的时候，占用的空间比拟大，而且由于滑块的轨迹是倾斜的，因此需要额外的构建去固定，这样比拟麻烦。方案四：铰链三杆机构图2.1.4 铰链三杆机构工作原理：杆3为主动件，杆3运动的过程当中，带动杆2向右运动，从而实现杆1的缓慢的上下运动，从而保证弓头的轨迹为竖直直线。优缺点：铰链三杆机构能够确保弓头在最高点能稳定下来，因为杆3对杆1有一个支持的作用，另外杆2

14、对杆1有一个固定防止杆1产生角度偏转的作用，另外，这种设计简单，容易实现，不占用空间。2.1.2 弓头的设计弓头是受电弓中另外一个重要的构件，弓头的作用是：使列车在运动的过程当中始终保持与导线的接触。因此对弓头设计的要求是：1,减少弓头和导线的磨损，由于在摩擦过程当中，滚动摩擦的摩擦系数比滑动摩擦系数要小，因此采用小滚轮结构。2,为了保护弓头在运动中尽可能的不受到外面的因数的干扰，我们在弓头的上面加了一个小盖，算是一个小小的创新的，同时能够防止滑轮在受到雨水，露水等等因数的作用而发生腐蚀和生锈。我们采用的结构如下列图所示：图2.1.5 弓头机构2.2设计方案确实定2.2.1连杆机构方案一设计简

15、单，但结构占用空间大，而且在运动过程当中不容易保持稳定。方案二，结构复杂，在运动当中各个铰链点容易发生磨损，容易破坏，维修比拟困难。方案三，结构占用空间大，而且倾斜导轨不是很容易确定。方案四，结构简单，并且在运动中能够保持很好的稳定，不发生偏转，因此就选方案四。2.2.1弓头 弓头的设计选图中所示的结构。3尺度综合3.1机构关键尺寸计算3.1.1连杆机构 机构关键尺寸计算图3.1.1 连杆机构图以AB为原动件分析，那么这个连杆机构是一个二级杆组。由于在杆AB绕A点旋转，CD杆绕点D旋转，而又杆AB和杆CD的距离始终保持不变,而A点，D点与机架固结。可以根据机构的运动情况，找出运动约束条件建立约

16、束方程。CD杆，AB杆的运动约束方程分别是： 另外，又由于E点在竖直线上运动，因此E点的坐标E点的轨迹来求出的，然后可利用E点建立位移矩阵来求出点B和点C的坐标。 位移矩阵为：利用位移矩阵建立点B和点D与位移矩阵的关系：在上面方程中所有的变量都是未知数，由于上面的方程为非线性方程组，求解繁琐，且点E的坐标为未知量，而且存在点E轨迹及运动方程的最优化问题，所不能一次计算出所有未知量。为解决该问题，可更具根据实际工况取点E的五个坐标，为 并且根据实际情况可以认为A点，D点的坐标确定，分别为。这样方程的未知数只有：，一共八个未知数可以进行求解。采用逆向设计的方法，先确定设计的尺寸，然后利用仿真软件直

17、接模拟出点E的运动轨迹，或者matlab软件解出上面的方程；对点E的运动进行分析，并验证是否满足设计要求。 首先，根据连杆机构的实际运动状况以及我们的设计要求，我们E点的运动轨迹，以及误差允许的范围，我们初步假设点E的五个位置分别为： 然后再根据点A和点D在运动过程的位置始终不变，结合实际我们假设点A,点D的坐标为：根据上面的假设可以求出未知数的值。=-929.136233612243=305.530041648502=-1014.0667214243=288.157063964138在上面的矩阵乘法运算中，我们利用了matlab进行运算，程序见附录1，然后利用方程式：可以求出AB杆，BC杆，

18、CD杆，BE杆的杆长分别为：点C,点D的坐标可以求出杆的长度，然后再根据公式：可以求出根据求出的AB杆，BC杆，CD杆，BE杆的杆长，然后可以根据逆向设计的方法再次去判断取出的杆长是否满足需求。3.1.2平衡杆机构计算模型计算平衡机构是受电弓连杆机构中另外一块很重要的组成局部，在升弓和降弓的运动当中起到平衡的作用，下面我们对确定平横机构的尺寸。图3.2.1平衡机构在第一问当中可以利用位移矩阵可以求出点B，点C的五个精确坐标的位置,它们分别是:而杆BG,CG,FE的杆长始终保持不变的，可以得到长度约束方程：而由于点E,F在同一条竖直线上，故有把在3.1中得到的点B，点C的五个精确坐标的位置带入上

19、面方程式，由于这是非线性方程组，求解过程很复杂，求解繁琐，因此可以用matlab软件进行求解，程序编写如3.1中求解第二部的程序。经过求解，可以得出根据得到的坐标值，然后根据公式： 然后把点E,F,B,G,A的坐标值带进去，可以求出EF,AG,BG的杆长。它们分别是：通过上面3.1,3.2中的计算可以得出整个机构的总体尺寸整理如下：杆AG,BG的杆长限制G点在刚体AB上的位置3.1.3升弓杆角度的计算图3.1.3升弓杆示意图 在图中可以看出升弓杆与圆柱销之间有一定的角度，画出它的俯视图如下：图3.1.4升弓杆的俯视图在图中求出升弓杆与中心线的夹角,根据公式：,而可更具根据实际工况可初取AB杆长

20、，CE杆长为定值,然后代入公式计算即可。可取，代入计算可以得出3.2 弓头机构的计算图3.2 弓头机构在弓头这局部，由于机构比拟简单，根本没有什么计算局部，因此我们在设计这局部的时候主要是根据弓头这局部的实际长度并结合我们在前面计算出来的长度进行建模的，涉及到一些的尺寸我们主要从网上和相关书籍上进行查询计算的。3.3机构关键尺寸优化在进行连杆机构的设计与建模当中，计算出来的尺寸很繁琐，而且小数点后面有很多的小数，为了计算与建模的方便，我们在保证他们的力学性能的前提下以及结构强度的前提下，查找了一些数据手册，并且根据一些具体情况对后面的小数进行了简化，使得结果更加的简便，让人一目了然，便于直观的

21、感受。根据实际情况，一般对受电弓的尺寸要求是：在弓头上升、下降的1550mm行程内，偏离理想化直线轨迹的距离不得超过100mm，弓头摆动的最大角位移不得大于5，整个受电弓不超出1400400mm的区域，在垂直机车运动方向上，最大尺寸不超过1200mm，最小传动角大于或等于30。据跟这些要求对受电弓尺寸进行优化。图3.3 优化图4受力分析4.1机构动态静力描述4.1.1针对连杆机构的压力角进行分析，最小传动角：解得：，因此该机构设计合理。4.12连杆机构的动态静力分析描述通过静力学平衡方程，求出机构各个运动副的反力和平衡力的方法称为机构的动态静力分析方法。为了对连杆进行受力分析，模拟现实的连杆之

22、间的动力源，我们在杆AB上加了一个风缸，从而模拟在现实中的连杆受力情况，对各个杆之间的力进行分析。图4.12连杆机构示意图对于连杆机构， 进行机构的动态静力分析的顺序为： 让风缸对杆BF 一个外力为,利用杠杆原理可以求出点B受到的力为,，其中为风缸与杆BF的夹角图中没有标出来，测出点A,B出受到的外力的大小以及力的变化曲线，然后再去分析点C,点D,点E受到的力，并且测出他们的变化曲线。4.13对点B,点E进行运动学分析 由于点A,点D的坐标，而且杆AB，杆BE的杆长确定，因此可以求出点B，点E的轨迹方程:因为AB杆是风缸直接作用杆件，所以其受力在所有杆件中式最为关键的，故要对其进行分析，又因为

23、AB的角速度和角加速度能直接决定受电弓弓头上升的速度，所以对其角速度和角加速度的分析就显得尤为重要了。上面可以求出点B的坐标点B的速度,对速度再求一次导，可以得到点B的角加速度运用仿真可以在图中观察B点角速度。因为在我们的设计当中，要控制点E的线偏移量和角偏移量，要使点E在升弓和降弓的过程当中，点E始终在图中虚线局部的理想轨迹上运动，线偏移量和角偏移量要控制在理想的误差允许方位内，所以很有必要对点E进行分析，分析如下：线偏离：弓头在运动过程中偏离理想轨迹的最大线距离，为了保证受电弓性能的稳定性，应该保证最大线偏离。可以求出点E的坐标,然后比拟偏离0的大小，线偏离也就是的大小。角偏离：当稳定在最

24、高点时，随着列车的高速运动，弓头也在上下的摆动，为了保证受电弓性能的稳定性，应该保证最大角偏离。 运用仿真可以在图中观察的变化，从而判断设计的受电弓的性能是否能够满足列车在高速行驶时的性能要求。4.2机构动态静力变化曲线描述整个过程同样采用ADAMS对其进行分析在上面的根底上加上作为电机，然后对电机进行设置，每秒钟转动10，转了7秒，分500步进行，这样就可以实现对电机的运转角度的控制，然后对其进行动力学分析，建模如下：图4.2.1 带电机驱动的运动简图图4.2.2 上升到最高点的示意图上图中右侧的转动副就是电机的简图，起到提供驱动力的作用。为了能更好的了解整个过程中的受力情况我们主要对连杆机

25、构中的主动件AB分析，和杆DBE和，铰链点E点进行了运动与受力的分析。为了保持弓头和接触网之间能良好的接触，弓头和接触网之间必须要存在作用力才能防止因为不确定的震动导致弓头与接触网脱离；但是假设这个接触力过大就会加大磨损，不利于控制，所以这个力要严格控制。一般标准要求这个力的大小为分布载荷为20Mpa，我们在进行动力学分析的时候必须考虑进去，所以我们在构建模型的时候在最上面添加了一个20Mpa的恒力，这样进行的受力分析就更加的真实可信。4.2.1连杆机构的传动角变化曲线在上面的分析计算中已经保证了就对整个运动过程中的传动角进行验证。为了提高机械的传递效率，对于一些承受短暂顶峰载荷的机构，应该使

26、最小传动角在运动过程中大于一个许用传动角，在我们这里的要求是传动角时刻大于30也应该小于150，下面就是对传动角进行的验证。图4.2.1传动角的变化曲线上图就是升弓过程当中的传动角的变化曲线图，从图中可以看出传动角的随着弓头的不断升高而不断增大，但是传动角的最小值仍然大于30，而且最大值为128.7，仍然小于150，所以在传动过程当中的机械效率能够满足我们设计的需求。4.22连杆机构的动态静力通过autocad将受电弓在不同位置时绘制在同一张图中便于清晰的看出其运动轨迹线：图4.2.2 受电弓多位置变化图1：对主动件杆AB的受力运动分析。在受电弓当是在AB杆的带动下，其他的杆件才会不断的运动的

27、，因此很有必要对杆AB进行受力分析进行仿真分析。对AB杆的角速度和角加速度的仿真如下：图4.2.3 杆AB角速度和角加速度曲线图从图中可以看出来，随着弓头的不断上升，杆AB的角速度和角加速度不断地减小，慢慢的趋于稳定，也就是在上升的过程当中杆AB受到的作用力不断的减小。图4.2.4杆AB速度和加速度曲线图在图中可以看到杆AB在X方向上的速度慢慢的增加，而Y方向上的速度在减少，在X,Y方向上的速度和加速度都在缓慢的减少，但是X方向上减少得比Y方向上要少。2对杆CBE进行运动分析图4.2.5 杆CBE的位移变化曲线可以看出杆CBE在Y方向上的位移随着杆向上运动快速增加，而在X方向呈现出缓慢减少的趋

28、势，这与设计一样，减少在X方向偏转，尽量使弓头在一条竖直线上运动。图4.2.6杆CBE的速度和加速度变化曲线 在图中可以看出杆CBE在X方向上的速度和加速度都在减少，而在Y方向上的速度和加速度都在增加。(3)对点E的运动分析可以看出点E随着弓头的不断上升，刚开始的时候收到的力比拟大，但是随着弓头位置的不断上升，点E受到的力不断减少。对点E上升过程当中的线偏移量的仿真：图4.2.7弓头上升线偏移量的曲线图 对弓头的线偏移量的要求是，最大线偏移量要小于100mm，从上图中我们可以看到弓头刚开始时随着弓头的上升先向理想轨迹线的里面偏移，然后随着弓头的上升又向理想轨迹曲线的外面偏移，而且最大偏移量和最

29、小偏移量之差的一半为71mm100mm，满足我们的设计要求。点E的角偏移量的仿真：图4.2.8 弓头的线偏移量与上升量的曲线图随着弓头的上升，点E线偏移量先有缓慢减少的趋势，慢慢又以一个比拟大的速度增加的趋势，虽然增加的速度增加，但是到最后仍然满足我们设计的要求。弓头水平角移量仿真：上图片时弓头上点E的摆角图线。从上图可以看出在整个受电弓升降的过程中弓头最大的摆角为1.57左右，比5小的多，说明我们设计的尺寸在保持弓头的水平方面起到了很好的效果。5机构建模5.1机构运动简图及尺寸标注511 连杆机构图5.1.1 连杆机构512 参加平衡杆的受电弓机构图5.1.2 参加平衡杆的受电弓5.2机构关

30、键构件建模过程5.2.1弓头滑板机构1弓头滑板机构主要构建建模过程 使用solidworks2006的草图绘制，选择上视基准面为草图绘制平面，绘制如下所示的草图，对生成的草图一使用拉伸特征，给定深度为100mm。图5.2.1.1 弓头滑板草图使用草图绘制，选择前视基准面为草图绘制平面，绘制如下草图，对草图使用拉伸切除1特征，给定深度100mm。图5.2.1.2弓头滑板草图使用草图绘制，选择上视基准面为草图绘制平面，绘制如下草图，对草图使用拉伸切除2特征，给定深度完全贯穿。图5.2.1.3弓头滑板草图通过各平面草图的拉伸与切除，最终得到弓头滑板如下列图所示。图5.2.1.4弓头滑板草图2轴主要构

31、建建模过程绘制直径15mm的圆，拉伸长度为280mm。得到轴如下列图所示。图5.2.1.5轴草图3平衡杆支架主要构建建模过程通过拉伸特征得到两个厚10mm的圆环，再通过拉伸与两圆杆连接，得到连接杆。圆环倒圆角2mm。得到平衡杆支架如下列图所示。图5.2.1.6平衡杆支架3弓头滑板机构组装过程将弓头滑板，轴，平衡杆支架，组装，得到总弓头滑板机构如下列图所示。图5.2.1.7弓头滑板机构5.2.2底座1拉伸如下所示草图，选择前视基准面为草图绘制平面，拉伸厚度140mm。图5.2.2.1底座草图2拉伸如下所示草图，选择前视基准面为草图绘制平面，拉伸厚度10mm。 图5.2.2.2底座草图 图5.2.

32、2.3底座草图 3插入参考面基准面3如下列图所示，选择基准面3为镜像平面，使用镜像特征得到基座。图5.2.2.4基座4得到底座机构如右图所示。图5.2.2.5底座5.2.3主动杆1拉伸如下所示草图，选择前视基准面为草图绘制平面，拉伸厚度20mm。图5.2.3.1主动杆2拉伸如下所示草图，选择拉伸1上的平面为草图绘制平面，拉伸厚度382.6mm。图5.2.3.2主动杆3得到主动杆机构如下列图所示。图5.2.3.3主动杆5.2.4连架杆1右图为连架杆机构建模过程2拉伸如下所示草图，选择前视基准平面为草图绘制平面，拉伸厚度10mm。 图5.2.4.1连架杆机构建模过程图5.2.4.2连架杆机构3拉伸

33、如下所示草图，选择如下列图所示平面基准面3为草图绘制平面，拉伸厚度494.32mm。图5.2.4.3连架杆机构4插入参考面基准面4如下列图所示，选择基准面4为镜像平面，使用镜像特征得到连架杆两端。图5.2.4.4连架杆机构5得到连架杆机构如下列图所示。图5.2.4.5连架杆机构5.2.5升弓杆1右图为升弓杆机构建模过程2拉伸如下所示草图，选择前视基准面为草图绘制平面，拉伸厚度260mm。图5.2.5.1升弓杆 图5.2.5.2升弓杆建模过程3切除步骤2生成的实体，使用草图绘制，选择上视基准面为草图绘制平面，绘制如下草图，对草图使用拉伸切除2特征，给定深度完全贯穿。图5.2.5.3升弓杆建模4拉

34、伸如左下所示草图，选择拉伸实体平面为草图绘制平面，拉伸厚度75mm。 图5.2.5.4升弓杆建模 图5.2.5.5升弓杆建模5拉伸如右上所示草图，选择基准面3为草图绘制平面，拉伸厚度5mm。6插入参考面基准面2如左下列图所示，选择基准面2为镜像平面，使用镜像特征得到升弓杆的对称两臂。 图5.2.5.6升弓杆建模 图5.2.5.7升弓杆建模7拉伸如右上图所示草图，选择基准面2为草图绘制平面，拉伸厚度37.5mm。8倒圆角9得到升弓杆机构如下列图所示。图5.2.5.8升弓杆建模5.2.6平衡杆1平衡杆的建模，看似简单，但因为角度问题，插入了多个基准面如右图所示。2拉伸如下两图所示草图，选择基准面为

35、草图绘制平面。 图5.2.5.8升弓杆建模 图5.2.5.9升弓杆建模 图5.2.5.10升弓杆建模3扫描特征，扫描如下列图所示轨迹，生成平衡杆的主干。图5.2.5.11升弓杆建模4得到平衡杆机构如下列图所示。图5.2.5.12升弓杆建模5.3机构总体装配过程1受电弓爆炸图图5.3.1受电弓机构爆炸图表5.3.1爆炸图各个机构对应名称1底座4升弓杆2连架杆5弓头滑板3主动杆6平衡杆(2)受电弓机构装配图图5.3.2受电弓机构装配图3装配过程零件名称装配方法1底座底座与主动杆，连架杆采用【同心轴】配合2连架杆连架杆与底座，升弓杆之间采用【同心轴】装配3主动杆主动杆和底座，升弓杆，平衡杆之间采用【

36、同心轴】装配4升弓杆升弓杆和连架杆，主动杆，弓头滑板轴之间采用【同心轴】装配5弓头滑板弓头滑板和副臂之间采用【同心轴】装配6平衡杆平衡杆和弓头滑板轴，主动杆之间采用【同心轴】装配4各机构之间配合底座 连架杆 图5.3.3底座 图5.3.4连架杆主动杆 升弓杆 图5.3.5主动杆 图5.3.6升弓杆弓头滑板 平衡杆 图5.3.6弓头滑板 图5.3.7平衡杆6机构仿真6.1机构仿真配置6.1.1受电弓机构将各个杆件以同心圆的约束进行配合，在主动杆处放置一台旋转马达，详细设置如下： 图6.1.1旋转马达配置6.1.2.机构仿真过程进入“机构环境，定义特殊连接。连杆连接的定义。在“标准环境内，装配组件

37、进行约束与连接定义伺服电动机，重力。为各个机构定义质量属性，即为机构动力学。对连杆机构进行动态定义初始快照，创立测量。录制机构运动视屏。分别创立位置、速度、加速度曲线以及力和力矩曲线。6.3仿真参数测量及分析这个过程在进行动力分析的时候已经进行了，根本过程和进行动力分析和在有限元分析的过程数据根本一样的。6.4仿真中存在的缺乏机构仿真过程中的缺乏是：1仿真过程中，各个配置不是特别和实际情况吻合，导致测试出来的数据和实际情况有一定的误差，2没能全面考虑实际情况对运动的影响，从而在一些工况下力的设置没有涉及。3由于采用的是PRO/E仿真，其处理数据的功能不是很强大，因而导致不能十分详尽完善地对一些

38、数据进行处理4 我们建立的模型与实际模型有差距，这导致我们的仿真过程并不是完全按照实际中的实物的运动过程一样的。7有限元分析在对受电弓分析的时候，主要选取了受电弓中弓头和下臂杆两个比拟重要的构件进行了分析，主要从构件的应力，应力分布以及受力变形这几方面对它们进行有限元分析。7.1 弓头机构的有限元分析图7.1.1弓头局部环境配置在弓头局部我们选用的是4340钢，热处理方式为正火，在弓头上面平面施加30Mpa的分布力，通过将弓头固定的方式进行有限元分析。图7.1.2 弓头应力分析整体图通过这张总体图，可以清楚地看到各个局部应力总体的分布效果，以及各个局部应力大小。图7.1.3 弓头最大应力250

39、0Mpa时分布通过这张图可以看到，弓头局部最大应力2500Mpa是主要分布在内开口矩形的两个窄边上，图中我们用放大镜显示出最大应力的分布位置。图6.3.1.4 弓头竖截面处的应力分布在这张图中可以看到弓头在竖截面处的内部应力分布的情况，在内部处的应力分布明显大于外表处的应力分布。图7.1.5 弓头横截面处的应力分布情况在这张图中可以看到弓头在横截面处的内部应力分布的情况，在图中可以看到在横截面处靠近内矩形框窄边得应力明显大于四周的应力。图7.1.6 弓头处得应力分布曲线在这张图中可以看到在两边的应力分布比拟小，而在中间的时候应力分布就比拟大了。图7.1.7 弓头整体的应变分布在图中可以看到弓头

40、各个局部的应变分布情况，应变的分布也是在矩形框四周的应变明显大一弓头各个四周的应变分布。图7.1.8 弓头竖截面处的应变分布在弓头竖截面处的应变分布图中。可以看到中间处得应变分布明显大于四周的应变分布。图7.1.9 弓头横截面处的应变分布在弓头横截面处的应变分布图中，可以看到弓头内部应变的分布也是在矩形框四周的应变明显大一弓头各个四周的应变分布。图7.1.10 弓头应力数值7.2 下臂杆机构的有限元分析图7.2.1环境配置在对下臂杆机构的有限元分析当中，选用的材料是合金钢，在下臂杆的外表上施加了20Mpa的分布载荷，在下臂杆的两个铰接孔出采用了固定铰接。图7.2.2 下臂杆应力分析整体效果图

41、杆应力分析整体效果图中，可以看到在中间局部受到的应力比拟大，而两端局部受到应力比拟小。图7.2.3下臂杆最大应力分布下臂杆最大应力1600Mpa,可以看出最大应力主要分布在杆的中间局部。图7.2.4下臂杆截面处应力分布在图中可以看出，在杆的内部应力分布都比拟小，而在截面周围应力分布应力比拟大。图7.2.5下臂杆应力分布曲线在这张图中可以看到在两边的应力分布比拟小，而在中间的时候应力分布就比拟大了，应力分布曲线呈抛物线状。图7.2.6下臂杆整体应变分布效果图在下臂杆整体应变分布效果图中可以看到，杆在中间局部受到的应变的值比拟大，而两边局部受到的应变比中间局部要小。图7.2.7下臂杆变形情况分布在

42、杆变形情况分布图中可以看到，杆受到分布载荷的时候，发生了弯曲变形，中间局部变形比拟大，而两边比拟小。 图7.2.8下臂杆应力值7设计总结经过一学期的努力，该课题设计方案“受电弓终于告一段落。对于在机械课程设计过程当中我们有如下总结：（1） 团队协作 每一个人的能力都是有限的，任何一个好的创意和每一份成功都是团队中每一个人智慧与汗水的结晶。虽然我们团队只有两个人，但是我们两在课程设计之初就明确了只自己的任务，然后再往后的时间里，我们各自朝自己的任务不断推行，遇到困难时，就相互讨论，在倾听对方阐述的同时，也在吸收对方的智慧，弥补自己思想上的盲区，同时也学会了在合作当中理解，倾听对方的重要性，只有足

43、够信任自己的队友，才可能在团队合作当中紧密的结合起来，为共同完成一个任务而努力。（2） 软件运用纵观这次课题设计，我们小组大致用到的软件有：AUTO CAD、ADAMS、PRO/E还有MATLAB等等一些软件。在软件运用的过程，我们小组遇到了各式各样的困难，有好几个软件都是现学现用的，同时也懂得了软件给人们分析问题，解决问题带来的各式各样的快捷，自己在运用软件的时候也在惊讶，没有想到软件有这么多如此实用的功能，这种感觉很棒。在遇到用软件的困难的时候，我们往往通过图书馆查阅各种关于软件的书籍，或者通过网络看视频，或者请教同学中水平比拟好的人，然后把问题解决掉，尽管课程设计只有一个学分，而我们为了

44、这一个学分付出了艰辛的努力，但我们在这个过程当中接触到了很多很好很实用的软件，开展了自己的视野，提高了自己对自己专业软件的理解与熟悉的能力，这很有意义。3课题实施 我们小组的课题是：受电弓。这是一个关于我们很陌生的课题，在日常生活当中我们几乎没有真正的接触到过的，这就要我们要去查阅各种有关受电弓的知识与论文，在这个过程当中我们从对受电弓的一脸茫然，到初步了解，到慢慢的深入。使我们懂得了受电弓的相关知识。在建模的过程当中，由于学了solidworks很久了，很多功能我们忘记，只好边学边用，尽管模型有点简单，不是很完美，但是面对着自己建出来的模型，我们仍然感到很骄傲，在对模型的尺寸分析的过程当中，我们借鉴了一些网上，一些资料的数据，然后运用所学的机械原理，一个一个计算出来。在运用ADAMS进行运动学