機車轉(zhuǎn)向架助推器設(shè)計【畢業(yè)論文答辯資料】

需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 買對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 Z S T U 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 S 文題目： 機車轉(zhuǎn)向架助推器設(shè)計 專業(yè)班級： 09 機械（四）班 姓名學(xué)號： 陳國純 指導(dǎo)教師： 杜小強 遞交日期： 2013 年 5 月 29 日 機車轉(zhuǎn)向架助推器設(shè)計 浙 江 理 工 大 學(xué) 機械與自動控制學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計誠信聲明 我謹在此保證：本人所做的畢業(yè)設(shè)計，凡引用他人的研究成果均已在參考文獻或注釋中列出。設(shè)計說明書與圖紙均由本人獨立完成，沒有抄襲、剽竊他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的研究成果行為。如出現(xiàn)以上違反知識產(chǎn)權(quán)的情況，本人愿意承擔相應(yīng)的責任。 聲明人（簽名）： 年 月 日 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘 要 大型工件、物品的搬運常采用助推器輔助搬運完成作業(yè)，主要有機械式、氣動式、電動式、液壓式等，其工作性能各有優(yōu)劣，有特定的適用場合。鐵路機車或車輛檢修維護時的移動一直采用牽引機車或牽車機構(gòu)牽引，而牽引機車一般為內(nèi)燃機車，不適合在機車或車輛檢修要求越來越高的庫內(nèi)牽引機車用，而牽車機構(gòu)一般為鏈式傳輸機構(gòu)，其安裝空間需要利用軌道中間的部分空間，且建造成本高、運行不穩(wěn)定、維護成本較高和驅(qū)動電機的防水防潮功能要求較高，使用效果一直不理想 。 本文擬在綜合分析比較現(xiàn)有搬運助推器的工作原理、組成結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過分析機車轉(zhuǎn)向架與助推器的受力作用情況， 運用 定了執(zhí)行桿件的運作方式和受力作用情況，進一步校核各部件， 設(shè)計出一種用于搬運不同規(guī)格機車轉(zhuǎn)向架、適合機車車間工作條件的低耗高效便攜式助推器。結(jié)構(gòu)簡單，方便組裝，方便工人操作的便攜式機車牽車裝置，為機車檢修時方便進出檢修庫用。 關(guān)鍵詞 ： 助推器；高效；便捷； 仿真 機車轉(zhuǎn)向架助推器設(shè)計 to to is in in it or is a of is of in is a of of of is is on of By of of of So a of of of it is It is a of in or of is in 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 目 錄 摘 要 1 章 緒論 . 1 . 9 . 9 輪助推器 . 9 升式助推器 . 3 功能助推器 . 4 . 5 . 6 第 2 章 撬棍式助推器研究思路和方案 . 7 . 7 種助推器的比較 . 7 棍式助推器方案 . 7 . 9 行機構(gòu)位置分析 . 9 輪傳動比確定 . 10 構(gòu)受力分析 . 11 . 13 . 13 第 3 章 基于 建模和仿真 . 14 件介紹 . 14 件的概述 . 15 真步驟 . 15 行機構(gòu)自由度分析 . 16 輪輪廓線的設(shè)計 . 17 立模型 . 17 真 . 18 機車轉(zhuǎn)向架助推器設(shè)計 定輪廓曲線 . 18 行機構(gòu)建模與仿真 . 19 立模型 . 19 加約束 . 20 真 . 21 真結(jié)果后處理 . 21 . 24 第 4 章 結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 26 體結(jié)構(gòu)簡圖 . 26 . 26 輪設(shè)計與校核 . 26 傳動設(shè)計 . 30 的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度校核 . 31 承選擇 . 35 第 5 章 總結(jié) . 37 結(jié) . 37 計的不足之處 . 37 人體會 . 37 參考文獻 . 39 致 謝 . 40 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 機車轉(zhuǎn)向架助推器設(shè)計 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 機車轉(zhuǎn)向架助推器設(shè)計 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 章 緒論 向架助推器研究背景 進入 21 世紀，我國的城市軌道交通方興未艾。作為世界上人口最多的國家為保證擁有一個有效，快速，便捷的交通。軌道交通作為主要的趨向已開始平凡地出現(xiàn)在我們的生活中。 而轉(zhuǎn)向架（英文： 又稱臺車（來自日文），它是鐵道車輛中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜的部分，其基本功能是：引導(dǎo)車輛沿軌道行駛；緩和因軌道不平 順而產(chǎn)生的振動；安裝制動裝置，使車輛能夠及時減速并準確停車 1。因此轉(zhuǎn)向架的設(shè)計也直接決定了車輛的穩(wěn)定性和車輛乘坐的舒適性。 動車組轉(zhuǎn)向架在維修成本中占到 40%以上（全生命周期），在高速動車組 5級修程中，轉(zhuǎn)向架的檢修工作量最大。而其中大量必要的檢修和維護作業(yè)是利用動車組停車、入庫的短暫時段內(nèi)進行的，這就更加大了作業(yè)難度和保證質(zhì)量的難度 2。 鐵路機車或車輛檢修維護時的移動一直采用牽引機車或牽車機構(gòu)牽引，而牽引機車一般為內(nèi)燃機車，不適合在機車或車輛檢修要求越來越高的庫內(nèi)牽引機車用，而牽車機 構(gòu)一般為鏈式傳輸機構(gòu)，其安裝空間需要利用軌道中間的部分空間，且建造成本高、運行不穩(wěn)定、維護成本較高和驅(qū)動電機的防水防潮功能要求較高，使用效果一直不理想。在新建或改造的鐵路機車檢修基地，急需一種便攜式的機車牽車裝置，為機車檢修時方便進出檢修庫用。 有助推器類型 輪助推器 這類助推器是利用驅(qū)動輪和機車轉(zhuǎn)向架的摩擦，實現(xiàn)輪子的轉(zhuǎn)動，從而推動轉(zhuǎn)向架。動力源采用的是氣動驅(qū)動，利用長輸氣管和壓縮空氣實現(xiàn)長距離驅(qū)動，機車轉(zhuǎn)向架助推器設(shè)計 2 可以推動 10 噸到 50 噸的卷筒等圓柱類物件，如圖 1示 。 氣動能源式的裝置動力清潔而且高效，方便工人操作。毫無疑問確實有一些優(yōu)勢的，包括：（ 1）它們便攜而且尺寸小巧，但是可以形成極大的轉(zhuǎn)矩；（ 2）其中互相作用使他們適合大多數(shù)重量大的轉(zhuǎn)動負重，因為負重提供了驅(qū)動輪需要的向下的力。 但是同時因為氣動的驅(qū)動方式也帶來了局限。氣動需要持續(xù)提供高度壓縮 的空氣 才能維持動力，這就大大制約了助推的距離，而且壓縮空氣的需要限制了裝置的位置，而且如果輸氣管長度過長的，壓力會慢慢下降，最終會影響助推的效率 2。 圖 1氣動摩擦輪式助推器 3 基于上述氣動能源式助推器的一些不足之處， “ 利中提出了改進方案。 此專利將動力更換為一種可循環(huán)利用的清潔充電電池組，同時安裝有充電裝置，可以實現(xiàn)電池組的充放電控制，電力不足時儲存能源的電容裝置就會釋放出多余能量，使助推的距離更遠，更有效率。解決了氣動的缺陷，同時又具有氣動的大部分優(yōu)點。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖 1示。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 圖 1動摩擦輪式助推器 4 升式助推器 如圖 1示， 此類助推器通過液壓機構(gòu)與轉(zhuǎn)向架底盤后半部分接觸，向上抬升轉(zhuǎn)向架一小段距離，使后輪受到的壓力和摩擦力減小，再推動轉(zhuǎn)向架。 由于內(nèi)嵌發(fā)電機，而受結(jié)構(gòu)尺寸的制約不能達到很大的功率，所以在類型選擇上和傳動方式上需要再改進，同時承重點的位置選擇需要考慮到助推器的傾覆問題，總體結(jié)構(gòu)并不是非常完善。 圖 1壓抬升式助推器 如圖 1示， 由于考慮到液壓系統(tǒng)的復(fù)雜性，還有液 壓油泄漏可能造成一定的危險。一些助推器將抬升機構(gòu)由液壓系統(tǒng)置換成了氣動方式， 再通過簡單的鉸鏈機構(gòu)實現(xiàn)向上的運動。 這樣結(jié)構(gòu)更加簡單，而且能源清潔高效。但是因為是直接抬升，限制了助推器的抬升重量，并不能推動較大重量的機車轉(zhuǎn)向架。 機車轉(zhuǎn)向架助推器設(shè)計 4 圖 1動抬升式助推器 5 如圖 1示， 此類助推器將液壓系統(tǒng)置換成了簡單的杠桿結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的簡化，更方便簡單。但同時也不能推動大重量機車轉(zhuǎn)向架。 圖 1桿抬升式助推器 5 功能助推器 通過助推器車 體和不同執(zhí)行機構(gòu)的組裝，就可以不同方式推動不同類型的大型工件。如圖 1示， 英國 司生產(chǎn)的助推器產(chǎn)品就是一個例子。 助推器車體內(nèi)部通過電動和齒輪傳動，可以提供較大的推力。而且方便操作，工作時間相對較長，安全、高效。值得一提的是，其中動力采用直流式電池，沒有交流電的高壓危險，而且一次充電后可以使用相當長一段時間，所以說更加實用。雖然體積比上面介紹的大一些，不過完全符合在車間工作的要求。底盤采用的高韌性鋼板，負重最高也可以達到 100 噸。具有靈活可變的調(diào)節(jié)高度，適應(yīng)不同的轉(zhuǎn)向架。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 圖 1升多功能助推器 6 從這種基本裝置，改裝后就可以推動不同類型的機車。如圖 1示， 比如，推滾動體時，將前面的抬升部分變換成兩個長條滾子，就可以實現(xiàn)推動大型滾輪。 圖 1輪多功能助推器 6 擬樣機技術(shù) 機械工程中的虛擬樣機技術(shù)又稱為機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)，是國際上 20 世紀 80 年代隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來一項計算機輔助工程 （ 術(shù)。工程師在計算機上建立樣機模型，對模型進行各種動態(tài)性能分析，然后改進樣機設(shè)計方案，用數(shù)字化形式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的物理樣機。運用虛擬樣機 技術(shù)，可以大大簡化機械產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)過程，大幅度縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，大量減少產(chǎn)品開發(fā)費用和成本，明顯提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品的系統(tǒng)級性能，獲得最優(yōu)化和創(chuàng)新的設(shè)計產(chǎn)品。因此，該技術(shù)一出現(xiàn)，立即受到了工業(yè)發(fā)達國家、有關(guān)機構(gòu)和大學(xué)、公司的極大重視，許多著名制造廠商紛紛將虛擬樣機技術(shù)引入各自的產(chǎn)品開發(fā)中，取得了很好的經(jīng)濟效益。 目前對于虛擬樣機的概念還沒有一種通用精確的定義，針對不同的研究領(lǐng)域，有不同的定義方法。從計算機圖形學(xué)的角度出發(fā)， 人將虛擬樣機機車轉(zhuǎn)向架助推器設(shè)計 6 定義為一種快速評價不同的物理產(chǎn)品設(shè)計的方法。 通過將虛擬現(xiàn)實技術(shù)（ 計算機仿真技術(shù)和 術(shù)相結(jié)合，建立起一個物理造型的數(shù)字原型。產(chǎn)品設(shè)計人員可以通過具有高度沉浸感的虛擬現(xiàn)實用戶接口靈活的操縱、控制和修改該原型，并支持設(shè)計數(shù)據(jù)的重用和仿真分析 7。 從機械工程研究領(lǐng)域的角度出發(fā)， 人認為虛擬樣機是一種針對測試的對象和物理原型進行的一個虛擬制造和仿真過程，基于虛擬樣機技術(shù)建立的工程化制造開發(fā)模型可以使設(shè)計人員訪問一個實際物理模型的所有關(guān)于機械，物理，外觀和功能特性的有關(guān)信息。 人將虛擬樣機定義為取代實際產(chǎn)品模型的一種數(shù)學(xué)模型，通過它可以對實際的物理產(chǎn)品進行幾何、功能等方面的建模和分析。 人則認為虛擬樣機是將目前 技術(shù)結(jié)合在一起的一種集成技術(shù)，虛擬樣機技術(shù)貫穿于產(chǎn)品生命周期的全過程。他認為虛擬樣機模型包含了分布式的產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息，由于虛擬樣機模型強調(diào)集成性，因此必須提供一個標準的信息建模和數(shù)據(jù)交換方法。 建模和仿真領(lǐng)域比較通用的關(guān)于虛擬樣機的概念是美國國防部建模和仿真辦公室（ 定義。 虛擬樣機定義為對一個與物理原型具有 功能相似性的系統(tǒng)或者子系統(tǒng)模型進行的基于計算機的仿真；而虛擬樣機則是使用虛擬樣機來代替物理樣機，對候選設(shè)計方案的某一方面的特性進行仿真測試和評估的過程。美國國防部采辦委員會將虛擬樣機定義為一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)在仿真進行過程中可以和其它虛擬環(huán)境間進行交互 8。 論文主要研究內(nèi)容 比較三種機車轉(zhuǎn)向架助推器的優(yōu)點和缺點，綜合分析車間內(nèi)不同使用情況，設(shè)計助推器的執(zhí)行機構(gòu)、傳動機構(gòu)以及整體的布局和車體框架，使其滿足大部分使用要求。 確定方案后，對機車轉(zhuǎn)向架和助推器進 行具體的受力分析，也包括電機的選擇，和不同規(guī)格相配合的助推器的受力分析。確保助推器可實際上運行起來，推動不同規(guī)格的機車轉(zhuǎn)向架。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 對執(zhí)行機構(gòu)建立 型，進行仿真。驗證和計算機構(gòu)的受力情況，找到最大受力處和執(zhí)行桿件的位移情況。 對主要部件和整體機構(gòu)建立二維零件圖和裝配圖，設(shè)計出滿足生產(chǎn)要求的二維圖紙。 第 2 章 杠桿式助推器研究思路和方案 究思路 種助推器的比較 摩擦滾輪式助推器，通過自身輪組跟轉(zhuǎn)向架輪對的摩擦相互作用來推動轉(zhuǎn) 向架，應(yīng)用直流電機，能源清潔、效率高，實現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩、低功率，但是為保證摩擦輪之間的配合關(guān)系，結(jié)構(gòu)略顯復(fù)雜，而且只能推動帶有輪對的物件。 抬升式助推器，通過直接抬升轉(zhuǎn)向架后座推動轉(zhuǎn)向架，可抬升較大重量的轉(zhuǎn)向架，但是由于需要的電機功率較大，又受到整體結(jié)構(gòu)尺寸的限制，電機不容易選擇，而且車體有傾覆的危險。 多功能助推器，綜合了上述兩種助推器的優(yōu)點，所以其中的結(jié)構(gòu)是可以借鑒的。缺點是其整體尺寸偏大。 棍式助推器方案 現(xiàn)將助推器分成幾個部分：驅(qū)動裝置、傳動裝置、執(zhí)行裝置。 為了使助推器的執(zhí)行 裝置盡可能簡單、安全、省力，決定采用撬棍杠桿類抬升助推裝置，通過電機驅(qū)動帶動凸輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)桿件的往復(fù)運動，推動機車轉(zhuǎn)向架不斷向前，其結(jié)構(gòu)如圖 2示。 機車轉(zhuǎn)向架助推器設(shè)計 8 圖 2棍式助推器執(zhí)行裝置示意圖 相比傳統(tǒng)液壓抬升式助推方式的缺點，這種助推方式更靈活、省力。通過桿件和轉(zhuǎn)向架后輪的相互作用推動轉(zhuǎn)向架，所需要的功率也更小。而同摩擦輪式助推器一樣，不僅可以推動大型滾輪類工件，也可以推動普通機車轉(zhuǎn)向架助推器。同時，車體的整體尺寸并不需要過大。 傳動裝置決定采用一級齒輪減速裝置和鏈傳動裝置相配合。因為齒輪 傳動效率更高，更穩(wěn)定，通過齒輪減速傳動可以提供更大的扭矩和驅(qū)動力，擴大了電機的選擇范圍。齒輪傳動傳動比的確定，需要根據(jù)具體結(jié)構(gòu)位置，分析前端執(zhí)行桿件的位移和電機轉(zhuǎn)速的關(guān)系，將在下一節(jié)“機構(gòu)受力分析”中提到。鏈傳動是因為大齒輪與驅(qū)動輪的直徑尺寸不同，不能裝配在同一根軸上。所以通過 1:1 的鏈傳動把大齒輪軸受到的扭矩傳給驅(qū)動輪軸。同時，為了實現(xiàn)同步推動轉(zhuǎn)向架的輪對，需要通過鏈傳動將電機的動力同步傳輸?shù)酵恢行木€的兩根軸上，實現(xiàn)傳動轉(zhuǎn)向機輪對同步推動。傳動裝置簡圖如圖 2示。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 2棍式助推器傳動裝置 簡圖 因為傳動部分包括一級齒輪減速傳動，可以增大電機提供的扭矩和驅(qū)動力，所以電機可以選擇轉(zhuǎn)矩相對小一些的，功率也不需要特別大，所以驅(qū)動裝置采用直流電機驅(qū)動，放置助推器車體內(nèi)部。同時轉(zhuǎn)速也不需要很高。因為采用蓄電池提供能源，效率更高、時間更持久，不會像氣動驅(qū)動方式那樣受到驅(qū)動距離的限制。 行機構(gòu)受力分析 行機構(gòu)位置分析 如圖 2撬棍桿件前端抬升最高位置分析 ： 50,532,250,150,391,175 654321 機車轉(zhuǎn)向架助推器設(shè)計 10 圖 2桿 前端抬升最高位置 由矢量方程 4321 得到方程3342233221c o sc o 34333124232122 c o 0co ss 3 (其中 222423214331 ,2,2 ） 解得： 22232ta n 3 同理可得，在桿件運動的最高位置時， 1 23 桿件推動的距離為 c o s( c o s)32( 2265 輪傳動比確定 設(shè)選擇電機的轉(zhuǎn)速為 n r 。假設(shè)轉(zhuǎn)向架不動，在桿件運動半個周期或其奇數(shù)倍的時間中，助推器需要在相同的時間走過桿件推動的距離，即 初設(shè)小車輪半徑 取23個周期，列方程： 文） 11 得齒輪傳動比 5.6i 構(gòu)受力分析 桿件和轉(zhuǎn)向架后輪接觸時，后輪受力指向圓心，與豎直方向呈 30 角。 設(shè)轉(zhuǎn)向架重 10000N，與鐵軌的滾動摩擦系數(shù)為 受力分析如圖 2示。 圖 2向架車輪受力分析 受力平衡得方程：30s 200920 設(shè)小車重 2000N，與地面的滾動摩擦系數(shù)為 則小車整體受力分析如圖2示。 圖 2推器整體受力分析圖 機車轉(zhuǎn)向架助推器設(shè)計 12 由 30s 0c o s( 如圖 2桿件前端 31 處和后輪接觸。分析推桿最低位置，即前端執(zhí)行桿件最高位置處。猜想此時桿件受力最大，由下一章 真結(jié)果驗證猜想。 圖 2撬桿受力分析圖 221222126225622512323212c i n30c (30c 0s i i n)(30s i i 2 如圖 2推桿與滑槽摩擦系數(shù)為 桿輪與凸輪摩擦系數(shù)為 江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 圖 2輪及推桿受力分析圖 列方程組：21122112122121121252252750501502000)(2 聯(lián)立方程組（ 2 2其中 M=N ,F ，由相互作用的大小相等， 得：4387261212 88113121 3944943232 681 機選擇 通過受力分析，選擇直流電機 120號，額定轉(zhuǎn)矩為 15 ,轉(zhuǎn)速為 60節(jié)其轉(zhuǎn)矩至 M= 功率 06 。 驅(qū)動裝置即電機選擇，選擇小功率、低轉(zhuǎn)速，臺灣精工電機公司生產(chǎn)的 120號 電機。同時需要提供的轉(zhuǎn)矩并不大，只有 N 。這樣電機的選擇有很大余地，重量只有 克，橫向尺寸只有 200右，結(jié)構(gòu)小巧、便捷，不會對助推器車體整體結(jié)構(gòu)有很大影響。 論 本章通過分析比較三種不同類型的助推器的優(yōu)缺點和可以借鑒的地方，確定了撬棍式杠桿助推器的三部分結(jié)構(gòu)，即執(zhí)行機構(gòu)、傳動機構(gòu)和驅(qū)動裝置。 執(zhí)行機構(gòu)采用類似杠桿結(jié)構(gòu)的省力形式，同時結(jié)合凸輪與推桿相互作用，將機車轉(zhuǎn)向架助推器設(shè)計 14 電機的 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為推桿的直線運動，再將其通過桿件的簡單連接，轉(zhuǎn)化為前端撬棍型杠桿的往復(fù)擺動，實現(xiàn)推動轉(zhuǎn)向架的目的。 而傳動機構(gòu)采用了一級齒輪減速裝置，來擴大直流小電機能提供的轉(zhuǎn)矩，使電機尺寸不會過大，傳遞動力更加平穩(wěn)。為了實現(xiàn)同步推動轉(zhuǎn)向架的一組輪對，采用對稱的兩跟杠桿和輪對相互對應(yīng)，通過兩組 1： 1 的 鏈傳動，實現(xiàn)兩根凸輪軸的同步轉(zhuǎn)動。而受到車體結(jié)構(gòu)和大齒輪尺寸限制，另外采取一組鏈傳動將大齒輪軸的動力傳遞到助推器小車后輪，實現(xiàn)后輪驅(qū)動。 通過對撬棍式杠桿的位置分析，確定了其擺動的時間和小車運動速度之間 的關(guān)系，分析出齒輪傳動比需要 又通過理論分析，確定執(zhí)行機構(gòu)各桿件在撬棍式杠桿擺動最高位置時的受力情況，為電機選擇和下一章驗證仿真結(jié)果正確性提供了依據(jù)。 第 3 章 基于 建模和仿真 件介紹 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 件的概述 件，即機械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析軟件 是美國 司 (開發(fā)的虛擬樣機分析軟件。目前， 經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用。根據(jù) 1999 年機械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析軟件國際市場份額的統(tǒng)計資料，件銷售總額近 8 千萬美元、占據(jù)了 51%的份額。 件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)理論中的拉格郎日方程方法，建立系統(tǒng)動力學(xué)方程，對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線 9。 件仿真可用于預(yù)測機械系統(tǒng)的性能、運動范圍、碰撞檢測、峰值載荷以及計算有限元的輸入載荷等 10。 件由眾多分模塊集成了強大的分析能力，其中核心模塊包括 件，示意圖如圖 3 圖 3心模塊組件 11 真步驟 運用 件建模、仿 真、分析，一般遵循以下步驟，如圖 3示。 件具有建模、施加運動約束等功能，簡單的產(chǎn)品可以直接在建立三維幾何模型，對于復(fù)雜的產(chǎn)品，其三維幾何模型的建立、產(chǎn)品的預(yù)裝配通常在 軟件中完成，再通過格式轉(zhuǎn)換導(dǎo)入到 仿真同時，還可以對感興趣的速度、位移等圖線進行數(shù)據(jù)分析，根據(jù)心組件 本環(huán)境 求解器 后處理 機車轉(zhuǎn)向架助推器設(shè)計 16 需要對不同的參數(shù)進行優(yōu)化，修正建立的模型。 圖 312 行機構(gòu)自由度分析 仿真主要針對助推器的執(zhí)行機構(gòu)，分析其在推動機車轉(zhuǎn)向架的位移圖線及受力情況，執(zhí)行機構(gòu)如圖 3其中包括四個活動構(gòu)件，四個轉(zhuǎn)動副、一個移動副，和一個凸輪高副接觸。根據(jù)公式 23 ( 1,5,4 ，得到 1F ，即執(zhí)行機構(gòu)的自由度為 1，需要添加一個驅(qū)動。 機械系統(tǒng) 建模 仿真 分析 仿真結(jié) 果分析 細化 機械系 統(tǒng)模型 機械 系統(tǒng)優(yōu)化 化研究 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 圖 3行 機構(gòu)簡圖 輪輪廓線的設(shè)計 立模型 初始設(shè)定推程 0 ，為實現(xiàn)推桿周期性上下滑動。如圖 3設(shè)定推桿長度 然后在推桿上添加與地面的移動副，并添加豎直方向的驅(qū)動，設(shè)定驅(qū)動函數(shù) 25*8d*即推動運動為周期 0 的正弦運動， 行程為 圖 3桿驅(qū)動函數(shù) 如圖 3時以推桿正下方 為轉(zhuǎn)軸中心，建立任意長度桿，添加轉(zhuǎn)動副和轉(zhuǎn)動驅(qū)動力，設(shè)定轉(zhuǎn)動驅(qū)動力函數(shù)為 18d * 期同樣為 機車轉(zhuǎn)向架助推器設(shè)計 18 圖 3動驅(qū)動函數(shù) 真 設(shè)定仿真時間為 步數(shù) 500 步，點擊運行仿真。模型如圖 3 圖 3輪廓線仿真 定輪廓曲線 點擊工具欄 的 鈕，選擇兩桿件，確定推桿端點相對于另一桿的運動軌跡，即凸輪的實際廓線。仿真結(jié)果如圖 3示。 圖中綠色圓盤就是凸輪的輪廓線，測量半徑為 圓盤。這里初始設(shè)定凸輪轉(zhuǎn)動周期為 推桿推程為 但當凸輪周期改變時，推桿的行程不變，所以不影響后續(xù)建模過程。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 3輪實際廓線 行機構(gòu)建模與仿真 立模型 打開 件，網(wǎng)格寬度為 力單位為 N ,長度單位為 根據(jù) 凸輪廓線的確定方法，建立推桿和凸輪構(gòu)件。推桿端點位于坐標)0,0,400( 處，長度為 凸輪轉(zhuǎn)軸中心坐標為 )0,100,400( 。 創(chuàng)建連桿30,50,150( 處，長度 創(chuàng)建工作桿件5中 91,100,532265 建立模型如圖 3示。 圖 3行機構(gòu)建模 機車轉(zhuǎn)向架助推器設(shè)計 20 加約束 桿3桿和桿 2L 之間、連桿3 在凸輪旋轉(zhuǎn)運動副處添加旋轉(zhuǎn)運動，因為選擇電機轉(zhuǎn)速 0 ，所以轉(zhuǎn)動速度函數(shù)設(shè)置為 360d * s/360 ， （ 1） 根據(jù)第 2 章對助推器整體機構(gòu)的分析，需要電機提供的驅(qū)動力矩為所以在凸輪軸處旋轉(zhuǎn)副添加驅(qū)動力矩，大小為 13900 。 （ 2） 而桿件6力大小為 ，所以在端點處與桿6為在執(zhí)行桿件向上擺動推動轉(zhuǎn)向架輪對時才受力，所以添加兩個驅(qū)動力。 1 函數(shù)設(shè)置為 if(20,920,0),即當 使，驅(qū)動力為當 時，驅(qū)動力為 函數(shù)設(shè)置為 if(,920,920),即在 的時間內(nèi)，此驅(qū)動力均為 在 的時間內(nèi)驅(qū)動力為 通過這兩個力結(jié)合可以模擬執(zhí)行桿件的受力。得到最終模型如圖 3示。 圖 3行機構(gòu)最終模型 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 真 點擊仿真按鈕，設(shè)置仿真時間為 即一個周期的時間，分 500 步。開始進行仿真計算。 真結(jié)果后處理 （ 1）選擇桿件端點的 ，進行 算，得到 其在一個周期內(nèi)水平和豎直方向的位移圖線，如圖 3圖 3示。 圖 36 圖 36可以看出桿件水平方向最大位移為 ，前 面理論分析桿件水平位移為 兩者相差 ，相差不大，仿真結(jié)果是機車轉(zhuǎn)向架助推器設(shè)計 22 正確的。 果如圖 3示。 圖 36由撬棍桿件初始設(shè)定位置為擺動中心位置，所以通過圖表分析，在兩端的速度，即在 和 的時間時，大小接近于 0，即和轉(zhuǎn)向架輪對接觸、分離的兩個瞬間，撬棍桿件相對于助推器小車的速度均為 0，即撬棍脫離轉(zhuǎn)向架輪對時，轉(zhuǎn)向架速度和助推器速度相等。 脫離后，轉(zhuǎn)向架做減速運動，其加速度為 21 / 助推器小車做加速運動，其加速度為 22 /6/) 分離時，小車速度為 計算半個周期時間，即撬棍重新回到最低點的時間后，小車撬棍和轉(zhuǎn)向架輪對間距離。 122 我們看出計算數(shù)值近似等于撬棍擺動最大水平位移，說明當撬棍擺動到最低點時，基本上是和轉(zhuǎn)向架輪對重新接觸的。 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 （ 1）推桿上端轉(zhuǎn)動副受力分析 對轉(zhuǎn)動副實現(xiàn) 量計算，得到水平方向和豎直方向受力圖線，如圖3圖 3示。 圖 3桿轉(zhuǎn)動副水平受力圖 圖 3推桿轉(zhuǎn)動副豎直受力圖 從圖表中看出當推桿位于最低位置時，即在時間 的時候，受力是最大的，即 557,832 1212 ，與理論計算值相差不大。 （ 2）對連桿3機車轉(zhuǎn)向架助推器設(shè)計 24 對連桿 轉(zhuǎn)動副實現(xiàn) 量計算，得到水平方向和豎直方向受力圖線，如圖 3圖 3示。 圖 33 圖 33從圖表中看出，同樣的在推桿最低，執(zhí)行桿最高位置處，即 時受力最大，即 4 8 4,512 3232 。 論 本章主要對撬棍式助推器的執(zhí)行機構(gòu)進行建模和仿真。分析執(zhí)行機構(gòu)中撬棍式杠桿最前端和轉(zhuǎn)向架輪對接觸的作用點的水平方向的最大位移，及接觸作用點的速度圖線。可以看出速度圖線屬于正弦曲線，有最大點和最小點，而速度最小浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 值出現(xiàn)在撬棍式杠桿擺動的最高點即杠桿與轉(zhuǎn)向架輪對將要分離的那一瞬間，相互接觸的輪對和杠桿此時速度相同，均等于助推器小車的速度。由此，我們得出撬棍式助推器推動轉(zhuǎn)向架輪對基本上是周期性循環(huán)過程。推動實現(xiàn)最大位移后，杠桿往回擺動，由最高位置到最低位置，同時助推器車體加速向前運行，轉(zhuǎn)向架減速向前運動，通過齒輪傳動比與凸輪軸轉(zhuǎn)動