火車車軸尺寸檢測系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

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火車車軸尺寸檢測系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)摘 要在鐵路高速、重載的發(fā)展形勢下，即提高鐵路的運(yùn)輸能力，實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)代化，又保證鐵路的運(yùn)輸生產(chǎn)安全，顯得尤為重要，如果沒有性能良好的車軸作為保證，要提高車輛的運(yùn)行速度和運(yùn)行安全是不可能的。車軸尺寸檢測對(duì)檢修車軸中處于關(guān)鍵地位，是保證車軸質(zhì)量的重要手段，傳統(tǒng)的檢測方法是以人工操作為主，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)行微機(jī)化、自動(dòng)化改造，以消除測試過程中人為因素對(duì)測量結(jié)果的影響，用先進(jìn)的設(shè)備保證車輛的行車安全，所以本文研制一種火車車軸尺寸檢測系統(tǒng)機(jī)構(gòu)測量機(jī)來解決這個(gè)問題。本文研究的車軸尺寸檢測機(jī)構(gòu)是一套現(xiàn)代化的智能檢測系統(tǒng)，能滿足火車車軸各個(gè)尺寸的檢測，火車車軸尺寸測量機(jī)構(gòu)主要是由側(cè)翻機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)、測量機(jī)構(gòu)等組成，火車軸尺寸測量機(jī)改變傳統(tǒng)人工測量的方式，實(shí)現(xiàn)車軸尺寸檢測，避免人為測量中的誤判及波動(dòng)，以及誤檢、錯(cuò)檢等弊端。關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；側(cè)翻機(jī)構(gòu)；頂尖Abstract：Under the situation of the development of the railway high speed, heavy load, namely to improve railway transport capacity, realize the modernization of railway transportation, and ensure the production safety of railway transportation is particularly important, if not the good performance of the axle as a guarantee, to improve vehicle running speed and transport security is not possible. Detection of axle size of maintenance axle in the key position, is an important means to ensure the quality of the axle, 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, has a direct impact on the safety of vehicles. So there is an urgent need to on the existing detection methods of computer and automation transformation, in order to eliminate the test in the process of human factors on the measurement results and advanced equipment to ensure the safety of vehicles, so in this paper, the development a train axle size detection system measuring machine to solve this problem.The axle dimension detection mechanism is a set of modern intelligent detection system, can meet the detection of train axles of each size, train axle dimension measuring mechanism is mainly by the rollover mechanism, a clamping mechanism, a rotating driving, measurement mechanism, shaft train size measuring machine changes the way of traditional manual measurement, size detection of axles and avoid artificial measurement error and fluctuation, and false detection, false detection of drawbacks.Key words: Rotating mechanism；rollover mechanism；core clamper目 錄1 緒論 11.1 問題的提出 11.2 課題研究的目的與意義 21.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀分析 31.3.1 國內(nèi)現(xiàn)狀分析 31.3.2 國外現(xiàn)狀分析 31.4 發(fā)展趨勢 42 火車車軸尺寸檢測機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 42.1 概述 42.2 主體設(shè)計(jì) 52.3 火車車軸尺寸檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 53 火車車軸尺寸檢測機(jī)構(gòu)液動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 73.1 液壓部分設(shè)計(jì)與計(jì)算 73.1.1 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算與選取 83.1.2 液壓缸的缸筒的設(shè)計(jì)與計(jì)算 83.1.3 活塞桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算 93.1.4 最小導(dǎo)向長度 H 的確定 114 火車車軸尺寸檢測機(jī)構(gòu)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 134.1 電機(jī)的選型設(shè)計(jì) 134.2 頂尖心軸的設(shè)計(jì) 214.2.1 頂尖的計(jì)算 214.2.2 軸承的壽命計(jì)算 214.2.3 軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算 234.2.4 頂尖心軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 244.3 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核 254.4 滾珠絲杠及電機(jī)選型計(jì)算 274.4.1 確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程 274.4.2 滾珠絲杠副的載荷及轉(zhuǎn)速計(jì)算 284.4.3 滾珠絲杠副預(yù)期額定動(dòng)載荷 284.4.4 導(dǎo)程精度的選擇 294.4.5 絲杠電機(jī)的選擇 295 檢測部分 315.1 激光位移傳感器的簡介 315.2 激光位移傳感器的工作原理 325.3 上下滑架的設(shè)計(jì) 33畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié) 35參考文獻(xiàn) 36謝 辭 3701 緒 論1.1 問題的提出中華人民共和國鐵路主要技術(shù)政策指出:鐵路是國家重要的基礎(chǔ)設(shè)施,國民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈,交通運(yùn)輸體系的骨干。為貫徹國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,適應(yīng)和促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步,應(yīng)充分發(fā)揮鐵路技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢,積極發(fā)展鐵路,滿足運(yùn)輸市場需求。鐵路技術(shù)發(fā)展的總原則是：在國家發(fā)展戰(zhàn)略指導(dǎo)下,加快科技進(jìn)步,突出技術(shù)創(chuàng)新,以市場為導(dǎo)向,加快科技進(jìn)步,突出技術(shù)創(chuàng)新,以市場為導(dǎo)向,以經(jīng)濟(jì)效益為中心,以運(yùn)輸安全為前提,不斷提高運(yùn)輸能力、質(zhì)量和效率。堅(jiān)持自主開發(fā)與引進(jìn)相結(jié)合,積極采用高新技術(shù),重視技術(shù)的綜合集成。根據(jù)不同運(yùn)輸需求,采用不同層次的技術(shù)和裝備,系統(tǒng)配套,發(fā)揮整體效能。改革管理體制,制訂相應(yīng)的政策,推動(dòng)新技術(shù)盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。目前,我國鐵路的安全技術(shù)裝備落后于運(yùn)輸生產(chǎn)不斷發(fā)展的要求,運(yùn)量與運(yùn)能的尖銳矛盾,是我國鐵路存在超負(fù)荷運(yùn)用鐵路設(shè)備的嚴(yán)重傾向,長此以往,必將降低設(shè)備的安全系數(shù),縮短使用壽命,危及行車安全。此外,鐵路運(yùn)輸自身固有的點(diǎn)多、線長、生產(chǎn)的連續(xù)性、協(xié)作性和全天候等特點(diǎn),使鐵路設(shè)備也具有種類多、數(shù)量大、配置分散、連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、自然力影響大和有形損耗嚴(yán)重等特點(diǎn),不僅加大了保證設(shè)備技術(shù)狀態(tài)經(jīng)常性良好的難度,而且還不易使運(yùn)用中的設(shè)備始終處于有效的監(jiān)控之下。所有這些,使鐵路運(yùn)輸安全基礎(chǔ)建設(shè)面臨更為復(fù)雜和艱巨的挑戰(zhàn)。發(fā)達(dá)國家鐵路技術(shù)發(fā)展的實(shí)踐表明,隨著現(xiàn)代鐵路高速、重載和信息技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展,安全技術(shù)己成為與一系列高新技術(shù)相互融合、彼此滲透、不可分割的先導(dǎo)技術(shù),研制和發(fā)展先進(jìn)的高質(zhì)量的運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)備和安全技術(shù)檢測設(shè)備已經(jīng)成為鐵路現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。因此,在我國鐵路大發(fā)展的形勢下,強(qiáng)調(diào)運(yùn)輸設(shè)備的基礎(chǔ)作用,不失時(shí)機(jī)地進(jìn)行機(jī)輛設(shè)備的系統(tǒng)配套改進(jìn)和安全技術(shù)裝備的加強(qiáng),改善車輛狀態(tài),改善檢測裝備,提高安全保障能力,必將大大加強(qiáng)我國鐵路的安全基礎(chǔ)設(shè)備。[10]在我國鐵路提速和重載和鐵路信息化管理的發(fā)展過程中,車輛行駛的安全問題日益突出,對(duì)火車車軸質(zhì)量也提出了更高的要求。車軸是鐵路車輛上重要的運(yùn)動(dòng)部件,其狀態(tài)直接影響到車輛的運(yùn)行安全。車軸的尺寸檢測至關(guān)重要，對(duì)車軸的各關(guān)鍵尺寸以及精度的檢測非常重要,檢測數(shù)據(jù)1的準(zhǔn)確性將直接影響到車軸的檢修質(zhì)量,當(dāng)前對(duì)車軸參數(shù)的檢測和數(shù)據(jù)記錄基本上還是靠手工完成,測量工具采特制量具車輛車輪第四種檢查器和直尺等,而這些傳統(tǒng)的手工輪對(duì)測量裝置,因效率低、差錯(cuò)率高、不便于信息化管理而不能滿足當(dāng)前的需要。與此同時(shí),由于列車向高速重載方向發(fā)展,導(dǎo)致工作量加大,根據(jù)車軸檢修質(zhì)量控制的需要,在調(diào)研國內(nèi)外同類設(shè)備技術(shù)的基礎(chǔ)上,采用非接觸的激光位移傳感器檢測車軸尺寸更為方便，設(shè)計(jì)這套車軸尺寸檢測機(jī)。大大提高工作效率和檢測精度,其應(yīng)用必將為列車車軸的測量和檢修提供一種高精度、高效率的檢測手段,對(duì)于提高車軸的檢修質(zhì)量、推進(jìn)鐵路系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)管理、保障鐵路機(jī)車的安全運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2 課題研究的目的與意義隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新、生產(chǎn)水平的加速進(jìn)步，要求機(jī)械裝置的精度、速度也越來越高。軸類相關(guān)零件主要起到傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)的作用，并保證各部件性能的穩(wěn)定性，是各種機(jī)械裝置中應(yīng)用范圍最廣、應(yīng)用面最大、應(yīng)用程度最高的一種零件，諸如各類變速箱、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)部件、火車輪對(duì)系統(tǒng)等中都有軸類零件重要應(yīng)用。鑒于軸類零件的重要應(yīng)用場合，對(duì)其相關(guān)參數(shù)的高精度測量及檢測將對(duì)人員、生產(chǎn)安全等起到保障作用，《鐵路貨車輪對(duì)和滾動(dòng)軸承組裝檢修規(guī)則》中規(guī)定：貨車輪對(duì)檢修壓裝過程中軸頸的檢測工作量很大，一般情況下，一個(gè)車輛段一天檢修檢測 50～100 個(gè)輪對(duì)軸頸。另外，軸承內(nèi)圈與軸頸之間存在過盈配合，涉及到軸承與軸頸的測量精度問題，而軸承作為標(biāo)準(zhǔn)件，在制造出廠時(shí)已標(biāo)注其精度，因此輪對(duì)軸頸軸徑測量存在必要性。目前，軸類零件的測量方法可分為機(jī)械測量法、氣動(dòng)法、超聲法、光學(xué)檢測法等，傳統(tǒng)的機(jī)械測量法大都利用機(jī)械式測量工具，利用直尺、游標(biāo)卡尺、千分尺等工具進(jìn)行機(jī)械接觸式測量方法容易使零件表面發(fā)生損傷或變形。氣動(dòng)法、超聲法等手工見表面粗糙度影響較大，線形范圍小，且精度不高，測量范圍小而有限，在實(shí)際測量檢測中得不到較廣的發(fā)展空間，應(yīng)用較少。機(jī)器視覺測量技術(shù)作為一種非接觸的、高精度的柔性坐標(biāo)測量技術(shù)，可以滿足現(xiàn)代化制造領(lǐng)域?qū)z測技術(shù)及系統(tǒng)新的更高的技術(shù)需要，文章基于機(jī)器視覺測量原理對(duì)軸徑測量裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，通過模擬裝置進(jìn)行實(shí)際測量、試驗(yàn)驗(yàn)證，數(shù)據(jù)顯示，此激光視覺軸徑測量裝置的測量方法簡單、測量精度高，且適用于大尺寸軸徑測量。通過該設(shè)計(jì)題目，不僅可以提高火車軸尺寸檢測的精度，可靠性。而且可以提高車輛的運(yùn)行安全。由于長期、大量的重復(fù)性手工作業(yè)使工人極易產(chǎn)生疲勞，再加上目測的誤差等問題使得手2工測量的誤差較大，車軸尺寸檢測裝置的出現(xiàn)可以改變目前對(duì)參數(shù)測量的落后狀況，對(duì)提高車軸的尺寸檢測，推進(jìn)鐵路系統(tǒng)的發(fā)展和保障鐵路機(jī)車的安全運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。[15]1.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀分析1.3.1 國內(nèi)現(xiàn)狀分析在國內(nèi)在針對(duì)較大的大尺寸零件的車軸尺寸測量方面，比較常規(guī)的量具有：大型卡尺、大型千分尺和大型千分桿等等。對(duì)于這類量具普遍所具有的特點(diǎn)是從體積方面看較大、并且移動(dòng)笨重、使用時(shí)不方便，這些常用量具的測量精度在很大程度上取決于工人的技術(shù)水平，由此導(dǎo)致了精度不穩(wěn)定，最終難以達(dá)到對(duì)大尺寸零件的精度要求。由于長期、大量的重復(fù)性手工作業(yè)使工人極易產(chǎn)生疲勞，再加上目測的誤差等問題使得手工測量的誤差較大。目前，軸類零件的測量方法可分為機(jī)械測量法、氣動(dòng)法、超聲法、光學(xué)檢測法等，傳統(tǒng)的機(jī)械測量法大都利用機(jī)械式測量工具，利用直尺、游標(biāo)卡尺、千分尺等工具進(jìn)行機(jī)械接觸式測量方法容易使零件表面發(fā)生損傷或變形。氣動(dòng)法、超聲法等手工見表面粗糙度影響較大，線形范圍小，且精度不高，測量范圍小而有限，在實(shí)際測量檢測中得不到較廣的發(fā)展空間，應(yīng)用較少。國內(nèi)部分研究單位采用成像技術(shù)采用一個(gè)圖像傳感器,從車軸的一端運(yùn)行至另一端,讀出相關(guān)數(shù)據(jù)。主要存在問題是對(duì)參數(shù)的檢測方法不符合規(guī)程,比如軸直徑等都無法符合檢測標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)的重復(fù)誤差大,不能滿足精度要求，由于光散射、車軸表面不同粗糙度等,都將影響測試尺寸。車軸尺寸檢測裝置的設(shè)計(jì)，可以改變目前對(duì)火車軸尺寸參數(shù)測量的落后狀況，對(duì)提高車軸的尺寸檢測很有幫助。[9]1.3.2 國外現(xiàn)狀分析在國外，提高大尺寸零件的測量精度，當(dāng)前，大尺寸測量的精度的準(zhǔn)確性基本上可通過對(duì)機(jī)床的定期檢查來保證，并對(duì)調(diào)整機(jī)器的第一個(gè)檢查工具是嚴(yán)格保密，對(duì)大型部件長度測量仍然繼續(xù)在采用以往的測量方法，傳統(tǒng)機(jī)械測量方法只能測量 7、8 級(jí)精度的零件，用來測量精密零件的儀器實(shí)際上是在國外都沒有現(xiàn)成的工具出售，而大尺寸零件的精度測量是確保重大技術(shù)裝備質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。國外有使用輪對(duì)測量機(jī)的先例,但檢測參數(shù)不多,功能比較簡單,如美國,是按照標(biāo)準(zhǔn)檢查部分項(xiàng)目,包括輪對(duì)跳動(dòng)、輪直徑、軸偏心。而一些車軸部分參數(shù)等都由人工檢測,檢測要求的標(biāo)準(zhǔn)不高。在過去十年中，其他行業(yè)的飛速發(fā)展，如計(jì)算機(jī)，傳感技術(shù)等方面，都在不同程度的促進(jìn)著檢測機(jī)檢測水平的提高。當(dāng)前，檢測機(jī)已大量用于高精度的測量，以及數(shù)字化在3線質(zhì)量控制的物理模型，測量形狀和位置等的三維復(fù)雜零件領(lǐng)域。它具有測量不同形狀和不同平面的空間的各方位的曲面結(jié)構(gòu)的能力，但也有數(shù)控機(jī)床，加工中心和柔性制造系統(tǒng)（FMS）等制造工程，綜合性的在線系統(tǒng)，及 CAT/ CAD/ CAM 技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)一體化的設(shè)計(jì)，制造和測試。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國際專業(yè)咨詢公司的可靠數(shù)據(jù)表明，測量機(jī)銷售約 8％-24％的增長率。發(fā)達(dá)國家有更高的增長速度正在下降，約 6％-10％;發(fā)展中國家則 較低，但約 14％-24％的增長速度，不斷改進(jìn)。目前，美國，英國，德國，日本，意大利和其他工業(yè)國家都在競相開發(fā)各類規(guī)格的測量機(jī)，以滿足不同場合的需要。[9]1.4 發(fā)展趨勢車軸尺寸零件的生產(chǎn)質(zhì)量及生產(chǎn)效率，在很大程度上取決于所采用測量的方法和工具。國內(nèi)往往使用在重型機(jī)械制造業(yè)：大卡尺，千分尺及大型千分桿。這些常見的測量工具普遍體積大，笨重，使用不便，使其工人的技術(shù)水平對(duì)測量精度產(chǎn)生了很大影響，測量精度是非常不穩(wěn)定的，在國內(nèi)的大型零部件的尺寸測量，已引起廣泛關(guān)注，也是重型機(jī)械制造工藝及設(shè)備改造需要解決的技術(shù)問題，更是我國機(jī)械行業(yè)的重點(diǎn)研究項(xiàng)目。發(fā)展趨勢如下：（1）利用微電子技術(shù)，依據(jù)工廠車間的實(shí)際情況，利用微電子技術(shù)，傳感器技術(shù)和大尺寸測量技術(shù)，建立一個(gè)大型的零部件尺寸測量系統(tǒng)，以提高測量精度。（2）對(duì)于大型零件的測量環(huán)境復(fù)雜，以及因手工測量操作大型部件的測量存在不可靠的因素，因此，采用非接觸式光點(diǎn)測量技術(shù)測量大尺寸部件將是大尺寸檢測發(fā)展的主要方向。機(jī)器視覺測量技術(shù)作為一種非接觸的、高精度的柔性坐標(biāo)測量技術(shù)，可以滿足現(xiàn)代化制造領(lǐng)域?qū)z測技術(shù)及系統(tǒng)新的更高的技術(shù)需要，基于機(jī)器視覺測量原理對(duì)車軸尺寸測量裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，通過模擬裝置進(jìn)行實(shí)際測量、試驗(yàn)驗(yàn)證，數(shù)據(jù)顯示，用激光位移傳感器測量車軸尺寸裝置測量方法簡單、測量精度高，且適用于大尺寸軸徑測量。2 火車車軸尺寸檢測機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)2.1 概述火車車軸應(yīng)按預(yù)先規(guī)定的工藝規(guī)程及技術(shù)要求完成,并應(yīng)符合《車輛輪對(duì)、軸承組裝及檢修4規(guī)則》的規(guī)定?；疖囓囕S在外觀檢查后必須測量各部尺寸,并按規(guī)定建立車軸卡片,確定旋修范圍。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新、生產(chǎn)水平的加速進(jìn)步，要求機(jī)械裝置的精度、速度也越來越高。軸類相關(guān)零件主要起到傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)的作用，并保證各部件性能的穩(wěn)定性，是各種機(jī)械裝置中應(yīng)用范圍最廣、應(yīng)用面最大、應(yīng)用程度最高的一種零件，諸如各類變速箱、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)部件、火車輪對(duì)系統(tǒng)等中都有軸類零件重要應(yīng)用。用激光位移傳感器測量技術(shù)作為一種非接觸的、高精度的柔性坐標(biāo)測量技術(shù)，可以滿足現(xiàn)代化制造領(lǐng)域?qū)z測技術(shù)及系統(tǒng)新的更高的技術(shù)需要，基于機(jī)器視覺測量原理對(duì)軸徑測量裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，通過模擬裝置進(jìn)行實(shí)際測量、試驗(yàn)驗(yàn)證，數(shù)據(jù)顯示，此激光視覺軸徑測量裝置的測量方法簡單、測量精度高，且適用于大尺寸軸徑測量。為適應(yīng)鐵道部火車車軸組裝和提速的需要, 新車統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的要求,實(shí)現(xiàn)火車軸尺寸參數(shù)自動(dòng)測量及各設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,提高設(shè)備檢測水平,保證火車軸檢修及組裝質(zhì)量。我們?cè)谡{(diào)研國內(nèi)外同類設(shè)備技術(shù)的基礎(chǔ)上,采用非接觸的激光位移傳感器測量技術(shù),開發(fā)研制了火車軸參數(shù)測量機(jī)。通過對(duì)火車軸參數(shù)的測量,解決了傳統(tǒng)人工測量存在的問題同時(shí)可與其它工序共享所檢測的數(shù)據(jù),而且實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)全雙工通訊,可將測量數(shù)據(jù)直接存入輪軸系統(tǒng)。2.2 主體設(shè)計(jì)由基座、側(cè)翻機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，測量機(jī)構(gòu)組成，并配置激光位移傳感器，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)及精密機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)等一整套測量裝置。設(shè)計(jì)尺寸測量機(jī)構(gòu)的長為 3900mm，寬為 2880mm，高為 4300mm，并配置激光位移傳感器，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)及精密機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)等一整套測量裝置，采用灰鐵鑄造框架結(jié)構(gòu),整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好,機(jī)構(gòu)部分與檢測部分分離設(shè)計(jì),排除定位部分的壓力變形對(duì)檢測精度的影響，采用頂尖定位的方式,以滿足系統(tǒng)對(duì)測量精度的要求主體結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布合理,穩(wěn)定性好。2.3 火車車軸尺寸檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案5圖 2-1 1.上頂尖 2.激光位移傳感器 3.滑架 4.側(cè)翻底板 5.底座 6.側(cè)翻機(jī)構(gòu) 7.下頂尖圖 2-21.桿 2.底座 3.三腳架 4.拉桿式液壓缸 5.側(cè)翻底板火車車軸尺寸檢測系統(tǒng)機(jī)構(gòu)最主要的是要求車軸要豎直放置測量，如果車軸橫放頂尖夾緊后電機(jī)帶動(dòng)車軸轉(zhuǎn)動(dòng)，在車軸自身重力的作用下會(huì)發(fā)生彎曲，使得測量結(jié)果不準(zhǔn)確，達(dá)不到測量的精度要求。車軸豎直放置還不能損壞車軸表面，因此我設(shè)計(jì)了一種翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，它是由底座、三腳6架、液壓拉桿等組成，可以實(shí)現(xiàn)將軸翻轉(zhuǎn)豎直測量。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將車軸豎直后，該機(jī)構(gòu)到達(dá)最大翻轉(zhuǎn)程度，翻轉(zhuǎn)托板成九十度，整個(gè)裝置繞著托板前端翻轉(zhuǎn)，三腳架可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)，拉桿繞著底座轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，側(cè)翻托板上的支撐點(diǎn)與側(cè)翻托板前端垂直，這樣就可以將水平的車軸側(cè)翻成豎直狀態(tài)。在翻轉(zhuǎn)前，4 帶有液壓拉桿的活動(dòng)夾將車軸固定，在豎直狀態(tài)后，下部帶有液壓缸的頂尖對(duì)準(zhǔn)車軸中心孔，上部頂尖也下降至車軸中心孔，這時(shí)，4 個(gè)活動(dòng)夾松開，帶有摩擦輪的電機(jī)沿滑槽移動(dòng)至摩擦輪接觸到車軸之后，啟動(dòng)電機(jī)讓摩擦輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)車軸旋轉(zhuǎn)，帶有激光位移傳感器的上下滑架開始工作，最后，完成測量工作。用吊車準(zhǔn)確將被測車軸準(zhǔn)確平穩(wěn)地送入放軸凹槽，而將測量完畢的車軸平穩(wěn)送出測量裝置，當(dāng)車軸進(jìn)入預(yù)備工位時(shí)，工業(yè)計(jì)算機(jī)發(fā)出控制命令，由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置是翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)將車軸從平衡狀態(tài)推送至豎直狀態(tài)，車軸剛好進(jìn)入孔中，再由上下頂尖夾緊車軸，隨后電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)頂尖旋轉(zhuǎn)，車軸也就隨之旋轉(zhuǎn)，使用上下滑架帶動(dòng)傳感器的移動(dòng)來測量車軸尺寸，當(dāng)車軸測量完畢后，計(jì)算機(jī)控制進(jìn)出總成的導(dǎo)出系統(tǒng)使翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)再次移動(dòng)將已測車軸平穩(wěn)送出測量工位整個(gè)進(jìn)出總成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與導(dǎo)入和導(dǎo)出控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致，避免了車軸進(jìn)入測量工位時(shí)對(duì)裝置造成的沖擊，并控制車軸的速度，防止發(fā)生現(xiàn)場生產(chǎn)安全事故。系統(tǒng)以工業(yè)計(jì)算機(jī)為核心，通過吊車將被測車軸平穩(wěn)送入測量工位，電機(jī)控制頂尖旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)車軸按預(yù)定速度轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)，激光位移傳感器掃描車軸測量部位實(shí)時(shí)獲取車軸外形特征并反饋給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)經(jīng)過處理并根據(jù)測量算法得到車軸尺寸。驅(qū)動(dòng)總成安裝在測量裝置的基座上，其作用是通過工業(yè)計(jì)算機(jī)向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出電脈沖信號(hào)，將步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)經(jīng)機(jī)械裝置傳遞給頂尖，頂尖帶動(dòng)車軸轉(zhuǎn)動(dòng)，可以控制車軸的運(yùn)動(dòng)，配合傳感器準(zhǔn)確采集各軸段的信息，完成軸尺寸測量。由基座、側(cè)翻機(jī)構(gòu)、夾緊機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，測量機(jī)構(gòu)組成，并配置激光位移傳感器，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)及精密機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)等一整套測量裝置，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)及精密機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)等一整套測量裝置，不是靠特制工具的手工測量方法。當(dāng)被測量車軸進(jìn)入測量裝置后，通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制磨砂輪旋轉(zhuǎn)再帶動(dòng)車軸旋轉(zhuǎn)，激光位移傳感器在車軸的旋轉(zhuǎn)過程中完成車軸尺寸的檢測。73 火車車軸尺寸檢測機(jī)構(gòu)液動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 液壓部分設(shè)計(jì)與計(jì)算車軸尺寸測量系統(tǒng)的大部分動(dòng)作都由液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn),因此液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞直接影響到系統(tǒng)的運(yùn)行。系統(tǒng)液壓站采用最新的液壓控制技術(shù),全部液壓系統(tǒng)采用進(jìn)口器件,保證液壓系統(tǒng)品質(zhì)優(yōu)良,液壓系統(tǒng)的每個(gè)動(dòng)作都由可調(diào)節(jié)的減壓閥來控制,可以根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況調(diào)節(jié)各部分動(dòng)作保證系統(tǒng)在允許壓力下工作。液壓缸具有多種不同的類型，在翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中， 選擇拉桿型液壓缸，前后端蓋與缸筒用四根拉桿來連接，前后端蓋為正方形、長方形或圓形。前后端蓋和活塞等主要零件均為通用件。因此，拉桿型液壓缸結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便、零件通用化程度較高，但是，受到行程長度、缸筒內(nèi)徑和額定壓力的限制。如缸筒內(nèi)徑過大和額定壓力偏高時(shí)，因拉桿材料強(qiáng)度的要求，選取大直徑拉桿，但徑向尺寸不允許拉桿直徑過大。3.1.1 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算與選取火車軸質(zhì)量 m＝1000kg 但是考慮安全系數(shù) 取 m＝1200kg液壓缸的單缸最大起升的質(zhì)量 M＝1200kg升降平臺(tái)的最大起升高度：h＝1.5m上升速度等于下降速度 v＝0.1m/s液壓平臺(tái)上升工況的最大負(fù)載 F＝M g＝1200 10＝12000N?液壓缸的機(jī)械效率 ＝0.95?液壓缸的工作壓力由表可知 P＝1MPa表 3-1 不同負(fù)載下的工作壓力負(fù)載 F/KN 50工作壓力p/MPa53.1.2 液壓缸的缸筒的設(shè)計(jì)與計(jì)算（1）液壓缸內(nèi)徑 D 的計(jì)算8由公式 D= ??PFmax4??1-3（Fmax=12000N；P=1MPa； =0.95）?解得 D=0.063426m根據(jù)表可知，圓整成標(biāo)準(zhǔn)值后，得液壓缸內(nèi)徑 D=80mm表 3-2 液壓缸內(nèi)徑系列 mm（GB/T 2348-93）8 10 12 16 20 25 32 40 5063 80 （90） 100 （110） 125 （140） 160 （180）200 （220） 250 （280） 320 （360） 400 （450） 500（2）缸筒壁厚和外徑計(jì)算本設(shè)計(jì)的內(nèi)徑 D 為 80mm，查液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)液壓缸的外徑 D1 為 95mm，缸壁的厚度為7.5mm。一般按正規(guī)的方法選取液壓缸壁厚都能滿足其強(qiáng)度，但為安全起見我們還要進(jìn)行校核。由于 D=80mm，外徑 D1=95mm，則 /D=0.09416MPa 時(shí)的 Pmax=1.25Pn；[ ]—材料的許用壓力。?b 為材料的抗拉強(qiáng)度，n=3.5—5，這里 n 取 5。選用 45 號(hào)鋼，并且調(diào)質(zhì) 241~285HB，查工程力學(xué)可知 45 號(hào)鋼的抗拉強(qiáng)度 b=530~598MPa，現(xiàn)取 b=560MPa，故：??[ = =112MPanb?]560由于液壓缸的工作壓力 P=1.5MPa0.8mm，故強(qiáng)度足夠。3.1.3 活塞桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算活塞桿是液壓缸傳遞動(dòng)力的主要部件，它要承受拉力、壓力、彎力和震動(dòng)沖擊等多種作用，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。（1）活塞桿直徑的計(jì)算根據(jù)活塞桿受力狀況來確定，一般受拉力作用時(shí)，d=0.3~0.5D。受壓力作用時(shí) P ][4??F??3-式中 d---活塞桿直徑F---活塞桿上作用的力---活塞桿材料的許用應(yīng)力， ， s 為材料的抗力強(qiáng)度，n 為安全系數(shù)，一???般取 n1.4。由 45 號(hào)鋼的許用應(yīng)力 MPa，F(xiàn)=5000N375.160??nb10得 d0.0043m，而 d=40mm，故活塞桿強(qiáng)度符合要求。按彎曲穩(wěn)定性校核當(dāng)活塞桿全部伸出后，活塞桿外端到液壓缸支撐點(diǎn)之間的距離 l10d 時(shí)，應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性校核。按材料力學(xué)理論，當(dāng)一根受壓直桿的軸向載荷 F 超過臨界受壓載荷 Ff 時(shí)，即可能失去原有的直線狀態(tài)平衡，稱為失穩(wěn)，其條件為：Fe1S所以 X=0.41，Y=0.87=4884.6N??11fARPYFX??同理 =1.44e，2S22所以 X=0.41，Y=0.87=3352.8N??22fARPYFX??（4）壽命計(jì)算：（a）下軸承壽命計(jì)算：h=4233.83000h366h10 .4810501n???????????????PCL符合設(shè)計(jì)要求（b）上軸承壽命計(jì)算：h=19472h3000h366h10 8.521001n???????????????PCL符合設(shè)計(jì)要求4.2.3 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；0S0S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，0P=1820.210101ARFYXP???=785.2N22下軸承靜強(qiáng)度校核： 5.3.2180m??PG上軸承靜強(qiáng)度校核： 5.34.9281??C上下軸承靜強(qiáng)度校核均符合設(shè)計(jì)要求234.2.4 頂尖心軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算在設(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)鋼各軸段直徑：圖 4-1 頂尖心軸軸段 2、4 直徑為 =45mm， =45mm2d4軸段 2、3 之間為定位軸肩，故取軸肩高度：h=0.07 ????m1.4~32~1d??則軸段 1 直徑為：= +2h=45mm12 2.5.6.?取 =50mm1d軸段 3、4 之間為非定位軸肩，僅為軸承拆裝方便而設(shè)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，裝配完成后頂尖伸出部分為 50mm，軸段 2、4 長度取決于其上圓錐滾子軸承寬度，已知，兩軸承寬度均為 14mm，故?。?m604042?L，軸 5 長度取決于其上止動(dòng)墊圈及圓螺母厚度，止動(dòng)墊圈厚度為 2mm，圓螺母厚度為 8mm，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，粗估計(jì)頂尖心軸長度為 400mm。244.3 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核圖 4-2 側(cè)翻機(jī)構(gòu)圖 4-3 側(cè)翻機(jī)構(gòu)火車車軸尺寸檢測系統(tǒng)機(jī)構(gòu)要求車軸要豎直放置測量，車軸豎直放置還不能損壞車軸表面，因此我設(shè)計(jì)了一種翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，它是由底座、三腳架、液壓拉桿等組成，可以實(shí)現(xiàn)將軸翻轉(zhuǎn)豎直測量。它的底座采用灰鐵鑄造框架結(jié)構(gòu),整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，在翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中桿件的強(qiáng)度、剛度非常重要。25為了保證桿在機(jī)構(gòu)輕巧的條件下有足夠的剛度，一般多用精選含碳量的優(yōu)質(zhì)中碳機(jī)構(gòu)鋼，只有在特別強(qiáng)化且產(chǎn)量不大的汽油機(jī)中用 40Cr 等合金鋼。合金鋼有較高的綜合機(jī)械性能，但當(dāng)存在產(chǎn)生應(yīng)力集中的因素時(shí)，它的耐勞能力急劇下降，甚至低到與碳素鋼不相上下。所以合金鋼連桿的形狀設(shè)計(jì)、過度圓滑性、毛坯表面質(zhì)量下降等，必須給以更多的注意，才能充分發(fā)揮優(yōu)質(zhì)材料的潛力。設(shè)計(jì)三腳架的尺寸為 600mm，500mm，150mm，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)單獨(dú)桿件長為 900mm?；疖囕S質(zhì)量 m＝1000kg 但是考慮安全系數(shù) 取 m＝1200kg 車軸的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是由兩對(duì)拉桿式液壓缸組成，所以校核一側(cè)的安全強(qiáng)度即可：m=300kg G=3000N 三腳架桿件設(shè)計(jì)直徑為 100mm桿件的橫截面積為： S= =3.14 =78502r??23023000N圖 4-4F1= = =6000N。30sinG5.強(qiáng)度條件 許用應(yīng)力：保證構(gòu)件安全可靠工作所容許的最大應(yīng)力值。 σ°為極限應(yīng)力，n 為的安全系數(shù)。??n??校核強(qiáng)度： ???AN