　大型工件、物品的搬运常采用助推器辅助搬运完成作业，主要有机械式、气动式、电动式、液压式等，其工作性能各有优劣，有特定的适用场合。铁路机车或车辆检修维护时的移动一直采用牵引机车或牵车机构牵引，而牵引机车一般为内燃机车，不适合在机车或车辆检修要求越来越高的库内牵引机车用，而牵车机构一般为链式传输机构，其安装空间需要利用轨道中间的部分空间，且建造成本高、运行不稳定、维护成本较高和驱动电机的防水防潮功能要求较高，使用效果一直不理想。

　本文拟在综合分析比较现有搬运助推器的工作原理、组成结构的基础上，通过分析机车转向架与助推器的受力作用情况，运用ADAMS软件对助推器的执行机构进行建模和运动仿真，确定了执行杆件的运作方式和受力作用情况，进一步校核各部件，设计出一种用于搬运不同规格机车转向架、适合机车车间工作条件的低耗高效便携式助推器。结构简单，方便组装，方便工人操作的便携式机车牵车装置，为机车检修时方便进出检修库用。

关键词：助推器；高效；便捷；ADAMS；仿真

摘要

Abstract

第1章绪论1

1.1转向架助推器研究背景1

1.2现有助推器类型1

1.2.1滚轮助推器1

1.2.2抬升式助推器3

1.2.3多功能助推器4

1.3虚拟样机技术5

1.4本论文主要研究内容6

第2章撬棍式助推器研究思路和方案7

2.1研究思路7

2.1.1三种助推器的比较7

2.1.2 撬棍式助推器方案7

2.2执行机构受力分析8

2.2.1执行机构位置分析8

2.2.2齿轮传动比确定9

2.2.3机构受力分析10

2.3电机选择12

2.4结论12

第3章基于Adams的建模和仿真14

3.1 Adams 软件介绍14

3.1.1 Adams 软件的概述14

3.1.2 ADAMS仿真步骤14

3.2 执行机构自由度分析15

3.3 凸轮轮廓线的设计16

3.3.1建立模型16

3.3.2仿真17

3.3.3确定轮廓曲线17

3.4 执行机构建模与仿真18

3.4.1建立模型18

3.4.2添加约束19

3.4.3仿真20

3.4.4仿真结果后处理20

3.5结论23

第4章结构设计25

4.1 整体结构简图25

4.2各部件校核25

4.2.1齿轮设计与校核25

4.2.2链传动设计29

4.2.3轴的结构设计和强度校核30

4.2.4轴承选择34

第5章总结36

5.1 总结36

5.2 设计的不足之处36

5.3 个人体会36

参考文献38

致谢39

第1章绪论

1.1转向架助推器研究背景

　进入21世纪，我国的城市轨道交通方兴未艾。作为世界上人口最多的国家为保证拥有一个有效，快速，便捷的交通。轨道交通作为主要的趋向已开始平凡地出现在我们的生活中。

　而转向架（英文：Bogie），又称台车（来自日文），它是铁道车辆中结构最为复杂的部分，其基本功能是：引导车辆沿轨道行驶；缓和因轨道不平顺而产生的振动；安装制动装置，使车辆能够及时减速并准确停车[1]。因此转向架的设计也直接决定了车辆的稳定性和车辆乘坐的舒适性。

动车组转向架在维修成本中占到40%以上（全生命周期），在高速动车组5级修程中，转向架的检修工作量最大。而其中大量必要的检修和维护作业是利用动车组停车、入库的短暂时段内进行的，这就更加大了作业难度和保证质量的难度[2]。

铁路机车或车辆检修维护时的移动一直采用牵引机车或牵车机构牵引，而牵引机车一般为内燃机车，不适合在机车或车辆检修要求越来越高的库内牵引机车用，而牵车机构一般为链式传输机构，其安装空间需要利用轨道中间的部分空间，且建造成本高、运行不稳定、维护成本较高和驱动电机的防水防潮功能要求较高，使用效果一直不理想。在新建或改造的铁路机车检修基地，急需一种便携式的机车牵车装置，为机车检修时方便进出检修库用。

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机车转向架助推器设计.jpg

内容简介：: 浙江理工大学本科毕业设计（论文）文献综述报告班级机械类（四）班姓名陈国纯课题名称机车转向架助推器文献综述报告目录1 前言部分2. 现有助推器类型2.1 滚轮类助推器现状2.2滚子助推器改进2.3抬升式助推器2.4多功能助推器2.5铁路机车专用助推车3 总结部分参考文献指导教师审批意见签名：年月日机车转向架助推器设计陈国纯（机械设计及其自动化09（4）班 B09370203）1.前言转向架（英文：Bogie），又称台车（来自日文），它是铁道车辆中结构最为复杂的部分，其基本功能是：引导车辆沿轨道行驶；缓和因轨道不平顺而产生的振动；安装制动装置，使车辆能够及时减速并准确停车1。铁路机车转向架或车辆检修维护时的移动一直采用牵引机车或牵车机构牵引，而牵引机车一般为内燃机车，不适合在机车或车辆检修要求越来越高的库内牵引机车用，而牵车机构一般为链式传输机构，其安装空间需要利用轨道中间的部分空间，且建造成本高、运行不稳定、维护成本较高和驱动电机的防水防潮功能要求较高，使用效果一直不理想。在新建或改造的铁路机车检修基地，急需一种便携式的机车牵车装置，为机车检修时方便进出检修库用。本项目拟在综合分析比较现有搬运助推器的工作原理、组成结构的基础上，通过分析机车转向架与助推器的受力作用情况，设计出一种用于搬运不同规格机车转向架、适合机车车间工作条件的低耗高效便携式助推器。1. 现有助推器类型国内这种专门的低耗高效便携式助推器类型虽然很多，但是基本原理主要还是从以下两种方式中演变过来的。（1）滚子类。利用小滚轮转动，通过轮之间的摩擦传动，带动大型圆柱体的转动，清洁，能耗较低。但是只能推动转动系的大型物件，使用范围收到制约。结构图见图1. 图1 滚子类助推器2 （2）抬升装置。通过抬升转向架边缘实体，将转向架的重量转移到助推器上，方便人操作。但是由于内嵌电机，而受结构尺寸的制约不能达到很大的功率，所以在类型选择上和传动方式上需要再改进，同时承重点的位置布置也是需要考虑的地方。结构图见图2. 图2 液压抬升助推器32.1滚轮类助推器现状比较有代表性的是瑞士Easy mover公司生产的滚轮类助推器，在国内应用也比较广泛。如图3。可以推动10吨到50吨的卷筒等圆柱类物件。而且主要采用的是气动的方式来提供动力，清洁而且高效，方便工人操作。但是同时也带来了局限。图3 滚轮式助推器4 针对气动的某些不足，外国一些专利进行了改进和提升。比如下面介绍的Gregory James Newell的专利。2.2滚子助推器改进总体来说，外国的此类助推器装置专利更多，也更有创造性。有代表性的，是Gregory James Newell. 在2004年的“ Materials handling device and system”专利。这个专利是基于对气动滚子式助推器的改进。结构示意图见图4。图4 滚子助推器改进5 第一眼看上去和气动滚子式的没什么差别，其实不然。气动式虽然体积小，速度快。这种气动能源式的装置毫无疑问确实有一些优势的，包括（1）它们便携而且尺寸小巧，但是可以形成极大的转矩；（2）其中互相作用使他们适合大多数重量大的转动负重，因为负重提供了驱动轮需要的向下的力。但是也有很大的缺点，就是需要持续提供高度压缩的空气，才能维持动力，这就大大制约了助推的距离，压缩空气的需要限制了装置的位置，而且如果输气管长度过长的，压力会慢慢下降，最终会影响助推的效率。6 因此，此专利将动力更换为一种可循环利用的清洁充电电池组，同时安装有充电装置，可以实现电池组的充放电控制，电力不足是就会释放多余能量，使助推的距离更远，更有效率。解决了气动的缺陷，同时又具有气动的大部分优点。2.3抬升式助推器我们了解到Easy mover 公司不只有单调的一种类型的滚轮类助推器，而是对传统的人力千斤顶抬升方式进行了改进。这里介绍两种，其中一种是利用简单的杠杆原理来抬升重量不是很重的机车转向驾，而底盘仍然是电机提供动力。如图5. 还有一种是将液压方式变换气动方式，再通过简单的铰链机构实现向上的运动。但是缺点仍然是提升的重量较小。如图6. 图5 杠杆抬升助推器 4 图6 气动抬升助推器42.4多功能助推器英国Master Mover 公司在物流运输这方面属于一流水准，公司生产的各种物流搬运、助推器，种类都很齐全。其中的基本构件一个小推车，如图7。内部通过电动和齿轮传动，可以提供较大的推力。而且方便操作，工作时间相对较长，安全、高效。值得一提的是，其中动力采用直流式电池，没有交流电的高压危险，而且一次充电后可以使用相当长一段时间，所以说更加实用。虽然体积比上面介绍的大一些，不过完全符合在车间工作的要求。底盘采用的高韧性钢板，负重最高也可以达到100吨。调节高度灵活可变，适应不同的转向架。图7 抬升多功能助推器7 从这种基本装置，改装后就可以推动不同类型的机车。比如，推滚动体时，将前面的抬升部分变换成两个长条滚子，就可以实现推动目标，如图8。图8 滚轮多功能助推器7又比如，当不适合用抬升方式推动机车时，采用前置长臂推动，不过这种方式只能推动重量较小的机车，如图9。图9 前置臂多功能助推器7 总之，Master Mover 公司的很多设计都可以借鉴，可以说是一种方法适用到各种不同类型。2.5铁路机车专用助推车铁路机车或车辆检修维护时的移动一直采用牵引机车或牵车机构牵引，而牵引机车一般为内燃机车，不适合在机车或车辆检修要求越来越高的库内牵引机车用，而牵车机构一般为链式传输机构，其安装空间需要利用轨道中间的部分空间，且建造成本高、运行不稳定、维护成本较高和驱动电机的防水防潮功能要求较高，使用效果一直不理想。在新建或改造的铁路机车检修基地，急需一种便携式的机车牵车装置，为机车检修时方便进出.(查看更多)检修库用。其在国外的使用已经十分普遍，一般采用直流电机驱动，电瓶为动力源，但进口价格十分昂贵，报价一般在5万美金以上，由于采购成本过高，维护成本不低，该铁路机车维护专用助推车在国内铁路市场的推广为零。8 而最近第十二届“挑战杯”省赛作品“铁路机车维护专用助推车”，为国内首创、替代进口的产品，使用电瓶作为动力源，充电方便、使用环保；采用大输出扭矩的直流电机驱动，驱动力可靠；采用高耐磨的高分子材料的驱动轮与车轮滚动摩擦推动机车，可以使重量在190吨内的机车、在轨道不平度在千分之一以内的工况下每分钟移动15米；采用可调节走行轮机构，方便铁路机车维护专用助推车在非使用状况下的快速移动。如图10. 图10 挑战杯设计助推车在借鉴国外设计思路的情况下，力求使用最小功率的直流电机和最小体积的减速机构，大大缩减了机构的结构尺寸，使系列化的产品的最大质量控制在75Kg以内，使操作简便、使用维护方便。采用大输出扭矩的直流电机驱动，设计上利用主动轮的推力保证被动轮始终与机车轨道紧密贴合并保持与机车移动方向一致的运动或运动趋势，主动轮推力可以满足机车移动所需推力要求。而且制造成本低、操作简单、维护便捷、充电快捷、推力大、结构简单和使用维护成本低廉，是铁路机车牵引的理想的便携式电动装置。93.总结目前机车转向架助推器在国外比较普遍，但是在国内，由于成本、维修护理问题，推广并不是很普遍。机车转向架助推器作为机车车间不可少的搬运工作，发展更趋向于便捷小巧，适合多种需要。但是电机的选择与助推器的功率很难匹配，选择合适的能源一直是很多公司研究的问题。同时，助推器今后不仅仅可以用来推动转向架，它同样可以用来制动，帮助转向架停靠和转向。10本项目拟在综合分析比较现有搬运助推器的工作原理、组成结构的基础上，通过分析机车转向架与助推器的受力作用情况，设计出一种用于搬运不同规格机车转向架、适合机车车间工作条件的低耗高效便携式而且成本比较低、普遍通用的助推器。参考文献1杨颖萍，施俊俊，孙英彪.客车转向架构架焊修工艺的探讨A.第十四届全国机械设计年会论文集C.中国机械工程学会，2008.2Http:/www.easymover.it/en/pusher.php,5-20/2013-5-203 Http:/www.powerpusher.co.uk,5-20/2013-5-204 Http:/www.fetec-papier.de/Easy_Mover_-_Rllentransportger/Details_Easy_Mover/details_ easy_mover.html ,5-20/2013-5-205Gregory James Newell.Materials handling device and system. PU.S. Patent No. 20040265148A1,2004 6Gregory James Newell. Materials handling device and system. P.U.S. Patent No.7168514B2,Jan.30,20077 Http:/,5-20/2013-5-208周严,肖书浩，吴修玉等.铁路机车专用助推车P.中国专利 20110092785,2011-89/project/6145/,5-20/2013-5-2010 Pege Englund. Drive apparatus. PU.S. Patent No. 4582154,1986.浙江理工大学本科毕业设计（论文）开题报告班级机械设计制造及其自动化09（4）班姓名陈国纯课题名称机车转向架助推器开题报告目录1 选题的背景与意义1.1 国内外研究现状和发展趋势1.2 助推器研究意义2 研究的基本内容与拟解决的主要问题2.1 基本内容2.2 拟解决的主要问题3 研究方案、可行性分析及预期研究成果3.1 研究思路方案3.2 可行性分析3.3 预期研究成果4 研究工作计划参考文献（开题报告全文附后）成绩：答辩意见（从选题、任务工作量、质量预期、可行性等几个方面）答辩组长签名：年月日系主任审核意见签名：年月日机车转向架助推器设计陈国纯（机械类09（4）班 B09370203）1.选题的意义和背景大型工件、物品的搬运常采用助推器辅助搬运工完成作业，主要有机械式、气动式、电动式、液压式等，其工作性能各有优劣，有特定的适用场合。铁路机车或车辆检修维护时的移动一直采用牵引机车或牵车机构牵引，而牵引机车一般为内燃机车，不适合在机车或车辆检修要求越来越高的库内牵引机车用，而牵车机构一般为链式传输机构，其安装空间需要利用轨道中间的部分空间，且建造成本高、运行不稳定、维护成本较高和驱动电机的防水防潮功能要求较高，使用效果一直不理想。在新建或改造的铁路机车检修基地，急需一种便携式的机车牵车装置，为机车检修时方便进出检修库用。1.1 国内外研究现状和发展趋势1.1.1 国内外研究现状目前，国外对此类助推器的研究比较充分，其中包括瑞士Easy Mover公司生产的产品、英国Master Mover公司的产品等。但是产品总体上可分为滚子类助推器、抬升式助推器和多功能助推器几大类。（1）滚轮类助推器 1）比较有代表性的是瑞士Easy mover公司生产的滚轮类助推器，在国内应用也比较广泛。可以推动10吨到50吨的卷筒等圆柱类物件。1而且主要采用的是气动的方式来提供动力，清洁而且高效，方便工人操作。但是同时也带来了局限。因为是气动推动，就会因为动力的提供模式而使装置运行受到限制。比方说，当移动的距离增加时，压缩气体提供的动力就会逐渐减少，使功率收到限制。而且气体传输通过软管，所以助推器工作时限制了其位置，不是很自由。2 2）在参考文献 Gregory James Newell. 2007. Materials handling device and system. U.S. Patent No.7168514B2.中有提到对这类产品的改进，这里举几个例子。第一，将动力改成了电池组，这样就解决了大部分有关气动驱动的缺点，而且保留了原有产品的便捷、小巧。第二，电池组和控制器上的纯电容通过电力连接，在电力充足的时候电容会充电，而当能源不足的时候，电容又可以向电机提供需要的电力，这样就保持了工作的持续性。3（2）抬升式助推器这类产品的构成相对简单。国内最传统的助推器，是通过液压千斤顶手动抬升机车转向架，将重量分担到助推器上，进而加大摩擦力来推动。国外公司对其进行了不同方向的发展。一类是通过杠杆原理抬升物件，虽然结构更加简单，但是对助推器的功率和提升的重量都有了限制。另一种是通过铰链连接抬升装置，这类助推器比第一类抬升重量有了较大的提高。4（3）多功能助推器英国Master Mover 公司在助推器行业走在前列，其产品可以满足各种各样的要求，实现多功能助推。其能源是电池电力提供，因此没有位置上的限制。基本组成包括齿轮减速箱、电动机、箱体。在推动滚动体时可以安装两个长滚轮，而推动机车时就可以安装抬升装置。这类装置虽然能提供比较的转矩，但是相对气动类型的来说，却尺寸较大，更加笨重，移动也不方便。所以在推动一些尺寸不适合的机车时需要添加辅助装置来提供辅助作用力。51.1.2 助推器发展趋势机车转向架助推器作为机车车间不可少的搬运工作，发展更趋向于便捷小巧，适合多种需要。但是电机的选择与助推器的功率很难匹配，选择合适的能源一直是很多公司研究的问题。同时，助推器今后不仅仅可以用来推动转向架，它同样可以用来制动，帮助转向架停靠和转向。6 而且简单便携的助推器的受力分析需要解决，使得在助推过程中不至于倾覆，也保证能提供充足的摩擦力推动机车转向架。1.2 助推器研究意义机车转向架是铁路、车间运输的重要工具，但是其重量大，单单依靠人力难以推动，或者耗费更多的人力，而且目前应用的牵引机车体积过大，不适合应用在装配车间，而且也必须保存在远离车间的位置，车间运作带来不便。7给本项目在综合分析比较现有搬运助推器的工作原理、组成结构的基础上，通过分析机车转向架与助推器的受力作用情况，可以设计出一种用于搬运不同规格机车转向架、适合机车车间工作条件的低耗高效便携式助推器。在国外产品推广不足的情况下，可以满足大部分需要。2 研究的基本内容与拟解决的主要问题2.1 基本内容本课题的主要任务是：1）机车转向架助推器的方案设计；确定三种机车转向架助推器的优点和缺点，比较分析采用哪一种更适合车间内各种不同情况的使用，满足大部分的要求。2）分析机车转向架与助推器受力模型；确定方案后，对机车转向架和助推器进行具体的受力分析，也包括电机的选择，和不同规格相配合的助推器的受力分析。确保助推器可实际上运行起来，也不会出现倾覆的危险。3）主要部件的二维与三维设计。对主要部件建立二维和三维模型，通过运动仿真调整尺寸数据，设计满足生产要求的二维、三维图纸。2.2 拟解决的主要问题本项目拟在综合分析比较现有搬运助推器的工作原理、组成结构的基础上，通过分析机车转向架与助推器的受力作用情况，设计出一种用于搬运不同规格机车转向架、适合机车车间工作条件的低耗高效便携式助推器。要实现电机的稳定的传输，需要确定电动机的合理位置和布局，使助推器达到预定转矩推动机车转向架。同时要选择电机的具体类型以满足搬运不同规格的机车转向架需要。另外，机车转向架对助推器的作用位置也需要合理设计，防止在助推过程中出现倾覆危险，同时确定抬升支点，确定合理的受力模型。为了保证合适的功率输出，电机和驱动轮之间的动力传输方式的选择也是主要问题之一，链传动平稳性欠佳，齿轮传动需要综合考虑尺寸要求和传动比要求。3 研究思路方案、可行性分析及预期成果本次设计拟采用理论分析方法解决机车转向架和助推器之间的受力分析，同时通过三维仿真对实验数据进行完善，结合国内外的研究成果，完成助推器的结构设计和图纸。3.1 研究思路方案3.1.1 目前机车转向架机构原理分析一般的抬升助推器可以分为几个部分，抬升部分、驱动部分、转向部分。（1）抬升部分传统此类助推器采用液压抬升，系统复杂而且伴随着不安全。所以计划改进为简单机械抬升，抬升部分可以利用杠杆原理实现机车转向架车轮的短距离抬升和位移。实现手动和机动的结合，在助推器的车体前身安装杠杆类装置，通过铰链机构装置和后轮偏心轮的转动实现前端杠杆往复上下摆动，从而实现机车转向架持续被推动。（2）驱动部分启动时通过电机，采用二级齿轮减速装置实现助推器的驱动，这样具有比较明显的增力效果，同时电机的选择限制就会小一些。随着后轮的转动，偏心轮同时带动杠杆装置往复上下摆动，使转向架持续被推动。方案示意图如下。3.1.2虚拟样机技术机械工程中的虚拟样机技术又称为机械系统动态仿真技术，是国际上20世纪80年代随着计算机技术的发展而迅速发展起来一项计算机辅助工程（CAE）技术。工程师在计算机上建立样机模型，对模型进行各种动态性能分析，然后改进样机设计方案，用数字化形式代替传统的物理样机。从计算机图形学的角度出发，Fan Dai 等人将虚拟样机定义为一种快速评价不同的物理产品设计的方法。通过将虚拟现实技术（VR）、计算机仿真技术和CAD技术相结合，建立起一个物理造型的数字原型。产品设计人员可以通过具有高度沉浸感的虚拟现实用户接口灵活的操纵、控制和修改该原型，并支持设计数据的重用和仿真分析。83.1.3 ADAMS软件 ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。9ADAMS软件仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。103.1.4 预备步骤（1）确定助推器整体受力分析，分析杠杆装置的运动轨迹，确定杠杆装置的实际支点，分析助推器运动的可行性。（2）通过实际受力分析，确定支点后，选择合适的电机类型。确保电机能提供足够的驱动力完成工作。（3）优化助推器的结构布置，实现运动仿真。确定满足生产要求的二维、三维图纸。3.2 可行性分析机车转向架助推器在国外的研究已经比较成熟，虽然在中国普及不是很广。几种助推器的应用很实际。现在在综合分析比较现有搬运助推器的工作原理、组成结构的基础上，通过分析机车转向架与助推器的受力作用情况，设计出一种用于搬运不同规格机车转向架、适合机车车间工作条件的低耗高效便携式助推器，在基本原理上，借鉴前人的基础是可行的。设计涉及力学、机械原理、机械设计和PRO.E、CAD软件的应用，在大学四年里面我已经学习了相关课程，掌握相关基础知识，可以在研究和学习中完成相关任务。指导老师及其课题组在机车转向架助推器的相关研究方面具有丰富的经验，本设计的研究方法思路经过深思熟虑，切实可行，能够确保毕业设计的顺利完成并取得预期的研究成果。3.3 预期研究成果提出的设计方案可行，机车转向架的结构设计合理，完成的三维、二维图纸满足生产要求。、研究工作计划起止时间内容2011.11.12-2012.11.25毕业设计前期资料准备2012.11.26-2012.11.30毕业设计任务书、外文翻译任务布置2012.12.01-2011.12.27开题报告、外文翻译、文献阅读、综述报告2012.12.28-2013.01.05开题报告、综述报告准备及答辩2013.01.06-2013.01.26机车转向架助推器总体方案细化，确定传动方案2013.01.27-2013.03.04助推器结构设计2013.03.05-2013.04.18助推器二维设计2013.04.19-2013.04.30助推器三维设计2013.05.01-2013.05.09论文撰写2013.05.10-2013.05.22论文评阅与答辩参考文献1 Http:/www.easymover.it/en/pusher.php,5-20/2013-5-202 Gregory James Newell. Materials handling device and system. P U.S. Patent No.7168514B2,2007.3 Gregory James Newell. Materials handling device and system. PU.S. Patent No.20040265148A1, 2004.4Http:/www.fetec-papier.de/Easy_Mover_-_Rllentransportger/Details_Easy_Mover/details_easy_mover.html,5-20/2013-5-205 Http:/,5-20/2013-5-206 Pege Englund. Drive apparatus. PU.S. Patent No. 4582154,1986.7 John E. Krezak, John R. Matics. .Wheeled vehicle moving apparatus. PU.S. Patent No. 4125029,19788熊光楞，李伯虎，柴旭东.虚拟样机技术J.系统仿真学报，2001.19郝云堂. 虚拟样机技术极其在ADAMS中的实践M. 机械设计与制造，2003.110续颜芳. 虚拟样机技术极其在ADAMS中的应用M. 机械管理开发，2005.2 机车转向架助推器机械四班B09370203陈国纯机车转向架助推器辅助搬运大型工件铁路机车或车辆检修维护时的移动便携式的机车牵车装置为机车检修时方便进出检修库用适合机车车间工作条件低耗高效例图视频 welcometousethesePowerPointtemplates NewContentdesign 10yearsexperience 视频设计思路执行机构采用撬棍杠杆类抬升助推装置通过电机驱动带动凸轮转动使推杆上下摆动实现杆件的往复运动推动机车转向架不断向前传动装置采用一级齿轮减速装置和链传动装置相配合电机通过齿轮减速再由链轮传动驱动装置小功率低转速台湾精工电机公司生产120STDY D60型号电机设计步骤受力分析初步选定齿轮传动比ADAMS仿真建模验证受力变化速度变化位移变化和可行性设计齿轮参数轴具体结构各部件校核 Thankyou 浙江理工大学本科毕业设计（论文）Z S T UZhejiang Sci-Tech University本科毕业设计BachelorS THESIS论文题目：机车转向架助推器设计专业班级： 09机械（四）班姓名学号：陈国纯 B09370203 指导教师：杜小强递交日期： 2013年5月29日浙江理工大学机械与自动控制学院毕业设计诚信声明我谨在此保证：本人所做的毕业设计，凡引用他人的研究成果均已在参考文献或注释中列出。设计说明书与图纸均由本人独立完成，没有抄袭、剽窃他人已经发表或未发表的研究成果行为。如出现以上违反知识产权的情况，本人愿意承担相应的责任。声明人（签名）：年月日浙江理工大学本科毕业设计（论文）摘要大型工件、物品的搬运常采用助推器辅助搬运完成作业，主要有机械式、气动式、电动式、液压式等，其工作性能各有优劣，有特定的适用场合。铁路机车或车辆检修维护时的移动一直采用牵引机车或牵车机构牵引，而牵引机车一般为内燃机车，不适合在机车或车辆检修要求越来越高的库内牵引机车用，而牵车机构一般为链式传输机构，其安装空间需要利用轨道中间的部分空间，且建造成本高、运行不稳定、维护成本较高和驱动电机的防水防潮功能要求较高，使用效果一直不理想。本文拟在综合分析比较现有搬运助推器的工作原理、组成结构的基础上，通过分析机车转向架与助推器的受力作用情况，运用ADAMS软件对助推器的执行机构进行建模和运动仿真，确定了执行杆件的运作方式和受力作用情况，进一步校核各部件，设计出一种用于搬运不同规格机车转向架、适合机车车间工作条件的低耗高效便携式助推器。结构简单，方便组装，方便工人操作的便携式机车牵车装置，为机车检修时方便进出检修库用。关键词：助推器；高效；便捷；ADAMS；仿真 AbstractLarge workpiece and goods transport often use boosters to help to finish the work.The main means are mechanical, pneumatic, electric, hydraulic.Every means has its own advantages and disadvantages and every means is used in its special appropriate occasion . When the railway locomotive and vehicle are in maintenance,it has often been using traction locomotives or traction mechanism for moving. But the traction locomotive is usually a kind of diesel locomotives.It is not suitable for the traction of locomotive,with the request more and more high in locomotive and vehicle maintenance. The traction mechanism is usually a kind of chain transmission mechanism.The middle part of the space of the orbit is required for the installation space , with high construction costs,unstable operation,high maintenance costs and the higher requirements for drive motors waterproof function.So the using effect has not been ideal.This article is on the comprehensive analysis of the working principle and existing boosters structure. By analyzing the force condition of the locomotive bogie and the booster,using the Adams software for modeling and motion simulation of the executive mechanism of the booster. So the executive members operation mode and the force function are determined, further checking other parts, designing a kind of portable booster with high efficiency and low consumption for the transport of different specifications of bogies. And it is suitable for the locomotive workshops working conditions. It is a kind of portable traction device with simple structure, convenient assembly and convenient operation ,for convenient in or out of the maintenance bases when the railway locomotive and vehicle is in maintenance.Key words: Booster; High Efficiency; Portable; Adams; Motion Simulation 目录摘要Abstract第1章绪论11.1转向架助推器研究背景11.2现有助推器类型11.2.1滚轮助推器11.2.2抬升式助推器31.2.3多功能助推器41.3虚拟样机技术51.4本论文主要研究内容6第2章撬棍式助推器研究思路和方案72.1研究思路72.1.1三种助推器的比较72.1.2 撬棍式助推器方案72.2执行机构受力分析82.2.1执行机构位置分析82.2.2齿轮传动比确定92.2.3机构受力分析102.3电机选择122.4结论12第3章基于Adams的建模和仿真143.1 Adams 软件介绍143.1.1 Adams 软件的概述143.1.2 ADAMS仿真步骤143.2 执行机构自由度分析153.3 凸轮轮廓线的设计163.3.1建立模型163.3.2仿真173.3.3确定轮廓曲线173.4 执行机构建模与仿真183.4.1建立模型183.4.2添加约束193.4.3仿真203.4.4仿真结果后处理203.5结论23第4章结构设计254.1 整体结构简图254.2各部件校核254.2.1齿轮设计与校核254.2.2链传动设计294.2.3轴的结构设计和强度校核304.2.4轴承选择34第5章总结365.1 总结365.2 设计的不足之处365.3 个人体会36参考文献38致谢39浙江理工大学本科毕业设计（论文）第1章绪论1.1转向架助推器研究背景进入21世纪，我国的城市轨道交通方兴未艾。作为世界上人口最多的国家为保证拥有一个有效，快速，便捷的交通。轨道交通作为主要的趋向已开始平凡地出现在我们的生活中。而转向架（英文：Bogie），又称台车（来自日文），它是铁道车辆中结构最为复杂的部分，其基本功能是：引导车辆沿轨道行驶；缓和因轨道不平顺而产生的振动；安装制动装置，使车辆能够及时减速并准确停车1。因此转向架的设计也直接决定了车辆的稳定性和车辆乘坐的舒适性。动车组转向架在维修成本中占到40%以上（全生命周期），在高速动车组5级修程中，转向架的检修工作量最大。而其中大量必要的检修和维护作业是利用动车组停车、入库的短暂时段内进行的，这就更加大了作业难度和保证质量的难度2。铁路机车或车辆检修维护时的移动一直采用牵引机车或牵车机构牵引，而牵引机车一般为内燃机车，不适合在机车或车辆检修要求越来越高的库内牵引机车用，而牵车机构一般为链式传输机构，其安装空间需要利用轨道中间的部分空间，且建造成本高、运行不稳定、维护成本较高和驱动电机的防水防潮功能要求较高，使用效果一直不理想。在新建或改造的铁路机车检修基地，急需一种便携式的机车牵车装置，为机车检修时方便进出检修库用。1.2现有助推器类型1.2.1滚轮助推器 1.气动摩擦轮式滚轮这类助推器是利用驱动轮和机车转向架的摩擦，实现轮子的转动，从而推动转向架。动力源采用的是气动驱动，利用长输气管和压缩空气实现长距离驱动，可以推动10吨到50吨的卷筒等圆柱类物件，如图1-1所示。气动能源式的装置动力清洁而且高效，方便工人操作。毫无疑问确实有一些优势的，包括：（1）它们便携而且尺寸小巧，但是可以形成极大的转矩；（2）其中互相作用使他们适合大多数重量大的转动负重，因为负重提供了驱动轮需要的向下的力。但是同时因为气动的驱动方式也带来了局限。气动需要持续提供高度压缩的空气才能维持动力，这就大大制约了助推的距离，而且压缩空气的需要限制了装置的位置，而且如果输气管长度过长的，压力会慢慢下降，最终会影响助推的效率2。图1-1 气动摩擦轮式助推器3 2.电动摩擦轮式滚轮基于上述气动能源式助推器的一些不足之处，Gregory James Newell在“ Materials handling device and system”专利中提出了改进方案。此专利将动力更换为一种可循环利用的清洁充电电池组，同时安装有充电装置，可以实现电池组的充放电控制，电力不足时储存能源的电容装置就会释放出多余能量，使助推的距离更远，更有效率。解决了气动的缺陷，同时又具有气动的大部分优点。其结构简图如图1-2所示。图1-2 电动摩擦轮式助推器41.2.2抬升式助推器1.液压抬升式助推器如图1-3所示，此类助推器通过液压机构与转向架底盘后半部分接触，向上抬升转向架一小段距离，使后轮受到的压力和摩擦力减小，再推动转向架。由于内嵌发电机，而受结构尺寸的制约不能达到很大的功率，所以在类型选择上和传动方式上需要再改进，同时承重点的位置选择需要考虑到助推器的倾覆问题，总体结构并不是非常完善。图1-3 液压抬升式助推器2.气动抬升式助推器如图1-4所示，由于考虑到液压系统的复杂性，还有液压油泄漏可能造成一定的危险。一些助推器将抬升机构由液压系统置换成了气动方式，再通过简单的铰链机构实现向上的运动。这样结构更加简单，而且能源清洁高效。但是因为是直接抬升，限制了助推器的抬升重量，并不能推动较大重量的机车转向架。图1-4 气动抬升式助推器5 3.杠杆抬升式助推器如图1-5所示，此类助推器将液压系统置换成了简单的杠杆结构，实现了结构的简化，更方便简单。但同时也不能推动大重量机车转向架。图1-5 杠杆抬升式助推器51.2.3多功能助推器通过助推器车体和不同执行机构的组装，就可以不同方式推动不同类型的大型工件。如图1-6所示，英国Master Mover公司生产的助推器产品就是一个例子。助推器车体内部通过电动和齿轮传动，可以提供较大的推力。而且方便操作，工作时间相对较长，安全、高效。值得一提的是，其中动力采用直流式电池，没有交流电的高压危险，而且一次充电后可以使用相当长一段时间，所以说更加实用。虽然体积比上面介绍的大一些，不过完全符合在车间工作的要求。底盘采用的高韧性钢板，负重最高也可以达到100吨。具有灵活可变的调节高度，适应不同的转向架。图1-6 抬升多功能助推器6 从这种基本装置，改装后就可以推动不同类型的机车。如图1-7所示，比如，推滚动体时，将前面的抬升部分变换成两个长条滚子，就可以实现推动大型滚轮。图1-7 滚轮多功能助推器61.3虚拟样机技术机械工程中的虚拟样机技术又称为机械系统动态仿真技术，是国际上20世纪80年代随着计算机技术的发展而迅速发展起来一项计算机辅助工程（CAE）技术。工程师在计算机上建立样机模型，对模型进行各种动态性能分析，然后改进样机设计方案，用数字化形式代替传统的物理样机。运用虚拟样机技术，可以大大简化机械产品的设计开发过程，大幅度缩短产品开发周期，大量减少产品开发费用和成本，明显提高产品质量，提高产品的系统级性能，获得最优化和创新的设计产品。因此，该技术一出现，立即受到了工业发达国家、有关机构和大学、公司的极大重视，许多著名制造厂商纷纷将虚拟样机技术引入各自的产品开发中，取得了很好的经济效益。目前对于虚拟样机的概念还没有一种通用精确的定义，针对不同的研究领域，有不同的定义方法。从计算机图形学的角度出发，Fan Dai 等人将虚拟样机定义为一种快速评价不同的物理产品设计的方法。通过将虚拟现实技术（VR）、计算机仿真技术和CAD技术相结合，建立起一个物理造型的数字原型。产品设计人员可以通过具有高度沉浸感的虚拟现实用户接口灵活的操纵、控制和修改该原型，并支持设计数据的重用和仿真分析7。从机械工程研究领域的角度出发，Ed P.Ander 等人认为虚拟样机是一种针对测试的对象和物理原型进行的一个虚拟制造和仿真过程，基于虚拟样机技术建立的工程化制造开发模型可以使设计人员访问一个实际物理模型的所有关于机械，物理，外观和功能特性的有关信息。 Mitchel M.Tseng 等人将虚拟样机定义为取代实际产品模型的一种数学模型，通过它可以对实际的物理产品进行几何、功能等方面的建模和分析。Bloor 等人则认为虚拟样机是将目前CAD、CAE、CAx等技术结合在一起的一种集成技术，虚拟样机技术贯穿于产品生命周期的全过程。他认为虚拟样机模型包含了分布式的产品数据信息，由于虚拟样机模型强调集成性，因此必须提供一个标准的信息建模和数据交换方法。建模和仿真领域比较通用的关于虚拟样机的概念是美国国防部建模和仿真办公室（DMSO）的定义。DMSO 将虚拟样机定义为对一个与物理原型具有功能相似性的系统或者子系统模型进行的基于计算机的仿真；而虚拟样机则是使用虚拟样机来代替物理样机，对候选设计方案的某一方面的特性进行仿真测试和评估的过程。美国国防部采办委员会将虚拟样机定义为一个系统，该系统在仿真进行过程中可以和其它虚拟环境间进行交互8。1.4本论文主要研究内容1.机车转向架助推器的方案设计比较三种机车转向架助推器的优点和缺点，综合分析车间内不同使用情况，设计助推器的执行机构、传动机构以及整体的布局和车体框架，使其满足大部分使用要求。2.理论分析确定方案后，对机车转向架和助推器进行具体的受力分析，也包括电机的选择，和不同规格相配合的助推器的受力分析。确保助推器可实际上运行起来，推动不同规格的机车转向架。3.建模和仿真对执行机构建立ADAMS模型，进行仿真。验证和计算机构的受力情况，找到最大受力处和执行杆件的位移情况。4.各部件的校核5.二维设计。对主要部件和整体机构建立二维零件图和装配图，设计出满足生产要求的二维图纸。第2章杠杆式助推器研究思路和方案2.1研究思路2.1.1三种助推器的比较摩擦滚轮式助推器，通过自身轮组跟转向架轮对的摩擦相互作用来推动转向架，应用直流电机，能源清洁、效率高，实现高转矩、低功率，但是为保证摩擦轮之间的配合关系，结构略显复杂，而且只能推动带有轮对的物件。抬升式助推器，通过直接抬升转向架后座推动转向架，可抬升较大重量的转向架，但是由于需要的电机功率较大，又受到整体结构尺寸的限制，电机不容易选择，而且车体有倾覆的危险。多功能助推器，综合了上述两种助推器的优点，所以其中的结构是可以借鉴的。缺点是其整体尺寸偏大。2.1.2 撬棍式助推器方案现将助推器分成几个部分：驱动装置、传动装置、执行装置。1.执行装置为了使助推器的执行装置尽可能简单、安全、省力，决定采用撬棍杠杆类抬升助推装置，通过电机驱动带动凸轮转动，实现杆件的往复运动，推动机车转向架不断向前，其结构如图2-1所示。图2-1 撬棍式助推器执行装置示意图相比传统液压抬升式助推方式的缺点，这种助推方式更灵活、省力。通过杆件和转向架后轮的相互作用推动转向架，所需要的功率也更小。而同摩擦轮式助推器一样，不仅可以推动大型滚轮类工件，也可以推动普通机车转向架助推器。同时，车体的整体尺寸并不需要过大。2.传动装置传动装置决定采用一级齿轮减速装置和链传动装置相配合。因为齿轮传动效率更高，更稳定，通过齿轮减速传动可以提供更大的扭矩和驱动力，扩大了电机的选择范围。齿轮传动传动比的确定，需要根据具体结构位置，分析前端执行杆件的位移和电机转速的关系，将在下一节“机构受力分析”中提到。链传动是因为大齿轮与驱动轮的直径尺寸不同，不能装配在同一根轴上。所以通过1:1的链传动把大齿轮轴受到的扭矩传给驱动轮轴。同时，为了实现同步推动转向架的轮对，需要通过链传动将电机的动力同步传输到同一中心线的两根轴上，实现传动转向机轮对同步推动。传动装置简图如图2-2所示。图2-2 撬棍式助推器传动装置简图3.驱动装置因为传动部分包括一级齿轮减速传动，可以增大电机提供的扭矩和驱动力，所以电机可以选择转矩相对小一些的，功率也不需要特别大，所以驱动装置采用直流电机驱动，放置助推器车体内部。同时转速也不需要很高。因为采用蓄电池提供能源，效率更高、时间更持久，不会像气动驱动方式那样受到驱动距离的限制。2.2执行机构受力分析2.2.1执行机构位置分析如图2-3,对撬棍杆件前端抬升最高位置分析：图2-3 撬杆前端抬升最高位置由矢量方程得到方程(其中）解得：同理可得，在杆件运动的最高位置时，杆件推动的距离为2.2.2齿轮传动比确定设选择电机的转速为。假设转向架不动，在杆件运动半个周期或其奇数倍的时间中，助推器需要在相同的时间走过杆件推动的距离，即。初设小车轮半径，取个周期，列方程：得齿轮传动比2.2.3机构受力分析 1.对转向架分析杆件和转向架后轮接触时，后轮受力指向圆心，与竖直方向呈角。设转向架重10000N，与铁轨的滚动摩擦系数为0.05，受力分析如图2-4所示。图2-4 转向架车轮受力分析受力平衡得方程： 2.对助推器小车整体分析设小车重2000N，与地面的滚动摩擦系数为0.15。则小车整体受力分析如图2-5所示。图2-5 助推器整体受力分析图由 3.杆件理论受力分析如图2-6，设杆件前端处和后轮接触。分析推杆最低位置，即前端执行杆件最高位置处。猜想此时杆件受力最大，由下一章ADAMS仿真结果验证猜想。图2-6 撬杆受力分析图（2-1） 4.凸轮推杆受力及凸轮整体受力分析如图2-7，设推杆与滑槽摩擦系数为0.15，推杆轮与凸轮摩擦系数为0.05图2-7 凸轮及推杆受力分析图列方程组：（2-2）联立方程组（2-1）（2-2），其中M=13.9,F，由相互作用的大小相等，得： 2.3电机选择通过受力分析，选择直流电机120STDY-D60型号，额定转矩为15,转速为60rpm，调节其转矩至M=,功率。驱动装置即电机选择，选择小功率、低转速，台湾精工电机公司生产的120STDY-D60型号电机。同时需要提供的转矩并不大，只有13.9。这样电机的选择有很大余地，重量只有8.1千克，横向尺寸只有200mm左右，结构小巧、便捷，不会对助推器车体整体结构有很大影响。2.4结论本章通过分析比较三种不同类型的助推器的优缺点和可以借鉴的地方，确定了撬棍式杠杆助推器的三部分结构，即执行机构、传动机构和驱动装置。执行机构采用类似杠杆结构的省力形式，同时结合凸轮与推杆相互作用，将电机的转动转化为推杆的直线运动，再将其通过杆件的简单连接，转化为前端撬棍型杠杆的往复摆动，实现推动转向架的目的。而传动机构采用了一级齿轮减速装置，来扩大直流小电机能提供的转矩，使电机尺寸不会过大，传递动力更加平稳。为了实现同步推动转向架的一组轮对，采用对称的两跟杠杆和轮对相互对应，通过两组1：1的链传动，实现两根凸轮轴的同步转动。而受到车体结构和大齿轮尺寸限制，另外采取一组链传动将大齿轮轴的动力传递到助推器小车后轮，实现后轮驱动。通过对撬棍式杠杆的位置分析，确定了其摆动的时间和小车运动速度之间的关系，分析出齿轮传动比需要6.5。又通过理论分析，确定执行机构各杆件在撬棍式杠杆摆动最高位置时的受力情况，为电机选择和下一章验证仿真结果正确性提供了依据。第3章基于Adams的建模和仿真3.1 Adams 软件介绍3.1.1 Adams 软件的概述 ADAMS软件，即机械系统动力学自动分析软件ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件。目前，ADAMS己经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS软件销售总额近8千万美元、占据了51%的份额。 ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线9。ADAMS软件仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等10。 ADAMS软件由众多分模块集成了强大的分析能力，其中核心模块包括ADAMS/View、ADAMS/Post Process和ADAMS/Solver组件，示意图如图3-1所示。ADAMS 核心组件ADAMS/PostProcessADAMS/SolverADAMS/View后处理求解器基本环境图3-1 ADAMS核心模块组件113.1.2 ADAMS仿真步骤运用ADAMS软件建模、仿真、分析，一般遵循以下步骤，如图3-2所示。 ADAMS软件具有建模、施加运动约束等功能，简单的产品可以直接在ADAMS/View中建立三维几何模型，对于复杂的产品，其三维几何模型的建立、产品的预装配通常在PRO-E、UC等软件中完成，再通过格式转换导入到ADAMS软件中。在仿真同时，还可以对感兴趣的速度、位移等图线进行数据分析，根据需要对不同的参数进行优化，修正建立的模型。机械系统 1.几何建模建模 2.施加运动副和运动约束 3.施加载荷仿真 1.设置测量和仿真输出分析 2.进行运动仿真仿真结 1.回放仿真结果果分析 2.绘制仿真结果曲线细化 1.设置可变参数点机械系 2.定义设计变量统模型 3.定义目标函数机械 1.进行主要影响因素研究系统优化 2.进行最优分析化研究图3-2 ADAMS仿真步骤123.2 执行机构自由度分析仿真主要针对助推器的执行机构，分析其在推动机车转向架的位移图线及受力情况，执行机构如图3-3所示。其中包括四个活动构件，四个转动副、一个移动副，和一个凸轮高副接触。根据公式()，得到，即执行机构的自由度为1，需要添加一个驱动。图3-3 执行机构简图3.3 凸轮轮廓线的设计3.3.1建立模型初始设定推程，为实现推杆周期性上下滑动。如图3-4，先设定推杆长度，然后在推杆上添加与地面的移动副，并添加竖直方向的驱动，设定驱动函数25*sin(18d*time)，即推动运动为周期的正弦运动，行程为。图3-4 推杆驱动函数如图3-5，同时以推杆正下方处为转轴中心，建立任意长度杆，添加转动副和转动驱动力，设定转动驱动力函数为18d * time，周期同样为。图3-5 转动驱动函数3.3.2仿真设定仿真时间为，步数为500步，点击运行仿真。模型如图3-6所示。图3-6 凸轮廓线仿真3.3.3确定轮廓曲线点击工具栏Review里的Create Trace Spline 按钮，选择两杆件，确定推杆端点相对于另一杆的运动轨迹，即凸轮的实际廓线。仿真结果如图3-7所示。图中绿色圆盘就是凸轮的轮廓线，测量半径为的圆盘。这里初始设定凸轮转动周期为，推杆推程为，但当凸轮周期改变时，推杆的行程不变，所以不影响后续建模过程。图3-7 凸轮实际廓线3.4 执行机构建模与仿真3.4.1建立模型打开AdamsView 软件，网格宽度为，力单位为,长度单位为。根据3.3中凸轮廓线的确定方法，建立推杆和凸轮构件。推杆端点位于坐标处，长度为，凸轮转轴中心坐标为。创建连杆转轴位于处，长度创建工作杆件和，其中建立模型如图3-8所示。图3-8 执行机构建模3.4.2添加约束 1.凸轮轴与地面、连杆与地面之间、推杆和杆之间、连杆与执行杆之间添加旋转副。 2.杆件和之间固定连接 3.推杆与地面之间添加移动副 4.最后凸轮与推杆之间添加点对轨迹线的高副连接 5.添加运动在凸轮旋转运动副处添加旋转运动，因为选择电机转速，所以转动速度函数设置为360d * time，即， 6.添加驱动力和驱动力矩（1）根据第2章对助推器整体机构的分析，需要电机提供的驱动力矩为，所以在凸轮轴处旋转副添加驱动力矩，大小为。（2）而杆件端点即其与机车转向架轮对接触处。受力大小为。，所以在端点处与杆垂直方向上添加驱动力。因为在执行杆件向上摆动推动转向架轮对时才受力，所以添加两个驱动力。 1函数设置为if(time-0.25:920,920,0),即当使，驱动力为。当时，驱动力为； 2 函数设置为if(time-0.75:0,920,920),即在的时间内，此驱动力均为，在的时间内驱动力为。通过这两个力结合可以模拟执行杆件的受力。得到最终模型如图3-9所示。图3-9 执行机构最终模型3.4.3仿真点击仿真按钮，设置仿真时间为，即一个周期的时间，分500步。开始进行仿真计算。3.4.4仿真结果后处理 1.对杆端点的运动分析（1）选择杆件端点的Marker点，进行Measure 计算，得到其在一个周期内水平和竖直方向的位移图线，如图3-10和图3-11所示。图3-10 杆水平方向位移图图3-11 杆竖直方向位移图可以看出杆件水平方向最大位移为，前面理论分析杆件水平位移为，两者相差，相差不大，仿真结果是正确的。2.对杆件端点即与转向架轮对接触处水平方向速度图线分析，结果如图3-12所示。图3-12 杆端点速度图线由撬棍杆件初始设定位置为摆动中心位置，所以通过图表分析，在两端的速度，即在和的时间时，大小接近于0，即和转向架轮对接触、分离的两个瞬间，撬棍杆件相对于助推器小车的速度均为0，即撬棍脱离转向架轮对时，转向架速度和助推器速度相等。脱离后，转向架做减速运动，其加速度为助推器小车做加速运动，其加速度为分离时，小车速度为计算半个周期时间，即撬棍重新回到最低点的时间后，小车撬棍和转向架轮对间距离。我们看出计算数值近似等于撬棍摆动最大水平位移，说明当撬棍摆动到最低点时，基本上是和转向架轮对重新接触的。 3.各运动副受力分析（1）推杆上端转动副受力分析对转动副实现Measure测量计算，得到水平方向和竖直方向受力图线，如图3-13和图3-14所示。图3-13 推杆转动副水平受力图图3-14 推杆转动副竖直受力图从图表中看出当推杆位于最低位置时，即在时间的时候，受力是最大的，即，与理论计算值相差不大。（2）对连杆受力分析对连杆L3上转动副实现Measure测量计算，得到水平方向和竖直方向受力图线，如图3-15和图3-16所示。图3-15 杆水平受力图图3-16 杆竖直受力图从图表中看出，同样的在推杆最低，执行杆最高位置处，即时受力最大，即。3.5结论本章主要对撬棍式助推器的执行机构进行建模和仿真。分析执行机构中撬棍式杠杆最前端和转向架轮对接触的作用点的水平方向的最大位移，及接触作用点的速度图线。可以看出速度图线属于正弦曲线，有最大点和最小点，而速度最小值出现在撬棍式杠杆摆动的最高点即杠杆与转向架轮对将要分离的那一瞬间，相互接触的轮对和杠杆此时速度相同，均等于助推器小车的速度。由此，我们得出撬棍式助推器推动转向架轮对基本上是周期性循环过程。推动实现最大位移后，杠杆往回摆动，由最高位置到最低位置，同时助推器车体加速向前运行，转向架减速向前运动，通过齿轮传动比与凸轮轴转动之间的配合，实现最低位置时杠杆正好与轮对重新接触，如此往复，实现转向架向前运动。而对执行结构中杆件的受力分析图，我们看出动态受力情况仍然呈周期性变化，找出其中受力最大的位置，即推杆最低、杠杆摆动到最高的位置，此时。通过与第2章中受力分析结果对比，相互验证准确性。也为下一章各构件结构设计和校核提供依据，即校核受力位置最大处。第4章结构设计4.1 整体结构简图助推器整体机构简图，如图4-1所示。图4-1 助推器整体结构简图助推器三维机构示意图，如图4-2所示。图4-2 助推器三维机构示意图4.2各部件校核4.2.1齿轮设计与校核 1.选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）根据结构选择直齿圆柱齿轮传动（2）助推器为一般工作机器，速度不高，选用7级精度（3）材料选择。查表选择小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢（调质）硬度为 240HBS，二者材料硬度差为40HBS. （4）选小齿轮齿数为20，大齿轮齿数 2.按齿面接触强度设计根据公式13 (4-1) 试算（1）确定公式4-1内数值计算1 初选载荷系数2 小齿轮传递的转矩3 查表选择齿宽系数4 查表得到材料的弹性影响系数5 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的的接触疲劳强度极限6 计算应力循环次数。（设助推器工作寿命15年，每年工作300天，两班制）按图取接触疲劳寿命系数7 计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数，得 3.计算（1）计算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值（2）计算圆周速度（3）计算齿宽b （4）计算齿宽与齿高比（5）计算载荷系数根据，查得动载系数直齿轮；查得使用系数由7级精度，小齿轮相对支承非对称布置由查得载荷系数（6）校正分度圆直径，得（7）模数 4.按齿根弯曲强度设计设计公式为13 (4-2) （1）确定公式(4-2)内各计算数值1 查得弯曲疲劳强度极限2 查得弯曲疲劳寿命系数3 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数,得4 计算载荷系数5 查齿形系数6 查得应力校正系数7 计算比较齿轮的（2）设计计算由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，同时为了避免小齿轮的分度圆直径过小，难以加工。可取由弯曲强度算得的模数1.12圆整为标准值，根据接触强度，取，算出小齿轮齿数大齿轮齿数 ,取 5.几何尺寸计算（1）分度圆直径（2）中心距（3）齿轮宽度取。4.2.2链传动设计校核大齿轮轴和后轮轴的链传动。1.选择链轮齿数取大齿轮轴上链齿数，后轮轴上链轮齿数2.确定计算功率13查表得，双排链，计算功率为3.选择链条型号和节距根据及。查图，选择08A。查表得，链条节距4.计算链节数和中心距13初选中心距。取。取链长节数节。查表得到中心距计算系数，则链传动的最大中心距为取链传动中心距5.计算链速，确定润滑方式由和链号08A，查图可知采用定期人工润滑方式。6.计算压轴力13有效圆周力链轮水平布置时的压轴力系数，则压轴力其余链传动校核过程类似，均采用08A号链轮。中心距。4.2.3轴的结构设计和强度校核车轮轴及链轮轴选择，调质，其许用弯曲应力齿轮轴及其余轴，选择材料为号钢，正火、回火处理，其许用弯曲应力 1.小齿轮轴校核小齿轮受到圆周力,径向力链轮的有效圆周力，压轴力凸轮受到推杆的反作用力，（摩擦反力属于轴向力，且数值较小，故忽略不计）故求得水平面支承反力铅垂面支承反力受力分析图如图4-3所示。图4-3 小齿轮受力简图求出铅垂最大弯矩，水平最大弯矩，而且均位于链轮与轴连接处所以传递转矩，取折合系数，轴直径抗弯截面系数所以轴的弯扭合成应力所以小齿轮轴满足强度要求。2.小齿轮轴上零件装配与定位方式小齿轮轴上零件装配简图如图4-4所示。图4-4 小齿轮轴装配简图轴上零件定位：小齿轮轴采用深沟球轴承支撑，轴承与轴承座连接，轴承采用两端固定式连接。左边轴承一端采用轴承盖固定，另一端利用轴肩定位。另外两个轴承一端通过套筒固定，另一端由轴承盖定位。链轮一段采用轴肩定位，轴肩高度，另一端采用套筒定位，而因为凸轮受到轴向力不大，左端采用轴用弹性挡圈定位，另一端用套筒定位。装配顺序：从左到右为，先将链轮和键装入，通过轴肩一端定位，再装入，弹性挡圈，然后装入凸轮和键，再由上部放在轴承座上，同时装入套筒、轴承盖，固定轴承座上半部分。 3.大齿轮轴校核同理得到，大齿轮轴最大弯矩也位于链轮连接处，取折合系数，轴直径则弯扭合成应力所以大齿轮轴满足强度要求。4.大齿轮轴零件装配定位装配简图如图4-5所示。图4-5 大齿轮轴装配图大齿轮轴上零件定位方式：链轮右端采用轴套定位，左端采用轴套定位。大齿轮左端采用轴套定位，右端采用套筒定位。轴承采用深沟球轴承，一端套筒定位，另一端采用轴承盖定位。装配顺序：先从左到右装入链轮和键，再从右到左装入轴套、凸轮和键，再整体由上到下装配到轴承座上，同时装入轴套、套筒和轴承盖，实现完全定位。5.链轮轴校核最大弯矩位于链轮连接处。取折合系数，轴直径则，其中，所以链轮轴轴满足强度要求。6. 链轮轴零件定位和装配链轮轴及零件装配简图如图4-6所示。图4-6 链轮轴装配简图链轮轴上零件定位：两个链轮均采用一端轴肩固定，轴肩高度，另一端轴套定位。轴承选择深沟球轴承，一端轴套定位，另一端采用轴承盖定位。链轮轴上零件装配顺序:左边链轮和键从左到右装入链轮轴

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