轨道内燃螺栓扳手设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 本科毕业设计 (论文 ) 题目： 轨道内燃螺栓扳手设计 系 别： 机电信息系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 2013 年 05 月 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 轨道内燃螺栓扳手设计 摘 要 铁路运输是现代交通运输中一种重要的方式。从 1997 年至 2007 年，我国共实施了六次全路范围既有线路大提速，极大地改变了铁路运 输的面貌，扩大了铁路运输在运输市场中的竞争力，取得了巨大的经济与社会效益。第六次铁路提速后铁路在既有线上将不再提速，中国铁路将着眼于建设高速客运专线，使其最高速度达到三百五十公里每小时。为实现这一目标，并保证列车运行的安全、正点，必须使铁道线路保持良好状态，这就是要按规定的计划对铁路线路，包括桥涵和隧道，进行经常的维修与保养，这项工作即为养路工作。其中，松紧螺栓是铁路工务部门的重要作业项目。铁路上线路养护的主要任务是松紧扣件螺栓、接头螺栓和为螺栓涂油。线路扣件的主要作用是将钢轨和轨枕联结成框架结构，以抵抗钢 轨与轨枕在水平面内发生转动及钢轨与钢轨之间的窜动，从而确保框架结构的整体性川。过去养路工作机械化程度低，劳动强度大，维修工作的质量差、效率低，不能适应日益增长的铁路运输任务的需要。工务上传统的松紧接头螺栓也都是使用手动扳手，不仅效率低，而且扭力矩很难满足技术要求。因此一种带离合分离装置可实现两种转速、扭矩可控的双头内燃螺栓扳手成为研究必然。 关键词： 双头内燃螺栓扳手；交通运输；铁路养护 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 he of is an of 997 007,of of of in It no on of a of To of on be in it is to in of of is a is an of of is of is to in so as to of of t of is is to a of 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录 1 绪论 . 1 目背景 . 1 究意义 . 1 内外相关研究情 况 . 2 题研究的主要内容 . 2 题拟采用的研究方案 . 3 题研究的重点与难点 . 4 成课题的工作方案及进度计划 . 4 2 总 体计算 . 5 作方式的确定 . 5 体结构设计 . 5 作原理 . 5 要技术参数确定 . 6 3 动力部分设计 . 7 合器设计 . 7 4 传动部分设计 . 9 动方式的选择 . 9 动比的设计 . 9 动齿轮设计计算 . 10 一级齿轮计算 . 10 二级齿轮计算 . 16 三级齿轮计算 . 17 四级齿轮计算 . 20 五级齿轮计算 . 21 5 变速机构设计 . 22 6 换向机构的设计 . 23 7 扭矩控制机构设计 . 24 8 扭矩误差分析 . 26 簧力的稳定性 . 26 擦系数的稳定性 . 26 面棱角 . 26 9 传动轴校核 . 27 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 速轴设计 . 27 速轴计算 . 29 定各轴段直径 . 29 轴花键部位扭转计算 . 31 10 总结 . 33 参考文献 . 34 致 谢 . 35 毕业设计（论文）知识产权声明 . 36 毕业设计（论文）独创性声明 . 37 买文 档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 绪论 目背景 在工务部门，松、紧螺栓是线路日常养护和维修中的一项繁重劳动，在螺栓涂油、钢轨应力放散、钢轨铺设、换轨及改道等作业中，均涉及此项作业。随着列车运行速度的不断提高、列 车运行密度的不断加大，对线路扣件扣压力的要求不断提高，不但要求拧紧，而且要求扭矩一致，能够提供的天窗维修时间越来越短，传统冲击扳手已无法满足要求，因此研究一种安全、高效、可靠、扭矩可控、价格适中的螺栓扳手成为必然。目前国内外螺栓扳手的种类较多，从动力上分有电动、内燃及液压三种；从工作头数量上分有单头和双头两种。但目前运用的单头螺栓扳手均存在扭矩不可控的缺点，液压单头扳手虽然力矩可控，但价格较高，维修不便；双头扳手虽然实现了扭矩可控，但由于动力与传动装置之间没有离合装置，在工作过程中如出现卡帽现象，易发生憋车 现象，下道不及，造成安全隐患；并且目前双头扳手转速仅为 100r/右，不可调整，在拧紧过程中效率较低。 我国于 1999 年研制成功的内燃螺栓扳手以安全、高效、可靠等特点深受铁路部门的欢迎，已累计销售 10 余年，在郑州、沈阳、上海、武汉、西安等局以及地方铁路得到了广泛应用。十余年来不断进行产品的技术改造，积累了大量的经验，但由于冲击工作原理无法实现扭矩可控， 2009 年初，在路局科委、铁路处的大力支持下，我国致力于研制一种带离合分离装置可实现两种转速、扭矩可控的双头内燃螺栓扳手。 究意义 传统的松紧螺 栓依靠手工和单头作业方式，主要存在以下弊端 :作业效率低一次只能紧松一颗螺栓，往往按 “隔三卸一 ”，或 “隔三紧一 ”的方法进行流水作业，由四名或三名工刀顿序前进。这种作业方式造成了大量劳动力的浪费，增加了人工成本。拧紧方式不合理手工或单头作业方式通常采用非对称式拧紧，对钢轨两侧的扣件分两次拧紧，拧紧程度难以保持一致。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 手工或单头作业方式都不能精确控制拧紧扭矩，使得扣压力差异很大，质量差，返工现象多，缩短了维修周期，难以确保线路框架结构的整体性、稳定性。铁路工务部门现使用的机动扳手由于设计、制造上的原因，机械零件 配合精度差，机体构造、机件设置不合理，造成机件损坏频率高，检修难度大，配件昂贵。随着铁路技术的飞速发展，轨道重型化，列车高速重载是现代铁路发展的必然趋势。铁路调度提速的新战略给工务维修作业的时间间隔越来越少，而自无缝线路铺设使用以来，应力放散、轨距调整、螺栓涂油等作业项目需要反复松紧螺栓进行日常维修，工作量与日俱增，原有的作业方式，传统的维修手段主要依靠手工作业，劳动强度大、效率低，质量不高，已经很难满足线路质量的要求，远不能适应现代化铁路发展的要求。实现机械化养路，是提高铁路线桥维修质量提高生产率，确保列 车安全正点，减轻工人劳动强度的一项重要措施。经过对线路上松紧螺栓工作现状的深入调研，发现要提高线路维修作业效率，提高铁道线路钢轨扣件和钢轨连接螺母的联结质量，适应轨道重型化、列车高速重载的发展要求，研制一种能够实现大扭矩同步拧紧，可以设定拧紧扭矩和自动控制扭矩的螺栓扳手，势在必行，对铁路线路的养护具有重大意义。 内外相关研究情况 螺栓扳手能旋紧或旋松各种大小力矩螺栓或锈蚀的螺纹紧固件。本论文所论述的是用于钢轨扣件和钢轨连接螺母旋紧或放松的轨枕用螺栓扳手，是铁路工务维修及抢修作业的必备工具。作为小型机 械化养路设备，螺栓扳手在铁路工务维修及抢修作业中应用广泛。目前，国内铁道线路上应用的机动螺栓扳手多为单头形式，使用灵活，维护方便，拧紧力矩较易控制。 自动轨道螺栓作业机采用计算机控制自动化程度得到明显提高，采用电传动方案，电动机带动套筒松紧螺栓，能实现同步拧紧，从相关参考文献资料来看，其不足之处是可调扭矩拧紧扭矩范围较小，必须配备专用发电设备，整机机构较复杂，操作界面单一，无法实时显示扭矩。国外已有单头螺栓扳手在铁路线路上投入使用。目前，单头内燃压螺栓扳手因其扭矩稳定，易于测量和控制，工作效率高，其研制工作 引起了业界关注。国外由于修建无渣铁路的需要，内燃扳手的发展趋于大型化，自动化程度也较高。 题研究的主要内容 绘制装配图、绘制全部非标零件图、主要零件工艺规程编制、说明书。 本设计的基本要求如下： (1) 不少于 3000 字的文献综述； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 (2) 分析并确定最佳设计方案； (3) 确定总体方案设计，绘制装配图； (4) 运用 或 工具软件； (5) 查阅和专业相关的英文资料，并按要求翻译成中文； (6) 按照要求的毕业设计说明书内容、格式及要求，撰写毕业设计说明书。 题拟采 用的研究方案 图 装配图 动力从内燃机经皮带传至二级减速器，将内燃机较高 转速减至较低转速，最后带动冲击机构运作，冲击头靠其上的两个凸爪冲击冲击杆，在冲击力的作用下，冲击杆经过套筒带动螺栓转动。当螺栓的阻力矩超过主弹簧传递给冲击头的力矩时，冲击头在滚珠的限制下，沿芯轴的 V 型槽后退，使得冲击头的凸爪与冲击杆的凸肩脱扣。这时冲击头在电动机的带动下，继续转动，凸爪跨过凸肩，在主压力弹簧的作用下，产生附加角速度，凸爪冲击凸肩，产生冲击力矩，经套筒再传至螺栓或螺母，从而使螺栓 或螺母转动一个角度，如此循环冲击，直至完成螺栓的装卸工作。传动装置完全封闭在铝制箱体内，润滑良好。机械换向进行倒顺转，并能使套筒静止不动。效率高，并能单独操纵。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 题研究的重点与难点 本课题所研究的重点在于如何将内燃机较高转速转换为双向较低的工作转速，并要求其结构设计合理 ， 性能优良 ， 满足工艺要求 ， 通用性强 ， 应用范围广。难点在于冲击头的设计，必须确保其工作时能与螺栓接触完全，所产生扭矩能达到工作标准。同时我们还需要 图工具来配合完成设计过程，装配设计形象直观。 为以 术 为内核的辅助设计软件，备了 术能够实现的基本功能。作为一个通用的工种设计平台， 拥有强大的人机交互能力和简便的操作方法，十分方便广大普通用户。 成课题的工作方案及进度计划 12 周：熟悉课题，根据老师给的资料运用 软件绘制零件图，翻译外文资料。 34 周：确定螺栓扳手类型及结构，绘制零件结构草图，准备开题答辩。 58 周：对部分零件尺寸及公差进行设计计算，并运用 助设计完成二级减速器设计，准备中期答辩。 914 周：运用 成冲击头结构图，计算冲击头的工作载荷、装配图及零件图的绘制等工作。 1517 周：对所有图纸进行校核，编写设计说明书，所有资料提请指导教师检查，准备毕业答辩。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 2 总体计算 作方式的确定 螺栓扳手按工作方式可分为两类：第一类为冲击式扳手，第二类为静扭矩扳手。前者具有效率高、结构简单的优点，但扭矩不可控，震动较大；后者具有扭矩可控可靠性高的优点，但结构复杂，所需功率较大。 经过以上两种工作方式对比，在考察了国内外一些螺栓扳手同时结合目前线路维修的实际情况，我们决定双头内燃螺栓扳手采用静扭工 作方式。 体结构设计 双头内燃螺栓扳手由 汽油机、离合器、变速箱、变速机构、换向机构、扭矩控制机构、套筒操纵机构、机架 等部分组成。其传动路线如图： 图 传动路线图 作原理 动力输出通过离合器和变速箱连接，将动力传给变速箱，离合器可实现动力的传递及切断；变速箱内采用齿轮传动，可实现转速的变换，并通过锥齿轮将水平旋转运动变换为垂直旋转运动，通过换向机构改变输出轴的旋转方向，换向机构设置正、反、中间三个档位。当反向旋松螺母时，离合器上下牙嵌 的啮合面为垂直平面，扭矩不可调整，当正向拧紧螺母时，上下离合器啮合齿面买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 为斜齿面，通过调整弹簧的预紧力来改变输出扭矩的大小，实现扭矩的控制。 要技术参数确定 经过广泛调研，根据线路实际情况，确定双头内燃螺栓扳手的主要技术参数如下： 汽油机： 600r/速： 100r/50r/紧扭矩 (可调 )： 80矩控制精度： 10% 旋松扭矩：大于 2文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 3 动力部分设计 作为一种线路维修设备， 由于作业距离较长，设备搬运不便，对动力的选型较为严格。一是保证足够的功率，二是保证重量较低。基于以上两点，确定采用内燃机作为动力。由于柴油机的重量、噪音较大，尽管其拥有价格低、使用经济性较好、维修方便的优点，仍不宜采用。汽油机具有重量轻、噪音低的突出特点，随着汽油机的国产化，其采购价得到了降低，目前已得到了广泛应用，决定采用汽油机。 最终套筒需要的拧松扭矩为单头 300Nm,转速 100150要功率N=Tn/9550=虑到传动效率问题，选用 油机。该汽油机的功率为 速为 3600出扭矩为 量为 16 合器设计 在汽油机与变速箱之间设置离合器主要有两个目的：一是为了在启动汽油机时负载与汽油机分离，实现无负载启动；二是在负载过大时，负载与汽油机分离，保护汽油机。 根据上述作用，结合双头螺栓扳手的结构情况，要求所选离合器必须具有结构简单、外形尺寸小、传动平稳可靠、可直接与汽油机连接、适应高转速等特点。经对比选择，确定选用离心式离合器。其结构简图如图所示： 图 离心 式离合器结构示意图 计算转矩 ( 传递转矩所需离心力 c/( ( 闸块有效离心力 Q=(90000 ( 摩擦面压强 P= ( 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 预定弹簧力 T=0000 (其中： 工作储备系数，一般取 ； 传递的扭矩， N R闸块外半径， z闸块数量； b闸块宽度，取（ 12） d， d主动轴直径， n正常工作转速 ， r/ 始结合转速， r/般取 n； m单个闸块质量， 摩擦面摩擦系数； 擦面许用压强 ， N/ 闸块所对角度， 经计算， 双头螺栓扳手所采用的离心式离合器的计算结果如下： 计算转矩 935N递转矩所需离心力 块有效离心力 Q=j=擦面压强 P=p=200N/定弹簧力 T=0000=上述公式可以看出，所选离心式离合器符合要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 4 传动部分设计 动方式的选择 可以实现动力传递的方式有齿轮传动、皮带传动、链传动等。根据双头螺栓扳手的使用状况及现场情况，要求在较小的空间实现较大传动比，并实现传动方向的改变，传动比稳定可靠。基于以上几点，决定采用齿轮传动。 动比的设计 根据第三部分设计结果选用 油机，其工作转速为 3600r/据第二部分技术参数需要输出低速 100r/高速 150r/种转速，由此可得：低速总传动比 =3600/100=36，高速总传动比 =3600/150=24。 齿轮结构布置见图 1 所示，分为五级传动，各级传动设计见表 表 级传动比 第一级 第二级 第三级 第四级 第五级 第二级高速 第二级低速 模数 2 2 2 4 3 3 主动轮齿数 24 24 17 8 17 35 被动轮齿数 40 40 47 35 35 36 传动比 矩 低速扭矩 速扭矩 速 低速转速 速转速 际总传动比 i 高 =i 低 =际输出转速 n 高 =3600/39.9 n 低 =3600/际输出扭矩 T 高 =129 低 =3600/纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 动齿轮设计计算 一级齿轮计算 材料：高速级小齿轮选用45钢调质，齿面硬度为250速级大齿轮选用钢正火，齿面硬度为 220 查机械设计基础第 166 页表 11： )(5 01l i m M )(1 1682l i m M (第 165 页表 11： S ， S 。 M p aM p 501l i ， )( 682l i p 。 (查机械设计课程设计手册第 168 页表 11得： M 911 ， M 822 。 故 M p 5911 ， M p 22li 。 (按齿面接触强度设计： 9 级精度制造，查机械设计课程设计手册 第 164页表 11：齿宽系数 45.0a 计算中心距：由机械设计课程设计指导书课本第 165 页式 11： 23111 (考虑高速级大齿轮与低速级大齿轮相差不大取 64 ， 2m ,取 4，0。 实际传动比： 传动比误差： %5% 。 (齿宽： 18 ab a 取 )(1821 高速级大齿轮 )(182 ， 402 ； 高速级小齿轮 )(181 ， 241 。 验算轮齿弯曲强度：查机械设计课程设计手册第 167 页表 11： 按最小齿 宽 18b 计算： 12 312 11 1 8 824218 p ( 2112 p (所以安全。 齿轮线速度： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 )/(0 4 7 7 ( (1) 设计参数 传递功率 P=传递转矩 T=齿轮 1 转速 600(r/齿轮 2 转速 160(r/传动比 i=动机载荷特性 匀平稳 工作机载荷特性 微振动 预定寿命 H=2000(小时 ) (2) 布置与结构 结构形式 式 齿轮 1 布置形式 臂布置 齿轮 2 布置形式 臂布置 (3) 材料及热处理 齿面啮合类型 齿面 热处理质量级别 Q=轮 1 材料及热处理 0轮 1 硬度取值范围 0轮 2 材料及热处理 5 齿轮 2 硬度取值范围 54) 齿轮精度 齿轮 1 第 组精度 齿轮 1 第 组精度 齿轮 1 第 组精度 齿轮 1 齿厚上偏差 齿轮 1 齿厚下偏差 齿轮 2 第 组精度 齿轮 2 第 组精度 齿轮 2 第 组精度 齿轮 2 齿厚上偏差 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 齿轮 2 齿厚下偏差 (5) 齿轮基本参数 模数 (法面模数 ) 端面模数 旋角 = ) 基圆柱螺旋角 b= ) 齿轮 1 齿数 4 齿轮 1 变位系数 轮 1 齿宽 齿轮 1 齿宽系数 轮 2 齿数 0 齿轮 2 变位系数 轮 2 齿宽 齿轮 2 齿宽系数 变位系数 准中心距 实际中心距 A=齿数比 U=面重合度 =向重合度 =重合度 =轮 1 分度圆直径 齿轮 1 齿顶圆直径 齿轮 1 齿根圆直径 齿轮 1 齿顶高 齿轮 1 齿根高 齿轮 1 全齿高 齿轮 1 齿顶压力角 ) 齿轮 2 分度圆 直径 齿轮 2 齿顶圆直径 齿轮 2 齿根圆直径 齿轮 2 齿顶高 齿轮 2 齿根高 齿轮 2 全齿高 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 齿轮 2 齿顶压力角 ) 齿轮 1 分度圆弦齿厚 齿轮 1 分度圆弦齿高 齿轮 1 固定弦齿厚 齿轮 1 固定弦齿高 齿轮 1 公法线跨齿数 齿轮 1 公法线长度 齿轮 2 分度圆弦齿厚 齿轮 2 分度圆弦齿高 齿轮 2 固定弦齿厚 齿轮 2 固定弦齿高 齿轮 2 公法线跨齿数 齿轮 2 公法线长度 齿顶高系数 隙系数 c*=力角 *=20(度 ) 端面齿顶高系数 ha*t=面顶隙系数 c*t=面压力角 *t= ) (6) 检查项目参数 齿轮 1 齿距累积公差 轮 1 齿圈径向跳动公差 轮 1 公法线长度变动公差 轮 1 齿距极限偏差 )1=轮 1 齿形公差 轮 1 齿切向综合公差 =轮 1 齿径向综合公差 1=轮 1 齿向公差 轮 1 切向综合公差 =轮 1 径向综合公差 1=轮 1 基节极限偏差 )1=轮 1 螺旋线波度公差 轮 1 轴向齿距极限偏差 )1=轮 1 齿向公差 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 齿轮 1x 方向轴向平行度公差 轮 1y 方向轴向平行度公差 轮 1 齿厚上偏差 轮 1 齿厚下偏差 轮 2 齿距累积公差 轮 2 齿圈径向跳动公差 轮 2 公法线长度变动公差 轮 2 齿距极限偏差 )2=轮 2 齿形公差 轮 2 齿切向综合公差 =轮 2 齿径向综合公差 2=轮 2 齿向公差 轮 2 切向综合公差 =轮 2 径向综合公差 2=轮 2 基节极限偏差 )2=轮 2 螺旋线波度公差 轮 2 轴向齿距极限偏差 )2=轮 2 齿向公差 轮 2x 方 向轴向平行度公差 轮 2y 方向轴向平行度公差 轮 2 齿厚上偏差 轮 2 齿厚下偏差 心距极限偏差 )=7) 强度校核数据 齿轮 1 接触强度极限应力 250(齿轮 1 抗弯疲劳基本值 04 (齿轮 1 接触疲劳强度许用值 H1=齿轮 1 弯曲疲劳强度许用值 F1=齿轮 2 接触强度极限应力 齿轮 2 抗弯疲劳基本值 齿轮 2 接触疲劳强度许用值 H2=齿轮 2 弯曲疲劳强度许用值 F2=接触强度用安全系数 曲强度用安全系数 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 接触强度计算应力 H=接触疲劳强度校核 HH=满足 齿轮 1 弯曲疲劳强度计算应力 齿轮 2 弯曲疲劳强度计算应力 齿轮 1 弯曲疲劳