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双层
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结构设计
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双层火车售货车的结构设计【优秀设计说明书】,双层,火车,售货车,结构设计
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辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 双 层 火 车 售 货 车 摘要 ： 人 类 社 会 的 进 步 总 是 伴 随 着 科 学 技 术 的 发 展 ，正 是由于科技的发展，并使之转化为生产力，才使得人类更快的进步，生活更加的方便。交通工具就很好地证明了这一点。而火车作为交通工具的出现，满足了人们外出旅游、办事的需要。但是现在人口的膨胀，使得铁路拥挤，于是双层火车就诞生了。它的出现在一定程度上缓解了旅客多的问题，大大提高了客运量。但是由于我国在 这 方 面 发 展 的 还 比 较 缓 慢 ， 因 此 也 带 来 了 不 少 的 问 题 ，主要是在双层火车上售货的问题。由于一般的车不能自由 的 上 下 楼 梯 ， 所 以 现 在 在 双 层 火 车 上 售 货 既 浪 费 人 力 ，又不能满 足旅客的要求。因此设计一种可以上下楼梯，且不易发生倾倒的售货车有很大的实用价值。 关键词 ： 双层火车，售货车，倾倒。 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 2 Double-decker sell at the freight train Summary : The progress of the human society always follows the development of science and technology, just because of the development of science and techno logy, And make their turn productivity into, make mankind fast progress just, life convenience further. The means of transportation well proves this . And the train is regarded as the means of transportation appearance,meet people of going out and travel, need not handle affairs . But populations inflation of now, make the railway crowded, then the double-decker was born . Its appearance has alleviated passengers question more to a certain extent, has improved the volume of passenger transport greatly . But in this respect because of our country Development still relatively slow, bring many question too , sell goods question at double-decker mainly. Cant because of the general car Free upper and lower stair, sell goods and already wasted manpower at double-decker now, Cant meet the passengers request . So it is all right to design one Upper and lower stair is and difficult to take place topple over sell freight train have heavy practical value very. Keyword: The double-decker, sell the freight train, topple over nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 目 录 第 1 章 调查研究 明确设计任务 1 第 1 节 对用户进行调查研究 1 第 2 节 明确生产认为 绘制要求表 3 第 2 章 方案设计 7 第 1 节 对设计认为进行抽象 7 第 2 节 建立功能结构 8 第 3 节 寻求原理解 10 第 4 节 对设计方案进行评价 14 第 3 章 结构设计 21 第 1 节 有关结构设计的一些说明 21 第 2 节 双层火车售货车的结构设计 23 结 论 36 致 谢 37 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 4 第 1 章 调查研究 明确设计任务 第 1 节 对 用 户 进 行 调 查 研 究 随着人类社会的进步与发展，科学技术也在随之不断的提高。从人类开始利用科技为自己服务到现在科技产物涉及到人类生活的每一个角落，都在说明科 学技术业已成为人类不可忽略和不可分离的这一事实。科技的更新换代对人类生活影响很大，尤其是在交通上更加引起世人的主意。其中火车已经成为现代人主要的交通工具之一。在科学技术这一催化剂作用之下，火车也经历了 从 蒸 汽 机 车 到 现 在 的 内 燃 机 车 、 电 力 机 车 的 发 展 过 程 。现在还出现了更加快速的磁悬浮机车。 那些高速的机车已经满足了人类对高效率、高速度的要求，但是现在由于人口问题，使得铁路客运压力很大，于是产生了一种双层火车。这种双层火车的运营在一定程度上缓解了客运量大的问题，但是由于我国在这项技术上发展的还是比较缓慢，因此在双层火 车 的 运 营过程中还是给列车员及旅客们带来了一些问题与麻烦。 之 所 以 把 它 称 之 为 “ 双 层 火 车 ”， 顾 名 思 义 ， 就 是 它有上、下两层车厢。而正是由于这一特点，它也像楼房一 样 被 人 们 安 上 “ 楼 梯 ”。 就 是 他 这 独 一 无 二 的 楼 梯 式 结构 （ 如 图 1 1 所 示 ）， 制 约 了 火 车 上 的 列 车 员 们 的 售 货 。众所周知，在普通货车上，由于只有一层，所以各节车厢的地面都是在同一个水平面上，这样像一般的车都可nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 以在这样的火车上行使，用来放货物，作为售货车。因此列车员不用费太大的力气就可以方便地为旅客们服务。而在双层火车上就不同了，正是由于它的双层结构和其独特楼梯式结构， 使 得 在 普 通 的 火 车 上 使 用 的 售 货车无法在双层火车各车厢及同一车厢上、下层之间自由的行驶。而且在上下楼梯时，售货车的车体还可能发生倾斜，使货物掉在地上，最重要的是它必须有两个人抬才能上下楼。这样普通的售货车就不能在双层火车上使用。 通过对双层火车楼梯结构的勘查和对一些旅客及列车员的调查，我们了解到：虽然双层火车可以加大铁路的客运量，但是它独特的楼梯结构也给列车员及旅客带来了极大的不利。为了把一个售货车抬上二层，不得不用两个列车员，这样反而浪费人力和物力。所以大多数双层火车上不使用售货车，而是给每个售货员配上一个小 篮子，用带子挂在脖子上，很像古代的茶馆内的“小贩 ”。 由 于 篮 子 的 容 量 很 是 有 限 ， 大 大 不 如 售 货 车 ， 所 以售货员一次所带的货物是很有限的，不能同时满足不同旅客的不同需要。为此售货员要为不同旅客的需要跑很多趟，特别是在乘客多的时候还可能忘记一些旅客所要的东西，这就大大地加强了售货员的劳动强度。因此有不少的售货员和乘客都抱怨此事。所以设计一种能在双层 火 车 上 使 用 的 、 可 以 自 由 上 下 楼 梯 的 售 货 车 事 在 不 行 。 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 6 第 2 节 明 确 生 产 任 务 绘制要求表 通过对双层火车结构和普通火车上的售货车结构的勘查，我们对反馈意见加以总结，并且对 售 货 车 的 设 计要求作大体归纳。为了简明、明确地说明，绘制如下的要求表（表 1 1 ）。 表 1 1 双层列车售货车要求表 铁路运输部门 双层火车售货装置 No . 1 时间 要求或希望 内 容 负责人 实现日期 2003.3.1 要 求 希 望 要 求 1. 几何形体 1） 移动方便，既能在车厢内地面上运动，又能上下楼梯。 2） 形状随意，占用空间相对小，能自由的在车厢过道及楼梯上通过。 1） 外形美观，色泽调和。 2） 大小适当。 2. 使用性能 1） 操作简单，不用事先培训，看实物便知道怎样使用， 2） 能盛放各类食品（罐装、瓶装及袋装的各种食品和饮料）及娱乐物品和报刊杂志等。 陈令国 2003.6.11 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 续表 铁路运输部门 双层火车售货装置 No . 2 时间 要求或希望 内 容 负责人 实现日期 2003.3.1 希 望 要 求 希 望 要 求 要 求 要 求 要 求 方便装卸货物，便于寻找旅客所要的货物。 3. 可靠性 1） 整个装置的稳定性要好，无论是在平地上运动，还是上下楼梯，均不易发生倾倒。 2） 强度、刚度好，不易发生变形。 上下楼梯时，不会发生车体倾斜，避免货物掉落或车内物品倾倒，互相碰撞，使易碎物品破坏。 4. 载重 所载货物的总重量 Q 20kg 5. 生态学 1） 用人力驱动。 2） 使用时噪声要小。 6. 材料 金属与非金属材料都可，重量轻，强度高，耐磨性好。 7. 可维修性 1） 机件有一定的使用寿命。 2） 维修容易，更换方便，不需用 专门工具。 陈令国 2003.6.11 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 8 续表 铁路运输部门 双层火车售货装置 No.3 时间 要求或希望 内 容 负责人 实现日期 2003.3.1 要 求 希 望 要 求 要 求 3 ） 防锈性好 。 1） 产品投放市场后不久，便能有配件上市，以满足维修的需要。 2） 零件种类少，通用性强。 8. 加工 1） 多用标准件。 2） 工件简单。 9. 成本 成本不能太高。 10. 寿命 至少可使用 23 年。 陈令国 2003.6.11 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 楼梯结构图 图 1 1 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 10 第 2 章 方案设计 第 1 节 对 设 计 任 务 进 行 抽 象 在第一章中所绘制的设计要求表的基础上，我们对设计任务已经有了一个初步的了解。为了设计出最优的产品，我们必须确定设计任务的核心，突出本质功能。而要做到这一点，就必须对设计任务进行抽象。抽象就是对设计任务的再认识，就是用高度概括的语言来陈述设 计 任 务 ， 忽 略 次 要 的 甚 至 是 不 必 要 的 表 面 限 制 的 束 缚 ，使设计能在大视角范围内求解。抽象一定要高度概括，且要以要求表为基础，进行多次陈述，逐步逼近设计任务的核心。现在对设计任务进行抽象。 第一次陈述： 设计既能在双层火车车厢 内 的 地 面 上 运 动 ， 又 能 在楼梯上下自由的售货装置；不易倾斜，使用方便，不必专门培训。 第二次陈述： 设计能在双层火车平地上和楼梯上自由、平稳的移动的售货装置；使用方便。 第三次陈述： 设计能在平地移动及能上下楼梯的一种平稳的售货装置。 抽象的结果表明：能在平地和楼梯上行驶的平稳的售货装置使这个设计任务的最本质的功能。 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 第 2 节 建立功能结构 技 术 系 统 的 功 能 是 指 其 把 输 入 量 变 成 输 出 量 的 能 力 。与 总 系 统 相 对 应 有 总 功 能 ， 与 部 分 系 统 或 子 系 统 相 对 应 ，有部分功能。部分功能之间按照确定的关系相结合，才能产生总功能。我们把部分功 能及其间的关系的总和称为功能结构。功能结构用功能结构图表示。利用建立技术系统功能结构，可以确定技术系统中零件间的最佳关系，这样有两点好处：一是便于在旧技术系统基础上开发新系统。二是有利于在设计过程中由功能结构反求技术系统，找到部分系统之间的边界，使部分系统之间关系清楚。 现在我们就建立双层火车售货车的功能结构。 设计任务的总功能如图 2 1 （ a ） 所 示 。 总 功 能 是 双 层 火 车 上 的 售 货 装 置 。材 料 流 程 中 ，售 货员要卖的货物为输入，而乘客买走的货物为输出。能量流程中，主要是人力以及位能和摩擦功损失等。 由 抽 象 结 果 已 经 知 道 ， 设 计 任 务 的 核 心 功 能 是“ 在 平面 及 楼 梯 上 行 驶 ” 和 “ 平 稳 ”。 因 此 ， 把 总 功 能 分 解 为 移动、定位和承载三个部分功能。这三个部分功能之间的关 系 如 图 2 1（ b ）所 示 。这 是 一 种 物 理 关 系 的 功 能 结 构 。部 分 功 能 “ 移 动 ”， 是 使 该 装 置 既 能 在 平 地 上 行 驶 ， 又 能自 由 、 方 便 地 上 下 楼 梯 。 部 分 功 能 “ 定 位 ”， 是 保 证 能 使该装置在平面及楼梯上行驶时基本保持水平，使装置平稳 的 行 驶 。部 分 功 能“ 承 载 ”，是 指 承 受 所 要 出 售 的 货 物 。 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 12 人力 位能、摩擦功 要出售的货物 旅客买的货物 （ a） 要出售的货物 人力 旅客买的货物 人力 位能、摩擦功 ( b ) 双层火车 售货装置 移动 定位 承载 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 第 3 节 寻求原理解 对于技术系统进行抽象的陈述，确定了设计任务最本质的功能。建立功能结构，就能找到部分功能之间的最有关系。如何实现所有部分功能以及部分功能之间的关系，就是求解问题。而所谓原理解，就是能实现某种功能的物理原理以及 与 之 相 应 的 原 理 结 构 图 示 。 它 是 进行零件设计的基础。 下 面 采 用 德 尔 裴 法 （ D e l p h i） 对 设 计 任 务 进 行 求 解 。其步骤如下： 第一步：小组中的每个人都用一张纸写出设计任务的若干个初步解（数量不限）。 第二步：每个人在通读所有其它人写出的解之后，经过分析综合，一定有所启发，便可在另一张纸上在写出新的解。 第三步：把每个人前后两次写出的解集中在一起，整理分类。 经过整理，以下是最后筛选出来的几个方案。 第一种方案：售货小车采用三个轮子，前面一个轮子是万向轮，用于控制方向。后面的两个轮子用一根轴连接，使车体保持平衡。为了使 售 货 小 车 上 下 楼 梯 ， 在楼梯处车厢的顶棚安装两对吊钩，并且这两对吊钩可以在顶棚上的滑道内移动。就象是一个小型的龙门吊车。当售货小车要上或下楼梯时，先把小车吊起，使其在空中保持平稳，推动吊钩，使其在滑道内移动，这样就可以把小车吊上或吊下楼梯了。 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 14 第二种方案：售货小车采用四个轮子移动，后两个轮子为万向轮，前面两个轮子用轴连接。楼梯采用过街天桥式结构，楼梯上有专门为售货小车上下楼用的斜面（ 如 图 2 2 所 示 ）。 当 售 货 小 车 上 下 楼 时 ， 为 了 不 让 车内货物倾倒，小车采用双层结构，内层箱体采用悬挂式结构，即内层箱体的两侧分别用两根 钢 丝 绳 悬 挂 于 外 层箱 体 内 ，两 钢 丝 绳 成 内 八 字 型 。悬 挂 方 式 如 图 2 3 所 示 。这样车无论是在上楼梯还是下楼梯时，由于内层箱体是悬挂在外层箱体内的，而重力总是垂直于水平面的，因此内层箱体也总是平行于水平面的，所以车内货物不会发生倾斜。 图 2 2 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 图 2 3 第三种方案：售货小车采用四个轮子移动，后两个为万向轮，前面两个用轴连接。为了使小车上下楼梯，本方案采用抬起式，即在楼梯的两侧各有一个可升降的立 柱 ， 立 柱 可 以 沿 楼 梯 的 滑 槽 移 动 。 当 小 车 要 上 楼 梯 时 ，先把一横梁放于两立柱之上，再用吊钩把小车吊于横梁之 上 ， 此 时 同 时 升 起 两 立 柱 ， 把 小 车 抬 起 ， 推 动 两 立 柱 ，使其沿楼梯移动到上层，然后下降立柱，放下小车，这样小车就可以平稳的上楼了。下楼与上楼方法类似。楼梯结构简图如图 2 4 所 示 。 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 16 图 2 4 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 第 4 节 对 设 计 方 案 进 行 评 价 要对上节的三个方案做出最后的取舍，就要对上述方案进行技术经济评价。因此，这一步对于整个设计过程是最重要的环节。要从多方面对设计方案进行范围广泛的比较。这种评价过程分为如下诸步骤：建立目标系统和确定评价标准、确定重要性系数、按技术观点确定评价分数、技术经济评价等。 2.4.1 评价目标系统 ， 确 定 评 价 标 准 虽 然 评 价 的 范 围 很 广 ，但 也 不 能 面 面 俱 到 。只 能 就 某些特定方面进行评价。这些评价的方面就被称为评价目标。 评 价 目 标 是 从 要 求 表 中 的 要 求 提 炼 而 成 的 。把 这 些 目标再归结为互不相关（或基本上互不相关）的几大类。由 于 此 方 案 设 计 结 构 简 单 ， 所 以 只 对 单 个 目 标 进 行 评 价 ，即对“移动中的稳定和可靠”这个目标进行技术经济评价。图 2 5 是 该 目 标 的 评 价 目 标 系 统 。 2 . 4 . 2 按重要性评价 按 重 要 性 评 价 是 在 目 标 系 统 内 进 行 的 评 价 。是 确 定 被选定的评价目标在一个目标系统内的地位 重 要 性 。 评价目标的重要性用重要性系数（权重）来表示，取值为 01。 每 个 评 价 目 标 的 方 框 中 有 左 右 两 个 数 字 ，左 边 的 数 字表示隶属于同一个上级目标的同级各目标之间的相对重要 性 系 数 ， 同 级 各 目 标 相 对 重 要 性 系 数 之 和 为 1。 右 侧 的数字表示每个评价目标在目标系统中所居重要程度，称nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 18 为系统目标重要性系数，简称重要性系数。其值为该目标相关的上面逐级目标方框中左侧数字与该目标方框左侧数字之积。在技术经济评价过程中，要用到最低一级评 价 目 标 的 重 要 性 系 数 ， 称 此 值 为 评 价 标 准 重 要 性 系 数 ，用 g 表示。 按 上 述 方 法 给 出 反 应 目 标 重 要 性 的 0 1 之 间 的 相 对重要性系数和重要性系数。这些数值由设计小组商量给定。把计 算出的各级评价目标相对重要性系数和重要性系数填入图 2 5 中 的 各 方 框 中 。 图 2 5 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 2 . 4 . 3 按技术观点确定评价分数 按技术观点确定评价分数，其本质是用同一个评价标 准 来 衡 量 每 一 个 设 计 方 案 ， 从 技 术 的 观 点 来 确 定 优 劣 。评价形式是给出评价分数。分数越高的方案越好。评价分 数 用 W 表 示 。 有 两 种 谱 带 表 示 其 取 值 范 围 。 本 设 计 采用 0 4 共 5 级 的 窄 谱 带 。 如 表 2 1 所 示 。 表 2 1 窄 谱 带 分 数 意 义 0 不能令人满意的 1 刚可忍受的 2 足够了 3 好 4 理想的 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 20 2 . 4 . 4 技术经济评价计算与评价结果 绘 制 评 价 计 算 表 （ 如 表 2 2 所 示 ）。 首 先 把 评 价 标准、重要性系数以及三种方案按顺序填入表中，然后把评 价 分 数 亦 填 入 表 中 。 还 要 给 出 每 个 方 案 成 本 的 估 计 值 ，并填入表中。 最 后 经 过 计 算 ， 求 出 各 方 案 的 无 权 重 总 价 GWj 、有权 重 总 价 GWj g i 、 总 技 术 价 W tj， 总 经 济 价 Wwi 以 及 总 价Wj。 计 算 结 果 填 入 表 中 。 总 价 值 用 直 线 法 计 算 。 计算公式如下： 第 j 个方案无权重总价 GWj ： GWj = W ji 第 j 个 方 案 有 权 重 总 价 GWj g i ： GWj g i= g i W ji 第 j 个方案总技术价 W tj： W tj= GWj /Wm a x n W m a x 为最高评价分数 4 或 10（ 宽 谱 带 ） 第 j 个 方 案 的 总 经 济 价 W wi： Wwi=H0 /Hj=0.8H min/Hj Hj 第 j 个方案的估计成本 H0 比较成本 H0=0.8 H min Hmin 各方案中的最低估计成本值 第 j 个方案的总价数 W j ： 按直线法 W j =1/2（ W tj+Wwi） 2.4.5 绘 制 价 值 强 度 图 和 价 值 断 面 图 根据计算结果，绘制出价值强度图（如图 2 6 ）。 把 有 权 重 总 价 较 高 并 且 在 价 值 强 度 图 中 位 于 右 上 角（ 方 案 2、 3） 的 两 个 方 案 作 为 较 好 的 方 案 ， 再 借 助 于 价值 断 面 图 （ 如 图 2 7 ） 进 行 比 较 。 比 较 结 果 表 明 方 案 3是最有前途的。 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 21 表 2 2 评价 标准 重要性系数 g i 方案 1 方案 2 方案 3 W 1i W 1 g i W 2i W 2 g i W 3i W 3 g i 支撑可靠 0.3 2 0.6 2 0.6 3 0.9 不易损坏 0.2 3 0.6 3 0.6 3 0.6 定位部分的连接可靠 0.15 3 0.45 3 0.45 3 0.45 不易倾倒 0.2 4 0.8 2 0.4 4 0.8 定位部分位置保持可靠 0.15 3 0.45 3 0.45 4 0.6 求 和 1.0 GW1 =15 GW1g =2.9 GW2 =13 GW2g =2.5 GW3 =17 GW3g =3.35 总技术价 Wt1=0.75 Wt2=0.65 Wt3=0.85 制造成本（元） H1=600 H2=500 H3=550 总经济价 Ww1=0.667 Ww2=0.8 Ww3=0.727 总价 W1=0.709 W2=0.725 W3=0.789 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 22 图 2 6 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 23 图 2 7 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 24 第 3章 结构设计 第 1 节 有 关 结 构 设 计 的 一 些 说 明 3 . 1 . 1 设计阶段 的任务 方案设计阶段结束，设计任务处于这样的状态： 总技术系统的原理解已经明确； 经过把原理解具体化之后，一部分子系统可以设计草图表示，即其空间几何形体已有比较清晰的轮廓； 总系统或子系统的部分技术参数的估计值也可以给出来。 处于这种状态的技术系统显然不能进行加工制造，这是因为技术系统仅处于“功能模型”阶段，只有再给定大量信息，才能变成“信息模型”（如技术图纸等）。这信息模型被加工制造物化，才能成为可以实现所要求的总功能的物质形式。因此，结构设计阶段的主要任务是给定设计方案所必须的全部信息。它们是： 零部件 结 构 形 状 ， 几 何 尺 寸 和 空 间 位 置 ； 材料； 加工过程所要求的公差、光洁度、加工工艺等； 安装、运输、操作方法以及技术规程等。 3 . 1 . 2 结构设计阶段工作步骤 结构设计阶段的工作可分为 6 个 阶 段 ， 即 ： ( 1 ) 粗略设计主要承受体的结构形状； ( 2 ) 寻求辅助功能； nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 25 ( 3 ) 检查主、辅功能承受体相互影响及配合性； ( 4 ) 详细设计主、辅功能承受体； ( 5 ) 对设计进行补充和改进； ( 6 ) 进行技术经济评价。 3 . 1 . 3 结构设计的合理确定方法 给 出 主 辅 功 能 承 受 体 的 材 料 后 ， 就 要 确 定 结 构 形 状 。从工程设计的观点出发，认为任何构件形状都是由以下四个要素确 定的： 构件表面形状； 表面形状相对位置； 表面数量； 表面尺寸。 可 以 通 过 形 状 要 素 变 化 法 ，即 结 构 形 状 的 合 理 确 定 方法 能 在 比 较 短 的 时 间 内 ， 得 到 功 能 相 同 的 多 种 构 件 形 状 。可以通过构件表面形状变化、表面形状相对位置变化、表面数目变化和表面尺寸变化来实现。 3 . 1 . 4 构设计中的原则 结构设计中必须遵循的原则简而言之就是明晰、简单、安全。 此外，在结构设计中还应遵守以下原理： ( 1 ) 力传导原理； ( 2 ) 任务分配原理； ( 3 ) 自助原理； ( 4 ) 稳定的工作原理； ( 5 ) 适应构件变化的合理设计原理。 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 26 第 2 节 双 层 火 车 售 货 车 的 结 构 设 计 通过上一章的叙述和对三个方案的评价，我们知道方案 3 是 最 有 前 途 的 。 下 面 就 对 方 案 3 作 具 体 的 说 明 及结构设计。 在结构设计前，我们首先要对双层火车的车厢作些说明。双层火车其独特的楼梯分为三个部分，中间的部分 是 通 往 二 层 的 ， 在 其 两 侧 各 有 一 段 楼 梯 是 下 到 一 层 的 。在这三段楼梯的交汇处是一个平台，整个楼梯的结构如图 1 1 。 当 旅 客 一 进 入 火 车 车 厢 就 好 像 是 在 一 个 二 层 小楼的一楼半的楼道内，中间是上二层，两侧是下一层。中 间 的 楼 梯 宽 度 是 1 0 8 0 m m， 两 侧 的 楼 梯 宽 度 是 7 9 0 m m。并 且 中 间 的 楼 梯 有 6 阶 台 阶 ， 而 两 侧 的 各 有 4 阶 。 所 有的 台 阶 尺 寸 都 是 一 样 的 ， 即 高 度 为 1 8 0 m m， 水 平 长 度 为2 5 0 mm。 在 车 厢 的 里 面 ， 过 道 的 宽 度 是 7 0 0 m m。 方案 3 的 主 要 功 能 是 由 楼 梯 两 侧 的 两 个 可 升 降 的 立柱来实现的。通过它们的升与降及可沿楼梯墙壁上的滑道移动，使售货车可以平稳的上下楼梯。因此，方案 3可分为以下两个部分来加以设计、说明。即售货车的结构设计和升降立柱及其附属结构设计。 3.2.1 售 货 车 的 结 构 设 计 售货车主要是用来装载货物的，并且可以在火车车厢内的平地上移动，所以可以把它分为装载货物的箱体及车底盘两个部分来设计。 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 27 3.2.1.1 售货车厢体设计 箱体采用框架式结 构 ， 即 箱 体 的 四 角 框 架 用 角 铁 焊接于车的底盘上，用薄铁皮薄包在框架箱体上。箱体的尺寸为长 9 0 0 m m ，宽 4 0 0 m m，高 7 0 0 m m 。 3.2.1.2 售货车底盘设计 为了方便底盘的设计，我们先对售货车作必要的说明 ， 给 出 一 些 数 据 。 售 货 车 的 载 重 量 为 4 0 k g ， 自 身 车 重为 2 5 k g 。 售 货 车 采 用 的 是 四 轮 移 动 ， 即 前 面 的 两 个 轮 子用轴连接，且固定不动，后面的两个轮子选用万向轮，用于控制方向。 3.2.1.2.1 万向轮的选择 由上面的数据可知，一个万向轮的载重为车体加载货重的四分之一，又因为火车车厢的限制，所以轮子也不易太高。查 机 械 设 计 手 册 有 如 下 几 种 万 向 轮 可 供选择。如表 3 1 表 3 1 螺栓式万向轮 轮子直径 /mm 轮子宽度 /mm 负荷高度 /mm 工作型号 负荷 /kg 螺栓直径d/mm 50 20 75 WL 05020 40 10 63 25 96 WL 06325 65 12 80 25 11 6 WL 08025 80 12 本 设 计 选 用 型 号 为 WL 0 6 3 2 5 的 螺 栓 式 万 向 轮 。 其结构示意图如图 3 1 所示 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 28 图 3 1 3.2.1.2.2 轴及其上的零件设计 售 货 车 的 前 面 两 个 轮 子 采 用 轴 连 接 ， 且 轴 固 定 不 动 。轮 子 与 轴 之 间 用 轴 承 连 接 。 由 于 售 货 车 的 箱 体 宽 为4 0 0 m m， 所 以 轴 的 长 度 定 为 3 0 0 m m。 为 了 使 轴 固 定 不 动 ，我们采用两个轴套用键与轴连接，并且两轴套与车底盘用 螺 栓 连 接 。 轴 套 采 用 铸 造 ， 两 轴 套 间 的 距 离 为 1 6 0 m m。对 轴 进 行 受 力 分 析 。 由 于 此 轴 只 承 受 车 体 及 载 重 的 一 半 ，而且轴承载处可认为是受两个集中力，且大小都为四分之一的车总重。其受力分析图如图 3 2 所 示 。 图 3 2 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 29 图中 P 1 =P2 =Y1 =Y2 = 0 . 2 5 9 . 8 6 5 = 1 5 9 . 2 5 k g 。 由 此 受力图求出轴的剪力和弯矩，并画出剪力图和弯矩图。设受力分析点与 A 点 间 的 距 离 为 x ( mm)。 求剪力： 在 AB 段： Y = 0 Q = Y 1 = 1 5 9 . 2 5 k g ( 0 x 70) 在 BC 段： Y = 0 Q = 0 ( 7 0 x 2 3 0 ) 在 CD 段： Y = 0 Q = Y 1 P 1 P 2 = - 1 5 9 . 2 5 k g ( 2 3 0 x 3 0 0 ) 求弯矩图： 在 AB 段： m= 0 M = Y 1 x ( 0 x 70) 在 BC 段： m= 0 M = Y 1 A B ( 7 0 x 2 3 0 ) 在 CD 段： m= 0 M = Y 1 ( A B x) ( 2 3 0 x 3 0 0 ) 由 上 述 分 析 计 算 画 出 剪 力 图 和 弯 矩 图 。 如 图 3 3 所示。 图 3 3 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 30 由于此轴只承受弯矩，且两端用轴承支撑，因此可以用如下公式来计算固定心轴的最小直径。 d = ( 3 2 M / b)1/3=(10M/ b)1/3 其中 b 许用应力。 M 弯矩。 b=1.7 -1； -1=（ 0.090.1） B 此 轴 材 料 选 用 45，其 主 要 机 械 性 能 如 下 表 3 2 所 示 。 材料 牌号 热处理 毛坯直径 /mm 硬度 /HBS 抗拉强度极限 B 弯曲疲劳极限 -1 45 /N mm- 2 正火 100 1 7 0 2 1 7 600 275 回火 100300 1 6 2 2 1 7 580 270 调质 200 2 1 7 2 2 5 650 300 由上表，我们选择正火的热处理工艺。因此由上面的公式得到轴的最小直径： d =(10M/ b)1/3=(10 11147.5 1.7 0.1 600)1/3=10.3 mm 知道了轴的最小直径，我们就可以选取轴承。本设计选用深沟球轴承，查机械手册选取如 下 轴 承 ： 轴承尺寸 / m m 轴承代号 安装尺寸 / m m d D B rsmin 60000型 damin Damax rasmax 12 32 10 0.6 6201 17 28 0.6 轴 与 车 体 的 连 接 是 靠 两 个 轴 套 来 实 现 的 ，轴 套 与 车 体用螺栓连接，而为使轴固定不动，轴与轴套的连接采用键 连 接 。 我 们 把 轴 设 计 成 光 轴 ， 由 轴 承 的 安 装 尺 寸 可 知 ，轴 的 直 径 为 1 7 m m。 查 设 计 手 册 来 选 取 键 ， 本 设 计 选 用 圆头普通平键（ A 型 ）， 其 参 数 如 下 表 ： nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 31 d 键的公称尺寸 键槽尺寸 b (h9) h (h11) c 或 r L (h14) t t 1 b 半径 r 公称 公差 公称 公差 1217 5 5 0.250.4 1056 3.0 +0.1 0 2.3 +0.1 0 公称尺寸同键 0.160.25 选取键的长度为 2 0 m m。 轴套的结构如图 3 4 所示 图 3 4 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 32 对轴进行校核 此轴为心轴，且只承受弯矩，因此按弯曲强度进行校核，并且要对其作刚度校核。 强度校核 由前面的受力分析及剪力图和弯矩图可知，危险截面 为 集 中 力 P 1 和 P 2 所 在 处 ，而 此 两 处 所 受 的 弯 矩 是 一 样的。对其中的一个截面进行强度校核，公式如下： =M/W b 其中 M 危 险 截 面 处 的 弯 矩 ， Nmm 。 W 危 险 截 面 处 的 抗 弯 截 面 模 量 ， mm3 。 b 许用弯曲应力， N/mm 2 。 对 于 固 定 心 轴 ， 在 理论上弯曲应力是静应力，但考虑起动、停车等影响，按脉 动 循 环 应 力 处 理 ， 取 b= 0= 1.7 -1； -1=（ 0.090.1） B ， 其中 B为 材 料 的 拉 伸 强 度 极 限 。 在 危 险 截 面 P 1 处 所 受 的 弯 矩 及 此 处 的 抗 弯 截 面 模 量如下： M = 111 4 7 . 5 N mm W= d3/32 bt(d t)2/2d=3.14 173 32 5 3 (17 3)2 2 17=395.86 mm3 b=1.7 0.1 600=102 N/mm2 =M/W=11147.5 395.86=28.16 b=102 N/mm2 其中 b、 t 为 键 槽 尺 寸 。 根据上面的计算结果可知，该轴满足强度要求。 刚度校核 轴 的 弯 曲 刚 度 计 算 应 该 保 证 最 大 挠 度 y 或 偏 转 角 不超过许用值，条件为： nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 33 y y mm 或 rad y 轴 的 许 用 挠 度 （ 0.00030.0005） L L 轴的跨矩 mm 轴 的 许 用 偏 转 角 ， 对 深 沟 球 轴 承 处 取 0.005 由前面的受力分析以及材料力学的有关知识，我们可以用叠加法来求其挠度及偏转角。即受力图可用如下的两个图叠加来表示。 由材料力学公式可知，合成后的最大挠度应该在轴的中点处，即： yc1=P2b2 (3L2 4b22) /48EI yc2=P1b1 (3L2 4b12) /48EI 其中 E 为杨式模量。 4 5 # 的 杨 式 模 量 为 2 0 6 103 M p a I 为 惯 矩 。 圆 形 截 面 的 惯 矩 I= d4/64 nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 34 所以此轴的最大挠度为： ymax = yc1 yc2= 0 . 1 3 8 mm y=0.0005L=0.15 mm ymax y 但是，由于轴上有键槽，使的键槽处的截面也成为危险截面，为此要对键槽处的截面也进行校核。在此处也是看成为两个力的合成。而在键槽处的惯矩变为： I= d4/64 bt(d t)2/4 式中 d 为 轴 的 直 径 17mm， b 为 键 槽 宽 5 mm， t 为键槽深 3 mm。 yd1=P2a22b22/3EIL yd2=P1b1x (L2 x2 b2) /6EIL x 为 到 原 点 的 距 离 。 在 此 处 x = 7 0 mm yd= yd1 yd2=0.067 0.05=0.117 mm y d y 通过上面的分析与计算可知此轴满足刚度要求。 3.2.2 升 降 立 柱 及 其 附 属 结 构 的 设 计 方案 3 的 主 要 功 能 是 由 升 降 立 柱 来 实 现 的 ， 而 升 降立柱主要是有千斤顶组成。所以升降立柱可以分为两部分来设计。上面的部分主要是由于罩住千斤顶，所以其结构设计成圆柱形的空筒。在圆筒下端有螺纹，用于和升降立柱的下部分连接。在圆筒的壁上开有像键槽一样的槽，用于给横梁的升降留空间。升降立柱的下半部分是用于安装千斤顶的，因此可以作成有一定高度的实心圆 柱 ， 在 其 上 部 有 螺 纹 ， 与 立 柱 上 部 分 的 螺 纹 配 合 连 接 。由于车厢楼梯的过道很窄，因此升降立柱的直径定为nts 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 35 50mm，高度定为 1 5 0 0 m m，为此千斤顶设计成为起重量为 1 0 0 k g ， 起 重
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