机械毕业设计1163旁承上平面与下心盘上平面垂直距离检测装置的设计.doc
机械毕业设计1163旁承上平面与下心盘上平面垂直距离检测装置的设计
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机械毕业设计1163旁承上平面与下心盘上平面垂直距离检测装置的设计,机械毕业设计论文
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1 毕 业 设 计 设计题目： 旁承上平面与下心盘上平面垂直距离检测装置的设计 姓 名 学 院 机 械 系 专 业 学 号 指导教师 nts 1 摘要 弹性旁承上平面与下心盘上平面的垂直距离检测是保证列车在高速行驶走“蛇”字形路线的时候不发生侧翻。在这里有两种方案，第一种方案是根据游标卡尺的原理设计的，第二种方案是根据当三点呈一线的时候，如果有一点凹下去的话，那么这个距 离就是所要检测的距离。经过对两种方案的对比，得出，第一种方案在满足精度要求下，成本比较低，手工作业，适用于少量的检测；第二种方案自动化程度较高，适合与大批量的检测，并可作为工艺检测，流水线作业。 关键词：垂直距离 、 测量 、 安全运行 、 精度。 nts 2 Abstract Measure the vertical distances between the upper surface of resilience bearing and upper surface of lower heart plates can avoid the train from turn over when the train is driving in a snake route with a high speed. There are two kinds of schemes here, the first kind of scheme was designed according to the principle of the vernier caliper.the second scheme is according to the principle when three points arrange in a line.if one of the point sink down when those three points stand in a line,the distances between them is wanted. contrast these two kinds of schemes, the cost of the first kind of scheme is lower under the requirement of meeting the accuracy,so it is suitable for handicraft operate and small amount of examine; The automatic intensity of second kind of scheme is relatively high,so it suitable for detection in enormous quantities and can be used as a craft measurement, the homework of assembly line. Keyword: Vertical distance, measures, the safe operation, precision. nts 1 目录 第一章 概述 .1 一 课题的来源及意义 .1 课题的来源 . 1 研究的意义 .1 二 课题设计的技术要求 .2 弹性旁承与下心盘安装的技术要求 .2 课题设计的总体要求 .3 第二章 基于不同要求两种方案的设计 .5 一 手工检测装置总体设计的方案 5 方案结构图 .5 检测作业说明 .6 二 自动检测装置总体方案的设计 6 方案结构图 .6 检测作业说明 7 第三章 三角底架检测装置的设计 .8 一 三角架式检测装置的组成 .8 二 各部件的设计 .8 三角底架的设计 8 旋转柱的设计 .10 横杆的设计 .11 框架的设计 .12 nts 2 测量尺的设计 .13 锁紧螺钉 . 14 数显装置 14 第四章 梁架式检测装置的设计 .15 一 梁架式测量装置的组成 .15 二 各部件的设计 15 梁架的设计 .15 弹簧的设计 .17 . .横杆的设计 .19 . 测量尺的设计 .20 . 滚花不脱出螺钉 .21 . DG型电动推杆 .21 . 位移传感器 .22 第五章 结果与分析 .23 一 三角架式检测装置的优点与缺点 .23 二 梁架式检测装置的优点与缺点 24 三 对比与分析 .25 结论 .26 谢辞 .28 参考文献 .29 nts 1 第一章 概述 一 .课题的来源及研究的意义 1.课题的来源 此次 课题的 大背景就是国家 2007年 为铁道部下发的 426号文件 .生活水平在提高 ,火车也在提速 ,导致的直接影响就是测量仪器必须做出改进 ,以便更准确的对火车进行检修 ,防止发生事故 ,提高性能 .426 号文件不管是对科路研究所还是对我们做毕业生做课题来说都既是机遇又是挑战 .我们做毕业设计 ,时间和能力都很有限 ,太大的课题 ,我们无法完成 ,如果课题太小 ,又不能达到毕业设计 的要求 ,这个问题也是整个合作过程的基础 .在接洽会上 ,科路研究所的古所长 ,业务部主任以及两位技术人员等出席了会议 ,其间带队老师和他们作了详细的商谈 .研究所的工作人员也向我们询问了一些问题 ,专业状况和经历等等 .商谈中 ,工作人员将科路的资料发的我们手中 ,上面是其产品的详细介绍 ,包括技术数据等相当全面 . 在柳州科路研究所了解了一些测量仪器后 ,我们来到的柳州车辆段来接触我们具体的设计课题 .虽然我们在学习的过程中接触了测量仪器 ,如千分尺 ,游标卡尺 ,螺旋测微器等 ,但其原理我们还是不大了解的 . 在机器制 造业和仪器制造业中用来测量或检验工件各尺寸参数的器具有测量和计量仪器 .其中量具是指那些能直接表示出长度的单位 ,界限 ,以及简单的计量用具 ,例如角尺 ,量规 ,卡尺 ,千分尺等 .而计量仪器是利用机械 ,光学 ,气动 ,电动或其他原理将长度单位放大或缩小的测量器具 ,例如百分表 ,光较仪 ,电感式册微仪等 . 在测量的过程中 ,不论是被测物还是测量仪器都存在不确定度 ,那就要求量具的不确定度是被测量物的 1/3-1/10,当然 ,如果你所设计的不确定度之比在1/3-1/10,如何证明你的设计也是需要考虑的 . 根据铁道部 426 号文件的 要求以及车辆段的需求 ,我们初步确定了一些课题 .这些项目选自车辆段目前需要处理的问题 .带队老师根据我们目前的能力为我们选定了四个题目 ,分别为 :罐体水压实验设备 ,弹性旁承上平面与下心盘上平面垂直距离检测样板 ,前盖后挡检测样板 ,钩舌综合检测样板 .而我得到的题目是弹性旁承上平面与下心盘上平面垂直距离检测 . 2.研究的意义 nts 2 随着现代科学技术的飞速发展和人们生活水平的不断提高，人们对交通工具的要求也越来越高，在这个时代的打背景下，国家铁道部不断对火车进行提速，那么这样对火车上的各个组成构建的要求也 就非常的严格了，特别是对其尺寸的检测是必不可少的，因为一旦个别组件出了什么问题的话，在火车高速行驶的时候就会产生很严重的后果。 当火车转弯或走“蛇”字形路线时 ,下心盘承受车的重量 ,弹性旁承则起到缓冲作用 ,防止车体发生侧翻 ,如何来测量弹性旁承上平面与下心盘上平面的垂直距离呢 ,到目前来说还没有什么好的方法 ,就柳州车辆段的检测方法来说 ,他们也只是估计个大概 ,并没有精确的检测到其精确值 ,这样就导致了如果没有达到要求的话 ,就得把转向架重新拆卸下来进行调整 ,才不至于对火车的行驶安全造成危害 .这样即浪费了大量的时间 ,又对 大大降低了检测的效率 .在这个方面并不是很难 ,而是以前没有对这方面的要求 . 根据国家铁道部 426 号文件和柳州车辆段的有关要求来设计弹性旁承上平面与下心盘上平面的垂直距离的监测装置。弹性旁承上平面与下心盘上平面的垂直距离是否符合有关要求直接关系到列车再走“蛇”字形路线时的安全问题。如果它们之间的距离达不到要求，则列车在走“蛇”型路线的时候很可能发生侧翻。这些情况会给国家和人民造成不可估量的损失。而目前国内有关部门对此项的检测还没有完善，甚至连专门的测量工具都没有，我们在柳州车辆段所了解的大致情况是工人师傅们用普 通的直尺测量，这样不仅浪费时间，工作效率低。而且精度远达不到有关规定。随着时代的不断发展，科技的不断进步，列车也在不断的提速，那么列车在运行时的安全问题的解决就更加要跟上时代的步伐，列车的设计固然重要，然而列车各个方面的检测也是必不可少的内容，其检测仪器也需要跟上时代的要求，就是要求能够方便而且准确的测出想要的数据来。基于上述情况设计出了三角底式弹性旁承上平面鱼虾新盘上平面的垂直距离检测装置。 二 .课题设计的技术要求 1.弹性旁承与下心盘安装的技术要求 弹性旁承与心盘的安装要求如下 :转 K4 型弹性下旁承组成的检修有下列 8项要求 : (1)旁承弹簧自由高为 80mm,超限或折断时更换 .同一转向架的旁承弹簧自nts 3 由高度差不大于 2mm,同一旁承的弹簧高度差不大于 1mm； (2)旁承弹性橡胶块的橡胶与钢板剥离 ,橡胶永久变形大于 3mm 时更换 ； (3)尼龙下旁承体裂损 ,顶面磨耗大于 3mm或侧面单册磨耗大于 2mm时更换 ； (4)尼龙磨耗裂损或磨耗大于 3mm时更换 ； (5)钢制磨耗板裂损或磨耗大于 1mm时更换 ； (6)下旁承弹簧座侧面磨耗大于 3mm时焊修后磨平 ； (7)钢弹簧更换时 ,须将同一转向架上的旁承更换为橡胶 弹性旁承 ； (8)钢弹簧弹性旁承组成更换时须采用橡胶弹性旁承组成 . 心盘磨耗盘检修有下列 5项要求 : (1)心盘磨耗盘使用时间满 6年时更换 ； (2)心盘磨耗盘允许有 1处从周边至中心孔的裂纹或 2处以上长度之和不大于 150mm的裂纹 ,裂纹超限时更换 ； (3)转 8AG,转 8G型心盘磨耗盘立面与底面磨耗后剩余厚度小于 3mm时更换 ； (4)转 K1,转 K2,转 K4型心盘磨耗盘立面与底面磨耗后剩余厚度小于 4mm时更换 ； (5)从心盘衬垫内侧距上边缘径向 15mm 处测量 ,球面心盘衬垫破损或磨耗大于 2mm时更换 . 下旁承上平面与 下心盘上平面的垂直距离不符合要求时调整方法有以下 4种 : (1)转 8AG,转 8G型转向架下旁承上平面与下心盘上平面的距离 (含心盘磨耗盘 )应为 (92+_2)mm,不符合时可调整下旁承座及下旁承垫板 ,下旁承底座部高度不大于 30mm,下旁承垫板总厚度为 2-14mm,数量为 1-2块 ； (2)转 K1,转 K2型转向架下旁承下平面与下心盘上平面的距离应为(86+_2)mm,超限时可调整下旁承垫板 .下旁承调垫板总厚度为 2-25mm,数量为1-3块 ； (3)转 K3型转向架下心盘底平面至下旁承顶面的距离为 (131+_2)mm,不 符合时可增减下旁承垫板 ,但不得超过 3块 ； (4)转 K4型转向架下旁承上平面与下心盘上平面的距离 (含心盘磨耗盘 )为(71+_2)mm.不符合时可调整下旁承垫板 . 2.课题设计的总体要求 由于火车的组件是相当的多，因此在检测的时候就要求检测的效率要搞，在nts 4 现代化的科技社会里，要是能充分利用计算机，那么对数据的计算分析就可以瞬间完成。在这里就要求我们能设计出能够智能检测的测量仪器，达到这一要求需要用到传感器 、 计算机 、 PLC编程等技术。另外考虑到要检测对象的成本和价值，不能只一味的追求高科技而忽略了所设计测量仪 器的成本，要根据不同的部件设计出即经济又高效的产品。火车上的各组件都是精密器械，所以对其精度要求是比较搞的，在这里要求测量仪器能够精确到 0.01mm. nts 5 第二章 基于不同要求两种总体方案的设计 一 手工检测装置的总体方案的设计 1. 方案结构图 图 2.1 三角底架式检测装置的 工作示意图 1 旋转柱 2 三角底架 3 横杆 4 框架 5 数显装置 6 测量尺 由于两个弹性旁承和下心盘呈三点一线式排列，而下心盘的上平面在弹性 旁承的上平面的下方，由此联想到了如果把这一排列比作一个不规则的容器，下心盘的上平面就是容器的底平面，而弹性旁承的上平面是容器内的两凸台，且处在同一水平面上，这时往容器里灌水，当水面的高度达到两凸台的平面时停止灌水，此时的水高就是两平面间的距离。所以利用这一原理，设计出了三角架式测量仪器，它是测量尺可以上下移动，而支架式固定不动的，当支架放在下心盘的上平面上时，与弹性旁承接触的测量尺就会向上移动，其移动的距离就是所要测量的距离。 这项方案是一种带有数显装置 5的测量器具 ,其底部是三角架 2,主要作用是放在下心盘的上 平面上 ,起到支撑作用 ,它的上方是一可旋转的旋转柱 1,在竖直杆上又有一可绕其旋转的水平直杆 3,它的长读稍微大于下心盘的圆心到弹性旁承的中心的距离 ,水平杆要与三角架的底平面平行 ,这样才能保证检测的精确度 .在水平杆的上面又有一可以在杆上滑动的刻度尺 6,此尺与竖直杆平行 ,在其上有一数显装置 ,在测量时可在数显装置上直接读出数据 ,这样就大大节省了时间 ,所得的数据也达到了铁道部的要求 .测量方法是 ,先侧下心盘上平面与一弹性旁承上平面的垂直距离 ,然后旋转水平杆 ,测另一数据进行比较 ,然后根据铁道部nts 6 所规定的数据进行调整 . 此方案的优点是：（ 1） 精度比较搞 （ 2） 自动显示数据 （ 3） 工作效率得到了很打的提高 缺点是：（ 1） 质量 比较 大 （ 2） 人工作业比较多 （ 3） 不能智能计数分析 2.检测作业说明 把测量尺的底部与三角底架滑到同一水平面上，把三角底架和测量尺分别置放在下心盘与弹性旁承的上方，缓缓放下测量仪器，由于旁承的平面高于下心盘的平面，所以测量尺先接触被测物体，其开始向上滑动，当三角底架接触到下心盘的时候，测量尺停止滑动，此时数显表所显示的数字既是所要测量的弹性旁承上平面与下心盘上平面的垂直距离。 二 自动检测装置总体方案的设计 1.方案结构图 图 2.2 梁架式测量仪器的工作示意图 nts 7 1 梁架 2 横杆 3 测量尺 4 滚花不脱出螺钉 5 DG 型电动推杆 6 固定架 7 测量尺 根据柳州车辆段所提出来的要求 ,最好能设计一种流水线式的检测装置 ,并且能把数据传输出来 ,利用计算机自 动对数据进行记录和分析。 这一方案是利用DG型电动推杆 5能和计算机进行联网，从而能够智能控制电动推杆的伸缩距离，而且，测量尺 3处的位移传感器也能够和计算机联网，这样就可以把测量的数据直接输送到计算机里对其进行分析处理，从而查找出不合格的部件。 此方案的优点是：（ 1） 工作效率比三角底架测量仪更高 （ 2） 精度可以精确到 0.01mm （ 3） 利用计算机处理数据 （ 4） 实现了流水线式检测 缺点是：（ 1） 体积过大 （ 2） 价格较贵 2.检测作业说明 把测量仪器由梁架 1 上的地脚螺栓固定在厂房内轨道的两旁，要保证测量仪器的水平。检测的时候，把火车的转向架推到测量仪器的下方使弹性旁承与下心盘所在的直线位于横杆 2 的正下方，此时启动测量仪器的按扭， DG 型电动推杆5 开始伸长推动横杆下移，当两测量尺 3 碰到弹性旁承的时候开始向上滑动，当横杆上的探测尺碰到下心盘的时候，计算机得到命令停止电动推杆的工作，此时位移传感器把所记录的数据传送到计算机里进行 处理和分析。 nts 8 第 三 章 三角底架 式检测装置的设计 一 三角底架式检测装置的组成 图 3.1 三角底架测量仪 1 三角底架 2 旋转柱 3 挡槽 4 横杆 5 框架 6 测量尺 7 数显装置 8 锁紧螺钉 此测量仪器由起支撑作用的三角底架 1、 旋转柱 2、 连接测量尺和旋转柱的横杆 4、 框架 5、 测量尺 6、 自动显示数据的数显装置 7 和分别固定框架和测量尺位置的锁紧螺钉等组成。 二 各个部件的设计 1. 三角底架的设计 nts 9 图 3.2 三角底架 1 固定磁铁 2 支撑杆 3 深槽 （ 1） 设计的要求 三角底架放在下心盘上， HT1.921.01 型下心盘的内径为 237 1mm，中间圆柱销孔的内径为 54 2mm，外径为 80 1mm,所以所设计的三角支撑结构要以此项尺寸为参考，之所以采用三角形支撑主要是利用平面几何中三点确定以平面，而在所有图形中三角形是最稳定的。 （ 2）设计的内容 定三角支撑架为等边三角形，其三定点所在的圆的直径为 93mm，三 角支架由三部分组成，分别为 深槽 3，三条支撑杆 2 和固定磁铁 1。套筒的主要作用是与旋转柱配合，套筒固定在下心盘上，它的总高为 210mm ,内径为 60mm,外径为66mm，筒的深度为 100mm.三条支撑杆分别与套筒呈 45 角，在三条支撑杆的底部各安装一个固定磁铁，它的主要作用是在测量的过程中，利用其磁性把测量仪器固定在下心盘上，使测量仪器不产生晃动或者侧翻，另外，三角支架的底部要保证在同一水平面上，否则将会影响测量的精度，筒的内部的平面也要保证与三角支架所在的平面平行，它的结构如图 3.2 （ 3）材料的选择 三角支架要有一定的重量，因为这样可以防止测量装置发生侧翻的现象，又要求有较高的耐磨性，因为它要与旋转柱做相对运动，综合以上条件选择其材料为 15QT900-2 。 nts 10 2. 旋转柱的设计 图 3.3 旋转柱 1 横杆挡槽 2 销孔 3 柱体 （ 1）设计的要求与尺寸 旋转柱是测量尺部分与三角支撑架相连接的重要部分。旋转柱 柱体 3 的直径为 60mm，总高为 220mm,横杆的支撑槽长 1 度为 200mm,壁厚为 5mm,其中心线处距顶部的距离为 45mm,槽上有销 孔 2，是连接横杆而设计的，销孔的直径是10mm,距旋转柱壁的距离为 20mm,另外，旋转柱两端都有 45的倒角，以方便安装在三角支撑架内。 （ 2）设计的内容 在这里设计横杆支撑槽主要是考虑在测量时清零的问题，如果与测量尺相连的横杆固定在旋转柱上，那么当测量完一旁承的上平面与下心盘的上平面的垂直距离后，测量尺恢复到零位，数显表清零。如果要测量另一旁承上平面与下心盘上平面的距离则需要把测量尺向上移动，这样原先的清零就变的没有意义了，而且影响到了测量的精度。所以在这里设计支撑槽一是为了解决精度的问题，二是分担了横杆 受力过大的问题。它的结构如图 3.3 （ 3）材料的选择 其与三角支架的配合要求精度比较严格。另外它的材料要求也是比较高的。主要是耐磨的钢材，根据产生相对位移的两结构要求选不同的材料，它的选材要nts 11 与三角支撑架的材料有所区别，这里选择其材料为 15MQTMn6 。 3. 横杆的设 2计 图 3.4 横杆 1 销孔 2 横杆 （ 1）设计的内容与尺寸 横杆的主要作用是连接测量尺与三角支架，因为它的尺寸比较 长，所以要求有足够的刚度以抗击两端重力的作用。其尺寸为长 765mm,宽为 40mm,厚为 5mm。 （ 2）横杆的 校 1核 它的弯矩扭矩计算如下： 横杆的校 核： nts 12 020406080100第一季度 第三季度东部西部北部最危险截面弯矩 M=FBClF=40N BCl=0 567m MW 66BM F xb h b h 6bhW sBsn 横杆的结构如图 3.4 （ 3）材料的选择 横杆要求有足够的刚性和抗弯矩的能力，而且它不与旋转柱发生摩擦，所以它的材料可以选择与三角底架相同的材料即 15QT900-2 。 4. 框架的设计 图 3.5 框架 1 横杆滑槽 2 横杆固定螺纹孔 3 测量尺滑槽 4 测量尺固定螺纹孔 nts 13 （ 1） 设计的内容与尺寸 框架的作用是把横杆和测量尺连接在一起。而且框架 上的横杆滑槽 1 可以使横杆 顺其 左右滑动，而测量尺则可沿着框架 的测量尺滑槽 3 上下滑动。 框架长53mm ,宽 46mm，厚 14mm，它的厚度是根据测量尺和横杆的厚度而确定的，其上两通孔呈空间“十”字交叉壮，分别穿过横杆和测量尺，另外在沿横杆方向的框架上有一螺纹孔 2，其公称直径为 M5，它的中心线距离框架左边缘距离为16mm . 两通孔的尺寸分别与横杆和测量尺的尺寸呈 配合尺寸，其结构如图 1.4 （ 2）材料的选择 由于对框架的刚度和弹性都没有特殊的要求， 但要有足够的耐磨性，而且有一定的韧性，可塑性和可加工性较好，以便加工成型的时候便于加工制造， 所以在选择材料的时候只要避免同测量尺与横杆的材料相同即可。 其材料选为15QT400-15 。 5. 测量尺的设计 图 3.6 测量尺 1 定位装置 2 尺身 3 刻度线 4 探测头 （ 1）设计的内容与尺寸 在这里测量尺与普通的直尺没有太大的区别，主要是在其顶部 设计了一定位装置 1，它的主要作用是保证在零刻度的时候，测量尺 底部 的探测头 4 与三角支nts 14 撑架的底平面在同一水平面上。它的测量量程为 200 mm,底部探测头呈半圆形。总长为 319mm,定位块的宽为 34mm,高为 10mm,两半圆半径均为 7 mm,尺身 2 宽20mm,厚为 5mm.其结构如图 3.6 （ 2）材料的选择 测量尺要求有刚性和韧性，而且耐磨性也比较好，在刻刻度线的时候，要求不会损坏刀具，在这里选择 8MnSi 作为其材 15料 。 6. 锁紧螺 2钉 锁紧螺钉有两个，一个是固定框架，当测量装置工作或不用的时候，把框架固定在某一位置，工作的时候防止滑动，不用的时候，把框架向三角底架方向滑动，以减少横杆一端的负载。另一螺钉则是在测量装置工作或不用的时候固定测量尺的位置。其公称直径为 M3。 7. 数显装置 数显装置能自动显示所测量的数值，它的原理主要是利用位移传感器，它的安装并没有太严格的要求，但在这里要求安装在框架上，以保证整个结构的合理性。数显装置的读数能精确到 0.01mm .测量准确，从而减少了人工读数所造成的误差，也减少了 大量的工作时间，提高了工作的效率。 nts 15 第 四 章 梁架式 检测装置的设计 一 梁架 检测装置的组成 图 4.1 梁架式测量仪 1 弹簧 2 测量尺 3 梁架 4 滚花不脱出螺钉 5 横杆 6 DG 型电动推杆 7 推杆固定装置 梁架式测量仪有主要由 1 弹簧 、 2 测量尺 、 3 梁架 、 4 滚花不脱出螺钉 、 5横杆 、 6DG 型电动推杆和 7 推杆固定装置等组成。另外还有计算机和传感器等外接 部件。 二 各部件的设计 1. 梁架的设 15计 nts 16 图 4.2 梁架 1 地脚 2 地脚螺栓孔 3 横杆滑槽 4 架体 5 电动推杆固定装置 6 孔 7 大 联结螺钉 8 小联结螺钉 9 固定装置上盖 10 销孔 （ 1）设计的内容 此处梁架的外形采用框架式，其立柱为箱型立柱。其刚架为空间刚架，结点为刚结点，传递的力为集中力和力矩，载荷的位置在刚架的几何中心，方向垂直于刚架的对称轴。另外两 主轴内侧都设有横杆滑槽 3，刚架的几何中心有一直径为 70mm 的圆孔，是用来安装 DG 型电动推杆的。在刚架的顶部设有电动推杆的固定装置 5，在两立柱上各设有一阻挡装置，当仪器不工作的时候，此装置的作用是对横杆起到托举的作用，避免不工作的时候，横杆自身的重力对其形状造成影响。 电动推杆的固定装置设计成合盖式，推杆的上的两轴安装在孔 6 中，安装的时候，上盖 9 打开，上盖由长销与装置的整体相联。当安装好推杆后，上盖由 4个联结螺钉 8 固定，整个装置由 6 个联结螺钉 7 与梁架联结。 （ 2）梁架的校 15核 机架所承受的载荷有机架自身的重力， DG 型电动推杆的重力以及电动推杆固定装置的重力，另外还有测量尺 、 弹簧以及横杆的重力。当电动推杆工作时所nts 17 产生的冲击力由于很小，在这里可以忽略不计。又因为梁架式测量仪是在室内工作，所以不承受风 、 水 、 冰 、 雪等载荷的作用，其重力系数根据受到较小的冲击力和微小的振动选 Kd=1.1 刚架强度的计算： 强度的计算： 许用应力： /jp k式中 许用应力 ； jp 基本许用应力 k 折减系数 k =1 基本许用应力： 对于塑性材料： /jp s snsn=1 5 弯曲 jp=jpA A=1 1 剪切 jp jpAA=0 7 扭转 jp jpAA=0 6 根据以上计算，选机架的材料为 HT-200，由于顶部所开的圆孔小于机架面积的10%，所以开孔不会显著降低刚架的强度，机架的结构如图 4.2. （ 3）材料的选择 梁架整体比较大，跨度比较宽，横梁的承受载荷的能力要求很高。 综合上述条件和计算选择其材料为 15HT-200 。 2.弹簧的设 7计 图 4.3 nts 18 （ 1）设计的内容 在这里选用圆柱压缩弹簧，其主要作用是利用其弹性让测量尺自动回复到零位。 此处弹簧采用两端并紧 、 磨平，在安装的时候给与较小的预应力，其结构如图 4.3 （ 2）设计尺寸的计算 (a) 弹簧的最大载荷定为 100N，最大变形量定位 150mm，由于在这里弹簧的尺寸不是很大，价格要求较便宜，所以选用的材料为 65Mn，此材料的优点是淬透性好和强度较搞。 (b) 旋绕比 C 在这里选为 8. (c) 自由度系数 K 4 1 0 . 6 1 5 1 . 344C CC (d) 根据测量尺的尺寸选弹簧的中径 D=22mm. (e) 试算弹簧丝的直径 m a x1 . 6 F K Cd =0 3 BB=1700 m a x1 . 6 F K Cd =1 98 取 2d mm 。 (f) 工作圈数的计算： 80000G m a x3m a x 588Gdn FC (g) 弹簧结构尺寸的计算 外径2 24D D d m m 内径1 20D D d m m 节距 0 . 2 8 0 . 5 0 . 2 8 2 2 6 . 1 6p D m m 自由高度 0 1 . 5 2 . 2 3 6H p n d m m nts 19 螺旋角 5pa rc tgp o(3) 材料的选择 在这里要求弹簧有足够的弹性，而且能够经受多次的压缩 而不变形，再次从经济方面来考虑选择其材料为 765Mn . 3. 横杆的设 2计 图 4.4 横杆 1 滚子 2 杆体 3 测量尺孔 4 探测尺 5 凸台 6 销孔 （ 1） 设计的内容与尺寸 横杆是对称的结构，因其要承受一定的载荷，所以在这里对其刚度和弯矩有一定的要求，另外需要做出特别设计的是它的两端的结构。 其两端嵌入机架立柱的滑槽内，它的俯视图呈“工”字型结构，其内设有滚子，在这里设滚子的主要原因是为了减少横杆与立柱的摩擦以增加横杆和立柱的使用寿命，滚子用圆柱销固定，其直径为 12mm,圆柱销的直径为 8mm. 横杆的另外一特殊设计是其下端的探测杆，此杆的主要作用是，一旦 接触到下心盘的上平面，测量仪器便停止工作，开始进入数据的读出与统计分析阶段。由于下心盘是由圆柱销与转向架链接的，其中心部分有一个直径为 80mm 的圆台，它的高为 10mm，所以横杆的底端设计成“桥”式的结构，以保证探测杆能nts 20 够接触到下心盘的上平面而不与圆台产生冲突，它的结构如图 2.3 （ 2） 材料的选择 横杆要有比较强的刚性，和抗弯曲的能力，另外它的重量不可过大，避免自身的质量给杆体造成过大的负荷，在这里选择其材料为 15QT900-2 4. 测量尺的设计 图 4 5 测量尺 1固定装置 2尺身 3螺纹孔 （ 1）设计的内容与尺寸 此处测量尺与普通的测量直尺没有太大的区别，主要是其顶端有一定位装置，当压缩弹簧的回复力使测量尺返回零位的时候，此装置就起到阻止测量尺移动过量的作用。另外在距离测量尺的底部 170mm 处，两侧各有一螺纹孔，它们的作用是固定弹簧的位置，以使弹簧可以受力，从而迫使测量尺回复到零位，其nts 21 结构如图 4 5 （ 2）材料的选择 测量尺要求有刚性和韧性，而且耐磨性也比较好，在刻刻度线的时候，要求不会损坏刀具，在这里选 择 8MnSi 作为其材 19料 。 5 滚花头不脱出螺 19钉 滚花头不脱出螺钉安装在测量尺上，固定弹簧的位置，从而使弹簧受力。它要有一定的强度，以便能够承受足够的外力。 6 DG 型电动推 15杆 图 4 6 DG 型电动推杆 1 M： YZA7134 电机 2 推杆 4 固定栓 在刚刚开始设计控制测量尺的上升与下降的装置时，考虑的 是利用矩形螺纹导杆，但问题也就随之不断的出现了。首先要解决的是，怎样当测量尺接触到被测面的时候，螺纹导杆就停止运动，关于这个问题曾经想到过在横杆的探测杆的nts 22 底面上安装以微动开关，这样是利用它的灵敏度来控制螺纹导杆的运动，但是其导线的连接是个需要仔细研究的问题，其接法 、 线路的安装以及运动的时候外部条件对导线的损坏情况是个很棘手的问题。另外最关键的问题是，微动开关会影 响到测量的精度，所以此方法在这里是行不通的。还有，如果采用螺纹导杆的话，考虑到使用寿命的问题，则横杆的设计需要改变，其尺寸会 变得庞大，质量会变得过重，这些会造成生产的成本过大，不够经济。所以经过再三的仔细研究，决定使用 DG 电动推杆来作为测量尺的动力源装置。 在这里采用的是 DG 型电动推杆中的 B 型，其尺寸不大，最关键的是其结构刚好与测量仪器的结构相符合，便于安装。它的额定行程为 200mm，也与测量仪器的要求相符合。其重量为 34kg，它的电动机型号是 M： YZA7134， 550W，1.75A。它的最大的优点是其行程调节机构可以在额定行程的范围内任意调节工作的行程范围，相应的外行程可以与微机联网实现自动控制。从而解决了当横杆的探测杆碰到下 心盘的上平面就自动停止的问题，其结构如图 2.5 7 位移传感 16器 位移传感器的作用是与相应的读卡连接，直接与计算机联网，自动把测量的数据输送到计算机里，从而实现数据的自动分析。它的安装位置是在横杆上测量尺的配合孔处。 nts 23 第 五 章 结果与分析 根据国家铁道部 426 号文件和柳州车辆段的有关规定和要求，又根据在柳州市科路测量仪器研究所所了解的有关测量仪器方面的知识，我所设计的弹性旁承上平面与下心盘上平面的垂直距离检测装置具有自动读数和 数据的输出等功能，从而大大提高了检测的工作效率，也提高了检测时的精度，下面就两种方案分别作出实验的结果与分析。 一 三角架式检测装置的优点与缺点 三角底架测量仪器的结构特点是，性能稳定。特别是齐三角底架利用三角形最稳定的原理与下心盘的上平面接触，然后利用磁铁固定在它的上方，从而避免了侧翻的可能性。由于此装置是把一组弹性旁承的上平面与下心盘的上平面的垂直距离分两次检测的，所以在这里考虑到了当测完一个数据再测另外一数据的时候，数显装置的清零的问题，就如前面所说，在这里，如果不把横杆与旋转柱分开的话，在测量 另外一数据的时候就必须得把测量尺向上滑动，那么此时数显装置所读出的数据就不准确，因此，横杆就需要与旋转柱分开。 在使用三角底架测量仪的时候，把测量尺的锁紧螺钉松开，并且使测量尺的底面与三角支撑架的底面在同一水平面上，此时，把横杆向上旋转，把测量仪放在下心盘上，再把横杆向下缓缓旋转，当测量尺接触到弹性旁承的上平面的时候，测量尺开始向上滑动，直到横杆接触到挡槽的时候，测量尺不再滑动，此时数显装置所显示的数字就是要测量的数据。测另一组数据的时候，只需转动旋转柱，再重复上述步骤即可。 当测量仪器工作的时候，把框架上 的横杆锁紧螺钉拧紧，从而固定测量尺的位置。当测量仪器不工作的时候，可把螺钉松开，把框架滑向旋转柱处，再把螺钉拧紧，同时也把测量尺滑到最底端，然后用锁紧螺钉固定住，这样做的好处是减少横杆的载荷，延长其寿命，不至于使其因为一端受经常受压力而产生弯曲，影响测量的精度。 当测量尺 、 横杆或者旋转住受到磨损或不小心碰坏的时候，其拆卸方便，这些零件可以批量生产。 本方案的工艺比较简单，没有很复杂的加工工序，各个组零件都很容易加工出来，而锁紧螺钉和数显装置都是现成的，所以此方案生产出来的价格应该是比较便宜的。 但是它的缺点 是，虽然实现了自动读取数据，但是还是没能完成实现智能化，nts 24 其测量的工程还得需要工人师傅的仔细作业才可，另外它的重量也是比较大的，当测量完一个转向架的数据后，工人们把它拿到另一转向架的时候是比较费力的。 二 梁架 式检测装置的优点与缺点 梁架式测量仪相对三角底架测量仪来说实现了智能化。梁架式测量仪的安装是个很关键的过程最需要注意的是，由于整个装置的设计都是水平的，既与轨道的平面平行。而且很多尺寸包括测量尺与横杆探测杆的最低点都是根据车轮的高度而设计的，这样是为了保证转向架可以自由的在测量仪器的下面通过，所以 在安装的时候一定要确保测量仪器的最低面与火车轨道的平面在同一水平面上，误差不可过大，以不至于影响转向架的通过。 DG 型电动推杆是整个测量仪器的动力装置。电动杆本身具有额定推力过载保护装置和行程调节机构。前者在制造过程中就已经设定了额定推力，工作中一旦遇到意外，推力超过额定值，系统立即断电停车，保护电机和机构不被破坏，但是，绝对不能以此作为正常运行的终点开关使用，后者可在额定行程范围内任意调节工作行程范围，相应的外行程开关可以与计算机联网实现自动控制，电动推杆的这项优势就保证了与计算机联网实现智能化的设计要求 ，另外把位移传感器一并与计算机联在一起，这样就实现了数据的自动读出与分析，大大提高了工作效率，减少了工人的工作量。 横杆是从梁架的下端安装的，横杆上的滚子是为了减小摩擦和提高梁架和横杆的工作寿命而设计的，起上下移动的时候基本上没有太大的阻力，而且很灵活。测量尺的位置与弹性旁承和下心盘的安装位置相同。当横杆下降的时候，测量尺上的弹簧只受预设外力的作用，此时弹力很小，随着横杆的继续下降，测量尺首先接触到弹性旁承的上平面，测量尺开始向上移动，此时，弹簧在横杆和滚花不脱出螺钉的作用下，它的弹力不断的增大，当横杆上的 探测尺接触到下心盘的上平面的时候，测量仪器自动停止，此时，测量尺上升的距离就是所要测量的距离，计算机此时自动记录和分析所测到的数值，当这些工作完成后计算机发出指令使横杆上升，这时弹簧就起到了使测量尺恢复到零位的作用。 梁架式测量仪器的各部件都可以灵活的拆换，并且更换的程序并不复杂，而且在组装的时候也是相当简单的，梁架式测量仪器的工作效率比起三角底架测量仪来，其工作效率更高，测量精度相当，但是操作是更加的方便了，只需要把转向架推到测量仪器的下面就可以完成数据的检测与分析。 但是梁架式测量仪器的造价是比较高的， 而且它的尺寸比较大，在运输的时nts 25 候不是很方便，占用比较大的垂直空间。 三 对比与分析 综合以上所述，我自己还是认为无论是从国家铁道部的 426 号文件还是从柳州车辆段要求方面来考虑，应该是梁架式测量仪器比较符合要求。虽然梁架式测量仪的造价比较高，运输也有一定的难度，但是它实现了智能化，符合现代科学技术发展的要求。它与三角底架测量仪器相比，不用分两次来测量一转向架上的数据，另外，虽然，三角底架测量仪器也实现了利用数显装置直接读数的功能，但是，它还是需要利用人工来记录其数据，再由人工来对其进行分析，这样工作效率 还是不高，而梁架式测量仪器借助计算机就可以完成以上所有工作，工作效率就更高了。 nts 26 结论 大学四年转眼间即将过去，不知不觉四年时光象流水一样东去，而在这四年里我们究竟学到了什么？学的怎么样？哪些知识掌握的不够牢固？这次的毕业设计为我们提供了一次很好的自我检验的舞台。 当我们在各个机械工厂参观的时候，当时的感觉是，这些机器没有什么啊，不就是把各个零件组装起来组成一个系统吗。并不是想象中的那么难呀，这种心态的产生是因为我们只知道了一些理论知识，从而只知道了表面现象，而更 具体的我们却没有能力去深刻的了解，不只到设计的工程是多么的艰辛，就象我们在品尝美味佳肴的时候，却不知道是怎么做出来的。 我们在柳州科路测量仪器研究所和柳州车辆段参观的日子里，我们了解到了很多有关测量仪器方面的知识。以前从来都没有想到过，测量工具竟然有那么复杂的结构，最让我佩服的是那巧妙的构思，设计师傅们根据被测物的结构而设计的形态各异的测量仪器，而且还能智能读数。当我们了解到我们的毕业设计课题正是关于这方面的时候，我们是相当的兴奋，而且我们的课题都是铁道部刚下达的文件里做出的新要求，这对我们来说是很有挑战性 的。 然而当我们选择好自己的课题后，开始进入实质性的设计时，却普遍有一种无从下手的感觉。这时，我们才知道了自己是知道的那么微不足道。 我所设计的弹性旁承上平面与下心盘上平面的垂直距离的检测装置，在设计的过程中就遇到了不少的麻烦。比如在设计三角抵架测量引起的工程中，虽然很快就把方案确定了下来，而且也把图形画了出来，但是，却出现了一处很严重的问题，就是在最初的设计是横杆与旋转柱成为一体，这个设计是相当失败的，因为，如果以这样的结构去测量的话，由于横杆与旋转柱是一刚体，而下心盘的位置是底于弹性旁盛的位置的，那么当 测量另外一数据的时候，就得把测量尺向上滑动，而此时数显装置的读数是在不断的变化的，那么当测量尺稳定后，数显装置的读数就不是要测量的数据，如果按照此相数据记录，将会造成很严重的后果。最后那横杆与旋转柱分开，使横杆也可以自由的旋转，这时的结构就符合了设计的最初思路，而且数据绝对的精确。 在设计梁架式测量仪器的时候，遇到的最大的困难是怎样让整个装置接触到下心盘的时
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