轨道交通机械技术

高等职业教育轨道交通类“十四五”规划教材

轨道交通机械技术

郭喜春主编

◎

孙波副主编

◎

牟景海主审

◎

内容简介

本书是黑龙江省高水平院校建设项目成果之一是结合铁路城市轨道交通行业各类设备

,、

的运用维护和检修岗位对机械知识和技能的需求将工程力学机械设计基础工程材料与成

、,、、

型工艺液压与气压传动技术四门课程的内容整合为一体突出轨道交通特色服务轨道交通

、,,

行业的新型教材

。

全书除绪论外分为个模块共个项目模块一为力学基础设计了静力学基础材

,4,12。,、

料力学基础个项目模块二为工程材料基础设计了金属材料非金属材料工艺基础个项

2;,、、3

目模块三为机械基础设计了常用机构认知机械传动机械连接轴系零部件润滑与密封

;,、、、、

个项目模块四为气压与液压传动基础设计了气压传动基础和液压传动基础个项目

5;,2。

本书采用最新国家标准和行业标准进行内容的编写图文并茂突出技术应用能力的培

,,

养理论知识以够用为度注重培养学生的职业能力和职业素质内容侧重实用够用注重

,“”,,、,

理论知识为实践服务可作为高职高专院校成人高校及中等职业学校铁道运输类城市轨道

,、、

交通类和装备制造大类各专业的教材也可作为有关专业在职人员培训用书

,。

图书在版编目CIP数据

()

轨道交通机械技术郭喜春主编北京中国铁道出版社

/.—:

有限公司

,2021.11

高等职业教育轨道交通类十四五规划教材

“”

ISBN978-7-113-28715-3

轨郭城市铁路机械设备高等职业

Ⅰ.①…Ⅱ.①…Ⅲ.①--

教育教材

-Ⅳ.①U239.5

中国版本图书馆数据核字第号

CIP(2021)263974

书名:轨道交通机械技术

作者:郭喜春

责任编辑:张松涛编辑部电话:

(010)83527746

封面设计:高博越

责任校对:孙玫

责任印制:樊启鹏

出版发行:中国铁道出版社有限公司北京市西城区右安门西街号

(100054,8)

网址:

http://www.tdpress.com/51eds/

印刷:北京联兴盛业印刷股份有限公司

版次:年月第版年月第次印刷

20211112021111

开本:印张:字数:千

787mm×1092mm1/1622.25539

书号:

ISBN978-7-113-28715-3

定价:元

54.00

版权所有侵权必究

凡购买铁道版图书如有印制质量问题请与本社教材图书营销部联系调换电话

,,。:(010)63550836

打击盗版举报电话

:(010)63549461

当前,我国轨道交通发展迅速。截至年底,全国铁路营业里程达到万,

202014.63km

其中高铁里程增加到万;中国内地城市轨道交通在建城市个,运营里程

3.79km61

,稳居世界第一。随之而来的,是行业人才的巨大需求。同时,铁路和城市轨

7969.7km

道交通行业各类设备的运用、维护、检修岗位都对机械知识和技能提出了一定的要求。

为了适应轨道交通行业高速发展以及高等职业教育教学改革的需要,《轨道交通机

械技术》紧扣轨道交通(含铁路和城市轨道交通)领域,采用了最新的国家标准和行业标

准进行内容编写。本书以培养技术技能型人才为目标对教学内容进行了重新设计,侧重

实用、够用。选取了轨道交通典型案例对知识、技能和能力进行阐述,注重理论知识为实

践服务,突出技术应用能力的培养,体现出“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值

观”的三维教学目标。

本书在编写过程中调研了中国铁路哈尔滨局集团有限公司、哈尔滨地铁集团有限公

司等行业企业,采用校企合作,双方共同组建编写团队,结合岗位和后续专业课程的需

要,共同确定了本书的各项目内容:静力学基础、材料力学基础、金属材料、非金属材料、

工艺基础、常用机构认知、机械传动、机械连接、轴系零部件、润滑与密封、气压传动基础

和液压传动基础。

本书由哈尔滨铁道职业技术学院郭喜春任主编,中国铁路哈尔滨局集团有限公司

孙波任副主编,中国铁路哈尔滨局集团有限公司牟景海任主审。哈尔滨铁道职业技术学院

刘春雨、李春付、徐进参与了本书的编写。具体分工如下:徐进编写绪论,郭喜春编写项

目一项目九,孙波编写项目十,李春付编写项目十一,刘春雨编写项目十二,郭喜春负

~

责本书的统稿工作。

在本书的编写过程中,得到了中国铁路哈尔滨局集团有限公司哈尔滨职工培训基地

以及哈尔滨铁道职业技术学院的大力支持,在此向他们表示衷心的感谢!

由于编者水平有限,书中难免存在不足之处,诚请广大读者和各位同行批评指正,以

便对本书加以修正,使之不断完善。

编者

年月

20217

绪论………………

1

练习题………………………

9

模块一力学基础

项目一静力学基础…………

11

任务一静力学的基本概念和公理……………………

11

任务二约束和约束反力………………

16

任务三平面力系………………………

22

任务四摩擦………………………

35

练习题……………………

40

项目二材料力学基础………………………

43

任务一材料力学概述…………………

44

任务二轴向拉伸与压缩………………

49

任务三剪切与挤压……………………

62

任务四扭转………………………

68

任务五直梁的弯曲……………………

75

任务六交变应力和疲劳强度的概念…………………

84

练习题……………………

90

模块二工程材料基础

项目三金属材料……………

95

任务一金属材料的性能………………

95

任务二常用黑色金属材料……………

101

任务三常用有色金属材料……………

109

练习题……………………

116

项目四非金属材料………………………

117

任务一塑料………………………

118

任务二橡胶………………………

120

任务三陶瓷………………………

124

1

任务四粉末冶金材料…………………

126

任务五复合材料………………………

128

练习题……………………

135

项目五工艺基础…………

136

任务一材料成型工艺简介……………

136

任务二钢的热处理简介………………

152

练习题……………………

157

模块三机械基础

项目六常用机构认知……………………

159

任务一平面机构………………………

160

任务二平面连杆机构…………………

166

任务三凸轮机构………………………

175

任务四间歇运动机构…………………

180

任务五螺旋机构………………………

188

练习题……………………

192

项目七机械传动…………

194

任务一带传动………………………

195

任务二链条传动………………………

201

任务三齿轮传动………………………

205

任务四轮系和减速器…………………

222

练习题……………………

231

项目八机械连接…………

233

任务一螺纹连接………………………

233

任务二键连接………………………

243

任务三销连接………………………

246

任务四其他常用连接…………………

248

练习题……………………

250

项目九轴系零部件………………………

251

任务一轴………………

251

任务二滑动轴承………………………

260

任务三滚动轴承………………………

264

任务四联轴器………………………

276

2

任务五离合器………………………

282

练习题……………………

285

项目十润滑与密封………………………

287

任务一机械润滑………………………

287

任务二密封装置………………………

292

练习题……………………

298

模块四气压与液压传动基础

项目十一气压传动基础…………………

300

任务一气压传动基础知识……………

300

任务二气源装置和气动执行元件……………………

304

任务三气动控制元件和基本回路……………………

316

练习题……………………

327

项目十二液压传动基础…………………

328

任务一液压传动基础知识……………

328

任务二液压元件识别…………………

332

任务三液压基本回路…………………

336

练习题……………………

340

附录常用气动与液压元辅件图形符号………………

()342

参考文献………………………

346

3

绪论

在人们的生产和生活中广泛地使用着各种类型的机器,以减轻或代替人们的劳动,提高

生产效率、产品质量和生产水平。机器的种类繁多,其中比较有代表性的就有轨道交通领

域,如动车组、地铁车辆、铁路机车等。不同机器的构造、性能和用途均不相同,但从机器的

组成分析来看,它们又有共同点。下面主要介绍轨道交通、机械的相关概念。

知识目标:

()了解轨道交通的相关概念。

1

()掌握机械及机械的组成等基本概念。

2

()了解轨道交通中常见的机构。

3

能力目标:

()能够准确区分机器与机构。

1

()能够根据机械的组成要素对实际产品进行分析。

2

素养目标:

()激发学生的学习兴趣和爱国热情,增强学生的民族自豪感和“四个自信”。

1

()引导学生正确处理整体与个体关系、国家与个人关系,融入爱国意识,树立正确的价

2

值观。

()培养学生的专业意识和使命意识。

3

一、轨道交通

最典型的轨道交通是由机车车辆和标准铁路所组成的铁路系统随着轨道交通领域技

。

术的多元化发展轨道交通的类型越来越多

,。

(一)轨道交通的分类

目前轨道交通主要分为干线铁路城际铁路市郊域铁路和城市轨道交通四个层次

,、、(),

如图所示

0-1。

其中干线铁路是最原始的轨道交通分普速铁路和高速铁路两大类它主要负责大规模

,,

兼远距离的客货运输通常由大型机车牵引多节车厢进行运载城际铁路是一种综合属性介

,;

于传统铁路和城市轨道交通之间的新兴轨道交通类型它主要负责高速度兼中距离的旅客

,

运输通常由大型动车组运载乘客以实现相邻城市间的快速联络满足城市群间的沟通交

,,

1

流市郊域铁路指的是大都市市域范围内的客运轨道交通系统服务于城市与郊区中心

;(),、

城市与卫星城重点城镇间等服务范围一般在其车站距离短密度大设计速

、,50~100km,、,

度宜为一般采用传统铁路技术城市轨道交通是以电能为主要动力能源

100~160km/h,;,

采用轮轨运转体系的大运量快速公共交通系统它主要负责无障碍兼短距离的旅客运输

,,

通常由轻型动车组或有轨电车作为运送载体有效缓解了城市内部密集客流的交通压力

,,

如图所示

0-2。

图0-1轨道交通层次图

次列车京津城际

(a)Z215(b)

温州市域铁路哈尔滨地铁

(c)(d)

图0-2轨道交通分类图

2

轨道交通按照列车驱动力可以大致分为轮轨系统和磁浮系统两大类城市铁路地铁

,、、

轻轨独轨属于轮轨系统而线性电动机车辆严格地说属于磁浮系统一类如图所示按

、,,0-3;

线路架设方式可分为地下高架和地面按牵引方式可分为旋转式直流交流电动机牵引

,、;,、

和直线电动机牵引若按轮轨支撑形式可分为钢轮钢轨系统和橡胶轮混凝土轨道梁系统如

;,

图所示

0-4。

轮轨系统磁浮系统上海

(a)(b)()

图0-3轨道交通按列车驱动力分类

(a)(b)

图0-4跨座式单轨

(二)轨道交通的特点和发展趋势

根据服务范围差异轨道交通普遍具有运量大速度快班次密安全舒适准点率高全

,、、、、、

天候运费低和节能环保等优点但同时常伴随着较高的前期投资技术要求和维护成本并

、,、,

且占用的空间往往较大

。

预计到年全国铁路营业总里程将达到万左右其中高铁含城际铁路

2025,17km,()

万左右铁路基本覆盖城区人口万以上的城市高铁覆盖%城区人口万以上

5km,20,9850

的城市而全国城市轨道交通城区领域运营总里程也有望突破万

;,1km。

年月国务院印发了交通强国建设纲要在关于构建便捷顺畅的城市群交通

20199《》,()

网中提出了轨道交通四网融合概念即推进干线铁路城际铁路市郊域铁路城市轨

,“”,、、()、

道交通融合发展服务不同需求特征构筑多层次多模式的轨道交通体系

,,、。

同时新一轮以信息科技人工智能新能源等为核心的技术革命和产业运行方式变革

,、、

也在不断推进轨道交通运输发展的基本方向是网络化智能化的服务组织创新安全高

,、,、

效绿色智能的轨道交通成为未来的主导方向

、、。

3

二、轨道交通装备的概念和发展趋势

轨道交通装备是铁路和城市轨道交通运输所需各类装备的总称主要涵盖了机车车辆

,、

工程及养路机械通信信号牵引供电安全保障运营管理等各种机电装备

、、、、。

自年以后我国铁路连续进行了六次大面积提速通过引进消化吸收和再创新

1997,,、、,

极大推动了轨道交通装备制造业水平的提升目前我国已经形成了自主研发配套完整设

。、、

备先进规模经营的集研发设计制造试验和服务于一体的轨道交通装备制造体系包括

、,、、、,

电力机车内燃机车动车组铁道客车铁道货车城轨车辆机车车辆关键部件信号设备

、、、、、、、、

牵引供电设备轨道工程机械设备等个专业制造系统

、10。

当前全球正经历以信息网络智能制造新能源和新材料为代表的新一轮技术创新浪

,、、

潮全球轨道交通装备领域孕育着新一轮全方位的变革轨道交通装备制造业作为高端制

,。

造的代表全球领先的轨道交通企业已经开始实施产品数字化设计智能化制造信息化服

,、、

务为了中国轨道交通装备制造业能够迈进信息化智能化时代走上制造强国之路我们

。、,,

要紧紧抓住技术演进和产业发展的机遇坚持创新驱动

,。

三、机械的概念

机械的种类繁多形式各不相同但却有一些共同的特征就其组成而言一个完整的

,,。,

机械主要有以下四个部分

:

动力部分是机械的动力来源其作用是把其他形式的能转变为机械能以驱动机械

(1),,

运动并做功如型电力机车的牵引电动机型轨道车中的内燃机

,HXD3C、GC-220。

执行部分是直接完成机械预定功能的部分如起重机吊钩机车的车轮等

(2),,、。

传动部分是将运动和动力传递给执行部分的中间环节它可以改变运动速度转换

(3),,、

运动形式以满足工作部分的各种要求如减速器将高速转动变为低速转动螺旋机构将旋

,,、

转运动转换成直线运动

。

控制部分是用来控制机械的其他部分使操作者能随时实现或停止各项功能如机

(4),,,

器的开停运动速度和方向的改变等这一部分通常包括机械和电子控制系统

、,。

机械的组成不是一成不变的有些简单机械不一定完整具有上述四个部分有的甚至只

,,

有动力部分和执行部分如水泵砂轮机等而对于较复杂的机械除具有上述四个部分外

,、;,,

还有润滑照明装置等

、。

四、机器和机构

一方面机械是机器和机构的总和机器是各部分之间具有确定相对运动的人为的实

,。、

物组合它能代替或减轻人类劳动完成有用的机械功或转换机械能机构是用来传递运动

,,;

和力由具有确定相对运动的各部分构件组成另一方面机器又是由各种机构和原动机组

,。,

成的一般情况下机械和机器的称谓可以互通同时由于电子电气技术的快速发展机

,,。、,、

电液气在现代机械中得到了广泛应用现代机械中的机电已密不可分大多数传统的单纯

、、,,

机械产品已逐渐演变成现在的机电产品但由于传统习惯本书仍称之为机械

。,。

在现代机械中传动部分有机械的电力的液压和气压的其中以机械传动应用最为

,、、,

广泛

。

4

图所示为一内燃机气缸体起支承作用进气阀和排气阀分别由凸轮和凸

0-5。1,234

轮控制使燃气按时进入气缸点火燃烧后排出气缸燃烧的气体膨胀时推动活塞向

5,,。11

下通过连杆带动曲轴转动再通过小齿轮和大齿轮带动两凸轮和从而控制

,108;7645,

进气阀和排气阀以上各动作协调配合活塞回程向上运动可依靠飞轮的惯性这

23。,()9,

样便能使曲轴作连续转动因此内燃机可将燃气燃烧时的热能转变为曲轴转动的机械

,8。,

能内燃机包含了气缸活塞连杆曲轴组成的曲柄滑块机构凸轮顶杆机架组成的凸轮

。、、、,、、

机构齿轮和机架组成的齿轮机构

,。

图0-5内燃机

气缸体进气阀排气阀凸轮大齿轮

1—;2—;3—;4,5—;6—;

小齿轮曲轴飞轮连杆活塞

7—;8—;9—;10—;11—

图所示为颚式破碎机它是用作破碎矿石的机器驱动力来自电动机通过小

0-6(a),。1,

带轮形胶带大带轮带动偏心轴偏心轮转动从而使动颚作平面运动矿石便

2、V3、4()5,6,

在动颚与定颚之间被压碎图

67[0-6(b)]。

由以上两个例子可以看出尽管它们的用途结构和性能不相同但都有如下三个共同

,、,

的特征

:

它们都是人为的实物组合体

(1);

各实物之间具有确定的相对运动

(2);

它们都能够代替或减轻人的劳动有效地完成机械功或转换能量

(3),。

5

(a)(b)

图0-6颚式破碎机

电动机小带轮形胶带大带轮

1—;2—;3—V;4—;

偏心轴偏心轮动颚定颚

5—();6—;7—

五、构件和零件

组成机构的各个相对运动部分称为构件构件是机械系统中的运动单元可以是单个

。,

零件也可以是由若干零件通过刚性连接组成的整体零件是机械系统中的制造单元可以

,;,

分为通用零件和专用零件

。

各种机械中普通使用的零件称为通用零件如螺栓轴轴承齿轮弹簧键等只在某

,、、、、、;

些机械中使用的零件称为专用零件如内燃机的活塞曲轴等