机车车轮毕业设计

1、 华中科技大学文华学院毕业设计（论文）华中科技大学文华学院毕业设计（论文）机车车轮联动机构的设计与仿真学 生 姓 名： 徐 凡 学号：090371041322 学 部 （系）：机械与电气工程学部 专 业 年 级：09级机械设计与制造4班 指 导 教 师：李元科 职称或学位：教授2012年5月22日目录摘要2关键词：2前言21、绪论31.1 PRO/E软件在产品造型设计方面的应用32、机车车轮联动机构的设计及计算52.1齿轮的弯曲强度计算92.2齿轮的接触强度计算：93、机车车轮联动机构的分析104、机车车轮联动机构的零件三维造型134.1机构的三维造型134.2机构的二维图185、机车车轮联动机构的PROE装配与仿真215.1机构的装配215.2机构的仿真24参考文献25致谢25摘要本文主要是在Pro/E软件设计平台上完成机车车轮联动机构的三维造型设计的。在整个设计的过程中，主要对机车车轮联动机构的各个零部件进行三维造型设计和色彩渲染，最后对各个零部件进行虚拟装配、动态仿真、全局干涉检查。通过对机车车轮联动机构的系统设计，肯定了Pro/E软件在造型设计、基本特征创建、组件虚拟装配、动态

2、仿真、色彩渲染等方面的优势，从而使设计工作直观化、高效化、精确化。并充分证明了Pro/E软件在新产品的研究和开发中具有很重要的意义。关键词：Pro/E；三维造型；虚拟装配；色彩渲染；动态仿真前言铁路运输业是一个独立的、特殊的物质生产部门，是发展经济、提高人民物质集体化生活水平的重要基础设施。由于国民经济的发展不断推动着铁路运输量的增长，铁路运输在国民经济的发展中处于重要的地位，是能源、矿类等重要物资的重要运输方式。铁路运输具有运量大、运价低且运距长的优势。在全球石油供求相对紧张的情况下,由于铁路运输能源消耗量低,系统价格低廉,铁路运输因其技术经济特征优势受油价上涨影响相对较小。在公路运输普遍低迷的情况下,铁路运输可以为社会运输需求提供充足的运力保证。 其次,铁路运输具有绿色优势。首先,在环境污染方面,铁路所产生的废气、噪音干扰比其他运输方式都要低,从各运输方式货运(吨/公里)造成的单位污染强度来看,公路是铁路的10倍。相对来说,铁路对环境和生态平衡的影响程度较小,特别是电气化铁路的影响更小;其次在能耗方面,等量运输下,铁路明显优于公路和民航;再者,在土地资源方面,铁路占地少,利用率高,

3、在相同流量情况下,铁路占地仅为公路的八分之一,因此可以节省大量的土地,使土地资源达到最有效的利用。首先,铁路货运有较完善的基础设施,具有覆盖全国大部分地区的运输网络。截至2008年,我国有9万公里铁路以及遍及全国的营业铁路运输网,覆盖面广,运输能力强,成本低,全天候和高度集中统一的优点是其他运输方式所不能代替的竞争优势。其次,从地理位置来讲,铁路物流具有成为物流配送中心的优势。铁路货场站大都处于城镇或区域的经济中心,同时都具有大量的仓库、货场,以及各种装卸设备设施。另外铁路还有直接与企业相连的各种专用线、专用铁道等设施,具备仓储、保管和运输的有利条件。提高主要体现在两个方面:一是规模的大型化,为了进一步发展铁路物流的规模优势,铁路货运车辆将向载重化发展,如已出现载重量达71 500吨的超重货运列车;二是速度的高速化,铁路将通过提高运输速度,不断缩小与航空运输、公路运输的差距。如法国在1990年制造了时速515.3km/h的高速列车,日本1998年将实验时速提高到539km/h,我国当前正采取多种技术方案实现铁路的提速战略。总之货运向现代物流方向发展,是我国铁路货运发展的必由之路。这是分

4、析我国铁路货运经营状况,科学的探讨我国铁路货运的内外部环境,明确我国铁路货运业的优势和劣势、机会和威胁后得出的结论。铁路货运作为我国最大的运输企业,是众多供应链下的重要物流环节,在我国物流业的发展中占有重要的位置,相信铁路货运业将一如既往,积极探索推进我国现代物流业快速发展的有效途径,为构筑货畅其流、方便准时、经济合理、用户满意的现代物流环境,建设和完善专业化、社会化、现代化的物流服务网络做出新的贡献。1、绪论科学技术的迅猛发展，以前所未有的速度冲击和改变着我们的生活水平和生产方式。物质的极大丰富，使人们对各种产品的要求发生了根本性的变化。纯功能性的产品已经满足不了人们的生活需要。艺术的形态、人性化的设计成为大众首选的时尚，二十一世纪是设计的世纪，在激烈的市场竞争中，出色的造型设计将是企业成功的重要因素，因为它可以创造产品的个性，提升品牌的价值，使产品更具有竞争力。火车车轮是非常重要的火车零部件之一。由于其生产加工过程主要采用热加工成形工艺，当轮坯在各个工序间传递时流水线需要满足环境温度高、传递负载大、传递速度快、定位精度高等要求。因此，普通流水线的工件传递方式都不能很好地满足车轮热生

5、产中各工序间的传递工作要求。机械手是能够模仿人体肢体部分功能并允许对其进行自动控件，使其按照预定要求输送工件或操持工具进行生产操作的自动化生产设备。它具有动作灵活可控、定位准确可靠、负载驱动力高、环境适应力强等特点。目前，机械手广泛应用于钢铁、海洋、石油、化工、物流搬运等生产自动化行业，大大减轻了工人劳动强度和劳动条件，提高了生产效率，稳定了产品质量。针对火车车轮各生产工序间轮坯传递的高负载、高温、高位置精度、高生产率等要求。1.1 Pro/E软件在产品造型设计方面的应用三维造型设计软件正广泛应用于工业产品的设计和制造过程。目前流行的大型设计应用软件（如Solid Works,UG,Pro/E）均能实现从产品的造型设计、精确设计、模具分型、模具结构设计和模具数控加工等一整套自动化功能，为美化工业产品的外观造型、提高产品的精度和质量、缩短产品的设计和加工周期提供了非常有效的手段。Pro/E软件是由1985年美国PTC公司研发的计算机辅助工程设计软件。二十多年发展成为世界三维软件中的代表产品。作为高端的、全方位的三维产品设计开发软件，也成为国内最受欢迎的三维CAD/CAM软件，应用范围遍布

6、汽车、机械、电子、模具等诸多行业（1）参数化设计和特征功能Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型、如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。（2）单一数据库Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪 一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图娟任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。（3）全相关性Pro/Engnineer的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个

7、设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。（4）基于特征的参数化造型Pro/Engineer使用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性）然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。（5）数据管理加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率必须允许多个学科的工程师同时找一产品进行开发。数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了Pro/Engineer独特的全相关性功能，因而使之成为可能。（6）装配管理Pro/Engineer的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同

8、时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配中零件的数量不受限制。（7）易于使用 菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑项和预先选取的最普通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。2、机车车轮联动机构的设计及计算以点E2作以F为圆心，半径为AB（EF/AB）的圆周运动；而构件3上的点E3的轨迹显然也是以点F为圆心、AB长为半径的圆，即两者轨迹重合，因而增加了构件3及转动副E、F以后，并不影响机构的自由度。故在计算机构自由度时，应将构件3及转动副E、F除去。注意：若不满足AB、CD、EF平行且相等的条件，则EF杆为真实约束，机构不能运动。图2-1轨迹重合（2）两构件组成若干个导路中心线互相平行或重叠的移动副，如图2-2所示的D处或E处图2-2虚约束图（3）两构件组成若干个轴线互相重合的转动副，如图2-3所示的B处或C处。（4）在机构整个运动过程中，如果其中某两构件上两点之间的距离始终不变，则连接此两点的两个转动副和一个构件形成的约束也是虚约束。如图2-4所示，若拆去转动副E、F和构件4，则E、F之间及构件4对机构运动不起约束作用，

9、所以也是虚约束。（5）机构中对运动不起作用的自由度（F=-1）的对称部分存在虚约束。如图2-5所示的行星轮系，实际上只要一个行星轮2就可以满足运动要求，而图中却采用了三个行星轮作对称副一起不予计算。注意O处有两个转动副，该机构有三个活动构件，三个低副、两个高副，故可求得此机构的自由度为F=1应当指出的是：从机构运动的观点分析，机构的虚约束是多余的，但从增加机构的刚度和改善机构的受力条件来说却是有益的。此外，当机构具有虚约束时，通常对机构中零件的加工和机构的装配要求均较高，以满足特定的几何条件；否则，会使虚约束转化成真实约束而使机构不能运动。齿轮转矩计算由于机车行驶时传动等载荷的不稳定性，因此要准确地算出主减速器齿轮的计算载荷是比较困难的。通常是将发动机最大转矩配以传动系最低档传动比时和驱动车轮打滑时这两种情况下作用在主减速器从动齿轮最大应力的计算载荷。即 （2-1） （2-2）式中: 一发动机最大转矩，N.m； 由发动机到所计算的主减速器从动齿轮之间的传动系最低档传动比； 传动系上述传动部分的传动效率，取=0.9； 超载系数，对一般载货机车取Ko=1；当性能系数几0时，可取Ko= 2 或由实验决定 ； n 该机车的驱动桥的数目； 机车满载时一个驱动桥给水地面的最大负载 机车车轮对地面的附着系数；对于安装一般车轮的机车，取=0.85； 车轮的滚动半径，m； 主减速器从动齿轮到驱动轮之间的传动效率； 主减速器从动齿轮到驱动轮之间的减速比；

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