機車車輪畢業(yè)設計---機車車輪聯(lián)動機構的設計與仿真

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　機車車輪聯(lián)動機構的設計與仿真</p><p>　　學 生 姓 名： 學號： </p><p>　　學 部 （系）：機械與電氣工程學部 </p><p>　　專 業(yè) 年

2、 級：09級機械設計與制造4班 </p><p>　　指 導 教 師：xx 職稱或學位：教授</p><p>　　2012年5月22日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要2</b></p>&

3、lt;p><b>　　關鍵詞：2</b></p><p><b>　　前言2</b></p><p><b>　　1、緒論3</b></p><p>　　1.1 Pro/E軟件在產(chǎn)品造型設計方面的應用3</p><p>　　2、機車車輪聯(lián)動機構的設計及計算5&l

4、t;/p><p>　　2.1齒輪的彎曲強度計算9</p><p>　　2.2齒輪的接觸強度計算：9</p><p>　　3、機車車輪聯(lián)動機構的分析10</p><p>　　4、機車車輪聯(lián)動機構的零件三維造型13</p><p>　　4.1機構的三維造型13</p><p>　　4.2機構的

5、二維圖18</p><p>　　5、機車車輪聯(lián)動機構的Proe裝配與仿真21</p><p>　　5.1機構的裝配21</p><p>　　5.2機構的仿真24</p><p><b>　　參考文獻25</b></p><p><b>　　致謝25</b><

6、/p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文主要是在Pro/E軟件設計平臺上完成機車車輪聯(lián)動機構的三維造型設計的。在整個設計的過程中，主要對機車車輪聯(lián)動機構的各個零部件進行三維造型設計和色彩渲染，最后對各個零部件進行虛擬裝配、動態(tài)仿真、全局干涉檢查。通過對機車車輪聯(lián)動機構的系統(tǒng)設計，肯定了Pro/E軟件在造型設計、基本特征創(chuàng)建、組件虛擬裝配、動態(tài)仿真、

7、色彩渲染等方面的優(yōu)勢，從而使設計工作直觀化、高效化、精確化。并充分證明了Pro/E軟件在新產(chǎn)品的研究和開發(fā)中具有很重要的意義。</p><p>　　關鍵詞：Pro/E；三維造型；虛擬裝配；色彩渲染；動態(tài)仿真</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　鐵路運輸業(yè)是一個獨立的、特殊的物質生產(chǎn)部門，是發(fā)展經(jīng)濟、提高人民物質集體化生

8、活水平的重要基礎設施。由于國民經(jīng)濟的發(fā)展不斷推動著鐵路運輸量的增長，鐵路運輸在國民經(jīng)濟的發(fā)展中處于重要的地位，是能源、礦類等重要物資的重要運輸方式。鐵路運輸具有運量大、運價低且運距長的優(yōu)勢。在全球石油供求相對緊張的情況下,由于鐵路運輸能源消耗量低,系統(tǒng)價格低廉,鐵路運輸因其技術經(jīng)濟特征優(yōu)勢受油價上漲影響相對較小。在公路運輸普遍低迷的情況下,鐵路運輸可以為社會運輸需求提供充足的運力保證。 </p><p>　　其次

9、,鐵路運輸具有綠色優(yōu)勢。首先,在環(huán)境污染方面,鐵路所產(chǎn)生的廢氣、噪音干擾比其他運輸方式都要低,從各運輸方式貨運(噸/公里)造成的單位污染強度來看,公路是鐵路的10倍。相對來說,鐵路對環(huán)境和生態(tài)平衡的影響程度較小,特別是電氣化鐵路的影響更小;其次在能耗方面,等量運輸下,鐵路明顯優(yōu)于公路和民航;再者,在土地資源方面,鐵路占地少,利用率高,在相同流量情況下,鐵路占地僅為公路的八分之一,因此可以節(jié)省大量的土地,使土地資源達到最有效的利用。<

10、;/p><p>　　首先,鐵路貨運有較完善的基礎設施,具有覆蓋全國大部分地區(qū)的運輸網(wǎng)絡。截至2008年,我國有9萬公里鐵路以及遍及全國的營業(yè)鐵路運輸網(wǎng),覆蓋面廣,運輸能力強,成本低,全天候和高度集中統(tǒng)一的優(yōu)點是其他運輸方式所不能代替的競爭優(yōu)勢。其次,從地理位置來講,鐵路物流具有成為物流配送中心的優(yōu)勢。鐵路貨場站大都處于城鎮(zhèn)或區(qū)域的經(jīng)濟中心,同時都具有大量的倉庫、貨場,以及各種裝卸設備設施。另外鐵路還有直接與企業(yè)相連的

11、各種專用線、專用鐵道等設施,具備倉儲、保管和運輸?shù)挠欣麠l件。提高主要體現(xiàn)在兩個方面:一是規(guī)模的大型化,為了進一步發(fā)展鐵路物流的規(guī)模優(yōu)勢,鐵路貨運車輛將向載重化發(fā)展,如已出現(xiàn)載重量達71 500噸的超重貨運列車;二是速度的高速化,鐵路將通過提高運輸速度,不斷縮小與航空運輸、公路運輸?shù)牟罹?。如法國?990年制造了時速515.3km/h的高速列車,日本1998年將實驗時速提高到539km/h,我國當前正采取多種技術方案實現(xiàn)鐵路的提速戰(zhàn)略?？?/p>

12、之貨運向現(xiàn)代物流方向發(fā)展,是我國鐵路貨運發(fā)展的必由之路。這是分析我國鐵路貨運經(jīng)營狀況,科學的探討我國鐵路貨運的內外部環(huán)境,明確我國鐵路貨運業(yè)的優(yōu)勢和劣勢、機會和</p><p><b>　　1、緒論</b></p><p>　　科學技術的迅猛發(fā)展，以前所未有的速度沖擊和改變著我們的生活水平和生產(chǎn)方式。物質的極大豐富，使人們對各種產(chǎn)品的要求發(fā)生了根本性的變化。純功能性的

13、產(chǎn)品已經(jīng)滿足不了人們的生活需要。藝術的形態(tài)、人性化的設計成為大眾首選的時尚，二十一世紀是設計的世紀，在激烈的市場競爭中，出色的造型設計將是企業(yè)成功的重要因素，因為它可以創(chuàng)造產(chǎn)品的個性，提升品牌的價值，使產(chǎn)品更具有競爭力?；疖囓囕喪欠浅Ｖ匾幕疖嚵悴考?。由于其生產(chǎn)加工過程主要采用熱加工成形工藝，當輪坯在各個工序間傳遞時流水線需要滿足環(huán)境溫度高、傳遞負載大、傳遞速度快、定位精度高等要求。因此，普通流水線的工件傳遞方式都不能很好地滿足車輪

14、熱生產(chǎn)中各工序間的傳遞工作要求。機械手是能夠模仿人體肢體部分功能并允許對其進行自動控件，使其按照預定要求輸送工件或操持工具進行生產(chǎn)操作的自動化生產(chǎn)設備。它具有動作靈活可控、定位準確可靠、負載驅動力高、環(huán)境適應力強等特點。目前，機械手廣泛應用于鋼鐵、海洋、石油、化工、物流搬運等生產(chǎn)自動化行業(yè)，大大減輕了工人勞動強度和勞動條件，提高了生產(chǎn)效率，穩(wěn)定了產(chǎn)品質量。針對火車車輪各生產(chǎn)工序間輪坯傳遞的高負載、高溫、高位置精度、</p>

15、<p>　　1.1 Pro/E軟件在產(chǎn)品造型設計方面的應用</p><p>　　三維造型設計軟件正廣泛應用于工業(yè)產(chǎn)品的設計和制造過程。目前流行的大型設計應用軟件（如Solid Works,UG,Pro/E）均能實現(xiàn)從產(chǎn)品的造型設計、精確設計、模具分型、模具結構設計和模具數(shù)控加工等一整套自動化功能，為美化工業(yè)產(chǎn)品的外觀造型、提高產(chǎn)品的精度和質量、縮短產(chǎn)品的設計和加工周期提供了非常有效的手段。</p

16、><p>　　Pro/E軟件是由1985年美國PTC公司研發(fā)的計算機輔助工程設計軟件。二十多年發(fā)展成為世界三維軟件中的代表產(chǎn)品。作為高端的、全方位的三維產(chǎn)品設計開發(fā)軟件，也成為國內最受歡迎的三維CAD/CAM軟件，應用范圍遍布汽車、機械、電子、模具等諸多行業(yè)</p><p>　?。?）參數(shù)化設計和特征功能Pro/Engineer是采用參數(shù)化設計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設計人員采用具有

17、智能特性的基于特征的功能去生成模型、如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設計者提供了在設計上從未有過的簡易和靈活。</p><p>　?。?）單一數(shù)據(jù)庫Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪 一個部門的。換言之

18、，在整個設計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應在整個設計過程的相關環(huán)節(jié)上。</p><p>　　例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖娟任何變動，也完全同樣反應在整個三維模型上。這種獨特的數(shù)據(jù)結構與工程設計的完整結合，使得一件產(chǎn)品的設計結合起來。這一優(yōu)點，使得設計更優(yōu)化，成品質量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價格也更便宜。</p><p>　?。?）全相關

19、性Pro/Engnineer的所有模塊都是全相關的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進行的修改，能夠擴展到整個設計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設計圖紙以及制造數(shù)據(jù)。全相關性鼓勵在開發(fā)周期的任一點進行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。</p><p>　?。?）基于特征的參數(shù)化造型Pro/Engineer使用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構造要素

20、。這些特征是一些普通的機械對象，并且可以按預先設置很容易的進行修改。例如：設計特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用。裝配、加工、制造以及其它學科都使用這些領域獨特的特征。通過給這些特征設置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性）然后修改參數(shù)很容易的進行多次設計疊代，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)管理加速投放市場，需要在較短的時間內開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實現(xiàn)這種效率必

21、須允許多個學科的工程師同時找一產(chǎn)品進行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時進行的各項工作，由于使用了Pro/Engineer獨特的全相關性功能，因而使之成為可能。</p><p>　?。?）裝配管理Pro/Engineer的基本結構能夠使您利用一些直觀的命令，例如“嚙合”、“插入”、“對齊”等很容易的把零件裝配起來，同時保持設計意圖。高級的功能支持大型復雜裝配體的構造和管理，這些裝配中零件

22、的數(shù)量不受限制。</p><p>　?。?）易于使用 菜單以直觀的方式聯(lián)級出現(xiàn)，提供了邏輯項和預先選取的最普通選項，同時還提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學習和使用。</p><p>　　2、機車車輪聯(lián)動機構的設計及計算</p><p>　　以點E2作以F為圓心，半徑為AB（EF//AB）的圓周運動；而構件3上的點E3的軌跡顯然也是以點F為圓心

23、、AB長為半徑的圓，即兩者軌跡重合，因而增加了構件3及轉動副E、F以后，并不影響機構的自由度。故在計算機構自由度時，應將構件3及轉動副E、F除去。注意：若不滿足AB、CD、EF平行且相等的條件，則EF桿為真實約束，機構不能運動。</p><p><b>　　圖2-1軌跡重合</b></p><p>　?。?）兩構件組成若干個導路中心線互相平行或重疊的移動副，如圖2-2

24、所示的D處或E處</p><p><b>　　圖2-2虛約束圖</b></p><p>　　（3）兩構件組成若干個軸線互相重合的轉動副，如圖2-3所示的B處或C處。</p><p>　?。?）在機構整個運動過程中，如果其中某兩構件上兩點之間的距離始終不變，則連接此兩點的兩個轉動副和一個構件形成的約束也是虛約束。如圖2-4所示，若拆去轉動副E、F

25、和構件4，則E、F之間及構件4對機構運動不起約束作用，所以也是虛約束。</p><p>　?。?）機構中對運動不起作用的自由度（F=-1）的對稱部分存在虛約束。如圖2-5所示的行星輪系，實際上只要一個行星輪2就可以滿足運動要求，而圖中卻采用了三個行星輪作對稱副一起不予計算。注意O處有兩個轉動副，該機構有三個活動構件，三個低副、兩個高副，故可求得此機構的自由度為F=1應當指出的是：從機構運動的觀點分析，機構的虛約束

26、是多余的，但從增加機構的剛度和改善機構的受力條件來說卻是有益的。此外，當機構具有虛約束時，通常對機構中零件的加工和機構的裝配要求均較高，以滿足特定的幾何條件；否則，會使虛約束轉化成真實約束而使機構不能運動。</p><p>　　齒輪轉矩計算由于機車行駛時傳動等載荷的不穩(wěn)定性，因此要準確地算出主減速器齒輪的計算載荷是比較困難的。通常是將發(fā)動機最大轉矩配以傳動系最低檔傳動比時和驅動車輪打滑時這兩種情況下作用在主減速器

27、從動齒輪最大應力的計算載荷。即</p><p><b>　　（2-1）</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中: 一發(fā)動機最大轉矩，N.m；</p><p>　　—由發(fā)動機到所計算的主減速器從動齒輪之間的傳動系最低檔傳動比；</p><p

28、>　　— 傳動系上述傳動部分的傳動效率，取=0.9；</p><p>　　— 超載系數(shù)，對一般載貨機車取Ko=1；當性能系數(shù)幾>0時，可取Ko= 2 或由實驗決定 ；</p><p>　　n— 該機車的驅動橋的數(shù)目；</p><p>　　—機車滿載時一個驅動橋給水地面的最大負載</p><p>　　—機車車輪對地面的附著系數(shù)；對于

29、安裝一般車輪的機車，取=0.85；</p><p>　　—車輪的滾動半徑，m；</p><p>　　— 主減速器從動齒輪到驅動輪之間的傳動效率；</p><p>　　— 主減速器從動齒輪到驅動輪之間的減速比；</p><p><b>　　計算得到以下數(shù)據(jù)：</b></p><p>　　=700*6

30、.608*1*0.9/2=2081.52N·m（2-3）</p><p>　　===5387.86N·m（2-4）</p><p>　　取較小的進行下面的計算。</p><p>　　進行主減速器從動齒輪的平均計算轉矩計算：</p><p>　　= （2-5）</p><p&

31、gt;　　—機車滿載總質量，N；</p><p>　　—所牽引的掛車的滿載總質量，N，但僅用于牽引車的計算；</p><p>　　—鐵路滾動阻力系數(shù)，=0.010--0.015；</p><p>　　—機車正常使用時的平均爬坡能力系數(shù)；</p><p><b>　　—機車性能系數(shù)；</b></p><

32、p>　　=1/100[16-0.195（+）/] （2-6）</p><p>　　當0.195（+）/>16時，取=0.</p><p>　　代入數(shù)據(jù)算得>16，取=0。</p><p>　　代入數(shù)據(jù)算得=278N·m</p><p>　　當計算主減速器主動齒輪時，應將（2-3）-（2-5）各

33、式分別除以該對齒輪的減速比及傳動效率。由此可計算出主動齒輪的平均計算轉矩T=11.06N.m齒數(shù)的選擇，對于單級主減速器，當較大時，則應盡量使主動齒輪的齒數(shù)取得小些，以得到滿意的驅動橋離地間隙。當>=6時，的最小值可取為5，但為了嚙合平穩(wěn)及提高疲勞強度，最好大于5。當較?。ㄈ?3.5~5）時，可取為7~12，但這時常常會因主、從動齒輪齒數(shù)太多、尺寸太大而不能保證所要求的橋下離地間隙。為了磨合均勻，主，從動齒輪的齒數(shù)之間應避免有公約

34、數(shù)；為了得到理想的齒面重疊系數(shù)，其齒數(shù)之和對于載貨機車應不少于40，對于載客機車應不少于50。</p><p>　　可取z1=7,z2=39.節(jié)圓直徑的選擇</p><p>　　可根據(jù)從動錐齒輪的計算轉矩，取兩者中較小的一個為計算依據(jù)，根據(jù)經(jīng)驗公式選出：</p><p>　　式中 d2——從動錐齒輪的節(jié)圓直徑，mm;</p><p>　　K

35、——直徑系數(shù)，取=13~16;</p><p>　　T——計算轉矩，N.m;取最小者為2081.52N.m</p><p>　　根據(jù)上式可得d2=178.75mm，齒輪強度計算</p><p>　　"格里森制”圓錐齒輪與雙曲面齒輪的強度計算，通常進行以下幾種：（1）單位齒長上的圓周力</p><p>　　P=T··

36、;1000/(d/2·F) （2-7）</p><p>　　式中： T—發(fā)動機最大轉矩，N·m；</p><p>　　—變速器傳動比，常取I檔及直接進行計算；</p><p>　　d—主動齒輪節(jié)圓直徑；</p><p>　　根據(jù)I檔計算單位齒長上的圓周力p</p><p&g

37、t;　　p==177.057N/mm</p><p>　　P常用作估算主減速器齒輪的表面耐磨性。許用單位齒長上的圓周力</p><p>　　載貨機車P為1429N/mm,p<[p]=1429N/mm</p><p>　　根據(jù)以上的計算表明，后橋的主減速齒輪與從動齒輪耐磨性都比較好，滿足要求。</p><p>　　2.1齒輪的彎曲強度計算

38、</p><p>　　機車主減速器螺旋錐齒輪與雙曲面齒輪的計算彎曲應力σ（）為 </p><p><b>　　（2-8）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　T—齒輪的計算轉矩，N·m，從動齒輪 ， 兩者中較小者和T計算；對于主動齒輪還需將上述計算

39、轉矩算到主動齒輪上；</p><p><b>　　K—超載系數(shù)；</b></p><p>　　K —尺寸系數(shù)，反映材料的不均勻性，與齒輪尺寸及熱處理等有關。當端面模數(shù)m1.6mm時，K=</p><p>　　K—載荷分配系數(shù)，當兩個齒輪均采用騎馬式支承型式時，K=1.00~1.10；當一個齒輪采用騎馬式支承時，K=1.10~1.25。支承剛度大

40、時取小值;</p><p>　　—質量系數(shù)，對于汽車驅動橋齒輪，當齒輪接觸良好、周節(jié)及徑向跳動精度高時，可取=1 ； </p><p>　　F —計算齒輪的直面寬，mm；</p><p>　　Z—計算齒輪的齒數(shù)；</p><p>　　m—齒輪的端面模數(shù)，mm；</p><p>　　J—計算彎曲應力的綜合系數(shù)，該車

41、后橋取J=0.22</p><p><b>　　則有：</b></p><p>　　σ=2×1000×2081.52×0.6488×1.10/1×27.7×39×4.5 ²×0.22</p><p>　　計算得σ=617.34MPa，其中尺寸系數(shù)K=0.6

42、488，機車主減速器齒輪的許用彎曲應力為700MPa 。因為617.34<700，所以很容易看出后橋齒輪能滿足彎曲強度要求。</p><p>　　2.2齒輪的接觸強度計算：</p><p>　　機車主減速器雙曲面齒輪的接觸應力公式為：</p><p><b>　　（2-15）</b></p><p><b&g

43、t;　　式中：</b></p><p>　　—材料的彈性系數(shù)，對于鋼制齒輪副取232.6；</p><p>　　—見式（2-14）下的說明；</p><p>　　—表面質量系數(shù)，一般情況下，對于制造精確地齒輪可取=1；</p><p>　　—計算接觸應力的綜合系數(shù)，它綜合考慮了嚙合齒面的相對半徑、載荷作用位置、輪齒間的載荷分配、有

44、效齒寬及慣性系數(shù)等因素的影響，=0.22；</p><p>　　代入數(shù)據(jù)進行計算得到：σ==1019.198MPa 機車主減速器齒輪的許用彎曲應力為2800MPa ，因為1019.198<2800，所以可以看出后橋設計齒輪的彎曲應力滿足接觸強度要求。</p><p>　　根據(jù)機車行駛運動學的要求和實際的車輪道路以及它們之間的相互關系表明：機車在行駛過程中左右車輪在同一時間內所滾動的

45、行程往往是有差別的。例如，轉彎時外側車輪的行程要比內側的長。另外，即使機車作直線行駛，也會由于左右車輪在同一時間內所滾過的路面垂向波形的不同，或由于左右輪胎負荷、胎面磨損程度的不同以及制造誤差等因素引起左右車輪外徑不同或滾動半徑不相等而要求車輪行程不等。在左右車輪行程不等的情況下，如果采用一根整體的驅動車輪軸將動力傳給左右車輪，則會由于左右驅動車輪的轉速雖相等而行程卻又不同的這一運動學上的矛盾，引起某一驅動車輪產(chǎn)生滑轉或滑移。這不僅會使

46、車輪過早磨損、無益地消耗功率和燃料及使驅動車輪軸超載等，還會因為不能按所要求的瞬時中心轉向而使操縱性變壞。此外，由于車輪與路面間尤其在轉彎時有大的滑轉或滑移，易使機車在轉向時失去抗側滑能力而使穩(wěn)定性變壞。為了消除由于左右車輪在運動學上的不協(xié)調而產(chǎn)生的這些弊病，機車左右驅動輪間都裝有差速器，后者保證了機車驅動橋兩側車輪在行程不等時具有以不同速度旋轉的特性，從而滿足了機車行駛運動學的要求。</p><p>　　3、機

47、車車輪聯(lián)動機構的分析</p><p>　　平面聯(lián)動機構具有許多優(yōu)點，如能夠實現(xiàn)某些運動軌跡及運動規(guī)律的設計要求；其構件多為桿狀，可用于遠距離的運動和動力的傳遞；其運動副元素一般為圓柱面或平面，制造方便，易于保證所要求的運動副元素間的配合精度，且接觸壓強小，便于潤滑，不易磨損，適于傳遞較大動力，因此廣泛用于各種機械和儀表中。平面聯(lián)動機構在設計及應用中也存在一些缺點：其作變速運動的構件慣性力及慣性力矩難以完全平衡；較

48、難精確實現(xiàn)預期的運動規(guī)律的要求；設計方法比較復雜如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1機車聯(lián)動機構原理圖</p><p>　　齒輪式差速器有圓錐齒輪式和圓柱齒輪式兩種。按兩側的輸出轉矩是否相等，齒輪式差速器有對稱式（等轉矩式）和不對稱式（不等轉矩式）兩類。對稱式主要用做機車輪間差速器或由平衡懸架聯(lián)系的兩驅動橋之間的軸間差速器。不對稱式差速器用做前、后驅動橋之間或前驅動橋與中、后驅動

49、橋之間的軸間差速器。機車上廣泛采用的差速器為對稱錐齒輪式差速器，具有結構簡單、質量較小等優(yōu)點，應用廣泛。又可分為普通錐齒輪式差速器、摩擦片式差速器和強制鎖止式差速器等。</p><p>　　普通圓錐齒輪式差速器普通錐齒輪差速器鎖緊系數(shù)一般為0.05～0.15，兩半軸轉矩比Kb=1.11～1.35，這說明左、右半軸的轉矩差別不大，故可以認為分配給兩半軸的轉矩大致相等，這樣的分配比例對于行駛的機車來說是合適的。摩擦片

50、式差速器摩擦片式差速器的鎖緊系數(shù)可達0.6，Kb可達4。這種差速器結構簡單，工作平穩(wěn)，可明顯提高機車通過性。強制鎖止式差速器當一個驅動輪處于附著系數(shù)較小的路面時，可通過液壓或氣動操縱，嚙合接合器(即差速鎖)將差速器殼與半軸鎖緊在一起，使差速器不起作用，這樣可充分利用地面的附著系數(shù)。采用差速鎖將普通錐齒輪差速器鎖住，可使汽車的牽引力提高，從而提高了機車通過性。當然，如果左、右車輪都處于低附著系數(shù)的路面，雖鎖住差速器，但牽引力仍超過車輪與鐵

51、軌間的附著力，機車也無法行駛。強制鎖止式差速器可充分利用原差速器結構，其結構簡單，操作方便。目前，許多使用范圍比較廣的重型機車上都裝用差速鎖。目前，機車上廣泛采用的差速器為對稱錐齒輪式差速器，具有結構簡單、質量較小等優(yōu)點。行星齒輪球面半徑R的確定，圓錐行星齒輪差速器的結構尺寸，通常取決于行星齒輪背面的球面半徑R，它是行星齒輪的安裝尺</p><p><b>　　R= (3-1)</b>&l

52、t;/p><p>　　式中：—行星齒輪球面半徑系數(shù)，=2.52—2.99，對于有4個行星齒輪的機車取小值；—計算扭矩，N·m，取、中較小值。</p><p>　　R=2.99×=38.177mm</p><p><b>　　節(jié)錐距的確定：</b></p><p>　　A=（0.98—0.99）R （3-

53、2）</p><p><b>　　計算：</b></p><p>　　A=0.985×38.177=37.6 mm</p><p>　　行星齒輪齒數(shù)和半軸齒輪齒數(shù)的選擇。根據(jù)所選車型以及其用途情況，其后橋需要較為緊湊且要保證齒輪有足夠的強度特點去：=10；=14差速器圓錐齒輪模數(shù)以及半軸齒輪節(jié)圓直徑的初步確定如下：先初步求出行星齒輪和

54、半軸齒輪的節(jié)錐角、:</p><p>　　=arctan（/） （3-3）</p><p>　　=arctan（/） （3-4）</p><p><b>　　計算:</b></p><p>　　=arctan(10/14)=35.5377<

55、/p><p>　　=arctan（14/10）=54.4623</p><p>　　計算圓錐齒輪的大端面模數(shù)：</p><p>　　m=（2A/）sin=（2A/）sin （3-5）</p><p>　　由以上數(shù)據(jù)可算m=4.4</p><p>　　再進行節(jié)圓直徑計算：</p><p&

56、gt;　　d=Zm （3-6）</p><p>　　所以可知道：d=44 mm</p><p><b>　　d=61.6 mm</b></p><p>　　差速器的行星半軸齒輪壓力角a的確定如下：過去機車差速器都選用20°壓力角，這時齒高系數(shù)為1，而最少齒數(shù)是13。目前，機車差速器齒

57、輪大都選用22°30? 的壓力角，齒高系數(shù)為0.8，最少齒數(shù)可減至10，并且在小齒輪(行星齒輪)齒頂不變尖的條件下還可由切向修正加大半軸齒輪齒厚，從而使行星齒輪與半軸齒輪趨于等強度。由于這種齒形的最小齒數(shù)比壓力角20°的少，故可用較大的模數(shù)以提高齒輪的強度。考慮所選車使用道路環(huán)境選擇a=22°30對機車差速器直齒錐齒輪的進行幾何尺寸計算：由于行星齒輪在差速器工作之中經(jīng)常只起等臂推力桿的作用，僅在左右驅動輪有

58、差速時候才進行相對轉動，所以只需要對差速器齒輪進行彎曲強度計算，疲勞壽命則不需要考慮。</p><p><b>　　彎曲應力為：</b></p><p>　　σ=2·1000·K·T·k·k/k·F·Z·㎡·J (3-7)</p><p>

59、;　　式中：T—差速器一個行星齒輪給予一半軸齒輪的轉矩，N·m</p><p><b>　　T=T×0.6/n</b></p><p>　　T—計算轉矩，按、兩者中的較小者和T計算；</p><p><b>　　n—行星齒輪數(shù)目；</b></p><p><b>　　Z

60、—半軸齒輪數(shù)目；</b></p><p>　　J—計算機車差速器齒輪彎曲應力用的綜合系數(shù)；</p><p>　　T=2081.52×0.6/2=624.456 N·m</p><p>　　σ=2·1000·K·T·k·k/k·F·Z·㎡·J<

61、;/p><p>　　=2000×624.456×1×0.6488×1.1/1×27.7×14×4.5×4.5×0.222</p><p>　　=511.27MPa</p><p>　　按、兩種計算轉矩中的較小者進行計算時，彎曲應力應不大于980MPa。</p><

62、;p>　　由于511.27<980齒輪的強度達到要求。</p><p>　　至此差速器齒輪，及半軸齒輪與行星齒輪計算完畢。</p><p>　　4、機車車輪聯(lián)動機構的零件三維造型</p><p>　　4.1機構的三維造型</p><p>　　1)創(chuàng)建機車車輪實體如圖4-1所示</p><p>　　圖4-1

63、 機車車輪三維圖</p><p>　　(1)創(chuàng)建拉伸特征截面如圖4-2所示</p><p>　　圖4-2 二維拉伸圖</p><p>　　設置拉伸高度為150和70；單擊確定按鈕完成拉伸模型，如圖4-2所示</p><p>　?。?）利用陣型工具對4-2圖進行圓周陣列，設置類型為軸，數(shù)目選擇6，角度選擇60，確定按鈕，完成機車車輪三維造

64、型。</p><p>　　2)機車車軸如圖4-3所示</p><p>　　圖4-3 機車車軸三維圖</p><p>　?。?）創(chuàng)建拉伸特征截面如圖4-4所示</p><p>　　圖4-4 車軸二維拉伸圖</p><p>　　(2)設置拉伸高度為780和1000；單擊確定按鈕完成拉伸模型如圖4-3所示</p>

65、<p>　　3)創(chuàng)建機車連接零件如圖4-5所示</p><p>　　圖4-5 連接零件三維圖</p><p>　?。?）創(chuàng)新拉伸特征截面如圖4-6所示</p><p><b>　　圖4-6二維拉伸圖</b></p><p>　　(2)設置拉伸高度分別為30和90，分別反向拉伸，單擊按鈕完成拉伸模型如圖4-5

66、所示。</p><p>　　4)創(chuàng)建機車連桿如圖4-7所示</p><p>　　圖4-7 連桿1三維圖</p><p>　?。?）創(chuàng)建連桿拉伸特征截面如圖4-8所示</p><p>　　圖5-8連桿1二維拉伸圖</p><p>　?。?）設置拉伸高度為120，單擊按鈕完成拉伸特征。模型如圖4-7所示。5)創(chuàng)建機車連桿2

67、如圖4-9所示</p><p>　　圖4-9連桿2三維圖</p><p>　　創(chuàng)建拉伸特征截面如圖4-10所示</p><p>　　圖4-10連桿2二維拉伸圖</p><p>　　設置拉伸高度為150和120，單確定按鈕完成拉伸特征。模型如圖4-9所示。</p><p>　　6)創(chuàng)建套筒拉伸模型如圖4-11所示<

68、/p><p>　　圖4-11套筒三維圖</p><p>　?。?）創(chuàng)建拉伸特征截面如圖4-12所示</p><p>　　圖4-12套筒拉伸圖</p><p>　　(1)設置拉伸高度分別為80和1000，單擊按鈕完成拉伸特征。模型如圖4-11所示。</p><p>　　7)創(chuàng)建機車動力推桿如圖4-13所示。</p>

69、;<p>　　圖4-13動力推桿三維圖</p><p>　　創(chuàng)建拉伸特征截面如圖4-14所示</p><p>　　圖5-14動力推桿二維拉伸圖</p><p>　　創(chuàng)建拉伸高度為300和1400，然后單擊去除材料按鈕分別為300和30；最后單擊按鈕完成三維建模如圖4-13所示。</p><p>　　8)創(chuàng)建機車機架如圖4-15所

70、示。</p><p><b>　　4-15機架三維圖</b></p><p>　　創(chuàng)建拉伸截面如圖4-16所示。</p><p>　　圖5-16機架二維拉伸圖</p><p>　?。?）設置拉伸高度分別為1180和1500，然后單擊按鈕完成三維建模如圖4-15所示。</p><p><b&g

71、t;　　4.2機構的二維圖</b></p><p>　　1）創(chuàng)建機車車輪的二維圖如圖4-17</p><p>　　圖4-17機車車輪三視圖</p><p>　　2）創(chuàng)建機車車軸的二維圖如圖4-18</p><p>　　圖4-18機車車軸三視圖</p><p>　　3）創(chuàng)建機車連接零件二維圖如圖4-19所&l

72、t;/p><p>　　圖4-19連接零件三視圖</p><p>　　4）創(chuàng)建機車連桿1如圖4-20所示</p><p>　　圖4-20連桿1三視圖</p><p>　　5）創(chuàng)建機車連桿2如圖4-21所示</p><p>　　圖4-21連桿2三視圖</p><p>　　6）創(chuàng)建機車套筒如圖4-22所示

73、</p><p>　　圖4-22套筒三視圖</p><p>　　7）創(chuàng)建機車動力推桿如圖4-23所示</p><p>　　圖4-23動力推桿三視圖</p><p>　　8）創(chuàng)建機車機架如圖4-22所示</p><p>　　圖4-22機車機架三視圖</p><p>　　5、機車車輪聯(lián)動機構的Pro

74、e裝配與仿真</p><p><b>　　5.1機構的裝配</b></p><p>　　對機車車輪各個零部件進行裝配，裝配步聚如下：</p><p>　　1)在缺省模式下裝配機車車輪聯(lián)動機構的主殼體</p><p>　　2)單擊裝配按鈕，把機車車輪打開，選擇缺省模式</p><p>　　3)單擊裝

75、配按鈕，把機車車軸打開，約束類型選擇銷釘連接。然后分別選擇車輪和車軸的中心軸，兩輛對齊重合。再選擇軸的一個面和車輪的一個面重合，完成這兩個零件的裝配。如圖5-1所示</p><p><b>　　圖5-1車輪裝配圖</b></p><p>　　4)以此類推完成車輪和車軸的全部裝配，如圖5-2所示</p><p>　　圖6-2車輪車軸裝配圖<

76、/p><p>　　5)單擊按鈕，把連桿打開，為了實現(xiàn)機構運動仿真。用戶定義先擇銷釘連接，約束類型選擇對齊，使桿的軸和車輪的軸兩軸對齊。在新建一個約束類型為匹配，使配合面對齊。以此類推完成裝配如圖5-3</p><p>　　圖5-3連桿車輪車軸裝配圖</p><p>　　6)單擊按鈕，把機車車輪聯(lián)動機構的動力推桿打開。也是選擇銷釘連接，約束類型選擇為對齊。在新建一個約束條

77、件為匹配，使配合面對齊完成裝配如圖5-4所示</p><p>　　圖5-4動力推桿裝配圖</p><p>　　7)單擊按鈕，把機車套筒打開。用戶自定義選擇滑動桿連接，約束類型選擇為對齊。在新建一個約束條件為匹配，合配合面對齊完成裝配如圖5-5所示。</p><p><b>　　圖5-5套筒裝配圖</b></p><p>

78、　　8)單擊按鈕，把機架打開。用戶自定義選擇銷釘連接，約束類型選擇為對齊。在新建一個約束條件為匹配，合配合面對齊完成裝配如圖5-6所示 </p><p><b>　　圖5-6機架裝配圖</b></p><p>　　9)聯(lián)動機構裝配二維圖如圖5-7、圖5-8、圖5-9所示</p><p>　　圖5-7聯(lián)動機構主視圖</p><

79、;p>　　圖5-8聯(lián)動機構左視圖</p><p>　　圖5-9聯(lián)動機構府視圖</p><p><b>　　5.2機構的仿真</b></p><p>　　接頭連接所用的約束都是能實現(xiàn)特定運動(含固定)的組合約束，包括：銷釘、圓柱、滑動桿、軸承、平面、球、6DOF、常規(guī)、剛性、焊接，共10種。銷釘：由一個軸對齊約束和一個與軸垂直的平移約束組成

80、。元件可以繞軸旋轉，具有1個旋轉自由度，總自由度為1。軸對齊約束可選擇直邊或軸線或圓柱面，可反向；平移約束可以是兩個點對齊，也可以是兩個平面的對齊/配對，平面對齊/配對時，可以設置偏移量。圓柱：由一個軸對齊約束組成。比銷釘約束少了一個平移約束，因此元件可繞軸旋轉同時可沿軸</p><p>　　向平移，具有1個旋轉自由度和1個平移自由度，總自由度為2。軸對齊約束可選擇直邊或軸線或圓柱面，可反向。滑動桿：即滑塊，由一

81、個軸對齊約束和一個旋轉約束(實際上就是一個與軸平行的平移約束)組成。元件可滑軸平移，具有1個平移自由度，總自由度為1。軸對齊約束可選擇直邊或軸線或圓柱面，可反向。旋轉約束選擇兩個平面，偏移量根據(jù)元件所處位置自動計算，可反向。軸承：由一個點對齊約束組成。它與機械上的“軸承”不同，它是元件（或組件）上的一個點對齊到組件（或元件）上的一條直邊或軸線上，因此元件可沿軸線平移并任意方向旋轉，具有1個平移自由度和3個旋轉自由度，總自由度為4。平面：

82、由一個平面約束組成，也就是確定了元件上某平面與組件上某平面之間的距離(或重合)。元件可繞垂直于平面的軸旋轉并在平行于平面的兩個方向上平移，具有1個旋轉自由度和2個平移自由度，總自由度為3。可指定偏移量，可反向。球：由一個點對齊約束組成。元件上的一個點對齊到組件上的一個點，比軸承連接小了一個平移自由度，可以繞著對齊點任意旋轉，具有3個入旋轉自由度，總自由度為3。6DOF：即6自由度，也就是對元件不作任何約束，僅用一個元件坐標系和一個組件&

83、lt;/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]楊家軍，張衛(wèi)國，機械設計基礎，華中科技大學出版社，2006年2月</p><p>　　[2]余林、李華，Pro/E輔助設計標準教材，北京理工大學出版社，北京，2007年1月</p><p>　　[3]易飚，表Pro/E_MXD_運動仿真與機構運動分析

84、實例，蘇州職業(yè)大學學報，第15卷第4期，2004</p><p>　　[4]王凱，曹西京，基于Pro/E的機械產(chǎn)品機構運動的仿真設計，輕工機械，第24卷第1期，2006</p><p>　　[5]鄭立斌，陳全園等，四連桿機構運動仿真設計，景德鎮(zhèn)高專學報，第22卷第4期2007</p><p>　　[6]陳岳坪，伍麗峰，曲柄搖桿機構的運動仿真實現(xiàn)，廣西工學院學報，第1

85、8卷第1期，2007</p><p>　　[7]陳秀娟，基于Pro/E的凸輪機構運動仿真設計，機械工程與自動化，No.3,Jun</p><p>　　[8]劉善林，胡鵬浩，張勇基于UG的凸輪機構運動仿真研究，計算機應用技術，2007年第12期</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本文自始至終都在

86、xx導師的悉心指導和關懷下完成，李老師嚴謹?shù)闹螌W之風和踏實的治學態(tài)度始終鞭策我以更高的標準來要求自己；他淵博的理論知識和豐富的實踐經(jīng)驗保證了我論文的方向始終沒有偏離正軌，并使我的專業(yè)水平得到了進一步的提高，為以后的工作打好基礎，這些都將讓我終身受益。在此表示衷心的感謝。此外，在論文的進行過程中我的同學和朋友為我提供了極大的幫助和支持，除了提供部分資料和數(shù)據(jù)等，與他們的討論也讓我受益非淺，在此，向他們表示衷心的感謝</p>