轉(zhuǎn)向架升降翻轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)計(jì)

1、轉(zhuǎn)向架升降翻轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)計(jì)季金龍(株洲九方裝備模具公司,湖南株洲412001隨著國家加大對(duì)軌道交通運(yùn)輸?shù)耐度?電力機(jī)車、地鐵、輕軌等有軌運(yùn)輸設(shè)備面臨著空前的發(fā)展機(jī)遇,作為機(jī)車車輛核心部件轉(zhuǎn)向架的焊接與檢測(cè)維護(hù)專用設(shè)備的需求量將會(huì)顯著增大,轉(zhuǎn)向架升降翻轉(zhuǎn)機(jī)就是針對(duì)有軌運(yùn)輸設(shè)備轉(zhuǎn)向架的焊接制造以及各機(jī)務(wù)段對(duì)機(jī)車轉(zhuǎn)向架檢修維護(hù)而設(shè)計(jì)的。1產(chǎn)品的主要功能及主體結(jié)構(gòu) 1.1主要功能升降翻轉(zhuǎn)機(jī)通過附加連接裝置可以實(shí)現(xiàn)高度方向的變位以及±360°的旋轉(zhuǎn)變位。附加連接裝置、高度方向的變位范圍根據(jù)用戶需要而定。1.2產(chǎn)品的主體結(jié)構(gòu)升降翻轉(zhuǎn)機(jī)主要由兩個(gè)升降座、升降驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、主動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、從動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

2、、及電器控制系統(tǒng)組成,如圖1所示。2轉(zhuǎn)向架升降翻轉(zhuǎn)機(jī)傳動(dòng)原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)向架升降翻轉(zhuǎn)機(jī)最大承重6000kg 、升降速度500mm/min 、升降范圍6501900mm (從帶T 型槽的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心到地面的垂直距離、翻轉(zhuǎn)能力17000N ·m 、翻轉(zhuǎn)速度0.54r/min ,翻轉(zhuǎn)角度±360°(升降范圍中任意位置。2.2升降座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵點(diǎn)升降座立柱需要有足夠的強(qiáng)度、剛度,這里選用的是強(qiáng)度大、剛性好的的工字鋼(當(dāng)然根據(jù)需要也可以采用槽鋼或焊接結(jié)構(gòu),為了滿足整機(jī)剛性要求及平穩(wěn)升降,需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)后方可加工成型,結(jié)構(gòu)如圖2所示。2.3升降驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)

3、構(gòu)設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng)在每個(gè)升降機(jī)構(gòu)頂端采用一個(gè)相同的三相交流制動(dòng)同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速器,再經(jīng)螺桿傳動(dòng),帶動(dòng)螺母在升降驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的主、從動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)同步升降。在兩個(gè)螺桿頂端各安裝一只脈沖編碼記數(shù)器,通過電器控制單元來同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)。通過電機(jī)制動(dòng)和螺母螺桿副本身具有的自鎖功能來實(shí)現(xiàn)主、從動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在高度方向的任意位置的定位。需要注意的是由于長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn),兩側(cè)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的累積高度差會(huì)加大,當(dāng)兩端誤差大于20mm 時(shí),可以通過單獨(dú)控制其中一側(cè)升降機(jī)構(gòu)的升降來使兩端的高度達(dá)到一致。在兩側(cè)升降立柱的行程最高處及行程最低處的同一高度上安裝限位開關(guān)。從安全方面考慮,在提升時(shí),配備了隨動(dòng)螺母,防止長期使用螺母磨損而造成安全

4、事故。此外在升降驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與主、從動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的連接出設(shè)計(jì)了球面調(diào)整墊片用來滿足主、從動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)調(diào)整。升降驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和升降座的連接部分需要使用軸承來賦予螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。由于軸承主要承受軸向作用力,并且要能夠增加螺桿的穩(wěn)定性,所以選擇圓錐滾子軸承加一對(duì)深溝球軸承,采用一端固定一端游動(dòng)結(jié)構(gòu)。這里所選擇的軸承是深溝球軸承60000型6208和62112,圓錐滾子軸承30000型31311。升降驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)見圖3。2.4主、從翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及注意事項(xiàng)主動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用帶制動(dòng)器的電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸輪蝸桿減摘要:文中主要介紹了轉(zhuǎn)向架焊接檢測(cè)專用設(shè)備升降翻轉(zhuǎn)機(jī)的使用功能及實(shí)現(xiàn)原理,著重論述了升降翻轉(zhuǎn)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程

5、以及關(guān)鍵的技術(shù)要點(diǎn),并對(duì)重要的零件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)向架;升降翻轉(zhuǎn)機(jī);齒輪;絲桿中圖分類號(hào):T G44文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1002-2333(200902-0143-02143機(jī)械工程師2009年第2期1243L1000準(zhǔn)1000800300800300準(zhǔn)10002757.51000圖11.升降驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2.從動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)3.升降座4.主動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)123456圖21.吊環(huán)螺釘2.連接板3.升降立柱4.底座5.加強(qiáng)筋6.調(diào)整螺栓123456789圖31.信號(hào)齒輪2.減速機(jī)3.深溝球軸承4.螺桿護(hù)套5.螺桿6.銅螺母7.隨動(dòng)螺母8.圓錐滾子軸承9.深溝球軸承解決方案SOLUTION工藝/

6、工裝/模具/診斷/檢測(cè)/維修/改造 速器(減速比I =205.35,再經(jīng)一級(jí)齒輪傳至帶外齒圈的回轉(zhuǎn)支承,從而帶動(dòng)帶有T 型鎖緊槽的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。需要注意的是由于要求回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以在任意角度實(shí)現(xiàn)定位并自鎖,電機(jī)須帶制動(dòng)器。當(dāng)工件裝夾在主、從動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上,主動(dòng)翻機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)時(shí),在從動(dòng)端直接有無齒圈的回轉(zhuǎn)支承帶動(dòng)工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)工件的旋轉(zhuǎn)變位。主、從翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的升降導(dǎo)向是通過安裝在箱體上的4對(duì)滾輪來實(shí)現(xiàn)的。滾輪和升降立柱相接觸面之間留有0.51mm 的間隙用來補(bǔ)償升降立柱的形位誤差。與主動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相比,從動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)沒有減速器、小齒輪,回轉(zhuǎn)支撐為無齒式(不帶外齒圈外,其他的結(jié)構(gòu)是相同的。圖4為主動(dòng)翻

7、轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的結(jié)示意圖,從動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)圖略。3關(guān)鍵零件的設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用的升降減速器的功率為3kW 輸出轉(zhuǎn)速為53r/min ,翻轉(zhuǎn)減速器的輸出功率為2.2kW 輸出轉(zhuǎn)速為5.5r/min 。3.1螺桿、螺母的設(shè)計(jì)計(jì)算螺桿材料為45鋼,螺母材料為鑄鋁青銅(ZCUAL10FE3采用整體式不可調(diào)間隙結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵尺寸計(jì)算:根據(jù)減速器的輸出轉(zhuǎn)速度和設(shè)計(jì)升降速度可得螺距p=v /n 10mm ;設(shè)計(jì)要求軸向承載力(載重量F =60kN ,螺紋副耐磨計(jì)算公式為d 2F p 姨,螺母設(shè)計(jì)為兩半式,所以=1.8,h =0.5p =5,由于螺紋是低速不連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的,故可取p =11-11×20%,把各參數(shù)

8、帶入上式可得:d 2491.mm ;選取公稱直徑為70mm ,中徑65mm 。螺紋牙強(qiáng)度校核=F dt 1z =600003.14×70×6.34×8=5.4N/mm 2=3F h dt 21z =3×60000×53.14×70×6.342×8=12.74N/mm 2式中t 1=0.634p 是螺紋牙底寬度;z =8為旋合圈數(shù);h =0.5p 是螺紋的工作高度。=35N /mm 2、b =50N/mm 2滿足許用應(yīng)力要求。螺桿強(qiáng)度校核扭矩T =F T d 2=F tan (+v d 2=390887.3N

9、83;mm 。螺桿承受的壓力F =60kN ,螺桿材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理后=12072N/mm 2,螺紋升角和當(dāng)量摩擦角分別為=2.805°、v =8.53°。螺桿強(qiáng)度:(4F d 232+3(T 0.2d 332姨=27.46滿足強(qiáng)度要求。自鎖性驗(yàn)算:螺紋副自鎖條件是<v ,由上面強(qiáng)度校核計(jì)算可知,滿足自鎖條件。3.2小齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算小齒輪參數(shù)確定:回轉(zhuǎn)支承(QWC710.20A 齒數(shù)z 2=139,模數(shù)m =6mm ,變位系數(shù)x =-0.5,小齒輪材料選40Cr 并進(jìn)行調(diào)質(zhì)、表面淬火處理,傳動(dòng)類型為等變位傳動(dòng)即小齒輪的模數(shù)m =6mm ,變位系數(shù)x =+0.5。

10、根據(jù)設(shè)計(jì)要求,轉(zhuǎn)盤的翻轉(zhuǎn)速度為n 2=0.54r/min 轉(zhuǎn)矩M 2=17000N ·m ;減速器輸出轉(zhuǎn)速n 1=5.5r/min 所以齒輪傳動(dòng)比i =n 1/n 210;齒數(shù)z 114;實(shí)際傳動(dòng)比i =9.93。分度圓直徑d 1=z 1m =84mm ,齒寬b 1=d d 1=46mm 實(shí)際取值60mm ,齒形角取標(biāo)準(zhǔn)值20°,頂隙系數(shù)c =0.25。小齒輪的相關(guān)校核:一般來說齒輪的設(shè)計(jì)需要檢驗(yàn)是否根切、校核接觸疲勞強(qiáng)度,齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。通過計(jì)算x min =0.18,x 1=0.5>0.18不會(huì)產(chǎn)生根切;許用應(yīng)力H1=H2=2285.7MPa ,接觸應(yīng)力H =2130MPa<H1=H2,滿足接觸疲勞強(qiáng)度要求;許用彎曲應(yīng)力F 1=1120MP a 、F 2=1600MPa ,彎曲應(yīng)力F 1=1099.3MPa 、F2=1130.7MPa 滿足F1<F1,F2<F2要求。由于計(jì)算過程比較繁瑣,在此僅提供計(jì)算結(jié)果,具體的計(jì)算公式及計(jì)算過程請(qǐng)參照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。4結(jié)語雖然轉(zhuǎn)向架升降翻轉(zhuǎn)機(jī)是針對(duì)機(jī)車車輛地鐵等軌道車輛的轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)的,但同樣可以應(yīng)用到類似的領(lǐng)域,或許需要的技