轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、機(jī)電與車輛工程學(xué)院計(jì)算書學(xué)生專業(yè)機(jī)械工程及自動(dòng)化班級(jí)學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師建筑大學(xué)二O一四年月日地鐵轉(zhuǎn)向架3M轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)計(jì)算所用到的主要技術(shù)參數(shù):1、 地鐵車輛軸重：15T2、 運(yùn)行速度4KM/h；軌距1435mm；轉(zhuǎn)向架軸距2300mm3、轉(zhuǎn)盤直徑3000mm;回轉(zhuǎn)速度0.9-1.5r/min4、外形尺寸：3000mm5、 載重8t；6、 工作能力：一個(gè)工藝轉(zhuǎn)向架/每次；7、 定位/鎖定裝置：0°、90°、180°270°四組；8、 鋼軌間隙：<=5mm9、 軌道高差：<=2mm10、 軌距偏差：<=2mm11、 轉(zhuǎn)盤外圓周與地

2、坪圓周徑向間隙<=15mm12、 操作方式：電動(dòng)/手動(dòng)回轉(zhuǎn)支承的計(jì)算與選擇根據(jù)轉(zhuǎn)向架及輪對(duì)的工作特性，當(dāng)轉(zhuǎn)向架或者輪對(duì)通過(guò)軌道時(shí)，會(huì)產(chǎn)生傾覆力矩，而傾覆力矩最終由回轉(zhuǎn)支承來(lái)承受。當(dāng)轉(zhuǎn)向架或者輪對(duì)停在轉(zhuǎn)盤中央時(shí)，則由回轉(zhuǎn)支承來(lái)承受該軸向力。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)齒輪接觸會(huì)產(chǎn)生徑向力。已知設(shè)計(jì)要求相關(guān)參數(shù)外形尺寸：直徑3000mm地鐵車輛軸重：17T載重：8T回轉(zhuǎn)支承的計(jì)算選取及校核回轉(zhuǎn)支承所承受的作用力包括：軸向力、徑向力、傾覆力矩。擬采用單排四點(diǎn)解除球式回轉(zhuǎn)支承（01系列）設(shè)計(jì)通過(guò)地鐵車輛轉(zhuǎn)向架軸重為15T,設(shè)計(jì)載重為8T,轉(zhuǎn)盤蓋板及回轉(zhuǎn)支承軸承的自重約為5T?？偣卜譃槿N情況計(jì)算：情況1:轉(zhuǎn)向架

3、前輪剛運(yùn)行至轉(zhuǎn)盤上時(shí)（受力分析如圖1）軸向力：代件乂叫m+5"1。九5x叫M=（15TxlO；V/.X1318mm=電56乂10%皿傾覆力矩：w徑向力：情況2:轉(zhuǎn)向架后輪剛運(yùn)行至轉(zhuǎn)盤上時(shí)（受力分析如圖2）軸向力如二8rx叫叼卜嬴哂?jì)?-%,R3（15Tx10WA12x168mm=1.26X104/V'm傾覆力矩：W,11徑向力：情況3:轉(zhuǎn)向架整體位于轉(zhuǎn)盤上并且電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)Fa=(&TX10*/3)+5TX10”=L3x1y用“匚M=及丁X10*.I/2IX16Rmm=672XID3N傾覆力矩：A。尸徑向力：軸向力:注：因?yàn)榛剞D(zhuǎn)平臺(tái)的回轉(zhuǎn)速度很慢，對(duì)徑向載荷可以忽略不

4、計(jì)，只要按靜載荷選擇回轉(zhuǎn)支承角速度L5rX2ttbn-門門rad/oj=60s=(j.05jt(傾覆力矩和徑向力2.695 X 10S/V圖2以上情況中均存在因載荷的瞬息變化所造成的沖擊現(xiàn)象，故所需的載荷,應(yīng)比計(jì)算的大。通過(guò)取動(dòng)載荷系數(shù)的方法來(lái)考慮此沖擊現(xiàn)象。取K=1.2回轉(zhuǎn)支承在靜態(tài)工況下的安全系數(shù)為K=1.1回轉(zhuǎn)支承在動(dòng)態(tài)工況下的安全系數(shù)為K=1.36上述三種情況中，情況1、情況2為靜態(tài)工況，情況3為動(dòng)態(tài)工況。按靜態(tài)工況選型取回轉(zhuǎn)支承接觸角為45。計(jì)算情況1：內(nèi)二11必用+"76">九=(L225xl.25X10'N+gM1.225X956X10*NmX1

5、.1=1.29X1(?N'm情況2=(L225JS+X人二(L225X2X】同+0)x1IM=1225M八=1225x126x10%mx1.1=170x104-m式中回轉(zhuǎn)支承當(dāng)量中心軸向力,10%.回轉(zhuǎn)支承當(dāng)量?jī)A覆力矩回轉(zhuǎn)支承靜態(tài)工況下的安全系數(shù)，見(jiàn)表查取因轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)盤屬于輪式起重機(jī)、堆取料機(jī)及各種工作臺(tái)機(jī)械類，故查表得回轉(zhuǎn)支承安全系數(shù)人取為1.1,九取為1.36。選擇的回轉(zhuǎn)支承須同時(shí)滿足以上兩種情況。根據(jù)查取機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)01系列回轉(zhuǎn)支承承載能力曲線圖，編號(hào)引能滿足以上情況要求，同時(shí)能滿足占用空間。圖編號(hào)5所對(duì)應(yīng)的回轉(zhuǎn)支承為011,30,800按動(dòng)態(tài)工況校核壽命：取回轉(zhuǎn)支承接觸角為45。

6、計(jì)算情況3:=(1225Fo+Z676Fr)Xfl225x1.25X105/V+2-676X33.13)X1.1=1-685N1225%=1225X6.72X10mX1.36=1.11Xm經(jīng)校核，情況3下載荷小于編號(hào)5中的動(dòng)態(tài)承載能力曲線。故回轉(zhuǎn)支承的壽命校核符合設(shè)計(jì)要求。i同時(shí)，按照編號(hào)5圖中所示，可得螺栓材料應(yīng)選擇10.9級(jí)螺栓材料。選用回轉(zhuǎn)支承型號(hào)為：01,30,800其尺寸及參數(shù)如下表所示承載圖線圖編號(hào)基本型號(hào)外形尺寸mm安裝尺寸mm結(jié)構(gòu)尺寸mm外齒式DdHD1D2n0n1D3d1H1h5，011.30.8009226781008787223022(M20)68017989010齒輪參

7、數(shù)mm外齒參數(shù)mm齒參數(shù)mm齒輪圓周力/io"經(jīng)勺腦里/KgbxmDezDez正火Z調(diào)質(zhì)T80+0.58966.4118635.2808.011.1220驅(qū)動(dòng)裝置的計(jì)算及選擇電機(jī)的選取電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)主要用于在持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)期間用于克服回轉(zhuǎn)支承的摩擦阻力距，啟動(dòng)時(shí)的慣性力矩，轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)盤采用電動(dòng)回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，其主要安裝在轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)部位，電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器帶動(dòng)齒輪，齒輪與轉(zhuǎn)盤連接的回轉(zhuǎn)支承外齒輪嚙合，以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)；或者經(jīng)減速電機(jī)帶動(dòng)小齒輪與回轉(zhuǎn)支承外齒嚙合實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)支承的摩擦阻力距計(jì)算根據(jù)轉(zhuǎn)盤的工作情況，作用于回轉(zhuǎn)支承上的載荷主要有軸向載荷G、傾覆力矩M以及徑向載荷H。設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)支承圈與底部平臺(tái)固接，外

8、圈與轉(zhuǎn)盤底架支撐梁以及鋼結(jié)構(gòu)固接，剛度足夠大。相對(duì)局部變形可近似忽略不計(jì)?；剞D(zhuǎn)支承中滾動(dòng)體幾何尺寸相等。受力情況相同?；剞D(zhuǎn)支承滾道加工符合理想要求。滾動(dòng)體在各載荷共同沖擊下，對(duì)滾道圓周上產(chǎn)生的壓力是連續(xù)分布的。小注：根據(jù)何西冷發(fā)表于中國(guó)工程機(jī)械學(xué)報(bào)的著作論文回轉(zhuǎn)支承裝置的摩擦阻力距一文，此處宜采用方法為：由壓力疊加法推導(dǎo)出公式，計(jì)算出當(dāng)量壓力，然后由此計(jì)算出回轉(zhuǎn)支承的摩擦阻力距。因回轉(zhuǎn)支承裝置中滾動(dòng)體的形狀不同，對(duì)摩擦阻力矩會(huì)產(chǎn)生一些影響。此處加入滾動(dòng)體形狀系數(shù)Ko滾柱取K=1,滾球取K=0.95滾動(dòng)軸承的摩擦主要有：滾動(dòng)體與滾道之間的滾動(dòng)摩擦和滑動(dòng)摩擦；保持架與滾動(dòng)體及套圈引導(dǎo)面之間的滑動(dòng)摩

9、擦；滾子端面與套圈擋邊面之間的滑動(dòng)摩擦；潤(rùn)滑劑的黏性阻力；密封裝置的滑動(dòng)摩擦等。其大小取決于軸承的類型、尺寸、載荷、轉(zhuǎn)速、潤(rùn)滑、密封等因素。軸承的摩擦力一般按下式計(jì)算M二沖d以=0,02XV(13XIO52+33A32)X0,670。=801.4JVm|H=F/=9192/V式中M軸承摩擦力矩，Npmm；軸承摩擦系數(shù)；F軸承載荷，N,<匕；d軸承徑，mm。因回轉(zhuǎn)支承屬于主要受軸向力作用的向心軸承，滾動(dòng)軸承的摩擦因數(shù)取較大值取為0.02,回轉(zhuǎn)支承的接觸角取為45°。電機(jī)的凈功率電機(jī)的運(yùn)行需克服回轉(zhuǎn)支承的摩擦阻力距，以及承載傳動(dòng)機(jī)的功率損失等。p_p_叫折算到電動(dòng)機(jī)軸的靜阻負(fù)載轉(zhuǎn)矩

10、一而,-刁式中I折算到電動(dòng)機(jī)軸上的靜阻負(fù)載轉(zhuǎn)矩，Nm；%機(jī)械軸上的靜阻轉(zhuǎn)矩（包括摩擦阻轉(zhuǎn)矩），Nm；i傳動(dòng)比;傳動(dòng)效率傳動(dòng)機(jī)構(gòu)整體的傳動(dòng)效率，預(yù)計(jì)為取0.9。設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)速為0.9-1.5>m汨。預(yù)取16加汽_.IONj轉(zhuǎn)矩計(jì)算為丁二口F=0,02X13tx=260RNm1*0電機(jī)的實(shí)際功率當(dāng)轉(zhuǎn)盤啟動(dòng)時(shí)，存在加速度（即慣性力）的影響，同時(shí)靜摩擦系數(shù)大于動(dòng)摩擦系數(shù)。所以實(shí)際選擇的電機(jī)需要的功率需大于計(jì)算的凈功率情況。綜合考慮下，選才iSEW減速電機(jī)KA87BDT90S6/BMG,此減速電機(jī)減速比為i=174.19。電機(jī)功率為0.75KW。當(dāng)電機(jī)頻率為50Hz時(shí)，輸出轉(zhuǎn)速為5.3r/min。實(shí)

11、際需要的頻率以后續(xù)章節(jié)計(jì)算為（注：在后續(xù)的設(shè)計(jì)中，會(huì)對(duì)電機(jī)頻率有些許調(diào)整要求,準(zhǔn)）T=9550-rtN-mT軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩，Nm；P軸所傳遞的功率，Kw;n軸的工作轉(zhuǎn)速，r/min=547tV=0.55JCIV齒輪的計(jì)算與選用小齒輪安裝在主動(dòng)軸上，本章主要確定小齒輪的齒形系數(shù)。之前的計(jì)算中已經(jīng)確定了:回轉(zhuǎn)支承的型號(hào)：011.30.800三合一減速機(jī)型號(hào)：SEW減速電機(jī)KA87BDT90S6/BMG，此減速機(jī)減速比為i=174.19,電機(jī)功率0.75KW,輸出轉(zhuǎn)矩為5.3r/min。設(shè)計(jì)要求的的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為0.9-1.5r/min,因此主動(dòng)輪與從動(dòng)輪的裝配的減速比應(yīng)在5.3左右,使得轉(zhuǎn)盤在不被其他

12、因素影響的情況下轉(zhuǎn)速為1r/min。查閱回轉(zhuǎn)支承上，外齒齒輪的齒數(shù)為z=118從動(dòng)輪齒數(shù)為二22齒輪直徑,實(shí)際減速比i'=5.36-5.37之間模數(shù)為m=8考慮到加工上的問(wèn)題，對(duì)進(jìn)行取整。取齒數(shù)為25個(gè)。此時(shí)，i=4.72。（此情況下不會(huì)發(fā)生跟切）此時(shí)，若輸出轉(zhuǎn)速為5.3,則轉(zhuǎn)盤運(yùn)行速度將為1.123r/min。符合設(shè)計(jì)要求。校核部分：（參考機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算）按齒面接觸強(qiáng)度校核：軸承與軸的配合公差標(biāo)準(zhǔn)軸承徑公差帶的位置和大小與一般基準(zhǔn)孔不同，（G與E）或（0與6）滾動(dòng)軸承的徑是有特殊公差帶位置的基準(zhǔn)孔，各精度等級(jí)軸承徑的公差帶從零線起向下布置，上偏差為零，下偏差為負(fù)值.軸承外徑公差帶位置與

13、基軸制類似，從零線起向下布置。當(dāng)軸承徑公差帶與軸公差帶構(gòu)成配合時(shí)，在一般基孔制中原屬過(guò)渡配合的公差代號(hào)將變?yōu)檫^(guò)贏配合，如k5、k6、m5m6n6等，但過(guò)贏量不大；當(dāng)軸承徑公差代與h5、h6、g5、g6等構(gòu)成配合時(shí)，不在是間隙而成為過(guò)贏配合。軸承外徑公差帶由于公差值不同于一般基準(zhǔn)軸，也是一種特殊公差帶，大多情況下，外圈安裝在外殼孔中是固定的，有些軸承部件結(jié)構(gòu)要求又需要調(diào)整，其配合不宜太緊，常與H6、H7、J6、J7、Js6、Js7等配合。選用與滾動(dòng)軸承的精度有關(guān)，與G(0)級(jí)軸承配合的軸，其公差等級(jí)一般為IT6,外殼孔為IT7;與E(6)、D(5)級(jí)軸承配合，軸一般為IT5,外殼孔為IT6。要看

14、具體使用條件，如果對(duì)軸是旋轉(zhuǎn)負(fù)荷，轉(zhuǎn)速較高，負(fù)荷較大，則要求緊一些；如是靜止負(fù)荷，則可松些；也要看安裝方式，如果外圈同時(shí)安裝，為裝配方便計(jì)，也應(yīng)松些。一般情況下，軸一般標(biāo)0+0.005如果是不常拆的話，就是+0.005+0.01的過(guò)盈配合就可以了，如果要常常的拆裝就是過(guò)渡配合就可以了。我們還要考慮到軸材料本身在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)候的熱脹，所以軸承越大的話，最好是一0.0050的間隙配合，最大也不要超過(guò)0.01的間隙配合。本次設(shè)計(jì)當(dāng)中用到軸承的地方包括有小輪支承部分和電機(jī)轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)部分，涉及到的具型號(hào)為彳弋號(hào)GB/T276-1994的深溝球軸承6012、6211和6421。深溝球軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，是應(yīng)用

15、圍最廣的一類軸承。它主要用以承受徑向載荷，也可承受一定的軸向載荷。當(dāng)軸承的徑向游隙加大時(shí)，具有角接觸球軸承的功能，可承受教大的軸向載荷。與尺寸相同的其他類軸承比較，此類軸承摩擦因數(shù)小，極限轉(zhuǎn)速高。在轉(zhuǎn)速較高不宜采用推力球軸承的情況下可用該類軸承承受軸向載荷。關(guān)于主動(dòng)軸軸徑的估算：因?yàn)橹鲃?dòng)軸主要受扭，此處只給出按扭矩設(shè)計(jì)的過(guò)程。軸的材料選45鋼，則d至少為53mm若開鍵槽，至少為55mm參考機(jī)械設(shè)計(jì)，對(duì)軸的彎矩，疲勞強(qiáng)度，靜強(qiáng)度，剛度進(jìn)行校核計(jì)算，設(shè)計(jì)軸的尺寸如下圖中所示。軸承基本尺寸：6012軸承6211軸承6421軸承徑d:60mm55mm60mm外徑D：95mm100mm150mm厚度B：

16、18mm21mm35mm驅(qū)動(dòng)部分的軸如圖其中，配合公差選擇k6小車部分的軸如圖：兩端配合為k6，與軸承配合。中間為f7，與小輪配合。此外，齒輪孔公差為M7.與驅(qū)動(dòng)軸直徑為95mm的部分配合。轉(zhuǎn)盤鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算本裝置設(shè)計(jì)采用軌下直接鋪設(shè)支撐梁在轉(zhuǎn)盤承載時(shí)，主要考慮在工作中各個(gè)部分所面對(duì)的該部分承載最大的時(shí)候能夠滿足強(qiáng)度和剛度上的要求。在不同情況下，每個(gè)點(diǎn)所受的載荷發(fā)生變化，下面給出不同情況下，需要對(duì)強(qiáng)度和剛度做出的設(shè)計(jì)。情況一：當(dāng)轉(zhuǎn)向架剛運(yùn)行至轉(zhuǎn)盤上時(shí)，轉(zhuǎn)盤支撐梁所承受負(fù)載為ZJfr=(7.5+2.5)X1U3XID=10'N此時(shí)單側(cè)支撐梁在轉(zhuǎn)盤支承支點(diǎn)處的彎矩為M=104X0.6=3.0xm情況二：當(dāng)轉(zhuǎn)向架剛剛整體運(yùn)行至轉(zhuǎn)盤上時(shí)，轉(zhuǎn)盤支撐梁所承受的負(fù)載為集中力耳=(75+2.5)XID3XW=1O5JV綜上兩種情況，對(duì)支撐梁而言，只要承載截面的設(shè)計(jì)能滿足情況二的需求，那這種截面的鋼結(jié)構(gòu)就可用于x方向(y放向的鐵軌正下方部分)承受載荷的需要。此時(shí)最大彎矩為=X104?Vffl設(shè)計(jì)的最大撓度為2mm皿才=外乂x/)=2mm求得截面的軸慣性矩為%=1310.