毕业论文可回转电动平车设计.docx
《毕业论文可回转电动平车设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业论文可回转电动平车设计.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
毕业论文可回转电动平车设计
摘要
电动平车是电动轨道运输车辆，在车间内搬运产品。
它具有结构简单、使用方便、容易维护、承载能力大、污染小等特点。
普遍用于机械和冶金行业的车间产品运输。
本文在大量查阅资料的基础上，在实践中，进行可回转电动平车设计。
在设计时，依据可回转电动平车设计任务书，对电动平车车架、传动系统、行走机构进行设计并分析车轮的性能加以选择。
在设计过程中，主要有三个设计重点。
第一：
车轮的选用。
车轮虽然是标件，但车轮的选择为以后的设计工作提供了基础。
首先要确定出车轮的相关参数，特别是车轮的直径。
第二：
传动系统的设计。
在设计的过程中，一共设计了两种传动系统可以选择，两种传输方案是使用3维建模分析，最后由设计的传动系统安装第二种合理性。
第三：
行走机构的设计。
在这块的设计中，对主动轮轴及从动轮轴进行设计并加以分析校核。
为进一步测试驱动轮轴是不是符合强度要求，采用UG8.0分析主动轮轴。
关键词：
电动平车行走机构传动系统回转机构
ABSTRACT
Electric-carelectricrailtransportvehicles,carryingproductsintheworkshop.Ithasasimplestructure,easytouse,easytomaintain,largecarryingcapacity,littlepollution.Dragproductwidelyusedtransportmachineryandmetallurgicalindustries.Basedonalargenumberofaccesstoinformation,inpractice,makemayturnelectricflatcardesign。
Atdesigntime,accordingtotherotatableelectric-cardesigntaskbook,forelectric-carchassis,transmission,runninggeardesignandanalysisoftheperformanceofthewheeltochoose.Duringthedesignprocess,therearethreemaindesignfocus.First:
thewheelsofchoice.Whilethewheelisstandarditems,butthewheelsofchoiceprovidesthebasisforfuturedesignwork.First,todeterminetherelevantparametersofthewheel,inparticularthediameterofthewheel.Second:
drivesystemdesign.Inthedesignprocess,thedesignofatotaloftwodrivesystemstochoosefrom,twotransmissionsolutionistouse3-Dmodelingandanalysis,andfinallyinstallaseconddrivesystemdesignedbytherationality.Third:
walkingmechanismdesign.Inthisdesign,totaketheinitiativeanddrivenaxleshaftdesignandanalyzecheck.TofurthertestthestrengthofthedriveshaftisinlinewiththerequirementsanalysisusingUG8.0activeaxle。
Keywords:
electricvehiclestravelagenciesTransmissionrotatingmechanism.
目录
1引言1
1.1电动平车的相关概念1
1.2电动平车的分类1
1.3电动平车的主要技术参数1
2电动平车的总体设计2
3电动平车车轮的选用3
3.1车轮的材料选用3
3.2车轮的结构选用3
3.3车轮的直径选用3
4电动平车传动系统的设计与计算4
4.1电动机的选用4
4.1.1电动机的类型选用4
4.1.2电动机的功率选用5
4.1.3电动机的转速选用5
4.2计算总传动比和分配各级传动比6
4.3计算传动装置的运动和动力参数7
4.3.1各轴转速7
4.3.2各轴功率7
4.3.3各轴转矩7
5行走机构的设计8
5.1主动轮轴的设计8
5.1.1确定主动轮轴的结构和尺寸设计8
6电动平车车架的设计8
6.1车架的材料选用9
6.2车架的结构选用9
7回转机构的设计10
7.1回转支承装置10
7.1.1回转支撑齿轮的设计11
7.1.2回转支撑轴的设计11
7.2回转驱动装置11
8电动平车主动轮轴的有限元分析
8.1有限元法的概念12
8.2有限元法的计算过程
8.2.1问题和求解域的确定12
8.2.3状态变量以及控制方法的确定12
8.2.4单元推导12
8.2.5总装求解12
8.2.6联立方程组的求解以及结果分析12
8.3有限元的优势13
8.4结果分析13
9结论13
参考文献15
致谢16
1引言
现代化厂房，车库内货物转运时，电动平车因其装卸非常方便，承载能力很强，操作简单而充当着重要角色。
该车具有结构简单，使用方便，易于维修能力，大的优点，使用寿命长等特点。
同时，因为它是耐用，易于清洁，经济实用等优点，成为企业厂房内部短距离点经常搬运重物的首选交通工具[1]。
1.1电动平车的相关概念
电动平车，又称平车、电动平板车、过跨车、台车、地爬车等，是一种厂内有轨电动运输车辆，一般情况下是台面平整无厢盖，特殊情况下是台面非平面但无厢盖，因为车体无方向盘所以只能依靠轨道前进、后退和转弯；另外它是用于电力驱动车辆，在减速电机的驱动下自动运行；再次它是一种轨道型运输车辆，为保证平车的正常行驶，地面上需要有轨道，一般使用工字型面接触道轨。
[5]
1.2电动平车的分类
电动平车可以分为三大类包括：
低压轨道供电式电动平车、卷筒供电式电动平车和蓄电池供电时电动平车。
低压轨道供电式电动平车，运行轨道是导电轨，电车线路连接轨供电。
地面变压器控把单相或三相交流380V电压降变成单相或三相36V电压，由和轨道相连接的滑触线传输给平车，然后由车载升压变压器将36V单向或三向电压升为380V单相或三相交流电。
对平车用单相电容电动机或三相电机功率YZ起重冶金。
因为这种平车不使用电缆，所以非诚安全且不怕脏还不妨碍交叉运输，可以进行实遥控，使厂区的运输布置非常方便。
但通常的轨道施工要求较高，必须保证轨道绝缘，超过一定距离的运行轨迹应该是铜线路补偿后加入。
运行距离很长时要增加降压变压器数量。
因为此电动平车启动时在轨道处产生特别大的启动电流可达到1000A，所以在轨道的另一端有很大的电压降，造成单相电容电机启动困难，因此最大载重吨位为50T以下时，使用单相36V低压轨道为电动平车供电，使用单向电容电机。
最大载重吨为50T以上时，采用36V低压轨道供电，使用YZ起重冶金用电机。
卷筒供电式电动平车，380V交流电由电缆卷筒提供。
为了保证电缆受力均匀和不易拉坏，电缆卷筒要为磁滞耦合式。
平车上电机由380V交流电提供动力，从而使平车运行。
当平车运行电缆卷筒自动将电缆卷或释放，由于电源绕线长度的影响，最大工作距离一般小于200mm。
以蓄电池供电的电动平车是蓄电池供电式电动平车。
直流牵引电机提供电源，直流电机驱动的电动平车运行。
和交流电机相比，不易烧损，起动力矩大，过载能力强的优点是交流电机不具有的。
和另外两种电动平车相比，它的机动性灵活性和安全性能更好，并且没有运行距离的限制，也没有对轨道绝缘的要求，所以施工方便费用低廉。
1.3电动平车的主要技术参数
平车的技术参数包括：
供电方式、载重吨位、台面尺寸、台面高度、轨道长度、轨道间距、操作方式其中供电方式和载重吨位是最重要的技术参数。
电源轨道电动平车——确定型，一个载重吨位——确定其大小。
2电动平车的总体设计
电气控制系统、导电系统、传动系统、车体和车轮组构成了平车。
电控系统主要有：
配套变压器、回转警示灯、限位开关等。
本次设计主要针对传动装置、车体和车轮进行设计。
平车的传动装置包括：
电机、减速器、齿轮。
作用是驱动平车行驶。
传动系统的设计如图2.1所示。
平车车身是钢结构，由钢板焊接而成。
该框架由钢和钢——钢板焊接。
3电动平车车轮的选用
车轮支持电动平车和步行轮装置的重量，它可以分为轨道和无轨运行车轮，本设计为轮轨运行。
3.1车轮的材料选用
根据轮驱动模式、提升工作水平等因素确定车轮的材料。
当机械驱动速度大于30米/分钟时，工作类型为中级或中级以上，并且使用高于ZG55的钢，且表面进行淬火（火焰淬火或高频淬火），硬度要高于HB=300~350，淬火深度不少于5mm，这对提高耐磨性和车轮表面的使用寿命有很大的影响。
当人力驱动或机械驱动轻级工作类型且速度小于30米/分钟时，车轮使用铸铁，表面硬度为HB=180~240。
在本次设计时，由拟定任务和传动方案的以及参照《起重机械设计手册》，用机械驱动来驱动电动平车，设定中级工作级别，30m/min的运行速度，综合多种因素，车轮材质为ZG55钢，表面淬火，要求表面淬火硬度为HB=300~350，不小于20mm的淬火深度。
3.2车轮的结构选用
车轮有双缘的、单缘的和无缘的三种形式。
由于轮缘具有导向和防止脱轨的作用，所以双轮缘用于大车车轮，相反的单轮缘用于小车车轮。
车轮的踏面有圆柱形、圆锥形和鼓形三种形式，大部分起重机使用前两种。
有设计任务书可知，轮组的操作不需要特别要求,采用单轮缘式小车车轮可以降低其制造成本,代号为DL。
其结构简图如图3.1所示。
3.3车轮的直径选用
确定车轮的压力大小，直径较大的车轮压的增加而增加，但增加太大，设备的成本，和车轮转速的变化由于低复杂的传动机构。
所以，当你不再增大车轮直径，通常增加轮数降低轮压。
为了使轮压分布，当超过四个轮子，铰链架装置应采用平衡。
N=8为轮初步设计数，m=3T为电动车辆的重量，通过以上，根据设计要求和负载的最大轮压是已知的：
p=M+m/n=50+3/8=6.6T（3.1）
参考[8]表6-1和6-2表，选择单轮胎面边缘的圆柱，选D＝310mm，N=8的数量。
车轮图如下
4电动平车传动系统的设计与计算
设计参数：
1．运输重量：
15T
2．2．轨距：
1200mm
3．3．行走速度：
22.9m/min
4．4.台面尺寸：
3400´1500mm
4.1电动机的选用
4.1.1电动机的类型选用
冶金和起重用三相异步电动机是用来驱动起重机械和辅助机械的专用产品。
过载能力大和机械强度高是它用于短时或断续周期运行、经常启动和制动、可能过负荷和有显著地振动与冲击的设备的基础。
[9]
绕线转子电动机是YZR系列，笼型转子电动机是YZ系列。
YZR系列大多用于冶金和起重用电动机，其中30kw以下电动机且启动不频繁电网容量又允许满压启动的地方，也可采用YZ系列。
由此选择YZR、YZ系列冶金及起重用三相异步电动机。
4.1.2电动机的功率选用
电动机的功率．应根据生产机械所需要的功率来选择，尽量使电动机在额定负载下运行。
选择时应注意以下两点：
（1）如果电动机功率选得过小．就会出现“小马拉大车”现象，造成电动机长期过载．使其绝缘因发热而损坏．甚至电动机被烧毁。
（2）如果电动机功率选得过大．就会出现“大马拉小车”现象．其输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率都不高，不但对用户和电网不利。
而且还会造成电能浪费。
工作机所需功率为：
=
（4.1）
式中：
S——安全系数，其值为S=1.1；
u——摩擦系数，其值为u=0.05；
M——平车的载重量，其值为M=15T；
m——平车自重，其值为m=3.5T；
v——行走速度，其值为v=22.9m/min。
g——重力加速度（N/kg），其值为m=9.8N/kg。
工作机所需电动机输出功率为：
（4.2）
式中：
h1——滚动轴承效率；h2——齿轮传动效率，h3——摆线针轮减速器传动效率。
查[2]表1-7的h1=0.98、h2=0.98，h3=0.97。
由[2]表12-7可知电动机额定功率为5kw。
4.1.3电动机的转速选用
同一电机同步转速有几个不同但具有相同的额定功率。
低速电机系列，外轮廓尺寸较大，较重，价格较高，但总的传动比和传动尺寸减小，高速电机则相反，应该充分考虑各种因素，选择合适的电机转速。
根据负荷的不同性质，电动机有四种常用的工作制分别为：
S2（短时工作制）、S3（断续周期工作制）、S4（包括启动的断续周期性工作制）、S5（包括电制动的断续周期工作制）。
电机额定的S3工作制度，每个工作周期是10分钟，这相当于6倍等效开始/小时。
FC=40%是电动机的基准负载持续率，FC为工作时间/一个工作周期：
起动和制动时间组成工作时间。
[7]
如前所述，电动机WXDY11-6选着（开环）系统的负载持续时间（6h），FC=40%的转速的电动机，其同步转速值为960r/min。
4.2计算总传动比和分配各级传动比
总传动比为i，带传动的传动比为i0，高速级齿轮传动的传动比为i1，低速级齿轮传动的传动比为i2。
根据已知的总传动比前面介绍的要求，合理选择传输和分配水平比传动比应考虑以下的传动比计算。
车轮的转速：
（4.3）
式中：
D——车轮直径，其值为D=350mm；
v——行走速度，其值为v=22.9m/min。
总传动比：
46.15（4.4）
摆线针轮减速机传动比i0=29，（4.5）
直齿轮组传动比：
1.030取i1=1（4.6）
锥齿轮组传动比i2=46.15/（29´1）=1.591；（4.7）
式中：
———电动机满载转速，值为
r/min；
———车轮转速，其值为
=20.8r/min。
4.3计算传动装置的运动和动力参数
轴的功率、转速和转矩作为机械传动的主要运动和动力参数，给设计和计算传动件提供了重要依据。
[12]
在对传动件进行设计计算时，要先计算各轴的转速、功率和转矩。
各轴的运动和动力参数要由电动机的一般移动计算。
4.3.1各轴转速
①Ⅰ轴：
；（4.8）
②Ⅱ轴：
（4.9）
③Ⅲ轴：
。
（4.10）
4.3.2各轴功率
①Ⅰ轴：
（4.11）
②Ⅱ轴：
（4.12）
③Ⅲ轴：
（4.13）
4.3.3各轴转矩
①Ⅰ轴：
（4.14）
②Ⅱ轴：
（4.15）
③Ⅲ轴：
（4.16）
5行走机构的设计
轮轴和车轮是电动平车的主要组成部分，其中，轴上装有轴承套筒，套筒，和其他关键部件。
[10]
前面描述如何选择车轮，本节中对轮轴设计进行介绍。
轴结构在设计时要有合理的形状以及所有轴尺寸。
主要考虑以下因素:
轴的加工工艺以及加工工艺轴安装所需零件的类型，尺寸,数量以及和轴连接的方法；载荷的性质,大小,方向和分布轴的加工技术等。
设计时,必须根据不同情况作具体分析。
但是必须要符合:
轴的制造工艺性要良好；轴和轴上的零件的工作位置要准确；轴上的零件的装拆和调整要方便等。
5.1主动轮轴的设计
5.1.1确定主动轮轴的结构和尺寸设计
已知条件:
主动轮轴的输入功率PIII=3.77kw，转速
=20.804r/min和转矩
主动轮轴上安装着主动轮组和从动齿轮和用于与车架连接的支座。
该支座的连接为轴承连接,轴与主动轮组和从动齿轮的连接为键连接,并且从动齿轮和轴承都应该在轴向设置定位轴肩.轮组轨距为1200mm；台面宽度为1500mm。
根据上述因素，如图5.1所示的主动轮轴的结构设计。
由于圆锥齿轮存在轴向分力，所以选择圆锥滚子轴承。
安装80个圆锥滚子轴承和轴套在轴的左右两端的驱动轮，根据车轮直径轴承的类型是30216，其中内径d80，外径D140，a28为具体参数；轴与滚动轴承配合为过渡配合,轴的直径尺寸公差为m6；φ90的轴颈装主动轮组，车轮和轴的配合为间隙很小的配合,采用H7/h6配合；图5-1右端φ120的轴颈装从动锥齿轮。
此外，为了合理的安装轴和框架，使长度约束轴1980mm。
如图5.1所示为各轴承直径值和长度。
在平键连接头有利于传动轴上沿圆周方向的运动和动力部分。
从动齿轮传动周位置和功率也由平键来实现，在同一时间使用圆形键连接，根据该段轴的直径由表4-1可知平键截面b´h=28´20，键长l=100mm。
在轴的一端在2×45度倒角加工。
图5.1
6电动平车车架的设计
该电动平车的框架是一个可移动的金属结构。
它不仅承受重量，还支撑行走机构，是电动平车的基础。
[16][17]
整个电动平车重量的大部分就是电动平车车架。
因此，合理的结构设计，不仅可以节省用钢量电动平板车本身，也有助于降低成本。
另外，电动平车车架结构的质量优劣的一个重要指标是自重，除此之外车架结构设计时还要考虑其它方面的要求。
首先，要满足刚度和强度的要求。
且体积小，工艺简单，适合大批量自动化生产，维修方便，和一系列的因素。
许多这些因素都是相互矛盾的，应结合使用和制造条件的考虑。
而且，车架的材料的选用也十分重要，正确的材料选用可以更好的保证车架的刚度和强度。
[19][20]
6.1车架的材料选用
由《起重机设计手册》可知，电动平车车体主要使用钢材。
铝合金和钢相比，延伸率大，比重小且钢的弹性模量仅为1／3，且成本高，不使用电动平车车体设计。
由钢的可焊性决定电动平车金属结构所用的材料是钢Q235A。
电动平车的重要承载构件要根据GB700-88《碳素结构钢》采用Q235B。
由于Q235B力学性能居中，它主要用于建筑结构，桥梁等。
它也可用于一般零件如螺丝，螺母，螺栓，销一般强度的要求制造等。
它的特点如表6.1所示。
表6.1Q235钢的特性
6.2车架的结构选用
支承和安装传动系统、车轮系统等部件需要车架支承。
在设计中，应有足够的轻度和一定的刚度，质量轻，便于安装制造。
由于它是一个较大的部件，在保证其强度、刚度足够的要求下，降低它的重量，对降低轮压、减小负载和节省钢材方面具有很大的意义。
车架的型式，有铸造，铆接和焊接三种。
有很强的工作，轴承架，便于移动和变化特征，该车具有一些缺点：
铸造及加工难度大，和铆接和焊接的比重框架。
和铸造车架相比，因铆接的车架具有重量轻的特点，被广泛采用。
近年来，由于焊接工艺的发展，已经取代了铆接的车架。
焊接的车架是由型钢（槽钢、工字钢、角钢）和港版焊接而成。
型钢的刚度较好。
根据车架的设计要求，选用焊接的车架。
该车架由型钢——槽钢和钢板焊接而成。
该车架具有结构简单，加工方便，自重小等优点。
其三维建模图如图6.1所示。
图6.1
7回转机构的设计
回转机构包括：
回转支承装置和回转驱动装置两部分。
前者支承起重机的回转部分，后者驱动回转部分回转。
7.1回转支承装置
回转支承装置简称回转支承。
主要有主柱和旋转两类，根据不同的应用需求，合理的选择根据制造厂的加工条件。
本次设计选用柱式回转支承装置。
7.1.1回转支撑齿轮的设计
1）根据工作要求选用直齿圆柱齿轮传动。
2）精度等级选用7级精度。
3）材料选择：
由表10-1可知主动齿轮材料选择45#钢，齿面硬度为280HBS。
从动齿轮材料也是45#钢，齿面硬度为250HBS,材料硬度差为30HBS。
4）选齿轮模数为10，大齿轮齿数
，小齿轮齿数
。
7.1.2回转支撑轴的设计
支撑与框架相连接，传动轮组和从动齿轮安装在传动轴。
在支座处为轴承连接,在轴与主动轮组和从动齿轮处为键连接,并且与从动齿轮和轴承在轴向定位轴肩.轮组轨距为1200mm；台面宽度为1500mm。
因上述因素,主动轮轴为图7.1所示的结构设计。
图7.1
7.2回转驱动装置
起重机的回转部分通常装有回转驱动装置，起重机的回转是通过电动机的减速器带动最后一级小齿轮来实现的，小齿轮和起重机固定部分上的大齿圈相啮合。
本驱动机构选用功率4kw转速为1440
的电机。
8电动平车主动轮轴的有限元分析
8.1有限元法的概念
有限元法最初作为结构力学位移法的拓展，它的基本思路就是将复杂的结构看成由有限个单元仅在节点处连接的整体，首先对每一个单元分析去特性，建立相关的物理量之间的相关联系。
然后，依据单元之间的联系，再将个单元组装成整体，从而获得整体性方程，在应用方程相应的解法，即可完成整个问题的分析。
这种先“或整为零”然后再“化零为整”和“化未知为已知”的研究方法，是有普遍意义的。
有限元法作为一种近似的数值分析方法，它借助于矩阵等数学工具，尽管计算工作量很大，但是整体分析是一致的，有限强的规律性和统一模式，因此特别适合于编制计算机程序来处理。
一般来说，一定条件下的分析近似值，随着离散化网络的不断细化，计算精度也随之改变。
所以随着计算机硬件,软件技术的飞速发展，有限元分析技术得到了越来越多的应用。
8.2有限元法的计算过程
8.2.1问题和求解域的确定
求解域的物理性质和几何区域要根据设计中的实际问题来确定。
8.2.2域的离散化的求解
域的离散化求解作为有限元法的核心技术之一。
就是把求解域近似的划分为形状大小不同但相互联系的有限个单元构成的离散域。
要使计算结果精确，就要把网格划分得越细，但会增加计算量和误差。
8.2.3状态变量以及控制方法的确定
具体的物理问题需要用一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示。
为方便有限元的求解，通常将微分方程式转化为等价的泛函形式。
8.2.4单元推导
构建一个适用的近似解的表达式为单元。
有限元模型，包括选择和建立合理的单元坐标系，建立正确的功能单元，并给出了各状态变量的离散单元之间的关系，以便建立单元矩阵，单元矩阵也叫刚度阵或柔度阵。
为了确保解决问题的收敛性，遵循原则，导出单位。
工程应用中，需要注意的是，每个单元的解决问题和性能约束的重要。
要划分规范的单元形状规则，否则不仅精度变低，而且会有缺秩的可能，无法求解。
8.2.5总装求解
通用矩阵方程将单元组件
升级会员 