課程設(shè)計(jì)--受電弓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、<p>　　機(jī)械綜合設(shè)計(jì)I設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</p><p>　　設(shè)計(jì)題目：受電弓機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2012年06月</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　引言.......................................

2、......................3</p><p><b>　　1選題背景4</b></p><p>　　1.1問(wèn)題的提出4</p><p>　　1.2文獻(xiàn)綜述（即研究現(xiàn)狀）4</p><p>　　1.3設(shè)計(jì)的技術(shù)要求及指標(biāo)5</p><p><b>　　2

3、機(jī)構(gòu)選型6</b></p><p>　　2.1設(shè)計(jì)方案的提出6</p><p>　　2.1.1連桿機(jī)構(gòu)6</p><p>　　2.1.2弓頭機(jī)構(gòu)9</p><p>　　2.2設(shè)計(jì)方案的確定9</p><p>　　2.2.1連桿機(jī)構(gòu)9</p><p>　　2.2.

4、2弓頭機(jī)構(gòu)10</p><p>　　3 尺度綜合10</p><p>　　3.1機(jī)構(gòu)關(guān)鍵尺寸計(jì)算10</p><p>　　3.1.1連桿機(jī)構(gòu)10</p><p>　　3.1.2弓頭機(jī)構(gòu)13</p><p>　　3.1.3 升弓桿角度的計(jì)算...............................

5、...................................................................153.2機(jī)構(gòu)關(guān)鍵尺寸優(yōu)化..........................................................................................................16</p><p><b>

6、　　4受力分析18</b></p><p>　　4.1機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力描述18</p><p>　　4.1.1機(jī)構(gòu)的壓力角進(jìn)行分析18</p><p>　　4.1.2連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析18</p><p>　　4.1.3對(duì)點(diǎn)B,點(diǎn)E進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析19</p><p>　　4.2機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜

7、力變化曲線描述20</p><p>　　4.2.1連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角變化曲線21</p><p>　　4.2.2連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力22</p><p><b>　　5機(jī)構(gòu)建模26</b></p><p>　　5.1機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及尺寸標(biāo)注26</p><p>　　5.1.1連桿機(jī)構(gòu)

8、26</p><p>　　5.2機(jī)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件建模過(guò)程27</p><p>　　5.2.1弓頭滑板機(jī)構(gòu)27</p><p>　　5.2.2底座29</p><p>　　5.2.3主動(dòng)桿31</p><p>　　5.2.4連架桿32</p><p>　　5.2.5升弓桿34<

9、/p><p>　　5.2.6平衡桿37</p><p>　　5.3機(jī)構(gòu)總體裝配過(guò)程38</p><p>　　5.3.1受電弓爆炸圖38</p><p>　　5.3.2受電弓機(jī)構(gòu)裝配圖39</p><p>　　6 機(jī)構(gòu)仿真............................................

10、................................................40</p><p>　　6.1機(jī)構(gòu)仿真配置40</p><p>　　6.2機(jī)構(gòu)仿真過(guò)程描述41</p><p>　　6.3仿真參數(shù)測(cè)量及分析42</p><p>　　6.4仿真中存在的不足42</p><p&g

11、t;　　7 有限元分析........................................................................................42</p><p>　　7.1弓頭機(jī)構(gòu)的有限元分析43</p><p>　　7.2下臂桿機(jī)構(gòu)的有限元分析47</p><p>　　8 設(shè)計(jì)總結(jié).......

12、.....................................................................................50</p><p>　　9 收獲及體會(huì)........................................................................................51 </p>

13、<p>　　10 致謝....................................................................................................51</p><p>　　11 參考文獻(xiàn).......................................................................

14、.....................52</p><p>　　12 附 錄................................................................................................52</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　受電

15、弓亦稱集電弓（Pantograph），亦有人稱之為輸電架，是一種讓電氣化鐵路車輛從高架電纜取得電力的設(shè)備的統(tǒng)稱。動(dòng)作原理：</p><p>　　升弓：壓縮空氣經(jīng)電空閥均勻進(jìn)入傳動(dòng)氣缸，氣缸活塞壓縮氣缸內(nèi)的降弓彈簧，此時(shí)升弓彈簧使下臂桿轉(zhuǎn)動(dòng)，抬起上框架和滑板，受電弓勻速上升，在接近接觸線時(shí)有一緩慢停滯，然后迅速接觸接觸線。</p><p>　　降弓：傳動(dòng)氣缸內(nèi)壓縮空氣經(jīng)受電弓緩沖閥迅速排向大

16、氣，在降弓彈簧作用下，克服升弓彈簧的作用力，使受電弓迅速下降，脫離接觸網(wǎng)。受電弓的種類主要有四種主要形式的：</p><p>　?。?）雙臂式，雙臂式集電弓乃最傳統(tǒng)的集電弓，亦可稱“菱”形集電弓，因其形狀為菱形。但現(xiàn)因保養(yǎng)成本較高，加上故障時(shí)有扯斷電車線的風(fēng)險(xiǎn)，目前部分新出廠的鐵路車輛，已改用單臂式集電弓；亦有部分鐵路車輛從原有的雙臂式集電弓，改造為單臂式集電弓。</p><p>　?。?

17、）單臂式，除了雙臂式，其后亦有單臂式的集電弓，亦可稱為“之”（Z）字形的集電弓。此款集電弓的好處是比雙臂式集電弓噪音為低。不過(guò)依各鐵路車輛制造廠的設(shè)計(jì)方式，在集電弓細(xì)部結(jié)構(gòu)上可能會(huì)有些不同。</p><p>　　（3）垂直式，除了上述兩款集電弓，還有某些集電弓是垂直式設(shè)計(jì)，亦可稱成“T”字形（亦叫作翼形）集電弓，其低風(fēng)阻的特性特別適合高速行駛，以減少行車時(shí)的噪音。所以此款集電弓主要用于高速鐵路車輛。</p&

18、gt;<p>　?。?）石津式，日本岡山電氣軌道的第六代社長(zhǎng)，石津龍輔1951年發(fā)明、又稱為“岡電式”、“岡軌式”。 </p><p>　　現(xiàn)主要針對(duì)目前普遍常用的單臂式受電弓進(jìn)行了尺寸計(jì)算，校核，用solidworks對(duì)它進(jìn)行了三維建模以及受力分析等等。</p><p><b>　　選題的背景</b></p><p><b

19、>　　問(wèn)題的提出</b></p><p>　　隨著目前鐵路技術(shù)的發(fā)展，特別是中國(guó)的高鐵技術(shù)在世界高鐵技術(shù)的舞臺(tái)上扮演著越來(lái)越重要的角色，受電弓作為鐵路技術(shù)技術(shù)中一項(xiàng)核心的技術(shù)，越來(lái)越受到人們重視，雙臂式受電弓因保養(yǎng)成本較高，加上故障時(shí)有扯斷電車線的風(fēng)險(xiǎn)，目前部分新出廠的鐵路車輛，已改用單臂式受電弓，因此人們對(duì)單臂式受電弓的研究越來(lái)越深入。</p><p>　　在普通列車上

20、使用的受電弓已經(jīng)基本能滿足我們運(yùn)行使用的要求，但是隨著我國(guó)鐵路大提速的要求及高鐵的日益發(fā)展，實(shí)用與高速列車的受電弓就顯得尤為重要。而普通列車上的受電弓的性能并不能完全滿足高速列車的需求。</p><p>　　因此，我們需要在結(jié)構(gòu)尺寸，受力分析以及受電弓性能的穩(wěn)定性上進(jìn)行再次研究與分析，從而構(gòu)建出能夠適合在高速列車上安裝的受電弓模型，這也是本次課程設(shè)計(jì)的立足點(diǎn)及最終目的。</p><p>&

21、lt;b>　　文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　現(xiàn)在列車已經(jīng)逐漸由內(nèi)燃機(jī)車向電力機(jī)車發(fā)展轉(zhuǎn)變，而在電力機(jī)車中，受電弓的作用是顯而易見(jiàn)的：受電弓是列車接受來(lái)自電網(wǎng)電能的部件，安裝在機(jī)車或動(dòng)車的車頂上，它是通過(guò)弓頭上的導(dǎo)電滑板與電網(wǎng)接觸受電來(lái)發(fā)揮作用的。正因?yàn)槭茈姽闹匾饔?，所以?duì)它的研究也一直沒(méi)有停止，國(guó)內(nèi)外多年來(lái)一直都有專業(yè)人士在從事受電弓的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。</p><p&

22、gt;　　對(duì)于高速受電弓，除了與普通受電弓相同的諸如磨耗小，可靠性高，運(yùn)營(yíng)和維修費(fèi)較低的一般技術(shù)要求外，還應(yīng)該具有以下更為嚴(yán)格的特點(diǎn)：</p><p>　　受流可靠。列車運(yùn)行速度提高后，受電弓沿接觸網(wǎng)導(dǎo)線移動(dòng)的速度大大加快，接觸網(wǎng)與受電弓的接觸特性更加復(fù)雜。因此要求受電弓在高速滑動(dòng)時(shí)受流可靠，即要求離線率小，接觸壓力盡可能保持恒定。</p><p>　　受電弓重量需要降低。運(yùn)行中受電弓會(huì)隨

23、著接觸導(dǎo)線不平順而上下波動(dòng)，高速運(yùn)動(dòng)將使這種運(yùn)動(dòng)加劇，從而影響受流質(zhì)量。。由于弓-網(wǎng)接觸壓力與受電弓靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性直接相關(guān)，因此，對(duì)于高速受電弓，在保證強(qiáng)度和剛度的前提下，應(yīng)降低受電弓運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量，從而減小運(yùn)動(dòng)慣性力，保證弓-網(wǎng)接觸良好。</p><p>　　良好的空氣動(dòng)力學(xué)性能。高速列車運(yùn)行時(shí)所受的空氣阻力較常規(guī)列車大很多。安裝在車頂?shù)氖茈姽擒圀w突出部分，必須采取相關(guān)措施提高受電弓空氣動(dòng)力學(xué)性能，即減小

24、空氣動(dòng)力學(xué)作用對(duì)受流的影響，減小空氣阻力和氣動(dòng)噪聲。</p><p>　　采用單弓受流。理論計(jì)算和實(shí)際運(yùn)用表明，基于減小空氣阻力、噪聲，避免接觸網(wǎng)波動(dòng)的角度出發(fā)，現(xiàn)代高速列車應(yīng)該采用單弓受流。</p><p>　　目前我們CRH系列動(dòng)車組所采用的是DSA250型受電弓（如下圖），該受電弓采用輕量化優(yōu)質(zhì)材料，具有良好的機(jī)械和動(dòng)力學(xué)性能，受電弓滑板采用純硬碳材料，對(duì)接觸網(wǎng)起到保護(hù)作用。<

25、/p><p>　　圖1.2.1 DSA250型受電弓</p><p>　　上面提出了很多的高速受電弓的設(shè)計(jì)要求，所以在設(shè)計(jì)時(shí)候應(yīng)進(jìn)行更為嚴(yán)格的分析計(jì)算，本為提出幾種受電弓的設(shè)計(jì)方案并最終采用了目前應(yīng)用廣泛的單臂受電弓的連桿機(jī)構(gòu)，之后對(duì)其重新進(jìn)行了主動(dòng)件的選取及尺寸的設(shè)計(jì)（包括升弓機(jī)構(gòu)和平衡桿機(jī)構(gòu)）。</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)的技術(shù)要求及指標(biāo)</p>

26、<p>　　為了能夠在結(jié)構(gòu)尺寸，受力分析以及受電弓性能的穩(wěn)定性上進(jìn)行研究與分析，從而構(gòu)建出能夠適合在高速列車上安裝的受電弓模型，我們所設(shè)計(jì)的受電弓必須滿足以下的要求：</p><p>　　進(jìn)行仿真時(shí)各部分動(dòng)作連續(xù)，結(jié)構(gòu)緊密，能夠連續(xù)的完成升弓和降弓的動(dòng)作。</p><p>　　在升弓和降弓，弓頭偏離所設(shè)計(jì)的理想軌跡的距離不宜過(guò)大，弓頭的最大角位移也不得太大。</p>

27、<p>　　為了達(dá)到效率最大，節(jié)約能源的目的，弓頭的傳動(dòng)角必須合理（最好大于或等于30°）。</p><p>　　為了使受電弓維修方便，便于安裝，節(jié)約原材料的目的，要讓設(shè)計(jì)的受電弓結(jié)構(gòu)盡可能的簡(jiǎn)單。</p><p>　　為使受電弓的結(jié)構(gòu)盡可能的簡(jiǎn)單，應(yīng)使受電弓的自由度只有一個(gè)。</p><p>　　受電弓的整個(gè)工作過(guò)程應(yīng)該安全可靠。</

28、p><p><b>　　機(jī)構(gòu)選型</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案的提出</b></p><p>　　2.1.1連桿機(jī)構(gòu) </p><p>　　連桿機(jī)構(gòu)是整個(gè)受電弓設(shè)計(jì)的最關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)的作用是：在升弓和降弓的過(guò)程當(dāng)中，讓受電弓的弓頭能夠平穩(wěn)的上下運(yùn)動(dòng)，而且要使弓頭在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中的理想

29、軌跡始終是一條豎直的直線，而且能夠穩(wěn)定在最高點(diǎn)保持不動(dòng)，上下偏差要盡可能的小，而且要保證弓頭的角位移偏差也要盡可能的小。</p><p>　　因此對(duì)連桿機(jī)構(gòu)的要求是：</p><p>　　盡量保證弓頭的軌跡為一條豎直的直線，而且要讓弓頭的角偏差也要盡可能小，都在誤差允許范圍內(nèi)。</p><p>　　連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)要盡可能的簡(jiǎn)單，而且尺寸也要盡可能的?。ú徽加密図?shù)目?/p>

30、間，而且安裝維修方便，節(jié)約資源）。</p><p>　　要是連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角大于或等于30度。</p><p>　　根據(jù)上面的要求，可以設(shè)計(jì)出不同的連桿機(jī)構(gòu)：</p><p>　　方案一：平面RR開(kāi)鏈機(jī)械臂</p><p>　　圖2.1.1 平面RR開(kāi)鏈機(jī)械臂</p><p>　　工作原理：平面RR開(kāi)鏈機(jī)械臂工作時(shí)，

31、下桿作圓周運(yùn)動(dòng)，而上桿作搖擺運(yùn)動(dòng)，下桿運(yùn)動(dòng)時(shí)，確保上桿的運(yùn)動(dòng)軌跡在圖中所畫(huà)的中心線軌跡上作豎直運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　優(yōu)缺點(diǎn)：平面RR開(kāi)鏈機(jī)械臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用的空間小，但在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中由于桿的支少，容易發(fā)生上下的偏離，不容易在最高點(diǎn)穩(wěn)定，而且在列車高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中容易發(fā)生角偏轉(zhuǎn)，從而有角位移。</p><p>　　方案二：滑塊連桿組合機(jī)構(gòu)</p><p>　　圖2.

32、1.2滑塊連桿組合機(jī)構(gòu)</p><p>　　工作原理：當(dāng)2桿作為主動(dòng)件，整體結(jié)構(gòu)都會(huì)向上并且向右運(yùn)動(dòng)，此時(shí)7桿的長(zhǎng)度不能改變，則會(huì)讓5和6桿慢慢的在鉸鏈處產(chǎn)生一個(gè)角度，此時(shí)中間四邊形水平對(duì)角線就會(huì)變短。即CD的長(zhǎng)度就會(huì)變短，會(huì)使弓頭上升，且行程為豎直向下的直線。</p><p>　　優(yōu)缺點(diǎn)：這種結(jié)構(gòu)能夠在受電弓的頂部保持穩(wěn)定的，因而不容易在列車高速運(yùn)行當(dāng)中保持固定不變，而且能夠使弓頭的運(yùn)動(dòng)

33、軌跡保持為一條直線，但是美中不足的是該機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜連桿較多，在實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中比較困難。</p><p>　　方案三：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)</p><p>　　圖2.1.3曲柄滑塊機(jī)構(gòu)</p><p>　　工作原理：當(dāng)滑塊沿著傾斜的軌道運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，在曲柄和連架桿的運(yùn)動(dòng)的配合下，可以讓弓頭得軌跡在圖中中心線的的軌跡下作豎直的直線運(yùn)動(dòng)，從而保證弓頭的軌跡是豎直直線。</

34、p><p>　　優(yōu)缺點(diǎn)：當(dāng)受電弓不工作的時(shí)候，也就是當(dāng)弓頭收起來(lái)的時(shí)候，占用的空間比較大，而且由于滑塊的軌跡是傾斜的，因此需要額外的構(gòu)建去固定，這樣比較麻煩。</p><p>　　方案四：鉸鏈三桿機(jī)構(gòu)</p><p>　　圖2.1.4 鉸鏈三桿機(jī)構(gòu)</p><p>　　工作原理：桿3為主動(dòng)件，桿3運(yùn)動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中，帶動(dòng)桿2向右運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)桿1的緩

35、慢的上下運(yùn)動(dòng)，從而保證弓頭的軌跡為豎直直線。</p><p>　　優(yōu)缺點(diǎn)：鉸鏈三桿機(jī)構(gòu)能夠確保弓頭在最高點(diǎn)能穩(wěn)定下來(lái)，因?yàn)闂U3對(duì)桿1有一個(gè)支持的作用，另外桿2對(duì)桿1有一個(gè)固定防止桿1產(chǎn)生角度偏轉(zhuǎn)的作用，另外，這種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，不占用空間。</p><p>　　2.1.2 弓頭的設(shè)計(jì)</p><p>　　弓頭是受電弓中另外一個(gè)重要的構(gòu)件，弓頭的作用是：使列車在運(yùn)

36、動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中始終保持與導(dǎo)線的接觸。</p><p>　　因此對(duì)弓頭設(shè)計(jì)的要求是：</p><p>　　1,減少弓頭和導(dǎo)線的磨損，由于在摩擦過(guò)程當(dāng)中，滾動(dòng)摩擦的摩擦系數(shù)比滑動(dòng)摩擦系數(shù)要小，因此采用小滾輪結(jié)構(gòu)。</p><p>　　2,為了保護(hù)弓頭在運(yùn)動(dòng)中盡可能的不受到外面的因數(shù)的干擾，我們?cè)诠^的上面加了一個(gè)小蓋，算是一個(gè)小小的創(chuàng)新的，同時(shí)能夠防止滑輪在受到雨水，露水

37、等等因數(shù)的作用而發(fā)生腐蝕和生銹。</p><p>　　我們采用的結(jié)構(gòu)如下圖所示：</p><p>　　圖2.1.5 弓頭機(jī)構(gòu)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案的確定</b></p><p><b>　　2.2.1連桿機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　方案一設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但結(jié)構(gòu)

38、占用空間大，而且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程當(dāng)中不容易保持穩(wěn)定。方案二，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在運(yùn)動(dòng)當(dāng)中各個(gè)鉸鏈點(diǎn)容易發(fā)生磨損，容易破壞，維修比較困難。方案三，結(jié)構(gòu)占用空間大，而且傾斜導(dǎo)軌不是很容易確定。方案四，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且在運(yùn)動(dòng)中能夠保持很好的穩(wěn)定，不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因此就選方案四。</p><p><b>　　2.2.2弓頭</b></p><p>　　弓頭的設(shè)計(jì)選圖中所示的結(jié)構(gòu)。</p&g

39、t;<p><b>　　3 尺度綜合</b></p><p>　　3.1機(jī)構(gòu)關(guān)鍵尺寸計(jì)算</p><p><b>　　3.1.1連桿機(jī)構(gòu)</b></p><p><b>　　機(jī)構(gòu)關(guān)鍵尺寸計(jì)算</b></p><p>　　圖3.1.1 連桿機(jī)構(gòu)圖</p>

40、;<p>　　以AB為原動(dòng)件分析，則這個(gè)連桿機(jī)構(gòu)是一個(gè)二級(jí)桿組。由于在桿AB繞A點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，CD桿繞點(diǎn)D旋轉(zhuǎn)，而又桿AB和桿CD的距離始終保持不變,而A點(diǎn)，D點(diǎn)與機(jī)架固結(jié)。</p><p>　　可以根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況，找出運(yùn)動(dòng)約束條件建立約束方程。</p><p>　　CD桿，AB桿的運(yùn)動(dòng)約束方程分別是： </p><p>　　另外，又由于E點(diǎn)在豎直線上運(yùn)

41、動(dòng)，因此E點(diǎn)的坐標(biāo)E點(diǎn)的軌跡來(lái)求出的，然后可利用E點(diǎn)建立位移矩陣來(lái)求出點(diǎn)B和點(diǎn)C的坐標(biāo)。 </p><p><b>　　位移矩陣為：</b></p><p>　　利用位移矩陣建立點(diǎn)B和點(diǎn)D與位移矩陣的關(guān)系：</p><p>　　在上面方程中所有的變量都是未知數(shù)，由于上面的方程為非線性方程組，求解繁瑣，且點(diǎn)E的坐標(biāo)為未知量，而且存在點(diǎn)E軌跡及運(yùn)動(dòng)

42、方程的最優(yōu)化問(wèn)題，所不能一次計(jì)算出所有未知量。為解決該問(wèn)題，可更具根據(jù)實(shí)際工況取點(diǎn)E的五個(gè)坐標(biāo)，為 并且根據(jù)實(shí)際情況可以認(rèn)為A點(diǎn)，D點(diǎn)的坐標(biāo)確定，分別為。</p><p>　　這樣方程的未知數(shù)只有：，一共八個(gè)未知數(shù)可以進(jìn)行求解。</p><p>　　采用逆向設(shè)計(jì)的方法，先確定設(shè)計(jì)的尺寸，然后利用仿真軟件直接模擬出點(diǎn)E的運(yùn)動(dòng)軌跡，或者matlab軟件解出上面的方程；對(duì)點(diǎn)E的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，并驗(yàn)

43、證是否滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　首先，根據(jù)連桿機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀況以及我們的設(shè)計(jì)要求，我們E點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，以及誤差允許的范圍，我們初步假設(shè)點(diǎn)E的五個(gè)位置分別為： </p><p>　　然后再根據(jù)點(diǎn)A和點(diǎn)D在運(yùn)動(dòng)過(guò)程的位置始終不變，結(jié)合實(shí)際我們假設(shè)點(diǎn)A,點(diǎn)D的坐標(biāo)為：</p><p>　　根據(jù)上面的假設(shè)可以求出未知數(shù)的值。</p><p&g

44、t;　　在上面的矩陣乘法運(yùn)算中，我們利用了matlab進(jìn)行運(yùn)算，程序見(jiàn)附錄1，</p><p><b>　　然后利用方程式：</b></p><p>　　可以求出AB桿，BC桿，CD桿，BE桿的桿長(zhǎng)分別為：</p><p>　　點(diǎn)C,點(diǎn)D的坐標(biāo)可以求出桿的長(zhǎng)度，然后再根據(jù)公式：</p><p><b>　　可以

45、求出</b></p><p>　　根據(jù)求出的AB桿，BC桿，CD桿，BE桿的桿長(zhǎng)，然后可以根據(jù)逆向設(shè)計(jì)的方法再次去判斷取出的桿長(zhǎng)是否滿足需求。</p><p>　　3.1.2平衡桿機(jī)構(gòu)計(jì)算模型計(jì)算</p><p>　　平衡機(jī)構(gòu)是受電弓連桿機(jī)構(gòu)中另外一塊很重要的組成部分，在升弓和降弓的運(yùn)動(dòng)當(dāng)中起到平衡的作用，下面我們對(duì)確定平橫機(jī)構(gòu)的尺寸。</p>

46、;<p>　　圖3.2.1平衡機(jī)構(gòu)</p><p>　　在第一問(wèn)當(dāng)中可以利用位移矩陣可以求出點(diǎn)B，點(diǎn)C的五個(gè)精確坐標(biāo)的位置,它們分別是:</p><p>　　而桿BG,CG,FE的桿長(zhǎng)始終保持不變的，可以得到長(zhǎng)度約束方程：</p><p>　　而由于點(diǎn)E,F在同一條豎直線上，故有</p><p>　　把在3.1中得到的點(diǎn)B，點(diǎn)C

47、的五個(gè)精確坐標(biāo)的位置帶入上面方程式，由于這是非線性方程組，求解過(guò)程很復(fù)雜，求解繁瑣，因此可以用matlab軟件進(jìn)行求解，程序編寫如3.1中求解第二部的程序。</p><p><b>　　經(jīng)過(guò)求解，可以得出</b></p><p>　　根據(jù)得到的坐標(biāo)值，然后根據(jù)公式： </p><p>　　然后把點(diǎn)E,F,B,G,A的坐標(biāo)值帶進(jìn)去，可以求出EF,

48、AG,BG的桿長(zhǎng)。</p><p><b>　　它們分別是：</b></p><p>　　通過(guò)上面3.1,3.2中的計(jì)算可以得出整個(gè)機(jī)構(gòu)的總體尺寸整理如下：</p><p><b>　　（主動(dòng)桿件長(zhǎng)度）</b></p><p><b>　?。ㄟB桿長(zhǎng)度）</b></p>

49、;<p><b>　?。ㄟB架桿長(zhǎng)度）</b></p><p><b>　?。ㄉ瓧U長(zhǎng)度）</b></p><p><b>　?。▌傂赃B桿角度）</b></p><p><b>　?。ü^連桿長(zhǎng)度）</b></p><p>　　（桿AG,BG的

50、桿長(zhǎng)限制G點(diǎn)在剛體AB上的位置）</p><p>　　3.1.3升弓桿角度的計(jì)算</p><p>　　圖3.1.3升弓桿示意圖</p><p>　　在圖中可以看出升弓桿與圓柱銷之間有一定的角度，畫(huà)出它的俯視圖如下：</p><p>　　圖3.1.4升弓桿的俯視圖</p><p>　　在圖中求出升弓桿與中心線的夾角,根據(jù)

51、公式：</p><p><b>　　,而</b></p><p>　　可更具根據(jù)實(shí)際工況可初取AB桿長(zhǎng)，CE桿長(zhǎng)為定值,然后代入公式計(jì)算即可。</p><p>　　可取，代入計(jì)算可以得出</p><p>　　3.2 弓頭機(jī)構(gòu)的計(jì)算</p><p>　　圖3.2 弓頭機(jī)構(gòu)</p>

52、<p>　　在弓頭這部分，由于機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，根本沒(méi)有什么計(jì)算部分，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)這部分的時(shí)候主要是根據(jù)弓頭這部分的實(shí)際長(zhǎng)度并結(jié)合我們?cè)谇懊嬗?jì)算出來(lái)的長(zhǎng)度進(jìn)行建模的，涉及到一些的尺寸我們主要從網(wǎng)上和相關(guān)書(shū)籍上進(jìn)行查詢計(jì)算的。</p><p>　　3.3機(jī)構(gòu)關(guān)鍵尺寸優(yōu)化</p><p>　　在進(jìn)行連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與建模當(dāng)中，計(jì)算出來(lái)的尺寸很繁瑣，而且小數(shù)點(diǎn)后面有很多的小數(shù)，為了計(jì)算與建

53、模的方便，我們?cè)诒ＷC他們的力學(xué)性能的前提下以及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下，查找了一些數(shù)據(jù)手冊(cè)，并且根據(jù)一些具體情況對(duì)后面的小數(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，使得結(jié)果更加的簡(jiǎn)便，讓人一目了然，便于直觀的感受。</p><p>　　根據(jù)實(shí)際情況，一般對(duì)受電弓的尺寸要求是：</p><p>　　在弓頭上升、下降的1550mm行程內(nèi)，偏離理想化直線軌跡的距離不得超過(guò)100mm，弓頭擺動(dòng)的最大角位移不得大于5°，整個(gè)

54、受電弓不超出1400×400mm的區(qū)域，在垂直機(jī)車運(yùn)動(dòng)方向上，最大尺寸不超過(guò)1200mm，最小傳動(dòng)角大于或等于30°。據(jù)跟這些要求對(duì)受電弓尺寸進(jìn)行優(yōu)化。</p><p><b>　　圖3.3 優(yōu)化圖</b></p><p>　　設(shè)E點(diǎn)坐標(biāo)為：，所以我們得到關(guān)于E點(diǎn)坐標(biāo)的表達(dá)式：</p><p><b>　　4受力分

55、析</b></p><p>　　4.1 機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力描述</p><p>　　4.1.1針對(duì)連桿機(jī)構(gòu)的壓力角進(jìn)行分析，最小傳動(dòng)角：</p><p>　　解得：，因此該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。</p><p>　　4.1.2連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析描述</p><p>　　通過(guò)靜力學(xué)平衡方程，求出機(jī)構(gòu)各個(gè)運(yùn)動(dòng)副的反力和平

56、衡力的方法稱為機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析方法。</p><p>　　為了對(duì)連桿進(jìn)行受力分析，模擬現(xiàn)實(shí)的連桿之間的動(dòng)力源，我們?cè)跅UAB上加了一個(gè)風(fēng)缸，從而模擬在現(xiàn)實(shí)中的連桿受力情況，對(duì)各個(gè)桿之間的力進(jìn)行分析。</p><p>　　圖4.1．2連桿機(jī)構(gòu)示意圖</p><p>　　對(duì)于連桿機(jī)構(gòu)， 進(jìn)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析的順序?yàn)椋?lt;/p><p>　　讓風(fēng)缸

57、對(duì)桿BF 一個(gè)外力為,利用杠桿原理可以求出點(diǎn)B受到的力為,</p><p>　　，其中為風(fēng)缸與桿BF的夾角（圖中沒(méi)有標(biāo)出來(lái)），測(cè)出點(diǎn)A,B出受到的外力的大小以及力的變化曲線，然后再去分析點(diǎn)C,點(diǎn)D,點(diǎn)E受到的力，并且測(cè)出他們的變化曲線。</p><p>　　4.1.3對(duì)點(diǎn)B,點(diǎn)E進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析</p><p>　　由于點(diǎn)A,點(diǎn)D的坐標(biāo)已知，而且桿AB，桿BE的桿長(zhǎng)確

58、定，因此可以求出點(diǎn)B，點(diǎn)E的軌跡方程:</p><p>　　因?yàn)锳B桿是風(fēng)缸直接作用桿件，所以其受力在所有桿件中式最為關(guān)鍵的，故要對(duì)其進(jìn)行分析，又因?yàn)锳B的角速度和角加速度能直接決定受電弓弓頭上升的速度，所以對(duì)其角速度和角加速度的分析就顯得尤為重要了。</p><p>　　上面可以求出點(diǎn)B的坐標(biāo)點(diǎn)B的速度,對(duì)速度再求一次導(dǎo)，可以得到點(diǎn)B的角加速度</p><p>　

59、　運(yùn)用仿真可以在圖中觀察B點(diǎn)角速度。</p><p>　　因?yàn)樵谖覀兊脑O(shè)計(jì)當(dāng)中，要控制點(diǎn)E的線偏移量和角偏移量，要使點(diǎn)E在升弓和降弓的過(guò)程當(dāng)中，點(diǎn)E始終在圖中虛線部分的理想軌跡上運(yùn)動(dòng)，線偏移量和角偏移量要控制在理想的誤差允許方位內(nèi)，所以很有必要對(duì)點(diǎn)E進(jìn)行分析，分析如下：</p><p>　　線偏離：弓頭在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中偏離理想軌跡的最大線距離，為了保證受電弓性能的穩(wěn)定性，應(yīng)該保證最大線偏離。&

60、lt;/p><p>　　可以求出點(diǎn)E的坐標(biāo),然后比較偏離0的大小，線偏離也就是的大小。</p><p><b>　　角偏離：</b></p><p>　　當(dāng)穩(wěn)定在最高點(diǎn)時(shí)，隨著列車的高速運(yùn)動(dòng)，弓頭也在上下的擺動(dòng)，為了保證受電弓性能的穩(wěn)定性，應(yīng)該保證最大角偏離。</p><p>　　運(yùn)用仿真可以在圖中觀察的變化，從而判斷設(shè)計(jì)的

61、受電弓的性能是否能夠滿足列車在高速行駛時(shí)的性能要求。</p><p>　　4.2機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力變化曲線描述</p><p>　　整個(gè)過(guò)程同樣采用ADAMS對(duì)其進(jìn)行分析</p><p>　　在上面的基礎(chǔ)上加上作為電機(jī)，然后對(duì)電機(jī)進(jìn)行設(shè)置，每秒鐘轉(zhuǎn)動(dòng)10°，轉(zhuǎn)了7秒，分500步進(jìn)行，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)角度的控制，然后對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，建模如下：<

62、/p><p>　　圖4.2.1 帶電機(jī)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖</p><p>　　圖4.2.2 上升到最高點(diǎn)的示意圖</p><p>　　上圖中右側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)副就是電機(jī)的簡(jiǎn)圖，起到提供驅(qū)動(dòng)力的作用。</p><p>　　為了能更好的了解整個(gè)過(guò)程中的受力情況我們主要對(duì)連桿機(jī)構(gòu)中的主動(dòng)件AB分析，和桿DBE和，鉸鏈點(diǎn)E點(diǎn)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)與受力的分析。</p&g

63、t;<p>　　為了保持弓頭和接觸網(wǎng)之間能良好的接觸，弓頭和接觸網(wǎng)之間必須要存在作用力才能防止因?yàn)椴淮_定的震動(dòng)導(dǎo)致弓頭與接觸網(wǎng)脫離；但是若這個(gè)接觸力過(guò)大就會(huì)加大磨損，不利于控制，所以這個(gè)力要嚴(yán)格控制。一般標(biāo)準(zhǔn)要求這個(gè)力的大小為分布載荷為20Mpa，我們?cè)谶M(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析的時(shí)候必須考慮進(jìn)去，所以我們?cè)跇?gòu)建模型的時(shí)候在最上面添加了一個(gè)20Mpa的恒力，這樣進(jìn)行的受力分析就更加的真實(shí)可信。</p><p>

64、　　4.2.1連桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角變化曲線</p><p>　　在上面的分析計(jì)算中已經(jīng)保證了就對(duì)整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的傳動(dòng)角進(jìn)行驗(yàn)證。</p><p>　　為了提高機(jī)械的傳遞效率，對(duì)于一些承受短暫高峰載荷的機(jī)構(gòu)，應(yīng)該使最小傳動(dòng)角在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中大于一個(gè)許用傳動(dòng)角，在我們這里的要求是傳動(dòng)角時(shí)刻大于30°（也應(yīng)該小于150°），下面就是對(duì)傳動(dòng)角進(jìn)行的驗(yàn)證。</p><

65、p>　　圖4.2.1傳動(dòng)角的變化曲線</p><p>　　上圖就是升弓過(guò)程當(dāng)中的傳動(dòng)角的變化曲線圖，從圖中可以看出傳動(dòng)角的隨著弓頭的不斷升高而不斷增大，但是傳動(dòng)角的最小值仍然大于30°，而且最大值為128.7°，仍然小于150°，所以在傳動(dòng)過(guò)程當(dāng)中的機(jī)械效率能夠滿足我們?cè)O(shè)計(jì)的需求。</p><p>　　4.2.2連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力</p>

66、<p>　　通過(guò)autocad將受電弓在不同位置時(shí)繪制在同一張圖中便于清晰的看出其運(yùn)動(dòng)軌跡線：</p><p>　　圖4.2.2 受電弓多位置變化圖</p><p>　　（1）：對(duì)主動(dòng)件桿AB的受力運(yùn)動(dòng)分析。</p><p>　　在受電弓當(dāng)是在AB桿的帶動(dòng)下，其他的桿件才會(huì)不斷的運(yùn)動(dòng)的，因此很有必要對(duì)桿AB進(jìn)行受力分析進(jìn)行仿真分析。</p>

67、<p>　　對(duì)AB桿的角速度和角加速度的仿真如下：</p><p>　　圖4.2.3 桿AB角速度和角加速度曲線圖</p><p>　　從圖中可以看出來(lái)，隨著弓頭的不斷上升，桿AB的角速度和角加速度不斷地減小，慢慢的趨于穩(wěn)定，也就是在上升的過(guò)程當(dāng)中桿AB受到的作用力不斷的減小。</p><p>　　圖4.2.4桿AB速度和加速度曲線圖</p>

68、<p>　　在圖中可以看到桿AB在X方向上的速度慢慢的增加，而Y方向上的速度在減少，在X,Y方向上的速度和加速度都在緩慢的減少，但是X方向上減少得比Y方向上要少。</p><p>　?。?）對(duì)桿CBE進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析</p><p>　　圖4.2.5 桿CBE的位移變化曲線</p><p>　　可以看出桿CBE在Y方向上的位移隨著桿向上運(yùn)動(dòng)快速增加，而在X方

69、向呈現(xiàn)出緩慢減少的趨勢(shì)，這與設(shè)計(jì)一樣，減少在X方向偏轉(zhuǎn)，盡量使弓頭在一條豎直線上運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　圖4.2.6桿CBE的速度和加速度變化曲線</p><p>　　在圖中可以看出桿CBE在X方向上的速度和加速度都在減少，而在Y方向上的速度和加速度都在增加。</p><p>　　(3)對(duì)點(diǎn)E的運(yùn)動(dòng)分析</p><p>　　可以看出點(diǎn)E隨

70、著弓頭的不斷上升，剛開(kāi)始的時(shí)候收到的力比較大，但是隨著弓頭位置的不斷上升，點(diǎn)E受到的力不斷減少。</p><p>　　對(duì)點(diǎn)E上升過(guò)程當(dāng)中的線偏移量的仿真：</p><p>　　圖4.2.7弓頭上升線偏移量的曲線圖</p><p>　　對(duì)弓頭的線偏移量的要求是，最大線偏移量要小于100mm，，從上圖中我們可以看到弓頭剛開(kāi)始時(shí)隨著弓頭的上升先向理想軌跡線的里面偏移，然后

71、隨著弓頭的上升又向理想軌跡曲線的外面偏移，而且最大偏移量和最小偏移量之差的一半為71mm<100mm，滿足我們的設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　點(diǎn)E的角偏移量的仿真：</p><p>　　圖4.2.8 弓頭的線偏移量與上升量的曲線圖</p><p>　　隨著弓頭的上升，點(diǎn)E線偏移量先有緩慢減少的趨勢(shì)，慢慢又以一個(gè)比較大的速度增加的趨勢(shì)，雖然增加的速度增加，但是

72、到最后仍然滿足我們?cè)O(shè)計(jì)的要求。</p><p>　　弓頭水平角移量仿真：</p><p>　　上圖片時(shí)弓頭上點(diǎn)E的擺角圖線。從上圖可以看出在整個(gè)受電弓升降的過(guò)程中弓頭最大的擺角為1.57°左右，比5°小的多，說(shuō)明我們?cè)O(shè)計(jì)的尺寸在保持弓頭的水平方面起到了很好的效果。</p><p><b>　　5機(jī)構(gòu)建模</b></p&

73、gt;<p>　　5.1機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及尺寸標(biāo)注</p><p>　　5．1．1 連桿機(jī)構(gòu)</p><p>　　圖5.1.1 連桿機(jī)構(gòu)</p><p>　　5.1.2 加入平衡桿的受電弓機(jī)構(gòu)</p><p>　　圖5.1.2 加入平衡桿的受電弓</p><p>　　5.2機(jī)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件建模過(guò)程</p&g

74、t;<p>　　5.2.1弓頭滑板機(jī)構(gòu)</p><p>　?。?）弓頭滑板機(jī)構(gòu)主要構(gòu)建建模過(guò)程</p><p>　　使用solidworks2006的草圖繪制，選擇上視基準(zhǔn)面為草圖繪制平面，繪制如下所示的草圖，對(duì)生成的草圖一使用拉伸特征，給定深度為100mm。</p><p>　　圖5.2.1.1 弓頭滑板草圖</p><p>

75、　　使用草圖繪制，選擇前視基準(zhǔn)面為草圖繪制平面，繪制如下草圖，對(duì)草圖使用拉伸切除1特征，給定深度100mm。</p><p>　　圖5.2.1.2弓頭滑板草圖</p><p>　　使用草圖繪制，選擇上視基準(zhǔn)面為草圖繪制平面，繪制如下草圖，對(duì)草圖使用拉伸切除2特征，給定深度完全貫穿。</p><p>　　圖5.2.1.3弓頭滑板草圖</p><p&

76、gt;　　通過(guò)各平面草圖的拉伸與切除，最終得到弓頭滑板如下圖所示。</p><p>　　圖5.2.1.4弓頭滑板草圖</p><p>　　（2）軸主要構(gòu)建建模過(guò)程</p><p>　　繪制直徑15mm的圓，拉伸長(zhǎng)度為280mm。得到軸如下圖所示。</p><p>　　圖5.2.1.5軸草圖</p><p>　　（3）平

77、衡桿支架主要構(gòu)建建模過(guò)程</p><p>　　通過(guò)拉伸特征得到兩個(gè)厚10mm的圓環(huán)，再通過(guò)拉伸與兩圓桿連接，得到連接桿。</p><p>　　圓環(huán)倒圓角2mm。得到平衡桿支架如下圖所示。</p><p>　　圖5.2.1.6平衡桿支架</p><p>　?。?）弓頭滑板機(jī)構(gòu)組裝過(guò)程</p><p>　　將弓頭滑板，軸，

78、平衡桿支架，組裝，得到總弓頭滑板機(jī)構(gòu)如下圖所示。</p><p>　　圖5.2.1.7弓頭滑板機(jī)構(gòu)</p><p><b>　　5.2.2底座</b></p><p>　?。?）拉伸如下所示草圖，選擇前視基準(zhǔn)面為草圖繪制平面，拉伸厚度140mm。</p><p>　　圖5.2.2.1底座草圖</p><

79、;p>　?。?）拉伸如下所示草圖，選擇前視基準(zhǔn)面為草圖繪制平面，拉伸厚度10mm。</p><p>　　圖5.2.2.2底座草圖</p><p>　　圖5.2.2.3底座草圖</p><p>　?。?）插入?yún)⒖济婊鶞?zhǔn)面3（如下圖所示），選擇基準(zhǔn)面3為鏡像平面，使用鏡像特征得到基座。</p><p>　　圖5.2.2.4基座</p&

80、gt;<p>　　（4）得到底座機(jī)構(gòu)如右圖所示。</p><p>　　圖5.2.2.5底座</p><p><b>　　5.2.3主動(dòng)桿</b></p><p>　　（1）拉伸如下所示草圖，選擇前視基準(zhǔn)面為草圖繪制平面，拉伸厚度20mm。</p><p>　　圖5.2.3.1主動(dòng)桿</p>&

81、lt;p>　?。?）拉伸如下所示草圖，選擇拉伸1上的平面為草圖繪制平面，拉伸厚度382.6mm。</p><p>　　圖5.2.3.2主動(dòng)桿</p><p>　?。?）得到主動(dòng)桿機(jī)構(gòu)如下圖所示。</p><p>　　圖5.2.3.3主動(dòng)桿</p><p><b>　　5.2.4連架桿</b></p>

82、<p>　　（1）右圖為連架桿機(jī)構(gòu)建模過(guò)程</p><p>　?。?）拉伸如下所示草圖，選擇前視基準(zhǔn)平面為草圖繪制平面，拉伸厚度10mm。</p><p>　　圖5.2.4.1連架桿機(jī)構(gòu)建模過(guò)程</p><p>　　圖5.2.4.2連架桿機(jī)構(gòu)</p><p>　?。?）拉伸如下所示草圖，選擇如下圖所示平面基準(zhǔn)面3為草圖繪制平面，拉伸

83、厚度494.32mm。</p><p>　　圖5.2.4.3連架桿機(jī)構(gòu)</p><p>　　（4）插入?yún)⒖济婊鶞?zhǔn)面4（如下圖所示），選擇基準(zhǔn)面4為鏡像平面，使用鏡像特征得到連架桿兩端。</p><p>　　圖5.2.4.4連架桿機(jī)構(gòu)</p><p>　?。?）得到連架桿機(jī)構(gòu)如下圖所示。</p><p>　　圖5.2.4

84、.5連架桿機(jī)構(gòu)</p><p><b>　　5.2.5升弓桿</b></p><p>　?。?）右圖為升弓桿機(jī)構(gòu)建模過(guò)程</p><p>　?。?）拉伸如下所示草圖，選擇前視基準(zhǔn)面為草圖繪制平面，拉伸厚度260mm。</p><p>　　圖5.2.5.1升弓桿</p><p>　　圖5.2.5.2

85、升弓桿建模過(guò)程</p><p>　?。?）切除步驟2生成的實(shí)體，使用草圖繪制，選擇上視基準(zhǔn)面為草圖繪制平面，繪制如下草圖，對(duì)草圖使用拉伸切除2特征，給定深度完全貫穿。</p><p>　　圖5.2.5.3升弓桿建模</p><p>　?。?）拉伸如左下所示草圖，選擇拉伸實(shí)體平面為草圖繪制平面，拉伸厚度75mm。</p><p>　　圖5.2.

86、5.4升弓桿建模 圖5.2.5.5升弓桿建模</p><p>　?。?）拉伸如右上所示草圖，選擇基準(zhǔn)面3為草圖繪制平面，拉伸厚度5mm。</p><p>　　（6）插入?yún)⒖济婊鶞?zhǔn)面2（如左下圖所示），選擇基準(zhǔn)面2為鏡像平面，使用鏡像特征得到升弓桿的對(duì)稱兩臂。</p><p>　　圖5.2.5.6升弓桿建模

87、 圖5.2.5.7升弓桿建模</p><p>　　（7）拉伸如右上圖所示草圖，選擇基準(zhǔn)面2為草圖繪制平面，拉伸厚度37.5mm。</p><p><b>　?。?）倒圓角</b></p><p>　　（9）得到升弓桿機(jī)構(gòu)如下圖所示。</p><p>　　圖5.2.5.8升弓桿建

88、模</p><p><b>　　5.2.6平衡桿</b></p><p>　?。?）平衡桿的建模，看似簡(jiǎn)單，但因?yàn)榻嵌葐?wèn)題，插入了多個(gè)基準(zhǔn)面如右圖所示。</p><p>　?。?）拉伸如下兩圖所示草圖，選擇基準(zhǔn)面為草圖繪制平面。</p><p>　　圖5.2.5.9升弓桿建模 圖5.2.5.

89、10升弓桿建模</p><p>　?。?）掃描特征，掃描如下圖所示軌跡，生成平衡桿的主干。</p><p>　　圖5.2.5.11升弓桿建模</p><p>　?。?）得到平衡桿機(jī)構(gòu)如下圖所示。</p><p>　　圖5.2.5.12升弓桿建模</p><p>　　5.3機(jī)構(gòu)總體裝配過(guò)程</p><

90、p><b>　　（1）受電弓爆炸圖</b></p><p>　　圖5.3.1受電弓機(jī)構(gòu)爆炸圖</p><p>　　表5.3.1爆炸圖各個(gè)機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)名稱</p><p>　　(2)受電弓機(jī)構(gòu)裝配圖</p><p>　　圖5.3.2受電弓機(jī)構(gòu)裝配圖</p><p><b>　?。?）裝配

91、過(guò)程</b></p><p>　?。?）各機(jī)構(gòu)之間配合</p><p>　　底座 連架桿</p><p>　　圖5.3.3底座 圖5.3.4連架桿</p><p>　　主動(dòng)桿

92、 升弓桿</p><p>　　圖5.3.5主動(dòng)桿 圖5.3.6升弓桿</p><p>　　弓頭滑板 平衡桿</p><p>　　圖5.3.6弓頭滑板 圖5.3.7平衡桿</p><p><b>　　6機(jī)

93、構(gòu)仿真</b></p><p><b>　　6.1機(jī)構(gòu)仿真配置</b></p><p>　　將各個(gè)桿件以同心圓的約束進(jìn)行配合，在主動(dòng)桿處放置一臺(tái)旋轉(zhuǎn)馬達(dá)，詳細(xì)設(shè)置如下：</p><p>　　圖6.1.1旋轉(zhuǎn)馬達(dá)配置</p><p>　　6.2 機(jī)構(gòu)仿真過(guò)程</p><p>　　6.3仿

94、真參數(shù)測(cè)量及分析</p><p>　　這個(gè)過(guò)程在進(jìn)行動(dòng)力分析的時(shí)候已經(jīng)進(jìn)行了，基本過(guò)程和進(jìn)行動(dòng)力分析和在有限元分析的過(guò)程數(shù)據(jù)基本一樣的。</p><p>　　6.4仿真中存在的不足</p><p>　　機(jī)構(gòu)仿真過(guò)程中的不足是：</p><p>　　（1）仿真過(guò)程中，各個(gè)配置不是特別和實(shí)際情況吻合，導(dǎo)致測(cè)試出來(lái)的數(shù)據(jù)和實(shí)際情況有一定的誤差，&l

95、t;/p><p>　?。?）沒(méi)能全面考慮實(shí)際情況對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響，從而在一些工況下力的設(shè)置沒(méi)有涉及。</p><p>　?。?）由于采用的是PRO/E仿真，其處理數(shù)據(jù)的功能不是很強(qiáng)大，因而導(dǎo)致不能十分詳盡完善地對(duì)一些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理</p><p>　?。?） 建立的模型與實(shí)際模型有差距，這導(dǎo)致仿真過(guò)程并不是完全按照實(shí)際中的實(shí)物的運(yùn)動(dòng)過(guò)程一樣的。</p><

96、p><b>　　7 有限元分析</b></p><p>　　在對(duì)受電弓分析的時(shí)候，主要選取了受電弓中弓頭和下臂桿兩個(gè)比較重要的構(gòu)件進(jìn)行了分析，主要從構(gòu)件的應(yīng)力，應(yīng)力分布以及受力變形這幾方面對(duì)它們進(jìn)行有限元分析。</p><p>　　7.1 弓頭機(jī)構(gòu)的有限元分析</p><p>　　圖7.1.1弓頭部分環(huán)境配置</p><

97、;p>　　在弓頭部分我們選用的是4340鋼，熱處理方式為正火，在弓頭上面平面施加30Mpa的分布力，通過(guò)將弓頭固定的方式進(jìn)行有限元分析。</p><p>　　圖7.1.2 弓頭應(yīng)力分析整體圖</p><p>　　通過(guò)這張總體圖，可以清楚地看到各個(gè)部分應(yīng)力總體的分布效果，以及各個(gè)部分應(yīng)力大小。</p><p>　　圖7.1.3 弓頭最大應(yīng)力2500Mpa時(shí)分布&

98、lt;/p><p>　　通過(guò)這張圖可以看到，弓頭部分最大應(yīng)力2500Mpa是主要分布在內(nèi)開(kāi)口矩形的兩個(gè)窄邊上，圖中我們用放大鏡顯示出最大應(yīng)力的分布位置。</p><p>　　圖6.3.1.4 弓頭豎截面處的應(yīng)力分布</p><p>　　在這張圖中可以看到弓頭在豎截面處的內(nèi)部應(yīng)力分布的情況，在內(nèi)部處的應(yīng)力分布明顯大于表面處的應(yīng)力分布。</p><p&g

99、t;　　圖7.1.5 弓頭橫截面處的應(yīng)力分布情況</p><p>　　在這張圖中可以看到弓頭在橫截面處的內(nèi)部應(yīng)力分布的情況，在圖中可以看到在橫截面處靠近內(nèi)矩形框窄邊得應(yīng)力明顯大于四周的應(yīng)力。</p><p>　　圖7.1.6 弓頭處得應(yīng)力分布曲線</p><p>　　在這張圖中可以看到在兩邊的應(yīng)力分布比較小，而在中間的時(shí)候應(yīng)力分布就比較大了。</p>

100、<p>　　圖7.1.7 弓頭整體的應(yīng)變分布</p><p>　　在圖中可以看到弓頭各個(gè)部分的應(yīng)變分布情況，應(yīng)變的分布也是在矩形框四周的應(yīng)變明顯大一弓頭各個(gè)四周的應(yīng)變分布。</p><p>　　圖7.1.8 弓頭豎截面處的應(yīng)變分布</p><p>　　在弓頭豎截面處的應(yīng)變分布圖中?？梢钥吹街虚g處得應(yīng)變分布明顯大于四周的應(yīng)變分布。</p>&l

101、t;p>　　圖7.1.9 弓頭橫截面處的應(yīng)變分布</p><p>　　在弓頭橫截面處的應(yīng)變分布圖中，可以看到弓頭內(nèi)部應(yīng)變的分布也是在矩形框四周的應(yīng)變明顯大一弓頭各個(gè)四周的應(yīng)變分布。</p><p>　　圖7.1.10 弓頭應(yīng)力數(shù)值</p><p>　　7.2 下臂桿機(jī)構(gòu)的有限元分析</p><p>　　圖7.2.1環(huán)境配置</p&

102、gt;<p>　　在對(duì)下臂桿機(jī)構(gòu)的有限元分析當(dāng)中，選用的材料是合金鋼，在下臂桿的表面上施加了20Mpa的分布載荷，在下臂桿的兩個(gè)鉸接孔出采用了固定鉸接。</p><p>　　圖7.2.2 下臂桿應(yīng)力分析整體效果圖</p><p>　　桿應(yīng)力分析整體效果圖中，可以看到在中間部分受到的應(yīng)力比較大，而兩端部分</p><p><b>　　受到應(yīng)力比

103、較小。</b></p><p>　　圖7.2.3下臂桿最大應(yīng)力分布</p><p>　　下臂桿最大應(yīng)力1600Mpa,可以看出最大應(yīng)力主要分布在桿的中間部分。</p><p>　　圖7.2.4下臂桿截面處應(yīng)力分布</p><p>　　在圖中可以看出，在桿的內(nèi)部應(yīng)力分布都比較小，而在截面周圍應(yīng)力分布應(yīng)力比較大。</p>

104、<p>　　圖7.2.5下臂桿應(yīng)力分布曲線</p><p>　　在這張圖中可以看到在兩邊的應(yīng)力分布比較小，而在中間的時(shí)候應(yīng)力分布就比較大了，應(yīng)力分布曲線呈拋物線狀。</p><p>　　圖7.2.6下臂桿整體應(yīng)變分布效果圖</p><p>　　在下臂桿整體應(yīng)變分布效果圖中可以看到，桿在中間部分受到的應(yīng)變的值比較大，而兩邊部分受到的應(yīng)變比中間部分要小。&l

105、t;/p><p>　　圖7.2.7下臂桿變形情況分布</p><p>　　在桿變形情況分布圖中可以看到，桿受到分布載荷的時(shí)候，發(fā)生了彎曲變形，中間部分變形比較大，而兩邊比較小。</p><p>　　圖7.2.8下臂桿應(yīng)力值</p><p><b>　　8 設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)一學(xué)

106、期的努力，該課題設(shè)計(jì)方案“受電弓”終于告一段落。對(duì)于在機(jī)械課程設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中我們有如下總結(jié)：</p><p><b>　　軟件運(yùn)用</b></p><p>　　縱觀這次課題設(shè)計(jì)，大致用到的軟件有：AUTO CAD、SolidWorks還有MATLAB等等一些軟件。</p><p>　　在軟件運(yùn)用的過(guò)程，遇到了各式各樣的困難，有好幾個(gè)軟件都是現(xiàn)學(xué)現(xiàn)

107、用的，同時(shí)也懂得了軟件給人們分析問(wèn)題，解決問(wèn)題帶來(lái)的各式各樣的快捷，自己在運(yùn)用軟件的時(shí)候也在驚訝，沒(méi)有想到軟件有這么多如此實(shí)用的功能，這種感覺(jué)很棒。在遇到用軟件的困難的時(shí)候，往往通過(guò)圖書(shū)館查閱各種關(guān)于軟件的書(shū)籍，或者通過(guò)網(wǎng)絡(luò)看視頻，或者請(qǐng)教同學(xué)中水平比較好的人，然后把問(wèn)題解決掉，盡管課程設(shè)計(jì)只有一個(gè)學(xué)分，而為了這一個(gè)學(xué)分付出了艱辛的努力，但在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中接觸到了很多很好很實(shí)用的軟件，開(kāi)展了自己的視野，提高了自己對(duì)自己專業(yè)軟件的理解與熟悉

108、的能力，這很有意義。</p><p><b>　　課題實(shí)施</b></p><p>　　我的課題是：受電弓。這是一個(gè)很陌生的課題，在日常生活當(dāng)中我們幾乎沒(méi)有真正的接觸到過(guò)的，這就要去查閱各種有關(guān)受電弓的知識(shí)與論文，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中從對(duì)受電弓的一臉茫然，到初步了解，到慢慢的深入。我懂得了受電弓的相關(guān)知識(shí)。在建模的過(guò)程當(dāng)中，由于剛接觸SolidWorks，很多功能都不知道，

109、只好邊學(xué)邊用，盡管模型有點(diǎn)簡(jiǎn)單，不是很完美，但是面對(duì)著自己建出來(lái)的模型，仍然感到很驕傲，在對(duì)模型的尺寸分析的過(guò)程當(dāng)中，借鑒了一些網(wǎng)上，以及前人一些資料的數(shù)據(jù)，然后運(yùn)用所學(xué)的機(jī)械原理，一個(gè)一個(gè)計(jì)算出來(lái)。</p><p><b>　　9收獲及體會(huì)</b></p><p>　　這次的課程設(shè)計(jì)是我們將我們所學(xué)到的理論的機(jī)械知識(shí)轉(zhuǎn)化為動(dòng)手能力的一個(gè)很好的實(shí)踐機(jī)會(huì)，同時(shí)這個(gè)過(guò)程也

110、是一個(gè)對(duì)我們所學(xué)到的知識(shí)的鞏固與溫習(xí)的過(guò)程。提高了我們分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。</p><p>　　在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中接觸到了很多很好很實(shí)用的軟件，拓展了視野，讓我們懂得了軟件給分析和解決問(wèn)題帶來(lái)的便捷，同時(shí)這個(gè)過(guò)程也在督促我不得不去接觸和學(xué)習(xí)一些很好的軟件，使得我掌握了一些軟件使用的常用技巧。</p><p>　　在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中檢索了大量的資料，翻閱了大量的書(shū)籍，這些都提高了我們</p

111、><p>　　搜集資料的能力，同時(shí)這個(gè)過(guò)程讓我接觸到了新的知識(shí)，提高了自學(xué)能力。</p><p><b>　　10 致謝</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)這一階段的努力，課程設(shè)計(jì)《受電弓》終于完成。在本學(xué)期的綜合設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，姚亞濤、殷益駿等同學(xué)給予了我很大的幫助。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中姚亞濤指導(dǎo)并幫助我完成了建模和仿真以及對(duì)SolidWorks的學(xué)習(xí)。殷

112、益駿在MATLAB計(jì)算時(shí)給我提供了很大的幫助。</p><p>　　同時(shí)，也要特別感謝指導(dǎo)老師何朝明，嚴(yán)格把關(guān)，循循善誘，從設(shè)計(jì)選題到項(xiàng)目規(guī)劃報(bào)告報(bào)告，再到軟件的運(yùn)用上，都盡最大的努力指導(dǎo)和幫助我。</p><p>　　另外，我們也要感激在我們建模過(guò)程中理解和曾經(jīng)幫助過(guò)我的人，他們的幫助總能讓我們?cè)诶щy的時(shí)候感到點(diǎn)點(diǎn)滴滴的溫馨和感動(dòng)，此外，也要感謝“機(jī)械綜合設(shè)計(jì)”這門課程——雖然只有一個(gè)學(xué)

113、分，但是我獲得了比四個(gè)學(xué)分更有價(jià)值的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、處理問(wèn)題的思想，讓我接觸和學(xué)習(xí)了一些很好的軟件。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 林清安. Pro/ENGINEER野火3.0中文版動(dòng)態(tài)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2007.</p><p>　　[2] 《DSA250型受電弓控制策略》

114、丁春嶸、李昌奇 電力機(jī)車與城軌車輛學(xué)報(bào) 2006年第29卷第4期</p><p>　　[3] 《DSA200受電弓自動(dòng)降弓控制方式的改進(jìn)》 唐滿林、楊杰 電力機(jī)車與城軌車輛學(xué)報(bào) 2005年第28卷第6期</p><p>　　[4] 《機(jī)械原理》 謝進(jìn)編 高等教育出版社 2004版</p><p>　　[5] 《大學(xué)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)—MATLAB應(yīng)用篇》 薛長(zhǎng)虹編

115、 西南交通大學(xué)出版社 2003版</p><p>　　[6] 《ADAMS實(shí)例教程》 李軍、邢俊文編 北京理工大學(xué)出版社 2002版</p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖</b></p><p><b>　　圖1.連桿機(jī)構(gòu)</b&

116、gt;</p><p><b>　　2.機(jī)構(gòu)總裝配圖</b></p><p>　　圖7.受電弓整體爆炸圖</p><p>　　爆炸圖各個(gè)機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)名稱</p><p>　　(2)受電弓機(jī)構(gòu)裝配圖</p><p>　　圖8. 受電弓機(jī)構(gòu)裝配圖</p><p><b>