【導(dǎo)讀】研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含。對本文的研究做出重。要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸所擁有。有權(quán)保留并向國家有關(guān)部。手段保存和匯編本學(xué)位論文。用于鐵路行業(yè)屬于一種專用養(yǎng)修機(jī)械，主要用于鐵路碎石道床的搗固作業(yè)。本次設(shè)計(jì)的手提內(nèi)燃搗固機(jī)具有工作可靠、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、操作靈活、上下道方便、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。能夠滿足現(xiàn)代列車提速后運(yùn)行時(shí)間短，大型機(jī)。械已無法從事日常搗固作業(yè)的現(xiàn)狀。該搗固機(jī)的撓動(dòng)力為3500N，頻率為50Hz。不超過25kg,是一種由單人操作的搗固機(jī)械。其次重點(diǎn)對搗固機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)，比如對皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)和錐齒輪傳動(dòng)。型及模擬實(shí)驗(yàn)分析了搗固機(jī)的振動(dòng)特點(diǎn)，并對搗固機(jī)進(jìn)行了振動(dòng)分析和減振裝置的分析。

　　

【正文】 （ KW） 式中： FI —— 輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算的幾何特性系數(shù)，查表可知， ? ； xK —— 尺寸系數(shù)，查表可知， ? ； FSK —— 輪齒彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù)， ?? FqFtFnFPFS KKKKK 。 代入上式可計(jì)算得 P? ，滿足設(shè)計(jì)要求。 （七）齒輪箱主從動(dòng)軸軸頭的選擇 主動(dòng)軸輸入功率 P等于一點(diǎn)一千瓦 轉(zhuǎn)動(dòng)速度 1n mpr ..4666? 軸轉(zhuǎn)速 212 /inn ? mpr ..3 1 9 ?? 依靠扭矩來計(jì)算出主從動(dòng)軸的軸頭部直徑 d: 對實(shí)心軸： 3 /nPAd? ， 對空心軸： 3 43 1/1*/ vnPAd ?? ， 主動(dòng)軸和從動(dòng)軸材料都是 Cr40 鋼 式 中 A=100。 從動(dòng)軸采用空心軸 ?? dv d 毫米。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 主動(dòng)軸軸頭 3 /nPAd? = ， 選擇 1d =15毫米 取 d2=20mm 內(nèi)孔為 20? 0,6=12毫米。 萬向聯(lián)軸器定型說明 【 15】 （一）萬向聯(lián)軸器的特點(diǎn)及選擇 在手提內(nèi)燃搗固機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，在軸 2和振動(dòng)棒之間使用萬向聯(lián)軸器連接， 萬向聯(lián)軸器的共同特點(diǎn)是角向補(bǔ)償量 比 較大， 同時(shí) 不同結(jié)構(gòu)型式萬向聯(lián)軸器兩軸線夾角不相同，一般 其角度在 ≤5176。 45176。 之間。 由于 萬向聯(lián)軸器利用其機(jī)構(gòu)的 自身特點(diǎn) 特點(diǎn)， 可以 使兩 根軸不在同一軸線，存在軸線夾角的情況下能實(shí)現(xiàn)所聯(lián)接的兩軸 作 連續(xù)回轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng) ， 同時(shí)還可以非常 可靠地傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng) 形式 。 其中 萬向聯(lián)軸器最大的特點(diǎn) 就 是具有較大的角向補(bǔ)償能力， 同時(shí) 結(jié)構(gòu) 也非常 緊湊， 在傳動(dòng)過程中 傳動(dòng)效率 比較 高。 連結(jié)兩兩垂直軸的萬向聯(lián)軸器為能 移動(dòng)的表面很堅(jiān)硬的聯(lián)軸器，他的徑向外形尺寸不大，維護(hù)整修簡單，傳遞扭矩大，傳遞運(yùn)動(dòng)性能好，運(yùn)行時(shí)間長，聲音污染小，任意方向上 2根有交點(diǎn)軸的傳遞運(yùn)動(dòng)。多數(shù)使用在相交軸的傳遞運(yùn)動(dòng)。 圖 聯(lián)軸器圖 （二）萬向聯(lián)軸器的強(qiáng)度校核 通過查表得到，本次手提內(nèi)燃搗固機(jī)使用的聯(lián)軸器為“ WP2型 ” 聯(lián)軸器，其許用扭矩畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 22 為 NmT ][ ? ， 而在搗固機(jī)中，萬向聯(lián)軸器所需要承受的扭矩 iTT *max? ][ TN ???? ，通過比較發(fā)現(xiàn)萬向聯(lián)軸的扭矩遠(yuǎn)小于所選擇聯(lián)軸器的許用扭矩，所以，該聯(lián)軸器能夠滿足手提內(nèi)燃搗固機(jī)強(qiáng)度方面的要求。 本章小結(jié) 這一節(jié)是對軌道維修現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)地考察后，設(shè)計(jì)出手提式內(nèi)燃搗固機(jī)的總體方案，對搗固機(jī)的整體功能做出了規(guī)定，說明了新形搗固機(jī)的工作原理。本章節(jié)主要是對手提內(nèi)燃搗固機(jī)進(jìn)行了傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) ,尤其是對搗固機(jī)中的兩級(jí)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，一是皮帶傳動(dòng)方面的 設(shè)計(jì)，通過計(jì)算得出了皮帶的型號(hào)、尺寸等，同時(shí)也經(jīng)過計(jì)算得出了皮帶輪的材質(zhì)、皮帶輪基準(zhǔn)直徑等方面的規(guī)格；其次是對錐齒輪方面的設(shè)計(jì)，在錐齒輪設(shè)計(jì)中，與皮帶輪相連接的錐齒輪是一根錐齒輪軸，而與這個(gè)錐齒輪軸垂直傳動(dòng)的只是一個(gè)錐齒輪；同時(shí)也包括對搗固機(jī)軸的設(shè)計(jì)，計(jì)算得出了軸的尺寸以及軸的軸向和周向固定，比如鍵的選擇等。此外，還有對一些傳動(dòng)連接件的設(shè)計(jì)，例如在汽油機(jī)和皮帶輪之間，就選擇使用離心離合器進(jìn)行連接，在選擇離合器上也進(jìn)行了分析為什么選擇使用離心離合器等，最后，還對聯(lián)軸器進(jìn)行了選擇，聯(lián)軸器是軸與振動(dòng)棒相連接的組件 。在搗固機(jī)的設(shè)計(jì)上，使用萬向聯(lián)軸器，同時(shí)也分析了萬向聯(lián)軸器的優(yōu)點(diǎn)，最后，還對萬向聯(lián)軸器在搗固機(jī)上強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算校核，發(fā)現(xiàn)所選的離合器能夠滿足搗固機(jī)的對聯(lián)軸器的使用要求。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 23 第四章 手提式內(nèi)燃搗固機(jī)的振動(dòng)裝置 這一節(jié)以振動(dòng)原理為基礎(chǔ)，探究手提內(nèi)燃搗固機(jī)振動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)。并把振動(dòng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)語言來進(jìn)行振動(dòng)探究。 手提內(nèi)燃搗固機(jī)振動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu) 震動(dòng)裝置是手提式內(nèi)燃搗固機(jī)的重要結(jié)構(gòu)，它是由激震機(jī)構(gòu)和減震機(jī)構(gòu)兩部分組成。激震機(jī)構(gòu)有連結(jié)各方向軸的裝置、包在其 外面的套管、偏心棒 ....連結(jié)各方向軸的裝置存在于偏心棒的中間，當(dāng)其工作時(shí)會(huì)引起速度快且做圓周運(yùn)動(dòng)的空間錐受到力的作用然后發(fā)作左右搖擺的運(yùn)動(dòng)，然后位于偏心棒和外套管之間的斜面會(huì)傳遞力，外套管受到力的作用，然后外套管帶動(dòng)搗鼓頭作上下運(yùn)動(dòng)。萬向聯(lián)軸器外壁套得彈性橡膠襯套是搗固機(jī)的主要減小震動(dòng)的機(jī)構(gòu)，其吸受頻率大的震動(dòng)，這樣能把振動(dòng)對內(nèi)燃機(jī)和操作者的危害降到最小。手提式內(nèi)燃搗固機(jī)振動(dòng)裝置的裝配圖如下圖。 圖 振動(dòng)裝置裝配圖 手提內(nèi)燃搗固機(jī)偏心振動(dòng)棒零件圖 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 24 圖 手提內(nèi)燃搗固機(jī)振動(dòng)裝置的數(shù)學(xué)模型 手提式內(nèi)燃搗固機(jī)是一種依靠慣性在一個(gè)軸上運(yùn)行的振動(dòng)構(gòu)件，立式震動(dòng)光飾器，插入式搗鼓機(jī)等是與之類似的震動(dòng)產(chǎn)品。 手提內(nèi)燃搗固機(jī)的振動(dòng)數(shù)量與偏心棒的轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)量相同。搗固機(jī)可以簡單轉(zhuǎn)化為 4個(gè)自由度的振動(dòng)系統(tǒng)，這 4個(gè)自由度的振動(dòng)系統(tǒng)分別是質(zhì)心在水平坐標(biāo)系內(nèi) X軸， Y軸的振動(dòng)和搗固機(jī)對 X軸， Y軸的運(yùn)動(dòng)。 如圖 ，搗固機(jī)的使他運(yùn)動(dòng)的元件是依靠慣性在一根軸上運(yùn)動(dòng)的激振器，激震器的軸沿著偏心棒方向豎直放置，其軸就是三維空間坐標(biāo) 系上的 Z軸。 圖 手提內(nèi)燃搗固機(jī)振動(dòng)裝置的數(shù)學(xué)模型 水平方向出現(xiàn)的激振器的激振力 F（ t） 是： iw tremtitrwmtF 2020 )s i n( c o s)( ??? ??? 水平方向沿聯(lián)軸器方向做圓周運(yùn)動(dòng)的激振力矩 M(t)是： tir L emLtitrmtM ????? 2020 )s i n( c o s*)( ??? 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 式中： 0m —— 偏心塊質(zhì)量。 r—— 偏心塊偏心長度。 L—— 偏心塊質(zhì)心到擺動(dòng)支 點(diǎn)軸承的豎直長度。 這個(gè)搗固機(jī)可以簡單轉(zhuǎn)化為 4個(gè)自由度的震動(dòng)，用復(fù)數(shù)狀態(tài)來列出運(yùn)動(dòng)的微分計(jì)算方程是 iw tremkxfxmx 20???? tirL emkfJ ????? 20??? 式中 iyx x??1 ??? oxoy i?? 式中： m,J—— 工作機(jī)構(gòu)的重量大小 及對坐標(biāo)系在 x軸和 y軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 ?ff, —— 阻力系數(shù)及阻力矩系數(shù)。 ?kk, —— 水平方向和運(yùn)動(dòng)方向的彈簧所具有的剛度。 oxoy??, —— 機(jī)構(gòu)圍著 X軸作圓周運(yùn)動(dòng)的角相對其初始位置的距離。 x y, —— 位移與角位移的復(fù)數(shù)形式。 實(shí)際上，上式存在了 4個(gè)震動(dòng)方程。因?yàn)榘惭b的橡膠襯套與 Z軸相對稱，因此上述 2個(gè)方程式是互相自行存在的?？梢愿鶕?jù)第一條方程式計(jì)算出搗固機(jī)的穩(wěn)態(tài)振幅 : 222220 f(/m wmwkrw ??? ）平動(dòng)? ； 由第 2條方程式，可計(jì)算出搗固機(jī)沿 Y軸和 X軸的震動(dòng)角幅度 oy? 和 ox? ? = oy? = ox? = 222220 )(/rLm wfJwk ??? ?? ； 如果忽略摩擦力，再使用頻率之比 0z =? / 0? 及 ?0z =w/ ??0 (水平方向的固有頻率0? = mk/ ，運(yùn)行方向的一定的頻率 Jk /0 ??? ? ),則振幅 平動(dòng)? 和振動(dòng)幅角 ? 可表示為 )/11(/m 200 zmr ??平動(dòng)? )/11(/ 200 ?? zJrLm ?? 所以搗固機(jī) 的搗鼓頭在水平方向上 Y軸和 X軸向的振動(dòng)式平動(dòng)和擺動(dòng)地合成 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 26 圖 搗固機(jī)平動(dòng)和振動(dòng)的合成圖 振動(dòng)分別是 wtwtain w ttoyxtx xoy s i ns i ns)()( ??? ????? 平動(dòng)擺動(dòng)平動(dòng) wtwtawttoxyty yox c o sc o sc o s)()( ??? ????? 平動(dòng)擺動(dòng)平動(dòng) 聯(lián)立上述 2條方程組可解出搗固機(jī)的搗鼓頭在水平方向上 Y軸與 X軸向的振幅分別是 圖 搗固頭在水平面振幅的合成圖 式中： xyx ???? 222 ??? 的穩(wěn)態(tài)振幅為機(jī)體在水平面內(nèi)平動(dòng)平動(dòng)?。 ? —— 機(jī)體圍著 y軸與 x軸選擇的振動(dòng)幅角。 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 27 a—— 搗鼓頭頂端到擺動(dòng)支點(diǎn)軸承的垂直長度。 搗固機(jī)的搗鼓頭地振幅之和 )(t? ，看圖 水平方向上 X,Y軸方向的震動(dòng)總圖。 手提內(nèi)燃搗固機(jī)的振動(dòng)分析 手提式內(nèi)燃搗固機(jī)的主要振動(dòng)原 件有振動(dòng)棒和存在他外面的連結(jié)座，套管，軸承，接套，搗鼓頭 ... 原始數(shù)據(jù) : 連接座m = 振動(dòng)棒m = 偏心m = 搗鼓頭m = 接套m = 套管m = 軸承m = 偏心棒的偏心距離 r=10毫米 搗鼓頭頂端到軸承的長度 a=530毫米 手提式內(nèi)燃搗固機(jī)振動(dòng)機(jī)體的中心位置的確定方法：多次滑動(dòng)振動(dòng)機(jī)體，直到振動(dòng)體在支點(diǎn)上處于非常平穩(wěn)的 狀態(tài)（如圖 ），量出振動(dòng)機(jī)體的重心在距軸承中心距離長度 L=311毫米處。 圖 搗固機(jī)振動(dòng)機(jī)體重心位置測量圖 本人自己想了搗固機(jī)振動(dòng)機(jī)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測量方法：首先把震動(dòng)棒的頂部用一個(gè)適合的螺桿固定上，用線栓上螺桿，將被測元件呈自由落體狀放置，然后對震動(dòng)體施加一個(gè)力，使他作與搗固機(jī)工作時(shí)差不多的擺動(dòng)（如圖 ） 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 28 圖 振動(dòng)機(jī)體測量慣量圖 經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)，得到該搗固機(jī)的振動(dòng)周期，數(shù)據(jù)如下圖 圖 振動(dòng)機(jī)體的振動(dòng)周期 求得平均振動(dòng)周期： 30~22 個(gè)周期，即 T=30/22= 振動(dòng)搗固棒的固定頻率： Tn /2?? ? =2? /=搗固機(jī)振動(dòng)裝置的重量之和： 搗鼓頭軸承接套套管振動(dòng)棒連接座 mmmm ?????? mmm 5 . 2 51 . 40 . 11 . 1 50 . 81 . 20 . 6 ??????? 千克 對振動(dòng)裝置影響較小的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的震動(dòng)有： ???tan 振動(dòng)主體的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩： 0*tan* ?cLmg ? 0* ?? ?? cmgLJ 得振動(dòng)主體的轉(zhuǎn)動(dòng)微分方程 0)/*( ?? ?? JLmg c 對應(yīng)其標(biāo)準(zhǔn)形式為 02 ?? ??? n 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 29 則有 JLmg /*2 ?? 即轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 JLmg /*2 ?? 26 0 7 ??? = 2kgm 手提內(nèi)燃搗固機(jī)用來降低振動(dòng)的彈性體 ——— 橡膠襯套看下面的圖 圖 橡膠襯套零件圖 橡膠襯套的材料是天然橡膠，它的肖氏硬度 HS50 查資料可得橡膠的靜彈剪模數(shù) ? 兆帕 在受到壓力的作用呈縮小狀態(tài)時(shí)靜彈性模數(shù) Ea aE =iG 式中： i—— 幾何形狀與硬度影響系數(shù)，其大概的計(jì)算方程式為 i=4+ 2kS 式中： HSk * ?? S—— 形狀系數(shù)：對橡膠襯套 ?S hdDAA f 4/)(/1 ?? 聯(lián)立以上方程式解得 aE ? 橡膠襯套的豎直方向的扭轉(zhuǎn)靜剛度： 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 30 122210 )/1/1(4 ??? rrlGK ?? 式中 1r =d/2 2r =D/2 G—— 靜彈剪模數(shù) 橡膠襯套的水平方向的壓縮靜剛度： )/ln (/)( 1210 rrGElK as ?? ? 式中： 1l —— 有效沿直徑方向的 接觸長度 橡膠彈簧的動(dòng)剛度平衡方程式： stdd KmK *? 式中： stK —— 沒有裝載元件狀態(tài)下橡膠彈簧的靜剛度 dm —— 系數(shù)，由書本可知該數(shù)為動(dòng)模數(shù)和靜模數(shù)相除 dm = 綜合式解得 0?K = (N m） 0sK =(N m) 橡膠襯套的軸向扭轉(zhuǎn)剛度： 0* ?? KmK d? = (N m) 橡膠襯套沿直徑方向上的壓縮剛度： 0* sds KmK ? = (N m) 本章在運(yùn)用簡單裝置，高輸出效率的設(shè)計(jì)規(guī)定下，綜合運(yùn)用震動(dòng)機(jī)械的振動(dòng)知識(shí)，查閱了振動(dòng)方面的文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)了一些結(jié)構(gòu)簡單，輸出效果好的方法，進(jìn)行了手提內(nèi)燃搗固機(jī)振動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在搗固機(jī)的振動(dòng)結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)分析中，建立振動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，并對對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了振動(dòng)方面的具體分析，得到了振動(dòng)方面的數(shù)據(jù)。同時(shí)在搗固機(jī)的減振設(shè)計(jì)中，為了達(dá)到減振的效果，使用橡膠襯套作為搗固機(jī)的減振裝置，著重計(jì)算了橡膠襯套的剛度，通過計(jì)算分析得出，橡膠襯套能夠很好的滿足搗固機(jī)的減振要求。接著把震動(dòng)裝置轉(zhuǎn)化成直觀的數(shù)學(xué)語言 來對振動(dòng)動(dòng)態(tài)特性探索，用實(shí)驗(yàn)證明了振動(dòng)裝置的每個(gè)參數(shù)的正確性。當(dāng)場驗(yàn)證他的振動(dòng)的好壞，搗