【正文】 另外，我們也要感激在我們建模過程中理解和曾經(jīng)幫助過我的人，他們的幫助總能讓我們在困難的時候感到點點滴滴的溫馨和感動，此外，也要 感謝“機械綜合設(shè)計”這門課程 —— 雖然只有一個學分，但是我獲得了比四個學分更有價值的學習經(jīng)驗、處理問題的思想，讓我接觸和學習了一些很好的軟件。在本學期的綜合設(shè)計過程當中， 姚亞濤、殷益駿等同學給予了我很大的幫助 。提高了我們分析問題解決問題的能力。這是一個很陌生的課題，在日常生活當中我們幾乎沒有真正的接觸到過的，這就要去查閱各種有關(guān)受電弓的知識與論文，在這個過程 51 當中從對受電弓的一臉茫然，到初步了解，到慢慢的深入。對于在機械課程設(shè)計過程當中我們有如下總結(jié)： （ 1） 軟件運用 縱觀這次課題設(shè)計，大致用到的軟件有： AUTO CAD、 SolidWorks 還有 MATLAB等等一些軟件。 49 圖 下臂桿應(yīng)力分布曲線 在這張圖中可以看到在兩邊的應(yīng)力分布比較小，而在中間的時候應(yīng)力分布就比較大了， 應(yīng)力分布曲線呈拋物線狀。 圖 弓頭應(yīng)力數(shù)值 47 下臂桿機構(gòu)的有限元分析 圖 環(huán)境配置 在對 下臂桿機構(gòu)的有限元分析當中，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，在下臂桿的兩個鉸接孔出采用了固定鉸接。 圖 弓頭整體的應(yīng)變分布 在圖中可以看到弓頭各個部分的應(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四周的應(yīng)變分布。 44 圖 弓頭最大應(yīng)力 2500Mpa 時分布 通過這張圖可以看到，弓頭部分最大應(yīng)力 2500Mpa 是主要分布在內(nèi)開口矩形的兩個窄邊上，圖中我們用放大鏡顯示出最大應(yīng)力的分布位置。 （ 3）由于采用的是 PRO/E 仿真，其處理數(shù)據(jù)的功能不是很強大，因而導(dǎo)致不能十分詳盡完善地對一些數(shù)據(jù)進行處理 （ 4） 建立的模型與實際模型有差距，這導(dǎo)致仿真過程并不是完全按照實際中的實物的運動過程一樣的。 對連桿機構(gòu)進行動態(tài) 分別創(chuàng)建位置、速度、加速度曲線以及力和力矩曲線。連桿連接的定義。 （ 2）拉伸如下兩圖所示草圖，選擇基準面為草圖繪制平面。 （ 6） 插入?yún)⒖济婊鶞拭?2（如左下圖所示），選擇基準面 2 為鏡像平面，使用鏡像特征得到升弓桿的對稱兩臂。 圖 連架桿機構(gòu) 升弓桿 （ 1）右圖為升弓桿機構(gòu)建 模過程 （ 2）拉伸如下所示草圖，選擇前視基準面為草圖繪制平面，拉伸厚度 260mm。 圖 主動桿 連架桿 （ 1）右圖為連架桿機構(gòu)建模過程 （ 2） 拉伸如下所示草圖， 選擇前視基準平面為草圖繪制平面，拉伸厚度 10mm。 31 圖 基座 （ 4）得到底座機構(gòu)如右 圖所示。 圖 平衡桿支架 （ 3） 弓頭滑板機構(gòu) 組裝過程 將弓頭滑板，軸，平衡桿支架，組 裝，得到總弓頭滑板機構(gòu)如下圖所示。得到軸如下圖所示。 28 圖 弓頭滑板草圖 使用草圖繪制，選擇前視基準面為草圖繪制平面，繪制如下草圖，對草圖使用拉伸切除 1 特征，給定深度 100mm。從上圖可以看出在整個受電弓升降的過程中弓頭最大的擺 角為 176。 (3)對點 E 的運動分析 25 可以看出點 E 隨著弓頭的不斷上升 ，剛開始的時候收到的力比較大，但是隨著弓頭位置的不斷上升，點 E 受到的力不斷減少。 對 AB 桿的角速度和角加速度的仿真如下： 23 圖 桿 AB 角速度和角加速度曲線圖 從圖中可以看出來，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，也就是在上升的過程當中桿 AB 受到的作用力不斷的減小。仍然小于 150176。（也應(yīng)該小于 150176。 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為不確定的震動導(dǎo)致弓頭與接觸網(wǎng)脫離；但是若這個接觸力過大就會加大磨損，不利于控制，所以這個力要嚴格控制。 運用仿真可以在圖中觀察 maxmax ??和l 的變化，從而判斷設(shè)計的受電弓的性能是否能夠滿足列車在高速行駛時的性能要求。 上 面可以求出點 B的坐標 ? ? 求一次導(dǎo)，可以得出然后對所求的坐標進行, BB yx點 B 的速度ABBBB LvwBv ?點的角速度而, ,對速度再求一次導(dǎo)，可以得到點 B 的角加速度ABBBB LaBa ??點的角加速度而, 運用仿真可以在圖中觀察 B 點角速度 的變化情況和角加速度 BBw ?。 連桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析描述 通過靜力學平衡方程，求出機構(gòu)各個運動副的反力和平衡力的方法稱為機構(gòu)的動態(tài)靜力分析方法。 根據(jù)實際情況，一般對受電弓的尺寸要求是： 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100mm，弓頭擺動的最大角位移不得大于 5176。 14 經(jīng)過求解，可以得出 ???????????????????555 3 2 4 6 7 8 2 1 2 4644 1 5 8 6 8 1 8 4 9 9420 8 4 5 2 8 3 3 3 3 2894 4 6 1 8 1 0 2 1 6 3869 9 4 6 7 2 8 3 7 7 354321xxxxx??????????????54321yyyyy??????????????54321fffff 根據(jù)得到的坐標值，然后根據(jù)公式： ? ? ? ? 222 EFFEFE Lyyxx ???? ? ? ? ? 222 AGGAGA Lyyxx ???? ? ? ? ? 222 BGGBGB Lyyxx ???? 然后把點 E,F,B,G,A 的坐標值帶進去，可以求出 EF,AG,BG 的桿長。 首先，根據(jù)連桿機構(gòu)的實際運動狀況以及我們的設(shè)計要求，我們 E 點的運動軌跡，以及誤差允許的范圍，我們初步假設(shè)點 E 的五個位置分別為： )1950,10(),50(),1175,20(),50(),400,0( 54321 EEEEE ? 然后再根據(jù)點 A 和點 D 在運動過程的位置始終不變，結(jié)合實際我們假設(shè)點 A,點 D的坐標為： )0,600(),150,300( ?? DA 根據(jù)上面的假設(shè)可以求出未知數(shù) 111115141312 , CCBB yxyx???? 的值。 位移矩陣為： ????????????????100cossincossinsincossincos1111111111111 iEiEEiiiiEiEEiiii yyyyxxD ???????? 利用位移矩陣建立點 B 和點 D 與位移矩陣的關(guān)系： ??????????????????????????11111 BBiBiBiyxDyx ??????????????????????????11111 CCiCiCiyxDyx 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 E 的坐標為未知量，而且存在點 E 軌跡及運動方程的最優(yōu)化問題，所不能一次計算出所有未知量。 3 尺度綜合 機構(gòu)關(guān)鍵尺寸計算 連桿機構(gòu) 機構(gòu)關(guān)鍵尺寸計算 11 圖 連桿機構(gòu)圖 以 AB 為原動件分析，則這個連桿機構(gòu)是一個二級桿組。方案二，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在運動當中各個鉸鏈點容易發(fā)生磨損，容易破壞，維修比較困難。 弓頭的設(shè)計 弓頭是受電弓中另外一個重要的構(gòu)件，弓頭的作用是：使列車在運動的過程當中始終保持與導(dǎo)線的接觸。 方案三：曲柄滑塊機構(gòu) 圖 曲柄滑塊機構(gòu) 工作原理：當滑塊沿著傾斜的軌道運動的時候，在曲柄和連架桿的運動的配合下，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動，從而保證弓頭的軌跡是豎直直線。 優(yōu)缺點： 平面 RR 開鏈機械臂結(jié)構(gòu)簡單，占用的空間小，但在運動過程中由于桿的支少，容易發(fā)生上下的偏離，不容易在最高點穩(wěn)定，而且在列車高速運動過程中容易發(fā)生角偏轉(zhuǎn)，從而有角位移。 因此對連桿機構(gòu)的要求是： 1， 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)。 4， 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)計的受電弓結(jié)構(gòu)盡可能的簡單。 設(shè)計的技術(shù)要求及指標 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)計的受電弓必須滿足以下的要求： 1， 進行仿真時各部分動作連續(xù)，結(jié)構(gòu) 緊密，能夠連續(xù)的完成升弓和降弓的動作。 （ 4） 采用單弓受流。由于弓 網(wǎng)接觸壓力與受電弓靜態(tài)特性和動態(tài)特性直接相關(guān)，因此，對于高速受電弓，在保證強度和剛度的前提下，應(yīng)降低受電弓運動部分的質(zhì)量，從而減小運動慣性力，保證弓 網(wǎng)接觸良好。列車 運行速度提高后，受電弓沿接觸網(wǎng)導(dǎo)線移動的速度大大加快，接觸網(wǎng)與受電弓的接觸特性更加復(fù)雜。 因此，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)計的立足點及最終目的。 現(xiàn) 主要針對目前普遍常用的單臂式受電弓進行了尺寸計算，校核，用solidworks 對它進行了三維建模以及受力分析等等。不過依各鐵路車輛制造廠的設(shè)計方式，在集電弓細部結(jié)構(gòu)上可能會有些不同。受電弓的種類主要有四種主要形 式的： （ 1） 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。 西南交通大學 機械綜合設(shè)計 I 設(shè)計說明書 設(shè)計題目： 受電弓機構(gòu)設(shè)計 學生姓名： 學生學號： 20211347 所在班級： 車輛六班 指導(dǎo)老師： 何朝明 2021 年 06 月 1 目 錄 引言 .............................................................3 1 選題背景 ........................................................................................... 4 問題的提出 ..................