I 摘要 現在我們國家的經濟發展迅速，隨著工業化程度加深，之前使用的人工檢測，效率很 低，對于現在的生產速度實現不了，還有人工成本現在提高了，這些問題都需要及時解決。 電腦對生產過程進行管理和控制，使得生產效率提升很多，以致如今很多人都開始研究這 個問題。 本課題主要設計光學檢測平臺，利用光電檢測技術對鐵軌進行檢測。其主要設計內容 有對鐵軌列車的發展，光電檢測技術的發展等內容的研究；對檢測平臺的結構進行設計、 計算與確定，對驅動部分的零件進行校核。還對平臺的控制部分進行設計。 最后，繪制檢測平臺裝配圖及主要零部件圖，對設計的零件進行二次優化，編寫本設 計說明書等。 關鍵詞關鍵詞光學檢測；平臺；鐵軌；設計；控制 II Abstract With the rapid growth of Chinas economy，the process of industrialization has been promoted. The low efficiency of traditional manual detection technology has completely failed to keep pace with production， and the rise of labor costs has become an urgent problem. The management of production and the control of production process can solve the problem of low efficiency to a certain extent， so more and more people pay attention to it. This topic mainly designs optical inspection platform， and uses photoelectric detection technology to detect rail. The main contents of the design are the development of rail train and the development of photoelectric detection technology. The structure of the detection platform is designed，calculated and determined，and the parts of the driving part are checked. The control part of the platform is also designed. Finally， the assembly drawing and main parts map of the inspection platform are drawn up， and the design parts are optimized for two times， and the design instructions are written. Keywordsoptical inspection; platform; rail; design; control III 目錄目錄 摘要I Abstract.II 1 緒論. 1 1.1 本課題選題的背景及意義. 1 1.2 鐵軌的概述. 1 1.3 國內外鐵軌列車的發展. 1 1.4 光電檢測技術的概述. 3 1.5 光電檢測技術的發展現狀. 3 1.6 光電檢測技術的發展趨勢. 4 1.7 本課題研究的內容及技術路線. 5 2 總體方案的選擇與確定. 7 2.1 設計任務的確定. 7 2.2 鐵軌光學檢測平臺參數要求. 8 2.3 傳動方案的選擇、比較與確定. 8 2.4 三相異步電動機的選擇11 3 主要零部件的設計與計算. 14 3.1 聯軸器的設計. 14 3.2 蝸桿傳動設計. 15 3.2.1 選擇蝸桿的傳動類型 15 3.2.2 選擇材料 15 3.2.3 蝸桿傳動的受力分析 16 3.2.4 按齒根彎曲疲勞強度設計 16 3.2.5 蝸桿與蝸輪的主要參數與幾何尺寸 17 3.2.6 精度等級公差和表面粗糙度的確定 17 3.2.7 熱平衡核算 18 3.3 軸的設計與計算. 18 3.3.1 前輪軸的設計與計算 18 3.3.2 后輪軸的設計與計算 20 3.4 滾動軸承的選擇、計算與確定. 23 3.4.1 前輪軸軸承選擇、計算與確定 24 3.4.2 蝸桿軸軸承的選擇、計算與確定 25 3.4.3 后輪軸軸承選擇、計算與確定 26 4 其他零部件的設計與確定. 28 4.1 車體的設計與確定. 28 IV 4.2 車輪的設計與確定. 29 4.3 攝像頭的選擇. 29 5 電氣控制部分的設計. 31 5.1 設計控制電路應遵循的原則. 31 5.2 控制電路的設計步驟. 31 5.3 控制電路原理的確定. 32 結論. 33 致謝. 34 參考文獻. 35 1 1 緒論 1.1 本課題選題的背景及意義 現在鐵路的公里數是一直在增加的，所以對鐵路的鋼軌進行檢測的工作量是越來越 大。要是軌道的面上有破壞，或者是軌道里面有破壞，那么有可能就會出現軌道斷裂的情 況，所以軌道在出現比較小的裂痕，還有疲勞損傷的時候就要及時的看出來，這樣才能確 保鐵路安全運行。一般速度的鐵路現在在我們國家已經超過了十二萬公里，高鐵的公里數 也已經超過了兩萬，在這樣的大環境下，對鋼軌進行檢修的工作量就更多了。在火車行駛 的時候，鋼軌會出現壓潰，側磨等等情況，如果鐵路的軌道斷裂了，這個事故是非常巨大 的，對于乘車人來說會影響到他們的生命的。所以怎么樣及時的將鋼軌的問題檢測出來是 非常重要的，再加上現在鐵路的公里數一直在加大，乘坐火車的人更多，這樣對于檢測系 統來說顯那么就有就更加重要了。現在對這個檢測平臺進行設計，一定要更加及時，精度 更高，可靠性更好，更快，距離更遠的進行檢測，它的意義是非常重大的。 1.2 鐵軌的概述 對于軌道來說，重要零部件是鐵軌，這個部分對火車的所有重量來進行承受，不管是 強度，還是狀態對于火車運行時候的安全性，穩定性影響都很大。 1、鐵軌有哪些作用 引導火車向著需要的方向進行運行，之后將火車輪的載荷還有沖擊全部施加在軌道還 有扣件的上面，在自動閉塞的地方，作為軌道電路來說，鐵軌是其中的一個部分，可以對 信號電流進行傳輸。在電氣化這一段，鐵軌還能夠將電流的回流進行導線。 2、鐵軌有哪些要求 鐵軌是用來讓火車車輪進行滾動的面，一定要不間斷，并且非常平順，阻力不大，并 且還能夠產生很大的粘著牽引力給火車，所以鐵軌上面的面摩擦系數才是符合需要的，這 樣才能有摩擦力出現；鐵軌會受到沖擊，要想讓火車的車輪對鐵軌的沖擊少一些，這樣鐵 軌的破壞就沒有那么多了，所以鐵軌的可撓性是比較好的；在有很大的壓力施加在鐵軌的 上面，鐵軌不能出現破壞的情況，那么它的強度一定要很大。要是硬度很大的話，鐵軌就 會因為火車車輪有動力對它進行沖擊， 那么鐵軌就會被弄壞了， 鐵軌的斷裂韌性一定要好。 1.3 國內外鐵軌列車的發展 1、法國高鐵的發展過程 當今世界，最開始著手將火車速度提高的國家就是法國，在 1955 年的時候，法國的 火車最高速度就達到了每小時三百三是以公里，日本將新干線建成之后，他們對高鐵的研 究起點就更高了，在 1976 年的時候，法國建立了 TGV，TGV 高速鐵路系統的發展是很快 的，不管是技術上，經濟上都很厲害的，這四十年來，法國的高鐵技術一直都是世界上最 先進的。 2 在 1981 年的時候，法國擁有了他們國家的第一條高鐵線路。在 1990 年的時候，TVG 的高鐵運行速度達到每小時五百一十五點三公里，在 1990 年的時候，又建成了地中海高 鐵線路，火車在運行的時候，速度可以達到每小時三百五十公里，法國還擁有雙層火車， 時速可以達到每小時三百公里，現在已經研究出來速度更高的火車，時速可以達到每小時 三百五十公里。 1993 年的時候，TVG 北方線開始運行，整個長度達到三百三十三公里。北方縣有兩 個支線，是一個相當重要的國際路線。 2、德國高鐵的發展歷史 1986 年開始，德國對高鐵開始進行研究， 在 1986 年的時候德國將 ICE 開始進行運行， 要想在整個歐洲進行使用，ICE 發展到第三代的時候，它不需要使用動力車頭。將動力分 散到火車的每一個車輪的上面，每一個車廂向前推動的時候力量都是一樣的，耗費一樣的 時候，這個火車的穩定性，動能還有爬坡能力都是非常強大的。在這個技術基礎上，德國 人有研究了兩種擺式火車，一種是 ICE-T，還有一種是 ICE-TD，這兩種火車的主要發展目 標是為了讓火車在拐彎的時候保持車子的速度是平均的，能夠很好的在彎道比較多的地方 行走，這個火車上有他們專有的車體傾斜技術，這樣就算是彎道再多，彎道再急，他在進 行拐彎的時候車子的速度更快。 3、中國高鐵的發展歷史 中國的鐵路發展到今天已經超過一百年了， 新中國建立之后， 到現在發展了五十多年， 發展過程經歷的困難是非常多的，在這段時間里面，我們國家的鐵路從小到大，從少到多， 從以前的弱變到現在的強大，雖然有失敗，有坎坷，但是我們一直在吸取教訓，一直在積 累經驗，所以才有了今天的規模。 這幾十年，我們國家的鐵路發展是有自己的變化的，也是有自己的發展的。在上世紀 七十年代到八十年代這段時間里面，我們國家的鐵路進到了更新的發展階段。路線更新， 方針更新的情況下，國家有政策進行引導，鐵路行業的發展是相當快的，技術也是一直在 進行提升的。 鐵路要想適應現在這個發展這么快的社會，速度要提高才是最大的技術要求。不管是 日本還是法國這些發達國家，世界上很多國家都開始對高鐵進行建設。特別是上世紀九十 年代到現在，很多歐洲國家開始建設高鐵鐵路，在亞洲，北美，日韓國家都開始對鐵路進 行大規模的研究，大規模的建設。 現在世界上擁有時速超過兩百公里火車的國家有日本，有法國，現在對這種火車進行 大規模建設的國家有中國，韓國，還有瑞士等等。 上世紀 1994 年的時候，我們國家在廣州建成了我們國家第一條高鐵線路，并且賣票 進行運營，當時的火車時速達到每小時一百六十公里到兩百公里，在技術上的提升是很大 的，之后還進行大力的研究和開發，對于我們國家來說，這是研究高鐵的起點。 在 2003 年的時候，我們國家從秦皇島到沈陽的高鐵開始正式賣票進行運行，在建設 3 了這條高鐵線之后，運營一段時間之后，找到了一條適合我們國家實際情況的技術標準， 還有建設的辦法，管理的經驗等等，希望到 2020 年的時候，我們國家能夠建成四橫四縱 的鐵路網，這樣可以很好的提升我們國家的鐵路運營狀況，滿足現代化發展的需要。 1.4 光電檢測技術的概述 光電檢測技術一種新的檢測技術， 將光學跟電子學結合在一起。 他可以去的光的信息， 對光還有電進行轉換，測量光的有關信息，對檢測來的信息進行智能化的處理，它的精度 是很高的，速度也是很快的，距離遠，并且容量很大，不需要進行接觸，使用時間長，可 以實現自動化和智能化。在我們國家的很多行業里面，發展也是很快的，并且使用的范圍 也很大，在光電信息技術行業里面它是技術最先進的。檢測光學型號的時候可以通過電子 技術來進行，傳動，保存，還有控制，顯示的時候都可以智能化進行。原則上來說，所有 的光量還有具備光特征的非電量， 都可以通過它檢測出來。 將需要檢測的非電量進行轉換， 變位方便接收的光學信息，之后對它進行檢測，之后放大電路，對它進行處理，之后就可 以輸送電的型號了。之后對噪聲出現的原因進行分析，將它的規律找出來，這里面涉及到 的專業知識是比較多的，電子的，信息的還有電腦的等等，這樣就可以改造電路了，那么 就可以對噪聲下面的電信號來進行研究了，這樣就可以知道非電量的狀態是什么樣了。檢 測微弱信號，是為了從很大的噪聲里面將有用的信號提取出來。 光電檢測技術所包含的東西是比較多的，有光電變換技術，有光信息獲取技術，還有 光信息測量技術等等。這個技術可以將光跟電的技術結合起來，進行測量，它的精度是很 高的，速度也是很快的，距離也是相當的遠的，測量的時候不需要進行接觸等特點。 1.5 光電檢測技術的發展現狀 現在科技的發展很快，光電檢測現在的精度是非常高的，有納米級別的，還有亞納米 級別的；在很多行業里面使用的光電檢測是越來越多，有小型的，速度非常快的光電檢測 系統。原來的檢測是需要進行檢測的，并且檢測時候速度比較慢的，現在的檢測技術不需 要進行接觸，并且速度還非常快，現在的發展方向是維空間三維檢測，還有大空間三維檢 測技術；進行光電檢測的時候閉環控制，那么光電檢測跟光電控制就實現一體化了。在很 多人們沒有辦法去到的地方進行檢測。在很多行業里面，光電檢測技術的影響是很大的， 讓我們的日常生活，工業生產，國防建設都有了很大的變化。現在光纖傳感技術發展的很 快，現在光纖氣體傳感器研究的人是很多的，并且用的地方也是很多的。它的靈敏度是很 高的，反應起來速度也很快，防止燃燒防止爆炸，對電磁的干擾是沒有任何影響的，就算 是距離很長，還是可以進行輸送，進行操控等好處，所以現在對于光電檢測的方法研究的 人是越來越多。 現在光纖光柵傳感器用的很多，所以通過它對信號進行檢測的系統發展也是很快的。 跟之前用單色儀，光譜掃描儀來進行檢測的系統進行對比，光纖光柵系統對信號進行檢測 4 的時候，通過轉換光電，也就是將檢測到的光的信號轉變為電壓的信號，它的好處是非常 多的，并且使用的檢測儀器花的錢是比較少的，帶到哪都非常方便，對于每時每刻都在變 化的信號都可以進行檢測，使用的地域范圍更加廣大等等好處。 在人類基因工程上，光電檢測技術的使用也是比較大的，比方說通過光的信號是強還 是弱來對 DNA 的型號進行檢測，這樣的檢測 DNA 的系統，一樣也是通過硅組成的，這個 電路是集成的。在這個系統里面，DNA 的序列跟磁珠連在一起，在 DNA 原油的序列跟探 針 DNA 混雜了之后，磁珠就會在載體的上面進行覆蓋，這個時候暗區就出來了。不過載 體下方的光電二極管陣列，這個時候就可以將雜交之后的 DNA 檢測出來，對比反應之后 的光的型號，可以看出來它的變化，將 DNA 雜交的輸送出來。 新型抗干擾式光電檢測頭，使用的是優化之后的紅外發射管工作時候的數據，還有用 脈沖選通門對電路進行監控，這樣對電氣的干擾噪聲就被壓制住了，檢測頭對干擾的抵抗 性就變那么就有更好了，并且工作時候的可靠性更好。有實驗表示了，它是有效性是非常 好的。 并且這種光電檢測頭在很多體型非常大的機器上使用， 在生產單位真正使用的時候： 新的光電檢測頭的失誤率是老的檢測系統的千分之一，對電氣的抗干擾性是非常好的，所 以在工業上來看，它的可靠性是非常高的。 現在科技發展的這么快，無損檢測技術是一種更新的技術，這個跟原來的物理化學分 析辦法是不一樣的，它使用的是物理的辦法來進行分析，比方說光學，電學等等，對于產 品是不會有任何破壞的，不僅可以知道產品的有關信息，還不會損傷產品，將無損檢測速 度跟原來使用的檢測辦法進行對比，它的速度還是更快的，并且可以從外表就可以知道產 品里面的相關信息。現在電腦技術發展的很快，所以化學計量學的發展也是很快的，這樣 一來在工業還有農業中，無損檢測技術的發展使用的范圍是更大的。無損光電檢測按照需 要測量的對象的特征來進行檢測，有對光的反應，對聲的反應，對熱的反應，它的技術有 紅外光譜檢測技術、拉曼光譜檢測技術等。按照不一樣的使用對象，還有使用的地方來進 行劃分，無損光電檢測技術和相應的檢測裝置可以進行檢測。 現在科技發展的很快，很多更新的檢測辦法一直在被研發出來的。 1.6 光電檢測技術的發展趨勢 現在全球的競爭是非常激烈的，現在每一天技術都在進步，檢測在我們國家的很多行 業里面，起的作用都是很大的，不管是進行研究，還是對于產品的質量，還有控制自動化 上，都要進行檢測，通過現代化的光電子檢測技術，不需要進行檢測，產品沒有損耗，就 算是距離再遠，對干擾抵抗能力很高，不會受到環境的影響，檢測的時候速度是很快的， 精度也是非常高的這些好處，在現在的檢測行業這個是主要的發展方向。光電檢測技術的 發展方向是精度更高，更加智能化，數字化，自動化。什么是精度更高，也就是說檢測的 精度是更高的，將來納米精度，還有亞納米精度出現的會越來越多的；所謂智能化，說的 檢測系統更加智能化；所謂數字化，說的是檢測出來的結果用數字表示出來，這樣就可以 5 讓光電檢測跟光電控制實現一體化；所謂多元化，說的就是光電檢測儀器在進行檢測的時 候綜合化更強，參數更多，測量的維度更多等等，還能在很多人們沒有辦法進到的地方去 進行測量，比方說維空間，還有巨大的空間，對他們進行三維檢測；所謂自動化，說的就 是進行檢測的時候可以自動化進行，不需要進行接觸，在很快的速度下就可以將結果測量 出來，檢測的狀態原來是靜態的，現在是動態的。 光電檢測系統的基礎就是激光器，這個就是它的發展方向。現在精密度更高，功能性 也更加的全面，現在對于原來使用的又貴又復雜的檢測方法已經不再使用了。因為激光技 術發展的很快，成本也慢慢降低了，所以現在很多光電使用者，最先選用的就是激光光電 檢測。對于光電檢測技術來說，還有一個重要的發展方向就是激光器為主的檢測系統。這 個技術將激光脈沖進行使用，它的能量是很高的，在跟檢測的物品的面進行接觸的時候， 在很快的時間里面就會產生熱作用，在固體的面上會有熱特性區出現，之后通過這一點小 小的熱，讓物料里面進行很快的擴散，這樣就會有熱應力出現，之后因為有熱應力，這樣 就會有超聲波出現了。跟一般的超聲檢測辦法來進行對比，激光超聲使用的時候距離是非 常遠的，在溫度很高的地方，腐蝕性很強的地方，或者是輻射很大的地方都是可以使用的， 在進行掃描的時候速度是非常快的，就算是需要掃描的產品行走的速度很快，他還是可以 在線進行檢測的；激光超聲進行檢測的時候，有盲區，但是盲區很小，比一百微米還要小， 可以對比較薄的物品進行測量。激光超聲的頻率帶是非常寬的，比一般使用的換能器還要 寬的多，可以對一些比較細小的裂紋，缺陷來進行檢測；產品的面要是形狀非常復雜的， 或者是空間非常小的，比方說焊接在最下面的管道等等，在對他們進行觀測量的時候可以 用激光超聲來進行；這種激光超聲檢測對于空間的分辨率是很高的，可以對出現缺陷的地 方進行準確的定位，還能夠把缺陷的大小量出來。 還有一個發展方向就是智能光電檢測系統，它所包含的內容有對智能信號進行處理的 系統，有光電傳感系統，還有接口部分等等。因為現在使用的智能光電檢測系統對于周圍 環境的適應力是很強的，測量的范圍很大，精度也很高，特別是對于人工智能這一塊強化 了很多，及時的對于噪聲，溫度，還有電壓的改變進行修改，還有操作界面是非常好的， 這樣一來對于操作程序上是簡單了不少的，對于數值的處理效率是提高了很多，并且分析 的時候效率也是很高的。 1.7 本課題研究的內容及技術路線 這篇論文研究的是鐵軌上使用的光學檢測平臺，要對整個系統來進行設計，通過查看 資料，將理論跟時間進行結合，它的技術路線是： 1、查找資料，將小車的總設計方案制定下來，將小車的性能弄清楚，按照平臺承受 在載荷，還有速率的大小，再加上現在已經使用的機器，還有對鐵路進行保養的時候需要 注意的問題，對它進行校核，將數據算出來，確定類型。 2、對有設計經驗的老師傅進行學習，看小車在進行工作的時候會有哪些問題出現， 6 對這些問題怎樣去進行解決，將自己的方案告訴老師，看這個方案是不是合理，是不是能 夠使用。 3、對于承受能力，工作時候的穩定性，預防震動的性能，還有前進時候的速度等進 行了解，按照機械要求將這個車子的物理結構設計處理，要注意設計出來的這個系統可以 用在現實里面來，并且要方便一些，它的模型要漂亮，并且輕一些，用起來要便利等。 4、 將檢測系統的傳動部分設計出來， 將控制電路設計出來， 用 CAD 將模型建立出來。 7 2 總體方案的選擇與確定 2.1 設計任務的確定 論文里面設計的這個平臺能夠對火車鋼軌進行實時的檢測，有什么問題能夠及時的發 現，鐵軌光學檢測平臺一定要及時，精度高，可靠性好，非常方便，距離長，并且能夠定 量進行檢測。整體效果圖如下： 圖 2-1 光學檢測平臺效果圖一 圖 2-2 鐵軌光學檢測平臺效果圖二 徐州工程 學院畢業設計 說明書 8 表 2-1 鐵軌光學檢測平臺部件及功能表 部件功能 1車體抵抗壓力，小車的大體輪廓 2后輪提供車體運行與平穩 3智能攝像頭對物體進行檢測 4線路板使小車能夠運行 5前輪支架支撐前輪 6支架軸起支撐作用 7前輪軸省力和改變用力方向 8電動機把電能轉換成機械能，給小車提供動力 9蝸桿軸支撐轉動件回轉并傳遞扭矩 10軸承支撐機械旋轉體 11后輪軸省力和改變用力方向 2.2 鐵軌光學檢測平臺參數要求 表 2-2 鐵軌光學檢測平臺參數要求 鐵軌光學檢測平臺參數要求 參考尺寸180mm，平臺車輪兩輪間距與車體尺寸必須基于軌距設計 人員配置本次設計采用無人操作； 重量 設備以輕量化、模塊化為核心思想，設備總重量不超過 13.5Kg，工作人員可 以在 5 分鐘內完成上下線的組裝和拆卸 走行操控無損檢測系統與走行操控為運行，走行可以進行； 最高走行速度100mm/s； 續航能力連續運行距離不少于 40Km 或者連續運行時間不少于 4h； 承重21.5Kg； 偏載與靜態減載率無偏載，靜態減載率0.65； 走行平臺強度強度滿足承載要求，撓跨比1/150； 走行輪參數 尺寸符合 TB/T 449 要求。同一車輪垂直方向直徑差0.5mm，同一輪對的兩 車輪直徑差1M； 走行車體尺寸要求車體寬度2m 走行啟動及制動 駐車要求 行車制動與駐車制動裝置獨立。啟動要求在 33%上坡道時可從靜止狀態實現 坡起。制動要求在鋼軌踏面淋水下行車制動距離20m，要求駐車制動距離 ，確定 h=3mm，那么軸環這個地方的直徑大小是36 V dmm。軸環的寬 b1.4h，確定5 V lmm。 （3）軸上面使用的彈性擋圈是標準零部件，按照國家標準，確定大小是 0 20dmm， 那么說19ddmm ，1.1llmm ，13 1.111.9lmm 。 別的部分的大小，按照前面輪軸上面的數據來進行確定就可以了，將軸上面每一段的 直徑大小，還有軸的長都確定下來。 3、零件在軸的上面進行軸方向的定位 用平鍵連接來將左邊輪輻，右邊輪輻跟軸進行軸方向的定位。查看資料，確定平鍵的 截面大小是 bh=8mm7mm，生產鍵槽的時候用的是銑刀來進行高的，鍵槽的大小是 28mm，要想確保左邊，右邊輪輻跟軸配合的時候對中性好，那么他們配合標準是 H7/n6。 滾動軸承跟軸進行軸方向的定位的時候，是要通過過度配合進行確保的，這個軸直徑大小 公差是 j7。 4）將軸上面的圓角，還有倒角的大小算出 確定軸頂端這個地方倒角的大小是 145，每一個軸肩這個地方的圓角，半徑的大小 是 R1。 3、將軸上面的載荷算出來 先按照軸的結構圖紙，將軸的計算簡圖畫出來，之后再按照計算見圖，將軸的彎矩圖 紙畫出來。 徐州工程 學院畢業設計 說明書 20 圖 3-4 前輪軸的載荷分析圖 12 11 80.8440.42 22 FFFN， 12 39LLmm 11 40.42 391576.38 C MFLN mm 4、對軸的強度進行校核的時候根據彎曲應力來進行 校核的時候，只需要對作用在它上面的彎矩最大的時候截面前度來進行就可以了。在 截面 C 這個地方就是承受的最大彎矩1576.38 C MN mm。 校核截面 C 這個地方的強度： 1ca M W （3-4） 使用的材料是 45 號鋼，對它調質處理 1 60MPa，那么 22 33 3 8 43043.14 30 2288.84 322322 30 bt dtd Wmm d （3-5） 1 1576.38 0.689 2288.84 ca MPa ，所以說是符合要求的。 3.3.2 后輪軸的設計與計算 后面的輪軸在進行工作的時候，不僅有彎矩作用在上面，還有扭矩作用在上面，所以 他是轉軸。 圖 3-5 后輪軸結構 1、將后輪軸上面的功率，轉動的速度，還有轉矩算出來 確定蝸輪蝸桿進行傳動的時候效率是=0.7，那么 2 0.08 0.70.056PPKW， 2 22.75minnnr， 2 23508TN mm 2、在蝸輪上進行作用的力 2 1263.8 t FN， 2 65.22 a FN， 2 460 r FN 徐州工程 學院畢業設計 說明書 21 3、將軸的直徑最小值確定下來 將軸的直徑最小值算出來，軸的原材料用的是 45 號鋼，對它進行調質，確定 0 A=115， 那么就有 2 3 3 min0 2 0.056 11515.5 22.75 P dAmm n 后輪軸的直徑最小值，就是裝輪輻這個地方軸的直徑d。因為輪輻在跟軸連接的時候 用的是鍵，那么 26dmm 。 4、設計軸的結構 （1）將軸上面安裝零件的順序定下來 從軸的左邊向右邊按照順序來進行安裝左輪的幅板，還有右輪的幅板，螺母，套筒等， 在軸的最左邊，將深溝球軸承裝在最右邊，將透蓋，內輪輻，還有軸上一頭的擋圈從右邊 向左邊來進行組裝。 （2）按照軸方向上的定位要求，將軸每一段的直徑大小還有長度確定下來 選用滾動軸承。因為會有徑方向的力，還有軸方向上的力作用在上面，所以軸承用的 是 單 列 深 溝 球 ， 型 號 是 6206 ， 它 的 大 小 是 dDT=30mm62mm16mm ， 那 么 30dddmm 。 右邊那一頭的滾動軸承要實現軸方向上的定位通過軸肩，查資料可以知道 6206 的軸 承，定位的時候軸肩的高是 h=3mm，那么確定36dmm 。 （3）軸上面使用的彈性擋圈是一個標準零部件，使用的型號是 GB894.1-8630，它的 大小是 0 30dmm，所以28.6dmm ，1.7Lmm 。 （4）確定裝輪輻這個地方軸的直徑大小是26dmm 。輪輻寬是 27mm，要想讓軸這 一頭的擋圈緊緊的沿著輪輻，這個地方軸的大小要比輪輻的寬要小一點，那么26lmm 。 它的大小按照零件的構造來進行確定，將軸的每一段的直徑，還有長確定下來。 （5）對軸上面的零部件進行軸方向上的定位 軸跟蝸輪進行軸方向定位的時候，連接用平鍵來進行。查看資料，平鍵的截面大小 bh=8mm7mm，鍵槽的長是 25mm。輪輻跟軸進行配合的時候標準是 H8/h7。 （6）將軸上面圓角，還有倒角的大小確定下來 確定軸一頭的倒角大小是 145，每一個軸肩的地方圓角半徑大小是 R1。 5、將軸上面的載荷算出來 3-6 圖紙里面是后輪軸上面受到的力進行分析：L1=L2=27.5mmL3=41mm （1）在水平面上，后面的輪軸受到的力的圖紙 3-6，那么就可以通過靜力平衡方程將 支座 A、B 這個地方的支反力算出來： 122 11 1263.8631.9 22 NHNHt FFFN 徐州工程 學院畢業設計 說明書 22 在截面上，三個集中力作用在上面，那么彎矩的大小是 1 1631.9 27.517377.25 HDNH MFLN mm 0 HAHB MM 圖 3-6 后輪軸的載荷分析圖 （2）3-6 圖紙里面，在垂直的面上，后面的輪軸受到的力。 將 A、B、C、D 截面這個地方的彎矩的總數算出來 M 0 AC MM 2222 1 17377.258293.39519254.85 DHDVD MMMNmm 左 2222 2 17377.2510820.6720470.85 DHDVD MMMNmm 右 徐州工程 學院畢業設計 說明書 23 646406 BVB MMNmm 將后輪軸上面的轉矩算出來 2 23508TTNmm 6.在對軸的強度進行校核的時候根據彎扭合成應力來進行 校核的時候，只需要對施加在軸上面的彎矩最大值進行校核，還要對危險截面的強度 進行校核。 22 22 2 20470.850.623508 10.85 2288.84 D ca MT MPa W （3-6） 其中，為折合系數，取=0.6 W代表的是軸抗彎截面的系數，那么 22 33 3 84304 3.1430 2288.84 32232230 bt dt d Wmm d （3-7） 軸使用的原材料是 45 號鋼，對它進行調質處理，查看表格可以知道 1 60MPa ， 因為 1ca ，所以說校核了之后是符合論文需要的，是安全的。 3.4 滾動軸承的選擇、計算與確定 滾動軸承選的對不對， 關系到這個主機的工作性能好不好， 并且讓他的使用時間變長； 企業能不能將修理機器的時間短一點，并且將維修時候花的錢變少一點，將設備的運轉率 變高一些，它的作用都是非常大的。所以說，不管是設計的地方，還是加工的地方，乃至 于后期維修的地方，對滾動軸承進行選擇的時候，一定要注意。 正常來說，對軸承進行選擇的時候從下面幾步來進行： 1、按照軸承在什么條件下工作，確定軸承的類型，還有公差等級是多少，縫隙等； 2、按照這個軸承在什么條件下進行工作，還收承受的力是多大，還有使用時間有什 么要求，算了之后，把這個軸承的型號定下來，也可以按照用的時候的需求，把這個軸承 的型號定下來，之后在對它的使用時間進行驗算； 3、選擇的這個軸承的額定載荷進行驗算，還有對它的轉動速度的極限值來進行驗算。 在對軸承進行確定的時候，主要思考的東西有，極限轉速是多少，使用時間是多長， 還有載荷是多大，另外還有一些別的東西可以幫助軸承來確定它是什么類型，構造是什么 樣的，大小是多少，還有公差等級是多少，還有游隙工求是多少，這樣一個最后的方案。 在進行軸承的選用和選擇的時候，首先要作的就是依據相應的型號了解它所受載荷的 方向，所受載荷的數字的大小，轉動的速度、工作環境的影響等等一系列的指標。 通過查閱資料后曉那么就有， 在轉動的速度比較高， 并且所受的載荷比較的小的地方， 應該選用以點接觸的球軸承作為確定下來的對象；如果安裝軸承的地方其承受的載荷或者 力比較的大，轉動的速度又比較的小的時候，應該選用以線進行接觸的滾子軸承；如果安 裝軸承的地方是既承載軸線方向的力又承受直徑方向上的力，那就應該選擇以線接觸的圓 徐州工程 學院畢業設計 說明書 24 錐滾子軸承否則是以點接觸的軸承；還有一種情況就是軸線方向所受的力比較的大，根直 徑方向一樣的力，是很小的。 1、軸承的預緊 預緊的意思就是把軸承撞到座和軸的上面以后，通過一定的方式讓里面滾動的物體和 里面還有外面的全之間保持壓緊的狀態。 預緊軸承是為了在支撐的時候剛性更好，震動和噪音能夠有效的降低，也要防止滾動 體因為慣性在圈內和圈外進行滑動。 2、軸承的安裝和拆卸 在的軸承沒有進行破開的時候必須要按照軸的方向進行安裝還有拆卸，應該最先選擇 使用里面的圈還有外面的圈來把軸承分開。裝在比較長的軸承上面，那么要想裝起來簡單 一點，這個圈的孔的大小就是 1：12 的。 3、經濟性要求 對軸承的價格進行比較，正常情況下深溝球的這種軸承價格比較低，磙子軸承比球軸 承的價格要高一點。精度越高的軸承，花的錢就多。在選使用什么軸承的時候，需要仔細 的對軸承的價格進行了解一下，在滿足各種需要的前提，盡量使用成本低的。 這篇論文里面的密封就是對軸承的密封，在進行密封的時候用的是氈圈來進行的，這 樣能夠有效的防止灰塵進到軸承里面，讓軸承始終保持干凈。 使用氈圈來對軸承進行密封主要因為密封裝置結構非常的簡單，成本也很低而且使用 的范圍非常的廣泛，是用矩形氈圈裝在梯形槽然后產生徑向壓力來達到密封的效果的。 3.4.1 前輪軸軸承選擇、計算與確定 使用的時間2500 h Lh，轉動的速度 1000100010 28.96min 3.14110 nr d ，軸 承在徑方向上的力是40.42 r FN，軸方向上力的大小是0 a F。 1、按照上面介紹的對軸承來進行確定 軸承的型號是 6004 9.38 r CkN， 0 5.02 r CkN， lim 15000minnr 2、算的時候根據額定動載荷來進行 6 60 10 h nL CP （3-8） 是球軸承的=3， PraPr PfXFYFf F （3-9) 查看表格，檢測平臺1.2 P f 放到式子里面算1.240.4248.504PN 徐州工程 學院畢業設計 說明書 25 3 6 6028.962500 48.50479.149380 10 CNN 那么說 6004 這個型號的軸承對于論文的需要是能夠符合的。 3、校核的時候根據額定靜載荷 通過式子 000 CS P，確定 0 S=2， 000 40.42 rar PX FY FFN 放到上面的式子里面 000 5020240.4280.84CNS PN對于論文的需要是 能夠符合的。 3.4.2 蝸桿軸軸承的選擇、計算與確定 使用的時間2500 h Lh，轉動的速度1410.5minnr，軸承在徑方向上的載荷是 1 110.4 r FN，在軸上面的載荷是606.66 a FN。 1、通過上面的要求來確定軸承 確定軸承的型號是 30203， 19.8CkN 0 13.2CkN lim 9000minnr，0.35e 圖 3-7 蝸桿軸上的軸承受力 2、算的時候根據額定的動載荷來進行 1010 33 1166 60601410.52500 1290.586433 1010 h nL CPN 1010 33 2266 60601410.52500 132.48660 1010 h nL CPN 12 CC、均小于19800CN對于論文的需要是能夠滿足的。 3、校核的時候根據額定靜載荷來進行 000 CS P，取 0 1.8S 1 10 11 5.7890.5 221 a r F FY ， 010101 0.5110.41606.66661.86 ra PX FY FN 2 20 11 0.2940.5 221 a r F FY 022 110.4 r PFN 0102 PP、均小于 0 13200CN，對于論文的需要是能夠滿足的。 4、校核極限轉動的速度 通過式子 max1 2lim nff n 徐州工程 學院畢業設計 說明書 26 1 1290.58 0.0652 19800 P C ，就有 1 1f 1 1 5.789 a r F F ，就有了 2 0.5f max1 10.590004500minnr 2 132.48 0.0067 19800 P C ，就有了 1 1f 2 2 0.294 a r F F ，就有了 2 1f max 2 1190009000minnr，n比 max1 n和 max 2 n的總和還要小，所以對于論文的 需要是能夠符合的。 3.4.3 后輪軸軸承選擇、計算與確定 軸承的使用時間是2500 h Lh，軸承轉動的速度是22.75minnr， 軸承 A 在徑方向的載荷 2222 111 631.9301.578700 rNHNV FFFN； 軸承 B 在徑方向的載荷 2222 222 631.90.762631.9 rNHNV FFFN； 軸方向上的載荷大小是65.22 a FN。 施加在 A 軸承上面的載荷比 B 軸承上面的載荷還要大，那么校核的時候只要對 A 軸 承就可以了。 1、在確定軸承的時候按照上面的要求來進行 確定軸承型號是 6206，14.91CkN， 0 10.01CkN， lim 9500minnr， 2、在算的時候根據額定的動載荷來進行 通過公式 6 60 10 h nL CP (3-10) 要是軸承是球軸承3， Pra PfXFYF 已經知道 0 65.22 0.0065 10010 a F C ，0.19,2.3eY 已經知道 65.22 0.0930.19 700 a r F e F 查看表格 r PF 查看表格檢測平臺的1.2 P f，放到式子里面去算1.2700840PN 3 6 6022.752500 8401264.6514910 10 CNN 徐州工程 學院畢業設計 說明書 27 所以說 6206 這個軸承對于論文的要求是能夠符合的。 3、校核的時候根據額定的靜載荷來進行 通過公式 000 CS P，查看表格確定下來 0 1S，已經知道0.093 a r F F 查看表格0.8 a r F F ， 00 1,0XY 那么就有 0 700 r PFN，放到上面的式子去算， 000 10010700CNS PN對 于論文需要是能夠符合的。 4、校核極限轉動的速度 max1 2lim nff n 已經知道 840 0.0563 14910 P C 查看圖紙可以有 1 1f 65.22 0.093 700 a r F F 查看圖紙可以有 2 1f 放到式子里面 max 1195009500minnr， max 22.75minnrn對于論文 需要是能夠符合的。 徐州工程 學院畢業設計 說明書 28 4 其他零部件的設計與確定 4.1 車體的設計與確定 在設計小車車體，還有組成零部件的時候，都是有所要求的，這兩個之間都有聯系， 并且還互相有影響。 1、設計車體時候的要求 對小車車體在用的時候功能的要求：對于進行機械設計的時候，要將事先設定好的使 用要求進行滿足，還有用起來要方便，并且工作時候非常安全，可靠性要高，體積不能大， 質量小，工作效率高，產生的噪聲小等等，這些都是進行機械設計所需要的。 設計時候的經濟型需求：設計的車體一定要經濟性好，在生產還有使用的時候，在對 車體進行設計的時候考慮的要全面一些。在進行設計的時候，對它的功能，還有用的時候 的需要，結構等等都要合理，符合要求。 。 2、設計車體的時候，要注意下面幾點： （1）車子的結構不管是拆還是卸都應該方便，方便我們進行試驗，進行調試，有問 題的時候進行維修。 （2）要留一個空間給傳感器，還有功能零件，后期要將他們裝上去，這樣才能將它 的功能進行改進，進行擴展。 3、確定車體使用的原材料 論文設計的這個車體，原材料用的是 6061。 4、確定車體加工的辦法 （1）鑄造車體 它的好處就是工藝性能好，可以加工的產品形狀比較復雜，并且抵抗壓力的強度也是 非常好的，抵抗壓力的剛度也非常好，抵抗振動的性能也是非常好的，不過公共刮飛的時 間是比較長的，后期要進行時效處理，這樣內應力就尅有了。用的比較多的材質是灰鑄鐵， 強度的要求非常高的時候用鑄鋼，要是質量要求非常輕就用鑄鋁。現在用的比較多的是鑄 造方式。 （2）焊接車體 這種組成部分是鋼板和型材焊接起來的，生產這種車體非常容易，并且耗費的時間比 較短，花費也不是很大，并且非常輕。不過對車體進行焊接的時候，熱應力是很大的，非 常容易出現形狀的改變，要進行退火處理，這樣才能讓夾具的尺寸穩定下來。 （3）鍛造車體 這種車體可以用的地方是形狀不復雜，外形不大，并且強度要求高，剛度要求高，在 鍛造好了之后還要進行退火，這種類型的夾具在生產中用的比較少。 本次設計的車體其制造方式選擇鑄造。 徐州工程 學院畢業設計 說明書 29 4.2 車輪的設計與確定 1、車輪有哪些作用 對于汽車來說，車輪是非常重要的，它跟路面是直接進行碰觸的，小車在行走的時候， 對它承受的沖擊是可以緩沖的，這樣確保小車在乘坐的時候非常舒服，并且行走起來也非 常的平順；確保車輪跟鐵軌在一起，附著性非常好，這樣小車的牽引性，還有制動性，通 過性都是非常好的，這樣可以對小車的質量進行承受。 2、將車輪的結構設計出來 按照輪輻的結構不一樣，車輪有三種，一種是實心的，一種是幅板的，還有一種是輪 輻的，論文里面的車輪用的是輪輻式的。 3、將車輪的原材料定下來 車輪的原材料用的是 6061 鋁合金，這個材料在進行加工的時候，性能是非常好的， 焊接特征也很不錯，還有電鍍性也是非常好的，韌性是很高的，進行生產之后不會出現形 狀的改變，還有氧化效果很好等等。 4.3 攝像頭的選擇 最近這些年，智能家居是越來越流行，就算是人不在家，只能攝像頭還是可以進行工 作。它的功能下面進行介紹： （1）自己將安防的模式開下來 使用者離開家之后，只能安防系統自己就開下來了，使用者用手機就可以對家里面的 狀況進行剛查看，就算是沒有人在家，如果家里有什么狀況，那么只能攝像頭還能夠進行 錄像，并且告知使用者。 （2）在進行語音通話的時候非常清楚 這個攝像頭不光能看到，還能夠進行電話溝通。 （3）對移動的物體進行檢測 攝像頭有對運動進行檢測的幾十戶，可以很清楚的知道有沒有東西在進行移動，如果 一旦檢測到，那么攝像頭就會發出警告，告訴使用者。 （4）可以進行保存 不僅能夠實時查看，還能夠將錄下來的視頻存儲到卡里面去，使用者可以回來查看， 安全性很好，避免隱私泄露出來，不需要花錢。 這次裝的攝像頭，用的就是智能的，好處是非常靈敏，可以抵抗強光，體積不大，使 用時間長等等。論文里面使用的攝像頭是海康威視螢石智能攝像頭。 徐州工程 學院畢業設計 說明書 30 圖 4-1 智能攝像頭 徐州工程 學院畢業設計 說明書 31 5 電氣控制部分的設計 5.1 設計控制電路應遵循的原則 1、設計電氣控制路線的時候要注意下面幾點： （1）對于電氣控制線路的要求，還有保護時候的要求盡量的滿足。 （2）首先對生產工藝進行滿足，設計的這個線路不能復雜，經濟性要好。在 （3）確保控制的時候非常安全，非常可靠。 （4）用的時候，還有修的時候非常便利。 2、設計電氣控制時候要遵守的原則： （1）在設計的時候，對于控制要求，還有生產要求盡可能的滿足。 （2）只要對論文的要求滿足了，那么控制系統要簡單一些，經濟性好，用起來方便， 安全性好，可靠性好。 （3）在確定電氣零件的時候一定要合理，這樣系統工作才能正常。 （4）對于工藝的需要能夠滿足。 5.2 控制電路的設計步驟 1、按照需要將設計任務制定下來。 2、在對電路設計的時候，按照拖動要求來進行： （1）不管是對哪一臺電機進行控制，按照它容量的大小，還有拖動時候的載荷來進 行，選用合適的啟動線路。 （2）將轉動方向控制的辦法確定下來。 （3）按照電動機的工作，確定是不是要設置過載保護裝