受电弓综合之机械原理.docx

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受电弓综合之机械原理

机械原理设计之

受电弓机构综合

设计题目：

受电弓机构综合

机电一体化二班

罗庚（20087687）

一、设计题目

1.1设计题目简介……………………………………

1.2设计要求和有关数据……………………………………

1.3设计任务……………………………………

二、运动方案的设计………………………………

2.1运动方案设计一……………………………………

2.2运动方案设计二……………………………………

2.2运动方案设计三……………………………………

三、运动方案比较选择………………………………

3.1运动方案系统稳定的比较………………………

3.2机构的自由度的比较……………………………………

3.3机构的组成结构比较……………………………………

四、运动方案分析……………………………………

4.1机构运动简图分析……………………………………

4.2模型简单计算…………………………………

4.3模型的改进……………………………………

4.4模型尺寸的确定……………………………………

4.5模型仿真分析……………………………………

五对此机构的评价……………………………………

六参考文献……………………………………

一、设计题目

1.1设计题目简介

如图所示，是从垂直于电力机车行使速度的方向看上去，受电弓的弓头的最低和最高位置。

理想的情况是以车体为参照系时，弓头沿垂直于车顶的方向直线上升、下降，最低400mm，最高1950mm。

1.2设计要求和有关数据

1）在弓头上升、下降的1550mm行程内，偏离理想化直线轨迹的距离不得超过100mm。

2）在任何时候，弓头上部都是整个机构的最高处。

3）只有一个自由度，用风缸驱动。

4）收弓后，整个受电弓含风缸不超出虚线所示1400×400mm区域。

5）在垂直于机车速度的方向，最大尺寸不超过1400mm。

6）最小传动角大于或等于40°。

1.3设计任务

1.、提出可能的运动方案，然后进行方案分析评比，选出一种运动方案进行机构综合；

2、设计传动系统中各机构的运动尺寸，绘制机构的运动简图；

3.   用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。

4. 图纸上绘出最终方案的机构运动简图（可以是计算机图）并编写说明书。

二、运动方案的设计

利用我们已学的知识，设计一个机构使受电弓达到理想的运动轨迹。

就是让弓头部位成近似于直线的运动。

2.1运动方案设计一

如图所示，当动力风缸拉动绳子运动时，D点向右运动，此时，在重力与动力的平衡作用下才能使弓头慢慢的向上运动。

这里对各杆的痛重力要求非常高若不能达到要相应的要求，系统将要崩溃。

要不把D点直接拉到右边去了，要不D点位置不变，而整体向右运动。

是不个不稳定的系统，非常不可取。

2.2运动方案设计二

如图所示，当2杆作为主动件，整体结构都会向上并且向右运动，此时7杆的长度不能改变，则会让5和6杆慢慢的在铰链处产生一个角度，此时中间四边形水平对角线就会变短。

即CD的长度就会变短，会使弓头上升，且程一直线运动。

因此，这机构可以达到题目的要求。

对其自由度的分析：

P=3N-2L-H

这里，n=7、L=10、H=0

所以P=3*7-2*10

=1

满足题目的自由度为1的要求。

因此，此机构满足题目的基本要求。

机构系统也比较的稳定，因此可以作为一个参考机构，供我们比较选择。

2.3运动方案设计三

当主动件1转动时，整体向右移动，且弓头部位会程一个近似于直线的运动，因此这个方案简单明了的达到了机构的要求。

系统也比较的稳定。

我们再算它的自由度：

P=3N-2L-H

这里，n=3、L=4、H=0

所以P=3*3-2*4

=1

满足题目的自由度为1的要求。

三、运动方案比较选择

3.1运动方案系统稳定的比较

机构一不稳定。

当绳子拉过渡时，整个受电弓都会崩溃。

机构二、三稳定。

不管主动件怎么运动，系统都会稳定的运动。

不会因主动件达到某种程度而不会规则的运动。

因此，机构一不可取。

3.2机构的自由度的比较

机构一的自由度不为1

机构二、三的自由度都为1.都满足题目的要求

因此，机构二三都可以达到相应的要求。

3.3机构的组成结构比较

机构一、二的基本的构件比较多，而且组装都比较复杂

机构三只有简单的三个构件就能达到受电弓的运动要求，结构简单，运动也简单。

在这方面机构三占有相当大的优势。

综上比较，我们发现机构三的各方面都要比机构一和机构二都占有优势，因此，我们可以选择比较简单的机构三来作设计。

四、运动方案分析

4.1机构运动简图分析

这是一个简单的平面四杆机构，主动件2转动时，整体向右移动，构件1则成转动加一个圆弧运动，这样就为弓头部位程一个近似于直线的运动打下了基础，只要将各杆长计算出来，则这个受电弓机构就可以运转了。

4.2模型简单计算

此机构要满足弓头沿垂直于车顶的方向直线上升、下降，最低400mm，最高1950mm。

根据已知条件建立模型：

）

可以算出AB的距离为：

式中可以算出

的关系

便可以算出AB直线的斜率k

不防设C点坐标为（x,y）.便可以算出C点的坐标关系式：

由两点间距离公式得：

BC的距离为：

可以算出

从而可以确定弓头的轨迹。

但此方案不满足初始位置条件，所以得做以下改进。

4.3模型的改进

由于只是一个简单的机构，在此对其做进一步改进。

考虑杆的直径，和弓头的起始位置。

对其改进如下：

机构简图：

4.4模型尺寸的确定

B:

）

由A.B之间的距离d得：

式中可以算出

的关系

便可以算出AB直线的斜率k

K1

.便可以算出C点的坐标关系式：

由两点间距离公式得：

BC的距离为：

对其传动角的分析

·

a为压力角，b为传动角，可知，b角是逐渐增大的，所以它的最小角度应该为40度，所以a角最小角度应该为50度，所以可以知道

角最小为40度。

在此，初步定下尺寸：

a=765;

b=482;

c=1067;

e=1200;

f=64;

将上面四个数据代入公式得到：

d=160;

于是得到所有村长尺寸为：

a=765;

b=482;

c=1067;

e=1200;

f=64;

d=160;

4.5模型仿真分析

然后用Proe仿真得到弓头竖直位移与时间的关系图如下：

上下一个周期，其中水平部分为到顶时的停留时间段

弓头的水平位移如图：

从图中可以看出弓头的最大水平位移为95，符合题意。

仿真零件图见文件夹。

五对此机构的评价

此模型基满足题目的要设计要求，在弓头上升、下降的1550mm行程内，偏离理想化直线轨迹的距离不得超过100mm。

在任何时候，弓头上部都是整个机构的最高处。

只有一个自由度，用风缸驱动。

收弓后，整个受电弓含风缸不超出虚线所示1400×400mm区域。

在垂直于机车速度的方向，最大尺寸不超过1400mm。

最小传动角大于或等于40°。

但是，从图中可以看出，其竖直高度，并没有完全符合要求，所以，此设计还须进一步精确的计算。

但是本机构存在很多不足之处，比如其机构的细微部分没有做任何分析，其零件也没有精确的尺寸，也没有对其进行受力分析，很多不足之处都没有进行设计与分析。

六参考文献：

卢红编《对上海地铁受电弓的分析》株嗣电力机车厂。

冯鉴、何俊等编《机械原理》西南交大出版