电动车设计brzn.docx

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1、常 州 大 学学成 人 高 等等 教 育毕业设计计（论文文）（20114 届届）题目姓名专业指导教师师50T 电动平平车设计计秦福生机械设计计及其自自动化宋瑞宏二一四四 年 四 月月50T 电动平平车设计计摘要：电动动平车是是一种电电动有轨轨厂内运运输车辆辆，用于于车间内内产品的的过跨运运输。它它具有结构简单单、使用用方便、容容易维护护、承载载能力大大、污染染小等特特点。广广泛用于于机械制制造和冶冶金企业的的生产车车间，作为车间间内部运运输重物物过跨之之用。本文即在在广泛阅阅读文献献的基础础上，从生产实实际出发发，进行行 500T 电电动平车车样机的的设计。在本次的的设计过过程中，针针对 55

2、0T 电动平平车这一一设计任任务，进进行了电电动平车车车架的的设计、车轮轮的选用用、传动动系统的的设计、行行走机构构的设计计、电缆缆卷筒的的选用等等工作。在在整个设计过程程中，有有三个设设计重点点。第一一：车轮轮的选用用。车轮轮虽是标标件，但但车轮的的选用是是进行后面设设计工作作的基础础，所以首先先应确定定出车轮轮的相关关参数，尤其是车车轮的直直径。第二：传动系统统的设计计。在设设计过程程中，共共提出了了两种传传动系统统的设计计方案，并并利用三三维建模模对两种传传动方案案进行了了比较，最终根据据安装的的合理性性选择了了第二种种传动系系统的设设计方案案。第三：行行走机构构的设计计。在这这块的设设

3、计中，进进行了主主动轮轴轴和从动动轮轴的的设计工工作，同同时对主动动轮轴进进行了校校核工作作。为进一步步检验主主动轮轴轴的强度度是否符符合要求求，利用 UUG8.0对主动轮轮轴进行行了有限限元分析析。关键词：电动平平车； 车架； 传动动系统 ；行走走机构。IIABSTTRACCTElecctriic fflatt caar iis aan eelecctriic ttrannspoort vehhiclle iin rraill faactoory, ussed in thee woorksshopp off thheprodductts aacrooss thee trranssporrta

4、ttionn. IIt iis ssimpple in strructturee, eeasyy too usse, eassy tto mmainntaiin,carrryinng ccapaacitty, loww poolluutioon eetc. Itt iss wiidelly uusedd inn meechaaniccal mannufaactuurinng aandmetaalluurgiicall ennterrpriise of thee prroduuctiion worrkshhop, ass woorksshopp innterrnall trranssporrt

5、hheavvywithh a crooss. Thhis artticlle iis uundeer tthe widdelyy reead andd reeseaarchh, aand on thee baasiss off prroduuctiionpraccticce ffromm thhe sscenne tto ffiniish thee 500T eelecctriic fflatt caar pprottotyype dessignn.In tthe dessignn prroceess, aiim aat tthe eleectrric flaat ccar tassk tto

6、 ffiniish thee deesiggn oof tthe eleectrricflatt caar, succh aas iits wheeel fraame, thhe fframme oof ttrannsmiissiion sysstemm, tthe wheeel sysstemm, tthechoiice of thee caablee drrum. Thheree arre tthreee ppoinnts inccludde iin tthe dessignn prroceess. Fiirstt: ttheseleectiion of thee whheell. TTh

7、e wheeel is thee biid, butt thhe sseleectiion of thee whheell iss thhe bbasiis oofdesiign worrk bbehiind, soo fiirstt shhoulld ddeteermiine thee reelatted parrameeterrs oof tthe wheeelss, eespeeciaallyythe diaametter of thee whheell. TThe seccondd: ttrannsmiissiion sysstemm deesiggn. In thee deesigg

8、n pproccesss,therre aare twoo trranssmisssioon ddesiign schhemee off thhe ssysttem, annd ccomppareed tthe twoo trranssmisssioonscheemess byy ussingg 3dd moodellingg, aand acccorddingg too innstaallaatioon, we choose thee seeconnd. Thiird: thhedesiign of thee waalk insstittutiionss .IIn tthiss deesig

9、gn, we willl ddo tthe acttivee whheell annd ddrivven axlledesiign worrk, at thee saame timme cchecckouut tthe stiiffnnesss off thhe aactiive wheeel. Too fuurthher tesst tthestreengtth oof tthe acttivee whheell whhethher meeet tthe reqquirremeentss off acctivve wwheeel oof aa fiinitte eelemmenttanall

10、ysiis.Keywwordds: eleectrric flaat ccar; frramee; tthe traansmmisssionn syysteem; thee waalk insstittutiionssIII目 录1. 引 言 . 111.1. 电动平车车的相关关概念 . 111.2. 电动平车车的分类类 . 11.3. 电动平车车的主要要技术参参数 . 22. 电动平车车的总体体设计 . 33. 电动平车车车轮的的选用 . 43.1. 车轮的材材料选用用 . 43.2. 车轮的结结构选用用 . 43.3. 车轮的直直径选用用 . 54. 电动平车车传动系系统的设设计与计计算

11、. 664.1. 电动机的的选用 . 664.1.1. 电动机的的类型选选用 . 64.1.2. 电动机的的功率选选用 . 64.1.3. 电动机的的转速选选用 . 74.2. 计算总传传动比和和分配各各级传动动比 . 74.3. 计算传动动装置的的运动和和动力参参数 . 84.3.1. 各轴转速速 . 84.3.2. 各轴功率率 . 84.3.3. 各轴转矩矩 . 84.3.4. 运动和动动力参数数列表 . 994.4. 传动齿轮轮中的圆圆柱直齿齿轮的计计算 . 94.4.1. 圆柱直齿齿轮的已已知条件件： . 94.4.2. 设计步骤骤和方法法 . 95. 行走机构构的设计计 . 1155

12、.1. 主动轮轴轴的设计计 . 155.1.1. 确定主动动轮轴的的结构和和尺寸设设计 . 1155.1.2. 主动轮轴轴的校核核 . 175.2. 从动轮轴轴的设计计 . 206. 电动平车车车架的的设计 . 226.1. 车架的材材料选用用 . 226.2. 车架的结结构选用用 . 227. 电缆卷筒筒的选用用 . 2248. 三维建模模 . 2269. 电动平车车主动轮轮轴的有有限元分分析 . 288III9.1 有限元元法的概概念 . 2889.2 有限元元法的计计算过程程 . 2289.2.1 问问题和求求解域的的确定 . 2889.2.2 域域的离散散化的求求解 . 2289.2.

13、3 状状态变量量以及控控制方法法的确定定 . 289.2.4 单单元推导导 . 289.2.5 总总装求解解 . 289.2.6 联联立方程程组的求求解以及及结果分分析 . 2289.3 有限元元的优势势 . 2299.4 主动轮轮轴有限限元分析析的前处处理 . 2999.4.1 三三维建模模即简化化 . 299.4.2 单单元选择择与网格格划分 . 3009.4.3 模模型加载载和边界界条件 . 3119.5 有限元元分析结结果 . 3229.6 结果分分析 . 35510. 结论 . 36参考文献献 . 377致谢 . 38IV常州大学学成人高高等教育育毕业设设计（论论文）1. 引 言在现

14、代厂厂房，车车库内货货物转运运过程中中，电动动平车以以其装卸卸方便、承承载能力力强、易易于操作而充充当着重重要的角角色。此此种车辆辆具有结结构简单单、使用用方便、承承载能力力大、不不怕脏、维护容易易、使用用寿命长长等特点点。同时时，因具具有坚固固耐用、经经济实用用和容易易清理等等诸多优优点，成为为企业厂厂房内部部短距离离定点频频繁运载载重物的的首选运运输工具具。111.1. 电动平车车的相关关概念电动平车车，又称称平车、电电动平板板车、过过跨车、台台车、地地爬车等等，是一一种厂内内有轨电电动运输车车辆，一一般情况况下是台台面平整整无厢盖盖，特殊殊情况下下是台面面非平面面但无厢厢盖，车车体无方向

15、盘盘只能依依靠轨道道前进、后后退和转转弯；其其次它是是使用电电力进行行驱动的的车辆，在在减速电机的驱驱动下自自动运行行；再次次它是一一种轨道道型运输输车辆，为为保证平平车的正正常行驶驶，需要要在地面上上铺设轨轨道，轨轨道一般般采用工工字型面面接触道道轨。51.2. 电动平车车的分类类电动平车车可分为为以下三三大类：低压轨轨道供电电式电动动平车、卷卷筒供电电式电动动平车和和蓄电池供电电时电动动平车。低压轨道道供电式式电动平平车，运运行轨道道兼作导导电轨，滑滑触线连连接轨道道进行供供电。地地面降压变压压器控制制柜将单单相或三三相交流流 3880V 电压降降至单相相或三相相 366V 电电压，经经与

16、轨道道相接触的滑滑触线馈馈送给平平车，再再经车载载升压变变压器控控制柜将将 366V 单单向或三三向电压压升为380VV 单相相或三相相交流电电。给平平车用单单相电容容电机或或三相 YZ 起重冶冶金用电电机提供供电力。由于此车车不用电电缆，故故安全可可靠、不不怕脏、不不怕烫，不不妨碍交交叉运输输，易实实现遥控控和自动化，给给厂区的的运输布布置以很很大的方方便。但但平常轨轨道施工工要求较较高，须须保证轨轨道绝缘缘，超过一定定的运行行距离后后轨道应应加铜排排补偿线线。运行距离离较长时时必须增增加降压压变压器器个数。由于轨道道供电式式电动平平车启动动时流经经轨道的的启动电电流非常常大，可可达 110

17、000 A ，此时时在轨道的末末端存在在很大的的电压降降，造成成单相电电容电机机启动困困难，故故在最大大载重吨吨位为 50TT以下时，低低压轨道道供电式式电动平平车使用用单相 36VV 低压压轨道供供电，使使用单向向电容电电机。最最大载重吨吨为 550T 以上时时，采用用 366V 低低压轨道道供电，使使用 YYZ 起起重冶金金用电机机。卷筒供电电式电动动平车，直接以电电缆卷筒筒供给 3800V 交交流电。电缆卷筒筒为磁滞滞耦合式式，确保电缆缆受力均均匀且不不易拉坏坏。3880V 交流电电给电动动平车上上的 YYZ 起起重冶金金用电机机提供电电力，电机机拖动平平车运行行。平车车运行时时电缆卷卷

18、筒自动动将电缆缆卷起或或放出，受受卷线筒筒供电长长度影响，一一般平车车的最大大运行距距离小于于 2000mmm 。第 1 页 共共 433 页常州大学学成人高高等教育育毕业设设计（论论文）蓄电池供供电式电电动平车车，以蓄蓄电池供供电。蓄蓄电池给给直流牵牵引电机机提供电电力，直直流电机拖动电电动平车车运行。与与交流电电机相比比，直流流电机具具有不易易烧损，起起动力矩矩大，过过载能力强的优优点。和和低压轨轨道供电电式电动动平车、卷卷筒供电电式电动动平车相相比，它它具有更更大的机机动性灵活活性和安安全性能能，且运运行距离离不受限限制，对对轨道无无绝缘要要求，因因此施工工方便费费用低廉。1.3. 电动

19、平车车的主要要技术参参数轨道电动动平车的的主要技技术参数数有七项项：供电方式式、载重吨位位、台面尺寸寸、台面高度度、轨道长度度、轨道道间距、操操作方式式，其中中最主要要的技术术参数为为供电方方式和载载重吨位位，轨道道电动平车车一供电电方式确确定其型型号，一一载重吨吨位确定定其规格格。第 2 页 共共 433 页常州大学学成人高高等教育育毕业设设计（论论文）2. 电动平车车的总体体设计平车主要要由电气气控制系系统、传传动系统统、导电电系统、车车体和车车轮组组组成。平平车的电电控系统主要要包括：配套变变压器、回回转警示示灯、限限位开关关装置等等。在本本设计过过程中，由由于专业的限定定，主要要进行了

20、了传动装装置、车车体和车车轮的设设计及导导电系统统的选用用工作。而而对于电电气系统设设计工作作，可由由机电专专业方向向的同学学来完成成。平车的传传动装置置由电机机、减速速器、齿齿轮组成成，用于于驱动平平车行走走。在本本次设计计传动采用如图图 2.1 系系统方案案。平车的车车体为钢钢结构，台台面平铺铺钢板，焊焊接的车车架。车车架由型型钢槽钢和和钢板焊焊接而成。而而平车的的供电系系统，则则直接以以电缆卷卷筒供给给 3660V 交流电电。电缆缆卷筒为为磁滞耦耦合式，确确保电缆缆受力均均匀且不不易拉坏坏。图 2.1 传传动方案案1电动动；2摆线针针轮减速速机；33联轴轴器；44直齿齿轮组；5锥锥齿轮组

21、组；6车轮第 3 页 共共 433 页常州大学学成人高高等教育育毕业设设计（论论文）3. 电动平车车车轮的的选用车轮是起起重机的的行走部部件，用用来支承承整电动动平车重重量并使使其行走走的装置置，可分分为有轨运行和和无轨运运行的车车轮，本本处采用用的是有有轨运行行车轮。3.1. 车轮的材材料选用用车轮的材材料应根根据驱动动方式和和起重的的工作级级别等因因素来确确定。对机械驱驱动而且且速度大于 330m / mmin 时，中中级及中中级以上上的工作作类型，建建议采用用不低于于 ZGG55 的铸钢钢，并进进行表面淬火火（火焰淬淬火或高高频淬火火） 硬硬度不低低于 HHB = 3000 3550 ，

22、淬火深度度不小于于 5 mm ，这有助于于提高车车轮表面面的耐磨磨度和寿寿命。对对人力驱驱动或机机械驱动动轻级工工作类型型，速度度小于 300m / miin 时时，可采采用铸铁铁车轮，表表面硬度度为 HHB = 1880 2440 。在本设计计中，由由任务书书和传动动方案的的拟定及及查阅起起重机械械设计手手册知知，电动动平车的驱动动方式为为机械驱驱动，工工作级别别为中级级，运行行速度为为 300m / miin ，综综合这几几大因素素，选定车轮轮材料为为 ZGG55 的铸钢钢，并进进行表面面淬火，淬淬火要求求表面硬硬度 HHB = 3000 3550 ，淬火深度度不少于于 200 mmm （

23、距距离踏面面 200 mmm 深处处硬度不不小于 HB = 1180 2240 ）。3.2. 车轮的结结构选用用车轮按轮轮缘形式式可分为为双缘的的、单缘缘的和无无缘的三三种。通通常情况况下，大大车车轮轮采用双轮缘，小小车车轮轮多采用用单轮缘缘。轮缘缘的作用用是导向向和防止止脱轨。车轮的踏踏面可做做成圆柱柱形、圆圆锥形和和鼓形三三种，大大多数起起重机采采用前两两种。由设计任任务书知知，车轮组运运行要求求不是很很高,而而且为了了降低电电动平车车制造成成本,所所以采用单轮轮缘式小小车车轮轮,代号号为 DDL 。其其结构简简图如图图 3.1 所所示。第 4 页 共共 433 页常州大学学成人高高等教育

24、育毕业设设计（论论文）3.3. 车轮的直直径选用用车轮的大大小主要要根据轮轮压来决决定，轮轮压增加加直径变变大，但但过大，则则设备费费用增大大，同时车轮轮转速变变低使传传动机构构复杂。因因此，当当车轮直直径不能能再增大大时，常常用增加加车轮数数目来使车车轮的轮轮压降低低。为了了使各轮轮轮压平平均分布布，在车车轮数目目超过四四个时，须须采用铰铰链均衡架架装置。初步将车车轮的数数目设计计为 nn = 8 ，电电动平车车自重为为 m = 33T ，则则由上所所述，根根据设计要求和和载重量量知最大大轮压为为：P =M + m50 + 3= 6.6Tn8（3.11）通过查阅阅8表 66-1 及表 6-2

25、2，选踏踏面为圆圆柱形的的单缘车车轮，选选定 DD = 3100mm ，数目为 nn = 8 。车轮图如如下：图 3.1 单单缘车轮轮第 5 页 共共 433 页常州大学学成人高高等教育育毕业设设计（论论文）4. 电动平车车传动系系统的设设计与计计算设计参数数：1运输输重量： 500T2轨距距： 115600 mmm3行走走速度： 200m / miin ,行走距距离： 40 m5. 台面尺寸寸： 558600 29445 mmm5.1. 电动机的的选用5.1.1. 电动机的的类型选选用冶金及起起重用三三相异步步电动机机是用于于驱动各各种型式式的起重重机械和和冶金设设备中的的辅助机械的的专用系

26、系列产品品。它具具有较大大的过载载能力和和较高的的机械强强度，特特别适用用于短时时或断续周期期运行、频频繁启动动和制动动、有时时过负荷荷及有显显著地振振动与冲冲击的设设备。9YZR 系列为为绕线转转子电动动机， YZ 系列为为笼型转转子电动动机。冶冶金及起起重用电电动机大大多采用绕绕线转子子，但对对于 330kww 以下下电动机机以及在在启动不不是很频频繁而电电网容量量又许可可满压启动的的场所，也也可采用用笼式转转子。所所以选择择 YZZR 、 YZ 系列冶冶金及起起重用三三相异步步电动机5.1.2. 电动机的的功率选选用电动机的的功率用用额定功功率 PPed 表示，所所选电动动机的额额定功率

27、率应等于于或稍大大于工作作机所需的电电动机输输出功率率 Pdd 。功率小于于工作要要求则不不能保证证工作机机正常工工作，或使电动动机长期过载载，发热热大而过过早损坏坏；功率率过大，则则增加成成本，且且由于电电动机不不能满载载运行，功率因素素和效率率较低，能能量不能能充分利利用而造造成浪费费。工作作机所需需电动机机输出功功率应根根据工作机机所需功功率和中中间传动动装置的的效率等等确定。工作机所所需功率率为：Pw = S Fv ( M + m) gvv=S= 1 .1 10000100000.055 (500 + 3) 99.8 式中： S 安安全系数数，其值值为 SS = 1.11 ； 摩擦系系

28、数，其其值为 = 0.05 ；M 平车的的载重量量，其值值为 MM = 50TT ；m 平车自自重，其其值为 m = 3TT ；v 行走速速度，其其值为vv = 20mm / minn ；第 6 页 共共 433 页100002060 = 9.5222 kww （44.1）常州大学学成人高高等教育育毕业设设计（论论文），其值为为 = 99.8NN / kg 。g 重力加加速度（ N / kgg ）工作机所所需电动动机输出出功率为为：Pd =PwP9.0668= 3 w2 = 100.355kw3 11 2 3 0.998 0.98 2 0.97（4.22）式中：1 滚动动轴承效效率； 2 齿齿

29、轮传动动效率，3 摆线线针轮减减速器传传动效率率。查2表 11-7 的 1 = 0.98 、 2 = 00.988 ， 3 = 00.977 。查2表 112-77 选择择电动机机额定功功率为 11kkw 。5.1.3. 电动机的的转速选选用具有相同同额定功功率的同同类电动动机有几几种不同同的同步步转速。低低转速电电动机级级数多，外外轮廓尺寸寸较大，质质量较重重，价格格较高，但但可使总总传动比比及传动动装置的的尺寸减减少，高高转速电动机则则相反，应应综合考考虑各种种因素选选取适当当的电动动机转速速。根据负荷荷的不同同性质，电电动机常常用的工工作制分分为 SS2(短短时工作作制)、SS3(断断续

30、周期期工作制)、SS4（包包括启动动的断续续周期性性工作制制）、S5(包括电电制动的的断续周周期工作作制)四四种。电动机的的额定工工作制为为 S33，每一一工作周周期为 10 minn ，即即相当于于等效启启动 66 次/h。电电动机的基准负负载持续续率为 FC = 440% ， FFC = 工作作时间/一个工工作周期期：工作作时间包包括起动动和制动时间间。77，电动机机的基如前所述述，选择择电动机机WXDDY 111 6 为 SS3(断断周期)工作制制（即 6h/次）准负载持持续率 FC = 440% 的转速速，其同同步转速速值为 14440r / mmin 。5.2. 计算总传传动比和和分

31、配各各级传动动比总传动比比为 ii ，带带传动的的传动比比为 ii0 ，高高速级齿齿轮传动动的传动动比为 i1 ，低速速级齿轮轮传动的传动动比为 i2 。根据如前前所述的的在已知知总传动动比要求求时，合理选择择和分配配各级传传动机构构的传动动比应考虑以下下几点计计算传动动比。车轮的转转速： nw =10000 vv 10000 220= 200.5rr / minnD 3100（4.33）式中： D 车轮轮直径，其其值为 D = 3110mmm ；v 行走速速度，其其值为vv = 20mm / minn 。总传动比比： ii =n m 14440= 700.244 ，n w 20.5摆线针轮轮

32、减速机机传动比比 i00 = 29 ，第 7 页 共共 433 页（4.44）（4.55）常州大学学成人高高等教育育毕业设设计（论论文）直齿轮组组传动比比 i11 =i70.224= 1 .277 取 i1 = 111. 5i01.5 229（4.66）Q i = ii0i11i2 i22 = i /(i11i0 )锥齿轮组组传动比比 i22 = 70.24/(2991) = 2.4442；（4.77）式中： nm 电电动机满满载转速速，其值值为 nnm = 14440rr / minn ；nw 车轮轮转速，其其值为 nw = 220.55r / miin 。4.3 计算传传动装置置的运动动和

33、动力力参数机械传动动装置的的运动和和动力参参数主要要是指各各轴的转转速、功功率和转转矩，它它是设计计计算传动件的的重要依依据。12为进行传传动件的的设计计计算，需需先计算算出各轴轴的转速速、功率率和转矩矩。一般般按电动动机至工作机之之间运动动传递的的路线推推算各轴轴的运动动和动力力参数。4.3.1 各各轴转速速轴：n II =nm 114400= 499.6555r / mmin ；=29i0轴：n = nnIi1n轴 ： =（4.88）49.6655= 499.6555r / mmin ；1（4.99）n III 499.6555= 200.3333r / mmin 。=2.4442i2（4.110）=4.3.2 各各轴功率率轴：PI = PPd 1 33 = 10.35 0.98 0.97 = 99.844kw；（4.111）P轴： = PPI 1 22 = 9.884 0.998 0.998 = 9.45kkw；（4.112）P 轴轴： = P 1 2 = 9.45 00.988 0