受电弓设计计算说明书

受电弓设计计算说明书姓名：学号：班级：指导老师：何朝明2008年6月I目录第1章问题的提出................................................................................................................1第2章设计要求与设计数据................................................................................................1第3章机构选型设计............................................................................................................2第4章机构尺度综合............................................................................................................5第5章机构运动分析............................................................................................................75.1驱动方式的选择..........................................................................................................75.1.1直接型.........................................................................................................75.1.2间接型.......................................................................................................95.2运动仿真.............................................................................................................105.2.1仿真.........................................................................................................105.2.2传动机构的比较.....................................................................................115.3机构运动验证...........................................................................................................125.3.1E点X方向偏移的验证........................................................................125.3.2E点Y方向偏移的验证.......................................................................125.3.3传动角验证...........................................................................................13第6章机构动力分析..........................................................................................................146.1整个机构动态静力分析.............................................................................................156.2整个驱动过程中受力分析.........................................................................................186.3风缸受力情况分析.....................................................................................................196.4基点的受力情况.........................................................................................................19第7章结论..........................................................................................................................20第8章收获与体会................................................................................................................21第9章致谢..........................................................................................................................21参考文献..................................................................................................................................22附录1.......................................................................................................................................231第1章问题的提出受电弓亦称集电弓，是一种让电气化列车或电车从高架电缆取得电力的设备的统称.它是动力输送的关键部位，为保证列车安全稳定运行，就必须使机车与铁路电网保持良好的接触。这就要求输送电力的受电弓在工作时满足以下要求：（1）受电弓升弓时，接近电线的速度应较慢；受电弓收弓是离线的速度应较快。以避免弓与高压线之间产生高压电弧，烧坏弓头及电线，影响安全。（2）又因高压线在重力作用下使得两电线杆之间的电线呈向下垂的趋势，从而受电弓在机车运行中的高度也必须随其变化，要保持弓与线良好的接触，就要求整个受电弓对机车的响应比较快。（3）随着现代社会的快速发展，列车也得朝着高速舒适的方向发展。这就更对受电弓的性能有更高的要求。第2章设计要求与设计数据设计要求：(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,弓头摆动最大角位移不得超过5。(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。图21机构运动范围图2（4）收弓后，整个受电弓含风缸不超过下图虚线所示的1400400mm区域。如图21所示。（5）最小的传动角大于或等于30。（6）垂直于速度方向上，最大尺寸不超过1200mm。第3章机构选型设计由于设计要求中机构收弓时必须在规定的虚线区域，传动角大于或等于30且只有一个自由度可知：在连杆、凸轮、齿轮中选择连杆机构，而且连杆之间所行成的低副可设计成面接触，从而可使机构稳定，承载能力大。方案一：直线机构（天线式）设计要求：只需在虚线区域设置好底座支架，直接用风缸推动中空的天线式支架，将受电弓滑板送至高压线，与之相接触。评析：此方案满足直线上升的要求，但是在机车速度方向上承载能力太低。改进方案是在其两侧增加支架，设计如图31。ADB(C)ADCB图31直线式机构图,ACAB均为均分成四段的活动连杆，当主杆由D点上升到A点时，,ABAC为直线，可增加横向的承载能力，但是增加,ABAC自锁的条件，制作难度加大。方案二：平行四边形机构如图32：ABODCD,在A点置为滑块，当其向左移至1A点时，111,,BCD如图所示。易得OMA为等腰三角形,其底边中线平行于OB,当中线向左平移后仍与OB平行，从而保证了11,,,,OBCBC五点始终在垂直于底边的一条直线上，满3足设计直线轨迹要求。且个体为三角形机构，承载纵向和横向能力较高。但是设计要求传动角大于或等于30，即30，设30＝有：maxmaxmax200772.7sinsin15OBODABmmBAO，从而当,ODDC共线时，ADBCMA'D'B'C'O图32平行四边形式机构图772.721545.41550OD从而判定不满足传动角要求。同时极限位置设计导致机构必须在虚线区域外部，不符合要求。方案三：双滑块机构滑块,AB同时对称运动，由平行四边形特性可得F点必定沿图33所示的虚线移动，满足受电弓直线上升的要求。分析其极限位置，当满足最小传动角不小于30时，收弓后F点到AB的距离为400mm，30FDE,则max4003515.2sin2EDmmFDE那么F点最高位置距AB距离为max3515.231545.6EDmm与方案二存在同样的制约因素，不符合设计要求。4ABCDFE图33双滑块式机构图方案四：铰链四杆机构如图34所示。机构简单易懂，可适当设计各杆的杆长，,AD两个基点的位置，可保证E点轨迹近似为一条直线，且传动角大于或等于30。ADCBC'B'EE'图34四连杆式机构图唯一不足之处是E点不能直线上升,只能控制其在偏离直线距离小于100mm范围内运动。此机构明显的优势是当E点上升到最高点时，,ABBC在B点处可形成自锁。5综合以上四个方案，比较其优缺点，可知方案四为最佳可行方案，并且可自由设计各杆的长度，从而满足各种设计的尺寸，工作要求。结论：选择方案四——铰链四杆机构。第4章机构尺度综合因机构要求有直线轨迹，所以采用平面连杆机构运动设计的位移矩阵法来设计机构的各杆长。由Burmester理论有：当连杆是由两个转杆导引时，平面四杆机构可实现精确位置的最大数目为5。当不考虑运动副间隙和构件的弹性变形时：则我们可以在1550mm的轨迹上取5个点，以,BC两点的坐标,,,BBCCxyxy以及BC的转角12131415,,,为设计变量，然后根据实际情况自取两点，同样用刚体位移矩阵方程，可得到8个非线性方程，可解出这8个设计变量。设计步骤如下：1.在1400×400内给定A（360，150），D（130，340）。在理想直线轨迹附近取五点1E（0，400）；2E（9，950）；3E（-10，1375）；4E（-7.5，1670）；5E（18，1950）。2.写出连杆的位移矩阵方程：111111111111cossincossinsincossincos001iipipipiiipipipixxyyxyD