列车车轮检测机构设计

列车车轮检测机构设计摘要车轮是火车行驶过程的一个关键的组成部分,其直接接触轨道,决定了列车运行的安全和质量是好是坏。车轮用于操作列车在跑轨道上的转向。车轮形状的关键尺寸直接与车轮行驶安全相关。随着我国铁路事业的发展以及车辆运行密度的大幅度增加，车轮的磨损速度也不断加快。所以需要进一步提高车轮的制造质量。本设计内容主要对列车车轮滚动圆直径和车轮及制动盘大孔直径检测，其中细致划分工作步骤，对每一步工作状态分解。可以分为三个步骤，第一步是运输，第二步是定位，最后一步是检测，检测技术的好坏起到一个非常重要的作用。采用以车轮车辋内侧面及制动盘侧面作为粗基准，车轮及制动盘大孔孔面作为精基准的 2 次定位方式；在完成精定位后，分别依靠爪臂、车轮的自重，保证测量的范围以及车轮旋转测量过程中不发生车轮位置偏移；通过检测平台运动，光栅尺扫描获取直径最大点，不需要对传感器进行旋转。关键词：车轮、直径、检测装置Abstract: The wheel as a key component of the process of the train, its direct contact with the track, directly determines the safety and quality of vehicle operation is good or bad. The wheel is used for the operation and steering of the vehicle on the track. The key dimensions of the wheel shape are directly related to the safety of the train. The rapid development of railway speed and the high-density operation of the vehicle to speed up the wheel wear speed. So the wheel manufacturing quality put forward higher requirements.The design of the main wheel of the rolling wheel diameter and wheel and brake disc hole diameter detection, which detailed division of the work steps, the decomposition of each step of the working state.Can be divided into three steps, the first step is to transport it, the second step is to locate it, the last step is to detect it, the most important part is the detection layout. The wheel side of the wheel and the side of the brake disc as a rough reference, the wheel and the brake disc macro hole surface as a fine reference to the second positioning method； in the completion of fine positioning, respectively, rely on the claw arm, the wheels own weight, The range of the measurement and the wheel positional deviation do not occur during the wheel rotation measurement. By detecting the motion of the platform, the grating scale acquires the maximum diameter and does not need to rotate the sensor.Keyword: Wheel, diameter, detection device前言车轮是列车运行系统的重要组成部分,是火车和铁轨接触的部分,也就是该行业所说的轮对。而车轮直径作为列车运行的一项重要参数，关系到列车行车安全，车轮直径偏离值太大将会导致列车断轴、侧翻、脱轨等事故，因此，对列车车轮直径进行精确的测量使保证列车安全行驶的关键所在之一。车轮直径是车轮状态检测的关键参数之一，由于其尺寸大，轮型不同，直径大，难以直接使用普通测量刀具进行测量，难以准确测量车轮几何参数。尽管目前盘类零件测量方式多种多样，如滚轮法测量、外径千分尺测量、气动法、光栅测量、激光测量等方式，但由于车轮形状及对测量部分的限制，目前，车轮外径的测量都是通过专用车轮外径尺进行离线测量，测量误差在 0.1mm 以上；而且，人工使用车轮外径尺对车轮外径进行测量，不能保证测量精度的同时，连续生产的要求也同样不能达到要求，也加强了工人的劳动强度。而气动法虽然可以实现高精度测量，但这些存在操作困难，维护工作量大，成本高，难以推广应用于生产实践中。第一章 绪论到目前为止，我国检测车轮的条件相对落后，主要依靠静态接触检测，检测效率低，占用车辆周转时间长，不能及时正确地了解车轮的状态及运行的质量，不可避免会出现极限的车轮仍在使用这种问题。针对上述问题，对传统列车车轮滚动圆直径、车轮及制动盘大孔直径的机械结构、检测方法进行了研究，将两种不同的检测结合；有利于集成检测系统，在提高检测系统的精度的同时，为进一步自动化检测奠定了良好的基础。1.1 课题的来源及意义随着中国高铁、动车行业的迅猛发展，以及高铁、动车零部件不断走出国门，轮毂生产市场前景广阔。车轮作为列车行进过程中的关键部件，其与轨道直接接触，车辆运行过程中的安全问题以及品质的好坏都与其有直接的的关系。车轮用于车辆在轨道上的运行和转向的操作，车轮形状的关键尺寸与列车的安全性直接相关。随着我国铁路事业的发展以及车辆运行密度的大幅度增加，车轮的磨损速度也不断加快。因此对车轮制造质量提出了更高的要求。综上所述，对列车车轮滚动圆直径、车轮及制动盘大孔直径检测具有重要意义。1.2 文献综述（相关课题国内外研究的现状）根据火车运行情况，国内外车轮几何参数检测方法是静态试验和动态试验。静态试验处于车辆非运行状态，虽然这种方法精度高，但测试效率非常低。而在车辆运行状态下进行动态试验，其特点是精度高，检测速度快，能够实现高自动化，减少对车辆周转时间的占用，但由于其技术难度比较高，难以在实际生产中实现大规模推广。到目前为止，我国检测车轮的条件相对落后，主要依靠静态接触检测，检测效率低，占用车辆周转时间长，不能及时正确地了解车轮的状态及运行的质量，不可避免会出现极限的车轮仍在使用这种问题。目前，对列车车轮的检测，多采用滚轮法测量、外径千分尺测量、气动法、激光测量等方式，但由于车轮形状及对测量部位的限制，车轮外径的测量都是通过专用车轮外径尺进行离线测量，既不能保证测量精度，更不能满足连续生产的要求，工人的劳动强度也很高。而滚轮法存在打滑问题，气动法、激光法虽然可以实现高精度测量，但这些方法存在操作困难，维护工作量大，成本高，难以推广应用于生产实践中。目前，通过使用激光图像测量装置中的摄像机记录车轮在图像中的外观，可以因此完成对车轮轮廓曲线、尺寸参数、形状曲线形状等的直接测量。如中国专利 CN1899904A（列车轮对尺寸在线检测方法及装置）利用四个基于 PSD 的激光位移传感器，获得车轮端面到激光探测器的距离，再计算轮缘厚、轮缘高、轮径值。因为对安装角度的要求较为严格，且传感器价格昂贵，所以不利于推广。在国外，德国、日本的有关公司在激光三角测量原理的基础之下，运用非接触式测量的方法实现了在大间隙情况下的高精度测量，并将其成品运用与工业生产中，可以高精度测量保证其不确定度在 1m，但其具有小型化、自动化程度高，价格昂贵等特点。1.3 列车车轮检测的发展趋势自动控制、光栅技术的应用：基于光纤光栅波长敏感于温度和应变两个物理量，并且温度和应变甚至能够造成光纤光栅耦合波长的移动，仅仅依靠光纤光栅耦合波长的移动是无法分辨温度和应变这两个物理量的。因此，要想实现两者的区分，必须首先解决交叉灵敏度这一问题。可以在一定技术中测量，通过测量应力和温度的变化来区分应力和温度。存在多种方法解决该问题，但各种方法各有优缺点，我国企业正在不断增强自主研发能力。列车车轮检测设备,因为没有现有标准和产品供参考,但也需满足用户的特定需求,要求设计师不仅要准确把握客户的需求,不能盲目地迎合顾客,要将成本及实用性进行考虑。如果你不能掌握客户的需求,产品的设计必定不能达到客户满意度,业务订单业不能实现。但盲目跟随客户的想法,产品的设计往往是技术不成熟,实用性并不令人满意,产品生产存在问题,然后,仍然不能满足客户的需要。要求行业的设计人员,从专业的角度和客户的角度来看,进行两者之间的平衡设计,从而为企业赢得利益和声誉。提高产品质量的控制。加强产品的售后服务。制作者加工技术的水平和质量对于夹具机械运行的稳定性与可靠性起着很大的作用。企业想生产高质量的产品，在设备的设计、装配和加工阶段，必须提高水平。技术人员也必须在设备设计阶段，多与设备接触用户进行联系，双方对设计的进展都有所把握，这个项目还不清楚的地方及时沟通,找出对方的请求。画纸完成后,技术人员应与用户进行交流,双方应达成共识,在总体设计、关键部件和过程需求。在设备生产过程中,派人监视,在处理加工进展,外购零部件的质量,关键部件,等的处理应该把好关。设备组装后,应测试设备的整体装配质量，确认设备是否已经达到了技术要求,并尽快改善和调整设备。在此期间,详细记录每个检验和改进是必需的。要对技术研发的投资和人员培训加大力度，对于从事非标准件机械设备制造的公司，为了继续做大做强,我们必须继续增加投资在技术研究和开发。当前市场需求的行业是一个快速发展的时期, 有大量企业从事行业,但单个企业规模很小,产品的技术含量并不是很高。有时公司会失去大订单,因为自己的技术达不到。在把握整个行业的发展前景的同时，企业必须加大技术的研究和开发工作的力度，不断努力提高自身的核心技术水平。同时,企业获取可持续发展必须重视技术人员的培养和使用。技术人员可以表示非标准机械和设备制造企业的骨干企业竞争的核心竞争力。1.4 本文主要技术参数系统测量精度0. 08mm系统测量重复精度0. 05mm测量传感器精度0. 03mm车轮孔测量时间节拍5min设备载重20KN车轮滚动圆直径（滚动圆距车辋内侧面距离为 70 和 73.5mm） 830-920mm车轮及制动盘大孔直径 187-199mm15 本章总结在国外有很多列车车轮方面的检测，我们应该学习的地方很多，尤其是在检测精度方面。本课题是对列车车轮滚动圆直径、车轮及制动盘大孔直径的检测。车轮滚动圆直径、车轮及制动盘大孔直径是一个非常重要的性能指标，列车运行时的稳定性和可靠性很大程度上取决于此。从而可以看出，车轮滚动圆直径、车轮及制动盘大孔直径起着决定性作用，加工装配精度要更高，因为它可直接影响到列车的安全运行。因此对车轮滚动圆直径、车轮及制动盘大孔直径的品质要求越高，我们的检测也就越困难。第二章 总体方案设计2.1 设计思想本发明的目的在于提供列车车轮滚动圆直径和车轮及制动盘大孔直径在线检测系统，采用以车轮车辋内侧面及制动盘侧面作为粗基准，车轮及制动盘大孔孔面作为精基准的 2次定位方式；在完成精定位后，分别依靠爪臂、车轮的自重，保证测量的范围以及车轮旋转测量过程中不发生车轮位置偏移；通过检测平台运动，对传感器进行旋转,光栅尺扫描获取直径最大点。采用伺服电机控制与绝对光栅位移反馈系统作为闭环控制系统，在提高系统的重复定位精度的同时保证精确控制激光位移传感器的测量位置，采用 2 只点激光位移传感器备运用在本测量系统中，采用符合实际工况的定位基准，完成对列车车轮滚动圆直径的测量，以及对列车车轮及制动盘大孔直径的测量，能够保证高检测精度、高重复定位精度和满足企业生产节拍的目的。为实现上面想法，本设计的技术方案如下：列车车轮滚动圆直径和车轮及制动盘大孔直径在线检测系统，机械系统由基座、定位支架、车轮检测平台、车轮精基准支撑装置、车轮粗基准支撑装置、车轮输送平台、车轮旋转驱动装置组成。其特征在于：基座上安装定位支架、车轮输送平台，车轮输送平台上安装车轮粗基准支撑装置、车轮精基准支撑装置、车轮旋转驱动装置安装于车轮输送平台之下、定位支架上安装车轮检测平台。2.2 设计参数的确定2.2.1 车轮孔检测要求对车轮孔进行垂直三个截面、每个截面均布测量大于等于 3 点进行检测，平均直径CRH3 动车车轮孔应满足 195-198(0,+0.13)mm，BVV 动车车轮孔应满足 195-198(0,+0.12)mm，CRH3 拖车车轮孔直径范围为 188-191(0,+0.075)mm。由于轮孔可以机加工等级修，直径每 0.5mm 一个等级，因此应保证满足 CRH3 动车车轮孔直径范围为 195到 198、CRH3 拖车车轮孔直径范围为 188 到 191 的自动检测要求。CRH5 新造轮孔直径为 192(0,-0.035)mm。图 1 车轮示意图车轮内孔车轮内侧图 2 车轮孔测量位置示意图2.2.2 制动盘孔检测要求对制动盘孔进行垂直二个截面（截面位置距端部分别为 10-15mm） 、每个截面均布测量大于等于 3 点进行检测，平均直径 CRH3 两侧制动盘孔应满足 197(0,+0.029)mm，CRH3 中间制动盘孔应满足 199(0,+0.029)mm。平均直径 CRH5 两侧制动盘孔应满足 194(0,+0.029)mm，CRH5 中间制动盘孔应满足 196(0,+0.029)mm。CRH3 等级修后制动盘孔最小直径为191mm。图 3 制动盘示意图制动盘内孔2.3 设备总体加工流程2.4 总体方案设计详见图 2.4 方案设计图 2.4 方案设计2.4.1 车轮输送平台设计车轮输送平台由：基座、伺服电机、丝杠副、滑轨、滑块组成。滑轨安装在基座上，负责平台运动导向和支撑；滑块安装在滑轨上；滑块与移动支架结合，丝杠副安装在支架上并连接移动支架，负责平台的运动传动；伺服电机安装在丝杠端部。2.4.2 车轮粗基准支撑装置车轮粗基准支撑装置由：组仿形块、组仿形块和回转部件组成；组仿形块和组仿形块旋转阵列分布在回转部件上，组仿形块负责列车车轮的粗基准定位，而组仿形块负责列车车轮制动盘的粗基准定位。2.4.3 车轮精基准支撑装置车轮精基准支撑装置由：定位臂、定位支架、推轴、直线轴承和气缸组成；定位臂依靠轴连接在定位支架上，构成定位爪组件；气缸安装在推轴下 2040mm 处且固定在气缸垫上，负责给予推轴一定力；在直线轴承上安装推轴，控制定位爪组件的上升或下降，负责被测车轮精基准的定位；完成车轮精基准定位后，定位臂依靠自重，自行落下，保证定位臂不会对测量区域干涉。2.4.4 车轮精基准支撑装置车轮旋转驱动装置由：减速电机、回转底板、轴套、轴承套、直线轴承和链轮旋转机构组成；减速电机安装电机支撑座上，电机支撑座依靠连接装置安装在轴套上；直线轴承和链轮旋转机构相连，通过电机旋转，带动链轮旋转机构，经直线轴承带动回转底板，使被测列车车轮进行旋转运动，负责实现车轮多点检测。2.4.5 车轮检测平台车轮检测平台由：支撑架、U 形板，滚珠丝杠线性滑台直线导轨、激光位移传感器、传感器定位板、单轴导块、标定板、中空旋转工作台、盘形薄板、伺服电机、丝杠副组成。U 形板安装在支撑架上，滚珠丝杠线性滑台直线导轨安装在 U 形板上，中空旋转工作台安装在滚珠丝杠线性滑台直线导轨上，盘形薄板安装在中空旋转工作台下方，在薄板的圆心正下方安装激光位移传感器，驱动滚珠丝杠线性滑台直线导轨，使激光位移传感器垂直移动，中空旋转台带动激光位移传感器旋转，对车轮及制动盘大孔直径进行检测。传感器定位板通过单轴导块 1 安装在盘形薄板边缘，激光位移传感器通过单轴导块 2安装在传感器定位板上；中空旋转台带动激光位移传感器旋转，对列车车轮滚动圆直径进行检测。标定板固定在支撑架上，负责对测量直径的标定，确定测量系统的静态特性消除系统误差。2.4.6 车轮旋转驱动装置车轮旋转驱动装置由：减速电机、回转底板、轴套、轴承套、直线轴承和链轮旋转机构组成；减速电机安装电机支撑座上，电机支撑座依靠连接装置安装在轴套上；直线轴承和链轮旋转机构相连，通过电机旋转，带动链轮旋转机构，经直线轴承带动回转底板，使被测列车车轮进行旋转运动，负责实现车轮多点检测。2.4.7 车轮在线检测系统 车轮检测平台上在垂直和水平方向上分别安装一条绝对式光栅尺。在线检测系统是采用 PMAC 伺服电机控制与光栅位移反馈系统构成闭环控制系统，用于精确控制激光位移传感器的测量位置，该控制系统共分为四部分，PMAC 伺服电机控制，光栅位移反馈控制，PLC 控制以及测量数据采集系统；工控机发出指令给 PMAC 运动控制卡，PMAC 运动控制卡发出信号给伺服驱动器，再由伺服驱动器控制车轮水平检测平台和垂直检测平台，两者移动距离由光栅尺测得并反馈给 PMAC 运动控制卡，再由控制卡计算出补偿量实现移动平台的精确位置控制。保证系统的高重复定位精度。PLC 控制系统控制车轮水平输送平台的气缸、车轮旋转驱动装置的伺服电机、气缸及车轮水平检测平台的伺服电机。数据采集卡采集 2 只激光位移传感器的数据传输到测量的数据采集系统，即盘形薄板边缘处的激光位移传感器、盘形薄板圆心正下方的激光位移传感器。2.5 具体的检测过程 车轮在输送到检测平台时，完成粗定位； 伺服电机带动车轮输送装置将被测车轮水平输送到检测位置； 推轴向上推动定位爪组件，实现精准定位； 依靠定位爪组件自重，使其落下，避免对检测区域进行干涉； 支撑架沿水平方向运动，滚珠丝杠线性滑台直线导轨垂直方向运动，单轴导块运动，确定检测位置； 中空旋转工作台带动激光位移传感器进行旋转，实现对车轮的检测； 当被测车轮检测完成时，车轮输送装置将车轮送回到初始位置；本实验采用合理的定位装置与定位爪装置，保证车轮测量过程中不发生位置偏移，并依靠定位爪的自重来实现测量范围要求；控制系统中采用伺服电机控制与绝对光栅位移反馈系统构成闭环控制系统，保证精确控制激光位移传感器的测量位置，提高系统的测量精度；测量系统中采用 2 只点激光位移传感器，采用符合实际工况的定位基准，完成对不同类型的列车车轮滚动圆直径和车轮及制动盘大孔直径的测量，能够保证高检测精度、高重复定位精度和满足企业生产节拍的目的。2.6 本章总结在设计的过程中，遇到了很多的问题。在选择是对车轮进行旋转还是对激光位移传感器进行旋转是走了很多的弯路，为了理清楚设计思路，对两种旋转方式进行了对比研究，最终决定采用激光位移传感器旋转的方案；而对激光位移传感器的旋转方式，采用了新型装置：中空旋转工作台，能够很好的完成设计需要。第三章 设备机械结构设计3.1 简介根据设备的技术要求和功能要求，将设备按上一章的分为传送部分，定位部分，检测部分。其中检测部分是整个设备中的很重要的部分。3.2 技术要求1)、系统测量精度0. 08mm；2)、系统测量重复精度0. 05mm；3） 、测量传感器精度0. 03mm；4） 、车轮孔测量时间节拍5min；5） 、设备载重20KN；6） 、车轮滚动圆直径（滚动圆距车辋内侧面距离为 70 和 73.5mm） ；830-920mm；7)、车轮及制动盘大孔直径 187-199mm。3.3 测量精度测量精度是指测量结果的偏差程度相对于真实值来进行衡量。在测量时,任何类型的测量的精度水平只能是相对的,因为测量时存在各种各样的误差，所以是不可能具有绝对的准确性的。只用通过不断提高测量的精度，不断减少误差，才能使得结果变得准确、精准、可靠。我们只有充分理解了测量中可能出现的误差，才能避免不必要的误差，所以需要采取必要的措施来克服。通常在基本的测量中的误差,补偿误差、绝对误差、相对误差、系统误差、随机误差、故障误差和抽样误差等。1.测量误差及其产生的原因 仪器的原因 人的原因 外界环境的影响 2.测量误差的分类与处理原则 系统误差 - 也被称为常规误差。是在一定的测量条件下,重复测量某一尺寸,误差值的大小和符号(正或负)保持不变,或条件的变化,根据一定的规律变化的误差。前者称为固定的系统误差,后者称为变量系统误差。 偶然误差-在相同观测条件下,一系列的观测在一定数量,如果错误出现的迹象和数值大小是不一样的,从表面上看没有规律性,称为“偶然误差。 误差的处理原则系统误差往往会对观测结果产生重大的影响,应当予以纠正的,抵消或削弱。对于某些系统误差是未知的,在不同的时间使用多个观测。消除系统误差的常用的有效方法:检查仪器的数量正确使用合理的观测方法。偶然误差的研究是一个重要的课题。消除或削弱的偶然误差的有效方法:1 适当提高仪器等级；2 进行多次观察，取平均值；3、偶然误差的特点。(1) 在必须的观测要求下的适当的观测,偶然误差的绝对值存在一定的限制；绝对值较小的误差发生频率大, 绝对值较大的误差发生频率小；(3)正、负误差有同样的绝对值出现的频率大致相等；(4)观察数量的增加次数接近无限时,偶然误差的理论平均值趋于零。3.4 传送部分3.4.1 详见图 3.4.1 方案设计图 3.4.1 方案设计3.4.2 滚珠丝杠的设计滚珠丝杠中含有螺杆、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器等。它可以将是将旋转运动转化成直线运动，进一步运用了艾克姆螺杆，是对其的扩大和发展，它将轴承的滑动转变成为滚动操作，因为其具有摩擦阻力小这一优点，因而在各种工业设备和精密仪器中被广泛使用。3.4.2.1 滚珠丝杠的优点传动效率高：滚珠丝杠传动系统传动性能更好，其存在较高的传动效率，其能达到的传动效率是传统滑动丝杠系统的 3 倍左右，所以可以在较小的扭矩的情况下产生较大的推力，也同样可以将直线运动转为旋转运动。运动平稳：因为滚珠丝杠传动系统的接触方式是点接触，并且是滚动，所以在其具有灵敏度高、摩擦阻力小、低速时无爬行等优点，正因为其存在这这样的优点，所以可精密地控制滚珠丝杠系统的微量进给。高精度：由于滚其在运动中温度上升幅度较小，并可以采取使用预紧来减少轴向间隙，也同样可以对丝杠进行拉伸来补偿热伸长，所以利用滚珠丝杠获得定位精度和重复定位精度能够达到一个很高的程度。高耐用性：采用经过硬化（HRC5863）处理的钢球，并且精密磨削循环体系过程采用完全滚动的方式，磨损也会因此而很小，所以滚珠丝杠的使用寿命时间长和长时间保持精度。同步性好：由于具有运动平稳、反应快速、无阻滞、无滑移等优点，几个相同的部件或装置通过用几套相同的滚珠丝杠同时传动，可以实现很好的同步效果。高可靠性：与其它传动机械类似气压、液压传动相比，滚珠丝杠传动系统发生故障的可能性比较低，也容易维修保养，只需进行简单的润滑和防尘。无背隙与高刚性：哥德式（Gothic arch）沟槽形状被运用于滚珠丝杠传动系统中，由于钢珠与沟槽达到最佳接触，所以能够轻易运转。若在加入的预紧力适合的情况下，可以抵消轴向间隙，滚珠的刚性性能也较好，可以通过减少滚珠和螺母、丝杠间的弹性变形，获得更高的精度。3.4.2.2 滚珠丝杠的安装一、支撑座侧支撑单元的安装：丝杆轴单列轴承中安装丝杆轴，止推环将其固定； 止推环固定后，在支撑座内安装轴承。二，滚珠丝杠往工作台和底座上安装： 在合适的参考值以内，调整安装精度；选择基准时， 选择固定侧支撑单元，因为不仅可以把螺母外径与工作台螺母支座内径进行合适地调整，使其间隙合理； 当工作台为基准时，使用薄垫片来调整方形支撑单元中心高度，对于法兰型支撑单元，螺母外径与工作台螺母制作内径需要保持在一定间隙。 三，往工作台及底座上安装：滚珠丝杆螺母放入螺母支座后，并将其临时锁紧的（在滚珠丝杆轴的中间位置安装上螺母）；基座上移动工作台与固定侧支撑单元后临时固定固定侧和支撑侧的支撑单元，支撑单元安装在基座上；固定好后，移动工作台到靠近固定侧的行程尽头的位置，同时相互固定工作台和螺母支座；螺母和螺母支座被固定好。松开固定的螺栓，再重新固定工作台和螺母支座。为了保证工作台顺畅移动，需要调整中心位置使推动工作台到达固定支撑单元处，固定好后，保证工作台的运行状态良好，同时确定工作台移动到支撑座附近。当工作台移动到支撑侧支撑单元后，拧紧固定螺栓， 。固定好后，移动工作台到靠近支撑侧的行程尽头，幷再次固定工作台和螺母支座。松开后，为了确认运行状态，使其左右移动，当工作台移动到固定侧。往返移动多次以此来保证工作台再全行程内都能顺畅运行。四，确认精度和完全拧紧螺栓：丝杆轴端外径部分的跳动、轴方向的间隙需要用千分表来进行测量。五，连接电机：基座上安装电机支座。电机和滚珠丝杆被用联轴器连接。充分的试运行。3.4.2.3 滚珠丝杠及电机选型计算、确定滚珠丝杠副的导程根据电机额定转速和 X 向滑板最大速度，计算丝杠导程。X 向运动的驱动电机选择松下 MDMA152P1V,电机最高转速为 4500rpm。电机与滚珠丝杆直连，传动比为 1。X 向最大运动速度 25mm/s，即 1500mm/min。则丝杠导程为1500/1 4500= .= 0.34实际取 =10mm，可满足速度要求。、滚珠丝杠副的载荷及转速计算滚珠导轨承重时的滑动摩擦系数最大为 0.004，静摩擦系数与摩擦系数差别不大，此处计算取静摩擦系数为 0.006。则导轨静摩擦力：0=0+=0.00615009.8+45=108.2式中：M 工件及工作台质量，经计算 M 约为 1500kg。f 导轨滑块密封阻力，按 4 个滑块，每个滑块密封阻力 5N。由于该设备主要用于检测，丝杠工作时不受切削力，检测运动接近匀速，其阻力主要来自于导轨、滑块的摩擦力。则有：=60=602510=1500=108.2滚珠丝杠副的当量载荷：=2+3 0=108.2滚珠丝杠的当量转速：=+2 =150、滚珠丝杠副预期额定动载荷3.1 按滚珠丝杠副的预期工作时间计算：=360 100=36015015000108.2110011=555.06式中： 当量转速， =60=602510=150 预期工作时间，测试选择 15000 小时 负荷系数，平稳无冲击选择 =1 精度系数，2 级精度选择 =1 可靠性系数，一般选择 =13.2 按滚珠丝杠副的预期运行距离计算：=3 =32510310103108.2111 =14684.9993式中： 预期运行距离，一般选择 =251033.3 按滚珠丝杠副的预加最大轴向负载计算：=6.7108.2=729.94式中： 预加负荷系数，轻负载时，选择 =6.7 丝杠副最大载荷3.4 估算滚珠丝杠的最大允许轴向变形量 （ 1314） 重复定位精度X 向运动的重复定位精度要求为 0.005mm，则140.1=0.001253.5 估算滚珠丝杠副的螺纹底 X3.5.1 根据 X 向运动行程为 1200mm，可计算出两个固定支撑的最大距离：（ 1.11.2） +（ 10 14） =1.21200+1410=15803.5.2 按丝杠安装方式为轴向两端固定，则有丝杠螺纹底 X：2003901000式中： 导轨静摩擦力，0 0=108.2L 滚珠螺母至滚珠丝杠固定端支撑的最大距离，L=1580mm则有20039108.2158010000.00125=14.423.6 导程精度的选择根据 X 向运动的定位精度要求达到 0.005mm/1000mm，则任意 300mm。长度的导程精度为 0.0015mm。3.7 确定滚珠丝杠副规格代号按照丝杠 选择内循环双螺母式滚珠丝杠，型号为 FYND6310-4,精度等级、 2、 2 级。丝杠基本导程 ，丝杠底 X ，外 Xd=62mm，公称直=10 2=5714.42X ，额定静载荷0=63，额定动载荷 =48740 0=156912。3.8 电机的选择条件：选择伺服电机驱动，伺服电机选取松下 NAS A4 系列 MDMA152PIV 型大惯量电机，其功率：1.5KW，额定转矩：7.15N m，电机惯量 JM：0.00123Kg ，X 向运动工件及 2工作台质量最大值约 1500Kg。3.8.1 外部负载的转动惯量：丝杠部分的转动惯量：1=122=1231.6330.0312=0.01519965652外部负荷的负荷转动惯量：=1+(2)2=0.0151996565+1500(0.012)2=0.01899920.092则有：=0.01899929.090.00123=15.45加在电机上的转动惯量：Kg=+=0.01899920.09+0.00123=0.02022920.0923.8.2 外部负荷产生的摩擦扭矩：=210-3=108.21020.910-3=0.19133960.94式中： 滚珠丝杠副的导程 未预紧的滚珠丝杠副的效率（2 级精度 ） =0.9F 外加轴向载荷，含导轨摩擦力，其中含切削力为 03.8.3 预紧力产生的摩擦扭矩：=2 12210-3=36.0710210.920.9210-3=0.01346588.36式中： 滚珠丝杠副间的预紧力， =36.07N =3=108.2/33.8.4 支持轴承产生的摩擦扭矩：选择 HRC 轴承，型号：7603050TN，查轴承样本可得摩擦力矩： 1=0.233.8.5 加速度产生的负荷扭矩：根据设计要求可知：X 向工作台运动速度为 v=25mm/s，对应电机转速 ，2=150最大加速度为 a=40mm/ ，则工作台速度从 0 升至 25mm/s 所需时间：2t =2= 22540=1.25当电机转速从 升至 时，其负荷扭矩1=0 2=150=2(21)60 =0.02022920.092（ 150-0）601.25=0.25420763.56所选择电机额定扭矩为 7.15N m，大于计算电机总扭矩 3 倍以上，所选择电机扭矩符合要求。3.4.3 直线导轨的参数和选型当设备运行时，压接系统产生竖直向下运动，因此需要保证运动竖直，所以想到使用直线导轨。直线导轨具有摩擦系数小、不易爬行、便于安装和预紧等优点，精密机床、数控机床和测量仪器等考虑到直线导轨地上述优点也广泛使用直线导轨。直线滚动导轨副由导轨和滑块两部分组成，如图所示。在滑块中装有滚珠，滚珠可以在导轨和滑块之间的滚道实现内循环滚动，当滚珠从工作轨道滚到滑块端部时，通过端面挡板和滑块中的返回轨道返回。支撑件上固定两根导轨，每根导轨上安装两个滑块，滑块固定在移动件上。直线滚动导轨副的装置如下图 3.4.3 所示。图 3.4.3 直线滚动导轨副的装配3.4.3.1 工作载荷的计算工作载荷是影响导轨副使用寿命的重要因素。双导轨、四滑块的支持形式多用于水平布置的十字工作台。常见的工作台受力情况如图所示，任一滑块所受到的工作载荷可由以下公式计算：1=+4 4(121+2+343+4)2=+4 +4(121+2343+4)3=+4 4(121+2343+4)4=+4 +4(121+2+343+4)式中： 滑块上的工作载荷，单位为 KN；14 垂直于工作台面的外加载荷，单位为 KN； 工作台的重力，单位为 KN；如图工作台受力示意图； 距离尺寸，单位为 mm； 14=( )350图 3.4.3.1 工作台受力示意图根据计算1=1541540=3.752=154+1540=3.753=1541540=3.754=154+1540=3.753.4.3.2 距离额定寿命的计算是以在一定载荷下行走一定距离后，90%的支撑不发生点蚀为依据。这个载荷称为额定动载荷 Ca 该行走距离称为距离额定寿命。滚动体不同时，距离额定寿命 L 的计算公式也不同。滚动体为球时：=( )350滚动体为滚子时：=( )103100式中： 距离额定寿命，单位为 Km； 额定动载荷，单位为 KN； 滑块上的工作载荷，单位为 KN； 硬度系数； 温度系数； 接触系数； 精度系数； 载荷系数；=3.1=()1031003.4.3.2 距离额定寿命的计算根据距离额定寿命，可以计算出导轨副的小时额定寿命，计算公式为：=103260式中： 寿命时间，单位为 h； 距离额定寿命，单位为 km； 移动件行程长度，单位为 m； 移动件每分钟往复次数。=3.11031032122060=1173.5 定位部分定位部分分为粗定位和精定位两部分。3.5.1 粗定位：详见图 3.5.1 方案设计车轮粗基准支撑装置由：组仿形块、组仿形块和回转部件组成；组仿形块和组仿形块旋转阵列分布在回转部件上，组仿形块负责列车车轮的粗基准定位，而组仿形块负责列车车轮制动盘的粗基准定位。图 3.5.1 方案设计3.5.2 精定位：详见图 3.5.2 方案设计定位臂依靠轴连接在定位支架上，构成定位爪组件；气缸安装在推轴下 2040mm处且固定在气缸垫上，负责给予推轴一定力；在直线轴承上安装推轴，控制定位爪组件的上升或下降，负责被测车轮精基准的定位；完成车轮精基准定位后，定位臂依靠自重，自行落下，保证定位臂不会对测量区域干涉。3.5.3 气缸的选择3.5.3.1 气缸的工作原理根据设计需求，选用单作用气缸，单作用气缸结构简单，并且只消耗少量耗气量。因为弹簧安装与缸体内，所以气缸的有效行程可以被大幅度缩减。弹簧的反作用力与压缩行程正相关,随着行程的增大而增大，而活塞杆的输出力与运动行程负相关，随着运动行程的增大而减小。并且弹簧具有储存动能能力，具有缓冲作用，可减小行程终端的撞击。单作用气缸剖面图3.5.3.2 气缸的选择、首先，根据操作形式选定气缸类型；、选定根据有关负载、使用空气压力及作用方向确定气缸缸径大小；、根据工件移动距离气缸行程；、选定气缸安装型式；、选定缓冲器；、选定磁感开关。气缸需要负载过大的力，空气压力要求 0.5mbar，选择气缸缸径 63mm；气缸与推轴之间留有 20mm40mm 的间隙，所以气缸行程选择 200mm；气缸底面安装在固定在底面上的气缸垫上；主要作用是推动定位臂，使其夹紧。所以选择的气缸型号为 SMC 10A-5_GT_10A-5_63_200。图 3.5.2 方案设计3.5.3 定位组件的设计定位臂依靠轴连接在定位支架上，构成定位爪组件；气缸安装在推轴下方 2040mm 处固定在气缸垫上，负责给予推轴一定力；在直线轴承上安装推轴控制定位爪组件的上升或下降，负责被测车轮精基准的定位；完成车轮精基准定位后，定位臂依靠自重，自行落下，保证定位臂不会对测量区域干涉。3.6 检测部分3.6.1 检测原理的比较选择目前，对于车轮外径的检测多使用两个激光位移传感器动态测量车轮直径的原理如图3.11 所示，实际测量系统的构成如图 3.12 所示。设车轮圆周的最低点与 x 轴(即钢轨)相切于 C 点，C 点与原点 A 间的距离为 L1, C 点与右侧激光位移传感器安装位置 G 点的距离为 L2。左侧激光位移传感器发出的激光以 的角度照射在车轮踏面上，得到激光位移传感器到 B 点之间的距离为 1；右侧激光位移传感器发出的激光以 的角度照射在车轮踏面上，得到激光位移传感器到 E 点之间的距离为 2。但由于涡流位移传感器的安装存在