液压制动试验台机械系统的分析.pdf

第 8期 2 0 1 5年 8月 机械 设 计 与制 造 Ma c h i n e r y De s i g nMa n u f a c t u r e 液压制动试验 台机械 系统的分析 武氏怀秋 ， 宋锦春 东北大学 机械工程与自动化学院， 辽宁 沈阳1 1 0 8 1 9 摘要 火车液压制动试验台的制作目的是为了检测液压技术制动的可行性。火车液压制动试验台包括两主要系统 液 压系统 和机械系统。 在这介绍机械系统的设计与分析。 为了能够更加精确地确定上述试验台机械部分设计的实用性， 即 其的强度， 刚度， 抗变形酊的能力是否能够满足试验台的正常工作的要求。 作者采用现在分析能力最好的有限元分析软 件 A N S Y S对试验台中的零件的结构， 强度， 变形等进行分析， 以确定它们的性能， 从而再加工成实物前确定该设计的可 靠性以及可行性。 关键词 液压制动； 机械系统； 试验台； 静力学的分析； AN S Y S分析软件 中图分类号 T H1 6 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 5 0 8 0 0 0 1 0 3 An a l y s i s o n Me c h a n i c a l S y s t e m o f Hy d r a u l i c Br a k e Te s t e r VU t h i Ho a i U．S ONG J i n c h u n S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ＆A u t o m a t i o n ， N o r t h e a s t e r n U n i v e r s i t y ， L i a o n i n g S h e n y a n g 1 1 0 8 1 9 ， C h i n a A b s t r a c t O b j e c t i v e t o m a k e t h e t r a i n h y d r a u l i c b r a k e t e s t e r i s i n o r d e r t o c h e c k the f e a s i b i l i t y o f h y d r aul icf o u n d a t i o n b r ake ， a l s o b e c a u s e of t he n e e d of t he a c t u a l s i t u a t i o n ．T h e t r a i n h y d r a u l ic b r ake t e s t s t a t ion c o m p r i s e s t w o m a i n s y s te m s th e h y d r aul ic s y s t e m a n d m e c h a n ic a l s y s t e m ． T h is p a p e r i n t r o d u c e s the des i g n a n d a n a l y s i s ofm e c h a n ic a l s y s t e m i n this p ape r ． I n o r der t o mo r e acc u r a t e d e t e r mi ne t h e p r act i c a b i l i t y o fthe t e s t - b e d o fm e c h a n ic a l p a r t s des i g n ，， 删 ，t h e s t r e n g t h ， s t if f n e s s ．w het h e r t h e a n t i d e f o r m a t io n c apa c i t y c 帆 m e e t t he n o r m a l w o r k oft he t e s t b e n c h r e q u i r e men t s ． T h e aut h o r s u s e d n o w s t r u c t u r e ， fin i t e e l e m e n t ant is oft h e b e s t abi l i t y a n a l y s i s s 田 ．e A N S Y S o n the te s t b e n c h o f p a r t s ofthe s t r e n g t h ， de f o r m a t io n a n a l y s is， t o det e rmi n e t h e i r p e 矿 0 加删 e ，a n d t h e n p r o c e s s e d i n t o rea l b e f o r e d e ter mi n i n g t h e r e l i abi l i t y oft h e des i a ndf a s i b i l i t y ． ． Ke y Wo r d s Hy d r a u l i c Br a k e ； Me c h a n i c a l S y s t e m ； Te s t Be d； S t a t i c s An a l y s i s ； ANS YS An a l y s i s S o f t wa r e 1液压制动试验台机械系统的设计 在液压制动试验台机械系统中有几个部分可以通过计算 选定， 如飞轮， 滑动轴承， 液压制动器， 联轴器， 扭矩仪， 马达； 另 几个部分是跟实际安装一定要设计的， 如支架 ， 衬套， 实验桌， 如 图 1 所示。 结合完整系统时， 在工作过程中， 各部分受到力系的 作用影响系统的稳定状态。所以， 在设计过程中需要静力学的 分析 。 2各部分设计的结构静力学分析 静力学的分析主要是研究物体在力系的作用下的平衡规 律。静力学里面关于力合成、 分解与力系的简化研究结果， 是可 以直接应用于动力学的。 它是用来计算结构在固定不变的载荷下 的变化响应， 如位移、 应力、 应变等。在进行机械结构的静力学分 析时，使用 A N S Y S分析软件的操作界面为 Me c h a n i c a l A P D L 。 A N S Y S静力学的分析过程主要分三步 1 ．滑动轴承 2 ． 液压制动器 3 ． 惯性 飞轮 4 , 6 ． 联轴器 5 ．扭矩仪 7 ．转轴马达 8 马达支架 9 ． 液压制动器衬套 1 0 ． 飞轮衬套 图 1制动试验台机械结构示意图 Fi g ． 1 S c h e ma t i c Di a g r a m o f B r a k e Te s t i n g Be d Me c h a n i c a l S t ruc t u r e 第一步 建立模型。 建模是建立起需要分析的结构的实体模 型， 通过 A N S Y S来生成实体模型过于繁琐， 所以通常实体模型都 是通过 S o l i d w o r k s 进行建立， 然后其导人 A N S Y S中。 终于需要定 义材料属性。 来稿 日期 2 0 1 5 一 O 1 1 O 作者简介 武氏怀秋， 1 9 7 9 - ， 女， 越南河内人， 博士研究生， 讲师， 主要研究方向 火车制动； 宋锦春， 1 9 5 7 一 ， 男， 辽宁沈阳人， 博士研究生， 博士生导师， 教授， 主要研究方向 机电液一体化 8 机 械 设计 与 制 造 No ． 8 Au g ． 201 5 屈 ＼ 跖屈 、 内翻 ＼ 外翻、 外展 ＼ 内收运动； 通过对多输入轴的控制 能完成多轴复合运动训练； 通过欠牙式离合器和弹性转动副配合 使用同时具有主 ＼ 被动训练的功能。 3 通过给出机构运动学位置正反解的表达式， 其解析解比 较简单。 通过算例分析机构的工作范围完全能满足踝关节的康复 要 求 。 参考文献 [ 1 ] 黄海灵．一种新型柔索驱动的踝关节康复机的研究[ D ] ．南京 南京航 空航天大学． 2 0 1 2 ． H u a n g H al- l i n g ．A N e w T y p e o f F l e x i b l e D ri v e A n k l e R e h a b i l i t a t i o n Ma c h i n e R e s e a r c h[ M] ．Na n j i n g N a n j i n g U n i v e r s i t y o f A e r o n a u t i c s a n d A s t r o n a u t i c s U n i v e r s i t y ， 2 0 1 2 ． [ 2 ] 徐大胜． 3 一 R S S ／ S 踝关节康复机器人康复评价 系统的研究[ D ] ． 天津 河北工业大学 ， 2 0 0 9 ． X u D a - - s h e n g ． R e h a b i l i t a t i o n e v a l u a t i o n s y s t e m o f 3 - R S S ／ S a n k l e r e h a b i l i t a t i o n r o b o t [ D ] ．T i a n j i n g H e b e i U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， 2 0 0 9 ． [ 3 ] 李丹． 踝关节融合康复机器人系统的轨迹规划和运动控制[ D ] ． 秦皇 岛 燕山大学 ， 2 0 0 8 ． L I D a n ．T r a j e c t o r y P l a n n i n g and c o n t r o l o f“ B S MS ” ank l e r e h a b i l t i a n r o b o t [ D ] ． Q i n h u a n g d a o Y ans h a n U n i v e rs i t y 。 2 0 0 8 ． [ 4 ] 边辉．并联 2 - R R R ／ U P R R踝关节康复机构及其 运动学． 机器人[ J ] ． 机 器人 ， 2 0 1 0 1 6 1 2 ． B i an Hu i ． A n o v e l 2 一 R R R ／ U P R R r o b o t m e c h ani s m f o r a n k l e r e h a b i l i t a t i o n and i t s k i n e m a t i c s [ J ] ．R o b o t ， 2 0 1 0 1 6 1 2 ． [ 5 ] 印松． 踝关节康复机器人设计及人一 机运动映 射分析[ J ] _ 中国机械工 程 ， 2 0 1 2 2 1 2 5 5 2 - 2 5 5 5 ． Yi n S o n g ．D e s i g n a n d h u m an ma c h i n e Mo t i o n ma p p i n g analy s i s o f a n ank l e r e h abi l i t a t i o n [ J ] ．C h i n a M e c h a n i c al E n g i n e e ri n g 。 C h i n a M e c h a n i a l E n gi n e e ri n g ， 2 0 1 2 2 1 2 5 5 2 2 5 5 5 ． 【 6 J S a g l i a ， J A， T s a g a r a k i s ， N ．G， D a i ， J ． S a n d C ald w e l l ， D ．G ． C o n t r o l S t r a t e gi e s f o r A n k l e R e h abi l i t a t i o n u s i n g a H i g h P e rf o r m a n c e A n k l e E x e c i s e r [ J ] ． I E E E I n t e r n a t i o n a l Co n f e r e n c e o n Ro b o t i c s a n d Au t o ma t i o n Au e h Or a g e Co n y e n t i o n Di s t ric t ， 2 01 0 2 2 2 1 2 2 2 7 ． [ 7 ] 鲁开讲， 牛禄峰， 雷文莉． 球面三 自由度并联机构位姿正解的研究[ J ] _ 机械设计， 2 0 0 5 ， 2 2 1 5 9 6 l _ L u K a i - j i a n g ， Ni u L u F ang ， L e i We n - l i ．S p h e r i c al 3 - d o f p a r a l l e l me - c h a n i s m r e s e a r c h o f p o s e p o s i t i v e s o l u t i o n s [ J ] ．Ma c h - l n e D e s i gn， 2 0 0 5 ， 2 2 1 5 9 6 1 ． [ 8 ] 李军强 ， 王娟 ， 赵海 文．下肢康复训 练机器人关键 技术分析[ J ] ．机械设 计 与制造 ， 2 0 1 3 9 2 2 0 - 2 2 3 ． L i J u n - - q i a n g ， Wa n g J u a n ， Z h a o Hal- w e n ．C ri t i c a l t e c h n o l o g y o f l o w e r l i m b R e h abi l i t a t i o n T r a i n i n g ro b o t [ J ] ．M a c h i n e ry D e s i g n ＆M a n u f a c t u r e ． 2 0 1 3 9 2 2 0-2 2 3 ． 【 9 J No r i h i k o S a g a ， N a o k i S a i t o ．R e h abi l i t a t i o n I n s t r u me n t f o r p r e v e n t c o n t r a c t u r e o f an k l e u s i n g t h e p n e u ma t i c b all o o n a c t u a t o r An n u al I n t e r n a t i o n a 1 ． I EE E EMBS C o n f e r e n c e Vanc o u v e r ， Bri t i s h C o l u mb i a ， Cana d a， 2 0 o 8， 8 2 4 ． [ 1 0] J u n g w o n Y oon ， J e h a R y u ．A N o v e l Re c o n f i g U r a b l e A n k l e ／ F o o t R e h a b i l i t a t i an Ro b o t ．I E EE I n t e r n a t i o n al C o n f e r e n c e o n Ro b o t i c s a n Au t o m a t i o n Barc e l o na ， 2 0 05 2 2 9 0 - 2 2 9 5 ． [ 1 1 ] L i uG e n g - - q i a n ， G a o J i n - l i an ， Yu e H o n g ． D e s i gn andK i n e ma t i c s A n aly s i s o f P aral l e l R o b o t s for A n k l e R e h a b i l i t a t i o n [ J ] ．I E E E ／ RS J I n t e rna t i o n al C o nfe r e n c eo n I n t e l l i g e n t Ro b o t sa n dS y s t e ms ， 2 0 06 2 5 3 2 5 8 ． 上接 第 3页 3结论 1 采用分析软件 A N S Y S对试验台中的零部件得出很直观 的结果， 很容易对零部件找到危险的地方和截面。 2 设计的各部 分都满足正常工作的要求。 每个部分都保证它们的可靠性和安全 性吗， 提高整个机械系统的使用寿命。 参考文献 [ 1 ] G a s s m ann S e f an， P a g e l He n h ar d ． M a gne t i c a c t u a t e d p r e s s u r e r e l i e f v al v e l J ] ． C e n g a g e L e a r n i n g ， 2 0 1 3 1 9 4 1 0 6 1 0 7 ． [ 2 ] 宋锦春， 赵周礼．液压技术实用手册[ M] ． 北京 中国电力出版社， 2 0 1 1 ． S o n g J i n - c h u n ， Z h a o Z h o u - l L P r a c t i c a l Hand b ook o f Hy d r a u l i c T e c h n o l o g y [ M] ．B e i j i n g C h i n a E l e c t r i c P o w e r P r e s s ， 2 0 1 1 ． [ 3 ] 丁毓峰． A N S Y S 有限元分析完全手册[ M] B 京 电子工业出版社， 2 0 1 1 ． D i n g Y u - f e n g ．F i n i t e E l e m e n t A n aly s i s o f t h e AN S Y S C o mp l e t e l y Ma n u al [ M] ．B e i j i n g P u b l i s h i n g Ho u s e o f E l e c t r o n i c s I n d u s t ry， 2 0 1 1 ． [ 4 ] 徐彦， 赵金成． Q 2 3 5 钢在不同应力一 温度路径下材料性能的实验研究 和本构关系[ J ] ． 上海交通大学学报， 2 0 0 1 ， 3 8 6 9 6 7 9 6 8 ． Xu Y an ， Z h a o J i n c h e n 昏 E x p e I i m e n t a l s t u d i e s o n ma t e r i al p rop e r t i e s s t r e s s t e m p e r a t u r e p a t h s a n d t h e c o n s t i t u t i v e r e l a t i o n o f Q 2 3 5 s t e e l i n d i f f e r e n t [ J ] ．J o u rna l o f S h a n g h a i J i a o t o n g U n i v e r s i t y ， 2 0 0 1 ， 3 8 6 9 6 7 - 9 6 8 ． [ 5 ] 葛志琪． 机械零件设计手册 第三版下 [ M] ． 北京 治金工业出版社， 1 99 4 ． G e Z h i - q i ． Me c h ani c al D e s i gn Manu al T h i r d E d i t i o n [ M] ． B e i j i n g Me t al l u r g i c alI n d u s t r y P r e s s ， 1 9 9 4 ． [ 6 ] 高兴军， 赵恒华． 大型通用有限元分析软件 A N S Y S 简介[ J ] ．辽宁石油 化工大学学报， 2 0 0 4 ， 2 4 3 9 4 - 9 5 ． Ga o X i n g - j a n ， Z h a o H e n g - h u a ．Th e l arg e u n i v e rs al fi n i t e e l e m e n t a n aly s i s s o f t w a r e AN S Y S i n t r o d u c t i o n[ J ] J o u rna l o f L i a o n i n g S h i h u a U n i v e r s i t y ， 2 0 0 4， 2 4 3 9 4 - 9 5 ． [ 7 ] L a b e l N a r r o wWe b ． S h a f t d e s i g h[ J ] _2 0 0 5 ， 1 0 2 9 6 - 9 7 ． [ 8 ] H a o J u n - c h u a n ， S o n g Y u n - i a o ， Wang X i a o - y u ． S t a t i c s t r u c t u r al a n a l y s i s fo r a n e u t ron s h i e l d i n g b l o c k i n i t e r [ J ] ． P l a s m a S c i e n c e a n d T e c h n o l o gy， 2 0 1 3 ， 1 5 2 1 4 2 1 4 7 ． [ 9 ] 孙伟， 孙志鹏． 液压系统中液控单向阀的合理使用[ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 1 1 ， 3 9 1 2 1 2 7 1 2 8 ． S u n We i ， S u n Z h i - p e n g ． R a t i o n alu s e o f fl u i d c o n t rol v alv e i n t h e h y d r a u l i c s y s t e m[ J ] ．Ma c h i n e T o o l andH y d r a u l i c ， 2 0 1 1 ， 3 9 1 2 1 2 7 1 2 8 ． [ 1 0 ] 宋锦春， 张志伟， 曹淑华． 飞机拦阻器的液压系统与性能仿真[ J ] ．东北 大学学报 自 然科学报， 2 0 0 2 ， 2 3 1 0 9 9 2 9 9 3 ． S o n g J i n - c h u n ， Z h a n g Z h i - w e i ， C an S h u - h u a ． A i r c r a f t a r r e s t i n g d e v i c e h y d r a u l i c s y s t e m d e s i gn and p e r f o rma n c e s i m u l a t i o n o f[ J ] ． J o u rnal o f N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y N a t u r alS c i e n c e ， 2 0 0 2 ， 2 3 1 0 9 9 2 - 9 9 3 ． [ 1 1 ] 成大先． 机械设计手册 第四版． 第二， 三卷 [ M] ．北京 化学工业出版 社 ， 2 0 0 2 ． C h ang D a - x i an．Me c h ani c al D e s i gn Ma n u al F o u rt h E d i t i o n s e c o n d ， t h ree v o l u m e s [ M] ． B e i j i n g C h e mi c alI n d u s t r yP r e s s ， 2 0 0 2 ． [ 1 2 ] 郭树春， 樊志明． 活塞压缩机用滑动轴承的摩擦磨损与润滑分析[ J ] _ 压缩机技术 ， 2 0 0 4 5 2 6 2 7 ． G u o S h u - c h u n ， F a n Z h i - mi n g ． F ri c t i o n s l i d i n g b e a r i n g w e a r o f p i s t o n c o mp r e s s o r w i t h l u b ri c a t i o n anal y s i s o f [ J ] ．C o m p r e s s o r T e c h n o l o gy， 2 0 0 4 5 2 6 2 7 ．