BYD-1水草收割船驅(qū)動裝置設(shè)計(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過)

下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 題目 BYD-1水草收割船驅(qū)動裝置設(shè)計 系 別 工程技術(shù)系 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名 楊殿基 學(xué) 號 05208318 指導(dǎo)教師 王澤河 職 稱 教授 2012 年 5 月 7 日 2 摘 要 針對河道、水塘等 水域具有航道窄、面積小，一般的大型水草收割機難以實現(xiàn)水草收割的現(xiàn)狀，本文 設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)緊湊，機構(gòu)傳動平穩(wěn)，效率高，適合在中小尺度水域作業(yè)的小型水草收割船的驅(qū)動裝置。 論文概述了水草收割機的發(fā)展背景、研究現(xiàn)狀及分類；完成了水草收割船的驅(qū)動裝置的設(shè)計取，主要包括明輪驅(qū)動及各部位驅(qū)動部分的機構(gòu)設(shè)計；闡述了總體設(shè)計方案、工作原理、參數(shù)計算以及試驗校核；同時按照任務(wù)要求完成了裝置總裝圖與各主要零部件圖的繪制。 結(jié)果表明：所設(shè)計的小型水草收割船具有結(jié)構(gòu)合理、緊湊，適應(yīng)性強，切割效率高等優(yōu)點。這種新型的水草收割船可在水下 實現(xiàn)切割，撿拾、傳送一體化連續(xù)作業(yè)方式，能夠達到清除泛濫的水草，凈化水質(zhì)的目的?？偟膩碚f，是一種較為理想的水草收獲機具。 關(guān)鍵詞： 小型水草收割船；明輪機構(gòu)設(shè)計；液壓泵；液壓馬達；動蹼式明輪； 3 Abstract Aimed at the river, pond waters with narrow fairways, small area, large-scale aquatic weed harvesters generally difficult to achieve the status of harvested plants, this paper discusses the design of a compact structure, smooth transmission, high efficiency, suitable for small scale water of small aquatic reaping boat driving device. The paper outlines the harvester development background, research status and classification； completed aquatic reaping boat driving device design, mainly including the paddle wheel drive and parts of drive mechanism design； described the overall design scheme, working principle, parameter calculation and test verification； at the same time according to the task requirements completed device assembly drawings and the main components of drawing. The results show that: the smaller aquatic reaping boat has the advantages of reasonable structure, compact, strong adaptability, high cutting efficiency. The new aquatic reaping boat in the water to realize the cutting, collecting, transmitting continuous integration mode of operation, to clear the flood water, the purpose of purifying water quality. In general, it is an ideal aquatic weed harvester. Key words： Small aquatic reaping boat paddle； mechanism design； hydraulic pump； hydraulic motor； hydraulic cylinder 4 目 錄 引言 .1 1 緒論 .1 1.1 課題研究背景 . 1 1.2 水草收割船的發(fā)展過程 . 2 1.3 課題研究的目的及意義 . 2 2 明輪簡介 .2 2.1 明輪裝置的特點 . 2 2.2 定蹼式明輪 . 3 2.3 動蹼式明輪 . 3 2.4 動蹼式明輪的工作原理 . 4 3 明輪機構(gòu)的分析計算 .4 3.1 BYD-1 水草收割船的 基本參數(shù) . 4 3.2 進行阻力計算 . 5 3.2.1 公式的確定 . 5 3.2.2 粘性阻力系數(shù)的計算 . 5 3.2.3 興波阻力系數(shù)的計算 . 6 3.2.4 輸送帶阻力的計算 . 7 3.3 明輪推進力分析 . 7 3.4 明輪偏心率的確定 . 8 3.4 明輪尺寸參數(shù)的確定 . 9 4 明輪軸的設(shè)計 . 10 4.1 軸的材料及結(jié)構(gòu) . 11 4.1.1 軸的材料 . 11 4.1.2 軸的結(jié)構(gòu) . 11 4.1.3 軸的支承結(jié)構(gòu) . 11 4.2 軸的設(shè)計與校核 . 11 4.2 軸承的設(shè)計與校核 . 14 4.2 聯(lián)軸器的選擇 . 15 5 液壓件及內(nèi)燃機的選擇 . 15 5.1 聯(lián)接明輪軸的液壓馬達的選擇 . 15 5.2 聯(lián)接收割機的液壓馬達的選擇 . 15 5.3 聯(lián)接傳送帶的液壓馬達的選擇 . 16 5.4 電動液壓泵站的選擇 . 16 5.4 發(fā)電機組的選擇 . 16 5 6 結(jié)論 . 16 參考文獻 . 17 謝 辭 . 18 6 7 8 9 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計） 1 引 言 水草在養(yǎng)殖、生態(tài)和景觀三方面有重要的價值體現(xiàn)，正是因為水草有如此多的作用，吸引了人們?nèi)シN植。由于種植量大，同時缺乏相應(yīng)的管理措施，導(dǎo)致人工種植的水草一度發(fā)展到瘋狂的狀態(tài)。 為了保持水域的生態(tài)平衡，維持水質(zhì)的清澈，需要在景觀水域中大量種植水草，但是在每年 5 9月的高溫時段，水草生長非常迅速，必須及時進行收割清理，否則會對水質(zhì)造成二次污染。目前，水草治理方法主要有化學(xué)清除法和物理收割法兩種?；瘜W(xué)清除法會引起水質(zhì)污染與惡化，破壞水域的生態(tài)環(huán)境，并對其他生物的生存造成很大影響。所以，人們大都采用更為環(huán)保的人工收割和 機械收割的物理方法來治理水草。但由于人工收割效率低下，往往打撈的速度跟不上水草生長的速度，因而機械收割就成為理想的水草治理方式。 目前，市場上的水草收割機產(chǎn)品有 WH1800型河道清草機、 SGY一 2 5型水草收割機、GC2230型河道割草保潔船、 GC200O型小型河道割草作業(yè)機械、 9GSCC 1.4型水生植物收割機船隊和 LW5000多功能水草收割船等，但這些產(chǎn)品外型大，長度都大于 8 m，需要多人及輔助機械協(xié)同作業(yè)，適用于大型水域水草的收割。而景觀水域的設(shè)計通常都采用自然造型，有各種不同的曲線，且水面較為狹小， 不利于大型機械作業(yè)。 現(xiàn)在，這些水域中的水草的收割都由人工完成，勞動強度大，效率低。而且往往在水草瘋長時，人工收割跟不上生長速度，一部分水草因未及時收割而腐爛水中，造成水質(zhì)惡化?，F(xiàn)在大型的水草收割船一般有 2 3人進行操作。但隨著水草收割機的小型化，它的收割和集草都要在同一條船上進行，由于空間有限，最多只能由一人操控，若都是手動操作的話，會不太方便，所以應(yīng)該提高水草收割機的自動化程度，特別是遙控式的水草收割機不僅能進一步減小船體的尺寸，增大儲草空間，而且安全。 所以智能化的小型水草收割機的需求量會越來越大，小型輕便、美觀環(huán)保的水草收割機將是一個重要的發(fā)展方向。本文主要對小型水草收割船的明輪部分進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。 1 緒 論 1.1 課題研究背景 目前，國內(nèi)外對水草收割機的研究沒有系統(tǒng)的、科學(xué)的分類。市場上所有水草收割機幾乎都是大型機械，滿足大型湖泊水草的收割與修理，但不適合小型河道和湖泊等小水面水域中水草的收割。 小型化和智能化是水草收割機的重要發(fā)展方向。 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計） 2 1.2 水草收割船的發(fā)展過程 國外關(guān)于水草收割機的研制比較早， 荷蘭等國早在 50年代就開始使用專門的水利機械進 行河道的清淤除草作業(yè)。荷蘭的 IHC CO Konljn機械廠 1958年研制出 H系列兩棲式挖泥船共 6種機型，隨后又相繼開發(fā)出 M系列、 S系列和 FB系列等多種清淤機械；荷蘭的 HERDER公司也開始研制各種機型的河道除草機。起初他們一般是把切割器安裝在液壓挖掘機或農(nóng)用拖拉機上，把溝渠、河道內(nèi)的蒲草、雜草切割后撈起放于岸邊，其整機需停在岸邊或沿岸邊行駛進行作業(yè)，這就是陸用割草機。由于陸用割草機的使用范圍有較大限制河道、溝渠旁常揎有樹木，無法停機，遠離岸邊的水草又無法切割到，因此研制一種能在河道中航行的水中割草機應(yīng)運而生。 60年代英國的 Rolbe公司開發(fā)出 Oibeaux系列水中割草機，英國的 John wider(工程 )公司也開發(fā)出自己的系列產(chǎn)品。 3O多年來，這些產(chǎn)品至今還在世界各地廣泛使用。 國內(nèi)也有一些相關(guān)企業(yè)及研究機構(gòu)進入該領(lǐng)域，并且取得了一定的研究成果，如寧波農(nóng)業(yè)機械研究所、桂林象山農(nóng)機廠、紹興縣農(nóng)林管理總部聯(lián)合研究的 WH1800型河道清草機，北京市水利局聯(lián)合數(shù)家單位共同開發(fā)的的 SGY-2.5型水草收割機，上海電器集團現(xiàn)代化裝 備有限公司新液壓長研究開發(fā)的 GC2230型號河道割草保潔船以及 GC2000型小型河道割草作業(yè)機械。 經(jīng)歷半個世紀的發(fā)展歷程，水草收割機的設(shè)計，由開始的岸邊切割水草作業(yè)，水中水草作業(yè)，水中收割水草作業(yè)，到現(xiàn)在的水中切割、收獲、后續(xù)處理一體化作業(yè)模式 ，功能日益完善，而且經(jīng)過長時間的摸索和經(jīng)驗積累，其工作模式也發(fā)生了很大的改變。其主要是朝著小型化、自動化方向發(fā)展。 1.3 課題研究的目的及意義 研發(fā)一種適合在河道、池塘等中小尺度水域作業(yè)的小型水草收割機。目前市場上的水草收割機一般是大型機械，在大的湖波水域可以進行切割，但不適于在小型水域的作業(yè)。 所研制的小型水草收割機，可以有效取代在中小水域的人工收割，有效減輕了勞動輕度，大大調(diào)高了切割效率，符合水草收割機小型化與智能化的發(fā)展方向。 2 明輪簡介 2.1 明輪裝置的特點 當明輪在低速主機帶動下旋轉(zhuǎn)時，蹼 板依次進出水面，蹼板向后撥水產(chǎn)生反用力推中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計） 3 船前進。 水草收割機的工作的環(huán)境是水深大于 0.6 米，平均水深 0.8 米，水草植物叢生的淺水湖泊。常用的推進裝置有螺旋推進器、空氣螺旋推進器和明輪推進器。螺旋式推進器在淺水域中效率低，易使船體沉降，且在有水草的水域易出現(xiàn)纏繞問題?？諝饴菪七M器的制造工藝和使用維護要求很高且易翻船，而明輪推進器平衡性好、不易出現(xiàn)纏繞、用于中低速小型船舶效率較高適于水中割草作業(yè)。 明輪推進器由沿船寬方向水平布置于水線以上的中心軸和在該軸兩端旋轉(zhuǎn)的輪及輪周緣上的蹼板構(gòu)成。一般每一舷側(cè)輪裝有 7 11 葉蹼板。當明輪在低速主機帶動下旋轉(zhuǎn)時，蹼板依次進出水面，蹼板向后撥水產(chǎn)生反作用力推船前進。當船舶吃水有限時，明輪的結(jié)構(gòu)比螺旋槳的結(jié)構(gòu)能保證更大的水力斷面。因而對于吃水淺的船舶來說，采用明輪推進器能提高推進系數(shù)。所以至今在某些內(nèi)河客貨船和拖船上還有使用明輪推進器的。 明輪是一種局部入水的推進器，根據(jù)蹼板在明輪上的安裝形式，分為“定蹼式明輪”和“動蹼式明輪”。 2.2 定蹼式明輪 圖 1a 定蹼式明輪 圖 1b 動蹼式明輪 圖 1 明輪分類 定蹼式明輪的特點是構(gòu)造簡單結(jié)構(gòu)牢固，小直徑時效率差，蹼板在入水時壓水，而在出水前提水，因而浪費了大部分能量，必須有很大的直徑和低的轉(zhuǎn)速才能得到較高的效率。所以它的直徑往往做得很大，入水深度一般不超過半徑的 1 2，圖 1 a 為定蹼式明輪。 2.3 動蹼式明輪 動蹼式明輪的蹼板以鉸接方式與輪體相連，通過偏心作復(fù)合運動，因為它的蹼板能以適宜的角度入水和出水，提高了效率。對于相同尺寸的蹼板，由于動蹼明輪蹼板垂直入、中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計） 4 出水的程度要比定蹼明輪高，因而對船體產(chǎn)生的推進力要大，推進效率可提高 15到 25，并且濺水小。 其缺點是制造相對復(fù)雜，造價高，但在目前的加工條件下個零部件均可制造，并且由于水草收割機一般在淺水水域作業(yè)，定蹼式明輪難以適應(yīng)，所以選用動蹼式明輪作為水草收割機的推進器，圖 1 b 為動蹼式明輪。 2.4 動蹼式明輪的工作原理 當動蹼式明輪分布在船的中部兩側(cè)位置時，稱為動蹼腰明輪。圖 2表示動蹼腰明輪的結(jié)構(gòu)示意圖，將其簡化為平面四桿機構(gòu)來分析，當主動桿 AB 以角速度作圓周運動時，引導(dǎo)連桿 BC 和蹼板 (與連桿銷連接 )作平面運動，連桿驅(qū)動搖桿 CD繞偏心軸作圓周運動，蹼板撥水推動船體行進。幾組平面四桿機構(gòu)的協(xié)調(diào)運動產(chǎn)生了明輪 推進力。 動蹼明輪可以借偏心裝置控制蹼板，以調(diào)節(jié)出水和入水的角度，消除了蹼板入水時產(chǎn)生的拍水現(xiàn)象與出水時產(chǎn)生的提水現(xiàn)象；其次，還可以增大明輪的劃水面積從而提高推進效率。 3 明輪機構(gòu)的分析計算 3.1 BYD-1水草收割船的基本參數(shù) 工作速度 V1=2.0 km/h (0.556 m/s)； 航行速度 V2=5.0 km/h (1.389 m/s)； 船重 W=5 103 Kg： 吃水深度 T=0.5 m； 船的特征長度 L=5.3 m； 水的密度 =l000 kg/m3； 粘性系數(shù) v=1.417 10-6 m2/s (水溫低限 7 )； 船的特征寬度 B=1.2 m； 船的排水量： V=W/ =5000/1000=5.0 m3 船的方形系數(shù)： =V/LBT=5.0/(5.3 1.2 0.5)=1.57 船的浸濕表面積： 對于無隧道的內(nèi)河船舶按 A B卡爾波夫公式計算 ,即 代入數(shù)據(jù)得： 相應(yīng)的弗魯?shù)聰?shù) Fr: 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計） 5 式中： g一重力加速度 9.8 m/s2 代入數(shù)據(jù)得： 相應(yīng)的雷諾數(shù) Re 代入數(shù)據(jù)得： 3.2 行進阻力計算 3.2.1 公式的確定 根據(jù)弗魯?shù)聰?shù)可以判斷，水草收割機為慢速船，因此在阻力的計算中，只考慮粘性阻力和興波阻力兩項，其它可忽略不計。 其公式為： 總阻力為： 式中： sk 粘性阻力系數(shù)； w 興波阻力系數(shù) 在總阻力中只有粘性阻力系數(shù)、興波阻力系數(shù)未知，其它各參數(shù)已確定；從而只需確定這兩項。 3.2.2 粘性阻力系數(shù)的計算 式中： k 比例系數(shù) k 比例修正系數(shù) f0 摩擦阻力系數(shù) 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計） 6 f 阻力修正系數(shù) k 附加阻力修正系數(shù) 1)比例系數(shù) k、比例修正系數(shù) k的確定 根據(jù)船型特點： k =1.3、 k =0 2)摩擦阻力系數(shù) f0的確定 故： 3)阻力修正系數(shù) f的確定 由資料可知， f = (0 4 0 7) 10-3 4)附加阻力修正系數(shù) k的確定 為了船的穩(wěn)定性良好，一般 k取 =(0 1 0 2) 10-3 f、 k均取大值，代入公式得： sk1 = (1.3 0) (3.978 10-3+0.7 10-3)+0.2 10-3= 6.25 10-3 sk2 =(1.3 0) (3.353 10-3+0.7 10-3)+0.2 10-3= 5.46 10-3 3.2.3 興波阻力系數(shù)的計算 其中 w根據(jù)圖可知： w1 = 0.04 10-3； w2 = 0.95 10-3 代入數(shù)據(jù)得： w1 = 0.04 10-3 = 0.1 10-3 w2 = 0.95 10-3 = 2.43 10-3 R1 = Rsk1 + Rw1 =（ 6.25 10-3+0.1 10-3） 10.3 = 10.1 N 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 R2 = Rsk2 + Rw2 =（ 5.46 10-3+2.43 10-3） 9.7 = 78.4 N 考慮到淺水對阻力的影響，選取層流系數(shù) Q=1.6，修正后的阻力為： R1 = (1+Q) R1 = (1+1.6) 10.1 = 26.3 N R2 = (1+Q) R2 = (1+1.6) 78.4 = 204 N 3.2.4 輸送帶阻力的計算 由于輸送帶在工作時一部分是在水中，在行進中會產(chǎn)生行進阻力。假設(shè)輸送帶為一個平板在水中運動，切割架寬 1.2m，割深 0.8m，即相當于收割機必須克服一塊面積為a-1.2 0.8 m2 的平板所產(chǎn)生的阻力。由基爾霍夫理論，輸送帶產(chǎn)生的阻力可由以 下公式計算： 式中： a 物體垂直于運動方向的截面積， a = 1.2 0.8 = 0.96 m2； c 阻力系數(shù)，查得 c = 1.12； 輸送帶阻力只有在收割水草時產(chǎn)生，所以 V = V1 = 0.556 m/s 代入公式得： Rx = 166.19 N 考慮水草的附加阻力 Rf = Rx則前輸送帶阻力： R = Rf + Rx = 332.38 N。 當進行水草收割作業(yè)時，水草收割機總阻力 R1 = 332.38 + 26.3 = 358.68 N；航行時總阻力 R2 = 204 N。 3.3 明輪推進力分析 明輪推進力 P=Gp n2 D2 Fp，其中： Gp 推進力系數(shù)， 查得 Gp = 5.5； Fp 明輪的水力作用面積， Fp=2 Bk Tk ， Bk = 0.5 m ，最大入水深度 Tk = 0.326m； n 明輪工作轉(zhuǎn)速， n = 0.6 rpm/s；計算得明輪總推進力 P = 854 N ， P R0 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計） 8 3.4 明輪偏心率的確定 平面四桿機構(gòu)設(shè)計是否合理，將直接影響明輪滑水效率?，F(xiàn)從收割機整體結(jié)構(gòu)要求出發(fā)，采用解析法來討論這一問題。 根據(jù)船體結(jié)構(gòu)要求，明輪軸線安裝高度為 0.214 m，水線至船面 0 15 m，故采用圖1b 所示機構(gòu)，連桿長 l = 0.07 m，蹼板為 0.46 0.23 m2，蹼板的數(shù)量一般由明輪直徑和轉(zhuǎn)速大小來確定，因該明輪用于中低轉(zhuǎn)速，直徑較小，故取 7葉，相應(yīng)的在一個明輪上要出現(xiàn) 7組四桿機構(gòu)，這里只需分析一組。如圖 2所示建立 DXY 坐標系，并將各桿 作為桿矢量，則： （ 1） 將（ 1）式中各矢量向 x、 y軸投影得： E+R cos 1+ lcos 2 = R cos 3 （ 2） R sin 1+ lsin 2 = R sin 3 （ 3） 其中 E 是偏心軸軸心與明輪驅(qū)動軸軸心的距離，從 (2)、 (3)式中消去 3并整理得： （ 4） 設(shè)蹼板入水角為 1，出水角為 2，因為蹼板垂直于連桿，所以式 (4)間接給出了機架即偏心距 E 與 1、 2 的函數(shù)關(guān)系。在機構(gòu)運動過程中，傳動角 r 的大小是變化的。最小傳動角將出現(xiàn)在主動桿與機 架共線的兩個位置之一 (見圖 2)，即： （ 5） （ 6） （ 7） 通常為保證機構(gòu)的傳動性良好，設(shè)計時應(yīng)使 rmin 40。 ，有些尺寸較小的機構(gòu)允許小些，只要不發(fā)生自鎖即可。 將 R = 575 mm， l = 70 mm， 1=arcsin(0.364/0.575) = 39.3。 ， 2 = 90。 + 1代入 (4) (7)式，可知： 1)當 E = O.07 m 時， = 90。 ， rmin = O。 ，此時機構(gòu)為平行四桿機構(gòu)，蹼板垂直入、出水面，不發(fā)生濺水，明輪的推進效果最好。至于死點，不會出現(xiàn)兩組機構(gòu)同時處于死點位置。但這種機構(gòu)的連桿與搖桿間的相對擺動是在整個圓周上進行的，使得明輪結(jié)構(gòu)，受力狀態(tài)不好，且易出現(xiàn)纏繞。若能解決此問題，則平行四桿機構(gòu)是最優(yōu)設(shè)計； 2)當 E=O 時，屬于定蹼式明輪； 3)當 OEO.07 m 時，為曲柄搖桿機構(gòu)，蹼板傾斜入、出水面，推進效果較平行四桿 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計） 9 圖 2 動蹼式明輪結(jié)構(gòu)示 意圖 機構(gòu)差些，并產(chǎn)生一定的濺水現(xiàn)象，但無死點，此時搖桿可置于連桿之間，使得結(jié)構(gòu)合理，受力狀態(tài)好，無纏繞，故設(shè)計中采用這種方案，設(shè)計時，考慮到 rmin 出現(xiàn)在水面上方位置，明輪直徑又較小，取 rmin 40。 ，從而盡可能使蹼板入、出水角接近 90。，以提高明輪滑水效率。當 E=O.055 m 時， rmin 36。， 1 80。， 2 77。，并且在蹼板出、入水角位置上機構(gòu)的傳動角均高于 40。 。 明輪偏心率 e = E/1， E = O.07 m 時 e=1，蹼板垂直出入水，此時推進效果好，但是結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)不好，而且倒轉(zhuǎn)明輪時 蹼板出水角度不理想。一般 e = 0.60.8 范圍內(nèi)，當取 E = 0.055 m 時 e = O.8。故取偏心距 E=0.055 m。 3.4 明輪尺寸參數(shù)的確定 明輪水草收割機明輪參數(shù)為：明輪直徑 D = 1.25 m ，蹼板寬度 Bk = 0.46 m ，明輪蹼板底部到水面的最大距離 Tk = 0.51 m 。 明輪理論效率 其中： P 明輪推進力； Ve 進速， Ve = Vn（ 1+ e）， Vn = 0.553 m/s ， Ve = 0.578 m/s （ e取 0.04） 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計） 10 Np 輸入功率， Np = 5.49Vn = 3.05 kw 計算得 = 37.6 % 。 圖 6 蹼板簡圖 蹼板采用焊接性能良好的 Q215A 進行加工，其抗拉強度為 b = 335 MPa ，安全系數(shù)為 5，許用應(yīng)力為 = 67 MPa 。 設(shè)計蹼板厚度 b = 0.003m；筋板厚度 jb = 0.004m；筋板長度 Lj = 0.165m；長軸大徑為 dcz = 0.03m；短軸大徑 ddz = 0.03m；長軸小徑 dcx = 0.018m；短軸小徑 ddx=O.018m；其他數(shù)據(jù)圖紙給出。 明輪支撐架的各桿件均為空管，且材料、尺寸相 同。支撐桿采用直縫電焊鋼管 Q235A，抗拉強度 b = 375 MPa ，由于明輪承受交變載荷，并且工作環(huán)境是水與空氣交替的環(huán)境，并且是焊接件，安全系數(shù)取為 5。則許用應(yīng)力 = 75 MPa；明輪支撐架采用內(nèi)徑 14mm，外徑 18mm 的支撐桿。 圖 7支撐架 其他尺寸參照設(shè)計圖紙。 4 明輪軸的設(shè)計 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計） 11 4.1 軸的材料及結(jié)構(gòu) 4.1.1 軸的材料 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。本設(shè)計軸 選用 45 號鋼調(diào)質(zhì)處理。 4.1.2 軸的結(jié)構(gòu) 軸的結(jié)構(gòu)主要決定于以下因素：軸載機器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸連接的方法；載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝性等。由于影響軸的結(jié)構(gòu)的因素較多，且其結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒有標準的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計時，必須針對不同的情況進行具體的分析。但是，不論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)滿足：軸和裝載軸上的零件要有準確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。 4.1.3 軸的支承結(jié)構(gòu) 該機構(gòu)中，軸的支承采用滾動軸承。一般來說，一根軸需要兩 個支點，每個支點可由一個或一個以上的軸承組成。合理的軸承配置應(yīng)考慮軸在機器中有正確的位置、防止軸向竄動以及軸受熱膨脹后不致將軸承卡死等因素。常用的軸承配置方法有雙支點各單向固定、一支點雙向固定，另一端支點游動、兩端游動支承三種。 其中雙支點各單向固定方式常用兩個反向安裝的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，兩個軸承各限制絲杠在一個方向的軸向移動；一支點雙向固定，另一端支點游動方式常用在工作溫度較高，跨度較大的場合，作為固定支承的軸承應(yīng)能承受雙向軸向載荷，故內(nèi)外圈都要固定。當軸向載荷較大時，作為固定端的支點可以采用向心 軸承和推力軸承組合在一起的結(jié)構(gòu)，也可以采用兩個角接觸球軸承（或圓錐滾子軸承）“背對背”或“面對面”組合的結(jié)構(gòu)；兩端游動方式常用在人字形齒輪的裝配中。 4.2 軸的設(shè)計與校核 軸的設(shè)計計算 （在以下軸的計算中如無特殊說明，所查閱公示、表格、圖等均出自濮良貴、紀名剛主編機械設(shè)計第八版） （ 1）求軸上的功率 P，轉(zhuǎn)速 n 和轉(zhuǎn)矩 T P=Np =1.15kw 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計） 12 n = 0.15 r/s T=9549=4809.61N m （ 2）求作用明輪的力 已知明輪的直徑： D=1250mm 明輪推進力： F 輪 =P/2=427N （ 3）初步確定軸的最小值 先按式（ 15-2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。 根據(jù)表 15-3，取 1100 A，于是得 d min = =14.59mm （ 4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 擬定軸上零件的裝配方案 現(xiàn)采用如下 圖 4-1 所示的裝配方案。 圖 4-1 軸裝配方案 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 為了滿足明輪的軸向定位要求， III 軸端右端需制造出一軸肩，故取 IIIII 段的直徑 mmd 25IIIII ，取 IV-V 段的直徑 mm25VIV d； 根據(jù)定位條件， IVIII 段的直徑 mmd 30IVIII 。 根據(jù)明輪寬度取 L - =570mm。 根據(jù)零部件的裝配位置，取 L - =30mm， L - = 200mm， L - =84mm 初步選擇滾動軸承。 因為軸承主要承受徑向力的作用，故選用深溝球軸承。由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0基本游隙組、標準精度級的深溝球軸承 6205，其尺寸為 mmmmmmBDd 155225 。 軸承兩端均采用軸肩定位，并用軸承座固定。 軸上零件的周向定位 明輪與軸的軸向定位采用花鍵連接。 滾動軸承與軸的軸向定位是由過度配合來保證的。 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計） 13 確定軸上的圓角與倒角尺寸 參考表 15-2，取軸端倒角為 0451 。 （ 5）求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計算簡圖。在確定軸承的支點位置時，應(yīng)從手冊中查取a 值（參看圖 15-23）。對于 6205 深溝球軸承，查 GB276-89 知 mma 5.7 。 根據(jù)軸的計算簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖。如下圖 4-2所示： 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面 D是軸的危險截面。現(xiàn)將計算出的截面處的 HM 、VM及 M 的值如下： 彎矩： mmNM 05.7 19 5 4H1 ； mmNM 12.8 6 1 1 7V1 mmNM 18.65629H2 ； mmNM 29.41244V2 mmNM 42.1 2 3 2 3 6N H 3 ； mmNM 29.41244V2 總彎矩： mmNM 96.1 1 2 2 2 012.8 6 1 1 705.7 1 9 5 4 221 mmNM 10.7751329.4124418.65629 222 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計） 14 mmNM 1 2 6 3 1 134.2 7 6 9 942.1 2 3 2 3 6 223 扭矩： mmNT 439301 mmNT 219652 （ 6）按照彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面）的強度。根據(jù)式（ 15-5）及上面的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取 6.0 ，軸的計算應(yīng)力 MPW TM 28.61251.0 )219656.0(126311)( 3 222223ca 前已確定軸的材料為 40 rC ，調(diào)質(zhì)處理，由表 15-1 查的 MP70 1 。因此 ca 1 ，故安全。 4.2 軸承的設(shè)計與校核 查 GB297-84 選擇深溝球軸承 6205，其基本額定動載荷 NC 10800 ，基本額定靜載荷 NC 69500 （ 1）求兩軸承受到的徑向載荷 r1F 和 r2F 將軸承部件受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面兩個平面力系。 由前面軸的受力的分析可知： NF 08.1964r1v NF vr 37.3052 NF 35.2744r1H NF 43.1358r2H NFFF 77.337435.274408.1964 222r 1 H2r 1 Vr1 NFFF 33.139243.135837.305 222r 2 H2r 2 Vr2 （ 2）求兩軸承的計算在軸向力a1F和2aF對于深溝球軸承，無派生軸向力，由于軸上沒有軸向力的作用，所以兩軸承 的計算軸向力a1F和2aF為零。 （ 3）求軸承的當量動載荷 1P 和 2P 因為 0r2a2r1a1 FFFF 由表 13-5 查的徑向載荷分布系數(shù)和軸向載荷分布系數(shù)為 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計） 15 對軸承 1 0,111 YX對軸承 2 0,122 YX因運轉(zhuǎn)過程中有中等沖擊載荷，按表 13-6 8.12.1p f,取pf=1.5。則 NNFYFXfP 16.5 0 6 2077.3 3 7 415.1a11r11p1 ）（）（ NNFYFXfP 5.2 0 8 8033.1 3 9 215.1r22r22p2 ）（）（ （ 4）驗算軸承壽命 因為21 PP，所以按軸承 1的受力大小驗算 h49.8092)16.50621 0 8 00(2060 10)(6010 3616h PCnL經(jīng)檢驗合格 4.2 聯(lián)軸器的選擇 計算聯(lián)軸器所需的轉(zhuǎn)矩： CAT KT 查課本 269 表 17-1取 1.5AK 1 . 5 2 9 4 . 6 4 4 1 . 9CAT K T N m 查手冊 94 頁表 8-7選用型號為 HL6 的彈性柱銷聯(lián)軸器。 5 液壓件及內(nèi)燃機的選擇 5.1 聯(lián)接明輪軸的液壓馬達的選擇 輸入軸的扭矩為 T=4809.61N m，查手冊選用型號為 YLM16-1800 的液壓馬達兩個。參數(shù)如下： 排量 V=1413 ml/r；額定壓力 P1=20Mpa；最高壓力 P2=25Mpa；額定扭矩 T1=5433Nm單位理論扭矩 T2=283Nm；轉(zhuǎn)速范圍 2320r/min。 5.2 聯(lián)接收割機的液壓馬達的選擇 輸入收割機的主軸轉(zhuǎn)速為 738 r/min，查手冊選用型號為 YLM1-63 的液壓馬達。參數(shù)如下： 排量 V=64 ml/r；壓力 P=25Mpa；扭矩 T=225Nm；轉(zhuǎn)速范圍 151500r/min。 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計） 16 5.3 聯(lián)接傳送帶的液壓馬達的選擇 輸入傳送帶的扭矩為 T=198.58N m，查手冊選用型號為 YLM1-63 的液壓馬達。參數(shù)如下： 排量 V=64 ml/r；壓力 P2=25Mpa；扭矩 T=225Nm；轉(zhuǎn)速范圍 151500r/min。 5.4 電動液壓泵站的選擇 根據(jù)需要選擇 PER4560WT-RW電動泵站。流量 2.1L/min，油箱可用油 60L。 5.4 發(fā)電機組的選擇 根據(jù)需要選擇玉柴發(fā)電機組型號 24GF，功率 24KW，電壓 400/230V，電流 43A，配柴油機型號 YC4108D，配發(fā)電機型號 WTW-24-4，長 1800mm 寬 750mm 高 1100mm，凈重 870kg。 6 結(jié) 論 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計） 17 （ 1）明輪部分經(jīng)計算，能夠完成相關(guān)的任務(wù)，設(shè)計比較合理。 （ 2）主要零部件經(jīng)過強度校核滿足強度要求，但是由于回收水草的需要，軸較長，結(jié)構(gòu)不是特別緊湊。 （ 3）所設(shè)計的清除裝置尺寸小，運動靈活，適宜在中小尺度的水域生態(tài)系統(tǒng)中進行水草收割，能夠達到凈化水質(zhì)的作用。 （ 4）本設(shè)計的小型水草收割機船體平穩(wěn)、靈活，驅(qū)動力小，可以大大提高沉水植物的收割速度，有效解決人工收割效率低的問題。 （ 5）由于水平所限，結(jié)構(gòu)設(shè)計難免存在不太合理的地方。 參考文獻 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)論文（設(shè)計） 18 1 秦四成編著 . 工程機械設(shè)計 M. 北京：科學(xué)出版社， 2003. 2 王昌祿編 . 簡明機械設(shè)計 M. 北京：中國農(nóng)業(yè)機械出版社， 1984.6. 3 汪愷主編 . 機械設(shè)計標準應(yīng)用手冊 M. 北京：機械工業(yè)出版社， 1997.8. 4 實用機械設(shè)計手冊編寫組編 實用機械設(shè)計手冊 M北京：機械工業(yè)出版社， 1998. 5 Machinerys handbook : a referenc