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畢 業(yè) 設 計（論 文） 設計(論文)題目： 擺式波浪發(fā)電裝置設計 學生姓名： 學　　號： ?！　I(yè)： 所在學院： 指導教師： 職　　稱： 年 月 日 金陵科技學院學士學位論文 目錄 目 錄 摘 要 III Abstract IV 第1章 緒論 1 1.1課題背景及研究意義 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.2.1 漂浮式波浪能裝置的典型形式 2 1.2.2 固定式波浪能裝置的典型形式 5 1.3 本文主要研究內(nèi)容 7 1.4 設計和研究的內(nèi)容和重點 7 第2章 擺式波浪能發(fā)電裝置方案設計 8 2.1 概述 8 2.2 方案設計 8 2.3 整體方案論證 11 第3章 擺式波浪能發(fā)電裝置的結構設計 12 3.1 漂浮系統(tǒng)的運動計算 12 3.2 主體結構的設計 12 3.3 齒輪傳動設計 12 3.3.1 第一級齒輪傳動設計 12 3.3.2 第二級齒輪傳動設計 14 3.4 軸的校核 16 3.5 鍵的校核 21 3.6 軸承的校核 22 總 結 24 參考文獻 25 致 謝 26 26 金陵科技學院學士學位論文 摘要 擺式波浪發(fā)電裝置設計 摘 要 波浪能轉(zhuǎn)換技術作為一種具有廣闊應用前景的綠色可再生新能源技術，得到 世界諸國越來越多的關注與研究。轉(zhuǎn)換技術的研究主要集中在不同形式轉(zhuǎn)換裝置 的研究與應用上。 　本文簡要介紹了波浪能轉(zhuǎn)換技術的研究背景及現(xiàn)階段國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，深入 分析了各種不同形式的波浪能轉(zhuǎn)換裝置的原理及特性。在此基礎上，提出了一套 新型的波浪能轉(zhuǎn)換裝置的設計方案。通過參考實驗室試驗研究取得的成果、理論 分析與計算以及計算機輔助建模與仿真分析等研究方式，具體開展并完成了以下 幾個方面的研究工作： 提出了一套新型波浪能轉(zhuǎn)換裝置的總體設計方案。確定了裝置“機械—— 液壓系統(tǒng)”的物理模型及 “波浪能——機械能——液壓能——機械能——電能” 的 4 級能量轉(zhuǎn)換路徑。并綜合考慮實際工程應用時的制造、運輸、安裝以及維護 等因素，對方案進行了工程應用可行性改造，形成了“子模塊——總裝置”的方案 形式。 通過研究提出了各種波浪能裝置國外海洋能的特點，這改變機械結構和工作原理，轉(zhuǎn)換效率變化大部分理論或初步設計。通過利用海浪能量的技術是比較新的，對相關設備進行了優(yōu)化設計還是比較小的，類似的研究一直領先意義的優(yōu)化器件的設計。 關鍵詞：擺式發(fā)電裝置，齒輪傳動，波浪能 金陵科技學院學士學位論文 Abstract Tilting Wave Power Plant Design Abstract ?Green wave energy converter technology as having broad application prospects of new renewable energy technologies to give　more and more attention and research world countries. Conversion technology research focused on different forms of conversion means research and application on. ??This paper briefly introduces the background research status of wave energy conversion technology and domestic and international stage, in-depth The principle and characteristics of different forms of wave energy conversion device. On this basis, a set of The new design of wave energy conversion device. By the results of the reference made in laboratory, theory Analysis and Calculation of research methods and computer-aided modeling and simulation analysis, carried out and completed the following specific .Several research work: He proposed a set of new wave energy conversion device of the overall design. Determining the means "Machinery -Hydraulic systems "physical models and" wave energy - mechanical energy - hydraulic energy - mechanical energy - energy "4-level energy conversion path. And considering the practical application when manufacturing, transportation, installation and maintenance.And other factors, the program has been the transformation of engineering feasibility, forming - scheme "sub-module of the total device"form. By studying various proposed ocean wave energy characteristics of foreign energy devices, which change the mechanical structure and working principle, most of the theoretical conversion efficiency changes or preliminary design. Through the use of wave energy technology is relatively new, related equipment optimized design is still relatively small, similar research has been leading the significance of optimizing the device's design. Keywords: Tilting power generation device, gear, wave energy 金陵科技學院學士學位論文 第1章 緒論 第1章 緒論 1.1課題背景及研究意義 20 世紀 70 年代出現(xiàn)的世界石油危機，使得各國政府和人民清醒地認識到能源安全在國民經(jīng)濟和社會發(fā)展中的重要地位。為了解決能源問題，尋找替代的可再生能源日漸成為全球共識。在此背景之下，世界許多國家開始著手對海洋能的研究。地球事實上是一個水球，海洋面積占地球總表面積的比例超過 70%，海洋中儲存著巨大的能量。海水在運動中產(chǎn)生多種可再生的能量，主要包括波浪能、潮汐能、潮流能、海流能、溫差能以及鹽差能等。這些能量統(tǒng)一稱為海洋能，其中又以波浪能為最主要形式。國際能源組織 1994 年公布的報告指出：波浪能如果被充分開發(fā)，最終可提供當前全球電力需求的 10%左右，估計為 20～30 億千瓦。我國海洋能資源十分豐富，可開發(fā)利用量估計達10 億千瓦，其中近海波浪能理論平均功率為 1300 萬千瓦。 波浪能作為一種儲量巨大的清潔可再生能源，早在 18 世紀末，人們就開始著手對其進行研究，但當時的波浪能研究主要集中在波浪能轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)明上。一直到世界石油危機之后，人們才開始認真地研究波浪能的實際利用技術，此后陸續(xù)有多個國家開展了波浪能的利用研究。20 世紀 80 年代以來，世界各國相繼建成了 20 個左右的波浪能轉(zhuǎn)換裝置或電站。對于波浪能轉(zhuǎn)換裝置，目前各國研制的多半是用于航標燈、浮標等電源使用的小型波浪能轉(zhuǎn)換裝置。據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界約有數(shù)千座該類波浪能轉(zhuǎn)換裝置在運轉(zhuǎn)，僅日本就有 1500 多座在使用中，我國也有 500 臺左右該類裝置已投入到實際運行中。目前，波浪能轉(zhuǎn)換裝置理論基本成熟，研究課題主要集中在幾種較佳的方案上，如漂浮式波浪能轉(zhuǎn)換裝置、沿岸固定式波浪能轉(zhuǎn)換裝置、近岸固定式波浪能轉(zhuǎn)換裝置、聚波儲能式波浪能轉(zhuǎn)換裝置、擺式波浪能轉(zhuǎn)換裝置等。 鑒于波浪能利用在成本及其技術方面仍難以和常規(guī)能源相競爭，波浪能轉(zhuǎn)換裝置在當前還不能得到廣泛推廣。但在某些不便利用常規(guī)能源的地區(qū)，如海島和海上設施能源供應，波浪能就顯示出了其特有的優(yōu)越性和生命力。如今能源缺乏已經(jīng)嚴重制約了我國諸多島嶼的經(jīng)濟發(fā)展和國防建設，因此，波浪能的廣泛應用對這些地區(qū)的資源開發(fā)有著重要的現(xiàn)實意義。隨著海洋開發(fā)向縱深發(fā)展，波浪能可為將來的海上工程作業(yè)提供便利的電能，解決離岸用電問題。目前，開發(fā)波浪能的首要任務是依靠海岸工程領域的技術進步以大幅度提高波浪能的利用效率和盡可能的降低工程造價。隨著波浪能利用中某些關鍵技術的逐步解決，波浪能必將在能源結構中占據(jù)重要位置。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 全世界對波浪能利用研究以英國投入最大。英國對利用波浪能研究的重視使其在 20世紀 80 年代初就已成為世界波浪能研究中心。英國于 1990 年及 1994 年分別在蘇格蘭伊斯萊島和奧斯普雷建成 75 千瓦振蕩水柱式波浪能發(fā)電站和 300 千瓦固定式岸基波浪能發(fā)電站。除此之外，英國還致力于原型波浪能發(fā)電機組以及導航浮標波浪能透平發(fā)電機組等的研究，它的波浪能利用技術居世界領先地位，并實現(xiàn)了商業(yè)化。英國波浪能發(fā)電的開發(fā)目標是容量為 2 萬千瓦的發(fā)電裝置，并使它與陸地電網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)，現(xiàn)已經(jīng)完成這個研究項目。 挪威也于 1984 年及 1985 年在卑爾根島上相繼建成了振蕩水柱式和聚波能流式兩座不同形式的岸式波浪能電站。其裝機容量分別為 500 千瓦和 350 千瓦，均取得了良好的經(jīng)濟效益，目前運行狀況良好。在商業(yè)化及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的方向，挪威的岸式波浪能發(fā)電技術已向商品化發(fā)展并打入國際市場，印尼、美國、葡萄牙等國家均與挪威簽訂了相關技術引進協(xié)議。 日本的波浪能利用研究與開發(fā)也十分活躍。其國內(nèi)的數(shù)十家研究與開發(fā)機構既明確分工又互相協(xié)作，取得了一系列非常重要的研究成果。日本重視技術向生產(chǎn)應用的轉(zhuǎn)化，使其在波浪能轉(zhuǎn)換技術實用化方面走在了世界前列。從 20 世紀 80 年代中期至今，日本已建成 4 座岸基固定式和防波堤式波浪能發(fā)電站，單機容量為 40～125 千瓦，目前運行狀況良好。 國內(nèi)有組織的對波浪能轉(zhuǎn)換的研究系自 20 世紀 70 年代開始。1975 年，上海進行了我國波浪能轉(zhuǎn)換裝置的海上首次試驗，但未取得科學上和實用上的收獲。如今，波浪能轉(zhuǎn)換研究已由上海擴展到大連、青島、廣州、南京等地，目前，國內(nèi)許多的研究機構和大學都在進行相關的研究。20 世紀末期，我國開始研制 30 千瓦和 100 千瓦波浪能轉(zhuǎn)換裝置，目前已經(jīng)成功建成發(fā)電站并投入運行。 波浪能轉(zhuǎn)換裝置的形式依照裝置的錨系方式的不同可以分為漂浮式和固定式兩種。 漂浮式波浪能轉(zhuǎn)換裝置的典型形式主要有鴨式波浪能轉(zhuǎn)換裝置、筏式波浪能轉(zhuǎn)換裝置及振蕩浮子式波浪能轉(zhuǎn)換裝置。固定式波能裝置的典型形式主要有振蕩水柱式波浪能轉(zhuǎn)換裝置、聚波式波浪能轉(zhuǎn)換裝置及擺式波浪能轉(zhuǎn)換裝置。下面分別對這些典型波浪能轉(zhuǎn)換裝置形式進行介紹。 1.2.1 漂浮式波浪能裝置的典型形式 1)鴨式波浪能轉(zhuǎn)換裝置 英國Salter教授于 1974 年開發(fā)出鴨式波浪能轉(zhuǎn)換裝置，該裝置對二維正弦波的轉(zhuǎn)換效率接近 90%。如圖 1-1 所示，入射波的運動使動壓力可有效推動鴨身繞軸旋轉(zhuǎn)，此外，靜壓力的改變也使接近鴨嘴的浮體做升降運動。由于兩種壓力產(chǎn)生的運動是同相位的，鴨式能夠?qū)幽芎臀荒芡瑫r通過液壓裝置轉(zhuǎn)化出去，然后再轉(zhuǎn)換為電能。 圖 1-1 鴨式波浪能轉(zhuǎn)換裝置原理示意圖 在設計鴨式波浪能轉(zhuǎn)換裝置時，如果將鴨的質(zhì)量重心位置設計成可調(diào)的，就可以使其固有周期與波浪周期相匹配，從而最大程度地利用波浪能。研究結果表明，理想運行條件下，鴨式裝置效率接近 90%；但在不規(guī)則波作用下系統(tǒng)效率則要低很多。鴨式裝置雖然是一種有效的波能轉(zhuǎn)換裝置，但它存在嚴重的不足：裝置可靠性差，在惡劣的海洋環(huán)境下極易損壞。所以鴨式裝置沒有得到廣泛推廣。 2)筏式波浪能轉(zhuǎn)換裝置 Cockerell教授和Haren教授同時提出了采用筏式裝置作為波浪能轉(zhuǎn)換裝置的方法。如圖 1-2 所示，筏通過鉸鏈相互鉸接在一起，能量轉(zhuǎn)換裝置置于每一鉸鏈處，波浪運動引起筏產(chǎn)生沿鉸接的轉(zhuǎn)動，從而反復壓縮液壓活塞以輸出機械能。三聯(lián)筏裝置是最簡單的一種筏式波浪能轉(zhuǎn)換裝置，研究人員對該裝置作了較廣泛的理論和試驗研究。與鴨式裝置運行特性相似，當系統(tǒng)固有頻率與波浪頻率一致時，其輸出效率最高。此外當筏式裝置在三維波中運行時，其效率有望超過 100%。這是由于當入射波浪的頻率接近系統(tǒng)的固有頻率時，入射波和輻射波之間的相互作用在筏附近的波浪產(chǎn)生了聚集效應。 圖 1-2 筏式波浪能轉(zhuǎn)換裝置原理示意圖 筏式波浪能裝置轉(zhuǎn)換的問題主要有兩個：一是筏的實體尺寸過大，尤其是在波浪能密度較小的區(qū)域，所需的筏式系統(tǒng)表面積將更加龐大；另一是在惡劣的海洋環(huán)境下如何系泊的問題，對于如此大的筏式系統(tǒng)，系泊問題將是最為嚴峻的考驗。因此，盡管筏式波浪能裝置的轉(zhuǎn)換效率較高，但由于系泊困難及筏費用過高，致使筏式波浪能轉(zhuǎn)換裝置的實用性顯著降低。 3)振蕩浮子式波浪能轉(zhuǎn)換裝置 如圖 1-3 所示，振蕩浮子式波浪能轉(zhuǎn)換裝置利用一個放置在波浪中的浮子作為裝置的吸能機構，然后將浮子所吸收的能量通過一個放在岸上的機械裝置或液壓裝置轉(zhuǎn)換出去，以驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。該裝置由浮子、傳動機構、發(fā)電機以及保護機構等幾部分構成。振蕩浮子式波浪能轉(zhuǎn)換裝置從原理上來看是利用附體的運動發(fā)電，與鴨式轉(zhuǎn)換裝置、筏式轉(zhuǎn)換裝置相類似。 圖 1-3 振蕩浮子式波浪能轉(zhuǎn)換裝置原理示意圖 目前，日本和美國的研究人員已研制出了幾種利用浮子相對于固定或浮動參照點的運動來發(fā)電的波浪能轉(zhuǎn)換裝置。我國的中國科學院廣州能源研究所也研制了一種該類型的發(fā)電裝置——振蕩浮子式岸基波浪能轉(zhuǎn)換裝置，并已對這種形式的轉(zhuǎn)換裝置進行相關物理模型試驗研究。 1.2.2 固定式波浪能裝置的典型形式 1)振蕩水柱式波浪能轉(zhuǎn)換裝置 振蕩水柱式波浪能轉(zhuǎn)換裝置主要由前港、氣室、透平機及發(fā)電機等部分組成，如圖1-4 所示。在波浪作用下，氣室內(nèi)的水柱產(chǎn)生振蕩，壓縮其上方的氣體往復通過透平機，將波浪能轉(zhuǎn)換變成透平機的機械能，從而驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。 該裝置可以依靠共振來加強波浪水柱的運動。氣室內(nèi)的水柱在波浪的作用下上下往復運動時本身有一個固有頻率，當波浪的頻率與氣室內(nèi)水柱的固有頻率相近時，系統(tǒng)將產(chǎn)生共振，從而加大氣室內(nèi)水柱的振幅。研究發(fā)現(xiàn)，當裝置處于共振狀態(tài)時，波浪與氣室內(nèi)水柱的聯(lián)合作用使得物體在波浪前進方向的波高增加，而裝置背部的波高則會減小，從而增加了波浪能轉(zhuǎn)換裝置的能量轉(zhuǎn)換效率。 圖 1-4 振蕩水柱式波浪能轉(zhuǎn)換裝置原理示意圖 振蕩水柱式波浪能轉(zhuǎn)換裝置的優(yōu)點有：透平機等相對脆弱的機械部分不與波浪接觸，只與往復流動的氣體接觸。因此，相對比與波浪直接接觸的直接式波浪能轉(zhuǎn)換裝置的抗惡劣氣候性能較好，故障率較低。裝置的缺點有：建造費用貴、轉(zhuǎn)換效率低，裝置將波浪能轉(zhuǎn)換為電能的效率只有 10%～30%。 2)聚波式波浪能轉(zhuǎn)換裝置 聚波式波浪能轉(zhuǎn)換裝置是一種基于聚波理論的波浪能轉(zhuǎn)換裝置。如圖 1-5 所示，聚波式波浪能裝置是由一個比海平面高的高位水庫和一個聚波的聚波波道構成。聚波波道是兩道用鋼筋混凝土筑成的對數(shù)螺旋正交曲面，從海洋中延伸到高位水庫里，兩道聚波曲面在高位水庫內(nèi)相接。當波浪進入聚波波道時，由于聚波波道的聚波作用，使波浪的波高增大，使海水越過鋼筋混凝土墻進入高位水庫中，水庫里的水通過一個低水位的水輪發(fā)電機發(fā)電。 圖 1-5 聚波式波浪能轉(zhuǎn)換裝置原理示意圖 聚波式波浪能轉(zhuǎn)換裝置的優(yōu)點是：因在波浪能轉(zhuǎn)換中沒有活動部件參與，故可靠性好、維護費用低、輸出較穩(wěn)定且能量轉(zhuǎn)換效率較高——其轉(zhuǎn)換效率在 65%～75%之間。裝置的缺點是對海洋地形的要求極高，在實際工程應用中不容易廣泛推廣。 3)擺式波浪能轉(zhuǎn)換裝置 擺式波浪能轉(zhuǎn)換裝置原理是利用裝置的擺式機構將波浪能轉(zhuǎn)換成機械能或勢能，從而直接對外做功或轉(zhuǎn)換為電能。如圖 1-6 所示，該裝置由擺子機構、轉(zhuǎn)換機構以及發(fā)配電機構三個部分組成。擺子機構是實現(xiàn)波浪能轉(zhuǎn)換為機械能過程的機構，轉(zhuǎn)換機構是實現(xiàn)機械能轉(zhuǎn)換為電能過程的機構，發(fā)配電機構是實現(xiàn)電能傳輸過程的機構。其中擺子機構是轉(zhuǎn)換裝置的關鍵所在，水動力的實驗研究以及能量轉(zhuǎn)換效率提高的研究是研究工作的重點。 圖 1-6 擺式波浪能轉(zhuǎn)換裝置原理示意圖 擺式波浪能轉(zhuǎn)換裝置較其他類型的裝置有許多優(yōu)勢：裝置的成本較低，結構簡單，能夠較好地適應惡劣的海洋環(huán)境，波浪能轉(zhuǎn)換效率較高。裝置的缺點是：與振蕩水柱式裝置相比，轉(zhuǎn)換效率受擺板后去流段長度的影響較大，較不穩(wěn)定。 1.3 本文主要研究內(nèi)容 本文的研究是針對波浪能轉(zhuǎn)換裝置的設計與仿真研究工作來開展的。通過深入研究波浪能轉(zhuǎn)換技術的發(fā)展現(xiàn)狀及波浪能轉(zhuǎn)換裝置的原理，并借助于計算機輔助設計與仿真分析，完成一套新型的波浪能轉(zhuǎn)換裝置的設計和仿真研究工作。通過本課題的研究工作，可以為后續(xù)進行的實際工程施工應用研究及進一步深入優(yōu)化研究工作提供非常有價值的材料。 因此，本課題擬從以下方面來進行研究： 提出一套新型波浪能轉(zhuǎn)換裝置的總體設計方案。進一步確定裝置的物理模型及能量轉(zhuǎn)換路徑，并綜合考慮實際工程應用時的制造、運輸、安裝以及維護等因素，對方案進行工程應用可行性改造。 1.4 設計和研究的內(nèi)容和重點 本論文主要研究的是點頭鴨波浪能發(fā)電裝置的波能采集以及能量轉(zhuǎn)化裝置，總體結構的設計，并對零件進行分析驗證。 本文包含： ①波能采集器的設計 ②能量轉(zhuǎn)化裝置，即把擺式往復運動轉(zhuǎn)化為單向旋轉(zhuǎn)運動 ③傳動裝置，把單向旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)過加速后傳到發(fā)電機 ④整體框架的設計與固定 ⑤各零部件的受力分析與校核 金陵科技學院學士學位論文 　　　第2章 擺式波浪能發(fā)電裝置方案設計 第2章 擺式波浪能發(fā)電裝置方案設計 2.1 概述 擺式波浪能發(fā)電裝置是三大商業(yè)應用波浪能發(fā)電裝置之一，其主體是隨著波浪擺動的擺體，擺體是擺式裝置的一級能量轉(zhuǎn)換機構。在波浪的作用下，擺體作左右擺動,將波浪能轉(zhuǎn)換成擺體的動能。與擺體相聯(lián)的通常是一套液壓裝置，它將擺體的動能轉(zhuǎn)換成液壓裝置的動能，再帶動發(fā)電機發(fā)電。擺體的運動很適合波浪大推力和低頻的特性，因此擺式裝置的轉(zhuǎn)換效率較高,但機械和液壓機構的維護較為困難。擺式裝置的另一優(yōu)點是可以方便地與相位控制技術相結合，相位控制技術可以使波浪能裝置吸收迎波寬度以外的波浪能，從而大大提高裝置的效率。 本課題技術要求： 一般說來，一級能量轉(zhuǎn)換裝置直接與波浪相互作用，將波浪能轉(zhuǎn)換成裝置的動能、或水的位能或中間介質(zhì)如液壓油等的壓力能等；二級能量轉(zhuǎn)換裝置將一級能量轉(zhuǎn)換所得到的能量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)機械的動能，如水力透平、空氣透平及液壓馬達等；三級能量轉(zhuǎn)換將旋轉(zhuǎn)機械的動能通過發(fā)電機轉(zhuǎn)換成電能。由此三級能量轉(zhuǎn)換裝置完成了從波浪能到電能的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了波浪能發(fā)電。 本課題研究的工作要求： 擺式波浪發(fā)電裝置，其特征在于：該擺式波浪發(fā)電裝置包含一個主體框架、多個成列的單向驅(qū)動單元、多個分別連接所述單向驅(qū)動單元的擺動單元、多個分別連接所述擺動單元的浮體單元、多個分別連接所述單向驅(qū)動單元的均勻轉(zhuǎn)速單元、一個傳動軸、一個變速單元，及一個發(fā)電機；該主體框架包括一個延伸入水中的舵板；每一個單向驅(qū)動單元設置于該主體框架上，并包括一個輸入齒輪、一個輸出轉(zhuǎn)軸，及一個連接于該輸入齒輪與輸出轉(zhuǎn)軸之間的齒輪傳動組，該輸入齒輪的順時針與逆時針旋轉(zhuǎn)都能經(jīng)由該齒輪傳動組驅(qū)動該輸出轉(zhuǎn)軸朝固定方向旋轉(zhuǎn)；每一個擺動單元連動該輸入齒輪；每一個浮體單元包括兩個分別連接該擺動單元的浮體，所述浮體因波浪而交互浮沈，能使該擺動單元連動該輸入齒輪朝順時針與逆時針方向交互旋轉(zhuǎn)；每一個均勻轉(zhuǎn)速單元與其中一個輸出轉(zhuǎn)軸連接，所述均勻轉(zhuǎn)速單元經(jīng)由該傳動軸連動該變速單元；該發(fā)電機設置于該主體框架上并接收該變速單元的旋轉(zhuǎn)動能產(chǎn)生電能。 2.2 方案設計 為更進一步闡述本發(fā)明為達成預定發(fā)明目的所采取的技術手段及功效，以下結合 附圖及較桂實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的擺式波浪發(fā)電裝置其具體實施方式、結構、特征及其功效，詳細說明如后。 有關本發(fā)明的前述及其他技術內(nèi)容、特點及功效，在以下配合參考圖式的較桂實施例的詳細說明中將可清楚的呈現(xiàn)。為了方便說明，在以下的實施例中，相同的元件以相同的編號表示。 下面結合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細說明： 如圖2.1 、圖2.2，圖2.3 所示，本發(fā)明擺式波浪發(fā)電裝置200 的第一較桂實施例包含一個主體框架20 、一個單向驅(qū)動單元30 、一個均勻轉(zhuǎn)速單元80 、一個變速單元40 、一個擺動單元50 、一個浮體單元60 ，及一個發(fā)電機70 。 該主體框架20 包括多個相間陽地沿一長方向X 延伸的第一杠條21 、多個相間陽地沿一垂直于該長方向X 的橫方向Y 延伸且連接所述第一杠條21 的第二杠條22 、兩個分別設置于所述第一杠條21 末端的舵板23 ，及一個矗立于所述第一杠條21 間的支撐架24. 圖2.1 是說明該第一較桂實施例中，一個單向驅(qū)動單元、一個均勻轉(zhuǎn)速單元、一個致動擺臂及一個發(fā)電機的連接結構的立體圖。 圖2.1　發(fā)電機連接結構的立體圖 圖中， 30-單向驅(qū)動單元；31-輸入轉(zhuǎn)軸；32-輸出轉(zhuǎn)軸；33-齒輪傳動組； 40-變速單元；51-致動擺臂；52-左連動臂；53-右連動臂；70-該發(fā)電機；80-均勻轉(zhuǎn)速單元84-輸出齒輪；330-輸入齒輪；331-第一齒輪；332-第二齒輪；333-第三齒輪；334-第四齒輪。 圖2.2 是說明該第一較桂實施例中，該單向驅(qū)動單元、該致動擺臂、一個輸入轉(zhuǎn)軸，及一個輸出轉(zhuǎn)軸的連接結構的側視圖。 圖2.2　連接結構的側視圖 圖中，30-單向驅(qū)動單元；31-輸入轉(zhuǎn)軸；32-輸出轉(zhuǎn)軸；33-齒輪傳動組； 40-變速單元；51-致動擺臂；52-左連動臂；70-該發(fā)電機；80-均勻轉(zhuǎn)速單元；81-接塊；82-第二連接塊；83-彈性元件；84-輸出齒輪；330-輸入齒輪；331-第一齒輪；332-第二齒輪；333-第三齒輪；334-第四齒輪。 圖2.3 是說明該第一較桂實施例的使用情形的示意圖。 圖2.3　使用情形的示意圖 圖中，20-主體框架；20-主體框架；50-擺動單元； 51-致動擺臂；52-左連動臂；53-右連動臂；54-兩個輔助擺臂； 55-擺動桿；61-浮體；70-發(fā)電機；330-輸入齒輪。 2.3 整體方案論證 根據(jù)以往的研究成果可以在波浪能裝置的研究現(xiàn)狀和發(fā)展中找到都不是很成熟，很多缺點，如收縮通道式發(fā)電裝置，轉(zhuǎn)換效率低，并在海邊占用空間大，無沖擊漂浮電力傳輸推廣;岸式波力意味著更高的環(huán)保要求等。該方案采用純吸收機械建設和波浪能，轉(zhuǎn)換效率高，占地面積小，維護方便，便于電力傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換，使高價值的研究。 金陵科技學院學士學位論文 　　第3章 擺式波浪能發(fā)電裝置的結構設計 第3章 擺式波浪能發(fā)電裝置的結構設計 3.1 漂浮系統(tǒng)的運動計算 設計流程： 根據(jù)一個工作環(huán)境是浮在海面上，鹽水腐蝕性，耐腐蝕性強的塑料材料，韌性好，適合于制造浮動儲存空間。 3.2 主體結構的設計 擺式波浪能發(fā)電裝置主要通過齒輪傳動機構來實現(xiàn)發(fā)電的，把擺式的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)辇X輪傳動，然后傳動到發(fā)電機上面去。 3.3 齒輪傳動設計 應盡量使相嚙合齒輪的齒數(shù)之間沒有公約數(shù)，以便使齒輪在使用過程中各齒之間都能相互嚙合，以加速磨合，模數(shù)。 3.3.1 第一級齒輪傳動設計 a) 選材料、確定初步參數(shù) 1) 選材料 小齒輪：40Cr鋼調(diào)制，平均取齒面硬度為260HBS 大齒輪：45鋼調(diào)制，平均取齒面硬度為260HBS 2) 初選齒數(shù) 小齒輪的齒數(shù)為Z1=20， 則大齒輪的齒數(shù)為Z2=20×2.1=42 3) 齒數(shù)比即為傳動比 4) 選擇尺寬系數(shù)ψd和傳動精度等級情況，參照《機械設計手冊》并根據(jù)以前學過的知識選取 ψd=0.6 小齒輪直徑d1=60mm，則小齒輪的尺寬為b=ψd× d1=0.6×60=20mm 5) 齒輪圓周速度為： 參照《機械設計手冊》選精度等級為9級。 6) 計算小齒輪轉(zhuǎn)矩T1 7) 確定重合度系數(shù)Zε、Yε：由公式可知重合度為 則由手冊中相應公式可知： 8) 確定載荷系數(shù) KH 、KF 確定使用系數(shù) KA：查閱《機械設計手冊》選取使用系數(shù)為KA=1.85 確定動載系數(shù)Kv：查閱《機械設計手冊》選取動載系數(shù)Kv=1.10 確定齒間載荷分布系數(shù)KHa、KFa： 則 載荷系數(shù)KH、KF 的確定，由公式可知 b) 齒面疲勞強度計算 1) 確定許用應力[σH] ① 總工作時間th，假設該切斷機的壽命為10年，每年工作300天，每天工作8個小時，則： ② 應力循環(huán)次數(shù) N1、N2 ③ 壽命系數(shù) Zn1、Zn2 ，查閱相關《機械設計手冊》選取Zn1=1.0、Zn2=1.15 ④ 接觸疲勞極限?。害襤lim1=720MPa、σhlim2=580MPa ⑤ 安全系數(shù)?。篠h=1.0 ⑥ 許用應力 [σh1]、[σh2] 2) 彈性系數(shù)ZE 查閱《機械設計手冊》可選取 3) 節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH查閱《機械設計手冊》可選取ZH=2.5 4) 求所需小齒輪直徑d1 與初估大小基本相符。 5）分度圓直徑d1,d2 6）確定尺寬：取大齒輪尺寬為 b1=20mm 小齒輪尺寬取 b2=20mm 3.3.2 第二級齒輪傳動設計 a) 選材料、確定初步參數(shù) 1) 選材料 小齒輪：40Cr鋼調(diào)制，平均取齒面硬度為260HBS 大齒輪：45鋼調(diào)制，平均取齒面硬度為260HBS 2) 初選齒數(shù) 取小齒輪的齒數(shù)為18，則大齒輪的齒數(shù)為18×2.22=40 3) 齒數(shù)比即為傳動比 4) 選擇尺寬系數(shù)ψd和傳動精度等級情況，參照《機械設計手冊》并根據(jù)以前學過的知識選取 ψd=2/3 初估小齒輪直徑d1=54mm，則小齒輪的尺寬為b=ψd× d1=2/3×39=26mm 齒輪圓周速度為： 參照手冊選精度等級為9級。 5) 計算小齒輪轉(zhuǎn)矩T1 6) 確定重合度系數(shù)Zε、Yε：由公式可知重合度為 則由手冊中相應公式可知： 7) 確定載荷系數(shù) KH 、KF 確定使用系數(shù) KA：查閱《機械設計手冊》選取使用系數(shù)為KA=1.85 確定動載系數(shù)Kv：查閱《機械設計手冊》選取動載系數(shù)Kv=1.0 確定齒間載荷分布系數(shù)KHa、KFa： 則 載荷系數(shù)KH、KF 的確定，由公式可知 c) 齒面疲勞強度計算 1) 確定許用應力[σH] ①總工作時間th，假設該彎曲機的壽命為10年，每年工作300天，每天工作8個小時，則： ②應力循環(huán)次數(shù) N1、N2 ③壽命系數(shù) Zn1、Zn2 ，查閱《機械設計手冊》選取Zn1=1.33、Zn2=1.48 ④接觸疲勞極限?。害襤lim1=760MPa、σhlim2=760MPa ⑤安全系數(shù)?。篠h=1 ⑥許用應力 [σh1]、[σh2] 2) 彈性系數(shù)ZE 查閱《機械設計手冊》可選取 3) 節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH查閱《機械設計手冊》可選取ZH=2.5 4) 求所需小齒輪直徑d1 與初估大小基本相符。 5）分度圓直徑d1,d2 6)確定尺寬：取大齒輪尺寬為 b1=39×2/3=26mm 小齒輪尺寬取 b2=26mm 3.4 軸的校核 3.4.1 一軸的校核 軸直徑的設計式 取d=30 軸的剛度計算 a) 按當量彎矩法校核 1) 設計軸系結構，確定軸的受力簡圖、彎矩圖、合成彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖和當量彎矩圖。 圖3.2 軸的受力轉(zhuǎn)矩彎矩圖 2）求作用在軸上的力如表3.1，作圖如圖3.2c 表3.1 作用在軸上的力 垂直面（Fv） 水平面（Fh） 軸承1 F2=12N F4=891N 齒輪 2 =N 軸承3 F1=476N F3=1570N 帶輪4 1056N 3） 求作用在軸上的彎矩如表3.2，作出彎矩圖如圖3.2d、圖3.2e 表3.2 作用在軸上的彎矩 垂直面（Mv） 水平面（Mh） Ⅰ截面 N.mm 合成彎矩 Ⅱ截面 合成彎矩 4）作出轉(zhuǎn)彎矩圖如圖3.2f 5）作出當量彎矩圖如圖3.2g，并確定可能的危險截面Ⅰ、Ⅱ如圖3.2a。并算出危險截面的彎矩如表3.3。 表3.3截面的彎矩 Ⅰ截面 Ⅱ截面 6）確定許用應力 已知軸材料為45鋼調(diào)質(zhì)，查表得=650MPa。用插入法查表得=102.5MPa，=60MPa。 7）校核軸徑如表3.4 表3.4 驗算軸徑 Ⅰ截面 Ⅱ截面 結論：按當量彎矩法校核，軸的強度足夠。 b) 軸的剛度計算 所以軸的剛度足夠 求作用在軸上的力如表3.5，并作圖如圖3-3c 表3.5 作用在軸上的力 垂直面（Fv） 水平面（Fh） 1 F3=1627N F1=8362N =2381N 2 F4=754N F3=12619N 軸 21848N 2）計算出彎矩如表6，并作圖如圖3.3d、圖3.3e 表3.6 軸上的彎矩 垂直面（Mv） 水平面（Mh） Ⅰ截面 N.mm 合成彎矩 Ⅱ截面 合成彎矩 3）作出轉(zhuǎn)彎矩圖如圖3.2f 4）作出當量彎矩圖如圖3.2g，并確定可能的危險截面Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的彎矩 如表3.7 表3.7危險截面的彎矩 Ⅰ截面 Ⅱ截面 6）確定許用應力 已知軸材料為45鋼調(diào)質(zhì)，查表得=650MPa。用插入法查表得=102.5MPa，=60MPa 7）校核軸徑如表3.8 表3.8 校核軸徑 Ⅰ截面 Ⅱ截面 結論：按當量彎矩法校核，軸的強度足夠。 b) 軸的剛度計算 所以軸的剛度足夠 附：軸二與軸三的校核與軸一相同。取軸二的直徑為35，軸三的直徑為30. 經(jīng)檢驗，合格。 3.5 鍵的校核 平鍵的強度校核. a) 鍵的選擇 鍵的類型應根據(jù)鍵聯(lián)接的結構使用要求和工作狀況來選擇。選擇時應考慮傳遞轉(zhuǎn)拒的大小，聯(lián)接的對中性要求，是否要求軸向固定，聯(lián)接于軸上的零件是否需要沿軸滑動及滑動距離長短，以及鍵在軸上的位置等。鍵的主要尺寸為其橫截面尺寸(鍵寬b 鍵高h)與長度L。鍵的橫截面尺寸b×h 依軸的直徑d由標準中選取。鍵的長度L一般可按輪轂的長度選定，即鍵長略短于輪轂長度，并應符合標準規(guī)定的長度系列。 故根據(jù)以上所提出的以及該機工作時的要求，故選用A型普通平鍵。 由《機械設計手冊》查得： 鍵寬 b=16mm 鍵高 h=10mm 鍵長 L=30mm b) 驗算擠壓強度. 平鍵聯(lián)接的失效形式有：對普通平鍵聯(lián)接而言，其失效形式為鍵，軸，輪轂三者中較弱的工作表面被壓潰。 工程設計中，假定壓力沿鍵長和鍵高均勻分布，可按平均擠壓應力進行擠壓強度或耐磨性的條件計算，即： 靜聯(lián)接 式中 ———— 傳遞的轉(zhuǎn)矩 ———— 軸的直徑 ———— 鍵與輪轂的接觸高度(mm)，一般取 ———— 鍵的接觸長度(mm).圓頭平鍵 ———— 許用擠壓應力) 鍵的工作長度 擠壓面高度 轉(zhuǎn)矩 許用擠壓應力，查《機械設計手冊》表， 則 擠壓應力 所以 此鍵是安全的。 附：鍵的材料：因為壓潰和磨損是鍵聯(lián)接的主要失效形式，所以鍵的材料要求有足夠的硬度。國家標準規(guī)定，鍵用抗拉強度不低于的鋼制造，如 45鋼 Q275 等。 3.6 軸承的校核 滾動軸承是又專業(yè)工廠生產(chǎn)的標準件。滾動軸承的類型、尺寸和公差等級均已制訂有國家標準，在機械設計中只需根據(jù)工作條件選擇合適的軸承類型、尺寸和公差等級等，并進行軸承的組合結構設計。 試選10000K軸承，查《機械設計手冊》GB281-1994，查得10000K軸承的性能參數(shù)為： C=14617N Co=162850N (脂潤滑) 3.6.2壽命計算 a) 計算軸承內(nèi)部軸向力. 查表得10000K軸承的內(nèi)部軸向力 則： b) 計算外加軸向載荷 c) 計算軸承的軸向載荷 因為 故 軸承1 軸承2 d) 當量動載荷計算 由式 查表得： 的界限值 查表知 故 故 則： 式中. (輕度沖擊的運轉(zhuǎn)) 由于 ，且軸承1、2采用型號、尺寸相同的軸承，故只對軸承2進行壽命計算。 e) 計算軸承壽命 f) 極限轉(zhuǎn)速計算 由式 查得：載荷系數(shù) 載荷分布系數(shù) 故 計算結果表明，選用的10000K型圓柱孔調(diào)心軸承能滿足要求。 金陵科技學院學士學位論文 　　　　　　　　　　　　　　　　　總結 總 結 經(jīng)過大學的四年學習，我們學習了大學的全部基礎課程和專業(yè)課程，在此基礎上，我們已經(jīng)穿插的進行了許多次的課程設計——減速箱設計、金工制圖課程設計等，還有每個學期不同周期的課程實踐——金工實習，生產(chǎn)工藝實習、畢業(yè)實習等，然而也是這些課程設計和課程實踐使我認識和熟悉本專業(yè)的基礎知識和實踐過程，為我更好的完成畢業(yè)設計打下良好的基礎。這次畢業(yè)設計是對我們大學四年所學知識的綜合運用，也是對我們大學四年所學知識的考核，因此這次在大學結束時的畢業(yè)設計顯得猶為重要。這也就給我們一次對所有學過的課程的系統(tǒng)和深入理解的機會，也是理論聯(lián)系實際最好的機會，無疑會對我們學習的內(nèi)容的深層次的鞏固，對我們即將走進的工作崗位有很大的益處。 本次畢業(yè)設計是我們走上工作崗位之前最后的一次演練機會，它將為我們今后勝任工作打下良好的基礎，為我們提高自身的設計能力提供了一個難能可貴的平臺。在本次畢業(yè)設計中，我綜合運用了所學的各門基礎課程和專業(yè)課程知識，掌握了機械設計的一般規(guī)律，樹立了正確的設計思想，培養(yǎng)了我們分析和解決問題的能力；學會了獨立搜集各種技術資料，研究工藝方案的能力，能獨立制定設計方案，正確分析設計中出現(xiàn)的各種矛盾和難題，并提出解決方案；在工藝過程的設計，機床部件的選擇，加工工藝的特點，主軸箱的設計及其特點，以及各種的機床技術要求等方面，都有了長足的進步。大大培養(yǎng)了我們的機械設計能力；通過畢業(yè)設計，更好地學會了運用標準、規(guī)范、手冊、圖冊和查閱有關技術資料，培養(yǎng)機械設計的基本技能。 在這里最要感謝的是我的指導老師 ，在規(guī)定的時間內(nèi)完成設計任務，同時也學到許多道理。為我更好的走向工作崗位打下基礎。 金陵科技學院學士學位論文 參考文獻 參考文獻 [1]馮辛安主編.機械制造裝備設計.北京：機械工業(yè)出版社，19991.0 [2]盛伯浩主編.機床的現(xiàn)狀與發(fā)展.北京：機械工業(yè)出版社，2005.1. 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