公園湖泊水面垃圾清掃船設(shè)計(jì)-垃圾打撈收集作業(yè)（含6張CAD圖紙）,公園,湖泊,水面,垃圾,清掃,設(shè)計(jì),打撈,收集,作業(yè),CAD,圖紙 設(shè)計(jì)（XX）任務(wù)書 Ⅰ、畢業(yè)設(shè)計(jì)（XXX）題目： 公園湖泊水面垃圾清掃船設(shè)計(jì) Ⅱ、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作內(nèi)容（從專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用、論文框架的設(shè)計(jì)、文獻(xiàn)資料的收集和應(yīng)用、觀點(diǎn)創(chuàng)新等方面詳細(xì)說明）： 1、查閱相關(guān)資料，了解公園湖泊水面垃圾清掃船的工作機(jī)理和必要性。 2、根據(jù)公園湖泊水面垃圾清掃船功能及特點(diǎn)，初步確定整體設(shè)計(jì)方案； 3、繪制公園湖泊水面垃圾清掃船的各部分結(jié)構(gòu)草圖，并分析其結(jié)構(gòu)合理性； 4、根據(jù)公園湖泊水面垃圾清掃船的實(shí)際工況，對(duì)主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，確定各部分具體尺寸；修改、豐富各部分結(jié)構(gòu)； 5、CAD圖以及手工繪圖折合A0圖2張以上 6、英文文獻(xiàn)翻譯（約5000漢字以上） Ⅲ、進(jìn)度安排： 2014年10月20日～2013年11月9日（3周）：選擇題目，收集材料，聯(lián)系落實(shí)畢業(yè)實(shí)習(xí)單位，填寫畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書； 2014年11月10日～2013年12月7日（4周）：布置任務(wù)，明確目標(biāo)、制定計(jì)劃，確定初步畢業(yè)設(shè)計(jì)方案； 2014年12月8日～2015年1月4日（4周）：深化初步方案，結(jié)合畢業(yè)實(shí)習(xí)加深對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)方案的認(rèn)識(shí)； 2015年1月5日～2015年1月16日（2周）：學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)一步完善； 2015年1月17日～2015年3月1日（6周）：繼續(xù)前期工作； 2015年3月2日～2015年5月17日（11周）：學(xué)生全部返校，進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖，編制畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)工作任務(wù)（2015年3月30日～2015年4月5日接受學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)期中檢查）； 2015年5月18日～2015年5月31日（2周）：畢業(yè)成果預(yù)提交、修改、評(píng)閱、答辯。 Ⅳ、主要參考資料： [1] 黎啟柏，肖長周;水面垃圾打撈機(jī)械手及其液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1996年02期 [2] 賈秀杰;多功能全自動(dòng)抓取器的應(yīng)用; 新技術(shù)新工藝;1999年04期 [3] 張玉新;王帥;水面垃圾清理船的仿真設(shè)計(jì)與研究; ];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2011年04期 [4]袁勝發(fā);許德昌;譚桂斌;王柏雨;氣動(dòng)式水面垃圾清理裝置的研究;液壓與氣動(dòng);2008年12期 指導(dǎo)教師：（簽名： ）， 年 月 日 學(xué)生姓名：（簽名： XX ），專業(yè)年級(jí)： XXX 系負(fù)責(zé)人審核意見（從選題是否符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、是否結(jié)合科研或工程實(shí)際、綜合訓(xùn)練程度、內(nèi)容難度及工作量等方面加以審核）： 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽字： ， 年 月 日 公園湖泊水面垃圾清掃船設(shè)計(jì) 摘 要 在當(dāng)今日趨嚴(yán)重的環(huán)境污染的形勢(shì)下，為了解決一般水面垃圾的打撈問題，設(shè)計(jì)了一種水面垃圾自動(dòng)打撈船。 為減小船的阻力，船體采用左右雙體結(jié)構(gòu)，船以蓄電池和太陽能電池供電，分別驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和馬達(dá)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)船的前進(jìn)與轉(zhuǎn)向，電動(dòng)機(jī)通過減速器的減速后，分別通過帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)打撈傳送鏈和過渡鏈輪，打撈傳送鏈把垃圾從水面運(yùn)到垃圾儲(chǔ)存?zhèn)}，如果垃圾儲(chǔ)存?zhèn)}裝滿了后，可以用人工將其倒入船體中，而過渡鏈輪通過鏈傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)錐齒輪的主動(dòng)軸，動(dòng)力通過錐齒輪減速器驅(qū)動(dòng)收集裝置。從而完成垃圾的打撈，它的主要特點(diǎn)是能用左右收集輪雙向伸縮回轉(zhuǎn)，將垃圾集中到雙船體的中間，運(yùn)送機(jī)構(gòu)再將垃圾從水面運(yùn)到雙船體的垃圾儲(chǔ)存?zhèn)}，垃圾儲(chǔ)存?zhèn)}將垃圾中的水排出，減少了垃圾的體積與重量，水面垃圾清理船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行機(jī)動(dòng)靈活，操作簡單可靠，使用范圍廣，制作成本低，有著良好的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。 裝置通過制作裝配調(diào)試，完全能夠順利的完成水面垃圾自打撈作業(yè)。 關(guān)鍵詞：船體;收集裝置;打撈裝置 Abstract Nowadays, the situation that is the pollution of environment is very serious in our daily life. In order to solve the general problem of water waste salvage, I design a surface automatically refuse salvage ship In order to reduce the resistance of ship, the boat used catamaran around the structure，the Ship’s power is supplied by the battery, and motor-driven and DC motor respectively，Ship is shifted forward is driven by the motor，after the speed reduce of Motor，We drive salvage transmission sprocket chain and the transition through the belt’s driven. Refuse to salvage transmission chain from the surface of the water storage position to refuse, if the storage warehouse filled with junk, they can be manually poured into the hull, and the transition through the chain drive sprocket drive bevel gear shaft of the initiative, power through the bevel gear reducer driven collection device. Refuse to complete the salvage, and its main characteristic is that the collection can be about turning round a two-way flexibility, the litter into the middle of double-hull, transporting bodies from the water and then refuse to double-hull storage warehouse refuse，Refuse storage warehouse in the litter from the water, reducing waste volume and weight, surface ship structural design of refuse removal reasonable, flexible operation, simple and reliable operation, the use of a wide range of production costs low, has good prospects and promotion of the value of applications . Device could completed the salvage operation of surface litler while it Device through the production of the assembly debugging Key words: Hull, The device of collection, The device of Salvage 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 選題背景和意義 1 1.2水面垃圾清掃船的現(xiàn)狀及特點(diǎn)分析 3 1.3本課題的主要研究內(nèi)容 5 第2章 垃圾打撈船的總體設(shè)計(jì) 6 2.1 船體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 2.2船體的材料及尺寸設(shè)計(jì) 8 第3章 關(guān)鍵零部件選擇 10 3.1電機(jī)的選擇 10 3.2蓄電池的選擇 11 3.3 太陽能電池的選擇 12 3.4馬達(dá)的選擇 12 3.5液壓裝置的選擇 13 第4章 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)與計(jì)算 16 4.1蝸桿減速器的設(shè)計(jì) 16 4.1.1參數(shù)選擇： 16 4.1.2傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)： 16 4.1.3 電動(dòng)機(jī)的功率計(jì)算： 17 4.1.4 傳動(dòng)參數(shù)計(jì)算： 18 4.1.5 傳動(dòng)零件的強(qiáng)度校核 19 4.1.6 蝸桿、蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22 4.1.7蝸輪軸的校核 26 4.1.8 箱體的結(jié)構(gòu)形式和材料 28 4.1.9鑄鐵箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸和關(guān)系 28 4.1.10 鍵等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的選擇 29 4.2帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 30 4.3鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 31 4.4軸的設(shè)計(jì) 33 第5章 執(zhí)行部件的設(shè)計(jì) 35 5.1收集裝置的設(shè)計(jì) 35 5.2打撈裝置的設(shè)計(jì) 36 總 結(jié) 37 致 謝 38 參考文獻(xiàn) 39 IV 第1章 緒論 1.1 選題背景和意義 隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公共設(shè)施及旅游區(qū)的建設(shè)力度不斷大，小區(qū)、廣場(chǎng)的公共設(shè)施的建設(shè)力度也在不斷地增大。由于陸地上的垃圾隨風(fēng)飄散，或者由于公民、游客的素質(zhì)問題，在大的廣場(chǎng)、公園、風(fēng)景區(qū)的水面上中隨時(shí)可以見到飄浮的白色垃圾。現(xiàn)在在一些湖泊以及河流里到處可以見到垃圾漂浮在水面上，其中包括：樹枝，塑料袋，塑料瓶以及一些動(dòng)物尸體等等……這對(duì)于市容和人們用水兩方面帶來了重大的影響。我們的生活越來越科技化，在我們生活中隨處可見高科技，比如說手機(jī)，電腦，路面的清掃垃圾的車，一些餐館里送餐機(jī)器人。以前路面清掃都是環(huán)衛(wèi)工人的活，路面本來就是難以清掃并且車流量較大的場(chǎng)所，給環(huán)衛(wèi)工人帶來了許多不便，工作量極大，工作效率低下，對(duì)長期在路面上工作的環(huán)衛(wèi)工來說，路面上的灰塵也會(huì)給他們帶來許多疾病。由此，現(xiàn)在的人們用路面清掃垃圾車來取代環(huán)衛(wèi)工。這樣就可以縮短工作時(shí)間，提高工作效率。所以，當(dāng)我看到下面圖片的場(chǎng)景時(shí)，如圖1-1： 圖1-1：水面漂浮物 一股酸流涌上我的心頭，因?yàn)槲以谙脒@要是人工來清理需要多大強(qiáng)度的勞動(dòng)力，而且在水里清理起來很不方便。又由于這些垃圾比較分散，打撈難度比較大。用竹竿打撈范圍太小，開小船進(jìn)去又費(fèi)時(shí)費(fèi)力。由于這一問題的出現(xiàn)，經(jīng)分析后為了解決這個(gè)問題，水面垃圾清掃船就由此而誕生了。 現(xiàn)在，就為我們提供水資源的長江來說吧，中國民族的母親河的環(huán)境污染已經(jīng)愈來愈嚴(yán)重，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，近年來長江干流一般每年的漂浮物的量大約為10-20萬立方米，長江的水面環(huán)境以及水質(zhì)受到污染外，而且也大大影響了三峽一代秀麗的景色。尤其是在小三峽那一段，這些水面漂浮物嚴(yán)重威脅到了船舶運(yùn)行的安全性，因?yàn)槟抢锏睦喼笔亲屓藨K不忍睹。大片大片的垃圾漂浮在水面上，覆蓋了整個(gè)河道，連船都無發(fā)前進(jìn)。雖然這些垃圾中有很多死枝枯葉，但是盡管是除去這類顏色的垃圾外，其它顏色的垃圾也是讓人害怕至極。白色部分就是漂浮在江上的泡沫塑料，還可清晰的看到綠色紅色的塑料包裝。據(jù)了解，自從今年九月份開始，由于睡眠垃圾漂浮物較多，葛洲壩上的船舶數(shù)十次運(yùn)行程序遭到中斷，使游客們的生命安全以及財(cái)產(chǎn)將會(huì)受到嚴(yán)重威脅，另外，對(duì)于船舶的生命也會(huì)受到攻擊。據(jù)悉 在長江三峽庫區(qū)，每天清理的漂浮物的重量大約能達(dá)到100噸，如果把清理水面垃圾漂浮物?這份工作做得很出色的話，那么，咱們母親河的水質(zhì)、航道暢通情況以及河壩的安全程度都會(huì)得到改善。 該船主要適用于河流 湖泊 等水面垃圾的清理收集，可有效的改善水域的環(huán)境問題和水質(zhì)以及周圍景色，對(duì)于創(chuàng)造一個(gè)綠色的生活環(huán)境起著重中之重的作用，水面垃圾清理船的推廣和使用，可實(shí)現(xiàn)水面垃圾清理的機(jī)械化與自動(dòng)化，極大的提高水面垃圾清理效率和作業(yè)質(zhì)量，同時(shí)又起到對(duì)水面環(huán)境的維護(hù)保障功能。與人們站在船舶上用竹竿這種打撈方式進(jìn)行對(duì)比，這種水面垃圾清掃船明顯在工作效率上比人工作業(yè)方式得到了極大的提高。垃圾清掃船的誕生對(duì)于環(huán)境污染的改善有著積極有力的作用。 2 1.2水面垃圾清掃船的現(xiàn)狀及特點(diǎn)分析 水面垃圾清掃船有著較為成熟的技術(shù)、結(jié)構(gòu)簡單并且操作方法很巧妙，另外還可以自動(dòng)地把船體所到達(dá)之處的水面漂浮垃圾物和一半漂浮在水面的這種垃圾通過垃圾收集裝置和傳輸裝置打撈到船上，整個(gè)打撈過程全是自動(dòng)的，有著較好的安全性能，相對(duì)于人工打撈，效率顯著提高，水面越大、風(fēng)浪越大效果越顯著。 現(xiàn)在河面以及湖泊里漂浮的垃圾不僅是白色垃圾，而且也有樹枝、一些動(dòng)物尸體、農(nóng)作物秸稈、像海藻一類的水生植物等等。經(jīng)過從水面打撈以后，回收到船體上的垃圾存儲(chǔ)箱里，最后直接轉(zhuǎn)入垃圾站進(jìn)行處理。 在2010年的時(shí)候，千島湖引進(jìn)大型垃圾清掃船，該船總長40.8米，型寬9米，型深2.5米，設(shè)有液壓抓斗、多功能傳送帶、大轉(zhuǎn)盤、起重機(jī)等清掃裝備，能單船獨(dú)立完成漂浮物打撈、裝載、運(yùn)輸、卸出等四大功能，將大大提高千島湖在高水位時(shí)垃圾高峰期的清撈效率。因此，自動(dòng)機(jī)械化清理水面的垃圾已成為當(dāng)今保護(hù)水環(huán)境的必要措施。 目前，清掃船在我國發(fā)展的進(jìn)程：從一開始的全人工垃圾清掃方式，不管是在船只前進(jìn)還是在打撈方面，都需要人一步一步去做，這種方式不僅要有強(qiáng)大的勞動(dòng)力，而且做起來效率很低。然后在這基礎(chǔ)上做了些改進(jìn)，主要是將前進(jìn)的動(dòng)力改為柴油機(jī)，讓柴油機(jī)提供船只前進(jìn)的動(dòng)力。隨著科技的發(fā)展，機(jī)械代替了人工，所以在清掃船的設(shè)計(jì)上也越來越先進(jìn)。 圖1-2：燃油機(jī)清掃船 但是由于上圖的動(dòng)力方式不太環(huán)保，在燃油這方面會(huì)帶來環(huán)境污染。所謂的人類的特點(diǎn)就這樣顯現(xiàn)出來了，智能化可以將機(jī)械運(yùn)用的如此巧妙與完美。下圖為：全自動(dòng)太陽能水面垃圾清掃船。 圖1-3：全自動(dòng)太陽能水面垃圾清掃船 該船只主要又太陽光儲(chǔ)存，然后將能量儲(chǔ)存在太陽能電池板里，能量就是從太陽能電池板里來的，有自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)，可以在水面上自行尋找垃圾并收集，垃圾倉收集滿了，也可以自動(dòng)回到指定地點(diǎn)排放垃圾，并再次出去尋找、收集垃圾。 1.3本課題的主要研究內(nèi)容 在湖面水面垃圾清掃船這一課題中，我們主要研究怎樣將垃圾匯集到一個(gè)地方，要什么裝置可以實(shí)現(xiàn)這一目的，這就是我們所講的垃圾收集裝置。其次，垃圾收集好，可以用什么傳送裝置將垃圾傳輸至垃圾箱中，這一過程就是垃圾傳輸裝置。最后，垃圾經(jīng)過傳輸裝置運(yùn)送到垃圾箱里，這就是垃圾存儲(chǔ)裝置。并且，水面的一些垃圾主要是稻草、爛蔬菜、飲料盒、軟包裝、塑料泡沫等。所以在我們的收集裝置中，可以利用濾網(wǎng)形式的網(wǎng)格狀的垃圾箱。 本課題最主要的目的和意義還是在于對(duì)相關(guān)水域的環(huán)境的治理和維護(hù)，水面環(huán)境的改善對(duì)于水質(zhì)，乃至人類生存環(huán)境都有重大意義。希望本課題的推廣與研究，能在有效的改善水面環(huán)境的過程中發(fā)揮作用，共同維護(hù)我們，美麗的地球。 38 第2章 垃圾打撈船的總體設(shè)計(jì) 水面垃圾清掃船主要是針對(duì)的是一些湖泊以及風(fēng)景區(qū)的河道等……漂浮在水面上的垃圾主要是爛蔬菜，飲料盒，塑料袋，塑料泡沫，瓜皮，動(dòng)物尸體等。由于在河道里一般過往船只都會(huì)行駛在河道中央，從而形成的浪涌和潮水會(huì)將水面中漂浮的垃圾集中在河道的岸邊兩側(cè)或者是湖邊和死角處，而河道和湖泊的中央幾乎沒有垃圾。所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)清掃垃圾船的時(shí)候，船只體積不宜過大，我們需要將船只的尺寸設(shè)計(jì)的小一點(diǎn)。這樣的話，對(duì)于操作上來說，會(huì)更顯現(xiàn)出操作靈活，而且工作效率也會(huì)大大提高。 根據(jù)以上的要求來看，并且查看了國內(nèi)外水面垃圾清掃船的資料，經(jīng)過對(duì)不同類型的垃圾清掃船的結(jié)構(gòu)和垃圾裝置方案進(jìn)行分析和比較，最終我們選取雙體船型方案。 一艘垃圾清掃船主要由船體，動(dòng)力裝置，垃圾收集裝置，垃圾傳輸裝置以及垃圾箱存儲(chǔ)裝置等幾個(gè)部分組成的。該船的設(shè)計(jì)方案主要是由船只前面的兩個(gè)葉輪將垃圾吸進(jìn)傳送帶上，由鏈傳動(dòng)帶動(dòng)的傳送帶裝置將垃圾傳輸至垃圾存儲(chǔ)箱里。等存儲(chǔ)箱垃圾收集滿以后，船只會(huì)向岸邊?？?，然后由岸邊的吊裝裝置將垃圾箱吊運(yùn)到汽車上倒掉。 本水面垃圾自動(dòng)打撈船總體設(shè)計(jì)思路如下： 船體前方需要有垃圾收集聚攏裝置，然后在聚攏處設(shè)置垃圾傳送裝置，將垃圾運(yùn)送至船體內(nèi)垃圾儲(chǔ)存位置； 船體需要兩處動(dòng)力源，動(dòng)力源一提供船體運(yùn)行驅(qū)動(dòng)力，選用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，動(dòng)力源二提供垃圾收集以及運(yùn)送動(dòng)力，選用普通電機(jī)； 船體的能量儲(chǔ)存，采用蓄電池和太陽能電池板； 船體運(yùn)行控制，采用人工船上操控和岸邊無線遙控兩種方式。 2.1 船體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 從一開始我們就選擇雙船體結(jié)構(gòu)，雙船體船穩(wěn)定性比較高，另外一點(diǎn)就是空間大便于存放一些工具。首先在軀體上需要安裝收集裝置、槳、打撈裝置等機(jī)構(gòu)；其次要隔絕外部水的環(huán)境和內(nèi)部環(huán)境，起到隔離的作用，另外還要考慮船體的重心設(shè)計(jì)，為減小船的阻力，船體采用左右對(duì)稱布置的結(jié)構(gòu)。兩船體之間用桿件焊接起來。圖2-1是船體的三維模型圖： 圖2-1：船體的三維模型 由三維圖的船體總結(jié)構(gòu)圖得到二維平面圖如圖2-2和圖2-3： 圖2-2：船體俯視圖 圖2-3：船體主視圖 前方有4個(gè)支撐桿，1個(gè)凸臺(tái)，1對(duì)對(duì)稱安置放軸承的支架，船尾有對(duì)稱安置的4個(gè)支架，另外，船前進(jìn)方向的右邊船艙還有1個(gè)用于按放電動(dòng)機(jī)的凸臺(tái)，和一個(gè)用于放置減速器的凸臺(tái)。 船體前面的4個(gè)伸縮桿一是為了放置左右兩個(gè)用于動(dòng)力換向的錐齒輪減速器，二是在上下兩桿之間可以放置收集輪。 船前進(jìn)方向的船體右邊的那個(gè)凸臺(tái)是為了放置用于支撐把帶傳動(dòng)換成鏈傳動(dòng)的軸的支座。 船體中間的1對(duì)對(duì)稱安置的支架，主要用于支撐打撈裝置的滑動(dòng)軸承。 船體后邊的4個(gè)支架主要用于支撐安放馬達(dá)的壓板的用途。 船前進(jìn)方向船體的右船艙的2個(gè)凸臺(tái)用于支撐和定位電動(dòng)機(jī)和減速器的作用。他們的高度差分別參考電動(dòng)機(jī)軸和減速器軸的高度差。 2.2船體的材料及尺寸設(shè)計(jì) 船體采用厚度為15mm的Q235鋼板折彎和焊接而成，總體尺寸：長4020mm，寬2200mm，高800mm。其具體各零部件及總體結(jié)構(gòu)見附件圖紙。由于考慮到很多因素，比如材料的價(jià)格、防腐蝕性能、防銹性能和焊接性，Q235鋼板用于船舶的材料是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。但是在防腐蝕性上可能沒有不銹鋼好，但是在價(jià)格上Q235還是占著強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，并且對(duì)于造船行業(yè)來說Q235鋼板材料的應(yīng)用還是非常廣泛的。 2.3 船的部分模型圖 圖2-4：垃圾傳輸裝置 圖2-5：傳動(dòng)裝置 整個(gè)垃圾船傳動(dòng)裝置主要由垃圾收集裝置、垃圾傳送裝置組成。 首先是由電動(dòng)機(jī)與蝸輪蝸桿減速器通過聯(lián)軸器連接，然后蝸桿軸分為兩個(gè)支路，并且都是帶傳動(dòng)連接，一路通向垃圾傳送裝置，主要通過帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。另一路是通向垃圾收集裝置，先由帶傳動(dòng)轉(zhuǎn)換為鏈傳動(dòng)，鏈軸上帶動(dòng)兩對(duì)錐齒輪，錐齒輪主要是用于換向作用。 第3章 關(guān)鍵零部件選擇 3.1電機(jī)的選擇 動(dòng)力用電機(jī)和控制用電機(jī)在機(jī)電系統(tǒng)中經(jīng)常被使用。前者常見的有感應(yīng)式異步電機(jī)和感應(yīng)式同步電機(jī)；并且控制用電機(jī)主要有：脈沖電機(jī)、力矩電機(jī)、變頻調(diào)速電機(jī)以及各類AC/DC電機(jī)。表3-1為常用電機(jī)的性能特性。 表3-1 常用電機(jī)性能特性 電 動(dòng) 機(jī) 種 按 用 途 分 單項(xiàng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn) 單項(xiàng)斷續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)矩保持 正/反向運(yùn)行 同步運(yùn)行 瞬時(shí)啟動(dòng) 瞬時(shí)停止 緩?fù)?緩起 速度控制 位置控制 備注 感應(yīng)式電動(dòng)機(jī) ● √ ╳ ╳ ╳ ╳ √ √ √ ╳ 連續(xù)額定值運(yùn)行 可逆式電動(dòng)機(jī) ╳ ⊙ √ ● ╳ √ √ √ √ ╳ 30分鐘額定值運(yùn)行 同步電動(dòng)機(jī) 反應(yīng)磁滯式 ⊙ √ ╳ √ ● ╳ √ √ √ ╳ 連續(xù)額定值運(yùn)行 感應(yīng)永磁式 ⊙ ⊙ ⊙ ⊙ ● ⊙ ⊙ √ √ √ 連續(xù)額定值運(yùn)行 帶制動(dòng)電動(dòng)機(jī) ╳ ● ⊙ ⊙ ╳ ╳ √ ╳ √ √ 連續(xù)額定值運(yùn)行 帶制動(dòng)/離合器電動(dòng)機(jī) ╳ ● ⊙ ⊙ ╳ ⊙ ⊙ ╳ √ ⊙ 連續(xù)額定值運(yùn)行 寬調(diào)速變頻電動(dòng)機(jī) ⊙ ⊙ √ ⊙ ╳ ╳ ⊙ ⊙ ● ╳ 可閉環(huán)控制（速度） 伺 服 電 機(jī) 直流 ⊙ ⊙ ⊙ ● ⊙ ● ● ● ● ● 閉環(huán)控制 交流 ⊙ ⊙ ⊙ ● ⊙ ● ● ● ● ● 閉環(huán)控制 脈沖（步進(jìn)）電機(jī) ⊙ ⊙ ● ● ● ● ● ● ⊙ ⊙ 閉環(huán)控制 力矩電動(dòng)機(jī) √ √ ╳ ● ● ● ● ● ⊙ ⊙ 閉環(huán)控制 符號(hào)說明 ●:最好；⊙:好；√:可用；╳:不可用 一般對(duì)電機(jī)主要有以下幾點(diǎn)性能要求： （1）啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大； （2）比功率大，一般應(yīng)達(dá)到1～1.25KW/Kg以上； （3）調(diào)速范圍??； （4）轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快； （5）環(huán)境適應(yīng)性好，要在不同的環(huán)境下都能可靠地工作； 無刷直流電動(dòng)機(jī)最大的特征就是它的內(nèi)部不僅有永久磁體，還有勵(lì)磁繞組。勵(lì)磁繞組與定子固定，永磁鐵嵌入于轉(zhuǎn)子，一般由調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流大小來控制氣隙磁通，在高速區(qū)域能夠很容易地進(jìn)行弱磁調(diào)節(jié)，從而改善了電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性。此外，無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩較大，功率密度大，并且運(yùn)行可靠，控制方法簡單。 此次課題中的電動(dòng)機(jī)的能量來源是蓄電池供電，并且通過蓄電池供電電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，然后這個(gè)機(jī)械能第一可以帶動(dòng)鏈傳動(dòng)完成垃圾運(yùn)輸動(dòng)作、第二可以帶動(dòng)帶傳動(dòng)通過收集裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)來完成垃圾收集動(dòng)作。所以，最后我們選了 24V，90W 的無刷直流電機(jī)，該電機(jī)經(jīng)過其自帶的150：1傳動(dòng)比的減速機(jī)構(gòu)減速后能夠提供 14.71Nm 的轉(zhuǎn)矩，滿足帶傳動(dòng)輸送要求。 3.2蓄電池的選擇 在選擇蓄電池時(shí)需要考慮到包括日平均負(fù)載需求量、獨(dú)立運(yùn)行天數(shù)、最大放電深度、安裝地環(huán)境溫度等在內(nèi)的多種因素。在日常生活中，我們所用到的電動(dòng)車和我們所看到的一些電動(dòng)玩具，這些動(dòng)力來源最大程度還是以蓄電池為中心，我們常見的蓄電池，按照種類劃分可以分為以下幾種：鋰離子蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鉛酸蓄電池等。 鉛酸蓄電池是很久以來我們一直使用的一種電池并且使用頻率也非常高，同時(shí)也是當(dāng)今時(shí)代在很多領(lǐng)域都能應(yīng)用上的一種電池。它具有很高的可靠性、使用壽命長、原材料很容易獲取、同時(shí)價(jià)格也非常便宜。它也存在很大的缺點(diǎn)，比能量較低，質(zhì)量和體積太大，此外鉛酸蓄電池屬于強(qiáng)酸型電池，污染嚴(yán)重。 鎳氫蓄電池的酸堿性主要偏向于堿性，這種電池的使用壽命比較長而且可以循環(huán)使用，除此之外，沒有記憶效應(yīng)，但是價(jià)格相對(duì)于其它電池來說，此電池價(jià)格較高。如果只看當(dāng)前，這個(gè)電池不適于，因?yàn)橘徺I成本較高。但是，從長遠(yuǎn)來看，是個(gè)非常適用性很強(qiáng)的電池，因?yàn)樗兄灰话愕哪芰慷以谑褂脡勖象w現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)。 鋰離子電池是一種新型可充電電池，它的優(yōu)點(diǎn)有高電壓、高能量密度，并且物理性能和電化學(xué)性能非常好，應(yīng)用前景非常廣泛。其最突出的特點(diǎn)是：體積小、重量輕、儲(chǔ)電量大、無環(huán)境污染、無記憶效應(yīng)。相同體積重量的鋰電池的蓄電能力分別達(dá)到鎳氫電池和鎳鎘電池的1.6倍和4倍。目前，已開發(fā)的鋰電池電量只有其理論電量的20%至30%，所以鋰電池發(fā)展空間十分廣闊。同時(shí)它對(duì)環(huán)境沒有任何污染，稱得上是真正意義上的綠色環(huán)保電池。 除鉛酸蓄電池之外，鎳鎘電池也是應(yīng)用最廣泛的一種蓄電池，它的優(yōu)點(diǎn)有可快速充電，并且循環(huán)使用壽命較長，可達(dá)到2000多次充放電，是鉛酸電池的兩倍多。它的缺點(diǎn)是有“記憶效應(yīng)”，使用一段時(shí)間后，如果充放電不良則很容易導(dǎo)致電池可用容量減小。另外鎘有毒，對(duì)廢舊電池需要回收處理，以免污染環(huán)境。 綜上所述，鉛酸電池除了以上優(yōu)點(diǎn)外，還在于它的技術(shù)比較成熟、價(jià)格比較便宜。目前不僅電動(dòng)自行車在使用鉛酸蓄電池，各種特種車輛和電動(dòng)船也都使用鉛酸電池作為其動(dòng)力源。查相關(guān)手冊(cè)選擇蓄電池的型號(hào)為GB/T10076-1988型號(hào):12-QA-200 。 參數(shù)如下： 電壓：12V 額定容量：200AH 尺寸：511*270*237 3.3 太陽能電池的選擇 本設(shè)計(jì)在小船的上方裝有太陽能電板，與蓄電池相連，在光線充足時(shí)，太陽能電板可以給蓄電池充電，以延長垃圾清理船的續(xù)航能力。 太陽能電池的內(nèi)在含義就是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它可以通過兩種方式1，光電效應(yīng)或,2，光化學(xué)效把光能轉(zhuǎn)化成電能。其中，現(xiàn)在最流行的太陽能電池還是主要以光電效應(yīng)工作的薄膜式太陽能電池，而處于起步階段的太陽能電池主要是以光化學(xué)效應(yīng)工作的濕式太陽能電池。 依據(jù)太陽能使用材料的差別，太陽能的材料主要還可分為以下幾種： 硅、有機(jī)、多元化合物薄膜、塑料、聚合物多層修飾電極型、納米晶。 目前，硅太陽能電池是在其中發(fā)展最成熟的一種太陽能電池，并且實(shí)際應(yīng)用也最為廣泛。而硅太陽能電池按照硅晶體種類又可分為單晶硅太陽能電池、多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池三種。其中單晶硅太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率最高，其相關(guān)生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)也最為成熟。所以本設(shè)計(jì)選用單晶硅太陽能電池板。 3.4馬達(dá)的選擇 根據(jù)電池的直流供電特點(diǎn)和船體的結(jié)構(gòu)特征以及總體重量，查相關(guān)資料，選用圖3-1所示馬達(dá)。該馬達(dá)結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，適應(yīng)性較廣。 圖3-1 馬達(dá) 馬達(dá)的基本參數(shù)為： 馬達(dá)型號(hào)：SJM400型 馬達(dá)形式：外轉(zhuǎn)子馬達(dá) 軸的直徑：30mm 重量：5kg 轉(zhuǎn)速：1000r\min 電壓：220V 功率：4.5KW 3.5液壓裝置的選擇 由于垃圾箱的容積較小，一旦當(dāng)垃圾箱的垃圾積滿時(shí)，這時(shí)候就要往返回岸邊。這樣既消耗時(shí)間又影響作業(yè)效率。為了解決這一問題，可以在垃圾箱下，安裝一個(gè)液壓裝置，并且在船前行方向的垃圾箱的左邊可以安裝一個(gè)鉸鏈，這樣就可以實(shí)現(xiàn)功能了。其工作原理與貨車卸貨的原理一樣，當(dāng)液壓裝置啟動(dòng)時(shí)，可以將垃圾箱頂起來，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定高度的時(shí)候，通過鉸鏈可以將垃圾翻轉(zhuǎn)到左邊船體的大垃圾箱里。液壓裝置的主要特點(diǎn)有：1.與電動(dòng)機(jī)相比，在同等體積下，液壓裝置能產(chǎn)生更大的動(dòng)力。2.液壓裝置很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，可以通過電氣，PLC 等控制。在本次設(shè)計(jì)的課題中，垃圾箱里主要就是：塑料泡沫，白色垃圾，枯枝等，但這些垃圾在一起重量并不是很重，所以我們?cè)谶x擇液壓裝置時(shí)并不需要多大的液壓裝置。所以，在這里我們選用的液壓缸是軸向柱塞泵。如圖3-2所示： 圖3-2：軸向柱塞泵 圖3-3：垃圾箱與液壓裝置 圖3-3主要是垃圾箱與液壓裝置的模擬圖，其工作原理與汽車自動(dòng)卸貨的原理近似，具有斜度的一邊是與左邊船體用鉸鏈相連接，這樣便于垃圾滿了往左邊船體傾倒。而且，液壓裝置的啟動(dòng)關(guān)閉主要由PLC控制系統(tǒng)控制(這里就不做詳細(xì)說明了)，并且引用的開關(guān)連接到船舶推進(jìn)器上。這樣，便于控制。 第4章 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)與計(jì)算 4.1蝸桿減速器的設(shè)計(jì) 4.1.1參數(shù)選擇： 根據(jù)這個(gè)傳動(dòng)裝置的實(shí)際情況，特選定如下的初選參數(shù)。 總傳動(dòng)比：I=35 Z1=1 Z2=35 鏈輪（傳送帶）直徑:D1=240mm D2=120mm 傳送鏈有效拉力：F=3KN 傳送鏈速度：V1=0.5m/s 鏈輪的速度：V2=1 m/s 工作環(huán)境：有粉塵 常溫連續(xù)工作. 圖4.1 減速器的傳動(dòng)系統(tǒng)圖 4.1.2傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)： 根據(jù)要求設(shè)計(jì)單級(jí)蝸桿減速器，本設(shè)計(jì)中的整個(gè)傳動(dòng)路線主要是由電機(jī)到減速器中間通過聯(lián)軸器連接，然后減速器中的輸出軸連接兩個(gè)帶傳動(dòng)。根據(jù)生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求可知，該蝸桿的圓周速度V≤4—5m/s，所以該蝸桿減速器采用蝸桿下置式見,采用此布置結(jié)構(gòu)，由于蝸桿在蝸輪的下邊，嚙合處的冷卻和潤滑均較好。蝸輪及蝸輪軸利用平鍵作軸向固定。蝸桿及蝸輪軸均采用圓錐滾子軸承，承受徑向載荷和軸向載荷的復(fù)合作用，為防止軸外伸段箱內(nèi)潤滑油漏失以及外界灰塵，異物侵入箱內(nèi)，在軸承蓋中裝有密封元件。 4.1.3 電動(dòng)機(jī)的功率計(jì)算： 由于該生產(chǎn)單位采用直流電源，可考慮采用Z系列直流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，價(jià)格低廉，維護(hù)方便，啟動(dòng)性能好等優(yōu)點(diǎn)。一般電動(dòng)機(jī)的額定電壓為220V。 根據(jù)生產(chǎn)設(shè)計(jì)要求，該減速器鏈輪直徑D=240mm。運(yùn)輸帶的有效拉力F=500N，帶速V=0.5m/s，載荷平穩(wěn)，常溫下連續(xù)工作，工作環(huán)境多塵，電源為三相交流電，電壓為220V。 1、 按工作要求及工作條件選用Z2系列直流電動(dòng)機(jī)，封閉扇冷式結(jié)構(gòu)，電壓為220V， 2、 傳動(dòng)鏈輪所需功 3、 傳動(dòng)裝置效率：（根據(jù)參考文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》）其中： 蝸桿傳動(dòng)效率η1=0.73 滾動(dòng)軸承效率η2=0.99 聯(lián)軸器效率η3=0.99 滾子鏈傳動(dòng)效率η4=0.98 V帶傳動(dòng)效率η5=0.95 滑動(dòng)軸承效率η6=0.98 所以 ： 電動(dòng)機(jī)所需最小名義功率: 電動(dòng)機(jī)的額定功率：Pe=1.3Pr=1.3*1.16=1.508kw 由表選取電動(dòng)機(jī)的額定功率為1.5kw 傳動(dòng)鏈輪1工作轉(zhuǎn)速： nw＝60×1000×v / ×240＝39.7r/min 則鏈輪2的工作速度：==69.4r/min 根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，根據(jù)參考文獻(xiàn) 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)147-149頁查表可查得所需的電動(dòng)機(jī)Z系列直流技術(shù)數(shù)據(jù)。 綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、價(jià)格和減速器的傳動(dòng)比，選定電動(dòng)機(jī)機(jī)型號(hào)為Z2-62-114。 4.1.4 傳動(dòng)參數(shù)計(jì)算： 1.蝸桿軸的輸入功率、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩 P0 = Pr=1.16kw n0=1000r/min T0=9.55=1.16×9.55×103/ 1000 =11.1N .m 2.蝸輪軸的輸入功率、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩 P1 = P0·η1η22η3= 1.16×0.99×0.73×0.992 = 0.82kw nⅠ= = =28.6r/min T1= 9550 = 9550× = 273.8N·m 3.傳動(dòng)鏈輪的輸入功率、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩（傳動(dòng)鏈輪軸與渦輪軸等直徑） P2 = P1·η4·η5·η6=0.82×0.98×0.98×0.95×1\3=0.25kw n2= = = 28.6r/min T2= 9550 = 9550× = 83.5N·m 4. 分支傳動(dòng)鏈輪的輸入功率、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩 P3=P1 =0.82×0.98 ×0.98×0.95×2\3=0.5kw n3 = 2n2 =57.2 r/min T3=9550=9550×=83.5N·m 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算結(jié)果整理于下表4.1： 表4.1 類型 功率P（kw） 轉(zhuǎn)速n（r/min） 轉(zhuǎn)矩T（N·m） 傳動(dòng)比i 效率η 蝸桿軸 1.16 1000 11.1 1 0.646 蝸輪軸 0.82 28.6 273.8 35 傳動(dòng)鏈輪軸 0.25 28.6 83.5 鏈輪軸2 0.5 57.2 83.5 4.1.5 傳動(dòng)零件的強(qiáng)度校核 1.選擇蝸輪蝸桿的傳動(dòng)類型 根據(jù) GB/T10085-1988的推薦，采用漸開線蝸桿。 2.選擇材料 考慮到蝸桿的傳動(dòng)功率不大，速度只是中等，故選擇45鋼，蝸桿螺旋部分要求淬火，硬度為45-55HRC，蝸輪用鑄錫磷青鋼ZCuSn10P1，金屬模鑄造，為了節(jié)約貴重金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造，按齒面接觸強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。 傳動(dòng)中心距計(jì)算公式如下： ZE:材料的彈性影響系數(shù) ZP：接觸系數(shù) ：接觸應(yīng)力 K：載荷系數(shù) (1) 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩=83.5N·m (2) 確定載荷系數(shù)K 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布系數(shù),,由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不太大，可選取動(dòng)荷系數(shù),則根據(jù)表7-8 K=KA=1.11×1×1.05=1.17 （由于保證電機(jī)均勻平穩(wěn)傳動(dòng)，所以KA=1) (3) 確定彈性影響系數(shù) 因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故=160 (4) 確定接觸系數(shù) 先假設(shè)蝸桿分度圓d1和傳動(dòng)中心矩a的比值為0.4，查得=3.1 (5) 確定許用接觸應(yīng)力 根據(jù)蝸輪材料為ZCuSn10P1，金屬模鑄造 蝸桿硬度>45HRC，可從表中查得無蝸輪的基本許用應(yīng)力 (6) 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=60×(=12000h) =60×1××12000=2.06× (7)壽命系數(shù)= ==0.914 =0.914×268MPa=244.85MPa （8）計(jì)算中心矩 =199.3mm 查表 取中心矩a=200mm,因i=35,故取出模數(shù)m=10mm, 蝸桿分度圓直徑d1=80mm 這時(shí)， =3.1 查得，=2.74 因?yàn)?，因此以上計(jì)算結(jié)果可用。 3.蝸輪蝸桿的主要參數(shù)與幾何尺寸 （1）蝸桿的計(jì)算 分度圓直徑d1=80mm 模數(shù) m=10 直徑系數(shù)q=10， 齒頂圓da1=d1+2ha*m 齒根圓 df1=d1-2（ha*m+C） df1=m(q-2.4)=76mm 分度圓導(dǎo)程角，（r=） 蝸桿軸向齒厚Sa=0.5=12.56mm 蝸桿頭數(shù)Z1=1 （2）蝸輪的計(jì)算 蝸輪齒數(shù)=×31=31 變位系數(shù)為 蝸輪分度圓直徑=mZ =310mm 蝸輪喉圓直徑=（310+2×10）=330mm 蝸輪齒根直徑=（310-2×1.2×8）=280.8mm 蝸輪咽喉母圓半徑=（200-×330）=35mm 4.校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 (mpa) 當(dāng)量齒數(shù) 根據(jù)=-0.5 =31.47，從圖中可差得齒形系數(shù) =3.34 螺旋角系數(shù)= 許用彎曲應(yīng)力 從表中查得 由ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用應(yīng)力=56MPa 壽命系數(shù): = =56×0.715=40.04MPa ==38.86 彎曲強(qiáng)度是滿足的。 5 .精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定 考慮到所設(shè)計(jì)的蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng)，屬于用機(jī)械減速器。從GB/T10089-1988圓柱蝸桿，蝸輪精度中選擇38級(jí)精度，側(cè)隙種類為f,標(biāo)注為8f GB/T10089-1988。 蝸桿與軸做成一體，即蝸桿軸。 蝸輪采用輪箍式，與鑄造鐵心采用H7/S6配合， 4.1.6 蝸桿、蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1蝸桿軸基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）軸的材料的選擇，確定許用應(yīng)力 考慮到減速器為普通中用途中小功率減速傳動(dòng)裝置，軸主要傳遞蝸桿的轉(zhuǎn)矩。 選材45鋼，淬火處理。選用45號(hào)鋼， [σb]=600MPa [σb-1] =55MPa （2）根據(jù)電動(dòng)機(jī)的功率P=1.5kw，額定轉(zhuǎn)速為1000r/min，電動(dòng)機(jī)軸徑，軸伸長E=80mm估計(jì)蝸桿軸外伸段的直徑.初步估算軸的最小直徑（外伸段的直徑）當(dāng)選取材料為45，取C=110，于是得 D=110×3 =21.5mm 輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處直徑.考慮到軸上有鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削弱，軸徑需增大5%，則D=22.6 d=（0.8——10）=30.4——38mm 計(jì)算轉(zhuǎn)矩：Tc=KT=K×9550×=1.5×9550×7.5/1000=107.4N.M 由Tc、d根據(jù)《機(jī)械零件設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》可查得選用YL7凸緣聯(lián)軸器 確定蝸桿軸外伸端直徑為40mm。長度L1為84mm. （3） 從軸段d1=40mm開始逐漸選取軸段直徑，d1右端非定位軸肩，且安裝密封氈圈。取d2=45mm；d2段與軸承的內(nèi)徑相配合，為便于軸承的安裝，選定軸承型號(hào)為30310。 取d3=50mm d×D×T=50×110×29.25 d4起定位作用，由h=（0.07~0.1）×d3=（0.07~0.1）×50=0.35～5mm d8=d4=d3+2h=50+2×3.5=57mm d5和d7為退刀槽 選d5=d7=48mm d6取蝸桿齒頂圓直徑 d6=120mm=da1 L1=聯(lián)軸器軸孔長度=84mm d2的長度為：軸承端蓋總寬度（20mm）+端蓋的外端面，與半聯(lián)軸器右端面間的距離l=30mm 故L2=20+30=50mm d3軸段的長度：取64mm（參照蝸輪軸承段的選?。?，所以L3=64mm。 d4和d5為退刀槽那段軸端長度： L4+L5=70mm d6軸段的長度： 查表（傳動(dòng)零件的結(jié)構(gòu)尺寸） L6≥(11+0.1ZV)m 可得： L6=110mm L7+L8=L4+L5=70mm L3=L9=64mm 可得： 蝸桿軸的總長度為512mm。 如圖4.2所示 圖4.2 蝸桿的尺寸設(shè)計(jì)圖 2.蝸輪軸的設(shè)計(jì) （1）軸的材料的選擇，確定許用應(yīng)力 考慮到減速器為普通中用途中小功率減速傳動(dòng)裝置，軸主要傳遞蝸輪的轉(zhuǎn)矩。 選用45號(hào)鋼， [σb]=600MPa [σb-1]1=55MPa （2）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，初步估計(jì)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C=110，于是得 D=110×3=45.03mm 又考慮與帶輪結(jié)合，故選擇d１＝50 （3)定位軸肩高度在（0.07～0.1）d范圍內(nèi)，故 d2=d1+2h=48×（1+2×0.07）=54.72mm，標(biāo)準(zhǔn)直徑d2=55mm。為了保證軸端擋圈在壓在半聯(lián)軸器上，而不壓在軸的端面上，L聯(lián)孔的長度應(yīng)比d1段的長度L1長點(diǎn)： L1=75mm （4 )選滾動(dòng)軸承 根據(jù)d2=55mm，初步選取0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承30212，其尺寸為： d×D×T=60mm×110mm×23.75mm 故選d3=60mm 查GB/T294-94得： 圓錐滾子軸承da=69（30212）即軸肩為 h=mm=4.5mm 取:h=3mm 所以: d5=69+3=72mm 又：軸環(huán)的亮度b=1.4h，即b≥1.4×6=8.4 b取12mm，即L5=12mm （5）蝸輪的軸段直徑 蝸輪軸段的直徑的右端為定位軸肩。 故d4=d5-2h，求出d4=66mm 與傳動(dòng)零件相配合的軸段，略小于傳動(dòng)零件的輪轂寬。 蝸輪輪轂的寬度為： B2=(1.2～1.5)d4=（1.2～1.5）×64 =76.8～96， 取b=80mm，即L4=76mm （6）軸承端蓋的總寬度為20mm。取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端端面的距離為l=35mm。故 L2=20+35=55mm （7）取蝸輪與箱體內(nèi)壁距離為a=16mm，滾動(dòng)軸承應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離s（5～8）。取s=8mm，已知滾動(dòng)軸承寬度為T=23.75mm，蝸輪輪轂長為L=80mm，則： L3=T+s+a=55mm 至此已初步確定了軸端各段直徑和長度，蝸輪軸設(shè)計(jì)草圖所示： 軸的總長為： L總=15+82+52+66+76+12+48+55=466mm 圖4.3 蝸輪軸的尺寸設(shè)計(jì)圖 4.1.7蝸輪軸的校核 1.軸的受力分析圖 圖4.4 軸的受力分析 X-Y平面受力分析 圖4.5 X-Y平面受力分析 X-Z平面受力圖： 圖4.6 X-Z平面受力 水平面彎矩 圖4.7 水平面彎矩 垂直面彎矩 圖4.8 垂直面彎矩 合成彎矩 圖4.9 合成彎矩 當(dāng)量彎矩T與aT 圖4.10 當(dāng)量彎矩 2軸的校核計(jì)算 軸材料為45鋼，，， （1）. 轉(zhuǎn)矩 （2）. 圓周力 =20707.6N （3）. 徑向力 （4）. 軸向力 =24707.6×tan 20o （5）. 計(jì)算支承反力 =1136.2N =19345.5N （6）. 垂直面反力 =4496.4N （7）. 水平面X-Y受力圖 圖4.5 （8），垂直面X-Z受力 圖4.6 （9）畫軸的彎矩圖 <1> 水平面X-Y彎矩圖 圖4.7 <2> 垂直面X-Z彎矩圖 圖4.8 <3> 合成彎矩 圖4.9 <4> 軸受轉(zhuǎn)矩T T==1111840Nmm <5> 許用應(yīng)力值 查得 <6> 應(yīng)力校正系數(shù)a a= （10） 當(dāng)量彎矩圖 輪段軸中間截面 =947628.6Nmm 軸承段軸中間截面處=969381.2Nmm 當(dāng)量彎矩圖 圖4.10 （11） 軸徑校核 驗(yàn)算結(jié)果在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，設(shè)計(jì)合格 4.1.8 箱體的結(jié)構(gòu)形式和材料 箱體采用鑄造工藝，材料選用HT200。因其屬于中型鑄件，鑄件最小壁厚8～10mm，取δ=15mm 4.1.9鑄鐵箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸和關(guān)系 如表4.2 表4.2鑄鐵箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸和關(guān)系 名稱 減速器型式及尺寸關(guān)系 箱座壁厚δ δ=10mm 箱蓋壁厚δ1 δ1=0.8δ=9.6mm 取δ1=10mm 箱座凸緣厚度b1， 箱蓋凸緣厚度b， 箱座底凸緣厚度b2 b1=1.5×δ1=15mm b=1.5×δ=16mm b2=2.5×δ=2.5×12=10mm 地腳螺釘直徑及數(shù)目 df=0.036a+12=21mm 取df=25mm n=4 軸承旁聯(lián)接螺栓直徑 d1=0.075df=18.75mm 取d1=20mm 蓋與座聯(lián)接螺栓直徑 d2=（0.5～0.6）df 取d2=16mm 聯(lián)接螺栓d2間的間距 l=150～200mm 軸承端蓋螺栓直徑 d3=（0.4～0.5）df 取d3=12mm 檢查孔蓋螺栓直徑 d4=（0.3～0.4）df 取d4=8mm Df，d1，d2至外壁距離 df，d2至凸緣邊緣距離 C1=26,20,16 C2=24,14 軸承端蓋外徑 D2=140mm 軸承旁聯(lián)接螺栓距離 S=140mm 軸承旁凸臺(tái)半徑 R1=16mm 軸承旁凸臺(tái)高度 根據(jù)軸承座外徑和扳手空間的要求由結(jié)構(gòu)確定 箱蓋，箱座筋厚 m1=9mm m2=9mm 蝸輪外圓與箱內(nèi)壁間距離 Δ1=16mm 蝸輪輪轂端面與箱內(nèi)壁距離 Δ2=30mm 4.1.10 鍵等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的選擇 本部分含鍵的選擇，聯(lián)軸器的選擇，螺栓、螺母、螺釘?shù)倪x擇 具體內(nèi)容如下，表4.3： 表4.3鍵等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的選擇 1.鍵的選擇 查表GB1095-79聯(lián)軸器與軸相配合的鍵：A型普通平鍵， b×h=12mm×63mm GB1095-79 鏈輪與蝸桿的連接 b×h=14mm×56mm A型，12mm×63mm A型，14mm×56mm GB1095-79 2.聯(lián)軸器的選擇 根據(jù)軸設(shè)計(jì)中的相關(guān)數(shù)據(jù)，查表，選用聯(lián)軸器的型號(hào) 3.螺栓，螺母，螺釘?shù)倪x擇 考慮到減速器的工作條件，后續(xù)箱體附件的結(jié)構(gòu)，以及其他因素的影響選用 螺栓GB5782-86， M16×180， 數(shù)量為4個(gè) M16×60， 數(shù)量為4個(gè) M20×80 數(shù)量為4個(gè) M10×50 數(shù)量為6個(gè) 螺母GB6170-86 M16 數(shù)量為4個(gè) M16， 數(shù)量為4個(gè) 螺釘GB5782-86 M8×30 數(shù)量為4個(gè) M10×30， 數(shù)量為6個(gè) M16×80 M16×60 M20×80 M10×50 M16 M16 M8×30 M10×30 4.2帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) （1）根據(jù)額定功率P=0.5kw,原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=57.2r\min,每天的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不超過10h載荷平穩(wěn). 1. 工況系數(shù)Ka=1.1 2. 計(jì)算功率Pe=KaP=1.1×0.5=0.55kw 3. 選V帶型號(hào)，選A型 4. 小輪直徑da1=50mm 5. 驗(yàn)算帶速V V===0.24m/s 6. 大輪直徑da2=100mm 7. 從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速n2=57.2×50\100=28.6 r/min 8. 定中心距 根據(jù)實(shí)際情況可得a=1250mm. 9. 演算包角a1=180-=154.8>=120 10. 單根V帶的基本額定功率 =3.5 11. 功率增量=0.46 12. 長度系數(shù)＝0.94 13. 包角系數(shù)＝0.92 14. 單根Ｖ帶許用功率 ［］＝（＋）. =3.96×0.94×0.92=3.42kw 15. V帶根數(shù)Z>===0.965 Z=1； 綜合考慮選擇窄V帶的型號(hào)為SPA1250 GB|T11544-1997 節(jié)寬bp=11mm 頂寬b=13mm,高度h=8,楔角a=40度。 （2）打撈裝置傳送帶的設(shè)計(jì) 根據(jù)額定功率P=1.5kw,傳動(dòng)比i=1,轉(zhuǎn)速n=28.6r\min,每天的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不超過10h, 綜合考慮選擇窄V帶的型號(hào)為SPA600 GB|T11544-1997 節(jié)寬bp=11mm 頂寬b=13mm,高度h=8,楔角a=40度。 4.3鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 原始參數(shù)P=0.5 kw,由于過渡軸的轉(zhuǎn)速為26.5r/min,,傳動(dòng)比為1, 設(shè)計(jì)參數(shù)如下； 1. 傳動(dòng)比I=1 2. 主動(dòng)輪齒數(shù)Z1=20 從帶輪齒數(shù)Z2=20， 3. 中心距L=1245mm 4.鏈節(jié)數(shù)Lp=++()=80+20=100 5.單排鏈額定功率P0===2.86kw 查表 取=1 假定鏈工作點(diǎn)在圖5-22所示曲線頂點(diǎn) 查表 取===1.05 查表 取==1 選用單排鏈，查表5-20，取KP=1 根據(jù)=2.86KW， =28.6r\min叢圖5-21查出鏈號(hào)為24A，查表,鏈節(jié)距P=38.1 6. 中心距 a=a0+,中心距可調(diào)a=1245mm 7.演算鏈速 V==0.72m/s 查表，當(dāng)V帶在0.6-3m/s時(shí)，齒數(shù)Z1=17.取Z1=20 與假設(shè)相符，故取Z1=20合格 8，選擇潤滑方式 根據(jù)P=38.1 V=0.72m\s 采用潤滑脂潤滑 9，工作拉力F===4166.6N 10作用在軸上的拉力 FQ=（1.2-1.3）F=1.34166.6=5146N 11.鏈條節(jié)距為38.1mm,A系列，單排150節(jié)滾子鏈 中心距為 L=1245mm 鏈條標(biāo)記為24A-1150GB\T1243.1-1983 4.4軸的設(shè)計(jì) 圖4-11 打撈裝置軸 原始條件 輸出軸的功率P=0.25KW n=28.6r/min 1.選擇軸的材料 該軸無特殊要求，因而選用調(diào)質(zhì)處理的45鋼，查表知，6b=640mpa. 2.求輸出軸的功率P2 , n 及扭矩T,若取機(jī)械效率V=0.97 則 =P＝＝0.235kw n＝28.6r\min T＝T2= 9550 = 9550× = 83.5N.m 3初步估算最小軸徑 先初步估算軸的最小直徑，當(dāng)選取軸的材料為45鋼時(shí)，取c=110，于是得 =110×3=40.05mm 如圖4-12，所示最小軸經(jīng)為50。 其他軸的直徑可以根據(jù)使用要求選取 總體尺寸如總裝配圖 圖4.12 鏈輪軸的三維圖 第5章 執(zhí)行部件的設(shè)計(jì) 5.1收集裝置的設(shè)計(jì) 收集裝置在整個(gè)設(shè)計(jì)中起著相當(dāng)重要的作用，它把垃圾從水面?zhèn)魉偷酱驌茩C(jī)構(gòu)上。下面說明它的工作原理。 根據(jù)船體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ,而且為了提高收集效率,把收集裝置設(shè)計(jì)成收集輪的形式,如總裝配圖所示,左右兩個(gè)收集輪均垂直于水面，左邊收集輪的軸通過錐齒輪的換向，變?yōu)轫槙r(shí)針方向，而右邊的收集輪的軸也通過錐齒輪的換向，變?yōu)槟鏁r(shí)針方向。而這樣通過左右兩個(gè)收集輪的相向運(yùn)轉(zhuǎn)。再將收集輪安裝在船體前面的桿件上，這樣就可以完成垃圾從水面?zhèn)魉偷酱驌蒲b置的作業(yè)。 它的尺寸如零件圖1 過濾板所示,把過濾網(wǎng)板設(shè)計(jì)成左右對(duì)稱分布(12.)結(jié)構(gòu)可以擴(kuò)大收集面積,從而提高效率. 圖5.1 收集輪的模型圖 收集裝置軸速度計(jì)算： （1） 過渡鏈輪(主動(dòng)輪)的轉(zhuǎn)速=57.2 r/min （2） 求過渡鏈輪到收集裝置軸的傳動(dòng)比I=1=1.5 （3） 可求得收集裝置軸的轉(zhuǎn)速為==57.2=85.8 r/min 5.2打撈裝置的設(shè)計(jì) 打撈裝置在整個(gè)設(shè)計(jì)中起著不可替代的作用。在這個(gè)船體中，我們將它設(shè)計(jì)成兩個(gè)鏈輪用特制銷軸聯(lián)接的結(jié)構(gòu),如圖所示,。它的尺寸及結(jié)構(gòu)如圖二所示，下面說明一下它的工作原理。 首先我們要根據(jù)船體的構(gòu)造原理，把打撈裝置放置在兩船體的中間，此時(shí)，我們要設(shè)計(jì)成傳送鏈輪的形式，再設(shè)計(jì)一個(gè)特制銷軸的結(jié)構(gòu)，將兩個(gè)鏈輪連接起來，這樣就完成了打撈裝置的組合，為了能使打撈裝置能順利的把垃圾傳送到裝置上,可以在特制銷軸焊接上鉤子,可以把垃圾從水面鉤到傳送軸上,再傳送到垃圾儲(chǔ)存?zhèn)}.這樣就完成了打撈作業(yè) ，鏈條標(biāo)記為24A-1416GB\T1243.1-1983 圖5.2打撈裝置示意圖 總 結(jié) 為期四個(gè)多月的水面垃圾清掃船的畢業(yè)設(shè)計(jì)是我受益匪淺，這個(gè)不僅對(duì)我的學(xué)習(xí)能力是一種考驗(yàn)，也是對(duì)我的實(shí)踐能力的一種挑戰(zhàn)。此次課題的設(shè)計(jì)，讓我學(xué)到了很多東西。一方面，對(duì)曾經(jīng)所學(xué)過的知識(shí)有了進(jìn)一步的鞏固，并且在一些機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，必須要去參考一些資料，從中這就是一種無形的收獲。另一方面，在畫圖這一塊，對(duì)大一所學(xué)的CAD重新復(fù)習(xí)了一遍，而且也在其中學(xué)到了很多新知識(shí)，因?yàn)橛械囊佑|Proe制圖軟件、SolidWorks軟件，這些軟件是現(xiàn)在從事機(jī)械方面應(yīng)用很廣泛的。在不斷地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程中，讓我深深地體會(huì)到