水面垃圾自動打撈船的設(shè)計(jì)-水上垃圾清理機(jī)器人
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摘 要
在當(dāng)今日趨嚴(yán)重的環(huán)境污染的形勢下，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)，船以蓄電池供電，分別驅(qū)動直流電動機(jī)和馬達(dá)，馬達(dá)驅(qū)動船的前進(jìn)與轉(zhuǎn)向，電動機(jī)通過減速器的減速后，分別通過帶傳動驅(qū)動打撈傳送鏈和過渡鏈輪，打撈傳送鏈把垃圾從水面運(yùn)到垃圾儲存?zhèn)}，如果垃圾儲存?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驅(qū)動錐齒輪的主動軸，動力通過錐齒輪減速器驅(qū)動收集裝置。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)到雙船體的垃圾儲存?zhèn)}，垃圾儲存?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
With the increasingly serious situation of environmental pollution in today，In order to solve the general problem of water waste salvage, I designe 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 the salvage operation of surface litler while it Device through the production of the assembly debugging
Key: Hull the device of collection the device of Salvage
目 錄
摘 要 1
Abstract 2
第1章 緒論 4
1.1 選題背景和意義 4
1.2畢業(yè)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀及特點(diǎn)分析 5
第2章 船體的設(shè)計(jì) 7
2.1船體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7
2.2船體的材料及尺寸設(shè)計(jì) 8
第3章 原動件的設(shè)計(jì) 9
3.1蓄電池的選擇 9
3.2電動機(jī)的選擇 10
3.3馬達(dá)的選擇 10
第4章 中間部件的設(shè)計(jì) 12
4.1蝸桿減速器的設(shè)計(jì) 12
4.1.1參數(shù)選擇： 12
4.1.2傳動裝置總體設(shè)計(jì)： 12
4.1.3 電動機(jī)的選擇： 13
4.1.4、運(yùn)動參數(shù)計(jì)算： 14
4.1.5 傳動零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 15
4.1.6、蝸桿、蝸輪的基本尺寸設(shè)計(jì) 18
4.1.7蝸輪軸的校核 22
4.1.8 箱體的結(jié)構(gòu)形式和材料 24
4.1.9鑄鐵箱體主要結(jié)構(gòu)尺寸和關(guān)系 25
4.1.10.鍵等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的選擇 25
4.2帶傳動的設(shè)計(jì) 26
4.3鏈傳動的設(shè)計(jì) 27
4.4軸的設(shè)計(jì) 28
5.1收集裝置的設(shè)計(jì) 30
5.2打撈裝置的設(shè)計(jì) 31
致 謝 33
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、公園、風(fēng)景區(qū)的水面上中隨時可以見到飄浮的白色垃圾。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)時費(fèi)力。針對這一問題，發(fā)明了一種用于水面的垃圾清理船，
就為我們提供水資源的長江來說吧，這條中華民族賴以生存的母親河受到越來越嚴(yán)重的污染，據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來長江干流一般年份的漂浮物來量為10-20萬立方米左右，不僅嚴(yán)重污染了長江、影響了三峽的美好風(fēng)光，更是對船閘安全運(yùn)行構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅特別是在小三峽地段，那里的垃圾壯觀的簡直是令人駭然。大片大片的垃圾漂浮在水面上，覆蓋了整個河道，連船都無發(fā)前進(jìn)。雖然這些垃圾中有不少是枯樹枝，但除去褐色部分人為垃圾的量也是驚人的。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。特別是今年9月份以來，水上漂浮物造成了葛洲壩船閘32次運(yùn)行程序中斷為最，直接威脅著過往旅客和船舶的生命財(cái)產(chǎn)安全。據(jù)悉 在長江三峽庫區(qū)，每天要清理漂流物高達(dá)100噸，??清漂工作關(guān)系到長江水質(zhì)、關(guān)系到航運(yùn)暢通，更關(guān)系到大壩安全，庫區(qū)負(fù)責(zé)清漂的環(huán)衛(wèi)部門曾經(jīng)設(shè)想有朝一日能夠讓清漂船達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，垃圾規(guī)范處理，實(shí)現(xiàn)對漂浮物的全自動跟蹤。
該船主要適用于河流 湖泊 等水面垃圾的清理收集，可有效的保證水域環(huán)境的整潔與美觀，對營造綠色的生存環(huán)境有著重要的意義和積極的作用，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)械化與自動化，極大的提高水面垃圾清理效率和作業(yè)質(zhì)量，同時又起到對水面環(huán)境的維護(hù)保障功能。，與水面垃圾的人工打撈相比，極大地提高了工作效率，它的使用對減小水面的污染有著積極的意義。
1.2畢業(yè)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀及特點(diǎn)分析
水面漂浮物打撈船采用成熟的技術(shù)、簡單的結(jié)構(gòu)和巧妙的方法，可以自動
地把其快速行進(jìn)所到之處的水面漂浮物和半漂浮物打撈到船上，整個打撈過程無需人工參與，安全性非常好，效率大約是人工打撈的幾百倍，水面越大、風(fēng)浪越大效果越顯著。
? 據(jù)報(bào)道韓國海洋水產(chǎn)部在2000年投資23.5億韓元（1美元約合1170韓元），委托韓國海洋研究院開發(fā)一種能在淺灘和港口進(jìn)行垃圾清除作業(yè)的垃圾打撈船。最近，這種海上垃圾打撈船已建造完成，并通過了性能試驗(yàn)。這艘名為“海洋清掃號”的垃圾打撈船為平底船，長30m、寬10m、高2.3m，可在水深只有兩米的淺灘和港口清除漂浮垃圾。船上裝有臂長達(dá)20m的“多關(guān)節(jié)”抓鏟，可打撈水深為15m的灘底沉積垃圾。船上的鉤狀收集機(jī)可用于收集水中的漁網(wǎng)及漁具。船艙還可容納40噸垃圾，這些垃圾可被船載的寬體切割機(jī)切割分解。
? 橫浜港灣空港技術(shù)調(diào)查事務(wù)所的海洋環(huán)保型船“BayClean”號船是用于回收清掃海面垃圾兼溢油回收船，為提高作業(yè)效率采用雙船體。船首雙體的上部為居住區(qū)，雙體中央部設(shè)有回收垃圾用的翻斗，裝備了垃圾集裝箱和海上流木等起吊用懸臂吊車(4節(jié)液壓升縮型、作業(yè)半徑 12.3m)。雙船體尾部設(shè)油回處裝置，由油回收器、油回收泵、油水分離柜、送油泵組成?？傞L32.5m，雙體最大寬11.6m，單體寬4m，型深4.3m，滿載吃水2.7m，198GT。航速14.5kn(常規(guī))，3～4kn(回收作業(yè)時)。主機(jī)為2臺立式單動四沖程直接噴射式、帶增壓機(jī)和氣冷器的柴油發(fā)動機(jī)(海馬6N2lA—EN)，連續(xù)最大輸出功率956.15kW X850/min。在操舵室可對全船搭載的各種裝置進(jìn)行集中管理，可模擬監(jiān)控或遙控。燃油艙和油回收柜考慮到安全，而采用雙底結(jié)構(gòu)。
? 美國聯(lián)合國際船舶公司(UMI)研制的系列清掃船采用雙體船型，配兩套Z型推進(jìn)裝置，線型較簡單，主要功能是清掃水面垃圾。主要作業(yè)機(jī)具包括導(dǎo)流門、船首傳送帶、垃圾箱、船尾傳送帶。船尾傳送帶用于將垃圾輸送至岸上。
? 蘇州市航運(yùn)公司機(jī)務(wù)技術(shù)科的張林根所著的《內(nèi)河打撈船設(shè)計(jì)概要》中介紹了內(nèi)河打撈船設(shè)計(jì)時，航速是沒有過高要求的，因而在選擇船型時，主要應(yīng)考慮工作穩(wěn)性、操作方便性等因素，因而，內(nèi)河打撈船選用“箱體型”是十分適宜的，內(nèi)河打撈船的打撈方式，一般應(yīng)選用操作方便、安全可靠的“雙扒扦”式為佳。雙扒桿打撈船一般由：兩臺卷揚(yáng)機(jī)組、立桿、起吊桿、穩(wěn)索、變幅索、起吊索等部件組成。內(nèi)河打撈船應(yīng)設(shè)置艏、艉壓載水艙。艏壓載水艙用于降低艏高，以利于過橋洞，艉壓載水艙用于平衡起吊重物，一般應(yīng)以大于、等于額定設(shè)計(jì)起吊重量所產(chǎn)生縱傾力矩值來確定艉壓載水艙的艙容大小。艏、艉壓載水艙均應(yīng)設(shè)縱艙壁，并在縱艙壁上設(shè)置“閘閥”，以利于減少自由液面影響、調(diào)整左右傾斜，保打撈工作的安全性。
第2章 船體的設(shè)計(jì)
2.1船體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)我們設(shè)計(jì)的打撈裝置的具體結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)船體，首先我們來看下垃圾打撈船的總體結(jié)構(gòu)圖。
2.1船的總體結(jié)構(gòu)UG模型圖
然后，根據(jù)總體結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)可以設(shè)計(jì)出船體的總體構(gòu)造如下圖所示：
2.2 船體的總體結(jié)構(gòu)UG模型圖
上圖為船體的結(jié)構(gòu)三維圖，船體是水陸兩用打撈船的軀體部分，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中起著至關(guān)重要的作用。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，船體采用左右對稱布置的結(jié)構(gòu)。兩船體之間用桿件焊接起來。
前方有4個支撐桿，1個凸臺，1對對稱安置放軸承的支架，船尾有對稱安置的4個支架，另外，右邊船艙還有1個用于按放電動機(jī)的凸臺，和一個用于放置減速器的凸臺。
船體前面的4個伸縮桿一是為了放置左右兩個用于動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。
船體右邊的那個凸臺是為了放置用于支撐把帶傳動換成鏈傳動的軸的支座。
船體中間的1對對稱安置的支架，主要用于支撐打撈裝置的滑動軸承。
船體后邊的4個支架主要用于支撐安放馬達(dá)的壓板的用途。
右船艙的2個凸臺用于支撐和定位電動機(jī)和減速器的作用。他們的高度差分別參考電動機(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)
船體用灰鑄鐵HT200制作而成，厚15mm，長4020mm，寬2200mm，高800mm它的總體尺寸設(shè)計(jì)見零件圖五：船體。
第3章 原動件的設(shè)計(jì)
3.1蓄電池的選擇
綜合考慮船的動力情況，選擇蓄電池作為動力源（可充電），分別為電動機(jī)和馬達(dá)供電，根據(jù)設(shè)計(jì)減速器的相關(guān)參數(shù)，查相關(guān)手冊選擇蓄電池的型號為GB/T10076-1988型號:12-QA-200 。
圖3.1 蓄電池的外觀圖
電壓：12V
額定容量：200AH
尺寸：511*270*237
3.2電動機(jī)的選擇
根據(jù)減速器設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)，查表可查得所需的電動機(jī)Z系列直流技術(shù)數(shù)據(jù)，綜合考慮電動機(jī)和傳動裝置的尺寸、重量、價格和減速器的傳動比，選定電動機(jī)機(jī)型號為Z2-62-114其主要性能如下表;
電動機(jī)型號
額定功率
額定轉(zhuǎn)速
Z2-62-114
7.5kw
1000r\min
3.3馬達(dá)的選擇
根據(jù)鋰電池的直流供電特點(diǎn)和船體的結(jié)構(gòu)特征，查相關(guān)的資料選用以下的馬達(dá)。這種馬達(dá)結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，適應(yīng)性較廣。
查知這種馬達(dá)的基本參數(shù)為：
馬達(dá)型號：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
第4章 中間部件的設(shè)計(jì)
4.1蝸桿減速器的設(shè)計(jì)
4.1.1參數(shù)選擇：
根據(jù)這個傳動裝置的實(shí)際情況，特選定如下的初選參數(shù)。
總傳動比：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 減速器的傳動系統(tǒng)圖
4.1.2傳動裝置總體設(shè)計(jì)：
根據(jù)要求設(shè)計(jì)單級蝸桿減速器，傳動路線為：電機(jī)——連軸器——減速器———帶---鏈?zhǔn)絺魉蛶?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 電動機(jī)的選擇：
由于該生產(chǎn)單位采用直流電源，可考慮采用Z系列直流電動機(jī)。直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，價格低廉，維護(hù)方便，啟動性能好等優(yōu)點(diǎn)。一般電動機(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=5000N，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系列直流電動機(jī)，封閉扇冷式結(jié)構(gòu)，電壓為220V，
2、 傳動鏈輪所需功
3、 傳動裝置效率：（根據(jù)參考文獻(xiàn)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》）其中：
蝸桿傳動效率η1=0.73
滾動軸承效率η2=0.99
聯(lián)軸器效率η3=0.99
滾子鏈傳動效率η4=0.98
V帶傳動效率η5=0.95
滑動軸承效率η6=0.98
所以 ：
η=η1η22η3η4η5η6=0.73x0.99x0.99x0.99x0.98x0.95x0.98=0.646
電動機(jī)所需功率: Pr= =（4.5）/0.646=6.97KW
由表選取電動機(jī)的額定功率為7.5kw
傳動鏈輪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機(jī)Z系列直流技術(shù)數(shù)據(jù)
綜合考慮電動機(jī)和傳動裝置的尺寸、重量、價格和減速器的傳動比，選定電動機(jī)機(jī)型號為Z2-62-114其主要性能如下表
電動機(jī)型號
額定功率
額定轉(zhuǎn)速
Z2-62-114
7.5 KW
1000r\min
4.1.4、運(yùn)動參數(shù)計(jì)算：
1.蝸桿軸的輸入功率、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩
P0 = Pr=6.97kw
n0=1000r/min
T0=9.55=6.97×9.55×103/ 1000 =66.6N .m
2.蝸輪軸的輸入功率、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩
P1 = P0·η1η22η3= 6.97×0.99×0.73×0.992 = 4.94kw
nⅠ= = =28.6r/min
T1= 9550 = 9550× = 1649.5N·m
3.傳動鏈輪的輸入功率、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩（傳動鏈輪軸與渦輪軸等直徑）
P2 = P1·η4·η5·η6=4.94×0.98×0.98×0.95×1\3=1.5kw
n2= = = 28.6r/min
T2= 9550 = 9550× = 500.9N·m
4.分支傳動鏈輪的輸入功率、轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩
P3 =4.94×0.98 ×0.98×0.95×2\3=3kw
n3 = 2n2 =57.2 r/min
T3=9550=9550×=500.9N·m
運(yùn)動和動力參數(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）
傳動比i
效率η
蝸桿軸
6.97
1000
66.6
1
0.646
蝸輪軸
4.94
28.6
1649.5
35
傳動鏈輪軸
1.5
28.6
500.9
鏈輪軸2
3
57.2
500.9
4.1.5 傳動零件的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1.5.1蝸桿蝸輪設(shè)計(jì)計(jì)算
1.選擇蝸輪蝸桿的傳動類型
根據(jù) GB/T10085-1988的推薦，采用漸開線蝸桿ZI。
2.選擇材料
考慮到蝸桿的傳動功率不大，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5.2.3按齒面接觸強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)
由式（7-13）傳動中心矩計(jì)算公式如下：
(1) 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩=1649.5N·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，可選取動荷系數(shù),則根據(jù)表7-8
K=··=1.11×1×1.05=1.17
(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和傳動中心矩a的比值為0.4，從圖7-14中可查得=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,故從表7-2中取出模數(shù)m=10mm, 蝸桿分度圓直徑d1=80mm
這時， =3.1
由圖7-14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
（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
齒根圓df1=m(q-2.4)=76mm
分度圓導(dǎo)程角，
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7-15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7-10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 .精度等級公差和表面粗糙度的確定
考慮到所設(shè)計(jì)的蝸桿傳動是動力傳動，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、蝸輪的基本尺寸設(shè)計(jì)
1蝸桿基本尺寸設(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號鋼， [σb]=600MPa [σb-1] =55MPa
（2）根據(jù)電動機(jī)的功率P=7.5kw，額定轉(zhuǎn)速為1000r/min，電動機(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)》表14-13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（傳動零件的結(jié)構(gòu)尺寸）
Z11 L6≥(11+0.1ZV)m 可得：
L6=110mm
L7+L8=L4+L5=70mm L3=L9=64mm 可得：
蝸桿的總長度為512mm。
如圖所示
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裝置，軸主要傳遞蝸輪的轉(zhuǎn)矩。
選用45號鋼， [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 )選滾動軸承
根據(jù)d2=55mm，初步選取0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級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3 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
與傳動零件相配合的軸段，略小于傳動零件的輪轂寬。
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，滾動軸承應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離s（5～8）。取s=8mm，已知滾動軸承寬度為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4.1
X-Y平面受力分析
圖4.2
X-Z平面受力圖：
圖4.3
水平面彎矩
1102123.7
521607
97 97 119
圖4.4
垂直面彎矩 714000
圖4.5
436150.8
合成彎矩
1184736.3
714000
681175.5
圖4.6
當(dāng)量彎矩T與aT
T=1111840Nmm
aT=655985.6Nmm
圖4.7
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4.2
（8），垂直面X-Z受力 圖4.3
（9）畫軸的彎矩圖
9.1 水平面X-Y彎矩圖 圖4.4
9.2 垂直面X-Z彎矩圖 圖4.5
9.3 合成彎矩 圖4.6
9.4 軸受轉(zhuǎn)矩T T==1111840Nmm
9.5 許用應(yīng)力值 表16.3，查得
9.6 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4.7
（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
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
軸承旁凸臺半徑
R1=16mm
軸承旁凸臺高度
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：
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10-43，選用聯(lián)軸器的型號
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
M16×60， 數(shù)量為4個
M20×80 數(shù)量為4個
M10×50 數(shù)量為6個
螺母GB6170-86 M16 數(shù)量為4個
M16， 數(shù)量為4個
螺釘GB5782-86 M8×30 數(shù)量為4個
M10×30， 數(shù)量為6個
M16×80
M16×60
M20×80
M10×50
M16
M16
M8×30
M10×30
4.2帶傳動的設(shè)計(jì)
4.2.1過渡鏈輪軸上的帶的設(shè)計(jì)
（1）根據(jù)額定功率P=3kw,原動機(jī)轉(zhuǎn)速n=57.2r\min,每天的運(yùn)轉(zhuǎn)時間不超過10h載荷平穩(wěn).
1. 工況系數(shù)Ka=1.1
2. 計(jì)算功率Pe=KaP=1.1×3=3.3kw
3. 選V帶型號，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,傳動比i=1,轉(zhuǎn)速n=28.6r\min,每天的運(yùn)轉(zhuǎn)時間不超過10h,
綜合考慮選擇窄V帶的型號為SPA600 GB|T11544-1997 節(jié)寬bp=11mm 頂寬b=13mm,高度h=8,楔角a=40度。
4.3鏈傳動的設(shè)計(jì)
原始參數(shù)P=3 kw,由于過渡軸的轉(zhuǎn)速為26.5r\min,,傳動比為1,
設(shè)計(jì)參數(shù)如下；（參考 王為主編 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 華中科技大學(xué)出版社）
1. 傳動比I=1
2. 主動輪齒數(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5-8 取=1
假定鏈工作點(diǎn)在圖5-22所示曲線頂點(diǎn)
查表5-19 取===1.05
查表5-19 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查出鏈號為24A，查表5-14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5-17，當(dāng)V帶在0.6-3m\s時，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)
4.4.1打撈裝置軸的設(shè)計(jì)
原始條件 輸出軸的功率P=1.5KW 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＝＝1.41kw
n＝28.6r\min
T＝T2= 9550 = 9550× = 500.9N.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，取c=110，于是得
=110×3=40.05mm
如圖所示最小軸經(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4.4 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針方向。而這樣通過左右兩個收集輪的相向運(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UG模型圖
收集裝置軸速度計(jì)算：
（1） 過渡鏈輪(主動輪)的轉(zhuǎn)速=57.2 r/min
（2） 求過渡鏈輪到收集裝置軸的傳動比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)
打撈裝置在整個設(shè)計(jì)中起著不可替代的作用。在這個船體中，我們將它設(shè)計(jì)成兩個鏈輪用特制銷軸聯(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，我們要設(shè)計(jì)成傳送鏈輪的形式，再設(shè)計(jì)一個特制銷軸的結(jié)構(gòu)，將兩個鏈輪連接起來，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)
為期兩個多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)在忙忙碌碌的設(shè)計(jì)與計(jì)算中結(jié)束了，這意味著幾年多姿多彩的大學(xué)生活也將結(jié)束。本次設(shè)計(jì)是我們在大學(xué)里的最后一個綜合學(xué)習(xí)，也是對我們幾年學(xué)習(xí)的檢驗(yàn)與考核，更是理論聯(lián)系實(shí)際的一次體驗(yàn)，可以說我又發(fā)現(xiàn)了很多不足，在不斷發(fā)現(xiàn)問題解決問題的過程中，我體會到了干好任何一份工作的艱辛和快樂，對我來說是充實(shí)的。
剛開始做設(shè)計(jì)的時候，都不知道怎么動手，心中沒有對整個設(shè)計(jì)的完整概念，只是跑圖書館查書籍和上網(wǎng)找資料，但收獲甚微。在這時宋老師的不厭其煩和悉心指導(dǎo)，讓我有了信心才使得畢業(yè)設(shè)計(jì)得以開始，萬事開頭難，有了一個好的開始，再加上老師給我們提供的一些相關(guān)資料和幫助指導(dǎo)，我的設(shè)計(jì)進(jìn)行得以慢慢進(jìn)行，雖然中途由于找工作的原因中斷過而影響了進(jìn)度，但通過調(diào)整方法以及在宋老師的鼓勵下工作還是順利的完成了。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不但全面檢驗(yàn)了過去我們所學(xué)，特別是對機(jī)械設(shè)計(jì)等課程的檢驗(yàn)更是讓我意識到查找資料的不易與重要性。記得老師曾經(jīng)說過：“知識的海洋浩瀚無邊，我們不可能掌握所有的知識，我們不可能掌握所有的知識，而大學(xué)就像一個熔爐，它的氛圍勾起你的學(xué)習(xí)欲望，它不是要你真真正正地懷抱多少知識走向社會，而是教你學(xué)習(xí)的方法和保持一顆學(xué)習(xí)的心，用認(rèn)真的態(tài)度來學(xué)習(xí)新的知識”，這是我一生都受益的財(cái)富。做人應(yīng)該踏踏實(shí)實(shí)，空想與浮躁是做不好任何事情的。要想把一件事做好，必須親力親為，努力做好每一步，才可以完完整整的做好一件事。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)一步培養(yǎng)了我的動手能力，鍛煉了我綜合運(yùn)用知識，獨(dú)立思考，分析解決問題的能力。整個過程對我來說，不僅是專業(yè)知識的再一次鞏固和加深，同時也讓我感覺到知識的欠缺和經(jīng)驗(yàn)的不足。我會在今后的工作與學(xué)習(xí)中，繼續(xù)努力，不斷豐富自己的知識。
機(jī)械設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，根據(jù)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，也暴露出了我的一些不足，如 缺乏一定的綜合設(shè)計(jì)能力，我會在以后的工作生涯中提高自己的綜合機(jī)械設(shè)計(jì)能力，不斷完善自己在機(jī)械方面的能力。
致 謝
為期兩個月的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于要結(jié)束了，當(dāng)我打完最后一個字時，心理有一種很欣慰的感覺。畢業(yè)設(shè)計(jì)包含了太多太多的東西，不僅有自己的努力跟辛勤工作，還凝結(jié)了身邊許多人的關(guān)心跟支持，看到他們。我唯有更加努力的做好此次設(shè)計(jì)才是對他們最好的回報(bào)。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)得到了很多人的關(guān)心和支持，在此表示衷心的感謝！首先要感謝我的指導(dǎo)老師宋庭新副教授。在整個設(shè)計(jì)過程中宋老師悉心指導(dǎo)，提出了很多極富有建設(shè)性的建議，對諸多問題作了精心的講解。而且宋老師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度深深感染了我，使我獲益菲淺！在此再次說聲：謝謝！
其次，我的同學(xué)們也給予了一定的支持。在此一并致謝！
另外，我要感謝我的父母和家人，正是他們的支持，才使得我可以順利地完成學(xué)業(yè)。
最后，感謝所有在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中給予過我?guī)椭娜?
34
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）專用紙
參考文獻(xiàn)
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