中國地質大學長城學院 本 科 畢 業 設 計 題目 BYD-1 水草收割船驅動裝置設計 系 別 工程技術系 專 業 機械設計制造及其自動化 學生姓名 楊殿基 學 號 05208318 指導教師 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水草收割的現狀，本文 設計了一種結構緊湊，機構傳動平穩，效率高，適合在中小尺度水域作業的小型水草收割船的驅動裝置。 論文概述了水草收割機的發展背景、研究現狀及分類；完成了水草收割船的驅動裝置的設計取，主要包括明輪驅動及各部位驅動部分的機構設計；闡述了總體設計方案、工作原理、參數計算以及試驗校核；同時按照任務要求完成了裝置總裝圖與各主要零部件圖的繪制。 結果表明：所設計的小型水草收割船具有結構合理、緊湊，適應性強，切割效率高等優點。這種新型的水草收割船可在水下實現切割，撿拾、傳送一體化連續作業方式，能夠達到清除泛濫的水草，凈化水質 的目的。總的來說，是一種較為理想的水草收獲機具。 關鍵詞： 小型水草收割船；明輪機構設計；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 明輪機構的分析計算 .4 3.1 BYD-1 水草收割船的基本參數 . 4 3.2 進行阻力計算 . 5 3.2.1 公式的確定 . 5 3.2.2 粘性阻力系數的計算 . 5 3.2.3 興波阻力系數的計算 . 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 明輪尺寸參數的確定 . 9 4 明輪軸的設計 . 10 4.1 軸的材料及結構 . 11 4.1.1 軸的材料 . 11 4.1.2 軸的結構 . 11 4.1.3 軸的支承結構 . 11 4.2 軸的設計與校核 . 11 4.2 軸承的設計與校核 . 14 4.2 聯軸器的選擇 . 15 5 液壓件及內燃機的選擇 . 15 5.1 聯接明輪軸的液壓馬達 的選擇 . 15 5.2 聯接收割機的液壓馬達的選擇 . 15 5.3 聯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 發電機組的選擇 . 16 5 6 結論 . 16 參考文獻 . 17 謝 辭 . 18 6 7 8 9 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業論文（設計） 1 引 言 水草在養殖、生態和景觀三方面有重要的價值體現，正是因為水草有如此多的作用，吸引了人們去種植。由于種植量大，同時缺乏相應的管理措施，導致人工種植的水草一度發展到瘋狂的狀態。 為了保持水域的生態平衡，維持水質的清澈，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，否則會對水質造成二次污染。目前，水草治理方法主要有化學清除法和物理收割法兩種?；瘜W清除法會引起水質污染與惡化，破壞水域的生態環境，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，但這些產品外型大，長度都大于 8 m，需要多人及輔助機械協同作業，適用于大型水域水草的收割。而景觀水域的設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。 現在，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，造成水質惡化?，F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、美觀環保的水草收割機將是一個重要的發展方向。本文主要對小型水草收割船的明輪部分進行結構設計。 1 緒 論 1.1 課題研究背景 目前，國內外對水草收割機的研究沒有系統的、科學的分類。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展方向。 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業論文（設計） 2 1.2 水草收割船的發展過程 國外關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。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用拖拉機上，把溝渠、河道內的蒲草、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，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運 而生。 60年代英國的 Rolbe公司開發出 Oibeaux系列水中割草機，英國的 John wider(工程 )公司也開發出自己的系列產品。 3O多年來，這些產品至今還在世界各地廣泛使用。 國內也有一些相關企業及研究機構進入該領域，并且取得了一定的研究成果，如寧波農業機械研究所、桂林象山農機廠、紹興縣農林管理總部聯合研究的 WH1800型河道清草機，北京市水利局聯合數家單位共同開發的的 SGY-2.5型水草收割機，上海電器集團現代化裝 備有限公司新液壓長研究開發的 GC2230型號河道割草保潔船以及 GC2000型小型河道割草作業機械。 經歷半個世紀的發展歷程，水草收割機的設計，由開始的岸邊切割水草作業，水中水草作業，水中收割水草作業，到現在的水中切割、收獲、后續處理一體化作業模式，功能日益完善，而且經過長時間的摸索和經驗積累，其工作模式也發生了很大的改變。其主要是朝著小型化、自動化方向發展。 1.3 課題研究的目的及意義 研發一種適合在河道、池塘等中小尺度水域作業的小型水草收割機。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。 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，大大調高了切割效率，符合水草收割機小型化與智能化的發展方向。 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時，蹼板依次進出水面，蹼板向后撥水產生反用力推中國地質大學長城學院 2012 屆畢業論文（設計） 3 船前進。 水草收割機的工作的環境是水深大于 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纏繞問題。 空氣螺旋推進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、不易出現纏繞、用于中低速小型船舶效率較高適于水中割草作業。 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的輪及輪周緣上的蹼板構成。一般每一舷側輪裝有 7 11 葉蹼板。當明輪在低速主機帶動下旋轉時，蹼板依次進出水面，蹼板向后撥水產生反作用力推船前進。當船舶吃水有限時，明輪的結構比螺旋槳的結構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。所以至今在某些內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造簡單結構牢固，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、中國地質大學長城學院 2012 屆畢業論文（設計） 4 出水的程度要比定蹼明輪高，因而對船體產生的推進力要大，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，定蹼式明輪難以適應，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位置時，稱為動蹼腰明輪。圖 2 表示動蹼腰明輪的結構示意圖，將其簡化為平面四桿機構來分析，當主動桿 AB以角速度作圓周運動時，引導連桿 BC 和蹼板 (與連桿銷連接 )作平面運動，連桿驅動搖桿 CD 繞偏心軸作圓周運動，蹼板撥水推動船體行進。幾組平面四桿機構的協調運動產生了明輪推進力。 動蹼明輪可以借偏心裝置控制蹼板，以調節出水和入水的角度，消除了蹼板入水時產生的拍水現象與出水時產生的提水現象；其次，還可以增大明輪的劃水面積從而提高推進效率。 3 明輪機構的分析計算 3.1 BYD-1水草 收割船的基本參數 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 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： =V/LBT=5.0/(5.3 1.2 0.5)=1.57 船的浸濕表面積： 對于無隧道的內河船舶按 A B 卡爾波夫公式計算 ,即 代入數據得： 相應的弗魯德數 Fr: 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業論文（設計） 5 式中： g一重力加速度 9.8 m/s2 代入數據得： 相應的雷諾數 Re 代入數據得： 3.2 行進阻力計算 3.2.1 公式的確定 根據弗魯德數可以判斷，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； w 興波阻力系數 在總阻力中只有粘性阻力系數、興波阻力系數未知，其它各參數已確定；從而只需確定這兩項。 3.2.2 粘性阻力系數的計算 式中： k 比例系數 k 比例修正系數 f0 摩擦阻力系數 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業論文（設計） 6 f 阻力修正系數 k 附加阻力修正系數 1)比例系數 k、比例修正系數 k 的確定 根據船型特點： k =1.3、 k =0 2)摩擦阻力系數 f0的確定 故： 3)阻力修正系數 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 k的確定 為了船的穩定性良好，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 興波阻力系數的計算 其中 w根據圖可知： w1 = 0.04 10-3； w2 = 0.95 10-3 代入數據得： 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 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業論文（設計） 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 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，在行進中會產生行進阻力。假設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 的平板所產生的阻力。由基爾霍夫理論，輸送帶產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，查得 c = 1.12； 輸送帶阻力只有在收割水草時產生，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， 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 明輪工作轉速， n = 0.6 rpm/s；計算得明輪總推進力 P = 854 N ， P R0 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業論文（設計） 8 3.4 明輪偏心率的確定 平面四桿機構設計是否合理，將直接影響明輪滑水效率。現從收割機整體結構要求出發，采用解析法來討論這一問題。 根據船體結構要求，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，連桿長 l = 0.07 m，蹼板為 0.46 0.23 m2，蹼板的數量一般由明輪直徑和轉速大小來確定，因該明輪用于中低轉速，直徑較小，故取 7 葉，相應的在一個明輪上要出現 7 組四桿機構，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動軸軸心的距離，從 (2)、 (3)式中消去 3 并整理得： （ 4） 設蹼板入水角為 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 的函數關系。在機構運動過程中，傳動角 r 的大小是變化的。最小傳動角將出現在主動桿與機架共線的兩個位置之一 (見圖 2)，即： （ 5） （ 6） （ 7） 通常為保證機構的傳動性良好，設計時應使 rmin 40。 ，有些尺寸較小的機構允許小些，只要不發生自鎖即可。 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。 ，此時機構為平行四桿機構，蹼板垂直入、出水面，不發生濺水，明輪的推進效果最好。至于死點，不會出現兩組機構同時處于死點位置。但這種機構的連桿與搖桿間的相對擺動是在整個圓周上進行的，使得明輪結構，受力狀態不好，且易出現纏繞。若能解決此問題，則平行四桿機構是最優設計； 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，蹼板傾斜入、出水面，推進效果較平行四桿 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業論文（設計） 9 圖 2 動蹼式明輪結構示意圖 機構差些，并產生一定的濺水現象，但無死點，此時搖桿可置于連桿之間，使得結構合理，受力狀態好，無 纏繞，故設計中采用這種方案，設計時，考慮到 rmin 出現在水面上方位置，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，但是結構受力狀態不好，而且倒轉明輪時蹼板出水角度不理想。一般 e = 0.60.8 范圍內，當取 E = 0.055 m 時 e = O.8。故 取偏心距 E=0.055 m。 3.4 明輪尺寸參數的確定 明輪水草收割機明輪參數為：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） 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業論文（設計） 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 ，安全系數為 5，許用應力為 = 67 MPa 。 設計蹼板厚度 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；其他數據圖紙給出。 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，并且工作環境是水與空氣交替的環境，并且是焊接件，安全系數取為 5。則許用應力 = 75 MPa；明輪支撐架采用內徑 14mm，外徑 18mm 的支撐桿。 圖 7支撐架 其他尺寸參照設計圖紙。 4 明輪軸的設計 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業論文（設計） 11 4.1 軸的材料及結構 4.1.1 軸的材料 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。本設計軸 選用 45 號鋼調質處理。 4.1.2 軸的結構 軸的結構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、數量以及和軸連接的方法；載 荷的性質、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝性等。由于影響軸的結構的因素較多，且其結構形式又要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒有標準的結構形式。設計時，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，軸的結構都應滿足：軸和裝載軸上的零件要有準確的工作位置；軸上的零件應便于裝拆和調整；軸應具有良好的制造工藝性等。 4.1.3 軸的支承結構 該機構中，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能承受雙向軸向載荷，故內外圈都要固定。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構，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”組合的結構；兩端游動方式常用在人字形齒輪的裝配中。 4.2 軸的設計與校核 軸的設計計算 （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、紀名剛主編機械設計第八版） （ 1）求軸上的功率 P，轉速 n和轉矩 T P=Np =1.15kw 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業論文（設計） 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，調質處理。 根據表 15-3，取 1100 A，于是得 d min = =14.59mm （ 4）軸的結構設計 擬定軸上零件的裝配方案 現采用如下 圖 4-1所示的裝配方案。 圖 4-1 軸裝配方案 根據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； 根據定位條件， IVIII 段的直徑 mmd 30IVIII 。 根據明輪寬度取 L - =570mm。 根據零部件的裝配位置，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。 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業論文（設計） 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 首先根據軸的結構圖做出軸的計算簡圖。在確定軸承的支點位置時，應從手冊中查取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： 從軸的結構圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面 D 是軸的危險截面。現將計算出的截面處的 HM 、VM及 M 的值如下： 彎矩： mmNM 05.7 1 9 5 4H1 ； mmNM 12.8 6 1 1 7V1 mmNM 18.6 5 6 2 9H2 ； mmNM 29.41244V2 mmNM 42.123236NH3 ； 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 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業論文（設計） 14 mmNM 12631134.2769942.123236 223 扭矩： mmNT 439301 mmNT 219652 （ 6）按照彎扭合成應力校核軸的強度 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。根據式（ 15-5）及上面的數據，以及軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環變應力，取 6.0 ，軸的計算應力 MPW TM 28.61251.0 )219656.0(126311)( 3 222223ca 前已確定軸的材料為 40 rC ，調質處理，由表 15-1 查的 MP70 1 。因此 ca 1 ，故安全。 4.2 軸承的設計與校核 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 222r2H2r2Vr2 （ 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和軸向載荷分布系數為 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業論文（設計） 15 對軸承 1 0,111 YX 對軸承 2 0,122 YX 因運轉過程中有中等沖擊載荷，按表 13-6 8.12.1p f,取pf=1.5。則 NNFYFXfP 16.5062077.337415.1a11r11p1 ）（）（ NNFYFXfP 5.2088033.139215.1r22r22p2 ）（）（ （ 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)16.506210800(2060 10)(6010 3616h PCnL 經檢驗合格 4.2 聯軸器的選擇 計算聯軸器所需的轉矩： 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 的彈性柱銷聯軸器。 5 液壓件及內燃機的選擇 5.1 聯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；轉速范圍 2320r/min。 5.2 聯接收割機的液壓馬達的選擇 輸入收割機的主軸轉速為 738 r/min，查手冊選用型號為 YLM1-63 的液壓馬達。參數如下： 排量 V=64 ml/r；壓力 P=25Mpa；扭矩 T=225Nm；轉速范圍 151500r/min。 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業論文（設計） 16 5.3 聯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。參數如下： 排量 V=64 ml/r；壓力 P2=25Mpa；扭矩 T=225Nm；轉速范圍 151500r/min。 5.4 電動液壓泵站的選擇 根據需要選擇 PER4560WT-RW 電動泵站。流量 2.1L/min，油箱可用油 60L。 5.4 發電機組的選擇 根據需要選擇玉柴發電機組型號 24GF，功率 24KW，電壓 400/230V，電流 43A，配柴油機型號 YC4108D，配發電機型號 WTW-24-4，長 1800mm 寬 750mm 高 1100mm，凈重 870kg。 6 結 論 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業論文（設計） 17 （ 1）明輪部分經計算，能夠完成相關的任務，設計比較合理。 （ 2）主要零部件經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，結構不是特別緊湊。 （ 3）所設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系統中進行水草收割，能夠達到凈化水質的作用。 （ 4）本設計的小型水草收割機船體平穩、靈活，驅動力小，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，結構設計難免存在不太合理的地方。 參考文獻 中國地質大學長城學院 2012 屆畢業論文（設計） 18 1 秦四成編著 . 工程機械設計 M. 北京：科學出版社， 2003. 2 王昌祿編 . 簡明機械設計 M. 北京：中國農業機械出版社， 1984.6. 3 汪愷主編 . 機械設計標準 應用手冊 M. 北京：機械工業出版社， 1997.8. 4 實用機械設計手冊編寫組編 實用機械設計手冊 M北京：機械工業出版社， 1998. 5 Machinerys handbook : a reference book for the mechanical engineer, draftsman.