波浪發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

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1、 本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 題目： 波浪發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計 學 院： 機械與控制工程學院 專業(yè)(方向)：機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 09-3班

2、 學 生： 指導教師： 2013 年 5 月 20 日 目錄 摘要..........................................................................................................................................II 關(guān)鍵詞..................................................

3、...................................................................................II Abstract.................................................................................................................................II Keywords................................................................

4、..............................................................II 第一章 緒論........................................................................................................................1 1.1課題研究背景和意義........................................................................................

5、.........1 1.2波能發(fā)電的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展情況及成果.............................................................1 1.3設(shè)計和研究的內(nèi)容和重點.........................................................................................2 第二章 整體設(shè)計技術(shù)方案...........................................................................

6、.............2 2.1引言.............................................................................................................................2 2.2整體方案論證.............................................................................................................2 2.3具體實施方案......

7、.......................................................................................................2 第三章 波浪發(fā)電機械結(jié)構(gòu)設(shè)計.............................................................................4 3.1浮倉的設(shè)計.......................................................................................

8、..........................4 3.2棘輪與棘爪的設(shè)計.....................................................................................................4 3.3彈簧的設(shè)計.................................................................................................................5 3.4發(fā)電機的選擇........

9、.....................................................................................................6 3.5聯(lián)軸器的選擇.............................................................................................................7 3.6增速器的設(shè)計........................................................

10、.....................................................7 3.7帶傳動的設(shè)計.............................................................................................................18 3.8整體框架的設(shè)計......................................................................................................

11、...20 第四章 關(guān)鍵機構(gòu)部件的受力分析與校核........................................................20 4.1各軸的設(shè)計、受力分析與校核..................................................................................20 4.2各鍵的校核...............................................................................................

12、...................33 4.3軸承壽命的校核..........................................................................................................34 總 結(jié)......................................................................................................................................35 致 謝......

13、................................................................................................................................35 參考文獻.................................................................................................................................35 摘要 每個時代都有其主要能源，它們?yōu)槿藗兊纳a(chǎn)生

14、活提供源源不斷的能量，人類的發(fā)展離不開能源。煤、石油、天燃氣三大能源一直以來都是人類的主要能源，然而使用這些能源給生態(tài)環(huán)境帶來的破壞漸漸被人們所重視，同時這些不可再生資源的大量開發(fā)利用也加劇了未來經(jīng)濟發(fā)展的能源危機。開發(fā)新能源、清潔能源、可再生能源的呼聲越來越大，新能源的開發(fā)迫不及待。波浪發(fā)電機構(gòu)利用的是波浪能，清潔可再生，波浪能源儲量巨大，據(jù)估計全世界可開發(fā)利用的波浪能達20億KW，我國可利用平均功率0.23億KW，因此波浪發(fā)電機構(gòu)設(shè)計有很高的價值。 本設(shè)計采用震蕩浮子式采集波浪能，浮倉用塑料PE制成，浮倉上固定有一排可轉(zhuǎn)動棘爪。兩個浮倉兩個棘爪布置在棘輪兩邊，棘爪的上下往復運動轉(zhuǎn)

15、換成棘輪的單項旋轉(zhuǎn)運動，再通過聯(lián)軸器和增速器把旋轉(zhuǎn)運動傳動到發(fā)電機上。發(fā)電裝置用支架固定在淺海，根據(jù)深度制造支承架，零件需要進行防腐處理。 該方案是純粹的機械方式捕獲和傳動波浪能，這樣波浪能的利用率比較高。根據(jù)設(shè)計計算，波浪能利用率可達94%以上，比其他波浪發(fā)電高30%到60%。 關(guān)鍵詞：波浪發(fā)電、新能源、浮倉、棘輪 Abstract Every era has its main energy,human's development can not be separated from energy because they are provide a steady stre

16、am of energy for people's production and living.Three energy,coal,oil and natural gas has always been the major source of energy of human,however,the use of these energy are damage to the ecological environment.So this situation has been growing attention by citizen .At the same time,a large num

17、ber of nonrenewable resources be used will contributed to the energy crisis of the future economic development.The calls of research new energy,clean energy,renewable energy becoming more and more higher,the development of new energy can not wait any more.Wave power institutions is use wave energy

18、,clean and renewable ,and huge wave energy reserves.It is estimated that it has 20KW wave energy can be use,only China has 0.23KW,so the research of wave power machine has a high value. This design is uses the shock float acquisition wave energy,the float made of plastic PE.A row of rotatable paw

19、l is fixed on the float.Two float and two pawl are arranged on both sides of the ratchet.The pawl's vertical reciprocating movement switch to individual rotational motion of the ratchet.And then the rotational movement spread through the coupling and growth generator. The electric power generati

20、on device in the shallow water via a bracket,according to the depth of water to manufactured the bracket,and all the parts required for corrosion resistance. This program is purely mechanical way to capture and transmission wave energy,by this way,the wave energy utilization is will be more highe

21、r.According to the design calculations,wave energy utilization up to 94%,30%-60% higher than other wave power . Keywords: wave power,new energy,float,ratchet III 第1章 緒論 1.1課題研究背景和意義 波浪發(fā)電的意義主要基于能源問題的考慮。目前世界上主要的能源是石油、煤、天然氣等，這些都是不可再生資源，面臨著能源消耗量的越來越大和不可再生能源的越來越少，不久的將來這些資源都將枯竭，能源危機將不可避免。能源危機

22、還可能帶來經(jīng)濟危機，甚至引發(fā)戰(zhàn)爭。如1973-1974年的石油危機，使全球經(jīng)濟倒退2年，而1990年的海灣戰(zhàn)爭則是一場徹徹底底的石油戰(zhàn)爭。“得來全不費功夫”的不可再生能源的枯竭以及引發(fā)的問題告誡我們：要與大自然和諧相處，就必須要保護環(huán)境，使用可再生資源。新能源的理論開發(fā)、技術(shù)開發(fā)、新能源材料的探索、新能源經(jīng)濟的研究等無疑是當前眾多研究的熱點中的亮點。 波浪能則是一種可再生的清潔能源，波浪能儲量巨大，分布廣泛，取之不盡，用之不竭，據(jù)估計全世界可開發(fā)利用的波浪能達20億kW。我國沿海理論波浪年平均功率約為0.23億kw。然而目前的開發(fā)技術(shù)落后，波浪能利用率低，成本高而產(chǎn)出小，因此現(xiàn)在研究波浪能發(fā)

23、電技術(shù)具有深遠的意義?？偨Y(jié)波浪發(fā)電的意義如下：①改善能源結(jié)構(gòu)，緩解目前能源問題。②清潔能源，保護環(huán)境。③有利于解決未來能源問題。④有利于經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。 1.2波能發(fā)電的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展情況及成果 ①歷史：從20世紀70年代，人們才開始認真地研究波浪能的實際利用技術(shù)，此后包括中國、美國、日本、英國、挪威、印度、葡萄牙等國家研發(fā)出了許多精妙的波能發(fā)電裝置。 1974年日本開始研究“海明”號，1980年代，年發(fā)電19萬度，實現(xiàn)了海上浮體波浪電站向陸地小規(guī)模送電。 1986年挪威波能公司建造了一座裝機容量為350kW的收縮波道式波能電站。 1990年中國在珠江口

24、大萬山建成國內(nèi)第一座3kW岸式波力電站，于1996年改造成20kW電站，峰值功率可達14.5 kW，功率20%~40%。 1998年日本基于“海明”號相似的發(fā)電原理，開發(fā)了“巨鯨”號波浪發(fā)電船，發(fā)電量110kW，最大總發(fā)電效率為12%。 1998年9月 英國海洋動力傳遞公司研發(fā)的“海蛇”號，最大總發(fā)電效率12%，屬于浮標式海浪發(fā)電裝置。 1999年9月，中國建成并投入運行青島大管島波浪發(fā)電站，年發(fā)電80kW。 2000年英國Wavegen公司和貝爾法斯特女王大學共同在蘇格蘭的艾萊島上建成一座裝機容量500kW，固定于海岸的振蕩水柱式波能電站，并向國家電網(wǎng)供電。

25、 2001年中國在廣東汕尾建成我國第一座百千瓦級波力電站，標志著我國波能利用水平已處于世界先進行列。 ②現(xiàn)狀與發(fā)展情況：目前波能轉(zhuǎn)換的裝置千變?nèi)f化，按固定方式可分為固定式和浮標式，固定式又分為岸式和離岸式。發(fā)電裝置通常具有兩個部分組成：第一部分為采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)的作用是俘獲波浪能；第二部分為轉(zhuǎn)換裝置，該系統(tǒng)是把俘獲的波浪能轉(zhuǎn)換為電能。采集系統(tǒng)的形式有震蕩水柱式、震蕩浮子式、擺式、鴨式、筏式、收縮波道式等。 岸

26、式波能發(fā)電裝置固定于岸邊，其優(yōu)點是管理和維護比較方便，也有利于對裝置的優(yōu)化研究，電力傳送成本低，其效率較高，但是岸邊所能利用的波浪能的能流密度比較低，這種裝置對環(huán)境要求較高。 浮標式的波浪發(fā)電裝置可以在船廠建造、下水，然后安裝到合適的地方，因此建造難度小。缺點是效率比岸式低，抗風浪能力差，輸電成本高。 ③前人在本選題研究領(lǐng)域中的工作成果簡述 從20世紀70年代開始人們研究出了許多波能發(fā)電裝置，典型代表有：“點頭鴨”式、收縮波道式、震蕩水柱式、擺式、波面筏式、整流器式、震蕩浮子式等，各種波能發(fā)電裝置均有其優(yōu)缺點?！包c頭鴨”式是可適應各種不同頻率的波浪。但是裝置可靠性差，在惡劣的海洋

27、環(huán)境下，裝置極易損壞，所以沒有得到廣泛推廣。收縮波道式波能轉(zhuǎn)換裝置是靠地形或堤壩使海浪聚集經(jīng)過波能轉(zhuǎn)換裝置來發(fā)電，其優(yōu)點是裝置部件安裝在岸上，可靠性好，維護費用低，功率穩(wěn)定且效率高，但是它對于地形的要求極高，在現(xiàn)實中不易廣泛推廣。震蕩水柱式是通過波浪對密封腔里的空氣壓縮來轉(zhuǎn)換能量，發(fā)電裝置不與海浪直接接觸，因此抗惡劣性能好，但其轉(zhuǎn)換效率低，建造費用高。擺式波能裝置直接從波浪吸收能量轉(zhuǎn)換成機械能，效率較高，但是受波浪周期頻率影響大，且抵抗惡劣環(huán)境性內(nèi)差。波面筏式波能發(fā)電裝置是不淺裝換效率最高的波能發(fā)電裝置，但是其波面實體尺寸過大。震蕩浮子式通過浮子吸收波能，并通過杠桿或繩索連接到岸上的發(fā)電裝置，

28、其能量轉(zhuǎn)化效率較高，建造成本低，抵抗惡劣天氣性能較好，有望成為實用化的波能裝置。 根據(jù)對前人研究成果的評估，本設(shè)計方案采用振蕩浮子式，并通過更優(yōu)化的波能轉(zhuǎn)化和傳動機構(gòu)來采集波能和發(fā)電。并在整體構(gòu)造方面吸取各種方案的有點，彌補其他方案的缺點，設(shè)計出波能轉(zhuǎn)換效率高，對波浪周期頻率適應性強，對環(huán)境適應性好，抗惡劣天氣性能高，且制造成本和輸電成本低，維護方便的波能發(fā)電裝置。 1.3設(shè)計和研究的內(nèi)容和重點 本論文主要研究的是波浪能發(fā)電裝置的波能采集裝置和能量轉(zhuǎn)化裝置，及其總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計與各部件的校核分析。 （1） 設(shè)計內(nèi)容： ①波能采集器的設(shè)計 ②能量轉(zhuǎn)化裝置，即把上

29、下往復運動轉(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(shè)計與固定 ⑤各零部件的受力分析與校核 （2） 設(shè)計重點 ①棘輪與棘爪的設(shè)計 ②整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 本章小結(jié)：本章結(jié)果對目前能源問題的分析，把問題引向該設(shè)計的重要性。再通過對前人研究的波浪發(fā)電裝置進行分析比較，取長補短，并確定自己的設(shè)計方案。 第2章 整體設(shè)計技術(shù)方案 2.1引言 本章介紹的是該波浪發(fā)電裝置的整體設(shè)計方案，介紹了各主要部件的功能以及運作方式，對整個裝置的安裝及功能的實現(xiàn)給予分析。 2.2整體方案論證 根據(jù)前人的研究成果可以發(fā)現(xiàn)

30、，目前的波浪發(fā)電裝置研究與開發(fā)都還不是很成熟，缺點很多，如收縮波道式發(fā)電裝置，轉(zhuǎn)化效率低，所占海平面空間大等；震蕩浮子式不便于電力的傳輸；岸式的波浪發(fā)電裝置對環(huán)境要求高等等。而該方案采用純機械結(jié)構(gòu)來俘獲和轉(zhuǎn)化波浪能，轉(zhuǎn)化效率高，且占用面積小，方便維護，電力傳輸方便等，因此研究價值很高。 2.3具體實施方案 根據(jù)波能發(fā)電裝置的研究歷史及成果得出震蕩浮子式俘獲波能效率較高，靠浮子的浮力以及自身的重力來推動棘爪，從而帶動真?zhèn)€裝置運轉(zhuǎn)。按波能采集、傳動到發(fā)電機的順序，各裝置如下： 波能采集器：箱體類零件，置于水面，內(nèi)注入一定量的水，箱體部分浸入水中，箱體連接兩個固定桿，固定桿只能做上下往復運動。

31、固定桿上安裝數(shù)個棘爪，棘爪可做單向一定角度轉(zhuǎn)動，固定桿上下運動時棘爪帶動棘輪運動，棘爪只能單方向給棘輪作用力，兩個固定桿上的棘爪安裝反向，這樣使棘輪只能做單向轉(zhuǎn)動，如圖2.3—1。 傳動裝置：棘輪軸上固定有一個大齒輪，大齒輪與一個小齒輪嚙合，傳動的效果是使小齒輪轉(zhuǎn)速增大。小齒輪的軸上同時安裝一個大帶輪，通過大帶輪將轉(zhuǎn)動傳遞到發(fā)電機軸上的小帶輪，同時實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的提高。 發(fā)電機：發(fā)電機的選擇即為電動機的選擇，根據(jù)傳遞到發(fā)電機軸上的力和轉(zhuǎn)速選擇電動機。 該裝置需要設(shè)計的主要部件是浮子（即置于水面的浮倉）、兩個固定桿、棘爪、棘輪、棘輪軸、大齒輪、小齒輪、小齒輪軸、大帶輪、小帶輪、兩軸的軸承、皮帶的

32、選擇以及整個裝置框架的設(shè)計。其中需要校核的主要零件是棘輪、受力較大齒輪的校核，兩軸的校核，軸承壽命的校核，各鍵的校核。 圖2.1—1 本章小結(jié)：本章介紹了自己所設(shè)計的波浪發(fā)電機械結(jié)構(gòu)，以及此機械結(jié)構(gòu)的工作方式，機械的運動方式和能量的轉(zhuǎn)化方式。繪制出所構(gòu)思的棘輪與棘爪機械結(jié)構(gòu)圖，并簡要介紹該機構(gòu)的優(yōu)勢。 第三章 波浪發(fā)電機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1 浮倉的設(shè)計 設(shè)計流程： 根據(jù)浮倉的工作環(huán)境是在海面上，海水腐蝕性強，而塑料的抗腐蝕能力強，韌性好，適合制造浮倉。浮倉用塑料PE制成，浮倉的尺寸根據(jù)所需的浮力大小設(shè)計，浮倉總?cè)莘e為2，裝一半的水，因此長寬高均為1260mm，

33、厚度5mm。根據(jù)浮力計算公式得出浮倉所受到的浮力： 3.2棘輪與棘爪的設(shè)計 1） 棘輪的設(shè)計 棘輪設(shè)計是整個設(shè)計的第一步，初步設(shè)定棘輪的尺寸參數(shù)如下，最大直徑=500mm，齒根圓直徑=428mm，輪轂直徑=100mm，齒面長度L=125mm，厚度=80mm，圓角=10mm。 棘輪示意圖如下： 圖3.2—1 2） 棘爪的設(shè)計棘爪的爪尖圓角半徑應稍大于

34、棘輪的圓角半徑，因此設(shè)計棘爪尖圓角半徑=12.5mm，厚度=80mm，其他尺寸初步設(shè)計如圖3.2—2所示： 圖3.2-2 3） 擋塊大小設(shè)計 由于棘爪固定桿要固定在浮倉上，擋塊厚度要比棘爪厚度稍大，設(shè)計擋塊度=85mm，長寬均為70mm 4） 棘爪固定桿的設(shè)計 棘爪固定桿的寬度要適合裝棘爪和擋塊，同時預留尺寸用于導向，因此設(shè)計寬度為=145mm，厚度=50mm，開有螺栓孔，用于固定棘爪。桿是要固定在浮倉上的，所以再加一固定板，設(shè)計尺寸為：寬=150mm，厚=60mm，長度和桿一樣，開有螺栓孔，用于固定

35、在浮倉上。 3.3棘爪復位彈簧的設(shè)計 復位彈簧選擇用普通圓柱螺旋拉伸彈簧，彈簧絲直徑，，由于是拉伸彈簧，沒有受力時節(jié)距，總長度L=20mm+2mm=22mm。如圖3.3—1： 圖3.3—1 3.4電動機的選擇 （1）由于電動機工作在海水下面，需要較高的防腐性能，選擇戶外化工防腐型Y-WF三相異步電動機，結(jié)構(gòu)為封閉式。異步電動機的特點是： ?籠型電動機結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，價格低廉。 ?繞線轉(zhuǎn)子電動機可以通過轉(zhuǎn)子在回路中串電阻、頻敏變阻器或通過雙饋改變電動機特性，改善啟動性能實現(xiàn)調(diào)速。 ?功率因數(shù)及效率比同步電動機低。 ?調(diào)速控制系統(tǒng)比同步電動機簡單。 （2） 電動機額

36、定轉(zhuǎn)速選擇1000。 計算棘輪轉(zhuǎn)速，根據(jù)波浪一般起伏周期6—10s，中浪浪高2mm，計算出棘輪線速度： 棘輪外圓直徑500mm，周長=2 π r =2x3.14x250mm=1570mm，則棘輪轉(zhuǎn)速為： 則總傳動比i= （2） 傳動比的分配 根據(jù)總傳動比52.33，不是很大，設(shè)計一個帶傳動連接電動機，一個三級增速器連接棘輪軸即可使轉(zhuǎn)速達到電動機額定轉(zhuǎn)速1000。根據(jù)帶傳動的傳動比為2—5，設(shè)計帶傳動的傳動比=3，則增速器需實現(xiàn)的傳動比==17，根據(jù)開式二級齒輪減速器考慮潤滑條件，為使兩級大齒輪

37、直徑相近，可取。因此設(shè)計出三級減速器各傳動比為=2，=3，=2.9。 3.5聯(lián)軸器的選擇 為了讓傳動能夠迅速，敏捷，且考慮到成本問題，選擇使用剛性聯(lián)軸器。 3.6增速器的設(shè)計 　　設(shè)計流程： 設(shè)計使用壽命為15年，根據(jù)輸入功率（為棘輪獲得的功率，為棘輪軸的軸承效率，為棘輪軸與增速器間聯(lián)軸器的效率），因為： = 則4.8kw 1、 第一對齒輪設(shè)計 （1）高速級圓柱齒輪的設(shè)計計算 1）選定齒輪類型，精度等級，材料和齒數(shù)。 a 根據(jù)傳動的方案，選擇用直齒圓柱齒輪傳動 b 發(fā)電機為一般工作機器，速度不高，故選用7級精

38、度。 c 材料的選擇。由高等教育出版社《機械設(shè)計》第八版（下同）10—1，選擇小齒輪材料為40，調(diào)質(zhì)處理，硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為240HBS，大小齒輪的硬度差為40HBS。 d 確定小齒輪的齒數(shù)：為提高傳動的平穩(wěn)性，減小沖擊和振動，齒數(shù)可取20—40，去小齒輪齒數(shù)=30，則大齒輪齒數(shù)==2x30=60 （2）按齒面接觸疲勞強度設(shè)計齒輪 設(shè)計計算公式：進行試算。 ?確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 a 選擇載荷系數(shù)=1.3 b 計算大齒輪傳遞給小齒輪的轉(zhuǎn)矩： (為大齒輪傳遞給小齒輪的功率，是小齒輪的轉(zhuǎn)速)，=x=4.8x0.99kw=4.75kw,

39、==2x19.11=38.22。 所以，小齒輪轉(zhuǎn)矩為： c 由表10—7選取齒寬系數(shù) d 由表10-6，查得材料的彈性影響系數(shù)。 e 根據(jù)圖10—21d，按齒面硬度參數(shù)查的小齒輪的接觸疲勞強度極限，大齒輪的接觸疲勞強度極限。 f 齒輪應力循環(huán)的次數(shù)計算。 g 根據(jù)圖10—19，取齒輪接觸疲勞的壽命系數(shù)為， h 齒輪接觸疲勞的許用應力計算，根據(jù)工作情況確定齒輪失效的概率1%，安全系數(shù)S=1，得： ?計算 a 試算小齒輪的分度圓的直徑 b 小齒輪轉(zhuǎn)動的圓周速度計

40、算。 c 小齒輪的齒寬計算。 d 小齒輪齒寬和齒高的比的計算。 模數(shù) 齒高 則= e 載荷系數(shù)的計算。 根據(jù)=0.31，7級精度，由圖10—8查得動載荷系數(shù)=1.02，直齒輪的==1。 由表10—2查得齒輪的使用系數(shù)為=1 查表10—4，用插值法算得7級精度，小齒輪在軸上安裝位置相對于支承為非對稱布置，=1.49，由=13.33， 查圖10—13的=1.49。 因此載荷系數(shù)為：K= f 按實際的載荷系數(shù)校正所得分度圓的直徑為 g 模數(shù)的計算：m= （3）按齒根彎曲疲勞強度設(shè)計 計算公式為 ?確定公式內(nèi)

41、的各計算數(shù)值 a 由圖10—20c查得小齒輪彎曲疲勞的強度極限=500，大齒輪彎曲的疲勞強度極限 =380 b 由圖10—18，取齒輪彎曲的疲勞壽命的系數(shù)=0.9，=0.95 c 彎曲疲勞的許用應力計算。根據(jù)表查得彎曲疲勞的安全系數(shù)為S=1.4，根據(jù)計算公式得： e 載荷系數(shù)的計算： K= f 查取小齒輪的齒形系數(shù)。 由表10—5查得=2.52，=2.28 g 查取應立校正系數(shù)，由表10—5查得=1.625，=1.73。 h 計算兩齒輪的值并加以比較。 =

42、 = 數(shù)值比較大的是大齒輪。 ?設(shè)計計算 = 計算結(jié)果對比之后，圓整為標準模數(shù)m=4，分度圓直徑=155.7mm，小齒輪的齒數(shù)===39，大齒輪的齒數(shù)=2x39=78 （4）齒輪各幾何尺寸的計算 a 分度圓的直徑計算： ， b 中心距的計算： c 齒寬的計算 最后取，。 2、 第二對齒輪設(shè)計 （1） 高速級圓柱齒輪的設(shè)計計算 已知輸入功率，大齒輪的轉(zhuǎn)速，傳動比，工作壽命設(shè)計為15年，每

43、天24小時工作制，工作平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向不變。 1）選定齒輪類型，精度等級，材料和齒數(shù)。 a 根據(jù)傳動的方案，選擇用直齒圓柱齒輪傳動 b 發(fā)電機為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度。 c 材料的選擇。由高等教育出版社《機械設(shè)計》第八版（下同）10—1，選擇小齒輪材料為40，調(diào)質(zhì)處理，硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為240HBS，大小齒輪的硬度差為40HBS。 d 確定小齒輪的齒數(shù)：為提高傳動的平穩(wěn)性，減小沖擊和振動，齒數(shù)可取20—40，取小齒輪齒數(shù)=24，則大齒輪齒數(shù)==3x24=72 （2）按齒面接觸疲勞強度設(shè)計齒輪 設(shè)計計算公式：進行試算。 ?確

44、定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 a 選擇載荷系數(shù)=1.3 b 計算大齒輪傳遞給小齒輪的轉(zhuǎn)矩： (為大齒輪傳遞給小齒輪的功率，是小齒輪的轉(zhuǎn)速)，=x=4.75x0.99kw=4.7kw, ==2x38.22=114.66。 所以，小齒輪轉(zhuǎn)矩為： c 由表10—7選取齒寬系數(shù) d 由表10-6，查得材料的彈性影響系數(shù)。 e 根據(jù)圖10—21d，按齒面硬度參數(shù)查的小齒輪的接觸疲勞強度極限，大齒輪的接觸疲勞強度極限。 f 齒輪應力循環(huán)的次數(shù)計算。 g 根據(jù)圖10—19，接觸疲勞的壽命系數(shù)是：， h 接觸疲勞的許用應力計算，根據(jù)工作情況確定失效的概率是

45、1%，安全的系數(shù)式S=1，得： ?計算 a 小齒輪分度圓的直徑試算： b 小齒輪的圓周速度計算。 c 小齒輪的齒輪寬度計算。 d 小齒輪齒寬和齒高的比的計算。 模數(shù) 齒高 則= e 計算載荷系數(shù)。 根據(jù)=0.64，7級精度，由圖10—8查得動載荷系數(shù)=1.05，直齒輪的==1。 由表10—2查得使用系數(shù)=1 查表10—4，用插值法算的7級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時，=1.433，由=10.68， 查圖10—13的=1.42。 故載荷系

46、數(shù)K= f 按實際的載荷系數(shù)校正所得分度圓直徑 g 計算模數(shù)m= （3）按齒根的彎曲疲勞強度來進行設(shè)計計算 計算公式為 ?確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 a 由圖10—20c查確定小齒輪彎曲疲勞的強度極限值是=500，大齒輪彎曲疲勞的強度極限值是=380 b 由圖10—18，取彎曲疲勞的壽命系數(shù)為=0.9，=0.92 c 彎曲疲勞的許用應力計算。根據(jù)工作情況確定彎曲疲勞的安全系數(shù)是S=1.4，由式（10—12）得： e 載荷系數(shù)K值的計算 K= f 查取小齒輪的齒形系數(shù)。 由表10—5查得=

47、2.236，=2.65 g 查取應立校正系數(shù)，由表10—5查得=1.58，=1.79。 h 兩齒輪的值的計算并比較其大小。 = = 數(shù)值大的為大齒輪。 ?設(shè)計計算 = 計算結(jié)果對比之后，把模數(shù)圓整成標準的模數(shù)是m=3，分度圓的直徑=112mm，小齒輪齒數(shù)===37.7737，大齒輪齒數(shù)=3x38=114 （4）幾何尺寸計算 a 分度圓直徑的計算 ， b 中心距的計算 c

48、 齒寬的計算 取，。 3、 第三對齒輪設(shè)計 （1）高速級圓柱齒輪的設(shè)計計算 已知輸入功率，大齒輪的轉(zhuǎn)速，傳動比，工作壽命設(shè)計為15年，每天24小時工作制，工作平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向不變。 1）選定齒輪類型，精度等級，材料和齒數(shù)。 a 根據(jù)傳動的方案，選擇用直齒圓柱齒輪傳動 b 發(fā)電機為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度。 c 材料的選擇。由高等教育出版社《機械設(shè)計》第八版（下同）10—1，選擇小齒輪材料為40，調(diào)質(zhì)處理，硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為240HBS，大小齒輪的硬度差為40HBS。 d 確定小齒輪的齒

49、數(shù)：為提高傳動的平穩(wěn)性，減小沖擊和振動，齒數(shù)可取20—40，取小齒輪齒數(shù)=30，則大齒輪齒數(shù)==2.9x30=87 （2）按齒面接觸疲勞強度設(shè)計齒輪 設(shè)計計算公式：進行試算。 ?確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 a 選擇載荷系數(shù)=1.3 b 計算大齒輪傳遞給小齒輪的轉(zhuǎn)矩： (為大齒輪傳遞給小齒輪的功率，是小齒輪的轉(zhuǎn)速)，=x=4.7x0.99kw=4.65kw, ==2.9x114.66=332.5。 所以，小齒輪轉(zhuǎn)矩為： c 由表10—7選取齒寬系數(shù) d 由表10-6，查得材料的彈性影響系數(shù)。 e 根據(jù)圖10—21d，按齒面硬度參數(shù)查的小齒輪的接觸疲勞強度極限，大齒輪的接觸疲

50、勞強度極限。 f 齒輪應力循環(huán)的次數(shù)計算。 g 根據(jù)圖10—19，確定接觸疲勞的壽命系數(shù)值， h 接觸疲勞的許用應力值的計算，確定失效率是1%，安全的系數(shù)是S=1，因此得： ?計算 a 小齒輪分度圓的直徑試算 b 小齒輪轉(zhuǎn)動的圓周速度計算。 c 小齒輪的齒輪寬度計算。 d 小齒輪齒寬和齒高的比計算。 模數(shù) 齒高 則= e 載荷系數(shù)的計算。 根據(jù)=1.3，7級精度，由課本上的圖確定動載荷系數(shù)值=1.0

51、7，直齒輪的==1。 有表確定=1 查表10—4，用插值法算的7級精度，小齒輪安裝位置相對支承是非對稱的布置，=1.317，由=13.34， 查圖10—13的=1.22。 因此載荷的系數(shù)是K= f 校正分度圓直徑為 g 模數(shù)的計算m= （3）根據(jù)齒根彎曲的疲勞強度來設(shè)計計算 計算公式為 ?各公式內(nèi)數(shù)值計算 a 由圖10—20c查得小齒輪彎曲疲勞的強度極限值=500，大齒輪彎曲疲勞強度的極限值=380 b 由圖10—18，確定彎曲疲的勞壽命系數(shù)值=0.88，=0.92 c 彎曲疲勞的許用應力計算。確定彎曲疲勞的安全系數(shù)是S=1.4，由式（10—12）得：

52、 e 載荷系數(shù)K值的計算 K= f 查取小齒輪的齒形系數(shù)。 由表10—5查得=2.216，=2.52 g 查取應立校正系數(shù)，由表10—5查得=1.763，=1.625。 h 兩齒輪的值計算并相互比較。 = = 數(shù)值大的是大齒輪。 ?設(shè)計計算 = 計算結(jié)果對比之后，將模數(shù)圓整為標準的模數(shù)后m=2，分度圓的直徑=76.78mm，小齒輪的齒數(shù)===38.3938，大齒輪的齒數(shù)=2

53、.9x38=110.2110 （4）幾何尺寸計算 a 分度圓的直徑計算 ， b 中心距的計算 c 齒寬計算 最后確定，。 4、 增速器箱體設(shè)計 增速器箱體結(jié)構(gòu)的尺寸設(shè)計如下表： 名稱 符號 尺寸(mm) 箱座壁厚 10 箱蓋壁厚 10 箱座凸緣壁厚 b 15 箱蓋凸緣壁厚 b1 15 箱底座凸緣壁厚 b2 25 加強肋厚 m 8.5 地腳螺釘直徑 20 地腳螺釘數(shù)目 n 8

54、 軸承旁連接螺栓直徑 16 箱蓋與箱座連接螺栓直徑 12 軸承端蓋螺釘直徑 12、12、8、8 窺視孔蓋螺釘直徑 6 定位銷直徑 d 10 、、至外箱壁距離 26、22、22 、、至凸緣邊緣距離 24、20、20 軸承旁凸臺半徑 28 凸臺高度 h 30 外箱壁至軸承座端面距離 55 大齒輪頂圓與內(nèi)箱壁距離 15 齒輪端面與內(nèi)箱壁距離 12 軸承端蓋外徑 145、145、100、100 軸承端蓋凸緣厚度 t 15、15、10、10 軸承旁連接螺栓距離 s 145、145、100、10

55、0 軸承端面至箱體內(nèi)壁的距離 3 旋轉(zhuǎn)零件之間的軸向距離 10 大齒輪頂圓至箱體底部內(nèi)壁距離 35 3.7帶傳動的設(shè)計 設(shè)計流程： 設(shè)計增速器至發(fā)電機間的帶傳動，采用V帶傳動。已知增速器傳遞出來的功率是： ，轉(zhuǎn)速，傳動比，小帶輪的轉(zhuǎn)速 ，每天工作24小時，工作平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向不變。 （1） 確定帶傳動的計算功率 由高等教育出版社《機械設(shè)計》第八版的表8—7查得工作情況系數(shù)，因此帶傳動的計算功率。 （2） 選擇V帶的帶型 根據(jù)計算功率和小帶輪轉(zhuǎn)速查圖8—11選帶的類型為B型 （3） 確定小帶輪的基準直徑 ?由表8—6和表8—

56、8，取小帶輪的基準直徑=125mm。 ?驗算帶速。按書上的式8—13驗算帶的速度 因為，故帶速合適。 ?確定大帶輪的基準直徑。根據(jù)式8—15a計算大帶輪的直徑。 =，根據(jù)表8—8圓整為=400mm。 （4） 確定V帶的中心距和基準長度 ?根據(jù)式8—22，初選中心距。 ?由公式8—23計算帶所需的基準長度： 由表8—2選取帶的基準長度。 ?按公式8—23計算實際中心距 中心距的變化范圍為： （5）驗算小帶輪上的包角

57、 （6）計算帶的根數(shù) ?計算帶跟V帶的額定功率 由=125mm和，查表8—4a得，根據(jù)、和B型帶，查表8—4b得，查表8—5得，表8—2查得，因此 ?計算帶的根數(shù)。 = 取=4 （7）計算單根V帶的初拉力的最小值 由表8—3得B型帶的單位長度質(zhì)量q=0.18，因此 為了保證安全，應使帶的實際初拉力。 （8）計算壓軸力。壓軸力的最小值為 （9）帶

58、輪的設(shè)計 小帶輪的材料選擇HT200，實心式，輪槽根據(jù)表8—10得=14，=3.5，=10.8，，，輪槽的工作表面粗糙度為3.2.。大帶輪的材料為HT150，輪輻式，輪槽尺寸參數(shù)同小帶輪。 3.8整體框架的設(shè)計 整體框架用HT200板焊接而成，板的厚度為50mm，寬度為100mm，頂部和底部的板厚度也用100mm。支承減速器和電動機處的板寬厚均為50mm。整體框架圖見ＣＡＤ圖Ａ４－５。 本章小結(jié)：本章是傳動機構(gòu)的設(shè)計計算部分，通過一個增速器來是轉(zhuǎn)速升高，以達到一定的高速單項選擇運動。增速器與發(fā)電機之間又設(shè)計了一個帶傳動，這樣可以使傳遞到發(fā)電機的轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，同時達到發(fā)電機需要的額定

59、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。 第4章 關(guān)鍵機構(gòu)部件的受力分析與校核 4.1 各軸的設(shè)計與校核 軸I的設(shè)計：（1）棘輪軸的設(shè)計 棘輪軸的設(shè)計要使其工作時不會干涉浮倉的上下運動，棘輪軸需要承受棘輪的作用力，符合一定的強度要求。棘輪軸的傳遞功率=4.9kw，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩為： （2）初步設(shè)計棘輪軸的最小直徑 選取棘輪軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查《機械設(shè)計》表15-3取A0=112，按《機械設(shè)計》P370式（15-2）初步估算棘輪軸的最小直徑： 軸的最

60、小直徑是轉(zhuǎn)配棘輪以及聯(lián)軸器的軸段，鏈接方式采用鍵鏈接，因此需要增大軸的最小直徑5%，以增加強度，因此軸的最小直徑為：，圓整后的最小直徑為75mm。為了使軸與聯(lián)軸器相適應，同時要選定聯(lián)軸器。聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩為，查表14-1取，則。為了使傳動能夠迅速敏捷，選擇剛性聯(lián)軸器，查標準(GB/T 5843-1986),選擇型號YL13，公稱扭矩2500, 鐵材質(zhì)，需用轉(zhuǎn)速2600，軸孔直徑75mm，軸孔長度142mm，長度289mm，螺栓M16。 （3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1）根據(jù)軸向的定位要求確定各段軸的直徑和長度 第一段：軸的第一段裝配聯(lián)軸器，直徑，為使聯(lián)軸器裝配時不會干涉，長度應略短于軸孔長度，因

61、此取。 第二段：第二段的直徑要比第一段多出一軸肩，設(shè)計軸肩高度為2mm，因此第二段的直徑為 。為了使聯(lián)軸器不會干涉到浮倉的上下運動，且預留部分空間裝保護殼，設(shè)計長度為。 第三段：裝配軸承段的設(shè)計。因軸承主要承受徑向力，選擇滾動深溝球軸承，根據(jù)由標準（GB/T 276-1994）選取6216，尺寸，因此， 。 第四段：軸肩?？紤]到軸承內(nèi)圈外徑，設(shè)計尺寸為，。 第五段：裝配棘輪段的設(shè)計。根據(jù)最小直徑，軸承孔徑，設(shè)計軸的直徑為。長度等于棘輪的寬度小1mm，。 第六段：裝套筒段。設(shè)計直徑為，長度為。 第七段：裝配軸承。直徑同第三段，長度比軸承寬度大2mm以加工倒角，因此長度為。 2）

62、 鍵的選擇，聯(lián)軸器處的鍵采用圓頭普通平鍵，根據(jù)直徑大小查標準(GB/T 1096-1979)取鍵的尺寸為，長度取100mm。為使軸與聯(lián)軸承有較好的對中性，選擇配合為。 3） 求軸上的載荷與受力分析。 由于棘輪主要只受圓周力作用，因此軸主要受力是徑向力，。 彎矩： 扭矩：，由于軸承相對棘輪是對稱布置，因此兩邊支反力大小相等， 做出彎矩扭矩圖如圖3.7—1： 圖3.7—1 4） 軸I的強度校核 按照軸的彎矩強度進行校核計算，受彎矩最大的地方是裝棘輪段的中間部位，由于棘輪所受的式脈動循環(huán)變應力，取，軸為圓形有槽，抗彎

63、截面系數(shù) W=。則。 由于選定的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理需用彎曲應力，，故此軸安全。 軸II的設(shè)計：（1）增速器與聯(lián)軸器鏈接的軸 棘輪軸傳遞給軸II的功率為，轉(zhuǎn)速， 轉(zhuǎn)矩為： （2）初步設(shè)計軸II的最小直徑 選取軸II的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查《機械設(shè)計》表15-3取A0=112，按《機械設(shè)計》P370式（15-2）初步估算軸II的最小直徑為： 軸的最小直徑是聯(lián)軸器的軸段，鏈接方式采用鍵鏈接，因此需要增大軸的最小直徑5%，以增加強度，因此軸的最小直徑為：，圓整后的最小直徑為75mm。根

64、據(jù)棘輪軸選擇的聯(lián)軸器，聯(lián)軸器的型號是YL13，公稱扭矩2500,鐵材質(zhì)，需用轉(zhuǎn)速2600，軸孔直徑75mm，軸孔長度142mm，長度289mm，螺栓M16。 （3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1）根據(jù)軸向的定位要求確定各段軸的直徑和長度 第一段：軸的第一段裝配聯(lián)軸器，直徑，為使聯(lián)軸器裝配時不會干涉，長度應略短于軸孔長度，因此取。 第二段：第二段的直徑要比第一段多出一軸肩，設(shè)計軸肩高度為2mm，因此第二段的直徑為 。長度除裝聯(lián)軸器142mm外，還有端蓋，并且端蓋到聯(lián)軸器的距離保持大概50mm，因此設(shè)計長度為。 第三段：裝配軸承段的設(shè)計。因為選擇的是滾動深溝球軸承，6216，尺寸，因此，。 第四段

65、：裝套筒段。用于裝套筒，設(shè)計尺寸為，。 第五段：裝配齒輪段的設(shè)計。根據(jù)最小直徑，軸承孔徑，設(shè)計軸的直徑為。長度等于齒輪的寬度小1mm，。 第六段：軸肩。設(shè)計直徑為，長度要考慮到與其他齒輪的距離以及其他齒輪的寬度，長度為。 第七段：裝配軸承。直徑同第三段，長度比軸承寬度大2mm以加工倒角，因此長度為。 2）鍵的選擇，齒輪固定的鍵采用圓頭普通平鍵，根據(jù)直徑大小查標準(GB/T 1096-1979)取鍵的尺寸為，長度取75mm。為使軸與齒輪有較好的對中性，選擇配合為。 3）求軸上的載荷與受力分析。 由于齒輪主要只受圓周力和徑向力作用， 圓周力：。

66、 徑向力： 扭矩： 由于齒輪相對于兩軸承是非對稱布置，因此兩邊支反力大小不相等，計算兩邊支反力大小： 則兩邊的彎矩為： 做出彎矩扭矩圖如圖3.7—2： 圖3.7—2 4）軸II的強度校核 按照軸的彎矩強度進行校核計算，受彎矩最大的地方是裝齒輪段的中間部位，由于齒輪所受的是非對稱循環(huán)變應力，取，軸為圓形有槽，抗彎截面系數(shù) W=。則。 由于選定的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理需用彎曲應力，，故此軸安全。 軸III的設(shè)計：（1）裝配齒輪2和齒輪3的軸 軸II傳遞給軸III的功率為， 轉(zhuǎn)速為： ， 轉(zhuǎn)矩為： （2）初步設(shè)計軸III的最小直徑 選取軸III的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查《機械設(shè)計》表15-3取A0=112，按《機械設(shè)計》P370式（15-2）初步估算軸III的最小直徑為：