水草清理裝置水下機構設計 的論文.doc

編號： 畢業(yè)設計說明書題 目： 水草清理裝置水下機構 的設計 學 院： 機電工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化學生姓名： 學 號： 指導教師： 職 稱： 題目類型：理論研究 實驗研究 工程設計 工程技術研究 軟件開發(fā)2010年5 月24日桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙摘 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(xiàn)水草收割的現(xiàn)狀，本文設計了一種結構緊湊，機構傳動平穩(wěn)，效率高，適合在中小尺度水域作業(yè)的小型水草收割機。論文概述了水草收割機的發(fā)展背景、研究現(xiàn)狀及分類；完成了水草收割機水下部分的機構設計，主要包括清除機構和定位機構；闡述了前置往復式切割器和旋轉式升降臺的總體設計方案、工作原理、參數(shù)計算以及試驗校核；同時，為了防止二次污染，本文還另外設計了水草回收裝置，通過傳送帶將水草運回船體；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；最后，通過solidworks軟件的動畫仿真驗證了機構設計的合理性。結果表明：所設計的小型水草收割機具有結構合理、緊湊，適應性強，切割效率高等優(yōu)點。這種新型的水草收割機可在水下實現(xiàn)切割，撿拾、傳送一體化連續(xù)作業(yè)方式，能夠達到清除泛濫的水草，凈化水質(zhì)的目的?？偟膩碚f，是一種較為理想的水草收獲機具。關鍵詞：小型水草收割機；水下機構設計；動畫仿真abstractwaters such as rivers,ponds are generally with narrow waterway and small area,so general large aquatic weed harvesters can hardly harvest hydrophytes.to eliminate the current phenomenon, smaller aquatic weed harvester is designed in this paper.it has compact structure, smooth transmission and high efficiency ，at the same time ，it is suitable for working in the small and medium waters.this article summarizes the development background,research status and classification of the aquatic weed harvester.；the mechanism design of underwater part of the aquatic weed harvesters, including clear organization and positioning mechanism,is completed；the paper describes the overall design, working principle, parameter calculation and experimental check of front reciprocating cutter and rotating lift；meanwhile, in order to prevent secondary pollution, the paper also designs of the recovery agencies, the aquatic weeds will be shipped back to the hull through the conveyor belt；whats more,the study also finishes the work of the main device assembly parts drawing.finally, this papers simulation result proves the rationality of the design with the animation of the software solidworks.the results show that: the smaller aquatic weed harvester has many advantages of reasonable and compact structrue, high adaptability and high efficiency to harvesting.the new aquatic weed harvesters can realize continuous integration mode such as harvesting,collecting and transmiting under water.it can achieve the goal to clear the flood hydrophytes and to purify water quality. in all,it is an ideal machine of harvesting aquatic weeds.key words：small aquatic weed harvester；underwater mechanism design；animated simulation目 錄引言11緒論11.1 課題研究背景11.2 水草收割機的發(fā)展過程21.3 水草收割機分類及特點21.3.1 根據(jù)切割器工作方式劃分21.3.2 根據(jù)切割器在船體的安裝位置分31.3.3 根據(jù)作業(yè)方式分31.3.4 根據(jù)作業(yè)對象劃分31.4 水下機構的典型特點31.5 課題研究的目的及意義42 水下機構的方案選擇及總體結構設計52.1 水下機構的方案選擇52.2 機構總體設計53 清除機構的設計63.1 切割器概述63.2 往復式切割器的構造及類型73.2.1 往復式切割器的構造73.2.2 往復式切割器的類型103.3 往復式切割器的驅(qū)動機構及原理103.3.1 驅(qū)動機構的選擇103.3.2 驅(qū)動機構的工作原理113.3.3 驅(qū)動機構的設計113.4 往復式切割器的調(diào)整134 定位機構的設計134.1 定位機構的組成134.2 定位機構的工作原理144.3 鏈傳動的設計144.3.1 鏈傳動簡介144.3.2 鏈傳動的選擇及設計校核154.4 軸的結構設計174.4.1 軸的應用與分類174.4.2 軸的材料及結構184.4.3 軸3的設計與校核204.4.4 軸3上軸承的選擇及校核235 水草回收機構的設計255.1 水草回收裝置的構造255.2 回收裝置的工作原理265.3 帶傳動的機構設計265.3.1 帶傳動簡介265.3.2 帶傳動的參數(shù)選擇275.3.3 帶傳動的設計計算285.3.4 帶輪的結構設計305.4軸的結構設計315.5 軸上軸承的設計與校核346 結論36謝 辭37參考文獻38 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第38 頁 共38頁引言水草在養(yǎng)殖、生態(tài)和景觀三方面有重要的價值體現(xiàn)，正是因為水草有如此多的作用，吸引了人們?nèi)シN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(fā)展到瘋狂的狀態(tài)。為了保持水域的生態(tài)平衡，維持水質(zhì)的清澈，需要在景觀水域中大量種植水草，但是在每年59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(zhì)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(zhì)污染與惡化，破壞水域的生態(tài)環(huán)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(huán)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(chǎn)品有wh1800型河道清草機、sgy一25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(yè)機械、9gscc 14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(chǎn)品外型大，長度都大于8 m，需要多人及輔助機械協(xié)同作業(yè)，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(yè)?，F(xiàn)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(zhì)惡化。在大型的水草收割船t一般有23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，由于窄間有限，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(huán)保的水草收割機將是一個重要的發(fā)展方向。本文主要對小型水草收割機的水下部分進行結構設計。1 緒論1.1 課題研究背景目前，國內(nèi)外對水草收割機的研究沒有系統(tǒng)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(fā)展方向。1.2 水草收割機的發(fā)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(yè)。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(fā)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(nóng)用拖拉機上，把溝渠、河道內(nèi)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(yè)，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(fā)出oibeaux系列水中割草機，英國的john wider(工程)公司也開發(fā)出自己的系列產(chǎn)品3o多年來，這些產(chǎn)品至今還在世界各地廣泛使用。國內(nèi)也有一些相關企業(yè)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(nóng)業(yè)機械研究所、桂林象山農(nóng)機廠、紹興縣農(nóng)林管理總部聯(lián)合研究的wh1800型河道清草機，北京市水利局聯(lián)合數(shù)家單位共同開發(fā)的的sgy-2.5型水草收割機，上海電器集團現(xiàn)代化裝備有限公司新液壓長研究開發(fā)的gc2230型號河道割草保潔船以及gc2000型小型河道割草作業(yè)機械。經(jīng)歷半個世紀的發(fā)展歷程，水草收割機的設計，由開始的岸邊切割水草作業(yè)，水中水草作業(yè)，水中收割水草作業(yè)，到現(xiàn)在的水中切割、收獲、后續(xù)處理一體化作業(yè)模式，功能日益完善，而且經(jīng)過長時間的摸索和經(jīng)驗積累，其工作模式也發(fā)生了很大的改變。其主要是朝著小型化、自動化方向發(fā)展。1.3 水草收割機分類及特點水草收割機由動力裝置、切割器、動力推進器、送草裝置、集草箱、船體等組成。所以在對現(xiàn)有的水草收割機進行歸納比較的基礎上，根據(jù)水草收割機的作業(yè)方式、工作情況、結構特點等，總結出水草收割機的分類方式。因為本次主要設計水下機構，所以下面將從切割器、作業(yè)方式、作業(yè)對象方面進行介紹。1.3.1 根據(jù)切割器工作方式劃分（1）往復式。切割器的主要構造為兩把刀片，并且至少有一把作往復直線運動，與另一刀片形成相對切割。該種結構的優(yōu)點是可以選擇合適的刀具參數(shù)來適應不同的環(huán)境。整個切割器是一個整體，只需一個動力端即可，容易實現(xiàn)同步工作；缺點是對刀具材料和刀具安裝精度要求高，維修不方便。（2）旋轉式。這種切割器的主要構造為旋轉軸的中心固定三四個刀片，工作的時候，刀片繞軸旋轉，不斷切割水草。這種刀具的主要優(yōu)點是多把刀具組裝而成，便于維修，缺點是滾刀的傳動軸必須安裝成偏心的形式，并且必須在水中工作，因此，對滾刀的動力傳輸以及密封的要求比較高。1.3.2 根據(jù)切割器在船體的安裝位置分（1）前置式（圖1-1-a）。切割器安裝在船體的前端。優(yōu)點是能夠?qū)崿F(xiàn)割收一體化，水草的漏收率低，缺點是動力輸入端的傳動路線長，不適合剛性軸的工作。（2）后置式（圖1-1-i）。切割器安裝在船體的后端，優(yōu)點是船體行進過程中，拖動切割器行走，遇到韌性較大的水草，可以依靠慣性將其拉起，不至于沉頭。缺點是工作時，水草無法及時回收，容易造成二次污染。（3）側置式（圖1-1-b）。切割器安裝在船體一側，優(yōu)點是只有一個動力輸入端，動力集中，適用于水草密集的河道。缺點是切割時，必須有無水草區(qū)域，便于船體行走。1.3.3 根據(jù)作業(yè)方式分（1）割收連續(xù)式（圖1-1-h）。主要應用于前置式。優(yōu)點是切除水草的同時，將水草回收，防止二次污染。缺點是需要兩個動力輸入端，動力要求高，結構較為復雜。（2）割收分開式（圖1-1-i）。應用于側置式和后置式的情況。優(yōu)點是結構簡單，功率要求低。缺點是割收分開作業(yè)，大大降低了工作效率，并且容易造成二次污染。1.3.4 根據(jù)作業(yè)對象劃分（1）近海水草式。主要收集近海水域的藻類水草。要求功率大，船體大，排水量大，不需要將水草收集起來，可以將水草沉入水底，船體必須配備適當?shù)木壬O備，而且船體的防腐要求很高，適合于大型水生植物收割機的連續(xù)作業(yè)。（2）內(nèi)河水草式。主要用來收割內(nèi)陸江河、湖泊等淺水域的水草。水草的生長情況比較復雜，同時考慮到環(huán)境保護的問題，必須將水草及時收集打撈，因此，必須在船體上配備適當?shù)氖占b置，機構比較復雜。1.4 水下機構的典型特點 （1）往復切割。大部分產(chǎn)品都采用往復式切割器，并且安裝的位置都是在船體的前部，比較少的情況是采用旋轉式的切割器，這樣有利于避免纏繞等問題的產(chǎn)生。（2）功耗大。在所有的水草收割機中，由于是多機械輔助工作，所以需要的功率消耗較大(都在13kw以上)，最大的功率接近100 kw。 （3）割深可調(diào)。水草收割機的割深都在o17 m之間可調(diào)，割幅比較大(2 m左右)。（4）維修不便。大型船體不利于整機搬運以及維修。圖1-1 國內(nèi)外水草收割機的典型設計a多功能小型水草收割船；b水草切割機；c水草切割裝置；d水草收獲系統(tǒng)；e水草收割機；f水草收割裝置；gscy一25碰水中割草機；hwhl800河道清機；i水生植物收割裝置；j9gscc14h水生植物收割機；kgc2230型河道割草保船1.5 課題研究的目的及意義研發(fā)一種適合在河道、池塘等中小尺度水域作業(yè)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(yè)。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(diào)高了切割效率，符合水草收割機小型化與智能化的發(fā)展方向。2 水下機構的方案選擇及總體結構設計2.1 水下機構的方案選擇（1）水下清除機構即切割裝置。根據(jù)工作方式分為旋轉式和往復式，根據(jù)安裝位置分為前置、后置、側置三種方式。但由于旋轉式機構傳動機構必須置于水下，切割效率較低，而往復式驅(qū)動機構可以置于水上，并且可以選擇合適的刀具參數(shù)來適應不同的環(huán)境，因此選擇往復式。從安裝位置方面看，后置式和側置式都不能實現(xiàn)割收一體化，所以為了避免二次污染的問題，選擇前置式。綜上所述，選擇前置往復式切割。（2）定位裝置可以用來調(diào)整切割深度。機械定位的方式很多，如超聲波定位、通過傳感器定位以及機械定位等。綜合結構復雜度，制造成本等多方面因素，可見機械式定位是比較理想的定位方式。機械定位可以用傳動螺桿，或用滾輪繩索來實現(xiàn)?，F(xiàn)選定為升降轉臺式機構，通過繩索牽動升降臺側板，步進電機驅(qū)動實現(xiàn)切割深度的調(diào)整。2.2 機構總體設計（1）往復式切割器由往復運動的割刀和固定不動的支撐部分組成。割刀由刀桿、動刀片和刀桿頭等鉚合而成。刀桿頭與傳動機構相連接，用以傳動割刀的動力，支撐部分由護刃器梁、護刃器和鉚接在護刃器上的定刀片、壓刃器和摩擦片等。工作時割刀作往復運動進行剪切。驅(qū)動機構采用牛頭刨床的曲柄滑塊機構。（2）定位裝置由鏈輪、軸、滾輪及繩索、軸承座、升降臺等組成。（3）為防止二次污染，需要將水草進行回收，所以另外設計了水草回收裝置，主要由帶輪、傳動軸、軸承座、輸送帶等組成。綜上，現(xiàn)設計機構總體裝配如圖2-1所示：圖2-1 水下機構的總體裝配圖接下來將對以上機構的設計、傳動及工作原理等進行詳細的設計說明。3 清除機構的設計3.1 切割器概述切割器的工作性能直接影響收割機的工作質(zhì)量。要使切割器在作業(yè)中能順利的切割莖桿，不漏割、不堵刀，不拉斷、切割阻力小，必須爭取使用和調(diào)整切割器?，F(xiàn)有的收割機械上的切割器有回轉式利往復式兩類；回轉式切割器的特點是：沿滑動作用大，有的還是無支撐切割，因此切割速度高，慣性力易于平衡：但機器結構復雜，割幅較小，而且重量較大，不適于在寬幅多行收割機上采用。目前，在收割機械上應用最廣泛的就是往復式切割器，優(yōu)點是通用性廣，適應性強，工作可靠，結構簡單，重量輕。但由于慣性力的影響，限制了切割速度的提高，是切割作業(yè)速度受到局限。而根據(jù)前面的敘述，選用的是前置標準型往復式切割器（圖3-1）圖3-1 標準型往復式切割器1.護刃器 2.定刀片 3.動刀片 4.定刀片鉚釘 5.壓刃器6.刀桿 7.動刀片鉚釘 8.摩擦片 9.墊圈 10.螺母11.螺栓 12.護刃器梁3.2 往復式切割器的構造及類型3.2.1 往復式切割器的構造（1）動刀片（圖3-2）。動刀片是主要切割件，形狀為對稱六邊形，兩側為刀刃，刀刃有光刃和齒紋刃兩種，這里選擇光刃。圖3-2 動刀片（2）定刀片（圖3-3）。定刀片為支撐件，多為光刃片。用鉚釘鉚接在護刃器上與動刀配合切割。圖3-3 定刀片（3）刀桿。刀桿材料為35號冷拉扁鋼。標準型刀桿的斷面寬度為，長度取決于割幅。動刀片鉚接在刀桿上，刀桿要平直，刀片應在同一平面上。（4）護刃器（圖3-4）。護刃器的作用是保持定刀正確位置，保護割刀，對禾桿進行分束，且護刃器舌與鉚接在上面的定刀片起支撐作用，構成兩點支撐的的切割條件。為防止護刃器在低割時陷入土中，標準型護刃器的前下部為向上的弧形。圖3-4 護刃器（5）壓刃器（圖3-5）。壓刃器一般采用35mn鋼，用半圓頭方頸螺栓與護刃器、摩擦墊片一起固定在切割器粱上，防止割刀在運動中向上抬起，利于割刀的自由往復運動。護刃器梁上每隔30到50裝一個切割器。圖3-5 壓刃器（6）摩擦片。摩擦片裝在壓刃器下方用以支承剖刀的后部，使之具有垂直和水平方向的兩個支承面：當摩擦片磨損時，可增加墊片或?qū)⑵湎袂耙苿樱哉{(diào)整切割器間隙。3.2.2 往復式切割器的類型往復式切割器的類型是根據(jù)割刀行程、兩相鄰刀片中心線之間的距離和兩個相鄰定定刀片的中心線之間的距離三者的相互關系來分類的。目前，我國收獲機械上應用的切割器，主要可分為標準型和非標準型兩種類型。（1）標準型切割器。割刀行程s等于兩相鄰動刀片中心線之間的距離t、等于的個相鄰定刀片的中心線之間的距離t。即：式中：s割刀行程 t兩相鄰動刀片中心線距離 to兩相鄰護刃器中心線距離標準型切割器具有良好的切割性能，而且護刃器之間的距離比較大，對莖稈的粗細適應性較強。因此，在割草機、收割機和聯(lián)合收割機上被廣泛應用。（2）非標準型切割器。在些水稻收割機上采用了較標準尺寸為小的切割器，其尺寸關系為：st；to50、60或70mm 這種切剖器的特點是：動刀片較窄長(切割角較小)，護刃器為鋼板制成，無護舌，對立式割臺的橫向輸送較為有利，其切割能力較強，剖茬較低。缺點是如果保持相同的切割速度，其曲柄轉速就較高割刀往復慣性力大。在粗莖稈作物收割機上，有采用較標準尺寸為大的切割器，其尺寸關系為：stto90或100mnl其護刃器的間s距較大、專用于收割粗莖稈植物。由于水草莖桿細，所以選用標準型切割器。3.3 往復式切割器的驅(qū)動機構及原理3.3.1 驅(qū)動機構的選擇目前在收割機械上，由于割刀的工作條件和切割器位置的不同，所采用的驅(qū)動機構也不同，一般有曲柄連桿機構、曲柄滑塊機構和擺環(huán)機構兩類。曲柄連桿機構和曲柄滑塊機構的構造簡單，應用較廣。擺環(huán)機構的結構緊湊，但是結構非常復雜，在這里選用應用于牛頭刨床的曲柄滑塊機構。3.3.2 驅(qū)動機構的工作原理驅(qū)動機構的作用是把傳動軸的回轉運動變?yōu)楦畹兜淖褪街本€運動。曲柄滑塊機構是利用曲柄作回轉運動來驅(qū)動滑塊進而帶動搖桿，搖桿推動割刀做往復直線運動。結構簡圖如圖3-6所示：圖3-6 曲柄滑塊機構3.3.3 驅(qū)動機構的設計機構傳動如圖3-7所示，凸輪轉軸通過軟軸與動力輸入端連接，工作時，動力輸入端通過軟軸向凸輪轉軸輸入轉矩，凸輪轉動通過滑塊帶動搖桿機構擺動。搖桿與刀桿之間為滑動連接，刀桿兩端有水平方向的約束，在搖桿帶動下，切割器作往復的直線運動，其平均速度為：式中：-切割器的平均速度 -凸輪轉速 -曲柄長度圖3-7 機構傳動圖切割器的驅(qū)動機構采用的是曲柄滑塊機構，機構設計如圖3-8所示：圖3-8 切割器驅(qū)動機構3.4 往復式切割器的調(diào)整 （1）對中調(diào)整：采用曲柄連桿與曲柄滑塊機構驅(qū)動的切割器則調(diào)整連桿的長度。 （2）割刀行程：可調(diào)整割刀行程，銷的最上缺口對準固定螺栓安裝時，割刀行程為902mm，最下缺口對準固定螺栓安裝時，割刀行程為86.2mm。 （3）刀頭導向板間隙：增減墊片使刀頭導向板間隙達1mm。 （4）團副器的整列：各護刀器尖端間距應相等，日應在間一水平線上。檢查時可在兩側護刃器尖端之間拉一直線，護刃器尖端與該直線的高低間距不得越過。定刀片應位于問一平而內(nèi)，用直尺檢查，每個定刀片的偏差不得大于0.5mm。若有偏差，應重新安裝護刃器，或用小錘輕輕敲打矯正。并要注意在矯正護刀器之前先檢查刀桿是否平直。（5）割刀間隙：用增減墊片、調(diào)整壓刃器或校正護刃器的方法，凋整割刀間隙。刀片前端應相互接觸，允許有0.5mm間隙，后端府有0.3到1mm的間隙，允許少量后端間隙不大于15mm。但數(shù)量不得超過三分之一。4 定位機構的設計由于在不同的水域，水草的生長情況各不相同，所以在切割水草時切割水草的深度不盡相同。因此需要設計一種定位裝置以便調(diào)整割深。調(diào)整切割深度的方法有很多，如超聲波定位、傳感器、機械定位等。綜合結構的復雜程度以及制造成本等多方面的考慮，機械定位是比較理想的方式。4.1 定位機構的組成現(xiàn)設計的定位裝置（圖4-1）是通過升降臺繞轉軸的旋轉來實現(xiàn)的。圖4-1傳送帶升降機構示意圖1. 船體；2.直流電機；3.鏈輪；4.鏈條；5.行程開關sq1；6.繩輪；7.鏈輪；8.吊繩；9.升降架；10.行程開關sq2升降臺的構造主要有以下幾部分來組成：（1）鏈輪。鏈輪通過通過鏈條與船體上的步進電機相連，是定位裝置的動力輸入端。其固連在軸上并通過軸將動力傳遞給滾輪（與軸焊接）。（2）軸3。通過軸承座與船體支架連接，與滾輪焊接，通過繩索控制升降臺高度。（3）升降臺側板。升降臺側板是定位裝置零部件的支撐部分，通過軸3與軸承座和船體連接。（4）軸5。將升降臺與船體連在一起。4.2 定位機構的工作原理進行定位時，步進電機通過鏈條、鏈輪將動力輸入到軸端，與軸焊接的滾輪上繞有繩索，繩索的另一端與升降臺側板連在一起。滾輪轉動時，通過繩索調(diào)整升降高度，同時造船體上安裝有行程開關，可以控制升降的范圍。4.3 鏈傳動的設計4.3.1 鏈傳動簡介（1）鏈傳動的類型鏈傳動是以鏈條為中間傳動件的嚙合傳動。如圖4-2所示鏈傳動由主動鏈輪1、從動鏈輪2和繞在鏈輪上并與鏈輪嚙合的鏈條3組成。按照用途不同，鏈可分為起重鏈、牽引鏈和傳動鏈三大類。起重鏈主要用于起重機械中提起重物，其工作速度v0.25m/s；牽引鏈主要用于鏈式輸送機中移動重物，其工作速度v4m/s；傳動鏈用于一般機械中傳遞運動和動力，通常工作速度v15m/s。圖4-2 鏈傳動（2）鏈傳動的特點和帶傳動相比。鏈傳動能保持平均傳動比不變；傳動效率高；張緊力小，因此作用在軸上的壓力較??；能在低速重載和高溫條件下及塵土飛揚的不良環(huán)境中工作。 和齒輪傳動相比。鏈傳動可用于中心距較大的場合且制造精度較低。只能傳遞平行軸之間的同向運動，不能保持恒定的瞬時傳動比，運動平穩(wěn)性差，工作時有噪聲。通常鏈傳動傳遞的功率p100kw，中心距a56m,傳動比i8,線速度v15m/s,廣泛應用于農(nóng)業(yè)機械、建筑工程機械、輕紡機械、石油機械等各種機械傳動中。4.3.2 鏈傳動的選擇及設計校核（在以下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）給定參數(shù)傳遞功率輸入軸速度輸出軸速度傳動比初選中心距（2）鏈輪齒數(shù)選擇選擇主動輪齒數(shù)為，則從動輪齒輪（3）鏈條計算與選擇修正功率工況系數(shù) （查表9-12）。齒數(shù)系數(shù)（查圖9-10）。鏈條的選擇修正功率 根據(jù)和根據(jù)查圖可選滾子鏈為08a。鏈條的節(jié)距為鏈條長度計算鏈長節(jié)數(shù)圓整取節(jié)數(shù)為174節(jié)鏈條速度（4）最大的中心距最大中心距 實際中心距994mm（5）潤換方式由速度和鏈號08a，查圖9-11，采用油壺或油刷定期人工潤滑。（6）強度計算作用于軸上的拉力有效圓周力鉸鏈壓強使用壽命（磨損壽命）=610597.02h校驗合格。（7）鏈傳動的結構設計因為電機軸左端的鏈輪和軸2的鏈輪連接，根據(jù)電機的功率和轉速，查閱相關數(shù)據(jù)后取08a的鏈條，其主要參數(shù)如表4-1：表4-1 08a鏈條的主要參數(shù)iso鏈號節(jié)距滾子鏈直徑d1max內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬b1min銷軸直徑d2max內(nèi)鏈板高度h2max排距pt抗拉載荷單排min雙排min08a12.77.927.853.9812.0714.3813.827.610a單排鏈輪的主要參數(shù)如下表4-2：輪轂厚度9mm表4-2 10a單排鏈輪的主要參數(shù)常數(shù)k：d5050100100150150k9.5輪轂長度輪轂直徑因鏈輪和軸設計為過度配合，故在鏈輪一段用一個m6的緊定螺釘與軸固定。其結構設計圖如圖4-3所示：圖4-3 鏈輪4.4 軸的結構設計4.4.1 軸的應用與分類（1）軸及其作用軸是組成機械的主要零件之一。一切作回轉運動的傳動零件（例如齒輪、渦輪等），都必須安裝在軸上才能進行運動及動力傳遞。因此，軸的主要功用是支承回轉零件及傳遞運動和動力。（2）軸的分類按照承受載荷的不同，軸可以分為轉軸、心軸和傳動軸三類。工作中既承受彎矩又承受扭矩的軸稱為轉軸。這類軸載各種機器中最為常見。只承受彎矩而不承受扭矩的軸稱為心軸。心軸又分為轉動心軸和固定心軸兩種。只承受扭矩而不承受彎矩（或彎矩很小）的軸稱為傳動軸。軸還可以按照軸線形狀的不同，分為曲軸和直軸兩大類。曲軸通過通過連桿可以把旋轉運動改變?yōu)橥鶑椭本€運動，或作相反的運動變換。直軸根據(jù)外形的不同，可以分為光軸和階梯軸兩種。光軸形狀簡單，加工容易，應力集中源少，但軸上的零件不易裝配及定位；階梯軸則正好與光軸相反。因此光軸主要用于心軸和傳動軸，階梯軸則用于轉軸。直軸一般都制成實心的。在那些由于機器結構的要求而需要在軸中裝設其他零件或者減小軸的質(zhì)量具有特別重大作用的場合，則將軸制成空心的。空心軸內(nèi)徑與外徑的比值通常為0.50.6，以保證軸的剛度和扭轉穩(wěn)定性。此外，還有一種鋼絲軟軸，又稱鋼絲撓性軸。它是由許多鋼絲分層卷繞而成的，具有良好的撓性，可以把回轉運動靈活地傳到不開敞的空間位置。4.4.2 軸的材料及結構（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(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價廉，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學熱處理的辦法提高耐磨性和抗疲勞強度，故采用碳鋼制造尤為廣泛，其中，最常用的是45鋼。合金鋼比碳鋼具有更高的力學性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動力，并要求減小尺寸與質(zhì)量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。在一般工作溫度下（低于200攝氏度），各種碳鋼和合金鋼的彈性模量均相差不多，因此在選擇鋼的種類和決定鋼的熱處理方法時，所根據(jù)的是強度與耐磨性，而不是軸的彎曲或扭轉剛度。但也應當注意，在既定條件下，有時也可選擇強度較低的鋼材，而用適當增大軸的截面面積的辦法來提高軸的剛度。各種熱處理（如高頻淬火、滲碳、滲氮、氰化等）以及便面處理（如噴丸、滾壓等），對提高軸的抗疲勞強度都有著顯著的效果。高強度鑄鐵和球墨鑄鐵容易做成復雜的形狀，且具有價廉、良好的吸振性和耐磨性，以及對應力集中的敏感性較低等優(yōu)點，可用于制造外形復雜的軸。（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(shù)量以及和軸連接的方法；載荷的性質(zhì)、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(diào)整；軸應具有良好的制造工藝性等。（3）軸的支承結構該機構中，軸的支承采用滾動軸承。下面對滾動軸承作簡單的介紹。滾動軸承的結構：滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應用的部件之一，它是依靠主要元件間的滾動接觸來支承滾動零件的。滾動軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標準化，并由專業(yè)工廠大量制造及供應各種常用規(guī)格的軸承。滾動軸承具有摩擦阻力小，功率消耗少，啟動容易等優(yōu)點。滾動軸承由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架等部件組成。內(nèi)圈用來和軸頸配合，外圈用來和軸承座孔裝配。通常是內(nèi)圈隨軸頸回轉，外圈固定，但也可用于外圈回轉而內(nèi)圈不動，或是內(nèi)、外圈同時回轉的場合。當內(nèi)、外圈相對轉動時，滾動體即在內(nèi)、外圈的滾道上滾動。常用的滾動體有球、圓柱滾子、圓錐滾子、球面滾子、非對稱球面滾子、滾針等幾種。軸承內(nèi)、外圈上的滾道，有限制限制滾動體沿軸向位移的作用。保持架的主要作用是均勻地隔開滾動體。如果沒有保持架，則相鄰的滾動體轉動時將會由于接觸處產(chǎn)生較大的相對滑動速度而引起磨損。滾動軸承的主要類型：按軸承用于承受的外載荷的不同，滾動軸承可概括地分為向心軸承、推力軸承、向心推力軸承三大類。根據(jù)軸承滾動體的不同，可將滾動軸承分為球軸承、圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承、滾針軸承等。滾動軸承類型的選擇：選用軸承時，首先是選擇軸承的類型。在選用過程中，主要考慮的因素有軸承的載荷、軸承的轉速、軸承的調(diào)心性能、軸承的安裝和拆卸。軸承所承受載荷的方向、大小和性質(zhì)是選用軸承的主要依據(jù)。在選擇過程中要綜合考慮各方面的影響，選擇最合適的軸承。軸承的配置：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(nèi)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。4.4.3 軸3的設計與校核 軸3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3上的功率p，轉速n和轉矩t=0kw=20r/min=9550=9550=43.93（2）求作用于鏈輪及滾輪上的力已知鏈輪的分度圓直徑為：=69.12有效圓周力：=取壓軸力系數(shù)：則壓軸力：由于滾輪上的壓軸力無法明確計算出，且方向在升降臺位置改變時會發(fā)生變化，但經(jīng)過估算每個滾輪上的壓軸力大小不會超過400。在接下來的計算中，按壓軸力為，且方向與鏈輪受力方向一致來計算。若在此假設下校核合適，則可以保證軸的強度條件。滾輪速度：有效圓周力：=壓軸力：有效圓周力，壓軸力的方向如“軸的載荷分析圖”中所示。（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(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3，取，于是得（4）軸的結構設計擬定軸上零件的裝配方案現(xiàn)采用如下圖4-4所示的裝配方案。圖4-4 軸根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度為了滿足鏈輪的軸向定位要求，軸端右端需制造出一軸肩，故取段的直徑，取iv-v段的直徑；根據(jù)定位條件，段的直徑 。根據(jù)鏈輪寬度取。根據(jù)零部件的裝配位置，取，兩個滾輪與軸采用焊接。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(chǎn)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。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鏈輪與軸的軸向定位均采用平鍵連接。由表6-1查的平鍵截面，鍵用鍵槽銑刀加工，長為。滾動軸承與軸的軸向定位是由過度配合來保證的。確定軸上的圓角與倒角尺寸參考表15-2，取軸端倒角為。（5）求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結構圖做出軸的計算簡圖。在確定軸承的支點位置時，應從手冊中查取值（參看圖15-23）。對于6205深溝球軸承，查gb276-89知。根據(jù)軸的計算簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖。如下圖4-5所示：圖4-5 軸的扭矩及彎矩圖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?，F(xiàn)將計算出的截面處的、及的值列于下表4-3所示：表4-3 軸各截面處的彎矩值載荷水平面垂直面支反力，彎矩，總彎矩扭矩（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(jù)式（15-5）及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取，軸的計算應力前已確定軸的材料為40，調(diào)質(zhì)處理，由表15-1查的。因此，故安全。4.4.4 軸3上軸承的選擇及校核查gb297-84選擇深溝球軸承6205，其基本額定動載荷，基本額定靜載荷（1）求兩軸承受到的徑向載荷和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。圖4-6 軸承受力分析圖由前面軸的受力的分析可知：（2）求兩軸承的計算在軸向力和對于深溝球軸承，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和為零。（3）求軸承的當量動載荷和因為 由表13-5查的徑向載荷分布系數(shù)和軸向載荷分布系數(shù)為對軸承1 對軸承2 因運轉過程中有中等沖擊載荷，按表13-6,取=1.5。則（4）驗算軸承壽命因為，所以按軸承1的受力大小驗算經(jīng)檢驗合格5 水草回收機構的設計水草收割機在作業(yè)時，切除的水草如果不能及時回收，留在水底，會造成水體的二次污染，因此需要設計水草回收裝置將切除的水草運回船體，這也是選用前置式收割機的原因之一。5.1 水草回收裝置的構造現(xiàn)設計的水草回收裝置結構如下圖5-1所示圖5-1 水草回收機構剖視圖回收裝置的構造主要有以下幾部分組成： （1）帶輪。帶輪是水草回收裝置的主要組成部分。帶輪共有四個，均固連在軸端，帶輪之間通過軸與輸送帶彼此聯(lián)系。（2）輸送帶。輸送帶有帶輪輸入動力，可以將切除的水草送回船體。（3）軸4。與帶輪轂連，軸的一端通過軟軸與船體的動力端連接，為回收裝置提供動力。5.2 回收裝置的工作原理收割機作業(yè)時，柴油機將動力通過帶傳動傳遞給船體的帶輪，帶輪通過軟軸為軸4提供轉矩，進而驅(qū)動回收裝置運轉，切除的水草落到傳送帶上后被運回船體，避免了二次污染。5.3 帶傳動的機構設計5.3.1 帶傳動簡介（1）帶傳動介紹：帶傳動是一種撓性傳動，傳動的基本組成零件為帶輪（主動帶輪和被動帶輪）和傳動帶。當主動輪轉動時，利用帶輪和傳動帶間的摩擦或嚙合作用，將運動和動力通過傳動帶傳遞給從動帶輪。帶傳動具有結構簡單、傳動平穩(wěn)、價格低廉和緩沖吸振等特點，在近代機械中應用廣泛。（2）帶傳動類型：按照工作原理的不同，帶傳動可以分為摩擦型帶傳動和嚙合型帶傳動。在摩擦型帶傳動中，根據(jù)傳動帶的橫截面形狀的不同，又可分為平帶傳動、圓帶傳動、v帶傳動和多楔帶傳動。平帶傳動：平帶傳動結構簡單，傳動效率高，帶輪也容易制造，在傳動中心距較大的情況下應用較多。常用的平帶有帆布芯平帶、編織平帶（棉織、毛織和縫合棉布帶）、錦綸片復合平帶等數(shù)種。其中以帆布芯平帶應用最廣，它的規(guī)格可查閱國家標準或手冊。圓帶傳動：圓帶結構簡單，其材料常為皮革、棉、麻、錦綸、聚氨酯等，多用于小功率傳動。v帶傳動：v帶的橫截面呈等腰梯形，帶輪上也做出相應的輪槽。傳動時，v帶的兩個側面和輪槽接觸。槽面摩擦可提供更大的摩擦力。另外，v帶允許的傳動比大，結構緊湊，大多數(shù)v帶已經(jīng)標準化。v帶傳動的上述特點使其得到了廣泛的應用。多楔帶傳動：多楔帶兼有平帶柔性好和v帶摩擦力大的優(yōu)點，并解決了多根v帶長短不一而使各帶受力不均的問題。多楔帶主要用于傳遞功率較大同時要求結構緊湊的場合。嚙合型帶傳動：嚙合型帶傳動一般也稱為同步帶傳動。它通過傳動帶內(nèi)表面上等距分布的橫向齒和帶上的相應齒槽的嚙合來傳遞運動。與，摩擦型帶傳動相比較，同步帶的帶輪和傳動帶之間沒有相對滑動，能夠保證嚴格的傳動比。但同步帶傳動對中心距及尺寸穩(wěn)定性要求較高。（3）v帶的類型與結構普通v帶：標準普通v帶是用多種材料制成的無接頭環(huán)形帶。這些材料包括頂膠、抗拉體、低膠和包布。根據(jù)抗拉體結構的不同，普通v帶分為簾布芯和繩芯兩種。簾布芯柔韌性好，主要用于載荷步大和帶輪直徑較小的場合。普通v帶的帶型分為y、z、a、b、c、d、e7種。窄v帶：窄v帶的剖面結構與普通v帶類似。其抗拉體采用合成纖維繩或鋼絲繩。與普通v帶相比，當寬度相同時，窄v帶的高度約增加1/3，使其看上去比普通v帶窄。窄v帶的兩個工作面向內(nèi)凹，在窄v帶套到帶輪上后，近似回復為平面，使之與帶輪輪槽的兩個工作側面貼合緊密，從而提高了窄v帶的工作能力，故而適用于傳遞功率較大同時又要求外形尺寸較小的場合。其工作原理和設計方法與普通v帶類似。v帶的名義長度稱為基準長度?；鶞书L度是按照一定的方式測量得到的。當v帶垂直于其頂面彎曲時，從剖面上看，頂膠變窄，低膠變寬，在頂膠和低膠之間的某個位置處，寬度保持不變，這個寬度稱為帶的節(jié)寬bp。把v帶套在規(guī)定的尺寸測量帶輪上，在規(guī)定的張緊力下，沿v帶的節(jié)寬巡行一周，即為v帶的基準長度ld。v帶的基準長度已經(jīng)標準化。除了普通v帶和窄v帶外，還有聯(lián)組v帶、齒形v帶、大楔角v帶、寬v帶等多種類型。但最常用的是普通v帶。5.3.2 帶傳動的參數(shù)選擇（1）中心距a： 中心距大， 可以增加帶輪的包角，減少單位時間內(nèi)帶的循環(huán)次數(shù)，有利于提高帶的壽命。但是中心距過大，則會加劇帶的波動，降低帶傳動的平穩(wěn)性，同時增大帶傳動的整體尺寸。中心距小，則有相反的利弊。一般初選帶傳動的中心距為： (1)式中，為初選的帶傳動中心距，mm（2）傳動比i：傳動比大，會減小帶輪的包角。當帶輪的包角減小到一定程度時，帶傳動就會打滑，從而無法傳遞規(guī)定的功率。因此，帶傳動的傳動比一般為i7，推薦值為i=25。（3）帶輪的基準直徑：在帶傳動需要傳遞的功率給定的條件下，減少帶輪的直徑，會增大帶傳動的