毕业论文-水草清理装置水下机构的设计

编号毕业设计说明书题目水草清理装置水下机构的设计学院机电工程学院专业机械设计制造及其自动化学生姓名学号指导教师题目类型理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发2010年5月24日摘要针对河道、水塘等水域具有航道窄、面积小，一般的大型水草收割机难以实现水草收割的现状，本文设计了一种结构紧凑，机构传动平稳，效率高，适合在中小尺度水域作业的小型水草收割机。论文概述了水草收割机的发展背景、研究现状及分类；完成了水草收割机水下部分的机构设计，主要包括清除机构和定位机构；阐述了前置往复式切割器和旋转式升降台的总体设计方案、工作原理、参数计算以及试验校核；同时，为了防止二次污染，本文还另外设计了水草回收装置，通过传送带将水草运回船体；按照任务要求完成了装置总装图与各主要零部件图的绘制；最后，通过SOLIDWORKS软件的动画仿真验证了机构设计的合理性。结果表明所设计的小型水草收割机具有结构合理、紧凑，适应性强，切割效率高等优点。这种新型的水草收割机可在水下实现切割，捡拾、传送一体化连续作业方式，能够达到清除泛滥的水草，净化水质的目的。总的来说，是一种较为理想的水草收获机具。关键词小型水草收割机；水下机构设计；动画仿真ABSTRACTWATERSSUCHASRIVERS,PONDSAREGENERALLYWITHNARROWWATERWAYANDSMALLAREA,SOGENERALLARGEAQUATICWEEDHARVESTERSCANHARDLYHARVESTHYDROPHYTESTOELIMINATETHECURRENTPHENOMENON,SMALLERAQUATICWEEDHARVESTERISDESIGNEDINTHISPAPERITHASCOMPACTSTRUCTURE,SMOOTHTRANSMISSIONANDHIGHEFFICIENCY，ATTHESAMETIME，ITISSUITABLEFORWORKINGINTHESMALLANDMEDIUMWATERSTHISARTICLESUMMARIZESTHEDEVELOPMENTBACKGROUND,RESEARCHSTATUSANDCLASSIFICATIONOFTHEAQUATICWEEDHARVESTER；THEMECHANISMDESIGNOFUNDERWATERPARTOFTHEAQUATICWEEDHARVESTERS,INCLUDINGCLEARORGANIZATIONANDPOSITIONINGMECHANISM,ISCOMPLETED；THEPAPERDESCRIBESTHEOVERALLDESIGN,WORKINGPRINCIPLE,PARAMETERCALCULATIONANDEXPERIMENTALCHECKOFFRONTRECIPROCATINGCUTTERANDROTATINGLIFT；MEANWHILE,INORDERTOPREVENTSECONDARYPOLLUTION,THEPAPERALSODESIGNSOFTHERECOVERYAGENCIES,THEAQUATICWEEDSWILLBESHIPPEDBACKTOTHEHULLTHROUGHTHECONVEYORBELT；WHATSMORE,THESTUDYALSOFINISHESTHEWORKOFTHEMAINDEVICEASSEMBLYPARTSDRAWINGFINALLY,THISPAPERSSIMULATIONRESULTPROVESTHERATIONALITYOFTHEDESIGNWITHTHEANIMATIONOFTHESOFTWARESOLIDWORKSTHERESULTSSHOWTHATTHESMALLERAQUATICWEEDHARVESTERHASMANYADVANTAGESOFREASONABLEANDCOMPACTSTRUCTRUE,HIGHADAPTABILITYANDHIGHEFFICIENCYTOHARVESTINGTHENEWAQUATICWEEDHARVESTERSCANREALIZECONTINUOUSINTEGRATIONMODESUCHASHARVESTING,COLLECTINGANDTRANSMITINGUNDERWATERITCANACHIEVETHEGOALTOCLEARTHEFLOODHYDROPHYTESANDTOPURIFYWATERQUALITYINALL,ITISANIDEALMACHINEOFHARVESTINGAQUATICWEEDSKEYWORDSSMALLAQUATICWEEDHARVESTER；UNDERWATERMECHANISMDESIGN；ANIMATEDSIMULATION目录引言11绪论111课题研究背景112水草收割机的发展过程213水草收割机分类及特点2131根据切割器工作方式划分2132根据切割器在船体的安装位置分3133根据作业方式分3134根据作业对象划分314水下机构的典型特点315课题研究的目的及意义42水下机构的方案选择及总体结构设计521水下机构的方案选择522机构总体设计53清除机构的设计631切割器概述632往复式切割器的构造及类型7321往复式切割器的构造7322往复式切割器的类型1033往复式切割器的驱动机构及原理10331驱动机构的选择10332驱动机构的工作原理11333驱动机构的设计1134往复式切割器的调整134定位机构的设计1341定位机构的组成1342定位机构的工作原理1443链传动的设计14431链传动简介14432链传动的选择及设计校核1544轴的结构设计17441轴的应用与分类17442轴的材料及结构18443轴3的设计与校核20444轴3上轴承的选择及校核235水草回收机构的设计2551水草回收装置的构造2552回收装置的工作原理2653带传动的机构设计26531带传动简介26532带传动的参数选择27533带传动的设计计算28534带轮的结构设计3054轴的结构设计3155轴上轴承的设计与校核346结论36谢辞37参考文献38引言水草在养殖、生态和景观三方面有重要的价值体现，正是因为水草有如此多的作用，吸引了人们去种植。由于种植量大，同时缺乏相应的管理措施，导致人工种植的水草一度发展到疯狂的状态。为了保持水域的生态平衡，维持水质的清澈，需要在景观水域中大量种植水草，但是在每年59月的高温时段，水草生长非常迅速，必须及时进行收割清理，否则会对水质造成二次污染。目前，水草治理方法主要有化学清除法和物理收割法两种。化学清除法会引起水质污染与恶化，破坏水域的生态环境，并对其他生物的生存造成很大影响。所以，人们大都采用更为环保的人工收割和机械收割的物理方法来治理水草。但由于人工收割效率低下，往往打捞的速度跟不上水草生长的速度，因而机械收割就成为理想的水草治理方式。目前，市场上的水草收割机产品有WH1800型河道清草机、SGY一25型水草收割机、GC2230型河道割草保洁船、GC200O型小型河道割草作业机械、9GSCC14型水生植物收割机船队和LW5000多功能水草收割船等，但这些产品外型大，长度都大于8M，需要多人及辅助机械协同作业，适用于大型水域水草的收割。而景观水域的设计通常都采用自然造型，有各种不同的曲线，且水面较为狭小，不利于大型机械作业。现在，这些水域中的水草的收割都由人工完成，劳动强度大，效率低。而且往往在水草疯长时，人工收割跟不上生长速度，一部分水草因未及时收割而腐烂水中，造成水质恶化。在大型的水草收割船T一般有23人进行操作。但随着水草收割机的小型化，它的收割和集草都要在同一条船上进行，由于窄间有限，最多只能由一人操控，若都是手动操作的话，会不太方便，所以应该提高水草收割机的自动化程度，特别是遥控式的水草收割机不仅能进一步减小船体的尺寸，增大储草空间，而且安全。所以智能化的小型水草收割机的需求量会越来越大，小型轻便、美观环保的水草收割机将是一个重要的发展方向。本文主要对小型水草收割机的水下部分进行结构设计。1绪论11课题研究背景目前，国内外对水草收割机的研究没有系统的、科学的分类。市场上所有水草收割机几乎都是大型机械，满足大型湖泊水草的收割与修理，但不适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机的重要发展方向。12水草收割机的发展过程国外关于水草收割机的研制比较早，荷兰等国早在50年代就开始使用专门的水利机械进行河道的清淤除草作业。荷兰的IHCCOKONLJN机械厂1958年研制出H系列两栖式挖泥船共6种机型，随后又相继开发出M系列、S系列和FB系列等多种清淤机械荷兰的HERDER公司也开始研制各种机型的河道除草机。起初他们一般是把切割器安装在液压挖掘机或农用拖拉机上，把沟渠、河道内的蒲草、杂草切割后捞起放于岸边，其整机需停在岸边或沿岸边行驶进行作业，这就是陆用割草机。由于陆用割草机的使用范围有较大限制河道、沟渠旁常揎有树木，无法停机，远离岸边的水草又无法切割到，因此研制一种能在河道中航行的水中割草机应运而生。60年代英国的ROLBE公司开发出OIBEAUX系列水中割草机，英国的JOHNWIDER工程公司也开发出自己的系列产品3O多年来，这些产品至今还在世界各地广泛使用。国内也有一些相关企业及研究机构进入该领域，并且取得了一定的研究成果，如宁波农业机械研究所、桂林象山农机厂、绍兴县农林管理总部联合研究的WH1800型河道清草机，北京市水利局联合数家单位共同开发的的SGY25型水草收割机，上海电器集团现代化装备有限公司新液压长研究开发的GC2230型号河道割草保洁船以及GC2000型小型河道割草作业机械。经历半个世纪的发展历程，水草收割机的设计，由开始的岸边切割水草作业，水中水草作业，水中收割水草作业，到现在的水中切割、收获、后续处理一体化作业模式，功能日益完善，而且经过长时间的摸索和经验积累，其工作模式也发生了很大的改变。其主要是朝着小型化、自动化方向发展。13水草收割机分类及特点水草收割机由动力装置、切割器、动力推进器、送草装置、集草箱、船体等组成。所以在对现有的水草收割机进行归纳比较的基础上，根据水草收割机的作业方式、工作情况、结构特点等，总结出水草收割机的分类方式。因为本次主要设计水下机构，所以下面将从切割器、作业方式、作业对象方面进行介绍。131根据切割器工作方式划分（1）往复式。切割器的主要构造为两把刀片，并且至少有一把作往复直线运动，与另一刀片形成相对切割。该种结构的优点是可以选择合适的刀具参数来适应不同的环境。整个切割器是一个整体，只需一个动力端即可，容易实现同步工作；缺点是对刀具材料和刀具安装精度要求高，维修不方便。（2）旋转式。这种切割器的主要构造为旋转轴的中心固定三四个刀片，工作的时候，刀片绕轴旋转，不断切割水草。这种刀具的主要优点是多把刀具组装而成，便于维修，缺点是滚刀的传动轴必须安装成偏心的形式，并且必须在水中工作，因此，对滚刀的动力传输以及密封的要求比较高。132根据切割器在船体的安装位置分（1）前置式（图11A）。切割器安装在船体的前端。优点是能够实现割收一体化，水草的漏收率低，缺点是动力输入端的传动路线长，不适合刚性轴的工作。（2）后置式（图11I）。切割器安装在船体的后端，优点是船体行进过程中，拖动切割器行走，遇到韧性较大的水草，可以依靠惯性将其拉起，不至于沉头。缺点是工作时，水草无法及时回收，容易造成二次污染。（3）侧置式（图11B）。切割器安装在船体一侧，优点是只有一个动力输入端，动力集中，适用于水草密集的河道。缺点是切割时，必须有无水草区域，便于船体行走。133根据作业方式分（1）割收连续式（图11H）。主要应用于前置式。优点是切除水草的同时，将水草回收，防止二次污染。缺点是需要两个动力输入端，动力要求高，结构较为复杂。（2）割收分开式（图11I）。应用于侧置式和后置式的情况。优点是结构简单，功率要求低。缺点是割收分开作业，大大降低了工作效率，并且容易造成二次污染。134根据作业对象划分（1）近海水草式。主要收集近海水域的藻类水草。要求功率大，船体大，排水量大，不需要将水草收集起来，可以将水草沉入水底，船体必须配备适当的救生设备，而且船体的防腐要求很高，适合于大型水生植物收割机的连续作业。（2）内河水草式。主要用来收割内陆江河、湖泊等浅水域的水草。水草的生长情况比较复杂，同时考虑到环境保护的问题，必须将水草及时收集打捞，因此，必须在船体上配备适当的收集装置，机构比较复杂。14水下机构的典型特点（1）往复切割。大部分产品都采用往复式切割器，并且安装的位置都是在船体的前部，比较少的情况是采用旋转式的切割器，这样有利于避免缠绕等问题的产生。（2）功耗大。在所有的水草收割机中，由于是多机械辅助工作，所以需要的功率消耗较大都在13KW以上，最大的功率接近100KW。（3）割深可调。水草收割机的割深都在O17M之间可调，割幅比较大2M左右。（4）维修不便。大型船体不利于整机搬运以及维修。图11国内外水草收割机的典型设计A多功能小型水草收割船；B水草切割机；C水草切割装置；D水草收获系统；E水草收割机；F水草收割装置；GSCY一25碰水中割草机；HWHL800河道清机；I水生植物收割装置；J9GSCC14H水生植物收割机；KGC2230型河道割草保船15课题研究的目的及意义研发一种适合在河道、池塘等中小尺度水域作业的小型水草收割机。目前市场上的水草收割机一般是大型机械，在大的湖波水域可以进行切割，但不适于在小型水域的作业。所研制的小型水草收割机，可以有效取代在中小水域的人工收割，有效减轻了劳动轻度，大大调高了切割效率，符合水草收割机小型化与智能化的发展方向。2水下机构的方案选择及总体结构设计21水下机构的方案选择（1）水下清除机构即切割装置。根据工作方式分为旋转式和往复式，根据安装位置分为前置、后置、侧置三种方式。但由于旋转式机构传动机构必须置于水下，切割效率较低，而往复式驱动机构可以置于水上，并且可以选择合适的刀具参数来适应不同的环境，因此选择往复式。从安装位置方面看，后置式和侧置式都不能实现割收一体化，所以为了避免二次污染的问题，选择前置式。综上所述，选择前置往复式切割。（2）定位装置可以用来调整切割深度。机械定位的方式很多，如超声波定位、通过传感器定位以及机械定位等。综合结构复杂度，制造成本等多方面因素，可见机械式定位是比较理想的定位方式。机械定位可以用传动螺杆，或用滚轮绳索来实现。现选定为升降转台式机构，通过绳索牵动升降台侧板，步进电机驱动实现切割深度的调整。22机构总体设计（1）往复式切割器由往复运动的割刀和固定不动的支撑部分组成。割刀由刀杆、动刀片和刀杆头等铆合而成。刀杆头与传动机构相连接，用以传动割刀的动力，支撑部分由护刃器梁、护刃器和铆接在护刃器上的定刀片、压刃器和摩擦片等。工作时割刀作往复运动进行剪切。驱动机构采用牛头刨床的曲柄滑块机构。（2）定位装置由链轮、轴、滚轮及绳索、轴承座、升降台等组成。（3）为防止二次污染，需要将水草进行回收，所以另外设计了水草回收装置，主要由带轮、传动轴、轴承座、输送带等组成。综上，现设计机构总体装配如图21所示图21水下机构的总体装配图接下来将对以上机构的设计、传动及工作原理等进行详细的设计说明。3清除机构的设计31切割器概述切割器的工作性能直接影响收割机的工作质量。要使切割器在作业中能顺利的切割茎杆，不漏割、不堵刀，不拉断、切割阻力小，必须争取使用和调整切割器。现有的收割机械上的切割器有回转式利往复式两类；回转式切割器的特点是沿滑动作用大，有的还是无支撑切割，因此切割速度高，惯性力易于平衡但机器结构复杂，割幅较小，而且重量较大，不适于在宽幅多行收割机上采用。目前，在收割机械上应用最广泛的就是往复式切割器，优点是通用性广，适应性强，工作可靠，结构简单，重量轻。但由于惯性力的影响，限制了切割速度的提高，是切割作业速度受到局限。而根据前面的叙述，选用的是前置标准型往复式切割器（图31）图31标准型往复式切割器1护刃器2定刀片3动刀片4定刀片铆钉5压刃器6刀杆7动刀片铆钉8摩擦片9垫圈10螺母11螺栓12护刃器梁32往复式切割器的构造及类型321往复式切割器的构造（1）动刀片（图32）。动刀片是主要切割件，形状为对称六边形，两侧为刀刃，刀刃有光刃和齿纹刃两种，这里选择光刃。图32动刀片（2）定刀片（图33）。定刀片为支撑件，多为光刃片。用铆钉铆接在护刃器上与动刀配合切割。图33定刀片（3）刀杆。刀杆材料为35号冷拉扁钢。标准型刀杆的断面宽度为，M250长度取决于割幅。动刀片铆接在刀杆上，刀杆要平直，刀片应在同一平面上。（4）护刃器（图34）。护刃器的作用是保持定刀正确位置，保护割刀，对禾杆进行分束，且护刃器舌与铆接在上面的定刀片起支撑作用，构成两点支撑的的切割条件。为防止护刃器在低割时陷入土中，标准型护刃器的前下部为向上的弧形。图34护刃器（5）压刃器（图35）。压刃器一般采用35MN钢，用半圆头方颈螺栓与护刃器、摩擦垫片一起固定在切割器粱上，防止割刀在运动中向上抬起，利于割刀的自由往复运动。护刃器梁上每隔30到50装一个切割器。M图35压刃器（6）摩擦片。摩擦片装在压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两个支承面当摩擦片磨损时，可增加垫片或将其像前移动，以调整切割器间隙。322往复式切割器的类型往复式切割器的类型是根据割刀行程、两相邻刀片中心线之间的距离和两个相邻定定刀片的中心线之间的距离三者的相互关系来分类的。目前，我国收获机械上应用的切割器，主要可分为标准型和非标准型两种类型。（1）标准型切割器。割刀行程S等于两相邻动刀片中心线之间的距离T、等于的个相邻定刀片的中心线之间的距离T。即M276T0式中S割刀行程T两相邻动刀片中心线距离TO两相邻护刃器中心线距离标准型切割器具有良好的切割性能，而且护刃器之间的距离比较大，对茎秆的粗细适应性较强。因此，在割草机、收割机和联合收割机上被广泛应用。（2）非标准型切割器。在些水稻收割机上采用了较标准尺寸为小的切割器，其尺寸关系为ST；TO50、60或70MM这种切剖器的特点是动刀片较窄长切割角较小，护刃器为钢板制成，无护舌，对立式割台的横向输送较为有利，其切割能力较强，剖茬较低。缺点是如果保持相同的切割速度，其曲柄转速就较高割刀往复惯性力大。在粗茎秆作物收割机上，有采用较标准尺寸为大的切割器，其尺寸关系为STTO90或100MNL其护刃器的间S距较大、专用于收割粗茎秆植物。由于水草茎杆细，所以选用标准型切割器。33往复式切割器的驱动机构及原理331驱动机构的选择目前在收割机械上，由于割刀的工作条件和切割器位置的不同，所采用的驱动机构也不同，一般有曲柄连杆机构、曲柄滑块机构和摆环机构两类。曲柄连杆机构和曲柄滑块机构的构造简单，应用较广。摆环机构的结构紧凑，但是结构非常复杂，在这里选用应用于牛头刨床的曲柄滑块机构。332驱动机构的工作原理驱动机构的作用是把传动轴的回转运动变为割刀的住复式直线运动。曲柄滑块机构是利用曲柄作回转运动来驱动滑块进而带动摇杆，摇杆推动割刀做往复直线运动。结构简图如图36所示图36曲柄滑块机构333驱动机构的设计机构传动如图37所示，凸轮转轴通过软轴与动力输入端连接，工作时，动力输入端通过软轴向凸轮转轴输入转矩，凸轮转动通过滑块带动摇杆机构摆动。摇杆与刀杆之间为滑动连接，刀杆两端有水平方向的约束，在摇杆带动下，切割器作往复的直线运动，其平均速度为30NDV式中切割器的平均速度凸轮转速曲柄长度D图37机构传动图切割器的驱动机构采用的是曲柄滑块机构，机构设计如图38所示图38切割器驱动机构34往复式切割器的调整（1）对中调整采用曲柄连杆与曲柄滑块机构驱动的切割器则调整连杆的长度。（2）割刀行程可调整割刀行程，销的最上缺口对准固定螺栓安装时，割刀行程为902MM，最下缺口对准固定螺栓安装时，割刀行程为862MM。（3）刀头导向板间隙增减垫片使刀头导向板间隙达1MM。（4）团副器的整列各护刀器尖端间距应相等，日应在间一水平线上。检查时可在两侧护刃器尖端之间拉一直线，护刃器尖端与该直线的高低间距不得越过。M3定刀片应位于问一平而内，用直尺检查，每个定刀片的偏差不得大于05MM。若有偏差，应重新安装护刃器，或用小锤轻轻敲打矫正。并要注意在矫正护刀器之前先检查刀杆是否平直。（5）割刀间隙用增减垫片、调整压刃器或校正护刃器的方法，凋整割刀间隙。刀片前端应相互接触，允许有05MM间隙，后端府有03到1MM的间隙，允许少量后端间隙不大于15MM。但数量不得超过三分之一。4定位机构的设计由于在不同的水域，水草的生长情况各不相同，所以在切割水草时切割水草的深度不尽相同。因此需要设计一种定位装置以便调整割深。调整切割深度的方法有很多，如超声波定位、传感器、机械定位等。综合结构的复杂程度以及制造成本等多方面的考虑，机械定位是比较理想的方式。41定位机构的组成现设计的定位装置（图41）是通过升降台绕转轴的旋转来实现的。图41传送带升降机构示意图1船体；2直流电机；3链轮；4链条；5行程开关SQ1；6绳轮；7链轮；8吊绳；9升降架；10行程开关SQ2升降台的构造主要有以下几部分来组成（1）链轮。链轮通过通过链条与船体上的步进电机相连，是定位装置的动力输入端。其固连在轴上并通过轴将动力传递给滚轮（与轴焊接）。（2）轴3。通过轴承座与船体支架连接，与滚轮焊接，通过绳索控制升降台高度。（3）升降台侧板。升降台侧板是定位装置零部件的支撑部分，通过轴3与轴承座和船体连接。（4）轴5。将升降台与船体连在一起。42定位机构的工作原理进行定位时，步进电机通过链条、链轮将动力输入到轴端，与轴焊接的滚轮上绕有绳索，绳索的另一端与升降台侧板连在一起。滚轮转动时，通过绳索调整升降高度，同时造船体上安装有行程开关，可以控制升降的范围。43链传动的设计431链传动简介（1）链传动的类型链传动是以链条为中间传动件的啮合传动。如图42所示链传动由主动链轮1、从动链轮2和绕在链轮上并与链轮啮合的链条3组成。按照用途不同，链可分为起重链、牵引链和传动链三大类。起重链主要用于起重机械中提起重物，其工作速度V025M/S；牵引链主要用于链式输送机中移动重物，其工作速度V4M/S；传动链用于一般机械中传递运动和动力，通常工作速度V15M/S。图42链传动（2）链传动的特点和带传动相比。链传动能保持平均传动比不变；传动效率高；张紧力小，因此作用在轴上的压力较小；能在低速重载和高温条件下及尘土飞扬的不良环境中工作。和齿轮传动相比。链传动可用于中心距较大的场合且制造精度较低。只能传递平行轴之间的同向运动，不能保持恒定的瞬时传动比，运动平稳性差，工作时有噪声。通常链传动传递的功率P100KW，中心距A56M,传动比I8,线速度V15M/S,广泛应用于农业机械、建筑工程机械、轻纺机械、石油机械等各种机械传动中。432链传动的选择及设计校核（在以下计算中如无特殊说明，所查阅公示、表格、图等均出自濮良贵、纪名刚主编机械设计第八版）（1）给定参数传递功率WP10输入轴速度MIN/2R输出轴速度1传动比/2NI初选中心距A0（2）链轮齿数选择选择主动轮齿数为，则从动轮齿轮17Z172ZI（3）链条计算与选择修正功率工况系数（查表912）。51F齿数系数（查图910）。2链条的选择修正功率WFPC2851021根据和根据查图可选滚子链为08A。链条的节距为WPC28MIN/201RMP712链条长度计算链长节数481720210ZPAX圆整取节数为174节链条速度SMPZNV/072617201（4）最大的中心距最大中心距ZXPA659217412实际中心距994MM（5）润换方式由速度和链号08A，查图911，采用油壶或油刷定期人工润滑。SMV/072（6）强度计算作用于轴上的拉力NF45169有效圆周力82铰链压强MPPR37使用寿命（磨损寿命）61059702H校验合格。（7）链传动的结构设计因为电机轴左端的链轮和轴2的链轮连接，根据电机的功率和转速，查阅相关数据后取08A的链条，其主要参数如表41表4108A链条的主要参数抗拉载荷ISO链号节距滚子链直径D1MAX内链节内宽B1MIN销轴直径D2MAX内链板高度H2MAX排距PT单排MIN双排MIN08A1277927853981207143813827610A单排链轮的主要参数如下表42轮毂厚度9MMDKHK016/表4210A单排链轮的主要参数常数KD5050100100150150K32486495轮毂长度MHL30轮毂直径K82因链轮和轴设计为过度配合，故在链轮一段用一个M6的紧定螺钉与轴固定。其结构设计图如图43所示图43链轮44轴的结构设计441轴的应用与分类（1）轴及其作用轴是组成机械的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件（例如齿轮、涡轮等），都必须安装在轴上才能进行运动及动力传递。因此，轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。（2）轴的分类按照承受载荷的不同，轴可以分为转轴、心轴和传动轴三类。工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴。这类轴载各种机器中最为常见。只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴。心轴又分为转动心轴和固定心轴两种。只承受扭矩而不承受弯矩（或弯矩很小）的轴称为传动轴。轴还可以按照轴线形状的不同，分为曲轴和直轴两大类。曲轴通过通过连杆可以把旋转运动改变为往复直线运动，或作相反的运动变换。直轴根据外形的不同，可以分为光轴和阶梯轴两种。光轴形状简单，加工容易，应力集中源少，但轴上的零件不易装配及定位；阶梯轴则正好与光轴相反。因此光轴主要用于心轴和传动轴，阶梯轴则用于转轴。直轴一般都制成实心的。在那些由于机器结构的要求而需要在轴中装设其他零件或者减小轴的质量具有特别重大作用的场合，则将轴制成空心的。空心轴内径与外径的比值通常为0506，以保证轴的刚度和扭转稳定性。此外，还有一种钢丝软轴，又称钢丝挠性轴。它是由许多钢丝分层卷绕而成的，具有良好的挠性，可以把回转运动灵活地传到不开敞的空间位置。442轴的材料及结构（1）轴的材料轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造尤为广泛，其中，最常用的是45钢。合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。在一般工作温度下（低于200摄氏度），各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不多，因此在选择钢的种类和决定钢的热处理方法时，所根据的是强度与耐磨性，而不是轴的弯曲或扭转刚度。但也应当注意，在既定条件下，有时也可选择强度较低的钢材，而用适当增大轴的截面面积的办法来提高轴的刚度。各种热处理（如高频淬火、渗碳、渗氮、氰化等）以及便面处理（如喷丸、滚压等），对提高轴的抗疲劳强度都有着显著的效果。高强度铸铁和球墨铸铁容易做成复杂的形状，且具有价廉、良好的吸振性和耐磨性，以及对应力集中的敏感性较低等优点，可用于制造外形复杂的轴。（2）轴的结构轴的结构主要决定于以下因素轴载机器中的安装位置及形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴连接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺性等。由于影响轴的结构的因素较多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式。设计时，必须针对不同的情况进行具体的分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构都应满足轴和装载轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造工艺性等。（3）轴的支承结构该机构中，轴的支承采用滚动轴承。下面对滚动轴承作简单的介绍。滚动轴承的结构滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支承滚动零件的。滚动轴承绝大多数已经标准化，并由专业工厂大量制造及供应各种常用规格的轴承。滚动轴承具有摩擦阻力小，功率消耗少，启动容易等优点。滚动轴承由内圈、外圈、滚动体和保持架等部件组成。内圈用来和轴颈配合，外圈用来和轴承座孔装配。通常是内圈随轴颈回转，外圈固定，但也可用于外圈回转而内圈不动，或是内、外圈同时回转的场合。当内、外圈相对转动时，滚动体即在内、外圈的滚道上滚动。常用的滚动体有球、圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子、非对称球面滚子、滚针等几种。轴承内、外圈上的滚道，有限制限制滚动体沿轴向位移的作用。保持架的主要作用是均匀地隔开滚动体。如果没有保持架，则相邻的滚动体转动时将会由于接触处产生较大的相对滑动速度而引起磨损。滚动轴承的主要类型按轴承用于承受的外载荷的不同，滚动轴承可概括地分为向心轴承、推力轴承、向心推力轴承三大类。根据轴承滚动体的不同，可将滚动轴承分为球轴承、圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承等。滚动轴承类型的选择选用轴承时，首先是选择轴承的类型。在选用过程中，主要考虑的因素有轴承的载荷、轴承的转速、轴承的调心性能、轴承的安装和拆卸。轴承所承受载荷的方向、大小和性质是选用轴承的主要依据。在选择过程中要综合考虑各方面的影响，选择最合适的轴承。轴承的配置一般来说，一根轴需要两个支点，每个支点可由一个或一个以上的轴承组成。合理的轴承配置应考虑轴在机器中有正确的位置、防止轴向窜动以及轴受热膨胀后不致将轴承卡死等因素。常用的轴承配置方法有双支点各单向固定、一支点双向固定，另一端支点游动、两端游动支承三种。其中双支点各单向固定方式常用两个反向安装的角接触球轴承或圆锥滚子轴承，两个轴承各限制丝杠在一个方向的轴向移动；一支点双向固定，另一端支点游动方式常用在工作温度较高，跨度较大的场合，作为固定支承的轴承应能承受双向轴向载荷，故内外圈都要固定。当轴向载荷较大时，作为固定端的支点可以采用向心轴承和推力轴承组合在一起的结构，也可以采用两个角接触球轴承（或圆锥滚子轴承）“背对背”或“面对面”组合的结构；两端游动方式常用在人字形齿轮的装配中。443轴3的设计与校核轴3的设计计算（在以下轴的计算中如无特殊说明，所查阅公示、表格、图等均出自濮良贵、纪名刚主编机械设计第八版）（1）求轴3上的功率P，转速N和转矩T3330KW0921020R/MIN3955095504393T33NMN（2）求作用于链轮及滚轮上的力已知链轮的分度圆直径为6912DM有效圆周力E1FVP30N781209取压轴力系数5PK则压轴力FP4516978215ER1由于滚轮上的压轴力无法明确计算出，且方向在升降台位置改变时会发生变化，但经过估算每个滚轮上的压轴力大小不会超过400。在接下来的计算中，按压轴力N为，且方向与链轮受力方向一致来计算。若在此假设下校核合适，则可以保证轴N40的强度条件。滚轮速度SMDNV/06416021603有效圆周力E32FNVP537493压轴力NF40R3R2有效圆周力，压轴力的方向如“轴的载荷分析图”中所示。ER（3）初步确定轴的最小值先按式（152）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表153，取，于是得10AMNPD318209133MIN（4）轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案现采用如下图44所示的装配方案。图44轴根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度为了满足链轮的轴向定位要求，轴端右端需制造出一轴肩，故取段的II直径，取IVV段的直径；MD25IM25VD根据定位条件，段的直径。IV30I根据链轮宽度取。L30根据零部件的装配位置，取，L6IL895IVML5032VI两个滚轮与轴采用焊接。初步选择滚动轴承。因为轴承主要承受径向力的作用，故选用深沟球轴承。由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的深沟球轴承6205，其尺寸为。MBDD1525轴承两端均采用轴肩定位，并用轴承座固定。轴上零件的周向定位链轮与轴的轴向定位均采用平键连接。由表61查的平键截面，MHB6键用键槽铣刀加工，长为。滚动轴承与轴的轴向定位是由过度配合来保证的。2确定轴上的圆角与倒角尺寸参考表152，取轴端倒角为。0451（5）求轴上的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取值（参看图1523）。对于6205深沟球轴承，查GB27689知。AMA57根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。如下图45所示图45轴的扭矩及弯矩图从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面D是轴的危险截面。现将计算出的截面处的、及的值列于下表43所示HMV表43轴各截面处的弯矩值载荷水平面H垂直面V支反力F，NF35274NH18，NF081964NV3752弯矩MM09H1，N652243NH，MMV1，N942376V3总弯矩M910860571922N75462M263293扭矩TT301MN52（6）按照弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面）的强度。根据式（155）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力0MPWTM286125109633223CA前已确定轴的材料为40，调质处理，由表151查的。因此RC70300时，可采用轮辐式。轴1的直径为D25MM，由于主动带轮直接安装在柴油机轴上，故其安装带轮的轴的直径为D25MM，故采用腹板式结构；由于从动轮的基准直径，由后MD10面的设计部分知，安装该带轮的轴的直径D25MM。由于DD100MM300MM，故采用腹板式结构。主动轮（小带轮）根据腹板式带轮设计经验公（查机械手册得）式计算主要参数，结果如下轴直径D25MM、带轮基准直径MD10D142MMB33MM其结构如图52所示图52带轮54轴的结构设计（在以下轴的计算中如无特殊说明，所查阅公示、表格、图等均出自濮良贵、纪名刚主编机械设计第八版）（1）求轴4上的功率P，转速N和转矩T444KW61950621800R/MIN4955095501743T4N80MN（2）求作用于带轮上的力已知带轮1的分度圆直径为100D1M有效圆周力1EFVP40N623471压轴力ZO83280SIN152SIN21M0R1已知带轮2的分度圆直径为100D2有效圆周力E2FVP410N623471压轴力ZO8280SIN152SIN1M0R2有效圆周力，压轴力的方向如“轴的载荷分析图”中所示。FER（3）初步确定轴的最小直径先按式（152）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表153，取，于是得10AMNPD413806133MIN（4）轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度为了满足带轮的轴向定位要求，轴端右端和轴端的左端需制造出一IIV轴肩，取段的直径IVMD30IV根据带轮轴颈及定位条件，段的直径，取IVV段的直径MD25I。M25VID根据零部件的装配位置，取，L8VIIL7VIIL90I初步选择滚动轴承。因为轴承主要承受径向力的作用，故选用深沟球轴承。由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度级的深沟球轴承6204，其尺寸为。MBDD1472轴承两端均采用轴肩定位，并用轴承座固定。轴上零件的周向定位带轮与轴的轴向定位均采用平键连接。由表61查的平键截面，MHB78键用键槽铣刀加工，长为。滚动轴承与轴的轴向定位是由过度配合来保证的。M28确定轴上的圆角与倒角尺寸参考表152，取轴端倒角为。0451（5）求轴上的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取值（参看图1523）。对于6204深沟球轴承，查GB27689知。AMA7根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。如下图53所示图53轴的弯矩和扭矩图从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现将计算出的截面处的、及的值列于下表52HMV表52轴各截面处的弯扭矩值载荷水平面H垂直面V支反力F，NF62347N1H2，NF8632N1V弯矩M，M951N6H2，MM051N38V2总弯矩74930589521M622扭矩TNT7143026按照弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面）的强度。根据式（155）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力60MPWTM95225107430634922CA前已确定轴的材料为45钢，调质处理，由表151查的。因此61，故安全。CA155轴上轴承的设计与校核滚动轴承的选择计算查GB29784选择深沟球轴承6205，其基本额定动载荷，基本额定静NC108载荷NC6950（1）求两轴承受到的径向载荷和R1FR2将轴承部件受到的空间力系分解为铅垂面和水平面两个平面力系。图54轴承的受力分析图由前面轴的受力的分析可知NF8632R1VR47R1HNF623R2NF97218R1H2RVR142R2RR2（2）求两轴承的计算在轴向力和A1F2对于深沟球轴承，无派生轴向力，由于轴上没有轴向力的作用，所以两轴承的计算轴向力和为零。A1F2（3）求轴承的当量动载荷和1P2因为0R2AR1F由表135查的径向载荷分布系数和轴向载荷分布系数为对轴承10,1YX对轴承22因运转过程中有中等冲击载荷，按表136,取15。则812PFPFNFYXFP9029751AR1P1）（）（R2R22）（）（4）验算轴承寿命因为，所以按轴承1或轴承2的受力大小验算21PH250619182060316HPCNL6结论（1）水草清除装置的水下机构通过SW三维仿真验证未发生干涉，能够完成相关的任务，设计比较合理。（2）主要零部件经过强度校核满足强度要求，但是由于回收水草的需要，轴较长，结构不是特别紧凑。（3）所设计的清除装置尺寸小，运动灵活，适宜在中小尺度的水域生态系统中进行水草收割，能够达到净化水质的作用。（4）切割器结构可靠，切割效率高。（5）通过船体部分的电气控制，可以有效调节切割深度。（6）本设计的小型水草收割机船体平稳、灵活，驱动力小，可以大大提高沉水植物的收割速度，有效解决人工收割效率低的问题。（7）由于水平所限，结构设计难免存在不太合理的地方。谢辞通过本次毕业设计，我的专业水平和机构设计的能力有了很大的提高。在这里首先要感谢我的指导老师黄老师。从课题的选材，方案的确定，机构的设计，论文的撰写的过程中，黄老师给我提出了很多宝贵意见，明确规范了设计要求，在毕业设计的各个方面都给予了悉心指导，在此过程中我学会了很多，收获了很多。老师严格按照毕业设计进度表监督我的进度，给予我鼓励和指导，使我按时按量顺利完成了毕业设计的工作。在此，向黄老师表示衷心感谢和深深地敬意。毕业设计过程中用到了很多以前学过的专业知识，也深深体会到了专业知识的重要性。因此，衷心感谢那些曾经教会我知识财富的老师。感谢学院在毕业前，提供给我这样一个宝贵的锻炼自己的机会，为将来走向社会填了砝码。还要感谢四年来与我一起走过的同学们，毕设过程中，他们给予了我很大的帮助。特别是王艺桦同学，因为我们共同设计同一个水草收割机，在此过程中，从开始构思到后面的设计，最终毕设完成，他都给了很大的帮助，在这里向他表示衷心的感谢。最后，向所有关心和帮助过我的同学们致以诚挚的谢意参考文献1秦四成编著工程机械设计M北京科学出版社，20032王昌禄编简明机械设计M北京中国农业机械出版社，198463汪恺主编机械设计标准应用手册M北京机械工业出版社，199784实用机械设计手册编写组编实用机械设计手册M北京机械工业出版社，19985MACHINERYSHANDBOOKAREFERENCEBOOKFORTHEMECHANICALENGINEER,DRAFTSMAN,TOOLMAKERMACHINISTMNEWYORKINDUSTRIALPRESSINC,19796MECHANICALANALYSISANDDESIGNMNEWYORKELSEVIERM，19817濮良贵编等机械设计M西安高等教育出版社，20058秦曾煌编等电工学M哈尔滨高等教育出版社，20039孙桓编等机械原理M西安高等教育出版社，200310常徳功带传动和链传动设计手册M北京化学工业出版社，200811徐金详小型水下清淤机的设计及应用J排灌机械，2003，21（3）293212韩青松基于PROE的水草收割机明轮装置建模与仿真J农机化研究，2001，53（8）10510813吴文庆，洪渊杨，秦双亭等水葫芦治理技术的初步研究JE海环境科学，2003，增刊14614914申庆泰，杜健民，等内蒙占乌梁素海沉水植物的收割工程技术J湖泊科学，200716216917615屠清瑛，章水泰杨贤智，等北京什刹海生态修复试验工程J湖泊科学，2004，1616L6716尚士友,杜建民草型湖泊沉水植物收割工程对生态改善的试验J农业工程学报，20031969510017尚士友，杜健民，丁海泉，等沉水植物收获机械设计学的研究J内蒙古农牧学院学报，19959798218扬诗鸿SYG25型水草割草机的设计和研制J水利电力施T机械，1997，194121519孙明敏河道清单机的研制J中国农机200569L9420CHARLESB,BRYANTAQUATICHARVESTINGAPPARATUSUSA,4258534P198133121DANIELSMITHMARINEWEEDWAKERUSA,6922982B1P20058222JAMESL,HAWKAPPARATUSFORREMOVALOFAQUATICPLANTGROWTHUSA,4416106P19831022AGANEMPLOYMENTTRIBUNALCLAIEMLOYMENTTRIBUNALSSORTOUTDISAGREEMENTSBETWEENEMPLOYERSANDEMPLOYEESYOUMAYNEEDTOMAKEACLAIMTOANEMPLOYMENTTRIBUNALIFYOUDONTAGREEWITHTHEDISCIPLINARYACTIONYOUREMPLOYERHASTAKENAGAINSTYOUYOUREMPLOYERDISMISSESYOUANDYOUTHINKTHATYOUHAVEBEENDISMISSEDUNFAIRLYFORMOREINFORMU,TAKEADVICEFROMONEOFTHEORGANISATIONSLISTEDUNDERFURTHERHELPEMPLOYMENTTRIBUNALSARELESSFORMALTHANSOMEOTHERCOURTS,BUTITISSTILLALEGALPROCESSANDYOU