摇板式造波机的设计.docx

分类号密级UDC 本 科 毕 业 设 计完整设计图纸，源代码，程序代码，毕业论文，外文翻译，任务书，开题报告，答辩PPT,需要请联系QQ68661508 【毕业设计】摇板式造波机的设计 学生姓名 学号 指导教师 院、系、中心 工程学院 专业年级 11机械设计制造及其自动化 论文答辩日期 2015 年 6 月 4 日中 国 海 洋 大 学摇板式造波机的设计 完成日期： 指导教师签字： 答辩小组成员签字： 摘 要随着对海洋开发的深入，人们对海洋的认知不断加强，造波机做为波浪模拟的重要设备扮演着重要的角色。造波理论是波浪理论、机械工程、自动控制技术等多学科交叉融合的产物。本文基于造波理论，对摇板式造波机进行了研究。摇板式造波机建立在微幅波理论的基础上，是微幅波理论在实际方面的一个应用。系统的波长取决于频率，系统的波高取决于摇幅。造波系统由数个造波单元组成，实现结构化、单元化。每一个造波单元的精度直接影响整个系统精度，因此本文针对造波单元进行结构设计。在传动机构上，采用了滚珠丝杠，驱动装置采用伺服电机。根据设计要求确定系统参数，完成造波机摆角、行程的拟定。然后基于UG建立三维模型，对系统进行分析和校核。 关键词：摇板式造波机；造波理论；滚珠丝杠 AbstractAs the marine resources are exploited in depth，peoples knowledge about ocean increases. Wave maker, which is important equipment for simulating wave, plays a vital role. Wave-making theory is an interdisciplinary based on wave theory, mechanical engineering and automatic control technology. Rocker-flap wave maker is studied in this paper, based on wave making theory.Rocker-flap wave maker bases on micro wave theory，which is applied in practice. The wavelength of the system depends on frequency and wave height depends on amplitude of the swing. Wave-making system consist of several unit, to achieve a structured and unitization design goal. Every wave-making unit influences the precision of the system directly. This paper aims at wave-making unit and designs mechanical structures. Ball screw is used as transmission and servo motor is used as driver. This paper determines system parameters according to design requirements firstly, then selects amplitude of the swing and stroke. Next establishing three-dimensional model based on UG. Finally giving a analysis and check.Key words: Rocker-flap wave maker；Wave-making theory ；Ball screw目录1 绪论41.1课题背景及意义41.2国内外研究现状51.3 本文的主要研究内容61.4 本章小结72 造波机系统简述82.1 造波机系统的组成82.2 造波机的分类92.3 造波机驱动方式92.4 摇板式造波机的工作原理102.5 本章小结113 造波机的总体设计123.1 造波机的设计参数计算123.1.1 波浪的周期T123.1.2 摇板的摆角与水面行程L123.1.3 造波板单元最大负载阻力及最大负载功率133.2 造波机机械结构设计143.2.1 摇板的设计143.2.2 丝杠的选用153.3 造波机驱动装置的设计153.4 本章小结164 造波机的受力分析174.1 造波板受力分析174.2 活塞杆的受力分析184.3 本章小结185 造波机的检验校核195.1 活塞杆校核195.2 连杆校核215.3 螺母螺杆校核225.3.1螺杆强度计算225.3.2 螺杆的稳定性计算245.4 轴承校核245.5 本章小结26结论27参考文献27致谢281 绪论1.1课题背景及意义21世纪是海洋世纪，因为海洋蕴藏着丰富的资源，是人类赖以发展的新空间。而波浪是海洋上经常出现的非常显著的自然现象。随着海洋开发的飞速发展，针对波浪的研究显得愈发重要。在海洋中航行的各类船舶以及在固定海域工作的海洋工程结构物都会受到波浪的影响。因此波浪对船舶、水利、海工建筑、海上石油开采等许多领域的研究都具有重要的意义。在船舶领域中，研究船舶的运动性能与波浪的关系;在码头、堤坝等水利工程中,研究其抗波浪能力;在海上石油开采中,分析海上钻采设备对海浪的抗疲劳性能。另外，在大型的水上娱乐场，人们制造人工波浪，使用有游客享受到更多的乐趣。总的说来，对波浪的研究手段大致可分为三种，分别是理论分析，现场勘测和实验室模拟。理论分析主要是通过牛顿力学原理，流体力学等方法来分析波浪的运动，但由于环境的复杂性，只能计算出特定条件下波浪运动情况，并不具有一般性，用特例来代替一般显然会产生极大地误差。现场勘测则是在实际的波浪情况下进行试验，并统计数据，它的优点是准确无误，但是会受到太多的环境干扰，对试验产生影响，试验人员必须把握好试验时机。另外，现场勘测会耗费大量的人力、物力、财力，与之相比，实验室模拟的花费要少得多，也不会受到环境太多的干扰，但实验室条件有限，得到的结果与实际会产生一些误差。造波机便是实验室制造波浪的一种装置，通过激起不同种类的波长和波高来模拟自然界的波浪。造波机是随着造波技术发展而产生的一种重要的实验装置，该装置安装在实验室里，与港口工程的模拟实验配套使用。通过在实验室里面建设造波水池，进行不同种类波形的水体实验，用仪器采集实验数据，并由数据来分析和研究船舶、港口、堤坝、以及海岸的承载能力。另外，采集得到的实验数据，还可以对河道和港口的运动进行实验和研究，这些都能作为建设港口工程的参考数据，从而在施工之前对整个工程有个大致的了解与掌握，因此造波机的意义重大。1.2国内外研究现状模拟海洋中的实际波浪是造波机的任务。而海浪是一种三维的随机过程,它受到海洋环境的影响，其参数均随机变化。从模拟技术的角度来看,我们一般使用规则波、二维不规则波、二维方向波、三维方向波来对波浪进行近似的描述。国外的学者们很早就开始了对波浪模拟的研究。早在1932年，美国海滩侵蚀管委会建造了世界上第一座工程实验的波浪水槽。在1950年，由法国 Sogreah实验所研发的“蛇形造波器”诞生。1956年荷兰建立了世界上第一座耐波性水池，瓦格宁根水池。建于1958年的美国泰勒水池（如图1-1）,采用空气式造波机,可对短峰波及长峰不规则波进行模拟。美国的斯帝文森水池，英国的哈斯拉水池，都采用冲箱式造波机,可对长峰规则波和不规则波进 行模拟。此后，日本建造的三鹰露天水池采用摇 图1-1 泰勒水池板式造波机,可造波长为0.7米,最大波高为0.4米。 随着技术的发展，日本和英国率先在八十年代使用直流伺服电机控制，伴随伺服电机技术的发展成熟，造波机的控制系统飞速发展。在九十年代后，造波机已经完全使用交流伺服电机控制。此后，造波机开始向生成规则波、二维不规则波和三维不规则波发展。目前为止，国外大型的技术比较先进的水池主要有：荷兰 MARIN 的海洋工程水池，挪威 MARINTEK 试验池，日本国家海事研究所的深水海洋工程水池，巴西 LabOceano 海洋工程水池等。 图1-2 MARINTEK 海洋深水试验池 图1-3 日本深水海洋工程水池我国关于造波技术的研究起步相对落后，是五十年代起步的。在造波技术的发展初期，国内使用的实验装置都是一些简单的电气装置，由于造波原理的匮乏,只能模拟出规则波。在五十年代初期，国内成功研发出第一台规则波造波机，随着海洋工程、港口工程的发展，规则波渐渐的不能满足需要，必须对二维不规则波、二维方向波、三维方向波进行研究。到了六十年代，波浪理论逐渐完善，对于波浪的研究有了进一步的认识。八十年代初期，国内第一台不规则波造波机由南京水利科学研究院建造完成。此后，陆续建成了许多造波水池和水槽，它们能模拟浅水波，深水波等,但在安装在这些水池和水槽的造波机有的是从国外进口的。从七十年代开始,国内逐渐采用模拟信号来控制造波系统，而到了八十年代,开始使用计算机，通过软件编程来控制,在九十年代以后，已完全通过计算机来进行造波控制。造波板开始由电机驱动向液压伺服驱动发展。1993年，天津水运工程研究所和天津理工大学合作，共同研发了我国第一台液压伺服系统驱动的不规则波造波机。此后，随着与国外造波技术的交流日益频繁，国内的造波技术发展十分迅速。计算机技术的飞速发展，导致了造波机控制技术的飞速发展，也使得造波机控制技术进入到了一个崭新的研究领域，造波机控制系统是通过计算机软硬件来实现控制，使造波机产生更加精确的波形，随着对造波机产生各种波形参数的严格要求，造波机不仅要能产生规则波和不规则波，同时还要求能实现对反射波的主动吸收，这些都要求造波机的控制系统达到精度控制。目前，国内的大型造波水池主要有：中国船舶科学研究中心的海洋工程水池，上海交通大学的海洋深水试验池等。 图1-4上海交通大学海洋深水试验池1.3 本文的主要研究内容本文针对摇板式造波机的机械结构进行研究，主要内容包括以下方面：(1) 介绍造波系统的研究现状，介绍国内外典型造波水池的技术。(2) 简述造波系统的结构组成，及各结构的功能概况。(3) 拟定造波机的机械结构，确定造波系统的参数。(4) 基于UG对造波机进行三维模型的建立。(5) 对造波机进行力学分析并进行强度、刚度校核。1.4 本章小结本章首先介绍了造波机的研究背景，造波机的发展对船舶、水利、港口工程影响深远。发展造波技术使得专家更加方便的采集数据，并借以参考。然后介绍了国外的发展情况，重点介绍了造波机的发展历史以及典型水池。接着详述国内造波技术由起步到飞速发展的过程。最后详细说明了本文的主要研究内容。2 造波机系统简述2.1 造波机系统的组成作为模拟波浪的设备，造波机的控制性能与试验的效果密不可分,在理论成熟及结构合理的情况下,造波机性能的好坏取决于其控制性能。造波机系统大多比较复杂,而且执行机构通常远离控制中心,于是采用层级网络作为设数据传输的载体。造波机系统通常由上位机、下位机、功率驱动设备、运动控制器、伺服电机、执行机构、传感器及各级网络组成,如图2-1所示。造波机系统分成多个运动控制单元,每个控制单元收到的指令转换为造波板的运动,这是造波机系统控制精度的核心,该部分性能最大程度上影响整个系统精度,因此造波单元的设计尤为重要。上位机是造波机系统的主控机，在系统中承担着数据处理、人机交互、生成指令以及监控的任务。上位机通过计算生成指令，然后传达给控制单元;下位机由接收控制命令,通过运动控制器驱动执行机构运动,并采集数据反馈给上位机。执行机构由伺服电机、滚珠丝杠和造波板组成。运动控制器发出命令控制伺服电机向系统输入功率，完成造波运动。图2-1 造波系统的组成2.2 造波机的分类迄今为止，造波机的形式多种多样,以机械式为主, 即通过造波机的机械运动对水体施加干扰产生波动，常见的造波机有以下几种：(1) 摇板式：在实验水池中，用下端铰接,上端能前后摇动的摇板，制造人工波浪的设备。波高的控制由摆动幅度确定,波长和周期则由摆动频率来确定。摇板式造波机一般应用于深水域造波。图2-2摇板式(2) 推板式：又称作活塞式，通过连杆驱动设在水槽中一端的活塞进行往复运动,使池中水产生波动。波高由活塞的冲程决定，波长由往复运动的频率决定。推板式造波机一般应用于浅水域造波。图2-3 .推板式(3) 气压式：气压式是通过气压的变化使得水面产生 波动。也可以是通过鼓风机产生的高压气体作为扰动源,波高由气压的大小控制,波长由气量的大小控制。 图2-4 气压式 (4) 冲箱式：冲箱式造波机的运动装置是一断面呈特殊形状的柱体。通过该部件沿垂直水面方向作往复运动达到造波的目的。波浪的大小取决于运动频率。图2-5 冲箱式2.3 造波机驱动方式依据造波机驱动方式的不同，将造波机分为三类：电机驱动造波机、气压驱动造波机、液压驱动造波机，每一种性能和适用范围都是不同的。 (1) 电机驱动造波机是目前的主流方式，它具有体积小，响应速度快，精度高，控制容易，无污染，等优点。但是负载能力差，针对大型造波机，无法满足使用。 (2) 气压驱动造波机采用空气为介质，不但响应速度快，容易得到，而且与液压驱动比较来说，空气介质与大气进行循环方便，所需的设备简单。但由于空气的可压缩性比较大，与液压驱动相比承载能力低，一般在低负载的情况下使用。 (3) 液压驱动造波机的承载能力强、精度高、响应快，而且液压油对各个运动部件起润滑作用，使得零件寿命大幅增加。但相比电机驱动和气压驱动，污染严重，要求较高的密封性来防止泄露。2.4 摇板式造波机的工作原理目前常用的波浪理论是微幅理论和有限振幅斯托克斯波理论。由他们推出的深水波理论、中等水深波理论、浅水波理论则是相关的造波特性研究的理论基础，在这些基础上才能了解各种水深条件下的波浪特性和差异，了解不同水深下的造波难易，以及掌握造波性能的标准尺度。而摇板造波理论则是建立在微幅波理论的基础上，是微幅波理论在实际方面的一个应用。图2-6 摇板式造波机参数示意图上图为推导摇板造波理论公式的参数示意图。设水深为h，造波板水面下垂直深度为l，水面处摇幅为E，造波板以振幅A来运动产生波浪，设波浪高度为H，波长为,周期为T。波浪传播方向设为正,X轴与水池底部平面重合,Y轴与造波板的处在垂直位置时重合,且方向向上。摇板上不同水深处摇板的摇幅e是y的函数，从微幅波理论出发，可推导摇板造波的理论公式：A=ME，即造波板的摇幅影响波高。2.5 本章小结本章首先介绍造波机系统的系统组成，分析各结构单元的功能与作用，造波单元的设计精度是造波系统精度的主要影响因素。其次，总结了常见造波机的类型，本文采用摇板式造波。然后分析了驱动方式的类型，并进行比较，得出各自的优缺点。在最后推导了摇板式造波系统波高和摇幅的关系。3 造波机的总体设计3.1 造波机的设计参数计算造波机的工作环境为实验室，根据设计的产品要求，确定水槽基本尺寸和拟实现的造波能力为：(1) 水槽尺寸：10m2m（宽高）；(2) 造波单元尺寸：2m1m（宽高）；(3) 最大波高：0.3m；(4) 造波最大工作水深：1.7m；(5) 波长：1m10m；3.1.1 波浪的周期T根据波浪理论，波长和频率f的关系可由下式确定：f=g2 （3-1）式中：波长，m；f 频率，Hz；g当地重力加速度，m/s2；要求实现波长 =1m10m，由式（3-1），可求出f=0.395Hz1.249Hz又T=1f ，可以得到T=0.8s2.5s3.1.2 摇板的摆角与水面行程L摇板来回摆动一次，形成一个波浪，在水深H一定和周期T一定的情况下，波高h与摆角呈正相关，当摆角增大致某一极限时，波浪将被拍成水花。由摇板造波理论可知A=ME，波高与摆角有确定的函数关系。但系数M的计算相对复杂，于是通过实验确定摆角。由文献10确定摆角=15，并由此确定水面行程为：L=2Htan2 （3-2）式中：L造波板的水面行程，m；造波板的摆角，rad；H造波板的工作水深，m；则由式（3-2）得到L=0.45m3.1.3 造波板单元最大负载阻力及最大负载功率由水力学理论，当面积为S的平板在水中以垂直与板面的速度v运动时，所收到的阻力F为：F=0.65Sv2 （3-3）式中：F造波板受到的阻力，N；S造波板的浸水面积，S=1.7m2；水的密度，=1000kg/m3；v垂直于板面的速度，m/s2；现将造波板水中中点部分的速度等效为造波板平移的速度，接下来对造波板水中中点部分的最大速度进行计算。取造波板摆动的最小周期T=0.8s，此时造波机系统所受的载荷最大。当t=0s-0.2s时，造波板由=-7.5转动至=0，此时平均角加速度=2t2式中：造波板转过的角度，=0.13rad；0.2s内造波板的平均角加速度，rad/m2；t 转动7.5所经历的时间，s；于是得到图3-1 摇板摆动示意图 =2t2=20.2610.22=6.5rad/s2摇板角速度=t=6.50.2=1.3rad/s摇板浸水部分中点速度v=R=0.851.3=1.105m/s由式（3-3），得到F=0.6510001.71.1052=1349N，取F=1500N造波单元最大负载功率P=Fv=1657w3.2 造波机机械结构设计摇板式造波机的机械结构主要包括造波板和滚珠丝杠副，以及他们之间的连接结构和支撑结构。各部分装置的设计尺寸依据设计要求确定，下图是造波机结构示意图。图3-2 造波机结构设计图造波机工作的整个过程是：下位机收到数字信号，通过转换变为电信号传递给伺服电机，控制伺服电机的转速以及方向。伺服电机通过联轴器传递转矩带动丝杠旋转，推动螺母直线运动，再通过连杆传递给造波板。3.2.1 摇板的设计造波机一共由十块摇板组成，设计中主要解决：(1) 造波板的几何尺寸与机构；(2) 造波板支承的连接方式；(3) 摇板的耐腐蚀性及支承结构的稳定性； 造波板的结构如图3-3所示，高度L=2m，B=1m，造波板的结构既要有足够的刚度，又要尽可能的减少质量，以减少运动惯量，从而降低能耗。取= 4mm ，并沿高度方向设置加强筋，这 图3-3 造波板示意图样既降低摇板的质量，又保持足够的刚度。 多单元的摇板结构，如果建立一根同一轴用于支承所有的摇板，既不利于安装，也不能保证每块摇板的同轴度使得摇板转动自如，间接增加了加工精度，使得成本提升。这种情况下，采用分段结构，每块造波板采用四点支承结构。这样便于安装以及拆卸。由于长期处于水中的环境，考虑到轴承的润滑和防锈，不便采用普通的轴承，在此选用水润滑轴承。为了保持支承的稳定性，如何把力传递给基础建筑是关键，螺栓连接往往不能承受频繁的摇摆产生结构松动，在此设置两排螺纹钢筋，与底座的通孔焊接为一体，并采用混凝土掩埋。最后，考虑摇板的水蚀问题，在这里采用热喷涂锌层及外涂富锌环氧树脂漆的方法,进行防腐处理。3.2.2 丝杠的选用传动机构选用滚珠丝杠，滚珠丝杠副由丝杠、螺母、滚珠组成，能将旋转运动转换为直线运动。采用滚珠丝杠的原因有以下几个：(1) 滚珠丝杠的传动效率大约是9096%，梯形丝杠的传动效率大约是2646%。即如果驱动同样大的负载，采用滚珠丝杠可以使用更小的驱动功率，例如更小功率的电机，既可降低成本，亦可降低能耗。(2) 滚珠丝杠是滚动摩擦，梯形丝杠是滑动摩擦，工作时前者的温升远低于后者，因此可以承担高速传动任务。(3) 滚动摩擦的表面损伤比滑动摩擦的小很多，因此在清洁、润滑等条件符合时，滚珠丝杠的维持寿命比梯形丝杠高得多。(4) 滚珠丝杠副温升小以及在加工过程中对丝杠采取预拉伸并预紧消除轴向间隙等措施，使丝杠副具有高的定位精度和重复定位精度。3.3 造波机驱动装置的设计本造波机采用交流伺服电机驱动造波板运动，具有以下好处： (1) 交流伺服电机的控制精度由旋转编码器保证。它的控制精度较高，对于波浪的制造十分有利。(2) 交流伺服电机为恒定力矩输出，在额定 3000r/min 的转速下能输出额定转矩，而普通电机在高转速下的输出转矩会下降。(3) 交流伺服电机具有一定的超载能力。造波机在一个周期内的负载随时间不断变化，而造波板具有很大的惯性，有时需要一个大的波高，这时如果没有足够的功率储备，大的波高就造不出来。 (4) 不会出现丢步现象。交流伺服驱动系统为死循环控制，驱动器直接对电机编码器回馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，控制性能更为可靠。控制精度高和不会丢步的特性，使得造波机能够十分精确地控制波浪的周期。 3.4 本章小结本章根据设计要求确定了造波机的尺寸及参数，推导出了波浪的周期，摇板的摆角与行程及造波板的最大阻力和最大负载功率。然后对丝杠的选择，电机的选择进行了说明。4 造波机的受力分析4.1 造波板受力分析造波板在运动的过程中受到水体的阻力F1，连杆的推力F2，支承的支反力Fx，Fy。如图4-1所示。因为连杆质量相对造波板较轻，忽略连杆质量，则连杆为二力杆。造波板的材料为不锈钢，密度=7930kg/m3，则造波板质量m=105kg运用质心运动定理和相对于质心的动量矩定理：max=Fx，may=Fy，J=M （4-1）式中：m造波板的质量，kg；ax质心加速度在水平方向上的投影，m/s2；ay质心加速度在竖直方向上的投影，m/s2； 刚体转动的角加速度，rad/m2；Fx质心所受合力在水平方向上的投影，N；Fy质心所受合力在竖直方向上的投影，N；M质心所受的合力矩，Nm；J 造波板相对于质心所在轴的转动惯量，J=1/12ml2=35;由式（4-1），可以得到： F2cos30+Fx-F1=1/2mR F2sin30-Fy=1/2m2R F2cos300.75+Fx-0.33F1=J由上述三式解得： F2=6636N; Fx=-3591N; Fy=3141N图4-1 造波板受力图 4.2 活塞杆的受力分析活塞杆受到来自三个方面的力。一是连杆的压力F3，而连杆是二力杆，有F3=F2。二是缸体的支撑力Fy1，Fy2。三是推力FN。由式（4-1）可以得到： FN-F3cos30=ma Fy2+F3sin30=Fy1 F3sin30l3+Fy1l1=Fy2l2其中，l3=0.47m，l1=0.09m，l2=0.47m，a=11m/s2,m=5.26kg计算得到：Fy1=8207N，Fy2=4889N，FN=5800N图4-2 活塞杆受力图4.3 本章小结本章针对造波板的受力以及活塞杆的受力进行了分析，得出造波板与活塞杆的受力情况，方便下文进行校核。5 造波机的检验校核5.1 活塞杆校核活塞杆的负载不是特别大，选取常用的45钢制造。粗加工后表面进行调质处理，以改善杆件的机械加工性能以及提高材料的工作强度。考虑到杆件与缸体的端盖的配合，精加工后的活塞杆表面粗糙度Ra应小于0.63m，与端盖的配合采用H8/f9配合。45钢的力学性能如下表：表5-1 45钢的力学性能材料密度弹性模量E比例极限p屈服极限s45钢7.85103kg/m3210GPa280MPa355MPa当杆件受到拉应力达到屈服极限或者强度极限时，会引起塑性变形或断裂。长度较小的受压短柱也有类似现象，比如材料是低碳钢的短柱被压扁，材料是铸铁的短柱被压裂等等。它们失效的原因是由于强度不足导致的。而细长杆件受压力时，却表现出与强度失效完全不同的性质，受压杆件将会丧失其本身的直线形状而失去稳定。因此有必要对活塞杆进行稳定性的校核。大柔度压杆的临界压力可由欧拉公式计算：Fcr=2EI(l)2 （5-1）式中：E材料的弹性模量，Pa；I 横截面的惯性矩，m4；l 压杆的长度，m；压杆的长度因素，详见表5-2，取=0.7；由此得到与临界压力对应的应力为：cr=FcrA=2EI(l)2A式中：A横截面的面积，A=1/4d2，m2；把截面的惯性矩I写成：I=i2A，式中i为截面的惯性半径。则欧拉公式可以写成：cr=2E(li)2引用记号：=li是一个量纲为一的量，称为柔度或细长比。它集中反映了压杆的长度、约束条件、横截面尺寸和形状等因素对临界应力cr的影响。当临界应力crp时，欧拉公式才是正确的。只有当压杆的柔度大于极限值1时成立。1=Ep=86活塞杆截面的惯性矩：I=164D4=3.9710-8m4式中D为活塞杆直径。i=IA=0.0075m=li=87.786符合欧拉公式。由式（5-1）得到：Fcr=22101093.9710-8(0.70.94)2=1.9105N取安全因数nst=11.5，则：FcrFmax=1900005800=32.711.5因此满足设计要求。5.2 连杆校核选择连杆的材料为45钢，由表5-1可以查出：弹性模量E=210GPa，比例极限p=280MPa，屈服极限s=355MPa连杆的惯性矩：I=a412=2.1310-7m4式中：a为横截面的边长，a=0.04m.惯性半径：i=IA=2.1310-71.610-3=0.015m式中：A为横截面的面积，A=a2=0.0016m2.连杆的细长比：=li=10.740.015=49.3式中：为长度因素，连杆为两端铰支，由表5-2取=1。当大于极限值1时，欧拉公式成立。1=Ep=86故欧拉公式不成立，这时采用直线公式：cr=a-b （5-2）直线公式对2成立，式中a与b是与材料性能相关的常数，见表5-3取a=361，b=2.568直线公式对2成立，2为运用直线公式的最小柔度。2=a-sb=41.211.5故连杆满足要求。表5-3 直线公式的系数a与b材料（单位为MPa）a/MPab/MPab372Q235钢s=2353041.12b471优质碳钢s=3064612.568b510硅钢s=3535783.744铬钼钢98075.296铸铁332.21.454强铝3732.15松木28.70.195.3 螺母螺杆校核5.3.1螺杆强度计算最大输出功率P：P=Fv式中：F造波板所受的最大阻力，F=1500Nv造波板浸水深度中点处的速度，v=1.105m/s2P=15001.105w=1657.5w取P=1700w.考虑传动的效率损失，取联轴器1=0.98，轴承2=0.98，滚珠丝杠3=0.95，其他效率损失4=0.9则总效率=12234=0.8电机功率：P=P=17000.8=2125w受力较大的螺杆需进行强度计算，螺杆工作时承受轴向拉力（或压力）及扭矩的作用。螺杆危险截面上既有拉伸应力（或压缩应力），又有切应力。因此，根据第四强度理论，强度条件为：ca=2+32=(FA)2+3(TWT)2式中：F杆件所受的轴向压力（或拉力），N；A杆件的危险截面面积；A=14d2，mm2； WT杆件的抗扭截面系数，WT=d316，mm3； d杆件的螺纹小径，mm； T杆件所受的扭矩，Nmm；杆件材料的许用应力，MPa，=120MPa;螺杆所受压力：F=FN=5800N螺杆所受扭矩：T=9549Pn式中：P电机输入功率，kw；n螺杆转速，r/min；螺杆导程为20mm，则n=0.220.02600.2=3300r/min于是ca=2+32=FA2+3TWT2=21MPa5.3.2 螺杆的稳定性计算对于长径比比较大