毕业设计（论文）-湖面清洁机结构设计.pdf

诚信声明 本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导 下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中 列出。 本人签名：年月日 毕业设计任务书毕业设计任务书 设计题目：湖面清洁机结构设计 系部： 机械工程系专业：机械设计制造及其自动化学号： 112011140 学生： 向林指导教师（含职称）： 梁雅琴（副教授） 1课题意义及目标 本课题主要针对水面（主要是公园的湖面）进行清洁，可以全自动打捞各种水面 垃圾如树叶，塑料袋，瓶子等，工作效率高；且清洁机本身能够具有一定的负载量； 运输方便，操作简单；在水域能够原地回转，方便随时掉头等操作；要求该装置安全 可靠，便于操作，方便清洁与打捞。 2主要任务 了解湖面清洁机的特点及工作原理；根据湖面清洁机的工作过程制定总体方案； 进行湖面清洁机的传动设计及结构设计。 设计内容包括：1）毕业设计论文一份；2）湖面清洁机总体尺寸图一张；3）湖面清 洁机结构装配图一张；4）零件图若干张 3主要参考资料 1方键.机械结构设计M，北京：化学工业出版社，2006. 2朱龙根.机械系统设计M，北京：机械工业出版社，2004. 3成大先.机械设计手册（第五版）M，北京：化学工业出版社，2007.11. 4进度安排 设计各阶段名称起止日期 1 拟定并论证总体方案3 月 3 日3 月 23 日 2 完成装置的传动设计 3 月 24 日4 月 13 日 3进行结构设计及计算4 月 14 日5 月 4 日 4 绘制零件图及结构装配图 5 月 5 日6 月 1 日 5 完成毕业论文及答辩工作 6 月 2 日6 月 22 日 审核人审核人：年月日 I 湖面清洁机结构设计 摘要：本文主要是对水面（主要是公园的湖面）垃圾自动打捞船的船体结构、动力 装置、传输装置、垃圾存储装置以及其他零部件的设计、计算、校核等。此外，在了 解此次设计的成果所需实现的功能需求，以及实际环境背景的情况下，研究湖面清洁 机结构构成及功能的设计方法。湖面清洁机针对水面环境污染的问题，致力于中小型 公园湖面的固体垃圾（如树 叶，塑料袋，瓶子等）清理，可以实现湖面垃圾清理的 机械化与自动化，整个打捞过程无需人工参与，安全性非常好，效率大约是人工打捞 的几十倍。为了使得湖面垃圾的收集更加有效率，特意采用链齿轮与链条的传动带动 传输带的形式，以及船体前方叶轮的设计。此外，为了便于湖面垃圾的清理，垃圾存 储装置采用的是三个可替换式的存储箱，其底部设计为多孔式。 关键词：关键词：湖面垃圾,自动清理,环境保护,船舶,高效率 The lake cleaning machine structure design Abstract：This paper aims at designing, calculating and collating the hull structure, power plant, transmission device, garbage storage device as well as other parts of the automatic lake-cleaning machine(which is mainly about cleaning the lake surface). In addition, this paper focuses on figuring out a design method under the circumstance of understanding the actual background and the functional requirements that the machine has to meet. The lake-cleaning machine, designed for dealing with water contamination, focuses on cleaning solid waste such as leaves, plastic bags, and beverage bottles in the lakes of medium and small sized parks. The machine is supposed to achieve mechanization and automation when cleaning the lakes. During the entire cleaning process, non-human participation, high security and efficiency which is several times than manual work should be achieved. In order to make lake garbage collection much more efficient, the design takes advantage of special impeller designing in the front of the hull and makes the sprocket gear and chain drive the transmission belt. In addition, in order to make the cleaning work more convenient, the waste storage device adopted the designing of three alternative storage tanks and porous structures at the bottom of the vessel. Keywords: The Lake Garbage, Automatic Cleaning, Environmental Protection, Ship, High Efficiency II 目 录 1前言.1 1.1毕业设计的选题背景1 1.2本课题研究现状及特点分析2 1.3本课题的研究目的及意义3 2船体的设计.4 2.1船体的结构设计4 2.2船体材料的选择9 2.2.1船体材料的介绍.9 2.2.2船体材料的确定及相关参数.9 2.3船体重要尺寸9 2.4船的排水量和吃水深度的计算10 2.4.1船体质量的计算.11 2.4.2重排水量的计算.11 2.4.3最大吃水深度的计算.11 3动力装置的设计.12 3.1蓄电池的选择12 3.2电动机的选择13 3.3船舶推进器的选择17 4传输装置的设计.20 4.1传输装置的总体设计20 4.2链传动的设计22 4.2.1链条的选择和计算.22 4.2.2链轮相关尺寸的计算.25 4.2.3 小链轮的设计和计算.26 4.2.4大链轮的设计计算.27 4.3叶轮装置链传动的设计28 4.3.1链条的选择和计算.28 4.3.2链轮相关尺寸的计算.30 4.3.3小链轮的设计和计算.30 III 4.3.4大链轮的设计计算.31 4.4轴的设计32 4.5叶轮的设计34 5垃圾存储装置的设计.34 6其它零部件的设计.36 6.1滚动轴承的选择36 6.2轴承座的选择37 6.3标准件的选择38 总结.40 参考文献.41 致谢.42 附录湖面垃圾自动打捞船总装配图.43 太原工业学院毕业设计 1 1前言前言 1.1毕业设计的选题背景毕业设计的选题背景 最近去公园游玩，发现了一个很糟糕的现象，就是公园湖面总会有各种各样的垃 圾。这不仅影响了游玩的心情，还会影响环境的质量。如图1.1 图1.1湖面垃圾污染 打捞水面垃圾的原始方法是采用半舱式或甲板机动驳船，由环卫工人手持网兜站 在甲板上直接吧垃圾捞上来，这种传统的打捞方法劳动强度太大、工作环境恶劣，人 身安全没有保证，清理垃圾效率低。而且，一般的机械化打捞设备作业面小。 为解决水面垃圾收集的问题，目前很多地区还是采用利用人工打捞的方式为主， 如图 1.2 所示。但这种人工打捞水面垃圾的作业方式劳动强度较大、工作环境恶劣， 效率也十分低下。 此外， 目前市场上也出现了一些机械智能化的水面垃圾收集设备。 由于水域不同、 垃圾种类不同及回收量的不同，形成了各种类型的水面垃圾收集船，例如 ZS-800 型 水面清漂船、16.5 米水面垃圾收集船等等。但现在市场上的水面垃圾收集船大都是大 太原工业学院毕业设计 2 型船舶机械，主要用于大范围大面积水域垃圾的收集，其结构复杂，体积庞大，价格 昂贵，而且需要专业人士操作，从而不能被广泛地应用于城市河道和风景区水域的垃 圾收集作业。 图 1.2人工打捞水面垃圾 1.2 本课题研究现状及特点分析本课题研究现状及特点分析 湖面垃圾自动清扫机（一般是清漂船）是将水上漂浮的垃圾（主要是塑料袋，塑 料瓶，树枝，水草等）从水面打捞后，直接装运或者经压缩后装运到垃圾处理厂进行 处理。 加拿大的 PELICAN 公司研制的 A 系列 1010 型清扫船采用单体船型,具有清扫水 面垃圾、油污水处理、曝气、消防 4 方面功能。主要的作业机具包括翻斗、垃圾箱、 油水分离设备、油箱、喷气曝气装置、消防水枪。 太原工业学院毕业设计 3 意大利的 BALENO 主要用于海边保洁作业，具有清除水面垃圾和油物污水处理 两 种功能。主要作业机具包括导流装置、传送带、垃圾箱、油箱、感应泵。该船最 大的特点是传送带采用了一种多孔的聚氨酯材料,这种材料允许海水透过,能吸收轻 质的油水，同时不让重质油污水穿过。在传送带的水下部位安装了一个感应泵,起抽 吸导流作用。 上海市废弃物处置公司研制的水面漂浮物打捞船，以实现导流、打捞、压缩、储 存、转运连续作业为目的，采用双体船型, 打捞装置采用传送带形式,克服了以往人 工打捞及抓斗间隙打捞的缺点，打捞速度快，劳动强度低，且可以实现较长时间的连 续作业，减少了运转过程的损耗。独立作业能力强，单船作业便可完成从打捞到转运 的全部工作。从打捞到转运全部实现机械化作业，大大提高了工作效率，并减轻了工 人的劳动强度。适用于各种复杂水域环境作业。特别适合大面积水生植物污染治理, 作业装置主要由喷水导流、固液分离器、螺杆压榨机组成的拦截打捞装置具有作业效 率高、作业适应性强。采用机械式固液分离装置打捞水葫芦大大地减轻了工人的劳动 强度。 1.3本课题的研究目的及意义本课题的研究目的及意义 上次和一群朋友们去迎泽公园划船。划着船，拍着照，赏着风景，别提有多开心。 可是没过多久，一幕幕垃圾映入我们的眼帘。当时，美好的心情顿时烟消云散。恰巧， 看见一位环卫工人正撑着船，拿着打捞网在打捞漂浮的垃圾。 由于当时的念想，于是我就想设计一款湖面清洁机机构。接着，我就回来四处查 阅资料，了解当前这种机构的现状。本设计主要针对湖面垃圾（塑料袋，树枝，塑料 瓶，水草）的清理。该机构以船为载体，人坐在船上，操纵控制台。通过一些机构的 运作来实现垃圾的收集。本过程完全自动化，极大地降低了环卫工人的打捞力度，并 且效率也提高了不少。 本次课题最主要的目的和意义在于帮助环卫工人减轻打捞力度，能更好地改善公 园湖面的环境，能使游客们有一个愉悦的心情。 太原工业学院毕业设计 4 2船体的设计船体的设计 2.1船体的结构设计船体的结构设计 首先，船体结构设计的基本思想应该明确。 （1)船体的设计需要考虑其结构形式， 构件的重量、材料及其所占空间大小，制造工艺等因素；（2）总体的结构设计解决 方案也并不是唯一的；（3）综上考虑所有因素，安全性对结构设计至关重要。 其次， 应多了解船体的大致结构， 了解过后， 就该认真分析自己设计的船体结构。 从大体上是否符合船体结构规范。再结合尺寸，所设计的船体是否具有可操作性。最 后，从多种船体结构方案中，挑选出适合自己的方案即配上垃圾收集装置，船还能实 现其应有的功能。 根据对所搜集资料的整理和分析，最终设计出来的水面垃圾自动清扫船的整体结 构如图 2.1 所示： 图 2.1船体结构 太原工业学院毕业设计 5 图 2.1 为三维软件 Proe 画出来的船体结构。这是船体结构的大体轮廓，不包括任 何设备、装置、系统等的船身结构，整个船体分为左右船体。船体的顶部配有顶棚， 类似雨伞的东西，目的在于：人坐在船上可遮挡阳光和雨水，使得操作者有个相对较 好的环境。如图 2.2： 图 2.2顶棚 船体的机构设计需要考虑诸多因素，因为船上的各个部分零部件的安装和焊接都 是在船的基础上实现的。 （1）考虑的是船的强度问题，只有船的强度足够了，该机构才能在水面上运行。 强度受到船体的结构，受力情况以及船体的材料等都有影响。考虑到船在水面上运行 时，会遇到风向与水流等阻力，所以就设计成了流线型的轮廓，还特意弄了个斜角的 设计。 （2）考虑到湖面垃圾收集装置带有一个传输带，它的安装位置的合理性，于是 太原工业学院毕业设计 6 船体结构就想到了左右对称装置，中间空余部分留来安装垃圾收集装置。这样，就减 少了空间大小，合理地利用了船体结构的空余部分。 （3）考虑到船只是个载体，目的是装载垃圾的，所以就会考虑到船的重量。所 以本设计掏空了船上许多地方，用隔板隔开。一方面是为了放置电动机、减速器等零 部件，另一方面是为了减轻船身的重量。 （4）船体的结构应与船的动力来源以及传输装置相关。动力源来自哪，经过哪 些装置，最终又是怎样将垃圾运上船的，这些都与船的结构密不可分。不过，这些都 将在我后面的章节里一一作出阐述。 在设计该打捞船时，我的理念是：船只是个载体而已，只要我的打捞装置能安放 在上面，并能正常工作即可。且该设计船体结构简单，实用。 整体方案确定后画出的船体结构： （1）船体采用的是左右对称船体形式，增加其船在水面上的稳定性。 （2）两船体之间靠的是连杆的焊接，增加其整个船体的牢固性。 （3）船上多处为中空布置，左右船体的外壁均采用的是 5mm 薄钢板，这两处设 计不仅是为了节省材料，更是极大地降低了船自身的重量，使得整个船身变得轻巧起 来。 （4）船体的外壁两侧均有 15 的倾角，船体的前端均设计成弧形，为的就是减少 船在行进中的阻力。 （5）之前想过用机械手臂，通过抓取的形式将湖面上的垃圾给拾取起来，尽管 看似简单，但考虑到该装置每次抓取的垃圾有限，且对人为操作系数过大。所以最终 拟定的方案是，在船体内侧的前端设计成夹角为 40 的 v 形传输带，可以更容易地收 集大面积的垃圾。 如图 2.3 所示，除了双船体结构外，考虑到传输装置的安装与配对，还应有的结 构时：1）左右船体内侧的前沿设有两块支撑板，支撑架上留有螺纹孔，其目的是通 过螺栓连接来固定轴承座，以起到支撑大链轮轴的作用；2）左右船体内侧的中间设 有 2 个留有螺纹孔的凸台，目的是用来固定轴承座，以起到支撑小链轮轴的作用；3） 左右船体前面设有 4 块留有螺纹孔的支撑板，用于旋转传输装置的安装与固定；4） 右船体内部设有一个 U 形支撑块，用于支撑固定电机，因为电机的输出轴和小链轮轴 是通过联轴器连在一起的，采用 U 型块结构相对简单。此外，考虑到支撑板自身以及 承受的重力，为防止其弯曲变形，在支撑板下方和船体内侧间焊接一块肋板，以起到 太原工业学院毕业设计 7 辅助支撑的作用。 左右船体之间共有 4 块隔板，没两块隔板之间相对就构成一个顶部开口的空间。 左船体三块隔板总共构成了四块区域。从船前端往后数，第一块和第三块区域是用来 堆放杂物的。例如天气热了，里面可以放置水杯，想脱衣服了，可以暂时放置衣物等。 第二块区域较第一、三块而言会大一些，那是由于该区域是用来存储垃圾的地方。第 四块区域是操作者活动的大方，人坐在船后的甲板上，整个身子在第四块区域中。而 右船体就分了两块区域，靠船体前端的区域用来放置电机装置，另一个区域就是垃圾 存储箱。最后在左右船体之间，用两块隔板构成的区域是垃圾临时放置处。通过隔板 的设计，使得各功能区互不干扰，同时利于空间的合理利用。 考虑到动力装置的安装与固定，在船尾上部设有支架，主要是用来安装船用推进 器，支架上开出 2 个圆形小孔，目的是保证船用推进器固定的可靠性。 2.2船体材料的选择船体材料的选择 2.2.1船体材料的介绍船体材料的介绍 船体的材料采用的是船体用结构钢，主要用来制造沿海和内河航区船舶的船体结 构，按照其最小屈服点划分强度级别为一般强度钢和高强度钢。船体结构钢是用来制 造船体及其附属结构的最主要金属材料。为了使船体结构能在现代造船生产条件下顺 利建造，也为了保证船的使用安全、可靠，船体除了需要合理的设计和正确施工工艺 外，还要求船体结构钢材必须具有各项良好的技术性能，如强度、硬度、塑性、韧性、 耐疲劳性能、耐海水腐蚀性能以及某些特殊性能，还必须具有良好的工艺性能，如冷 热弯曲工艺性能和焊接工艺性能等。 中国船级社规范标准的一般强度结构钢分为：A、B、D、E 四个质量等级；中国 船级社规范标准的高强度结构钢为三个强度级别、四个质量等级：A32、A36、A40、 D32、D36、D40、E32、E36、E40、F32、F36、F40。 太原工业学院毕业设计 8 2.2.2船体材料的确定及相关参数船体材料的确定及相关参数 该湖面清洁机构主要是用在城市公园湖面垃圾的打捞。为了使船体不至于太重， 故船体的钢板厚度定为 5mm，在满足各方面的功能需求的情况下，选择船体材料为 A32 钢。 该材料的化学成分与力学性能为：含碳量18. 0%，含锰量为%60 . 1 %9 . 0， 含硅量为0.5%，含磷量%035. 0，含硫量%035. 0，不含铌、钒 2 元素。且该材料 的屈服强度MPa315，抗拉强度440MPa570，伸长率%22。 2.3船体重要尺寸船体重要尺寸 船体顶长 3200mm，船侧倾角 15 ，船体总宽 2800mm，单船体宽 1000mm，船 高 700mm，顶棚长 3060mm，高 2130mm，宽 2800mm，船体前端内侧夹角 30，其 他相关尺寸见船体装配图以及零件图。如图 2.3 所示： 图 2.3船体结构二维图 太原工业学院毕业设计 9 2.4船的排水量和吃水深度的计算船的排水量和吃水深度的计算 船的排水量是用来表示船尺度大小的重要指标，船的排水量的计算也是为计算船 在一定载重条件下的最大吃水深度做准备的。船的排水量又可分为轻排水量，重排水 量和实际排水量。 （1）轻排水量（Light Displacement）,又称轻排水量、空载排水量,是船舶本身 加上船员和必要的给养物品三者重量的总和,是船舶最小限度的重量.对于运输船舶 来说是船舶没有装货物、旅客、燃料、淡水和供应品等时的排水量. （2)重排水量（Full Load Displacement）,又称满载排水量，是船舶载客，载货后 吃水达到最高载重线时的重量，即船舶最大限度的重量。 （3）实际排水量（Actual Displacement），是船舶每个航次载货后实际的排水量。 在设计该垃圾打捞船时，重点考虑的就是该船在满载的情况下，最大的排水量是 多少，从而计算出此时的最大吃水深度，从而来判断船体的高度设计是否合适。所以 在这里要研究的就是该船的重排水量。 在设计该垃圾打捞船时，重点考虑的就是该船在满载的情况下，最大的排水量是 多少，从而计算出此时的最大吃水深度，从而来判断船体的高度设计是否合适。所以 在这里要研究的就是该船的重排水量。 2.4.1船体质量的计算船体质量的计算 利用数学公式可估算出船体的体积 V 3 22. 0m 。 由质量的计算公式 Vm (2.1) （其中 3 /9 . 7mt 钢 ）可得： 船体的质量为 22 . 0 9 . 7 船 m t738 . 1 kg1738 2.4.2重排水量的计算重排水量的计算 太原工业学院毕业设计 10 船在满载时的总质量 m总=m船+m人+m蓄电池+m电极+m电机+m垃圾 其中船体的重量约为 1750kg ，人的重量约为 70kg ，蓄电池的重量为 20kg ，电 机的重量为 20kg ，所能存储的垃圾的最大重量约为 50kg 故总质量 总 mkg1910 由公式gmGgV 总船排水 (2.2) （其中 23 /8 . 9,/1smgmt 水 ）可得 V排=gm总/ 水 g（2.3） =18 . 9108 . 91910 3 3 91 . 1 m 该船的重排水量为91 . 1 101 3 排水V kg1910 2.4.3最大吃水深度的计算最大吃水深度的计算 该船的面积由数学公式可得 A6.4 2 m 由公式 吃排 AHV(2.4) 可得船的最大吃水深度为 吃 H 排 V/A4 . 6/91 . 1 mm298 该船的最大吃水深度为 298mm，而船体的高度为 700mm，故船体的高度满足需 求。 太原工业学院毕业设计 11 3动力装置的设计3动力装置的设计 3.1蓄电池的选择3.1蓄电池的选择 蓄电池(Storage Battery)是将化学能直接转化成电能的一种装置，是按可再充 电设计的电池，通过可逆的化学反应实现再充电，通常是指铅酸蓄电池，它是电池中 的一种， 属于二次电池。 它的工作原理： 充电时利用外部的电能使内部活性物质再生， 把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能输出，比如生活中常用的 手机电池等。蓄电池主要应用于各种车辆、船舶、飞机等内燃机的起动以及照明、点 火、蓄能、应急电源、移动通讯、电动玩具中等。 考虑到该作品是一中具有环保、高效的环保型湖面垃圾打捞装置，故选用蓄电池 作动力源。 蓄电池在这次设计中有两方面的作用， 一方面是带动便携式船用推进器 （马 达），以实现船在水中的行驶和转向；另一方面是驱动电机，进而带动垃圾输送装置， 以实现垃圾的输送。 船用电池一般用 200AH(或 150AH)扁头电池,目前有统一、风帆、白云、海欧、建 行等等。其中统一电池是具有国家级的船检证的，使用较放心。整理资料后选取蓄电 池型号为统一蓄电池 N200/24V200AH，该蓄电池绿色环保，电池容量大，比容量高， 集电效率和强度高，性能稳定，电池的使用寿命长。如图 3.1 所示： 图 3.1蓄电池 太原工业学院毕业设计 12 该蓄电池的相关参数如下： 电压：24V 容量：200 AH 重量：20KG 外形尺寸为：mmmmmm297295536高）宽（长 3.2电动机的选择3.2电动机的选择 电动机的作用是将电能转换成机械能，通过蓄电池供电，带动传输装置完成垃圾 打捞动作。输送装置的受力情况如图 3.2 所示： 图 3.2传输装置的受力情况 其中： 带板垃圾链 GGGG(3.1) 选取链条型号为 12A，每米链的重量为 1.5kg ， kgm842 链 故 gmG 链链 (3.2) N 4 . 788 . 98 设垃圾的重量为 10kg ，则 gmG 垃圾垃圾 N988 . 910(3.3) 由式Vm 带板 可算得(3.4) 太原工业学院毕业设计 13 93 10226.3069.45576106 . 1 带板 m kg16 gmG 带板带板 (3.5) N 8 . 1568 . 916 故8 .156984 .78GN333 由图 3-2 可以算出24sin/GF (3.6) N81924sin/333 设输送装置的速度为 0.6 s m ，则 功率FvP W 4 . 4916 . 0819(3.7) 查微特电机应用手册选择电机型号为 85ZY24-500。如下图 3.3 所示： 图 3.3电动机 其额定功率 0.5KW，额定电压为 24V，转速为 3000 min r 。 由于船体空间的限制，电动机是横向放置在右船体中，所以为了配合传输装置的 轴心方向，电动机还需与涡轮蜗杆减速箱配合使用，如图示 3.4、图 3.5 所示。涡轮蜗 杆减速器选用 WCJ120 型，传动比为 31，涡轮齿数为 31，蜗杆头数为 1 头。 太原工业学院毕业设计 14 图 3.4WCJ120 型蜗轮蜗杆减速箱 图 3.5动力装置 太原工业学院毕业设计 15 其中涡轮蜗杆减速箱的传动效率为 0.656，传动比为 31。 故由电动机以及涡轮蜗杆减速箱配合使用后的输出参数为： 输出转速 V=3000/31=93.8r/min 此外，为了能够控制电机的启动以及停止，在左船体的人坐立空间的前面装置一 个电机控制台，具体位置可参照三维图以及装配图。如图 3.6 所示即为其启保停控制 电路图，控制电机以及传输装置的动作。 图 3.6启保停控制电路图 3.3船舶推进器的选择3.3船舶推进器的选择 太原工业学院毕业设计 16 船舶推进器是船舶上提供推力的工具，它依靠其上面的螺旋桨，将船舶动力装置 提供的动力转换成推力，推进船舶，它通常设置在船尾。如果设置在船首，螺旋桨喷 出的水流冲击船体，会使船体受到较大的摩擦阻力，其推进效果较差。当然，这种安 置方式也被采用。如在频繁改变方向的双头渡船及一些内河机动货船上，起舵推进器 的作用。考虑到笨设计的结构特点，将其推进器装置安置在船尾。通常螺旋桨的位置 应使上叶梢至满载水线面的间距达到规定的要求，这样可以使螺旋桨在压载吃水下尾 倾时仍有足够的浸深。螺旋桨将水推向船后，利用水的反作用力推船前进。螺旋桨构 造简单、重量轻、效率高，在水线以下而受到保护。 根据蓄电池的直流供电特点以及船体的简易结构等特点，选用悬扣式电动船舶推 进器，该类推进器功能性强，结构简单，操作方便安全，应用范围广。电动船舶推进 器是种新颖的水中动力器具，有体积小、结构紧凑、效能转换率高、工作时无噪音等 特点，且还具有绿色环保，按装便捷、维护简易的特点，是一些小型的船艇作为动力 的首选产品，比较符合本设计的功能需要。 该类船舶推进器的主杆选用不锈钢、铝合金或高强度合成纤维，保证推进器具有 足够的刚性并经久耐用。采用机械多级调速时，正转五档调速，反转二档调速以满足 不同速度的需要， 使操控更加方便。 弦外悬挂式安装快速方便， 并带有防撞脱扣机构， 保护马达安全，防缠型螺旋浆，防止推进器因被水草缠绕而堵转。 鉴于船在行驶的过程中会因为水流以及自身结构所造成的阻力而受到影响，故在 选择船用推进器的时候就要考虑该船舶推进器的最大推力是否大于船在行驶过程中 所受到的最大阻力，并以此为依据来选择合适的船舶推进器。水流对船体的阻力可由 下式来确定： vSCF V 5 . 0 (3.8) 式中： V C流体阻力系数，一般取1 . 1 V C S侵湿面积（ 2 m） 流体的密度（ 3 /mt） 侵湿面积S取船在最大吃水深度时的值，而最大吃水深度在前面计算得为 353mm，根据数学方法计算可以可得S 2 21. 0m，设船在水中行驶时的最大速度为 3m/s,则船在行驶过程中，水流对船体的阻力为： 31010035 . 0 1 . 15 . 0 3 阻 F N 5 . 346 太原工业学院毕业设计 17 则gFm/ 阻 kg 4 . 358 . 9/ 5 . 346(3.9) 故根据算出来的值可选择如图 3.7 所示的推进器，查得该推进器的基本参数如下 所示： 图 3.7船舶推进器 型号：海伯船用推进器 T80 最大推力：36.2KG 控制方式：手控 动力方式：电机推动（蓄电池供电） 变速挡：5 档前进挡 / 2 档倒档 电机电压：24V 电机最大电流：48 A 推荐使用蓄电池：Ahv 12012 高度：120cm 可以伸缩式控制手柄范围：13cm - 29cm 重量：14kg 太原工业学院毕业设计 18 4传输装置的设计传输装置的设计 4.1传输装置的总体设计传输装置的总体设计 传输装置由传送带、齿轮、链条构成，经由电机驱动，将湖面垃圾经传送带运到 垃圾存储装置。根据船体的构造原理，该装置安放在左右船体之间。 考虑到为了更好地收集垃圾，设计该装置的前端会有部分浸没在水中。由于水下 环境的恶劣，所以选用了链传动。如图 4.1 所示： 图 4.1传输带 链条结构的形式，通过螺栓将链节的形式链与传送带固定，来带动传送带的运转。 另外，在输送带上每隔一定的距离焊接了一些倒钩，更好地达到将湖面垃圾输送到垃 圾存储装置的目的。如图 4.2 所示，考虑到钩子可能会钩住垃圾，导致输送带上的垃 圾进不去存储装置里，故储备了一根带有钩子的长杆，以备不时之需。 太原工业学院毕业设计 19 图 4.2传送带结构 4.2链传动的设计链传动的设计 4.2.1链条的选择和计算链条的选择和计算 链传动的链速定为 v=0.5sm，根据链与链轮齿数的关系当链速smv/36 . 0时 17 1 z，传动比的推荐值为5 . 32i,故取2i 1. 初定中心距：取Pa40 0 2. 主、从动链轮齿数 252229229 1 iz 50252 12 izz取38 2 z 3.计算链节数： 2 12 0 210 0 ) 2 ( 2 2 ZZ a pZZ p a Lp (4.1) 太原工业学院毕业设计 20 2 ) 2 2550 ( 402 5025402 p p p p 4 .110 链节数的选取可适当变化，故取链节数为 152 节 6。 因小链轮轴是直接与电机的输出轴连接在一起的，故由功率 350W,和转速 96.8r/min。 PKKP ZA 0 (4.2) W462 图 4.3滚子链的额定功率曲线 太原工业学院毕业设计 21 表 4.1滚子链的规格及主要参数 链号 节距排距滚子外径 内链节 内宽 销轴直径 内链板 高度 极限拉伸 载荷 每米质量 （单排） 10A15.87518.1110.169.45.0815.09218001 12A19.0522.7811.9112.575.9418.08311001.5 16A25.429.2915.8815.757.9224.13556002.6 20A31.7535.7619.0518.99.5330.18867003.8 24A38.145.4422.2325.2211.136.21246005.6 28A44.4548.8725.425.2212.742.241690007.5 32A50.858.5528.5831.5514.2748.2622240010.1 40A63.571.5539.6837.8519.2460.3334700016.1 48A76.287.9347.6347.3523.872.3950040022.6 从图 4.3 查出链号为 12A，查表 4.1 知链节距为 p=19.05mm 4.确定中心距 由中心距p LL aa PP 2 0 0 （中心距可调） 得(4.3) ppa 2 4 . 110152 40 0 mm1158 5.验算带速： 由 100060 11 pnZ v(4.4) sm/76 . 0 100060 8 . 9605.1925 故取25 1 z合适。 6.选择润滑方式： 根据节距05.19p，链速smv/76 . 0 由图 4.4 查链条润滑方式为人工定期润 滑。 太原工业学院毕业设计 22 图 4.4推荐的润滑方式 7.确定工作拉力： N v p F 9 . 657 76. 0 5 . 01000 1000 (4.5) 8.作用在轴上的拉力：FFQ2 . 1(4.6) N48.789 9 .6572 . 1 9.链条标记：计算结果采用节距为 19.05mm，A 系列、单排 152 节滚子链，标记 为20061243/152112TGBA。 4.2.2链轮相关尺寸的计算链轮相关尺寸的计算 已知小链轮的齿数25 1 z，大链轮的齿数38 2 z，链条节距05.19pmm，滚子 太原工业学院毕业设计 23 外径mmd91.11 1 4.2.3 小链轮的设计和计算小链轮的设计和计算 因为小链轮的直径小，在考虑了制造成本和制造方便的基础上，将小链轮做成整 体式，并为了小链轮与轴的固定，将小链轮与轴焊接在一起。如图 4.5 所示： 图 4.5链轮 其相关尺寸计算入下： 分度圆直径： ) 180 sin( 1 Z P d (4.7) mm152 25 180 sin 05.19 齿顶圆直径： 11max1 25. 1dPDda(4.8) 91.1105.1925 . 1 152 mm164 11min1 )/6 . 11 (dpzdda(4.9) 91.1105.19)25/6 . 11 (152 太原工业学院毕业设计 24 mm158 2 min1max1 1 aa a dd d (4.10) mm161 2 158164 齿根圆直径： 111 dDdf(4.11) 91.11152 mm140 齿宽： 11 93 . 0 bbf(4.12) mm12 57.1293. 0 倒角宽：pba06 . 0 1(4.13) mm2 05.1906 . 0 齿侧凸缘圆角半径： Pr04 . 0 1a (4.14) mm1 05.1904 . 0 倒角半径：mmprx05.19(4.15) 4.2.4大链轮的设计计算大链轮的设计计算 大链轮直径较小， 在考虑了相关情况后， 将大链轮做成整体式并与轴焊接在一起， 其相关尺寸的计算如下： 分度圆直径： ) 180 sin( 2 Z P d (4.16) 太原工业学院毕业设计 25 ) 38 180 sin( 875.15 mm230 齿顶圆直径： 12 225. 1maxdPDda(4.17) 91.1105.1925 . 1 230 mm242 91.1105.1925. 1230 1 2 2min2 ) 6 . 1 1 (dP Z Dda(4.18) mm236 91.1105.19) 38 6 . 1 1 (230 2 min2max2 2 aa a dd d (4.19) 2 236242 mm239 齿根圆直径： 122 dDdf(4.20) 91.11230 mm218 因链条节距为 19.05，故大小链轮的齿宽，倒角宽，齿侧凸缘圆角半径，倒角半 径相等。即：mmrmmrmmbmmb xaaf 05.19,1,2,12 1 4.3叶轮装置链传动的设计叶轮装置链传动的设计 4.3.1链条的选择和计算链条的选择和计算 1.求传动比 根据实际情况，经过设计计算，叶轮的转速为 80 min r 左右为最佳效果。 太原工业学院毕业设计 26 21 . 1 80 8 . 96 2 1 2 n n i(4.21) 2.初定中心距 取Pa40 0 (4.22) 3.主、从动链轮齿数 25 3 z 302521 . 1 34 izz(4.23) 4.计算链节数(4.24) 2 ) 2 2530 ( 402 3025402 p p p p 5 . 107 链节数的选取可适当变化，故取链节数为 110 节。 5.确定计算功率 因小链轮轴是直接与电机的输出轴连接在一起的，故由功率 350W,和转速 96.8r/min。 PKKP ZA 0 3502 . 11 . 1W462(4.25) 从图 4.4 查出链号为 10A，查表 4-1 知链节距为mmp875.15 6.确定中心距 由中心距p LL aa PP 2 0 0 （中心距可调）得(4.26) ppa 2 5 .107110 40 0 mm8 .654 7.验算带速 2 12 0 210 0 ) 2 ( 2 2 ZZ a pZZ p a Lp 太原工业学院毕业设计 27 100060 13 pnz v(4.27) sm/64 . 0 100060 8 . 96875.1525 故取25 3 z合适。 8.选择润滑方式 根据节距875.15p， 链速smv/64. 0由图4.5 查链条润滑方式为人工定期润滑。 9.确定工作拉力 vPF/1000(4.28) N25.781 64 . 0 5 . 01000 10.作用在轴上的拉力 FFQ2 . 1(4.29) N5 .937 25.7812 . 1 11.链条标记 计算结果采用节距为 15.875mm，A 系列、单排 110 节滚子链，标记为 20061243/110110TGBA 4.3.2链轮相关尺寸的计算链轮相关尺寸的计算 已知小链轮的齿数25 3 z，大链轮的齿数30 4 z，链条节距875.15pmm，滚 子外径mmd16.10 1 4.3.3小链轮的设计和计算小链轮的设计和计算 太原工业学院毕业设计 28 因为小链轮的直径小，在考虑了制造成本和制造方便的基础上，将小链轮做成整 体式，并为了小链轮与轴的固定，故加工为齿轮轴。其相关尺寸计算入下： 分度圆直径： ) 180 sin( 3 z p d (4.30) mm66.126 ) 25 180 sin( 875.15 齿顶圆直径： 1max3 25 . 1 dpdda(4.31) 16.10875.1525. 166.126 mm34.136 13min3 )/6 . 11 (dpzdda(4.32) 16.10875.15)25/6 . 11 (66.126 mm359.131 2 min3max3 3 aa a dd d (4.33) mm85.133 2 359.13134.136 齿根圆直径： 13 ddd f (4.34) 16.1066.126 mm 5 . 116 齿宽： 13 93 . 0 bbf(4.35) mm mm 9 742. 8 4 . 993 . 0 倒角宽：pba1 . 0 3 (4.36) mm2 875.151 . 0 太原工业学院毕业设计 29 齿侧凸缘圆角半径：pra04. 0 3 (4.37) mm1 875.1504 . 0 齿侧半径：mmprx875.15 4.3.4大链轮的设计计算大链轮的设计计算 大链轮直径较小， 在考虑了相关情况后， 将大链轮做成整体式并与轴焊接在一起， 其相关尺寸的计算如下： 分度圆直径： ) 180 sin( 4 , z d d (4.38) ) 30 180 sin( 875.15 mm873.151 齿顶圆直径： 1 , max4 25. 1dpdda(4.39) 16.10875.1525 . 1 873.151 mm557.161 1 4 , min4 ) 6 . 1 1 (dp z dda(4.40) mm741.156 16.10875.15) 30 6 . 1 1 (873.151 2 min4max4 4 aa a dd d (4.41) 2 741.156557.161 mm149.159 齿根圆直径： 1 , 4 ddd f (4.42) 16.10873.151 mm713.141 大 小 链 轮 的 齿 宽 ， 倒 角 宽 ， 齿 侧 凸 缘 圆 角 半 径 ， 倒 角 半 径 相 等 。 即 ： 太原工业学院毕业设计 30 mmrmmrmmbmmb xaaf 875.15,1,2,9 444 4.4轴的设计轴的设计 轴是机器中的重要零件，用来支撑做回转运动的传动零件，并起着传递运动和扭 矩的作用。考虑到轴有断裂、磨损、振动和变形等失效形式，所以轴在设计是应具有 足够的强度和刚度，良好的振动稳定性和合理的结构。其作用是和链轮一起转动，带 动链条和带一起运动，将垃圾输送到垃圾收集箱内。由于链轮的直径较小为了便于链 轮与轴的固定，故做成齿轮轴。 1.轴的材料的选择 考虑到轴的失效形式，轴的材料应具有一定的强度、刚度和耐磨性，该链轮轴无 特殊要求，故选用调质处理的 45 钢。 2求链轮轴的功率P ，转速n，和扭矩T 因在设计该船的时候，将电机和涡轮蜗杆减速箱配合使用后的输出轴通过连轴套 直接与小链轮轴连接起来，所以小链轮轴的输入功率 P=0.5KW 小链轮轴的转速 n= 96.8r/min 扭矩 T=9550P/n(4.43) =95500.5/96.8 =48.3mN 3估算最小轴轴径 因轴的材料是 45 调质钢，故查表 4.2（机械设计第三版）， 表 4.2轴的几种材料选择的 C 值 轴的材料Q235、20354540Cr、35SiMn C16013513511811810710798 取 C=110(C由轴的材料和承载情况所确定的常数) 由轴的最小直径估算公式： 3 min n p cd(4.44) mm19 太原工业学院毕业设计 31 考虑到轴上开有一个键槽，轴径需增大 7%， 又因为小链轮轴是直接与电机和涡轮 蜗杆减速箱配合使用后的输出轴连接在一起的，故在此基础上选取轴的直径为 50mm。 因选取的轴径远大于估算的最小轴径，所以该轴的强度不需要校核。 4.5叶轮的设计叶轮的设计 图 4.6叶轮 收集船的两侧船体前端之间安装有导水叶轮，它通过划动水面引起局部水流将垃 圾引入收集区，通过叶片将垃圾拨入收集工作区，同时还可以防止垃圾漂出垃圾收集 区。在船体停止前进的时候，可以利用叶轮制造的局部水流继续收集垃圾。 如图 5.6 所示，导水叶轮主要由 3 片相同的叶片互相分布 120 度通过盘形支架固定于 转动轴上，叶片的尺寸为mmmm 12501120。叶轮的转动,由链带动转动轴，从而实现 叶轮转动。根据实际情况，经过设计计算，叶轮的转速为 min 80r左右为最佳效果。 太原工业学院毕业设计 32 5垃圾存储装置的设计垃圾存储装置的设计 考虑到设计机构空间的大小，在左右船体之间用隔板隔开留有个空间，用作垃圾 存储箱。鉴于希望多装载点水面垃圾，在设计之时，左船体后方及右船体后方用隔板 留出的空间，都可以用作备用垃圾存储箱。 左右船体之间，用两块隔板留出的空间是直接接受从传输装置下来的垃圾。只需 将存储垃圾箱放在上面，凡湖面清洁机经过的地方，在导水叶轮的引导下，垃圾将会 进入传送带。 当垃圾被传送到传输装置顶部的时候， 它将会自动地进入垃圾存储装置。 考虑到单个垃圾箱的空间局限性， 当它里面的垃圾装满了， 可以替换备用存储垃圾箱， 这样的备用垃圾箱总共有两个。下面介绍单个垃圾存储箱，如图 5.1 所示： 图 5.1垃圾存储箱 每个垃圾箱尺寸都是一样的，总的长度为 600 mm ,宽度为 800 mm ,