畜力发电机的设计【优秀机械毕业设计】【word+12张CAD图纸全套】

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参考文献.doc

大齿轮  A2.dwg

实习报告.doc

小齿轮   A3.dwg

底版 A3.dwg

开题报告.doc

弹簧外壳  A2.dwg

摘要.doc

机架  A1.dwg

棘轮逆止机构A3.dwg

目录.doc

翻译.doc

装配A0.dwg

计算说明书.doc

设计小结.doc

轴I  A3.dwg

轴II   A2.dwg

锥齿轮I  A2.dwg

锥齿轮II  A2.dwg

飞轮A3.dwg

河北建筑工程学院

毕业设计（论文）开题报告

名称畜力发电机设计

一 、论文资料的准备

发电机的种类，作用。

      电机种类繁多，有多种分类方法，如：按外壳防护形式，安装方式，结构形式以及用途，冷却方式，工作制和定额等各种方式分类。在我国，电机习惯上以功率大小进行分类，而性能，用途及结构特征等型式制作为补充成分，再适当细分，例如：中小型异步电动机功率范围从0.55---1400KW（4极），其中0.55---250KW为小型异步电动机，而250KW及以上为中型异步电动机。

按动力源的不同又可以分为汽油发电机，柴油发电机，风力发电机，水力发电机，火力发电机等。其主要原理都是法拉利电磁感应定律。外加控制系统及其他附加装置构成。柴油发电机，简而言之，就是柴油机驱动发电机运转。

    在汽缸内，经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油 充分混合，在活塞上行的挤压下，体积缩小，温度迅速升高，达到柴油的燃点。柴油被点燃，混合气体剧烈燃烧，体积迅速膨胀，推动活塞下行，称为‘作功’。各汽缸按一定顺序依次作功，作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量，从而带动曲轴旋转。

将无刷同步交流发电机与柴油机曲轴同轴安装，就可以利用柴油机的旋转带动发电机的转子，利用‘电磁感应’原理，发电机就会输出感应电动势，经闭合的负载回路就能产生电流。

这里只描述发电机组最基本的工作原理。要想得到可使用的、稳定的电力输出，还需要一系列的柴油机和发电机控制、保护器件和回路。其他种类发电机也是同样道理，都是通过外力驱动电机驱动轴转动，磁极和线圈相对运动，从而产生感生电动势。

社会生产的不断发展，人民生活水平的不断提高，需要不断开发新型电机。一个国家工农业生产的发展速度要求电力工业的发展速度与其想适应。电力工业的发展速度要高于工业发展速度的20%左右。随着科学技术的不断发展，新技术材料的不断涌现，促进了电机制造行业产品的不断翻新。例如由于超导材料临界温度的不断提高，使超导电机对制冷系统的要求逐渐降低。这就使大容量超导电机的实验研究及工业应用可以得到更高速度的发展。由于变频技术的不断完善及大容量可控硅元件成本的降低，使电力电子技术迅速发展，各种变频调速节能装置不断翻新。电机————变频装置—————控制装置一体化的设备正在不断发展。稀土族永磁材料的研究使高磁能积磁钢的生产及应用成为现实，促进了大容量交直流永磁电机的研究制造新型绝缘材料的应用，低损耗高导磁冷轧硅钢片的研究及制造，冷却方法的改进都在不断促进电机制造业的发展。              小功率电机的发展趋势

1、现如今发展机电一体化产品成为小型电机的一个发展趋势。随着配套产品的不断更新与发展对小型电动机的发展提出许多新的要求。其中以电机和电子技术的结合为基础的机电一体化产品，是现代小功率电机的主要发展方向。与传统产品相比，具有结构简单、耗能小、噪音低、可靠性高、寿命长、等一系列有点。

2、电子计算机在小功率电机设计中的作用日益广泛和深入，从设计的数学模型而言，已经由经典的“路”，为基础的电磁计算公式中，引入用“场”计算的分析程序。从计算机辅助设计所涉及的面来看，已由性能验证计算发展到优化设计，并向集计算机辅助设计与制造一体化的CAD/CAM方向发展。

3、采用“四新”，即新技术、新材料、新结构、新工艺。

4、进一步提高小功率电机的安全性和可靠性。小功率电机使用广泛，大量应用于办公室、宾馆及娱乐场所，因而要求具有良好的耐热、阻燃等安全性能。鉴于不少小功率电机属于不可修复的产品，应着重考虑失效前的工作时间或储存的平均时间。

鉴于目前燃油价格上涨，资源紧缺与环境污染的严重性，便产生了畜力发电机这一想法。本产品是一种新型发电机。它主要由发电机和传动机构组成。其特征在于：它由加速齿轮箱、发电机和畜力传动杆构成，畜力传动杆固定在加速齿轮箱的初级轴上，发电机的转轴通过皮带或齿轮与加速齿轮箱的次级轴相连。其传动机构由一主动齿轮、一从动齿轮和变速箱组成。发电机和变速箱安装在机架上，主动齿轮安装在机架齿轮轴上，并在主动齿轮上固定设一家畜拉力杆。可进行远程控制。在现有2千瓦汽油或柴油发电机的基础之上，将动力源改为畜力，既可用于边远山区，草原，海岛，又可用于农闲季节的农村；即可单机使用，又能并网发电。特别适合有大型家畜，如牛、马、驴、骡等的农家使用。因采用家畜用动力，符合绿色环保的要求，又无停电之忧。少数民族由于是游牧生活，供电困难，采用畜力发电可方便的解决这一问题。又可以充分利用家中闲置的牲畜资源。

二、本课题的目的（重点及创新点）

毕业设计是工科大学生完成学业中最重要的实践环节，是将在大学学到的理论知识系统化、条理化、实用化最关键的一环。通过本毕业设计培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能，提高分析与解决实际问题的能力；较复杂工程计算的工作能力；计算机绘图与手工绘画相结合的工程图绘制能力。掌握一般机械机构的设计思路、方法和步骤，掌握常用工程材料的性能和选配能力。尽快完成学生到工程技术人员的过渡。通过该设计培养以下三个方面的能力

1、综合应用所学理论知识和技能，分析和解决机械工程实际问题，熟悉生产技术工作的一般程序和方法。

2、学会树立工程技术工作所必需树立的全局观念，生产观念和经济观念，树立正确的设计思想和严肃认真的工作作风。

3、培养调查研究，查阅技术文献，资料、手册、进行工程计算及进行图样绘制与编写技术文件的能力。

通过对畜力发电机的总体设计及其他附加系统设计，对畜力发电机的工作原理、传动机构等进行掌握、理解。使其满足工作职能要求来完成畜力发电机各部分设计。即能单机使用，又能并网发电，供其他缺电用户使用。并在此前提下满足操作简便、安全、外观、经济上的要求。做到和生产实际相结合，不要做没用又耗费大的产品。

重点：本课题分三个部分：畜力发电机的总体设计、机械系统设计、和控制系统的设计 。

创新点：畜力发电机主要由机架、调变速装置、传动机构、发电机、调压装置和附件组成。要实现加大其自动化程度，扩大应用范围，节能降低损耗及更高的安全性能等方面的要求。

三、主要内容、研究方法、研究思路

1. 现有2KW汽油发电机组的基础上，将动力改为畜力。

2.  完成发电机的总体布置及机械传动系统的布置。包括机架、调变速装置、传动机构、调压装置及附件等。

3. 进行发电机数据计算

4. 应用现有的计算机软件进行仿真分析，结果要求同柴油发电机

原始数据：

额定功率：2KW

额定电压：230V

额定电流：8.7A

相数：    1

频率：    50HZ

转速：    1500

功率因数：1.0

重量：    62kg

（1）技术要求：

1. 发电机传动系统具有较好的刚度及耐腐蚀性，良好的耐久性，噪音低。

2.结构合理，生产成本低。

3.适应范围宽，调压性能好，频率稳定性好。

（2）、根据工作要求及设计要求确定其工作原理，选择机构和传动方式。

（3）、初步确定主机、主要元件或构件的基本参数和技术性能，如功率、承载、速度、行程或调节幅度、外形尺寸等。在运动分析的基础上进行动力分析，确定各机构各部分传递的功率、转矩和力的大小，根据这些数据和使用要求进行强度、刚度、发热效率等方面的计算或校核。

（4）、通常提出几种不同方案，从技术和设计两个方面比较论证，选择最理想的，即在考虑满足职能要求的同时，要注意取得较好的经济效果，使设计出的装备成本低，功率消耗及维修费用少，能满足给定的生产效率。

（5）、系列标准及选用，焊接操作机的零件有良好的加工工艺性能，合理选用原材料，尽量采用标准化的零部件。

四、总体安排和进度（包括阶段性工作内容及完成日期）

　　　 3.24～3.30   　  完成毕业毕业实习报告，开题报告。

　3.31～4.6        完成外文翻译。

4.7～4.13        设计任务分析与总体方案的确定。

　4.14～6.8   　   实施设计、计算、绘图、实验。  

　6.9～6.22  　    进行计算机仿真样机和优化设计，并编写设计说明书。

　    6.23～6.27 　　  毕业设计（论文）答辩及成绩评定。

五、主要参考文献

董刚  李建功  潘凤章主编.机械设计（第三版）北京：机械工业出版社1998

成大先主编.机械设计图册 北京：化学工业出版社 1997

蔡春源主编.机电液设计手册 北京：机械工业出版社1997

徐灏主编.新编机械设计师手册 北京：机械工业出版社 1995

朱喜林  张代治主编.机电一体化设计基础 北京：科学出版社 2004

求是科技编著.PLC应用开发技术与工程实践 北京：人民邮电出版社2005

雷天觉主编.液压工程手册 北京：机械工业出版社 1990

孙桓  陈作模主编.机械原理(第六版) 北京：高等教育出版社 2001

王爱玲主编.现代数控机床 北京：国防工业出版社2003

赵如福主编.金属机械加工人员手册（第三版） 北京：上海科学技术出版社 1990

齐麟 张亚雄 黎上威 董学朱 胡松春编著.蜗杆传动设计（上、下） 北京：机械工业出版社 1987

齿轮手册编委会编著.齿轮手册（上、下） 北京：机械工业出版社 1990

《现代机械传动手册》编委会编著.现代机械传动手册北京：机械工业出版社1995

郭爱莲编著.新编机械工程技术手册 北京：经济日报出版社1995

杨公源主编.机电控制技术及应用 北京：电子工业出版社1995

袁任光编著.可编程序控制器选用手册 北京：机械工业出版社2002

饶镇刚 王勇卫编著.滚珠丝杠副及自锁装置 北京：国防工业出版社1990

陆玉 何在洲 佟延伟主编.机械设计课程设计（第三版） 北京：机械工业出版社1999

数字化手册系列（软件版）编写委员会编著.机械设计手册（软件版）R2.0北京：机械工业出版社1999

摘要

    本产品属于一种小功率的发电设备，特别是一种适合饲养有牛、马、驴、骡等的农户使用的发电机。在许多边远山区采用水力发电、风力发电、地热发电等方法解决电问题。但不少地区水力、风力、地热资源都比较贫乏，而且水利发电、风力发电投资很大，往往给这些地区发电问题造成困难。该设备结构简单，由于其以家畜作为动力，因而不会对环境造成破坏。

   畜力发电机主要有有三部分组成：储能装置、传动系统、增速系统 。

储能装置利用平面蜗卷弹簧储存能量；传动系统是将弹簧储存的能量转变为机械能；增速系统是将输出的较小的转速增大，以达到发电机所需要的转速。

   这个设计书主要由三部分组成，第一部分是畜力发电机的总体设计;第二部分是传动系统的设计计算以及关键零部件的校核，第三部分是增速系统的总方案的设计

关键词：畜力   发电机   传动    增速

ABSTRACT

This product belongs to one kind of low power generating set, specially one kind suits to the peasant household who have the cow, the horse, the donkey, the mule and so on. In many outlying mountainous areas，the people use many methods solution electricity questions such as hydraulic electrogenerating, wind power generation, geothermal power generation and so on.But many local areas are all deficient, moreover ,the water conservation electricity generation and the wind power generation cost very big. So these areas often gives these local electricity generation question to cause the difficulty.This product mix is simple, because it takes the power by the domestic animal, thus cannot create the environment the destruction.

The livestock strength generator mainly includes three parts: Stored energy installment, transmission system and speed-up system.

The stored energy use plane snail volume spring cumulative energy; The transmission system conversion which stores up the spring for the mechanical energy; The speed-up system function is the small rotational speed which outputs increases, achieved the generator needs rotational speed.

This designs mainly includes three parts, the first part is the livestock strength generator system design. The second part is the transmission system design calculation and the essential spare part examination, the third part is the speed-up system total plan design.

Key word: livestock strength   generator  transmission  speed-up

目录

第一章  前言1

第二章  总体设计1

2.1概述1

2.2设计任务2

2.3设计目的3

2.4设计方案选择3

2.5设计题目分析4

第三章  平面蜗卷弹簧设计5

3.1弹簧的功用5

 3.2平面蜗卷弹簧的类型5

3.3平面蜗卷弹簧的设计6

第四章  直齿圆柱齿轮设计10

4.1齿轮传动的基本问题10

4.2齿轮的失效形式11

4.3齿轮的设计准则11

4.4齿轮的额材料及其选择11

4.5齿轮的基本参数及其校核14

第五章  直齿圆锥齿轮设计19

  5.1齿轮参数设计及其校核19

5.2齿面接触疲劳强度计算19

第六章  轴的设计23

  6.1轴的分类23

6.2轴的材料24

    6.3轴设计的主要问题25

6.4轴的结构设计25

第七章  飞轮的选择设计23

7.1概述27

7.2飞轮参数设计28

7.3飞轮校核 28

第八章  轴承的选择及校核23

  8.1滚动轴承的构造和材料29

  8.2滚动轴承的类型29

  8.3滚动轴承的选型校核33

第九章  棘轮逆止机构设计47

  9.1棘轮机构简介47

  9.2棘轮机构计算48

第十章  机架的分析设计50

  10.1机架的分类50

  10.2机架的设计准则50

  10.3机架设计的一般要求52

  10.4机架的设计步骤52

  10.5机架结构的选择53

  10.6机架的常用材料54

第十一章  键选择及其的校核55

  11.1键的分类55

  11.2平键连接的强度计算55

  11.3键的校核55

第十二章  联轴器的校核47

12.1联轴器的分类及性能特点56

12.2联轴器的选择及其验算57

第十三章  增速器的选用及验算58

    13.1增速器的选用及验算58

参考文献

设计小结

第1章

前言

本产品属于一种小功率的发电设备，是一种特别适合饲养有大型家畜，如牛、马、驴、骡等的农户使用的发电机。

在许多边远山区采用水力发电、风力发电、地热发电等方法解决电问题。但不少地区水力、风力、地热资源都比较贫乏，而且水利发电、风力发电投资很大，往往给这些地区发电问题造成困难，因而需要一种新型电机来为这些地区的人解决这一问题。而采用畜力发电机既可用于边远山区、草原、海岛，又可用于农闲季节的农村。能源转化合理方便，成本问题得以合理解决。

目前，在广大农村地区，能源供应主要有两种途径，一是向外够入，如煤、油、电、气等，此种情况一来需要支出资金，二来容易出现资金原因，在急需时停止供应，三来由于农村地处偏远，输电线路过长或运输距离过远而导致使用成本居高不下 ；并且由此造成能源在传输过程损失过多。二是向周边环境索取，这容易造成对周围生态环境的破坏。

   本产品的设计目的在于针对上述情况，为饲养有大型家畜的农户提供一种简单实用，成本低廉家用畜力发电设备，以满足农户对能源的要求。

   该产品结构简单，主要由机架、调变速装置、传动机构、发电机、调压装置及附件组成，制造成本低廉，可满足农户的一般电力需求，并且由于其以家畜作为动力，因而不会造成环境的破坏，符合绿色环保要求。

第2章 总体设计

2.1概述

总体设计是机械设计中极为关键的环节，它是对所设计的机械的总的设想，总体设计的成败，关系到整部机械的经济技术指标，直接决定了机械设计的成败。

总体设计指导机构设计和部件设计的进行，一般由主任工程师（或总工程师）主持进行。在接受设计任务以后，应进行深入细致的调查研究，收集国内外同类机械的有关资料，了解当前国内相关机械的使用、生产、设计和科研情况，并进行分析和比较，制定总的设计原则，设计原则应当保证所设计机型符号有关的方针、政策，在满足使用要求的基础上，力求结构合理、技术先进、经济性好、寿命长。

总的设计原则：

1．遵守“三化”:零件标准化、产品系列化、部件通用化。

2．采用“四新”:新技术、新结构、新材料、新工艺。

3．满足“三好”:好制造、好使用、好维修。

制定总则之后，便可以编制设计任务书，在调研的基础上，运用所学知识，从优选择总体方案，以确保设计的成功。制定总则之后，便可以编制设计任务书，在调研的基础上，运用所学知识，从优选择总体方案，以确保设计的成功。  

2.2设计任务

在现有2 KW汽油发电机组的基础上，将动力源改为畜力（骡、马或牛），既可用于边远山区、草原、海岛，又可用于农闲季节的农村；既可单机使用，又能并网发电。该机结构主要由机架、调变速装置、传动机构、发电机、调压装置和辅件等组成。其他要求同柴油发电机组。

本设计要求达到结构合理、生产成本低、整机重量轻、操作方便、满足工作性能的目的；要求震动、噪声小，适合批量生产。

2.3设计目的

1．培养学生综合应用所学理论知识和技能，分析和解决机械工程实际问题的能力，熟悉生产技术工作的一般程序和方法。

   2．培养学生懂得工程技术工作所必须的全局观念、生产观念和经济观念，树立正确的设计思想和严肃认真的工作作风。

3．培养学生调查研究，查阅技术言文献、资料、手册，进行工程计算、图样绘制及编写技术文件的能力。

2.4设计方案选择

原发电机为汽油发电机，现改为畜力发电机。

方案一：畜力直接驱动

1、优点：结构简单，容易查找故障根源，排除故障方便，对操作人员技术要求不高，并且生产成本低。

2、缺点：速度不易控制，家畜休息时无法发电，转速变化较大，输出不稳定，很难达到实际应用要求。

方案二：弹簧储能，飞轮稳速。

 1、优点：速度容易控制，家畜休息时装置也能发电。并且有反馈控制部分，可以提高输出的稳定性。

2、缺点：结构较第一种方案复杂，会提高制造成本。

2.5设计题目分析

 经查相关的资料，确定马的行走速度大约是1.1m/s，功率大约为0.55KW，所以机构用2匹马工作，

电机选用湖南省嘉禾水电设备厂生产的TFDW-2型汽油发电机。

P=2.2KW=500N×1.1m/s×4。

马的工作力臂L=1.3m。

工作转矩T=FL=500×4×1.3=1300N.M。

一分钟路程S=VT=1.1×60=66m

一圈路程S=Πd=4.082m.

  1分钟所走的圈数n1= S/S=66/4.082=16圈

  发电机转速n=1500r/min

  总传动比i=16/1500=1/93.75

发电机的外形及安装尺寸如下：

A=150            B=140       C=90  

    D=22       E=40       F=6        G=24.5

    L=380      b=190      h=355      K=

    a=50      

第3章 平面蜗卷弹簧设计

3.1弹簧的功用  

弹簧是一种弹性元件，多数机械设备均离不开弹簧。弹簧利用本身的弹性，在受载后产生较大的变形，当外载卸除后，变形消失而外载恢复原状。弹簧在产生变形和恢复原状时，能够把机械功或动能转变为变形能，或把变形能转变为机械功或动能。利用弹簧的这种特性，可以满足机械中的一些特殊要求，其主要功用是：

  1）控制机构的运动，如内燃机中的气门、制动器、离合器上的弹簧。

  2）减振和缓冲，如各种车辆的悬挂弹簧、联轴器中的弹簧。

  3）储能及输出能量，如钟表中的弹簧。

  4）测量力的大小，如弹簧称、测力器中的弹簧。

  按照载荷的性质，弹簧可分为压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧；按照弹簧外形可分为螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、板弹簧等；按材料的不同还可以分为金属弹簧和非金属弹簧等。