救生船设计报告

兰州交通大学课程设计论文题 目： 气垫式伸缩救生船 专 业： 班 级：姓 名：指导教师： 完成时间： 2010-12-12 气垫式伸缩救生船的设计摘 要 气垫式伸缩救生船是在水灾发生后，为保证受灾人员能安全逃生而设计的逃生装置。它可以放在普通救生船上，在普通救生船载不完人的情况下，用于危急逃生；也可以放在家里，发生水灾时进行逃生。本文对气垫式伸缩救生船从机构设计、机构间的受力分析、以及船的浮力等方面进行了详细的研究计算。首先，为了减小船身的体积，占的位置少，该船采用了伸缩机构。遇到水灾时，利用伸缩机构就可以很快的把船身打开，快捷而且方便。结构简单、抗风浪能力强、可折叠、便于携带。其次，该船采用了气垫装置，在发生水灾时，利用充气泵给气垫充气完成后，船就可以用了。我们在研究过程中给出了相关机构详细的计算设计过程和图纸的详细标注。再次，该船上的所有机构连接用螺栓或铆钉进行连接。最后，本船实用新型体积小、成本低、使用方便，与救生圈相比，是一种既实用、又能提高求救者生存率的小型水上救生设备。根据以上的理论计算，对气垫式伸缩救生船进行了模拟实验，取得了比较满意的结果。关键词 逃生 充气 伸缩 救生船AbstractAir cushion type telescopic lifeboat is in a flood occurs, to ensure the affected people can safely and design of escape device. It can be placed in ordinary lifeboats, in the ordinary lifeboat years dont perfect conditions, used for emergency escape; Can also be put in the home, when a flood, escape. In this paper, air cushion type telescopic lifeboat from mechanism design, between organizations force analysis, and the ships buoyancy and other aspects of the detailed study of calculation. First, in order to reduce the volume of the hull, accounting for position less, the ship was adopted telescopic institutions measures. Meet flood, using telescopic institutions will soon open the hull, very convenient. Simple structure, resisting waves ability strong, but fold, easy to carry. Secondly, the ship adopts the mattress device, occurred in flood, using aerating pump to mattress inflated after finishing, ship can use it. We are in the process of research presented related institutions detailed calculation of detailed drawings design process and labeling. Again, the ship all institutions are connected with bolt connection. Finally, this ship utility model small volume, low cost, easy to use, compared with life buoy, is a practical, and can enhance the survival rate for small water rescue equipment. According to above the theoretical calculation of air cushion type telescopic lifeboat simulated experiment, and achieved satisfactory results. Keywords: escape telescopic inflatable lifeboat目 录摘要2Abstract3第一章 绪论71.1设计背景71.2 水灾逃生发展概况81.3设计的目的及基本原理81.3.1设计的目的91.3.2基本原理9第二章 整体方案设计102.1整体方案的设计102.2作品原理简介112.3装置的优点与不足152.3.1装置的优点152.3.2装置的不足15第三章 装置零部件设计163.1杆件的基本变形及其特点163.2轴向拉伸和压缩杆件的内力分析173.3轴向拉伸和压缩杆件横截面上的应力183.4拉(压)杆的强度计算183.5连接件的实用计算20结束语22参考文献23致谢24第一章 绪论1.1设计背景 自古以来，水灾就一直困扰着人类的生活，古时候就有大禹治水的神话，可见水灾自古就严重的危害着人类的正常生活。近年来我国更是水灾连连，大家应该都还记得我国1998年洪灾的影响。1998年中国的“世纪洪水”，在中国大地到处肆虐，29个省受灾，农田受灾面积3.18亿亩，成灾面积1.96亿亩，受灾人口2.23亿人，死亡3千多人，房屋倒塌497万间，经济损失达1666亿元。1998年长江洪水是本世纪第二位的全流域型大洪水,仅次于1954年 。还有就是今年，我国南方多省遭遇谁在袭击，造成严重的人员伤亡和经济损失。来自国家减灾委、民政部的统计，截至2010年8月6日，今年洪涝灾害造成全国2亿人(次)受灾，1454人死亡，669人失踪，1214.8万人(次)紧急转移安置，1347.1万公顷农作物受灾，其中209万公顷绝收，136.4万间房屋倒塌，358.1万间房屋损坏，因灾直接经济损失2751.6亿元。基于以上史实，为了使更多的受灾人群能够逃生，我们设计出了这个简易方便存放的气垫式伸缩救生船。 1.2 水灾逃生发展概况 由于我们天天都在与水打交道，随时都有发生水灾的可能，于是各种水灾逃生装置被设计发明出来。比如说，为了拯救溺水人员，人们发明了救生圈；为了在水灾中逃生，人们设计了救生船。但是，普通救生船成本较高，体积较大，因此不是大部分家庭都能拥有。为了使大部分家庭家里都有救生船，使更多的受灾人群能够逃生，人类急需发明一种结构简单、体积小、成本低、使用方便、容易存放的救生船。于是我们设计出了具有以上优点的气垫式伸缩救生船。它既可以放在普通救生船上，在普通救生船载不完人的情况下，用于危急逃生；也可以放在家里，发生水灾时进行逃生。1.3设计的目的及基本原理1.3.1设计的目的：我们旨在设计一种结构简单、体积小、成本低、使用方便、容易存放的救生船，使更多的受灾人员能够在危急情况下乘该船进行逃难，从而减少受灾人员的伤亡。为了使大部分家庭家里都有救生船，我们设计出了这种可以伸缩的气垫式救生船。希望能帮助更多的受灾同胞脱离灾难。1.3.2基本原理：本救生船主要利用简单的伸缩机构，遇到水灾时，利用伸缩机构就可以很快的把船身打开，而平常不用时又可以把它收起存放起来，非常快捷方便。它结构简单、抗风浪能力强、可折叠、便于携带。本船的核心部分是气垫装置，在发生水灾时，利用充气泵给气垫充气完成后，船就可以用了。而平时气垫里没有充气，加上伸缩机构，使得船身体积较小，容易存放。本船的基本原理就是利用充气后的气垫的浮力使船身漂浮在水面上，从而达到载人的目的。本船的船身上的伸缩机构所有的连杆，我们选用了铁素体不锈钢材料。铁素体不锈钢含铬1230。不锈钢不会产生腐蚀、点蚀、锈蚀或磨损。不锈钢还是建筑用金属材料中强度最高的材料之一。由于不锈钢具有良好的耐腐蚀性，所以它能使结构部件永久地保持工程设计的完整性。含铬不锈钢还集机械强度和高延伸性于一身，易于部件的加工制造。于是选这个材料，船身耐磨，不易被腐蚀，强度高，可以保证船的安全性，使得船上的人能够安全的离开。第二章 整体方案设计机械系统是由原动机、传动系统、执行系统、控制系统和其它辅助系统组成的，所以，机械系统总体方案设计的内容应是这几部分的方案设计及其各部分间的协调设计。即执行系统的方案设计、原动机类型的选择、传动系统的方案设计、控制系统的方案设计和其它辅助系统的方案设计。 机械系统整体方案设计的特点：1协调性：整体系统由各个子系统组成，虽然各子系统的功能不同、性能各异，但它们在组合时必须按照整体功能的需要。2相关性：构成系统的各要素之间也是互相关联的，它们之间有着相互作用、相互制约的特定关系。某个要素性能的变化将影响对相关要素的作用，从而对整个系统产生影响。3内外结合性：任何系统必定存在于一定的社会和物质环境中，机械系统也不例外。环境的变化必将引起系统输入的变化，从而也将导致其输出的变化。2.1整体方案的设计本设计主要是依靠充气泵进行充气，使气垫里面充满气体，从而膨胀是船身打开。本船的船身是由四根大钢板和连接钢板的一些连杆（材料为铁素体不锈钢）组成的伸缩机构构成，以达到船身能进行伸缩的效果，从而使船的体积较小，易于存放。在船身打开后，在伸缩机构的每个连杆之间加上一个由磁铁做成的固定机构，从而使船身固定起来，当取掉固定机构以后，船身又可以缩回去了。本船的基本原理就是利用充气后的气垫的浮力使船身漂浮在水面上，从而达到载人的目的。整个救生船的立体图如图2-1。 图2-1 气垫式伸缩救生船整体效果图2.2作品原理简介 气垫式伸缩救生船各部分介绍：1.和气垫连接的两块钢板。钢板上有孔，是用于放螺栓的，如图：2.船身中间的两块钢板。钢板上也有用于放螺栓的孔，如图：3.伸缩机构，它由连杆和铆钉组成，船打开以后，连杆端上套一个磁铁做的固定块，如图：伸缩机构 固定块4.气垫装置。利用充气泵给气垫充气完成后，气垫膨胀起来，利用气垫的浮力即可载人。如图：5.气嘴和铆钉。气嘴用于连接充气泵和气垫，铆钉用于连接连杆。如图： 气嘴 铆钉6.充气泵，这个市场上有卖。如图：2.3装置的优点与不足2.3.1装置的优点: 1. 体积小、使用方便、容易存放原因如下：其一，本船的核心部分就是气垫装置，在发生水灾时，利用充气泵给气垫充气完成后，气垫膨胀起来船就可以用了。而在平时气垫里并没有充气，气垫是萎缩的，体积很小，使得船身体积较小，很容易存放。其二，本船利用了由连杆组成的伸缩机构，使得船身能够自由伸缩。从而在船身收起来时使船的体积较小，易于存放。 2.其他优点本装置最大的优点就是不需要利用太多的能源，只需要充气泵对气垫进行充气使气垫膨胀，利用气垫的浮力即可载人。又由于本船只是利用简单的伸缩机构和气垫装置，从而使成本较低，价格比较便宜，普通的家庭也能拥有本船，从而能使更多的受灾同胞脱离灾难。还有就是本船是纯机械结构，结构简单，操作简单，正常人都会操作。而其本船的抗风浪能力强、可折叠、便于携带、使用起来快捷方便，可实现多人逃生。2.3.2装置的不足1.本船对机构的制作材料要求较高（材料强度要高，耐磨性好，不易腐蚀），要求各部件的链接紧密，以保证船的安全性。2.本船没有动力，需要人工控制船的方向和速度。3.本船没有设计扶手，小孩和老人不宜单独乘坐。第三章 装置零部件设计 3.1杆件的基本变形及其特点1轴向拉伸与压缩(1)受力特点：杆件受到与杆轴线重合的外力作用。(2)变形特点：杆轴沿外力方向伸长或缩短。产生轴向拉伸与压缩变形的杆件称为拉压杆。2剪切(1)受力特点：杆件受到垂直杆轴方向的一组等值、反向、作用线相距极近的平行力作用。(2)变形特点：二力之间的横截面产生相对错动变形。产生剪切变形的杆件通常为拉压杆的联接件。3扭转(1)受力特点：杆件受到垂直杆轴平面内的力偶作用。(2)变形特点：相邻横截面绕杆轴产生相对扭转变形。产生扭转变形的杆件称为轴。4平面弯曲(1)弯曲变形的受力特点：杆件受到垂直杆轴方向的外力，或杆轴所在平面内作用的外力偶。(2)弯曲变形的变形特点：杆轴由直变弯。产生弯曲变形的杆件称为梁。(3)平面弯曲概念：力的作用平面与梁的变形平面相重合的弯曲称为平面弯曲。注意：作用于梁上的外力必须都在梁的同一纵向对称平面内，梁才产生平面弯曲。纵向对称平面：梁横截面的对称轴与轴线构成的平面。(4)单跨静定梁三种基本形式：(a)悬臂梁，(b)简支梁，(c)外伸梁。3.2轴向拉伸和压缩杆件的内力分析1轴力的计算轴向拉压杆的内力轴向拉压杆在横截面上只有一种内力，即轴力F。它通过截面形心，与横截面相垂直。规定：拉力为正，压力为负。计算轴力的方法是截面法。用截面法求轴力分为三个步骤：截开、代替和平衡。直接法计算指定截面轴力：根据轴力与外力的平衡关系，以及杆段受力图上轴力与外力的方向，某一横截面上的轴力，在数值上等于该截面一侧杆上所有轴向外力的代数和；即由外力直接判断为：离开截面的外力(拉力)产生正轴力；指向截面的外力(压力)产生负轴力。仍可记为轴力“拉为正，压为负”。轴力的物理意义为：轴力是杆受轴向拉伸和压缩时横截面上的内力，是抵抗轴向拉伸和压缩变形的一种抗力。2轴力图轴力图是表示轴力沿杆轴方向变化的图形。取与杆轴平行的横坐标z表示各截面位置，取与杆轴垂直的纵坐标FN表示各截面轴力的大小，规定正的轴力画在横坐标轴的上方，负的画在下方，并标明正负符号，绘出的图形即为轴力图。3.3轴向拉伸和压缩杆件横截面上的应力横截面上任一点处正应力的计算公式如式(23.2) (23.2)式中，A为杆的横截面面积。该式即为杆在轴向拉伸或压缩时，计算横截面上正应力的公式。正应力的正负号与轴力的正负号相对应，即拉应力为正，压应力为负。3.4拉(压)杆的强度计算1许用应力和安全系数工程上将极限正应力 除以一个大于1的安全系数k作为材料的容许正应力，如式(2-3.3) (2-3.3)对脆性材料，；对塑性材料，(或)。安全系数的数值恒大于1，由上式可见，对许用应力数值的规定，实质上是如何选择安全系数问题。选择安全系数时，应该是在满足安全要求的情况下，尽量满足经济要求。安全系数的确定取决于以下几方面的因素：(1)材料的性质。(2)荷载情况。(3)构件在使用期内可能遇到的意外事故或其他不利的工作条件等。(4)计算时所作的简化不完全符合实际情况，即计算简图和计算方法的精确程度。(5)构件的重要性。安全系数咒的选取，除了。需要考虑上述因素外，还要考虑其他很多因素。在通常情况下，对静荷载问题，塑性材料一般取k=1.52.0，脆性材料一般取k=2.02.5。安全系数和许用应力的具体数据，一般由国家在有关规范中规定。2拉(压)杆的强度计算轴向拉(压)杆的强度条件，如式(23.4)： (23.4) F=A=410*54*100=2214KN应用该条件可以解决有关强度计算的三类问题。(1)强度校核。当已知杆的材料许用应力、截面尺寸A和承受的荷载 FNmax。，可用(23.4)式校核杆的强度是否满足要求。(2)设计截面尺寸。已知荷载与材料的许用应力时，可将式(23.4)改写成 以确定截面尺寸。(3)确定许可荷载。已知构件截面尺寸和材料的许用应力时，可将式(510)改写成，再由内力与外力关系确定许可荷载。35连接件的实用计算1剪切的实用计算剪切面上的剪力FQ可用截面法求得，横截面上的剪力是沿截面作用的。剪切面上的切应力分布情况较为复杂，实用计算中假设切应力在剪切面上均匀分布，如式(23.12) (23.12)式中，AQ为剪切面面积。剪切强度条件，如式(23.13) (23.13)式中为铆钉的容许切应力。如将铆钉按上述实际受力情况进行剪切破坏试验，量测出铆钉在剪断时的极限荷载Fu，并由(512)式计算出铆钉剪切破坏的极限切应力，再除以安全系数n，就可得到。对于钢材，通常取2.螺栓的校核本装置所用螺栓如图所示：材料选用铁素体不锈钢= /S=640/2.5=256MPa= /s=640/1.2=533MPa按剪切强度计算：F=A= 3.14*36*25*256=723KN按挤压强度计算：F=A= /4*(60*60-36*36)*533=964KN3.铆钉校核(1) 按铆钉的剪切强度计算P=A= /4*36*36*256=260KN(2) 按铆钉的挤压强度计算挤压面面积为 P=A =36*13*533=249KN (3) 钢板的拉伸强度F=P/4=62KN所以整个接头是安全的4.气垫浮力计算每个气垫的体积为0.4立方米，由浮力公式得，正常情况下该伸缩船的承载能力为400Kg，再考虑船身的大小，得出该船能同时乘坐4人。 结束语本次课程设计过程中，设计范围较广，在设计的过程中，充分利用了以前所学习得东西，用到了机械原理，机械设计中的很多知识，也查阅了很多课外的资料。对丰富自己的知识有很大的作用。本次设计也是大学中很有价值的一次课程设计，涉及的知识也