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毕 业 设 计（论 文）设计(论文)题目： 摆式波浪发电装置设计 学生姓名： 学号： 专业： 所在学院： 指导教师： 职称： 年 月 日金陵科技学院学士学位论文 目录目 录摘 要IIIAbstractIV第1章 绪论11.1课题背景及研究意义11.2 国内外研究现状11.2.1 漂浮式波浪能装置的典型形式21.2.2 固定式波浪能装置的典型形式51.3 本文主要研究内容71.4 设计和研究的内容和重点7第2章 摆式波浪能发电装置方案设计82.1 概述82.2 方案设计82.3 整体方案论证11第3章 摆式波浪能发电装置的结构设计123.1 漂浮系统的运动计算123.2 主体结构的设计123.3 齿轮传动设计123.3.1 第一级齿轮传动设计123.3.2 第二级齿轮传动设计143.4 轴的校核163.5 键的校核213.6 轴承的校核22总 结24参考文献25致 谢2626金陵科技学院学士学位论文 摘要摆式波浪发电装置设计摘 要 波浪能转换技术作为一种具有广阔应用前景的绿色可再生新能源技术，得到世界诸国越来越多的关注与研究。转换技术的研究主要集中在不同形式转换装置的研究与应用上。 本文简要介绍了波浪能转换技术的研究背景及现阶段国内外研究现状，深入分析了各种不同形式的波浪能转换装置的原理及特性。在此基础上，提出了一套新型的波浪能转换装置的设计方案。通过参考实验室试验研究取得的成果、理论分析与计算以及计算机辅助建模与仿真分析等研究方式，具体开展并完成了以下几个方面的研究工作： 提出了一套新型波浪能转换装置的总体设计方案。确定了装置“机械液压系统”的物理模型及 “波浪能机械能液压能机械能电能”的 4 级能量转换路径。并综合考虑实际工程应用时的制造、运输、安装以及维护等因素，对方案进行了工程应用可行性改造，形成了“子模块总装置”的方案形式。 通过研究提出了各种波浪能装置国外海洋能的特点，这改变机械结构和工作原理，转换效率变化大部分理论或初步设计。通过利用海浪能量的技术是比较新的，对相关设备进行了优化设计还是比较小的，类似的研究一直领先意义的优化器件的设计。关键词：摆式发电装置，齿轮传动，波浪能金陵科技学院学士学位论文 AbstractTilting Wave Power Plant DesignAbstractGreen wave energy converter technology as having broad application prospects of new renewable energy technologies to givemore and more attention and research world countries. Conversion technology research focused on different forms of conversion means research and application on.This paper briefly introduces the background research status of wave energy conversion technology and domestic and international stage, in-depth The principle and characteristics of different forms of wave energy conversion device. On this basis, a set of The new design of wave energy conversion device. By the results of the reference made in laboratory, theory Analysis and Calculation of research methods and computer-aided modeling and simulation analysis, carried out and completed the following specific .Several research work:He proposed a set of new wave energy conversion device of the overall design. Determining the means Machinery -Hydraulic systems physical models and wave energy - mechanical energy - hydraulic energy - mechanical energy - energy 4-level energy conversion path. And considering the practical application when manufacturing, transportation, installation and maintenance.And other factors, the program has been the transformation of engineering feasibility, forming - scheme sub-module of the total deviceform.By studying various proposed ocean wave energy characteristics of foreign energy devices, which change the mechanical structure and working principle, most of the theoretical conversion efficiency changes or preliminary design. Through the use of wave energy technology is relatively new, related equipment optimized design is still relatively small, similar research has been leading the significance of optimizing the devices design.Keywords: Tilting power generation device, gear, wave energy金陵科技学院学士学位论文 第1章 绪论第1章 绪论1.1课题背景及研究意义 20 世纪 70 年代出现的世界石油危机，使得各国政府和人民清醒地认识到能源安全在国民经济和社会发展中的重要地位。为了解决能源问题，寻找替代的可再生能源日渐成为全球共识。在此背景之下，世界许多国家开始着手对海洋能的研究。地球事实上是一个水球，海洋面积占地球总表面积的比例超过 70%，海洋中储存着巨大的能量。海水在运动中产生多种可再生的能量，主要包括波浪能、潮汐能、潮流能、海流能、温差能以及盐差能等。这些能量统一称为海洋能，其中又以波浪能为最主要形式。国际能源组织 1994 年公布的报告指出：波浪能如果被充分开发，最终可提供当前全球电力需求的 10%左右，估计为 2030 亿千瓦。我国海洋能资源十分丰富，可开发利用量估计达10 亿千瓦，其中近海波浪能理论平均功率为 1300 万千瓦。 波浪能作为一种储量巨大的清洁可再生能源，早在 18 世纪末，人们就开始着手对其进行研究，但当时的波浪能研究主要集中在波浪能转换装置的发明上。一直到世界石油危机之后，人们才开始认真地研究波浪能的实际利用技术，此后陆续有多个国家开展了波浪能的利用研究。20 世纪 80 年代以来，世界各国相继建成了 20 个左右的波浪能转换装置或电站。对于波浪能转换装置，目前各国研制的多半是用于航标灯、浮标等电源使用的小型波浪能转换装置。据不完全统计，全世界约有数千座该类波浪能转换装置在运转，仅日本就有 1500 多座在使用中，我国也有 500 台左右该类装置已投入到实际运行中。目前，波浪能转换装置理论基本成熟，研究课题主要集中在几种较佳的方案上，如漂浮式波浪能转换装置、沿岸固定式波浪能转换装置、近岸固定式波浪能转换装置、聚波储能式波浪能转换装置、摆式波浪能转换装置等。 鉴于波浪能利用在成本及其技术方面仍难以和常规能源相竞争，波浪能转换装置在当前还不能得到广泛推广。但在某些不便利用常规能源的地区，如海岛和海上设施能源供应，波浪能就显示出了其特有的优越性和生命力。如今能源缺乏已经严重制约了我国诸多岛屿的经济发展和国防建设，因此，波浪能的广泛应用对这些地区的资源开发有着重要的现实意义。随着海洋开发向纵深发展，波浪能可为将来的海上工程作业提供便利的电能，解决离岸用电问题。目前，开发波浪能的首要任务是依靠海岸工程领域的技术进步以大幅度提高波浪能的利用效率和尽可能的降低工程造价。随着波浪能利用中某些关键技术的逐步解决，波浪能必将在能源结构中占据重要位置。 1.2 国内外研究现状 全世界对波浪能利用研究以英国投入最大。英国对利用波浪能研究的重视使其在 20世纪 80 年代初就已成为世界波浪能研究中心。英国于 1990 年及 1994 年分别在苏格兰伊斯莱岛和奥斯普雷建成 75 千瓦振荡水柱式波浪能发电站和 300 千瓦固定式岸基波浪能发电站。除此之外，英国还致力于原型波浪能发电机组以及导航浮标波浪能透平发电机组等的研究，它的波浪能利用技术居世界领先地位，并实现了商业化。英国波浪能发电的开发目标是容量为 2 万千瓦的发电装置，并使它与陆地电网系统并网，现已经完成这个研究项目。 挪威也于 1984 年及 1985 年在卑尔根岛上相继建成了振荡水柱式和聚波能流式两座不同形式的岸式波浪能电站。其装机容量分别为 500 千瓦和 350 千瓦，均取得了良好的经济效益，目前运行状况良好。在商业化及产业化发展的方向，挪威的岸式波浪能发电技术已向商品化发展并打入国际市场，印尼、美国、葡萄牙等国家均与挪威签订了相关技术引进协议。 日本的波浪能利用研究与开发也十分活跃。其国内的数十家研究与开发机构既明确分工又互相协作，取得了一系列非常重要的研究成果。日本重视技术向生产应用的转化，使其在波浪能转换技术实用化方面走在了世界前列。从 20 世纪 80 年代中期至今，日本已建成 4 座岸基固定式和防波堤式波浪能发电站，单机容量为 40125 千瓦，目前运行状况良好。 国内有组织的对波浪能转换的研究系自 20 世纪 70 年代开始。1975 年，上海进行了我国波浪能转换装置的海上首次试验，但未取得科学上和实用上的收获。如今，波浪能转换研究已由上海扩展到大连、青岛、广州、南京等地，目前，国内许多的研究机构和大学都在进行相关的研究。20 世纪末期，我国开始研制 30 千瓦和 100 千瓦波浪能转换装置，目前已经成功建成发电站并投入运行。 波浪能转换装置的形式依照装置的锚系方式的不同可以分为漂浮式和固定式两种。漂浮式波浪能转换装置的典型形式主要有鸭式波浪能转换装置、筏式波浪能转换装置及振荡浮子式波浪能转换装置。固定式波能装置的典型形式主要有振荡水柱式波浪能转换装置、聚波式波浪能转换装置及摆式波浪能转换装置。下面分别对这些典型波浪能转换装置形式进行介绍。 1.2.1 漂浮式波浪能装置的典型形式 1)鸭式波浪能转换装置 英国Salter教授于 1974 年开发出鸭式波浪能转换装置，该装置对二维正弦波的转换效率接近 90%。如图 1-1 所示，入射波的运动使动压力可有效推动鸭身绕轴旋转，此外，静压力的改变也使接近鸭嘴的浮体做升降运动。由于两种压力产生的运动是同相位的，鸭式能够将动能和位能同时通过液压装置转化出去，然后再转换为电能。 图 1-1 鸭式波浪能转换装置原理示意图在设计鸭式波浪能转换装置时，如果将鸭的质量重心位置设计成可调的，就可以使其固有周期与波浪周期相匹配，从而最大程度地利用波浪能。研究结果表明，理想运行条件下，鸭式装置效率接近 90%；但在不规则波作用下系统效率则要低很多。鸭式装置虽然是一种有效的波能转换装置，但它存在严重的不足：装置可靠性差，在恶劣的海洋环境下极易损坏。所以鸭式装置没有得到广泛推广。 2)筏式波浪能转换装置 Cockerell教授和Haren教授同时提出了采用筏式装置作为波浪能转换装置的方法。如图 1-2 所示，筏通过铰链相互铰接在一起，能量转换装置置于每一铰链处，波浪运动引起筏产生沿铰接的转动，从而反复压缩液压活塞以输出机械能。三联筏装置是最简单的一种筏式波浪能转换装置，研究人员对该装置作了较广泛的理论和试验研究。与鸭式装置运行特性相似，当系统固有频率与波浪频率一致时，其输出效率最高。此外当筏式装置在三维波中运行时，其效率有望超过 100%。这是由于当入射波浪的频率接近系统的固有频率时，入射波和辐射波之间的相互作用在筏附近的波浪产生了聚集效应。 图 1-2 筏式波浪能转换装置原理示意图筏式波浪能装置转换的问题主要有两个：一是筏的实体尺寸过大，尤其是在波浪能密度较小的区域，所需的筏式系统表面积将更加庞大；另一是在恶劣的海洋环境下如何系泊的问题，对于如此大的筏式系统，系泊问题将是最为严峻的考验。因此，尽管筏式波浪能装置的转换效率较高，但由于系泊困难及筏费用过高，致使筏式波浪能转换装置的实用性显著降低。 3)振荡浮子式波浪能转换装置 如图 1-3 所示，振荡浮子式波浪能转换装置利用一个放置在波浪中的浮子作为装置的吸能机构，然后将浮子所吸收的能量通过一个放在岸上的机械装置或液压装置转换出去，以驱动发电机发电。该装置由浮子、传动机构、发电机以及保护机构等几部分构成。振荡浮子式波浪能转换装置从原理上来看是利用附体的运动发电，与鸭式转换装置、筏式转换装置相类似。 图 1-3 振荡浮子式波浪能转换装置原理示意图目前，日本和美国的研究人员已研制出了几种利用浮子相对于固定或浮动参照点的运动来发电的波浪能转换装置。我国的中国科学院广州能源研究所也研制了一种该类型的发电装置振荡浮子式岸基波浪能转换装置，并已对这种形式的转换装置进行相关物理模型试验研究。 1.2.2 固定式波浪能装置的典型形式 1)振荡水柱式波浪能转换装置 振荡水柱式波浪能转换装置主要由前港、气室、透平机及发电机等部分组成，如图1-4 所示。在波浪作用下，气室内的水柱产生振荡，压缩其上方的气体往复通过透平机，将波浪能转换变成透平机的机械能，从而驱动发电机发电。 该装置可以依靠共振来加强波浪水柱的运动。气室内的水柱在波浪的作用下上下往复运动时本身有一个固有频率，当波浪的频率与气室内水柱的固有频率相近时，系统将产生共振，从而加大气室内水柱的振幅。研究发现，当装置处于共振状态时，波浪与气室内水柱的联合作用使得物体在波浪前进方向的波高增加，而装置背部的波高则会减小，从而增加了波浪能转换装置的能量转换效率。 图 1-4 振荡水柱式波浪能转换装置原理示意图振荡水柱式波浪能转换装置的优点有：透平机等相对脆弱的机械部分不与波浪接触，只与往复流动的气体接触。因此，相对比与波浪直接接触的直接式波浪能转换装置的抗恶劣气候性能较好，故障率较低。装置的缺点有：建造费用贵、转换效率低，装置将波浪能转换为电能的效率只有 10%30%。 2)聚波式波浪能转换装置 聚波式波浪能转换装置是一种基于聚波理论的波浪能转换装置。如图 1-5 所示，聚波式波浪能装置是由一个比海平面高的高位水库和一个聚波的聚波波道构成。聚波波道是两道用钢筋混凝土筑成的对数螺旋正交曲面，从海洋中延伸到高位水库里，两道聚波曲面在高位水库内相接。当波浪进入聚波波道时，由于聚波波道的聚波作用，使波浪的波高增大，使海水越过钢筋混凝土墙进入高位水库中，水库里的水通过一个低水位的水轮发电机发电。 图 1-5 聚波式波浪能转换装置原理示意图聚波式波浪能转换装置的优点是：因在波浪能转换中没有活动部件参与，故可靠性好、维护费用低、输出较稳定且能量转换效率较高其转换效率在 65%75%之间。装置的缺点是对海洋地形的要求极高，在实际工程应用中不容易广泛推广。 3)摆式波浪能转换装置 摆式波浪能转换装置原理是利用装置的摆式机构将波浪能转换成机械能或势能，从而直接对外做功或转换为电能。如图 1-6 所示，该装置由摆子机构、转换机构以及发配电机构三个部分组成。摆子机构是实现波浪能转换为机械能过程的机构，转换机构是实现机械能转换为电能过程的机构，发配电机构是实现电能传输过程的机构。其中摆子机构是转换装置的关键所在，水动力的实验研究以及能量转换效率提高的研究是研究工作的重点。 图 1-6 摆式波浪能转换装置原理示意图摆式波浪能转换装置较其他类型的装置有许多优势：装置的成本较低，结构简单，能够较好地适应恶劣的海洋环境，波浪能转换效率较高。装置的缺点是：与振荡水柱式装置相比，转换效率受摆板后去流段长度的影响较大，较不稳定。 1.3 本文主要研究内容 本文的研究是针对波浪能转换装置的设计与仿真研究工作来开展的。通过深入研究波浪能转换技术的发展现状及波浪能转换装置的原理，并借助于计算机辅助设计与仿真分析，完成一套新型的波浪能转换装置的设计和仿真研究工作。通过本课题的研究工作，可以为后续进行的实际工程施工应用研究及进一步深入优化研究工作提供非常有价值的材料。 因此，本课题拟从以下方面来进行研究： 提出一套新型波浪能转换装置的总体设计方案。进一步确定装置的物理模型及能量转换路径，并综合考虑实际工程应用时的制造、运输、安装以及维护等因素，对方案进行工程应用可行性改造。 1.4 设计和研究的内容和重点本论文主要研究的是点头鸭波浪能发电装置的波能采集以及能量转化装置，总体结构的设计，并对零件进行分析验证。本文包含： 波能采集器的设计 能量转化装置，即把摆式往复运动转化为单向旋转运动 传动装置，把单向旋转运动经过加速后传到发电机 整体框架的设计与固定 各零部件的受力分析与校核金陵科技学院学士学位论文 第2章 摆式波浪能发电装置方案设计第2章 摆式波浪能发电装置方案设计2.1 概述摆式波浪能发电装置是三大商业应用波浪能发电装置之一，其主体是随着波浪摆动的摆体，摆体是摆式装置的一级能量转换机构。在波浪的作用下，摆体作左右摆动,将波浪能转换成摆体的动能。与摆体相联的通常是一套液压装置，它将摆体的动能转换成液压装置的动能，再带动发电机发电。摆体的运动很适合波浪大推力和低频的特性，因此摆式装置的转换效率较高,但机械和液压机构的维护较为困难。摆式装置的另一优点是可以方便地与相位控制技术相结合，相位控制技术可以使波浪能装置吸收迎波宽度以外的波浪能，从而大大提高装置的效率。本课题技术要求：一般说来，一级能量转换装置直接与波浪相互作用，将波浪能转换成装置的动能、或水的位能或中间介质如液压油等的压力能等；二级能量转换装置将一级能量转换所得到的能量转换成旋转机械的动能，如水力透平、空气透平及液压马达等；三级能量转换将旋转机械的动能通过发电机转换成电能。由此三级能量转换装置完成了从波浪能到电能的转换，实现了波浪能发电。本课题研究的工作要求：摆式波浪发电装置，其特征在于：该摆式波浪发电装置包含一个主体框架、多个成列的单向驱动单元、多个分别连接所述单向驱动单元的摆动单元、多个分别连接所述摆动单元的浮体单元、多个分别连接所述单向驱动单元的均匀转速单元、一个传动轴、一个变速单元，及一个发电机；该主体框架包括一个延伸入水中的舵板；每一个单向驱动单元设置于该主体框架上，并包括一个输入齿轮、一个输出转轴，及一个连接于该输入齿轮与输出转轴之间的齿轮传动组，该输入齿轮的顺时针与逆时针旋转都能经由该齿轮传动组驱动该输出转轴朝固定方向旋转；每一个摆动单元连动该输入齿轮；每一个浮体单元包括两个分别连接该摆动单元的浮体，所述浮体因波浪而交互浮沈，能使该摆动单元连动该输入齿轮朝顺时针与逆时针方向交互旋转；每一个均匀转速单元与其中一个输出转轴连接，所述均匀转速单元经由该传动轴连动该变速单元；该发电机设置于该主体框架上并接收该变速单元的旋转动能产生电能。2.2 方案设计为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较桂实施例，对依据本发明提出的摆式波浪发电装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较桂实施例的详细说明中将可清楚的呈现。为了方便说明，在以下的实施例中，相同的元件以相同的编号表示。下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：如图2.1 、图2.2，图2.3 所示，本发明摆式波浪发电装置200 的第一较桂实施例包含一个主体框架20 、一个单向驱动单元30 、一个均匀转速单元80 、一个变速单元40 、一个摆动单元50 、一个浮体单元60 ，及一个发电机70 。该主体框架20 包括多个相间阳地沿一长方向X 延伸的第一杠条21 、多个相间阳地沿一垂直于该长方向X 的横方向Y 延伸且连接所述第一杠条21 的第二杠条22 、两个分别设置于所述第一杠条21 末端的舵板23 ，及一个矗立于所述第一杠条21 间的支撑架24.图2.1 是说明该第一较桂实施例中，一个单向驱动单元、一个均匀转速单元、一个致动摆臂及一个发电机的连接结构的立体图。图2.1发电机连接结构的立体图图中， 30-单向驱动单元；31-输入转轴；32-输出转轴；33-齿轮传动组； 40-变速单元；51-致动摆臂；52-左连动臂；53-右连动臂；70-该发电机；80-均匀转速单元84-输出齿轮；330-输入齿轮；331-第一齿轮；332-第二齿轮；333-第三齿轮；334-第四齿轮。图2.2 是说明该第一较桂实施例中，该单向驱动单元、该致动摆臂、一个输入转轴，及一个输出转轴的连接结构的侧视图。图2.2连接结构的侧视图图中，30-单向驱动单元；31-输入转轴；32-输出转轴；33-齿轮传动组； 40-变速单元；51-致动摆臂；52-左连动臂；70-该发电机；80-均匀转速单元；81-接块；82-第二连接块；83-弹性元件；84-输出齿轮；330-输入齿轮；331-第一齿轮；332-第二齿轮；333-第三齿轮；334-第四齿轮。图2.3 是说明该第一较桂实施例的使用情形的示意图。图2.3使用情形的示意图图中，20-主体框架；20-主体框架；50-摆动单元； 51-致动摆臂；52-左连动臂；53-右连动臂；54-两个辅助摆臂； 55-摆动杆；61-浮体；70-发电机；330-输入齿轮。2.3 整体方案论证根据以往的研究成果可以在波浪能装置的研究现状和发展中找到都不是很成熟，很多缺点，如收缩通道式发电装置，转换效率低，并在海边占用空间大，无冲击漂浮电力传输推广;岸式波力意味着更高的环保要求等。该方案采用纯吸收机械建设和波浪能，转换效率高，占地面积小，维护方便，便于电力传输的转换，使高价值的研究。金陵科技学院学士学位论文 第3章 摆式波浪能发电装置的结构设计第3章 摆式波浪能发电装置的结构设计3.1 漂浮系统的运动计算设计流程： 根据一个工作环境是浮在海面上，盐水腐蚀性，耐腐蚀性强的塑料材料，韧性好，适合于制造浮动储存空间。 3.2 主体结构的设计摆式波浪能发电装置主要通过齿轮传动机构来实现发电的，把摆式的机械能转变为齿轮传动，然后传动到发电机上面去。3.3 齿轮传动设计应尽量使相啮合齿轮的齿数之间没有公约数，以便使齿轮在使用过程中各齿之间都能相互啮合，以加速磨合，模数。3.3.1 第一级齿轮传动设计a) 选材料、确定初步参数1) 选材料 小齿轮：40Cr钢调制，平均取齿面硬度为260HBS 大齿轮：45钢调制，平均取齿面硬度为260HBS2) 初选齿数 小齿轮的齿数为Z1=20，则大齿轮的齿数为Z2=202.1=423) 齿数比即为传动比 4) 选择尺宽系数d和传动精度等级情况，参照机械设计手册并根据以前学过的知识选取 d=0.6小齿轮直径d1=60mm，则小齿轮的尺宽为b=d d1=0.660=20mm5) 齿轮圆周速度为： 参照机械设计手册选精度等级为9级。6) 计算小齿轮转矩T17) 确定重合度系数Z、Y：由公式可知重合度为则由手册中相应公式可知：8) 确定载荷系数 KH 、KF确定使用系数 KA：查阅机械设计手册选取使用系数为KA=1.85确定动载系数Kv：查阅机械设计手册选取动载系数Kv=1.10确定齿间载荷分布系数KHa、KFa：则 载荷系数KH、KF 的确定，由公式可知b) 齿面疲劳强度计算1) 确定许用应力H 总工作时间th，假设该切断机的寿命为10年，每年工作300天，每天工作8个小时，则： 应力循环次数 N1、N2 寿命系数 Zn1、Zn2 ，查阅相关机械设计手册选取Zn1=1.0、Zn2=1.15 接触疲劳极限取：hlim1=720MPa、hlim2=580MPa 安全系数取：Sh=1.0 许用应力 h1、h2 2) 弹性系数ZE 查阅机械设计手册可选取3) 节点区域系数ZH查阅机械设计手册可选取ZH=2.54) 求所需小齿轮直径d1 与初估大小基本相符。5）分度圆直径d1,d2 6）确定尺宽：取大齿轮尺宽为 b1=20mm 小齿轮尺宽取 b2=20mm3.3.2 第二级齿轮传动设计a) 选材料、确定初步参数1) 选材料 小齿轮：40Cr钢调制，平均取齿面硬度为260HBS 大齿轮：45钢调制，平均取齿面硬度为260HBS2) 初选齿数 取小齿轮的齿数为18，则大齿轮的齿数为182.22=403) 齿数比即为传动比 4) 选择尺宽系数d和传动精度等级情况，参照机械设计手册并根据以前学过的知识选取 d=2/3初估小齿轮直径d1=54mm，则小齿轮的尺宽为b=d d1=2/339=26mm 齿轮圆周速度为： 参照手册选精度等级为9级。5) 计算小齿轮转矩T16) 确定重合度系数Z、Y：由公式可知重合度为则由手册中相应公式可知：7) 确定载荷系数 KH 、KF确定使用系数 KA：查阅机械设计手册选取使用系数为KA=1.85确定动载系数Kv：查阅机械设计手册选取动载系数Kv=1.0确定齿间载荷分布系数KHa、KFa：则 载荷系数KH、KF 的确定，由公式可知c) 齿面疲劳强度计算1) 确定许用应力H 总工作时间th，假设该弯曲机的寿命为10年，每年工作300天，每天工作8个小时，则： 应力循环次数 N1、N2寿命系数 Zn1、Zn2 ，查阅机械设计手册选取Zn1=1.33、Zn2=1.48接触疲劳极限取：hlim1=760MPa、hlim2=760MPa安全系数取：Sh=1许用应力 h1、h2 2) 弹性系数ZE 查阅机械设计手册可选取3) 节点区域系数ZH查阅机械设计手册可选取ZH=2.54) 求所需小齿轮直径d1 与初估大小基本相符。5）分度圆直径d1,d2 6)确定尺宽：取大齿轮尺宽为 b1=392/3=26mm 小齿轮尺宽取 b2=26mm3.4 轴的校核3.4.1 一轴的校核 轴直径的设计式 取d=30轴的刚度计算a) 按当量弯矩法校核1) 设计轴系结构，确定轴的受力简图、弯矩图、合成弯矩图、转矩图和当量弯矩图。图3.2 轴的受力转矩弯矩图2）求作用在轴上的力如表3.1，作图如图3.2c表3.1 作用在轴上的力垂直面（Fv）水平面（Fh）轴承1F2=12NF4=891N齿轮 2=N轴承3F1=476NF3=1570N带轮41056N3） 求作用在轴上的弯矩如表3.2，作出弯矩图如图3.2d、图3.2e表3.2 作用在轴上的弯矩垂直面（Mv）水平面（Mh）截面N.mm合成弯矩截面合成弯矩4）作出转弯矩图如图3.2f5）作出当量弯矩图如图3.2g，并确定可能的危险截面、如图3.2a。并算出危险截面的弯矩如表3.3。表3.3截面的弯矩截面截面6）确定许用应力已知轴材料为45钢调质，查表得=650MPa。用插入法查表得=102.5MPa，=60MPa。7）校核轴径如表3.4表3.4 验算轴径截面截面结论：按当量弯矩法校核，轴的强度足够。b) 轴的刚度计算所以轴的刚度足够求作用在轴上的力如表3.5，并作图如图3-3c表3.5 作用在轴上的力垂直面（Fv）水平面（Fh）1F3=1627NF1=8362N =2381N2F4=754NF3=12619N轴21848N2）计算出弯矩如表6，并作图如图3.3d、图3.3e表3.6 轴上的弯矩垂直面（Mv）水平面（Mh）截面N.mm合成弯矩截面合成弯矩3）作出转弯矩图如图3.2f4）作出当量弯矩图如图3.2g，并确定可能的危险截面、和的弯矩如表3.7表3.7危险截面的弯矩截面截面6）确定许用应力已知轴材料为45钢调质，查表得=650MPa。用插入法查表得=102.5MPa，=60MPa7）校核轴径如表3.8表3.8 校核轴径截面截面结论：按当量弯矩法校核，轴的强度足够。b) 轴的刚度计算所以轴的刚度足够附：轴二与轴三的校核与轴一相同。取轴二的直径为35，轴三的直径为30. 经检验，合格。3.5 键的校核平键的强度校核. a) 键的选择 键的类型应根据键联接的结构使用要求和工作状况来选择。选择时应考虑传递转拒的大小，联接的对中性要求，是否要求轴向固定，联接于轴上的零件是否需要沿轴滑动及滑动距离长短，以及键在轴上的位置等。键的主要尺寸为其横截面尺寸(键宽b 键高h)与长度L。键的横截面尺寸bh 依轴的直径d由标准中选取。键的长度L一般可按轮毂的长度选定，即键长略短于轮毂长度，并应符合标准规定的长度系列。故根据以上所提出的以及该机工作时的要求，故选用A型普通平键。由机械设计手册查得：键宽 b=16mm 键高 h=10mm 键长 L=30mmb) 验算挤压强度.平键联接的失效形式有：对普通平键联接而言，其失效形式为键，轴，轮毂三者中较弱的工作表面被压溃。工程设计中，假定压力沿键长和键高均匀分布，可按平均挤压应力进行挤压强度或耐磨性的条件计算，即：静联接 式中 传递的转矩 轴的直径 键与轮毂的接触高度(mm)，一般取 键的接触长度(mm).圆头平键 许用挤压应力) 键的工作长度 挤压面高度 转矩 许用挤压应力，查机械设计手册表， 则 挤压应力 所以 此键是安全的。附：键的材料：因为压溃和磨损是键联接的主要失效形式，所以键的材料要求有足够的硬度。国家标准规定，键用抗拉强度不低于的钢制造，如 45钢 Q275 等。3.6 轴承的校核 滚动轴承是又专业工厂生产的标准件。滚动轴承的类型、尺寸和公差等级均已制订有国家标准，在机械设计中只需根据工作条件选择合适的轴承类型、尺寸和公差等级等，并进行轴承的组合结构设计。 试选10000K轴承，查机械设计手册GB281-1994，查得10000K轴承的性能参数为： C=14617N Co=162850N (脂润滑)3.6.2寿命计算 a) 计算轴承内部轴向力. 查表得10000K轴承的内部轴向力 则： b) 计算外加轴向载荷 c) 计算轴承的轴向载荷 因为 故 轴承1 轴承2 d) 当量动载荷计算 由式 查表得： 的界限值 查表知 故 故 则： 式中. (轻度冲击的运转)由于 ，且轴承1、2采用型号、尺寸相同的轴承，故只对轴承2进行寿命计算。e) 计算轴承寿命 f) 极限转速计算 由式 查得：载荷系数 载荷分布系数 故 计算结果表明，选用的10000K型圆柱孔调心轴承能满足要求。金陵科技学院学士学位论文 总结总 结经过大学的四年学习，我们学习了大学的全部基础课程和专业课程，在此基础上，我们已经穿插的进行了许多次的课程设计减速箱设计、金工制图课程设计等，还有每个学期不同周期的课程实践金工实习，生产工艺实习、毕业实习等，然而也是这些课程设计和课程实践使我认识和熟悉本专业的基础知识和实践过程，为我更好的完成毕业设计打下良好的基础。这次毕业设计是对我们大学四年所学知识的综合运用，也是对我们大学四年所学知识的考核，因此这次在大学结束时的毕业设计显得犹为重要。这也就给我们一次对所有学过的课程的系统和深入理解的机会，也是理论联系实际最好的机会，无疑会对我们学习的内容的深层次的巩固，对我们即将走进的工作岗位有很大的益处。本次毕业设计是我们走上工作岗位之前最后的一次演练机会，它将为我们今后胜任工作打下良好的基础，为我们提高自身的设计能力提供了一个难能可贵的平台。在本次毕业设计中，我综合运用了所学的各门基础课程和专业课程知识，掌握了机械设计的一般规律，树立了正确的设计思想，培养了我们分析和解决问题的能力；学会了独立搜集各种技术资料，研究工
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