毕业论文船用推进器

1、本科毕业设计（论文）船用推进器方向控制装置设计学院：机电工程学院专业：机械工程及自动化班 级： 2008级 1 班学 号：200802070121学生姓名：万家傲指导老师：欧长劲提交日期：2012年5月28 h船用推进器方向控制装置设计学生姓名：万家傲指导教师：欧长劲浙江工业大学机械工程学院摘要直翼摆线推进器(cycloidal propelle)作为一种性能优异的船舶推进器，被广泛应用 于拖船、扫雷舰艇、浮吊、动力定位等髙控制要求的场合。本文简述了船用直翼推进器的基本概念和研究意义，以及国内外直翼推进器方向控制 机构的研究现状，此外介绍了船用推进器的工作原理以及它的运动规律，总结两种常用方

2、向控制装置：凸轮式和连杆式。给出了船用推进器方向控制机构的总体设计方案，设计控 制机构的关键部件，还有绘制出装配总图。关键字：直翼摆线推进器 连杆机构 伺服电机 全方向推进器the design of propeller direction dontrol devicestudent: jiaao wanadvisor: d匚changjing oucollege of engineeringzhejiang university of technologyabstractcycloidal propeller is a performance ship propulsion,and the

3、demand of offshore drilling platforms, semi-submersible vessels, lifeboats, platform supply vessels,cabling ships and other marine engineering equipment is increasing sharply.this paper presented the basic concepts of cycloidal propeller and the importance of cycloidal propeller sudy and analyzed th

4、e present research situation of cycloidal propeller. this paper introduced cycloidal propellers working principle and law of motion,and summarized the two commom direction control device:cam-tape and link-tape.lt proposed the overall design of marine propulsion direction and control institutions,des

5、igned the key components of control institutions and drawed the assembly drawing.keywords： cycloidal propeller; linkage; servo motor; omni-directional thrusters 目录摘要iabstractii目录iii第一章绪论11 1 研究背景与意义 11.2直翼摆线推进器研究现状11.3本课题研究的内容4第二章直翼摆线推进器分析52.1直翼摆线推进器工作原理分析52. 2本章小结7第三章直翼摆线推进器控制机构83.1传统直翼摆线推进器控制机构分析8

6、3.1.1凸轮式直翼推进器的机构及特点83.1.2连杆式直翼推进器的机构及特点83.2控制机构的设计10321总体设计方案103.2.2丝杠结构10323连杆机构113.2本章小结11第四章控制机构的设计与校核124.1主要设计参数124. 2滑动丝杠轴设计124.2. 1材料与螺纹的选择124. 2.2螺杆的设计124. 2.3螺母设计与计算154.3摇杆的设计计算164. 3.1摇杆示意图164. 3.2计算与校核174.4连杆机构的设计184.4. 1连杆机构184. 4.2连杆机构的设计计算194.5伺服电机的选择224. 6本章总结24第五章全文的总结与展望255. 1设计总结255

7、.2工作展望25参考文献26致 谢27 第一章绪论1. 1研究背景与意义水上资源是人类的财富，人类的发展离不开对水资源的利用，最直接的就是捕捉水生生物，那么 渔船就诞牛了，如美国研究出得一种踏板控制方向的渔船，大大方便渔民。但船舶的核心是它的方向控 制机构，现在最常用的控制机构有：螺旋桨推进器、宜翼推进器等，而直翼推进器对方向的控制是螺旋 桨推进器不能比拟的"。直翼推进器在国外早有使用，但国内对其研究还较少，更无使用先例。山于直翼推进器有着普通螺 旋桨无法比拟的优点，加之国内开发制造的成木较低，因此，只要其技术可靠、经济合理，其应用前景 是很广阔的。由于内河航道窄、弯道多、吃水浅，这

8、就要求航行船舶应具有良好的操纵性来保证航行安全。我国 极浅水河流众多，这些河流的弯多流急，有些地段河道坡度较大。普通螺旋桨船舶在这些地区的推进效 率较低，操纵性能不佳，导致上滩能力不强，流急弯多处不易操纵，给水路运输带来了极大的困难。这 些地区水路运输的客观现实迫切需要开发一种适合这些地区的性能较好的船用推进装置。因此，直翼推 进器在内河运输船舶上的应川具有广阔的前景o此外，育翼推进器还可以在诸如港作拖船、工程船舶、车客渡船、海洋工程、游览船以及扫雷舰艇 等一些具有特姝川途的船舶上得到应川。口前，螺旋桨是海洋工程装备屮普遍使川的船舶推进器。装备 螺旋桨推进器的船舶在低速航行吋，控制性能下降明显

9、，其原因是船舵产生的横向力的大小与船速有关。 在船舶经过海峡或者返冋港口，与其它的船舶靠近的吋候都是低速航行，此吋船舵产生的横向力变小， 导致船舶控制力不足。丸翼摆线推进器弥补了螺旋桨的不足，无需船舵就能够在360。方向上快速改变 推进力方向和人小，在任意航速下船舶都具有良好的控制力。优异的操控性能使得直翼摆线推进器非 常适合配备在特种船舶上，例如反鱼雷舰艇、灭火船、拖船、动力定位系统等。直翼线推进器相比于喷 水推进器、全回转推进器、螺旋桨等推进器，具有操纵灵活方便、动态拖力人、抗风浪能力强、设备故 障率低、维修成木低等优点。直翼摆线推进器应用于动力定位系统，推进器数量人幅减少，有效降低系 统

10、成木与能耗。1.2直翼摆线推进器研究现状立翼摆线推进器，是由一组从船体伸向水中并绕某一垂直于船体的轴线作圆周运动的叶片组成。该 推进器的水力剖面面枳为矩形（螺旋桨推进器为圆形），在相同吃水情况下，英水力剖而面枳一般较普通 螺旋桨人，有利于降低推进器的负荷。直駅推进器与螺旋桨推进器旋转尾流相比，横向尾流损失较小。 另外，直翼推进器可在36（）。范围内快速改变推力方向及大小，获得优良的操纵性和机动性。一般螺旋桨 船舶在停航或以极低航速运动时，舵效往往很差或完全丧失操船能力，而直翼推进器在上述工况下仍可 具有灵活的操纵力。因此，直翼推进器作为一种船用推进装置，具有操纵性能优良、推进效率较高的优点。国

11、外的摆线推进器理论与实验研究以德国、美国、日本取得的成果最为突出。德国voith公司的 voith schneider propeller利川cfd和fem分析优化了摆线推进器结构，使其具有更加出众的操控性能。在国内，摆线推进器研究主要集中在理论研究上，哈尔滨船舶工程v院在20世纪80年代率先开展 了摆线推进器的理论研究，朱典明、苏玉民、张洪南等教授的研究完善了摆线推进器的理论模型。口前直翼推迓器多采用广义摆线机构和改善的摆线机构,但由于其机构比较复杂以及受机构木身的 运动限制，桨叶摆动规律不能很好地满足水动力的要求，限制了具推进性能，特别是推进效率的进一步捉 高。这也是直與推进器难以推广应丿

12、ij的主要原因之一。现在直据推进器主要应丿ij于航海领域、航空领域 以及能源资源领域。直翼摆线推进器最早应用于航海领域，解决了螺旋桨推进器控制性能不足的问题。直翼摆线推进器 在航海器上主要有两种女装方式,一种垂直船舶脊线安装于船底,可以提供水平面上推进力，应用于普通船舶，另一种垂比船体侧而对称安装，提供垂直而上的推进力，作为潜水器的动力与控制系统，如反 他雷舰艇、灭火船、拖船上的应用，如图1.1所示。401l-w（a）拖船（b）摆渡船（c）反鱼雷舰艇（d）浮吊图 1. 1 voith schneider propel ler 的各种应用肖翼摆线推进器在航空器领域的应川与直翼摆线推进器在潜水器上

13、应川原理相同，同样垂肖航空器侧面对称安装，改变两侧推进器的推进力口j以得到空间任意方向大小的推进力。二十世纪三十年代，kirsten提出将直與摆线推进器应川到航空器，并建造了第一架应川直翼摆线推进器作为动力的飞机，2同时申请了专利，如图12所示。egg-beater wing plane lmiutcs hovering flight of eagleprvoiaixg blmn rzwbh# wfnrfctl pi-ts of 11 bakf l lilvtr winp imi itibiliwi on itr *n*i*<w dyi胖 mxlunc? m ek* * jiixd io

14、 rrprvduir tb< bed (alun <i( an w a sewn tat miulrt <4 tk ufieuai cmfl hn rrnib bern limit io ik aero«4utirx btmrhanex of tlir ctinroiy of unhtu- tee k its iiwtlor. dr. fr<4tnck k ktr- utn. tw ooirl mrclun»i is nirr?- rd tn pit hrt»fr vpcrdx. hinmnr flight. 304 llfwtr hoib

15、no图1.2 krsten装备摆线推进器的飞机随着研究的深入，tt翼摆线推进器的应用范围也在不断地扩大。除了应用于航空器、航海器之外,育翼摆线推进器还应用于能源领域，如水轮机、风轮机等。下面是2幅直翼推进器在这方面的应用的图片图1.3摆线式直翼水轮机图1.4摆线式直翼风轮机1.3本课题研究的内容对传统的直翼摆线推迓器理论分析以及机构的研究，设计一船川推进器的方向控制机构，木课题主 要是研究并设计它的机械结构。本文研究的主要内容如下：（1）研究传统直翼推进器工作原理以及运动规律。（2）进行了总体设计和各个部分设计。（3）对关键部件进行设计与校核。（4）绘制装配图和零件图。第二章直翼摆线推进器分析

16、2.1直翼摆线推进器工作原理分析翼摆线推进器垂直于船体脊线安装，英水平冋转箱的圆周上均匀地分一定数（26个）的垂育叶片， 如图2. 1所示为直翼摆线推进器实物图，图2. 2为直翼摆线推进器实际安装图。推进器工作时可看成两 个运动的合成，冋推进器轴心线转动，同时叶片以按照一定的规律绕口身轴心线转动，此时动形成的轨 迹即是摆线，如图2. 3所示。图2.1直翼摆线推进器实物图图2. 2直翼摆线推进器实际安装图直翼摆线推进器的摆线运动分解成推进器的直线运动和绕口身轴的旋转运动。下图是摆线运动的分解的示意图。1800270%。图2. 3直翼摆线推进器的摆线运动轨迹2. 2直翼摆线推进器运动分析设圆内一点

17、n,叶片的轴心点为在推进器转动过程时使pn与叶片的眩线时时垂直，改变控 制n点在圆内的位置，就可以改变叶片弦线与摆线轨迹的夹角，即改变作用于叶片上的水流的入射角,从而使每个叶片产生的推力产牛变化，由此改变推进器的推进力大小与方向。/v点被称为控制点，此 过程即是直嶷摆线推进器的运动学原理。n：控制点o:推进器轴心点p:叶片轴心点w:合速度u:圆周切线速度vj直线速度图2.4速度分析（n产生偏距on）推进器旋转一周,转轴中心点o前进距离即为螺距h = "er,由图23可以看出叶片弦线方 向与路径切线方向相同，此时水流方向通过对称剖血中心，故无水力升力产牛，维持船速忆。此时的 螺距称为零

18、推力直翼摆线推进器理论研究螺距。零推力螺距比为：空=2兀次=阿。d 2r综上所述，立翼摆线推迓器通过改变叶片眩线与圆周切线的夹角，从而改变推迓力的大小和方向,可通过调节n点位置，使得改变转速人小实现。当推进器随船体前进时，叶片与圆周切线必定成一定 角度，称该角为攻角。攻角的存在使叶片产牛了水力升力，水力升力在船体前进方向上的投影即是推进 力。因控制点n存在偏心，所以叶片攻角随着推进器的转动周期性变化，产牛的水力升力也随z改变。调节w点在圆内的位置，可得到任意方向，一定大小范围的推进力，如图2. 5所示。e f图2. 5 a-f为n点在不同位置处的推进力（箭头人小和方向即为推进力的大小和方向）2

19、. 2本章小结木章介绍了直翼摆线推进器的工作原理，同时对叶片的运动规律进行了分析。第三章直翼摆线推进器控制机构3.1传统直翼摆线推进器控制机构分析实现直翼摆线推进器的运动学原理就是要保证控制点与叶片轴心的连线始终垂直于叶片的弦线。叶 片随推进器i口i转箱转动，同时绕自身中心轴转动。山于控制点位置是对调的，因此控制点与叶片轴心的 距离是变化的。以上是直翼摆线推进器实现的基本要求。直翼摆线推进辭的实现机构很多，归纳起来主要可分为两种主耍类型的直翼摆线推进器，一种是螺 距不可调（偏心率不可调），另一种是螺距可调。螺距不可调直翼摆线推进器（凸轮式直翼推进器），其控 制点的偏心率是常数，相当于控制点放置

20、在一恻上，通过改变该点在恻上的相位和从而改变推进力方向, 改变推进器转速，改变推进力大小。螺距可调青翼摆线推进器（凸轮式直翼推进器），其控制点的偏心率 是可连续改变的，因而推进力人小可通过改变偏心率和调节推进器转速两种方式得到调节。3.1.1凸轮式直翼推进器的机构及特点为了进一步改善推进器桨叶摆角曲线，桨叶自转采川口轮轨来控制桨叶轴的摇柄，简化了推进器的 整体结构，其机构见图3.1。动力由输入轴通过伞齿轮带动转盘作均速转动，等间距安装于转盘上的桨 叶在作公转的同时，桨叶上部的摇柄轮在凸轮轨中运动并使桨叶按某种规律摆动，以产生方向相同的推 力。凸轮的旋转位置就代表了推力的方向。凸轮轨可以转动，并

21、山操纵人员控制，如将凸轮轨转动至某 个角度可使推力方向随之转动某个角度，即达到操纵船舶的目的llc，0o图3. 1行星式凸轮直翼摆线推进器控制机构3.1.2连杆式直翼推进器的机构及特点连杆式直翼推进器是采用连杆机构对桨叶角度变化进行控制的，其机构见图3. 2。其最大的特点就 是可以通过其中心的控制杆控制连杆机构调节桨叶的变化，使推进器产牛的推力发牛变化（即实现桨的 调距功能），推力方向町以360°旋转（实现桨的操纵功能）。该推进器具有极好的操纵和变距功能，是目 前船用推进类型中性能优良的舵桨装置。连杆式直翼推进器的机械传动效率略高于凸轮式冇翼推进器。图3. 2连杆式直翼推进器控制机构

22、综上所述，这些机构均能准确、稳定地改变直翼摆线推进器推进力的大小和方向，具有良好的冋转 对称性。螺距可调直翼摆线推进器相比于螺距不可调直翼摆线推进器具有更大的推广价值，因此受到了 广泛的应用。但目前所使用的玄翼摆线推进器都是采川机械结构，实际应用中存在着结构复杂，磨损严 重，噪声大，动态响应慢的缺点。3. 2控制机构的设计3.2.1总体设计方案图3.3直翼推进器示意图木设计主要通过伺服电机驱动2个丝杠的运动，从而使摇杆顶端在一特定的范围内运动。然后利用 中间关节轴承的杠杆作用，通过摇杆控制连杆机构的中心位置，从而调节叶片的偏转角度，使直翼推进 器的推力发生变化（即实现叶片的调矩功能），满足xl

23、翼推进器的方向控制要求。3. 2. 2丝杠机构图3. 3双丝杠示意图如上图所示，这里是2个垂直的丝杠，且它们是丝杠轴转动，螺母直线运动的类型。通过螺母的直 线运动，就能控制摇杆顶端的运动，让它能够满足设计要。3.2.3连杆机构如上图所示，这是由4个5杆机构组成连杆机构，它们的主动件就是中心位置的摇杆。通过中心位 置的改变，就可以改变叶片的转角，这就是本设计采用的机构。3. 2本章小结本章主要讲述了传统直翼摆线推进器控制机构的分析，包括螺距不可调（偏心率不可调）和螺距可调 两种。另外，给出自己的总体设计方案，并且给出关键的部件图及其简述。第四章控制机构的设计计算4.1主要设计参数摇杆最人受力为3

24、000牛；实现摇杆360度全方位控制，使其顶点的运动轨迹始终运行在080加加恻 内；最大运行速度1.5m / min。4. 2滑动丝杠轴设计4.2.1材料与螺纹的选择螺纹有矩形、梯形锯齿形，常用的是梯形螺纹。梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角a = 30°f梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动。故选梯形螺纹，单线n = o丝杆材料常用q235、q275、40、45、55等。这里选45钢。摇杆最大受力为3000牛，考虑这里采用双滑动丝杠推动摇杆冋转，且丝杠夹角为90。如图4.1 所示。4. 2. 2螺杆的设计螺旋轴向最大工作载荷为：f = 3mon(4-1)(4-2)fc = fk/khk

25、a = 36oon由条件,查表 2-6 取 kf=1.2, kifi.o, ka=1.0o按耐磨性条件确定螺杆中径d2。求出d2后，按标准选取相应公称直径d、螺距p及其它尺寸。2>0.8 丄v屮pp查机械传动表11-1-4,0 = 1.22.5,取0 = 1.4 （梯形螺纹），采用整体式螺母。由表7.2-6知，牙面滑动速度为低速，所以选pp = 5n/mm这里取d = 26加加。(4-3)按梯形螺纹标准，取螺杆螺纹参数：p = 5mm= 0.25mmh = 1.866/2 = 2.5mm/?3 = h 4 = 0.5 + de = 2.15mm2 = di = d 0.5 p = 26

26、0.5x5 = 23.5 mm d 3 = d 2/13 = 20.5mmd-d-p- 21mmda = d + 2ac = 26.5自锁条件是0 = 0,式中：0为螺纹中径处升角；0为当量摩擦角（当量摩擦角=arcta叨v,为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1 ° o 查表 7.2-5, m 取 0. 9.(44)(4-5)0 = arctan（np / nd 2） = arctan（5 / 龙 x 23.5） = 3.88°p>=arctan0. 09=5. 14因屮<p',所以满足自锁要求。其中 l3=70mm, li=30mm, ls

27、=5, mm, di=20mm, ds=30mm,dr36min, li=136mm, l2=4mm螺杆强度计算：对受力较人的螺杆应根据第以强度理论校核螺杆的强度。强度计算方法参阅表11-1-4,+ 3(mt（0.2心丿< ctr(4-6)其中扭矩(4-7)m = f tan(0 + pv) = 4764.8n mm式屮：肖为螺纹中径处升角，。为当量摩擦角。 查手册，45钢，6 = 355mpgct s(j s(tf =343= 88.8a/p6/4ft竺空)2+3( 4764.8 2 =9 09“ 肿ttx20.520.2 x 20.53(4-8)(4-9)所以满足强度要求。螺杆稳定性

28、计算细长的螺杆工作吋受到较大的轴向压力可能失稳,为此应按稳定性条件验算螺杆的稳定性。若危险截血血积a =则虫02.5螺杆的临界载荷几与柔度刘有关，加=型，“为螺杆的长度系数，与螺杆的端部结构有关，i fi为螺杆的行程，取i = 190価j为螺杆危险截血的惯性半径,"汕为螺杆危险截而的轴惯性矩）当螺杆的柔度入s<40时，可以不必进行稳定性校核。a.计算柔度（1）计算螺杆危险截面的轴惯性矩/和/3.14x(20.5x10-/ =86?x1o_96464=t=5j25x,0_3(4-10)(4-11)（2）计算柔度查教材，"取2（端固定，一端自由）查手册表1-6, e取20

29、0gpa(4-12)b.稳定性计算计算临界载荷fcr342x200xl(fx 8.67x1 ()9(2x130x0.001)2稳定性计算= 253xlo'n(4-13)fcr _ 2.53 xlq5 "2548= 99.3 >4(4-14)综上可知，该螺杆是稳定的，满足条件。4. 2. 3螺母设计与计算a.选取螺母材料螺母材料一般可选用青铜,对于尺寸较人的螺母可采川钢或铸铁制造，其内孔浇注青铜或巴氏合金。这里选青铜。确定螺母窩度/及螺纹工作圈数u。螺母高度hf&，螺纹工作圈数卩上,考虑退刀槽的影响, p实际螺纹圈数“ =“ + 1.5 （应圆整）。考虑到螺纹圈数

30、u越多，载荷分布越不均，故u不宜大于10,否 则应改选螺母材料或加大d。螺母高度rh下式计算：hi”求螺母高度hh ' =(pd2 = 1.4x 23.5tnm = 32.9mm(4-15)螺纹工作圈数uh132.9u =p 5=6.6d = u + 1.5 = 8l(4-16)应圆整，取9螺母实际髙度h'(4-17)b.校核螺纹才强度一般螺母的材料强度低于螺杆，故只校核螺母螺纹牙的强度。螺母的其它尺寸见图。必要吋还应对 螺母外径d3进行强度验算。对螺纹才的剪切强度和弯1111强度进行计算。螺纹牙的剪切强度和弯曲强度条件分别为：(4-19)查表,ti=o- 634p （梯形螺纹

31、），h二0. 5p卜取 30 40mp 也取 4060mpa。故,ff 25487tdz /rdo.634/肱 34x26x0.634x5x9x10 6= a5mpa(4-20)竺=3x254825x5 = ?品tvdwz (o.634p)2 z 3.14x(0.634x5) x9x23.5(4-21)所以满足要求4. 3摇杆的设计计算摇杆是连接主动件丝杠与从动件连杆机构的屮间环节，它主要是通过屮间的关节轴承的杠杆作川, 来传递功率的。它主耍受弯矩的作用，这里验算是主要考虑它的受弯矩情况。4. 3. 1摇杆示意图1/6图4.3摇杆结构其中l1二44mm,用来女装2个关节轴承；l2=300mm；

32、 l5=2mm; l3=16min，它是一段用来固定关节轴承 的螺纹；l4=53mm,安装关节轴承;l6=5mm,轴肩;l7=241mm； l8=20mm,安装关节轴承。4.3.2计算与校核先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。摇杆受力情况如下:弯矩示意图如下:图4. 5摇杆机构所受弯矩图 山材料力学知识，易知中间支撑点的所受弯矩最大。最人弯矩m max = f max zz = 3000 x 260 n mm = 780000 n nvn因屮间位置截面是直径为d的恻形，则1315(4-22)m max<t max =wm max _ 32m max(4-23)查工程材

33、料力学书,知45 钢的 6 = 335mrz带入上式，得,严吁x = ?32x780000&机“x 335x1000000(4-24)考虑到摇杆较© 且整体成锥般，所以这里将中间截血直径取d4 = 50加”根据经验公式取:di = 48/nmds = 56mm de = 29mmdi = 25mm d = 25 mm di = 50mm4.4连杆机构的设计4.4.1连杆机构实现直翼摆线推进器的运动学原理就是要保证控制点与叶片轴心的连线始终垂直于叶片的弦线。叶 片随推进器冋转箱转动，同时绕自身中心轴转动。由于控制点位置是可调的，因此控制点与叶片轴心的 距离是变化的。以上是克翼摆

34、线推进器实现的基本要求，连杆机构就是用来改变控制点位置的装置。该连杆机构主要是用来使直翼桨叶绕自身轴线转动，它由4个5杆机构机构组成，它的动力来源是 中心的摇杆的摆动。摇杆通过伺服电机丞动的滑动丝杠在一定范围内运动，通过关节轴承的杠杆作用， 使得连杆机构的中心位置发牛改变，从而改变叶片转动的角度。机构均能准确、稳定地改变直翼摆线推 进器推进力的大小和方向，具有良好的回转对称性，因此这里采用4个结构相同的连杆机构來设计。4.4.2连杆机构的设计计算a. 设计参数叶片摆动角度的范围120。240° ；摇杆顶端运动范围是&机壳中心位置确定，叶片到中心的距离为400mmob. 自由度

35、分析图4.7连杆机构机构示意图易知，该机构由4个活动构件(即彳个活动杆)，有5个转动副。所以该机构的口由度是f = 3n- (2 p + pn) = 3x4-2x5 = 2(425)因该机构的原动件数kl小丁机构的口由度，所以该机构的运动不能完全确定。c.机构尺寸设计根据杠杆定理，知摇杆底部运动的范围是：d = 80 = 80x= 64/n/77a 356(4-26)为满足设计条件，下而将采用是凑法对该机构进行设计。考虑到叶片垂直对称分布在800mm的 圆上，所以这里连杆机构的最长杆应设计成小于400mm,同时考虑到机构不稳定性，使得摇杆4号杆 长度不能太短。考虑到5杆机构的不稳定性以及防止出

36、现极冋现象，这里对箱体进行了相关设计，即设 计一挡板，让连杆机构的4个部分互相阻挡，使得机构无法出现极回现彖。试凑方法：根据所拟定的连杆各杆长度，通过制图工具绘图，并分析它的极限位置，确定他是否满 足条件。下而选取下列数据进行试凑：1号杆ll=80mm2号杆l2=352mm3号杆l3= 140mm4号杆l4=70mm5 号杆 l5=325mm通过caxa作图，做出连杆机构在极限位置时，叶片的角度。下而是摇杆在儿个极限位置的示意图。摇杆在最左端时：连杆机构各杆位置如下图4.8所示。图4. 8连杆机构极限位置图由图可知，叶片在最左端时,它的摆角为121.8° ,或者237.1°

37、。摇杆在最右端时：连杆机构各杆位置如下图4.9所示。图4. 9连杆机构极限位置图由图可知，叶片在最左端吋，它的摆角为106.5° ,或者253.7° o 摇杆在最上部时：连杆机构各杆位置如下图4.9所示。图4.10连杆机构极限位置图由图可知，叶片在最左端时,它的摆角82.3° ,或者210.7°。由图可知，叶片在最左端时,它的摆角147.4° ,或者253.8°。 由上面分析可知，该机构能使叶片摆角范围是106.2°到277.7° 。 所以该组连杆的设计满足设计要求。4.5伺服电机的选择伺服电动机是由伺服控制器与伺

38、服电动机组成的粘密控制电动机。与变频器控制的三相异步电动机 不同，伺服控制器所控制的伺服电动机，本身装有精度很高的旋转编码器，它能准确的修正电动机的转 角误差，使电动机的输出转角、转速可以达到很高的楮度。这里要通过控制伺服电机的转动，从而使摇 杆转动从而带动叶片的自转，达到需要的角度，改变船的行驶方向。这里初步选择伺服电机是mdska系列，初步选择它的型号为：mdska05622, 140。主要参数：表1 电机mdska05622, 140主要参数额定转速额定转矩额定功率最大转矩最大转速转动惯量3950/-/min 2.0n mo.skwion m 8000r/min 2.4xio 2;v c

39、m s1对初选的伺服电机进行验算校核。丝杠的转动惯量：ji = 0.78d4lx10-5 cm s2（4-27）已知d = 2.6cm , l = 13.5cm,带入上式ji = 0.78d4lx10-5 cm s2 =0.78x2.64x 13.5x10 5 =4.8xl0-3 cm s2(4-28)摇杆的转动惯量：j2 = 0.78d4lx10-5a cm 52 =0.78x5.04 x60xlo5 = 0.32v cm s2(4-29)叶片的转动惯量：丿3 = 0.78£)4lx 10 5n cm s2 = 0.78 x 6.04 x 60x 10 5 = 0.4/v cm s

40、2(4-30)连杆机构的转动惯量：估算它们的等价q = 45肋,l = 40cm °(4-31)(4-32)j4 = 0.78d4lx10-5n cm s2 = 0.78x4.54 x40x 10-5 = 0.13a cm s2机箱折算到丝杠上的转动惯量为:12龙丿g已知丝杠螺距为：s = °.5cn?。控制机构估算重量：w = 500n重力加速度:=980cm2/?带入4-31式，tl卜j吗2型=3.2"皿心(2龙丿g(2%丿980传动系统折算到伺服电机轴的转动惯量:jt = u(j + j2 + jt) n cm s2所以有:j/= t/(ji + j2 +j

41、/) = 0.4(4.8x 10-3+0.3 + 0.13 + 0.4)= o.33w cm s2所以系统总转动惯量是：jr = jt jt = 0.33 + 0.024 = 0.354n cm s2(4-33)(4-34)(4-35)伺服电机转矩验算及主电机功率的确定,这里川伺服电机空载时进行校核验算。m max =jrxn9.6卩xlo-2(4-36)空载启动时，折算到电机轴上的力矩：己知：系统时间常数卩=（）06$所以有:(437)m max = 24 3n m考虑到滚珠丝杠和摩擦产生的转矩很小，这甲不沖考虑。因mmax >m所以这里选择最大转矩是10/v m的伺服电机不符合，重新

42、选择最大转矩较大的伺服 电机。这里选择最大转矩是2n m的伺服电机，它的型号是：mdska 080-22 , 140.该电机的主要参数：表1 电机mdska08022,140主耍参数额定转速额定转炬额定功率最大转炬最大转速转动惯量4100r / min 5 an m23kw60n m 8000r/mini9.2xi（r22v cm s2经验算符合耍求，所以这里选择这个电机冏。4.6本章总结本章是设计的重点，它对主要的机构进行设计与校核，包括滑动丝杠的设计、摇杆的设计与校核、 连杆机构的设计以及伺服电机的选择。第五章全文的总结与展望5.1设计总结航翼推进器是一种优越的船舶推进器，能够在360。方

43、向上快速改变推进力方向和大小，实现船舶 原地转换、精确定位等动作。直翼摆线推进器对水下水上探测以及海洋开发领域山广阔的应用前景和亜 要意义，结构合理、运动可靠的推进器结构不仅保证满足全方向推进功能，可以改善构件受力状况，减 少能量损火，效提扁推进器工作效率。本文在查阅分析国内外相关资料和试验基础上，依据偏心盘原理 设计了摆线运动规律的直翼推进器方向控制机构及全部零件，对机构的运动学和部分車要零件作了仔细 计算校核。木论文完成了全方向推进器机构设计和运动学、动力学分析以及重要零件的强度校核。木文 的主要研究内容总结如下：（1）简述了直與摆线推进器的基木概念和研究意义，概述了直翼摆线推进器在航海、

44、航空和能源 领域的应用。（2）介绍了直翼摆线推进器的工作原理和它的运动规律。（3）给出直翼推进器方向控制装置的总体设计和部件分析。（4）这章是本课题最重要的部分，它包括伺服电机的选取计算、摇杆的尺寸计算与力的校核、连 杆机构各部件长度的确定，还有滑动丝杠的轴和螺母的设计计算。5. 2工作展望真翼推进器应用在船舶工业上，是-种趋势，它对于船舶业的影响很大，所以研究这类型的船舶方 向控制机构具有很人现实意义。但是，我国对这类型机构的研究很少，人多数都是皋于理论的皐础上结 合国外的研究成果进行相关分析实验，诸如这个机构机械设计却很少。相对于德国、h本等发达国家在 这方面的研究为投入，我国真的很不到位，希望有更多人去研究这种机构，把它更好的应用到实际工业 中去。结合查阅的资料以及口己的设计体会，提出几点直翼推进器的进一步发展的方向：（1）直翼摆线推