毕业设计（论文）-南水北调渠道行走式防鸟网设计

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第1章绪论1.1课题研究的背景南水北调是缓解中国北方水资源严重短缺局面的重大战略性工程。我国南涝北旱，南水北调工程通过跨流域的水资源合理配置，大大缓解我国北方水资源严重短缺问题，促进了南北方经济、社会与人口、资源、环境的协调发展，对于国家和人民的意义及其重大。[1]近年来随着人类对自然环境保护意识的增强,鸟类的种群和数量也在逐年增加,鸟类生存三要素主要是吃、住、饮，所以鸟类必须在有食物、有水、有地方筑巢的地方活动，鸟喜欢有水源的地方，如河流、湖泊、水渠、稻田、鱼塘、低洼潮湿、沼泽地带附近，且村庄少、有较大或较多树木地带活动，适合鸟类生存，所以水库渠道检修闸易成了鸟群的聚居地，鸟类一旦选择在渠道检修闸室内筑巢,在一段时间内即便是受到外界较大的干扰也不会轻易离开。往往检修人员刚刚把鸟巢清除掉,鸟群又会回过来重新筑巢,而且重筑的鸟巢比先前的还要紧密、结实。[2]鸟群的聚居不仅对检修闸室内的环境造成污染，影响机器的正常运行，并且排到检修闸下方水库中的鸟粪也对水体环境造成了严重污染，对南水北调的正常运行造成干扰。渠道检修闸情况如图1-1所示，鸟群会从天车下方飞入检修闸室内。鸟类的活动会对修筑完善之后的南水北调检修闸的室内产生一定的污染，所以需要在修筑好的水闸内安装一种设施以防范鸟类盲目闯入对水闸室内以及设备的危害。图1-1渠道检修闸1.2课题研究的简介南水北调渠道行走式防鸟网是利用防鸟网在端部电机的运动下沿轨道运动实现折叠和伸展的半自动机械装置。采用行走式防鸟网具有如下优点：占地面积小，体积小，重量轻，使用方便，经济成本低，结构较为简单，使用寿命长，有效节省了人力物力。通过有效的设计和装配其使用寿命很长，不用花费大量的人力物力去维护。行走式防鸟网能有效地阻止各种鸟类进入南水北调渠道检修闸，从而防止了鸟类可能对检修闸内的各种设备造成的危害，有效保证了室内设备的安全，防止被各种外来生物的损坏的可能。1.3课题设计的内容本次设计的主要内容主要包括以下几个方面：研究南水北凋渠道行走式防鸟网设计的具体的原理、实现的具体技术、使用的设计计算方法、涉及的关键技术等等；基于从整体功能——部件实现完成全部零部件的设计计算；将南水北调渠道行走式防鸟网使用的零部件在Solidworks软件中三维建模；通过Solidworks软件，完成系统的虚拟装配、系统的动作的仿真动画以及关键零部件的有限元分析。利用SolidWorks软件对工作装置进行设计和分析，可以快捷、准确高效的解决设计上可能存在的众多难题。利用SolidWorks进行计算机辅助设计可以使工作的设计周期变短，设计的工作得到简化，设计的效率和设计水平明显提高，从而使行走式防鸟网的综合性能得到很大的改善，以求满足实际工作的要求。1.4课题的设计目标与方法1.4.1课题的设计目标设计的机械系统应满足以下几个要求：稳定性和安全性好，提高工作速度和效率；满足在正常工作的条件，结构的强度、刚度、柔度、表面耐腐蚀性符合工作环境；实现既定的工作目的；价格成本低；绿色、无污染。设计出使用成本低、效率高、可靠度高、承载能力各方面均衡、效益最大化，实用、可靠、安全的行走式防鸟网系统。根据最终的设计结构，总结行走式防鸟网设计的一些方法，为以后的设计优化提供理论依据和支撑。1.4.2课题的设计方法首先根据检修闸门槽和其周围工作环境和条件，完成行走式防鸟网的总体方案设计，绘制总体结构运动示意图；然后分割不同的部分，确定机器的不同构件的工作方法，设计主要工作部件，动力结构，动力传动机构以及承重附件部分，并且利用理论力学、材料力学以及机械设计的相关方法和原理对工作装置进行受力分析及强度计算；对所设计结构进行SolidWorks进行三维建模和运动仿真分析，保证其实用性、可靠度以及安全性。南水北调渠道行走式防鸟网设计方法的整个过程如下图1-2所示。现有防鸟方法的分析随着人类对鸟类的保护，鸟类的数量开始增多，但是鸟类对人类财物的破坏也凸显出来，无论是鸟类对输电线路的破坏还是对果园及农产品的破坏以及对空中高速运动的飞行器的碰撞损害，都进一步把防鸟害提上了日程，以下是网上搜集的现有的一些防鸟方法：声音驱鸟器声音驱鸟器可分为两种类型：第一种是利用语音芯片和扬声器两者配合发出声音；第二种是利用MP3技术录制一些鸟类的哀鸣、天敌的叫声惊吓鸟类。技术简单、成本低是语言芯片发声的驱鸟器的优点，它的缺点是声音种类比较少、鸟类的适应周期很短。MP3技术制作的驱鸟器具有声音逼真的优点，但是成本高，技术比较复杂，而且国内的鸟类语音库多是从国外进口，鸟类种类不同，有一些鸟类不但不惧怕，反而喜欢语音库中的一些声音，不但没起到驱鸟效果，反而招来了鸟群，导致适得其反。超声波驱鸟器人耳最高能感觉到20KHz的声波，频率更高的超声波人类感觉不到。今天，超声波应用范围已经很是广泛。超声波驱鸟器采用单片机技术实现分段工作，每次工作在一定的频率范围内随机发出某频率超声波，延长动物的适应期。[4]超声波驱动器成本低，性能可靠，效果比较明显，使用寿命长。由于不同鸟类接收的频率不尽相同，所以针对的鸟类比较有限。图12设计步骤流程图传统防鸟网防鸟网是比较传统的一种防鸟装置，一般有两种：一种是果园所用的，采用添加防老化、抗紫外线等化学助剂为主要原料经拉丝制造而成的网状织物，具有拉力强度大、抗热、耐老化等优点，而且环保无污染，广泛用于农业和蔬果种植，容易取下来带走，供下次使用，通过覆盖在棚架上构建人工隔离屏障，将鸟类拒之网外，保证果实不受鸟类侵袭；第二种防鸟网是采用钢丝的错综交叉编制成网，使网孔小于一般鸟类的身躯从而形成一道物理防线，阻止鸟类对人类财物的损坏，这种防鸟网由于材料是用钢丝等金属做成，因此使用寿命较长，一般多用于固定地形进行防鸟。[3]此种方法简单实用，防鸟效果良好，是人们广泛采用的方法，不过针对大面积的地方搭建使用比较费事费力。电子防鸟器电子防鸟器的工作原理是用太阳能板作为能源，驱动蜂鸣器，惊吓鸟类以达到驱鸟效果。但电子防鸟器存在保护范围小的问题，安装1-2年往往就失去了蜂鸣功能，而且太阳能板容易老化，有很大限制。风车式防鸟器风车式防鸟器的工作原理主要是恐吓驱鸟。一般在安装初期能起到一定的效果，但是鸟的适应性很强，一段时间之后，鸟类对这种防鸟器就习以为常，不在害怕。风车式防鸟器靠风能作为动力，带动横纵向的叶片转动。在没有风的情况下，叶片不转动，失去防鸟效果，而且具有恐吓作用的带反光镜片水平方向的转动部分易生锈，工艺复杂，价格昂贵，所以不能大范围应用。防鸟器作为一种具有较大市场容量和较大技术附加值的产品，设计制造更有效的鸟害防护产品是市场所急需的。要做好鸟害防护工作，在不同场合的应用开发适宜防鸟产品就显得尤为重要。无论是电子防鸟器、风车式防鸟器、声音防鸟器、超声波防鸟器，还是传统的防鸟网，其目的都是防鸟，只是运用的范围和场景不同。我们要依据实际的工作环境和目标要求，合理选择适合有效的防鸟策略，以求达到我们想要的目的。

第2章行走式防鸟网的总体设计2.1概述行走式防鸟网的总体设计要完成的工作是根据它的工作环境、用途、机械制造的工艺性和预期要达到的工作要求合理的确定运动参数、各部件的尺寸和运动结构的形式，进行总体布局，从而实现整个机械系统的整体设计，以求满足各种性能指标要求，适应工作需要。行走式防鸟网是由许多部件组合起来的一个有机整体，其整体性能不仅取决于每个零部件的加工质量和精度，还取决于各零部件之间的相互协调的工作。这种相互协调是通过总体设计实现的。所以南水北调渠道行走式防鸟网总体设计对它的性能起着决定性的作用。而各个部件之间的的协调情况又取决于整体参数的确定和各个构建之间的布置的合理性和性能的匹配情况。因此在设计过程中应具备全局思维，否则有可能所设计的各部件结构是先进的，性能是良好的，但组合在一起不一定能获得整个系统的而最佳性能。因此，正确的选择和确定总体参数，能使设计部分获得良好的匹配关系。行走式防鸟网的总体参数（性能参数、整机尺寸、各部件的结构形式等）主要根据其工作环境、总体的设计流程结合指导老师给的任务书进行设计。2.2防鸟网方案的设计南水北调渠道行走式式防鸟网设计的研究，其主要就是依据南水北调的工程技术要求和渠道检修闸实际的工作环境，设计出符合要求的防鸟设备装置，其关键就是对功能进行分析，即对设计任务书提出的机器功能中必须达到的要求、最低要求及希望达到的要求进行综合分析，确定这些功能能否实现，多项功能间是否有矛盾，相互间能否替代等，最后确定出功能参数，作为下一步设计的依据。要开发和完善发新的防鸟系统装置，其至少应具备以下优点和功能：第一，具有核心的防鸟功能；第二，防鸟网系统的设计不影响其他机器设备正常运行；第三，装拆方便；第四，适应环境与气候变化，使用寿命长；第五，不影响检修人员工作；最后，价格合理，适合大批量推广。在这之中居于核心地位的是必须具备可靠的防鸟性能，使其能够确实防止鸟类在渠道检修闸内筑巢栖息以及由此可能造成电气机械设备的故障和损害。其他的居于从属地位，属于优化范畴，以期综合收益的最大化。为此，初步设计出如下三种方案如图所示以供分析选择：图2-1：上下双轨制刚性折叠网结构示意图图2-2：单轨制刚性折叠网结构示意图图2-3：斜架式单轨制刚性折叠网结构示意图方案一采用上下双轨制刚性折叠网结构，其原理是用轴平均分插过网面连接滑轮并使滑轮切于上下两导轨平面，钢丝网架间部于两轨道中间，如图2-1所示。上轨道和于其左端的滑轮固定不动，下轨道在右侧端部电机的带动下做上下运动：当下轨道向下运动时，网架就会在滑轮的带动下，向下折叠；当下轨道向上运动时，网架就会在滑轮的带动下，向上伸展，从而实现折叠网的收缩与伸张。方案二采用单轨制刚性折叠网结构，其相较于方案一来说，相当于取消了下轨道，两个相邻的网架间通过铰链结构相连接。网架通过轴平均插过网架连接轴承并使轴承切于导轨平面，其最左端轴承固定在导轨不动，最右侧轴承通过其网架连接在由电动机驱动的小车带动下左右移动：当右侧滑轮向左侧运动时，网架在力的作用下通过铰链结构就开始收缩，接着推动下一个滑轮继续进行收缩，直到收缩完成；当右侧滑轮向右运动时，在电动机的带动下向右运动，实现了钢丝网架通过受力在铰链的作用下完成伸张。方案三采用斜架式单轨制钢丝性折叠网结构，其相对于方案二来说，就是将导轨置于桁架台上，由水平状态变为有一定角度的倾斜状态。通过轴平均分插过网架连接轴承并使轴承切于导轨平面，网架在自身重力的作用下既呈现出折叠状态又具有向下运动的趋势。令其最左端轴承固定不动，最右端轴承通过与其相连的轴上的带轮在固定的电动机相连的卷筒的正反转作用下上下移动：当卷筒正转时驱动带轮向上运动带动网架向上运动，网架就开始舒展，在铰链结构的作用下舒展完全后接着推动下一个网架继续进行舒展，直到舒展完成；当卷筒反转时驱动带轮向下运动带动网架向下运动，网架就开始收缩，当右端网架收缩完全后接着下一个网架继续开始进行收缩，直到收缩完成；这三种方案从原理上来说，都能实现其相应的功能。但具体分析之下，发现方案一结构庞大，体积臃肿，用料较多，不仅费用高，初步判断电动机的能耗是最高的，综合收益低，经济效益差，故不采用。方案二结构简单，体积较小，用料较少，通过改变电机驱动的方式，实现了较低的能耗。方案三相较方案二，增加了桁架台，不仅增加了额外的成本，用料较多且实际安装费事费工，同时驱动方式的改变增加了结构的复杂度，使设备的费用和维护成本都大幅上升。综合比较可得，宜选用方案二的单轨制折叠防鸟网结构。2.3防鸟网结构的设计行走式防鸟网设计采用单轨制折叠防鸟网结构，如图2-2所示，两个相邻的网架间通过铰链结构相连接。网架通过轴平均插过网架连接轴承并使轴承切于导轨平面，其最左端轴承固定在导轨不动，最右侧轴承通过其网架连接在由电动机驱动的小车带动下左右移动：：当右侧滑轮向左侧运动时，网架在力的作用下通过铰链结构就开始收缩，接着推动下一个滑轮继续进行收缩，直到收缩完成；当右侧滑轮向右运动时，在电动机的带动下向右运动，实现了钢丝网架通过受力在铰链的作用下完成伸张。由以上的运动过程分析，确定行走式防鸟设计主要由以下部分构成：(1)轨道：对轴承滑轮提供支撑和固定的运行轨迹以及电动机驱动下的小车运动轨迹；(2)轴：心轴穿插过网架并与滑轮相连接，起到支承防鸟网的作用；(3)滑轮：即轴承，跟轴进行配合，对轴进行支撑，并沿轨道做直线轨迹运动；(4)铰链机构：连接两个相邻的网架，承担力的支撑传递，实现网架的折叠和伸展；(5)电动机：提供动力，驱动小车运动，从而带动防鸟网运动。

第3章行走式防鸟网零部件的设计3.1概述机械零件是组成机械系统的基本元素，其设计满足如下基本要求：避免在预定寿命内失效的要求，即要满足零件的刚度和强度要求。结构工艺性要求，即在生产条件下，能方面而经济地生产出来，并便于装配成机器。经济性要求，设计零件时，应力求设计出耗费最少的零件。质量小的要求，一方面可以节约材料，另一方面，可以减小惯性，改善机器的动力性能，减少作用于构件上的惯性载荷。可靠性要求，即在规定的使用时间内和给定的环境条件下，零件能够正常地完成其功能。而一般机械零部件的设计大体经过以下几个步骤：根据零件功能要求确定零件类型；选择零件材料及热处理形式；计算零件所受的载荷；计算零件的主要尺寸；进行零件的结构设计；校核零件。3.2零部件的设计3.2.1防鸟网的设计防鸟网是通过利用网的网孔小于鸟的体型，使鸟儿无法从网孔中穿过，从而起到了闸内的设备避免由鸟类的进入的造成危害且对闸内的环境和水体造成污染。在河道中栖息生活的鸟类一般都是鸥、鹭、鹳、雀等形体较大的动物，小型一些的鸟类如鸽子、燕子、麻雀等，它们可能会在修筑完毕的南水北调渠道检修闸內筑巢栖息，从而对室内的设备造成危害，对室内的环境和水体造成污染，只要是网孔小于这些鸟的体宽就可以实现防鸟的作用。而一般的这些小型鸟类的体长约在13-15cm左右，大体的宽度约在4-6cm左右，使网孔在4cm以下就实现了把鸟隔离在检修闸之外了。根据渠道检修闸周围的实际情况和设计任务书中的要求，主要利用钢丝错综交叉织成网的特性，使网孔的尺寸小于鸟的躯干形成一道物理防线。由于鸟形体一般都在4cm以上，因此初步选定为30mm*30mm方孔型钢丝网，金属丝的直径定为3mm，采用平纹编织的方式，如图3-1所示：图3-1钢丝平织编织方式综合考虑各种材料的金属性能及其价格，选择低碳钢即可满足要求。钢丝网选用的是低碳钢丝，其不仅表面光滑，抗氧化性好，而且延展性也比较好，不易发生裂纹和起皮。由低碳钢丝编织成网，结构坚固均匀，整体性能良好，即使网面局部承受压力也不会发生松散现象，由于采用低碳优质的材质作原料，使它独具一般铁质网不具有有柔韧性，确定了它在使用过程中的可塑性。根据国家工业用金属丝编织网技术要求和检验标准的要求，丝径d、网孔尺寸w和孔距p的关系如图3-2所示：图3-2丝径、网孔尺寸和孔距单位面积金属网的质量计算公式为：ρA=d2ρ618.1（w+d） 式中：d—丝径,mmw—网孔尺寸,mmρ—材料密度，kg/m3查工具表得碳素钢的密度为7850kg/m3,代入数据到式（3-1）中，得：ρA=32×7850618.130+3由于检修闸口长40m，宽2m，计划设计每块防鸟网长2m，宽2m，在闸口右侧要设置电动机驱动系统运动，故右侧设计一个放置电动机的平台，长l=2m，宽w=2m。那么就大概19块钢丝网。那么一块钢丝网的质量就为：M网=l*w*ρA=2*2*3.465=13.863.2.2轴的设计轴是组成机器的主要零件之一，轴的主要功能就是支承回转零件及传递运动和动力。常见的轴根据轴的结构形状可分为曲轴、直轴、软轴、实心轴、空心轴、刚性轴、挠性轴（软轴）。直轴又可分为：①转轴，工作时既承受弯矩又承受扭矩，是机械中最常见的轴，如各种减速器中的轴等。②心轴，用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩，有些心轴转动，如铁路车辆的轴等，有些心轴则不转动，如支承滑轮的轴等。③传动轴，主要用来传递扭矩而不承受弯矩，如起重机移动机构中的长光轴、汽车的驱动轴等。轴的材料主要采用碳素钢或合金钢，也可采用球墨铸铁或合金铸铁等。轴的工作能力一般取决于强度和刚度，转速高时还取决于振动稳定性。一般轴结构设计原则：1、节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状；2、易于轴上零件精确定位、稳固、装配、拆卸和调整；3、采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施；4、便于加工制造和保证精度。本次设计的轴分为两种：一是穿插过网布并与滑轮相连接的心轴，二是通过齿轮与电动机相连接，传递扭矩，驱动与其连接的滑轮运动的转轴。轴的材料种类很多，选用时主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性等要求，以及为实现这些要求而采用的热处理方式，同时考虑制造工艺问题加以选用，力求经济合理。多数情况下，轴既承受转矩又承受弯矩，因此轴的材料需要具有较好的强度和韧性，选择时应主要考虑如下因素：（1）轴的强度、刚度及耐磨性要求；（2）轴的热处理方法及机加工工艺性的要求；（3）轴的材料来源和经济性等。轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性降低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，因而采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最常用的就是45钢。合金钢具有比碳钢更高的机械性能和更好的淬火性能，但对应力集中比较敏感，且价格较贵，多用于对强度和耐磨性有特殊要求的轴。如20Cr、20CrMnTi等低碳合金钢，经渗碳处理后可提高耐磨性；20CrMoV、38CrMoAl等合金钢，有良好的高温机械性能，常用于在高温、高速和重载条件下工作的轴。因为碳素钢比合金钢成本低，价格便宜，且对于应力集中的敏感性较小，所以得到广泛的应用。轴受到较小载荷或用于不太重要的场合时，可用普通碳素钢（如Q235A、Q275等）作为轴的材料。图3-3列出了轴的常用材料及其部分机械性能。穿插过网架并与轴承相连接的轴为心轴，只收轴向力作用，即受到弯矩载荷而无扭矩载荷。根据实际情况以及经济方面等因素，本次设计拟选择Q235A碳素结构钢作为作为光轴的制作材料，采用热轧处理。光轴支撑仅有防鸟网，当在收缩的过程中其重量全部作用在轴上。因为轴贯穿防鸟网布，所以轴的长度应略大于防鸟网布的长度，这里拟取轴长L1=2040mm,轴的直径D1=12mm,在轴的两端面，做直径为d1=10mm的圆，然后切除以D2=10mm为内径，D3=12mm为外径的圆环，切除深度为l=10mm，所以轴的体积V轴为：V轴==109440π-440π=109000πmm3=109πcm3图3-3轴的常用材料及其部分机械性能轴的材料为Q235A碳素钢，查机械设计手册得，所以轴的质量M轴为：M轴=ρ碳素钢*V轴=7.85*109π≈2686.74g≈2.69Kg 对轴进行强度校核，因轴向不受力，只受径向力，将防鸟网对轴的压力简化到与轴相配合位置，轴两端受到轴承对轴的支持力。根据防鸟网的结构，首端的轴和末端的轴承受单个折叠网支撑架和钢丝网重力的一半，中间的每根轴都承受单个折叠网支撑架和钢丝网的全部重力，可近似视为折叠网布重力作用在一根轴上，只要对中间的轴进行校核，只要其满足要求那么轴的设计就符合系统的需要。荷载的作用长度与轴的长度相比较很小，所以分别将重力简化为均布载荷，将轴简化为梁，受到径向的均布载荷会在危险截面发生弯曲变形[6]，因为轴载荷对称，所以轴的受力分析如图3-4所示：图3-4轴的受力分析图g取9.8N/kg,所以轴受到的竖直向下的力G为：G=（M布+M轴）g=（13.68+2.69）*9.8=160.426N 在竖直方向上，由静力学平衡方程∑FF1+F2-G=0 因为轴两端是对称关系，所以F1=F2，即：F1=F2=G/2=80.213N即轴承对轴的支持力为80.213N，方向竖直向上。画出轴的内力图和弯矩图，如图3-3和3-4所示：图3-3轴的内力图图3-4轴的弯矩图由弯矩图可知，最大危险截面在C截面上，弯矩值为：Mc=（F1*2040-G5*2000-G5=（2040F1-600G）*10-3=(2040*80.213-600*160.426)*10≈76.379N·m 截面为圆形，所以抗弯截面系数:W=则最大拉应力为：σ=McW=32McπD3查表3-2得Q235A钢的抗拉强度[σ]=380-480MPa,σ=45.045MPa<[σ],所以光轴满足要求。表3-2常用金属材料抗拉强度材料名称牌号抗拉强度[σ伸长率[ε]%普通碳素钢A3(Q235钢）380-48025-27A5(Q275钢）500-62019-21优质碳素钢45610165066013灰口铸铁HT15-33100-280HT20-40160-3203.2.3轴承的选择设计轴承是机器中用来支承轴的一种重要零件，其功能是支承轴及轴上的零件，并保持轴的旋转精度；同时减少转动轴与支承之间的摩擦和磨损。按轴承工作时的摩擦性质分为滚动轴承和滑动轴承两大类。选用轴承时，首先选用轴承的类型。选用轴承时应考虑轴承所承受的载荷、轴承的转速、轴承的调心能力、以及轴承安装和拆卸等因素。轴承所受载荷的大小、方向和性质，是选择轴承类型的主要依据。滚动轴承与滑动轴承相比较，滚动轴承具有摩擦力小、起动快、效率高（η＝0.98～0.99）、润滑与维护方便、易于互换、运转精度高、轴承组合结构较简单等优点，因此在中速、中载和一般工作条件下运转的机器中得到广泛应用。其缺点是抗冲击能力差，高速重载下轴承寿命较低，且出现振动和噪声，径向尺寸比滑动轴承大，综合比较，确定选用滚动轴承。滚动轴承的基本结构如图3-5所示，它由内圈、外圈、滚动体和保持架等4部分组成。内圈用来和轴颈装配，外圈用来和轴承座孔装配。按轴承用于承受的外载荷不同来分类，滚动轴承可以分为向心轴承、推力轴承和向心推力轴承三大类，如图3-6所示：图3-5滚动轴承的基本结构图3-6不同类型的轴承的承载情况由于轴承受的只有径向载荷，且承受的载荷较小，不承受轴向载荷。所以本次设计采用的轴承为深沟球轴承，其具有摩擦系数较小，且价格低廉，其轴承内圈跟轴配合，受径向力，外圈跟轨道相切，沿轨道运动，滚动轴承内外圈和滚动体用高强度、耐磨性好的铬锰高碳钢，硬度高，工作表面要求摩擦抛光，保持架选用较软材料制造，常用低碳钢。表3-3所示是几种深沟球轴承的规格。表3-3深沟球轴承规格表规格列表dDDBRsmind2D3ZDW62800-2Z101960.312.616.411361900-2Z102260.313.519.493.17562900-2Z102280.313.518.5846000-2Z102680.314.922.674.7626200-2Z103090.617.425.584.7626300-2Z1035110.619.429.576.3561801-2Z122150.314.619.36122.38161901-2Z122460.315.521.5103.1756001-2Z122880.317.424.884.7626201-2Z1232100.618.32875.9536301-2Z123712119.331.667.93861802-2Z152450.317.622.3142.38161902-2Z152870.318.325.6103.9696002-2Z153290.320.428.594.7626202-2Z1535110.621.631.385.9536302-2Z154213124.336.677.93861803-2Z172650.319.624.3162.38161903-2Z173070.320.327.6113.969根据前面对轴的设计中，轴的两端为了安装轴承，将其直径设定为10mm，余留了10mm的长度，所以本次设计折叠式防鸟系统采用的轴承规格为62900-2Z深沟球滚动轴承，轴承内径为10mm，外径为22mm，宽度为8mm。查机械设计手册得：C=15.2KN，C0=10.2KN由于轴承只承受径向载荷，所以当量载荷为：P=Fr在许多支承中还会出现附加载荷，如冲击力、不平衡作用力、惯性力以及轴挠曲或轴承座变形产生的附加力等等，这些因素很难从理论上精确就计算。为了考虑这些因素，可对当量动载荷乘上一个根据经验而定的载荷系数fd，其值参见表3-4表3-4载荷系数f载荷性质f举例无载荷或轻微冲击1.0-1.2电动机、汽轮机、通风机、水泵等中等冲击或中等惯性冲击1.2-1.8车辆、动力机械、起重机、造纸机、冶金机械、选矿机、卷扬机、机床等强大冲击1.8-2.0破碎机、轧钢机、钻探机、振动筛等由于轴受轻微冲击，所以fd=1.1，可得当量动载荷：P0=fdFr根据公式：CCa=P0ε60nL'根据设计要求取：L'h=10000h，CCa故轴承62900-2Z符合要求。轴承与轴配合时需要对轴承进行轴向紧固，防止轴承发生窜动，这样一方面会加剧轴承的磨损，严重影响轴承的寿命，另一方面则会严重对防鸟系统的稳定性产生损害，影响其整体的性能和使用。因此采用GB894.1-1986轴用弹性挡圈-A型对其进行轴向的定位，其尺寸如下图3-6所示：图3-6轴用弹簧挡圈A型的尺寸因为轴端的直径为10mm，所以根据上图应选择直径d=9.7mm，厚度S=1mm，沟槽d2=9.6mm的轴用弹性垫圈。

第4章Solidworks三维建模4.1SolidWorks软件的简介SolidWorks是美国SolidWorks公司开发的三维机械CAD软件，是当前相当优秀的三维CAD软件之一，拥有众多第三方软件供应商的支持，可以实现加工、分析、逆向工程等功能。Solidworks软件功能强大，组件繁多。Solidworks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得SolidWorks成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。SolidWorks由零件、装配体、工程图三大设计模块组成零件设计模块是基于特征的建模，能够满足设计者对各种产品零件设计的要求；装配体设计模块支持自上而下的设计方法和大型装配体装配，可以动态地查看装配体的所有运动，干涉检查和间隙检查，运动仿真和有限元分析；工程图设计模块能够创建各种工程图需求。[13]在强大的设计功能和易学易用的操作（包括Windows风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴）协同下，使用SolidWorks，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。本论文采用SolidWorks对助力折叠式防鸟系统进行三维实体建模，不仅可以真实的反映防鸟系统的零部件的形状和零件之间相对的空间位置和装配关系，还可以检查各部件之间是否发生干涉和碰撞，通过动力学分析检查工作装置作业过程的合理性和正确性。SolidWorks提供了一整套完整的动态界面和鼠标拖动控制。“全动感的”的用户界面减少设计步骤，减少了多余的对话框，从而避免了界面的零乱。崭新的属性管理员用来高效地管理整个设计过程和步骤。属性管理员包含所有的设计数据和参数，而且操作方便、界面直观。用SolidWorks资源管理器可以方便地管理CAD文件。SolidWorks资源管理器是唯一一个同Windows资源器类似的CAD文件管理器。特征模板为标准件和标准特征，提供了良好的环境。用户可以直接从特征模板上调用标准的零件和特征，并与同事共享。SolidWorks提供的AutoCAD模拟器，使得AutoCAD用户可以保持原有的作图习惯，顺利地从二维设计转向三维实体设计。可以方便地管理CAD文件。其工作界面如下图4-1所示：图4-1Solidworks工作界面4.2轴的三维设计首先利用solidworks草图工具栏的圆命令绘制出直径为12mm的圆，然后利用特征工具栏中的拉伸凸台/基体命令，拉伸长度为2040mm，绘出轴的基本形状，然后在轴两端面绘制外圈直径为12mm，内圈直径为10mm的圆环的草图，拉伸切除深度10mm，最后在轴端面出距离2mm处建立基准面，在该基准面上绘制出外径为10mm，内径为9.6mm的圆环的草图，拉伸切除1mm深度就得到想要的轴的三维图形,如图4-9：图4-9轴对轴端进行放大，如图4-10所示：图4-10轴端放大图4.3轨道的三维设计首先画出上轨道的截面尺寸图，如图4-11所示：图4-11上导轨的平面尺寸图然后对其进行拉伸操作，得到轨道的三维图。4.4标准件的三维设计在南水北调助力防鸟折叠式防鸟系统的设计过程中会遇到标准件的设计，对于这部分零件SolidWorks公司和第三方软件已经开发出相关的插件，用户在使用是可以直接调用，不需要单独绘制。在Solidworks的toolbox里面直接调用出来或者其他的第三方插件麦迪工具集里面调用即可使用。这样就避免了重复劳动，提高了工作的效率，节省了时间。例如滚动轴承的调用，使用第三方插件麦迪工具集就可以轻松出来了，如图4-11所示：图4-11滚动轴承的生成轴用弹簧挡圈的生成也可以通过麦迪工具集的通用标准件库调用出来，如图4-12所示：图4-12轴用弹簧挡圈的生成凡是标准件其实都不必我们再亲自动手绘制，Solidworks提供了强大的插件功能，只要把所需要的产品参数输入到相对应的插件中，其就能生成相应的模型4.5钢丝网的三维设计钢丝网选用不锈钢的,防锈好,使用寿命长,钢丝网用铝型材固定,轻便耐用,三维图如下:4.6轴的三维设计小车轮采用键槽的方式与主轴连接,主轴上加工键槽,主轴两端用带座轴承安装,方便快捷,轴的加工也简单，三维图如下：4.7轨道的三维设计轨道的设计采用的C型槽的设计,可以方便连接钢丝网的轴承在里面运动,防跑偏,起到辅助支撑的作用,三维图如下:4.8总装图三维设计通过零件的建模,把零件进行装配配合,用到各种配合命令:4.9有限元分析对铰链进行了有限元分析,校核其强度和寿命,满足条件。4.10虚拟装配装配体功能SolidWorks三大功能之一，装配体设计不仅仅代表零件之间的配合关系，而且也是干涉检查，运动分析等工程应用中的基础。通常SolidWorks进行装配体设计的方法主要有自上而下的模型设计和自下而上的设计，本文主要采用自下而上的设计。自下而上的设计方法现在SolidWorks软件中创建单个零件，然后在装配体换将中根据设计要求进行配合。零件的装配过程实际上就是约束限位的过程。在SolidWorks中可以通过模型面、参考面、模型边、顶点、草图线、基准轴、和原点等实体和参考体来创建零件间的配合关系。这些零件之间的装配关系大体上可以分为以下几种：标准配合、高级配合和机械配合。

第5章结论和展望5.1结论通过这次的毕业设计，我对已学的知识进行了巩固和复习，同时又学到了新的知识，感到受益匪浅。在设计过程中，我们尝试利用了CAD，CAE等相关的软件，在计算机环境下进行了南水北调渠道检修闸折叠式防鸟系统设计，对其进行三维建模，实体装配和干涉检查。本次毕业设计主要内容概括如下：利用材料力学的知识对折叠式防鸟系统进行静力学受力分析和强度计算。利用SolidWorks进行三维实体建模、虚拟装配等，我们能够设计和绘制出各个零件的实体模型，并且对模型的修改，且操作非常的方便。如果能够将计算机技术和产品设计有机的集合起来，就能大大的缩短设计时间，降低设计成本，提高设计质量，提高产品在日趋激烈的市场竞争中的竞争力，使产品的设计更加的快捷方便和准确。同时在本次设计过程中也存在着大量的问题，如建模之后各个零部件无法完全配合等现实作业的困难，不过最终都在老师和同学的帮助下一一得到了解决。让我充分明白了完成一次设计的困难和艰辛，对设计产品有了很深刻的认识，团队的力量是强大的。5.2展望本毕业设计利用了SolidWorks现代设计方法应用于解决实际的工程问题，初步感受到了先进的计算机分析软件对解决实际工程问题的强大功能。我觉得把成熟的功能强大的计算机软件应用于实际工程，其前景是广阔的，其所取得的经济效益将不可估量，随着计算机技术的发展，现代设计方法将会取代传统的设计方法。SolidWorks在制作动画及仿真在产品设计中应用十分的方面和广泛，是我们人工力所不及的，我们必须