机械设计课程设计闸门启闭机说明书

1、内容一、设计主题-2二。总体系统计划的确定1.人字门启闭机-4的功能分析2.执行机构的设计-43.传动机构设计-5三、执行机构的尺寸设计和运动分析1.致动器-6的尺寸设计2.执行机构的运动学分析-8四、传动机构的分析和传动部件工作能力的计算1.电机选择-192.计算传动装置的传动比，并将各级传动比分配到-203.计算传动装置的运动和功率参数-204.蜗杆和蜗杆-22的设计计算5.开式斜齿轮-25的设计与计算6.开式锥齿轮-30的设计计算五、减速器结构设计1.蜗杆轴-33的设计2.蜗轮轴-35的设计计算3.轴检查和计算-374.轴承的设计和计算-405.关键连接的设计和计算-416.联轴器的选择

2、-437.减速器-43某些结构尺寸的计算一.设计主题设计主题闸门启闭机1.机器的用途和功能要求闸门是水工建筑物的重要组成部分。它的功能是关闭水工建筑物的孔口，并根据需要全部或部分打开孔口，以便调节水位、排放水流、排放船只和清除诸如沉积物和冰等漂浮物体。人字门是一种广泛应用于船闸的旋转平面门(如图所示)，由左右门扇组成。门扇支撑在门轴柱底部的底部枢轴上，门轴柱顶部设有防止门扇倾倒的顶部枢轴，底部枢轴中心和顶部枢轴中心之间的连线为门扇的转轴。当门完全打开时，两个门扇分别隐藏在门墙旁边的门龛中(垂直于锁的横轴)；当闸门关闭时，两门扇在水压的作用下在连接柱处相互压紧，并分别与闸门的横轴形成夹角。门扇的

3、打开和关闭由起重机控制。船闸的人字门在静水中开关。提升机一般由动力装置、传动装置、执行器、制动装置和控制系统组成。一般来说，启闭机布置在门壁龛附近的门壁顶部，其致动器与门叶片的顶部连接，打开和关闭力作用在门叶片的顶部。人字闸门2.设计要求和原始数据原动机设计为电机，执行机构为四杆人字门启闭机。(1)结构简单可靠，易于维护和维修；(2)在开启初期和关闭末期，闸门的速度应接近零；(3)提升机至受力状态良好，执行机构应满足最小传动角min40；(4)传动装置设计应合理，尺寸应适中；(5)机器的使用寿命为10年(按每年300天计算)，机器每天分三班工作，每小时开启不超过2次。机器运转时，它不会反转。曲

4、柄速度允许有5%的误差。负载基本稳定。启动负载是额定负载的2倍。(6)原始设计数据如下：派对计划编号4-14-24-34-44-54-6门扇尺寸HL(高和宽)(米)6.74.04.93.05.93.65.73.54.52.84.72.9水位差H(m)0.050.150.050.10.20.15闸门叶片和横轴之间的角度22.52221222122.5总闸门开启时间t0(秒)3025211917153.设计内容(1)选择致动器的类型，计算致动器的自由度，并确定部件尺寸；确定总体设计方案，包括传动系统中各传动的类型、传动路线、总传动比和传动比分配；(3)电动算法用于执行机构的运动分析。采取等步长，计

5、算闸门在开启过程中10个位置(包括起点和终点)的角位移、角速度和角加速度，以及闸门的平均角速度m、最大角速度max和最小角速度 min。(4)计算闸门的开启力矩(即负载)并选择电机；(5)计算传动系统中各级传动的工作能力；进行减速器的结构设计。4.提交的设计结果(1)提升机总体设计方案，包括完整的传动路线图，按比例绘制的执行机构运动图，以清晰地表达传动部件和执行机构与原动机的空间位置关系；(2号图纸)(2)闸门开启时的角位移、角速度和角加速度线图；(3号图纸)(3)减速器装配图；(1号图纸：1，0)(4)几幅减速器零件的工作图；(1:1)设计计算说明，包括：*设计主题、要求和原始数据；*执行机

6、构的运动设计，包括数学模型、程序框图和文本、计算过程和结果；*原动机选择、传动比分配过程、各轴运动和动态参数计算过程及结果；*各级传动工作能力的计算过程；*减速器轴、轴承、键连接、联轴器的选择和计算。5.相关计算公式(1)闸门开启的总阻力矩m男=M1M2(男)在公式中，M1是静水压力的阻力矩，M1=0.25 hl2H(n . m)M2为风压阻力矩，M2=0.01HL2sin (N.m)-当闸门关闭时，闸门和闸门壁之间的角度(度)，=90-(2)电机功率P=M/(1000)(千瓦)m闸门开启的总阻力矩闸门打开时的角速度(1/s)起重机的总效率(其中致动器的效率取0.95)计算过程和描述结果二。总

7、体系统计划的确定1.人字门启闭机的功能分析船闸的人字门在静水中开关。提升机一般由动力装置、传动装置、执行器、制动装置和控制系统组成。一般来说，启闭机布置在门壁龛附近的门壁顶部，其致动器与门叶片的顶部连接，打开和关闭力作用在门叶片的顶部。提升机要求结构简单可靠，维护维修方便；在开启的初始阶段和关闭的结束阶段，闸门的速度应接近零。起重机应处于良好的受力状态。传动装置的设计应合理，体积应适中。2.执行机制的设计2.1拟议实施机构的计划设计、比较和分析方案比较分析如下方案编号主想要性能特别的性1234运动变换满足满足满足满足快速返回特性不不不不主驱动角更大的较少的更大的小辅助驱动角-大的-工作稳定性光

8、滑的一般一般影响磨损和变形一般强烈的一般严峻的效率高的高的低的更高的复杂性简单的一般复杂的最简单加工和装配难度容易的容易的困难的困难的费用低的一般高的一般运动尺寸小小大的大的基于以上分析和综合考虑，最终选择了执行机制方案1。3.传动机构的设计3.1拟议传输方案的设计、比较和分析方案(1)两级圆柱齿轮传动结构简单，应用广泛。承载能力和速度范围大，传动比恒定，外形尺寸小，运行可靠，效率高，使用寿命长。制造和安装精度要求高，噪音高，齿轮相对于轴承不对称布置，因此载荷沿齿向分布不均匀，要求轴具有较高的刚度，成本较高。方案(2)与其他传动形式相比，皮带传动和一级圆柱齿轮传动在传递相同扭矩时承载能力较小，

9、结构尺寸较大，但传动稳定，能缓冲和吸收冲击。一级圆柱齿轮传动传动比小，效率高，工艺简单，精度容易保证。方案(3)锥齿轮传动与一级圆柱齿轮传动相结合，锥齿轮加工方案(4)一级蜗杆传动与开式圆柱锥齿轮相结合。一级蜗杆传动结构简单，体积小，但效率低，适用于负载小、间歇工作的场合。起动齿轮的制造和安装成本低于封闭齿轮的制造和安装成本，并且通过组合和使用所有级可以获得大的传动比。3.2执行机构计划的最终选择根据致动器的实际工作条件，选择方案(4)作为最终传动方案。第一蜗杆减速器结构简单，体积紧凑，与开式齿轮相结合，可获得所需的传动比，适合闸门启闭机的工况。三、执行机构的尺寸设计和运动分析1.致动器的尺寸

10、设计1.1计算平面四杆机构的极角根据设计课题的工作要求，闸门开启初期和关闭末期的速度应接近于零，这样才能知道极角。1.2计算摇杆的最大摆角在致动器中，闸门用作曲柄摇杆机构中的摇杆。如果门叶和横轴之间的夹角已知，则确定摇杆的最大摆角。1.3计算和设计每个杆的长度建立众所周知，闸门长度的一半是摇杆的长度。容许压力角从下图可以看出，当包含极角时，存在以下几何条件：a和c是已知的，连杆长度b可以通过设计框架长度d来计算，取d=3经过计算，这些参数都满足形成曲柄的存在条件：A为最小值；它也满足压力角的要求。a(m)b(m)c(m)d(m)最小透射角1.11842.50022352考虑到最小透射角的大小，

11、最终采用了第三种方案。2.执行机构的运动分析2.1计算曲柄的角速度根据设计题目的已知条件，闸门开启时间曲柄角速度2.2计算曲柄的初始位置角如上图所示，建立了以a为原点的直角坐标系，x轴的正方向与AD线一致。在曲柄的上限位置，根据余弦定理可以得到曲柄的初始位置角。2.3平面四杆机构的运动分析位移分析：可从闭合矢量多边形ABCD获得公元前=公元DC(1)公式(1)的实部和虚部分别相等，得到：(2)(3)订单：解决方案如下：(4)(5)在等式(4)中，它意味着给定一个给定的时间，可能有两个值用于编程在当前周期中，每次从和计算两个值T1和T2。将它们与前一步进行比较，哪一步更近，哪一步更合适，即如果，

12、则排序；否则。速度分析：等式(1)相对于时间的推导可以获得：(6)公式(6)的实部和虚部分别相等，得到：(7)(8)加速度分析：等式(6)相对于时间的推导可以获得：(9)公式(9)的实部和虚部分别相等，得到：(10)(11)2.4电子算法分析执行机制要求电动算法用于执行机构的运动分析。以30度等步长，计算闸门开启过程中12个位置(包括起点和终点)的角位移、角速度和角加速度，以及闸门的平均角速度m、最大角速度max和最小角速度min，绘制闸门开启过程中的角位移、角速度和角加速度线图。流程图1.取30度等步长，计算闸门在开启过程中12个位置(包括起点和终点)的角位移、角速度和角加速度程序和计算结果a=1.1184b=2.5c=2；d=3；pi=3。W1=0.165k=180/pi；r=(b * b-c * c-(d-a)*(d-a)/(2 * c *(d-a)；P3=atan(sqrt(1-r * r)/r)；如果p30 p3=p3 pi目标对于P1=28.9/k : pi/6