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购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 毕业设计（论文） 曲柄摇杆式自动液面捞渣机 （ in 级 机械 121 学生姓名 张辉 学号 1232205130 指导教师 屈 名 职称 讲师 导师单位 徐州工业职业技术学院 论文提交日期 2014 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 徐州工业职业技术学院 毕业设计（论文）任务书 课题名称 曲柄摇杆自动液面捞渣机 课题性质 班 级 机械 121 学生姓名 张辉 学 号 1232205130 指导教师 屈 名 导师职称 讲 师 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 曲柄摇杆垃圾清理装置 摘要 本文主要对水面垃圾收集主体进行详细的设计、计算、校核、选型。分析了水 面垃圾收集需要实现的功能要求，了解了同类水面垃圾收集船的工作原理，基本结构，系统组成及功能；研究了此水面垃圾收集装置的系统构成及功能，各零部件的的设计方法以及系统的实现方式。 此垃圾收集装置是一种解决水面漂浮垃圾问题的一种新型机械设备，它有操作简便、安全可靠和造价低廉等特点，适合于城市河道、湖泊及风景区等水域环境推广使用。此设计主要针对的是城市和风景区河道、湖泊水域的水面垃圾收集。根据调查和分析，城市和风景区河道、湖泊水域的水面垃圾主要有烂蔬菜、塑料袋、软包装、饮料盒、塑料泡沫等 。 曲柄摇杆式自动液面捞渣机， 其利用曲柄摇杆机构连杆上特殊点的运动轨迹，依靠小型电机驱动来实现液面悬浮物的自动化清理打捞。为湖泊、水道液面垃圾清理设计自动化机械 设计主要包括了水面垃圾收集的结构，装配，选材，以及标准件的选择。本文对设计中，水面垃圾收集装置结构图，装配图，零件图，都有详细的说明。 关键词： 垃圾 收集 漂浮物 环境保护 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 n to on to of to of to of To of a of of of of is a of to of a of it as of at is is of to in of of on on to of of In of 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 目 录 1 绪论 . 1 题背景 . 1 题意义 . 1 2. 曲柄摇杆式液面捞渣机机械结构设计 . 2 品的设计原理 . 2 品的设计方案 . 2 3. 曲柄摇杆式液面捞渣机机械结构总体设计 . 4 动机选择 . 4 定电动机型号 . 4 式传动设计 . 5 择链轮齿数 . 5 定计算功率 . 5 3.定中心距 . 6 定链节距 p . 6 定链长和中心距 . 7 作用在轴上的力 . 7 择润滑方式 . 8 柄摇杆机构设计 . 8 杆位移 . 8 杆小头的设计 . 9 杆杆身的设计 . 10 柄的设计 . 11 柄强度设计 . 14 柄杆身计算 . 14 定螺栓计算 . 14 . 20 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 键轴的设计校核 . 20 的尺寸估算 . 20 承的校核 . 24 的选择和校核 . 26 总 结 . 29 参考文献 . 30 致 谢 . 31 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 1 绪论 题背景 随着社会的发展，人口的增加经济和城市建设的快速发展，江河湖泊污染情况日益严重，其中水面垃圾是江河湖泊的污染主体之一。来源各异的废弃物通过不同渠道进入水体，导致水源的漂浮物体越来越多，它们的集结造成水面污染，影响水环境和市容卫生。甚至影响航道。此外内陆水体的水面垃圾如果得不到及时清理，很容易汇入海洋引起水面垃圾的聚集，造成二次污染。为了解决水面垃圾的问题，目前很多地区还是采用人工打捞的传统方式为主，以杭州西湖景区为例，景区管理局就要定期叫工作人 员进行手工打捞水面垃圾。这种方法的缺点是其生产效率低劳动强度大，工作环境恶劣。 此外，目前市场上也出现了一些机械智能的水面垃圾收集设备。由于水域不同垃圾种类不同及回收量的不同，形成了各种类型的水面垃圾收集船。例如要用于大范围大水面的收集，其结构复杂，体积庞大，价格昂贵，而且需要专业人士操作，从而不能被广泛低应用于城市河道和风景区水域的垃圾收集作业。 根据曲柄摇杆机构中连杆上特殊点的运动轨迹，设计一种为湖泊、水道液面进行垃圾清理的自动化机械，该机 械可以依靠小型电机驱动，实现对液面悬浮物的自动化清理打捞。 此产品是一种安装在船体上的的一种简单的水面垃圾清理装置，其打捞效率是根据电动机转速的快慢以及船的行驶速度而决定的，其安装方便适宜各种水面各方面的打捞清理，其制作方便成本，可操作性方便结构图如下： ： 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 2 产品的设计原理与方案 品的设计原理 曲柄摇杆式自动液面捞渣机，其利用曲柄摇杆机构连杆上特殊点的运动轨迹，依靠小型电机驱动来实现液面悬浮物的自动化清理打捞。为湖泊、水道液面垃圾清理设计自动化机械。机械结构原理与运动轨迹如下图 如下： 图三为曲柄摇杆机构原理图 图四 为产品的运动轨迹 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 品的的设计方案 考虑到产品的的成本性与操作性，所以未设计曲柄摇杆垃圾收集装置与船融为一体的的方案，而是直接把曲柄摇杆垃圾收集装置安装在船上的一种简便的结合方式，从而间接的节约了成本与设计的复杂。此垃圾收集装置主要包括动力系统，传动系统，执行机构与固定装置。 动力系统中主要是依靠小型电动机来维持整个装置的动力，此时需要考虑的是减速齿轮的的选择与传动方式的类型，是依靠皮带传动还是依靠链式皮带传动， 考虑到电动机的转速低的问题，再此我们 选择的方式为链式传动，相比较皮带传动而言链式传动可以变换运动速度，可实现较远距离的传动，更适合低速传动。传动系统中包括的零部件为曲柄，连杆，与摇杆，由动力系统中的力来驱使曲柄，曲柄的稳定旋转从而带动连杆的稳定运行，而连杆的运动直接决定着执行机构的运动轨迹。执行机构决定着垃圾收集的效率，在此我们选用簸箕露空式的垃圾收集，从而间接减少了在收集过程中水阻力的的阻碍，其垂直固定在收集杆上，收集杆是由两杆通过三角不可转动的原理焊接固定死的，其收集杆末端也是通过焊接固定在连杆的最前端。最后就是固定装置，它是由两块槽钢与 两块槽钢连接钢板通过焊接来固定死，槽钢下钻有孔，通过螺栓紧密连接在船甲板之上，其槽钢上端焊接有前支座与后支座用来衔接曲柄摇杆中的摇杆与曲柄。 船在行进时，电动机开始发动，此时通过链条带动曲柄摇杆中结构中的曲柄部分，通过曲柄杆的顺时针旋转来来带动连杆，而此时连杆顶端的运动轨迹即是前端垃圾收集装置的运动轨迹。装配图如下 图一 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 图二中 1 连杆；图一中 2345曲柄杆； 6后支座座 图二 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 3. 曲柄摇杆式液 面捞渣机机械结构总体设计 机的选择 根据动力源和工作条件，选用交流电机， Y 系列三相异步电动机。 根据传输机构的布置以及最大回转直径，主传动采用普通电动机，外加变频器调速，调速范围： 10/1400r40/800r20/1250r可无级调速，由工件的最大直径，及摩擦力预估工作机的功率。 工作机有效功率为： P=F V=63已知条件得电动机有效功率 ，式中为系统总的传动效率。 电动机到传动机构总传动效率 式中： p 为带的传动效率， f 为闭式齿轮的传动效率 ， v 为圆锥滚子轴承的传动效率， 为联轴器的传动效率， 为传动效率。 定电动机型号 根据已知条件加工的最大转速为： 1250rwn v z p 式中 p 为一轴的齿数， 1z 为小齿轮齿数 /wn r m 选取电动机型号为 步转速为 1200 /r ,对应 额定功率为 伸轴直径 24案 电动机型号 额定功率 （ 同步转速 （ r/ 满载转速 （ r/ 总传动比 1 200 1000 50 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 式传动设计 择链轮齿数 链传动速比： i=n1/200/370=表 65。 大链轮齿数 z2=5=81 ， 合设计要求。 中心距的调整量一般应大于 2p。 a2p=2实际安装中心距 a=a-a=(作用在轴上的力 链速 V=0000=970*25*0000m/s=s 工作拉力 F=1000P/v=1000工作平稳，取压轴力系数 上的压力 Q F=择润滑方式 根据链速 v=s，链节距 p=图 6 设计结果：滚子链型号 1083，链轮齿数 5， 1，中心 a =轴力 输送链条 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 柄摇杆机构设计 M=1 连杆做往复运动时，其速度和加速度是变化的。它的速度和加速度的数值以及变化规律对曲柄连杆机构以及发动机整体工作有很大影响，因此，研究曲柄连杆机构运动规律的主要任务就是研究活塞的运动规律。 杆位移 假设在某一时刻，曲柄转角为 a ，并按顺时针方向旋转，连杆轴线在其运动平面内偏离气缸轴线的角度为 b 。当 a =0 时 ，活塞 销 中 心 上面 的 位置 位置称 为 上止点 。 当 a =180 时 ， 最下面 的 位置 此位置称 为 下止点 。 此时 活塞的 位移 x= A A 1 = A O =(r+l ) (r l = (1 1 (1 b)r a （ 式 中： l 连杆 比 。 连杆长度 l 与结构参数（ 关，此次设计选取 。 杆小头的设计 d d b 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 d 2 杆杆身的设计 连杆杆身从弯曲刚度和锻造工艺性考虑，采用实心形截面。 1. t 为使连杆从小头到大头传力比较均匀，在杆身到小头和大头的过渡处用足够大的圆角半径。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 柄的设计 本次曲柄 接结构形式，切口角 45 ，曲柄长度 ) 大头孔直径 1D 61 0 2) 大头宽度 2b 2 3) 连杆轴瓦厚度 4) 连杆螺栓直径 141 0 5) 连杆螺栓孔中心距 1l 螺栓孔外侧壁厚不小于 2 毫米，取 3 毫米，螺栓头支承面到杆身或大头盖的过渡采用尽可能大的圆角。 6) 大头高度 21,11 ) 取 1 12 ) 取 2 7) 定位方式 定位方式采用锯齿定位，齿形角为 60 ，齿距为 柄强度计算 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 柄小头计算 （ 1） 由衬套过盈配合和受热膨胀产生的应力 衬套最大装配过盈量 衬套温度过盈量 4 010)( 51 式中 为连杆材料线膨胀系数，对于钢 C 为衬套材料线膨胀系数，对于青铜 C 由总过盈量产生的径向均布压力 26222262222221221212221221/g 式中 E 为连杆材料的弹性模量，对于钢 26 /102.2 E 为衬套材料的 弹性模量，对于青铜 26 /1015.1 为泊桑比， 小头外表面由 p 引起的应力 222 2212221 /g （ 2） 由惯性力拉伸引起的应力 活塞组的最大惯性力 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 k g j 4 9 4)2 8 ( 22 m a x 式中 G 为活塞组重量 为角速度 固定角 118502650234a r c c o r c c o 4 12 中心截面（ 0 ）上的弯矩 g 0 3 0 3 m a 小中心截面（ 0 ）上的法向力 k g 94) m a 固定截面（c）上的弯矩 g 1 8co 7 co s( s i )co m a 查表可知 o 固定截面（c）上的法向力 k g co s( s s m a 壁厚 2 12 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 截面积 2112 ()( 衬套截面积 21 ()( 系数 K 66 6 受拉时固定截面处外表面应力 （ 3）2122/)2(62g 由最大压缩力小头承受的最大压缩力 k g 5 6 44 9 44 m a 辅助参数0 和 查表可得 k g g 固定截面处（c）的 )(f 值 查表得 0 1 2 2 1 8()( 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 受压时固定截面处（c）的弯矩和法向力 g 18c o )c o 02 k g 2 2 6 4co s)( 02 受压时固定截面处外表面应力 2122/)1)2(62g （ 4） 小头安全系数 材料的机械性能 查表可得 45钢 2/60 2110211121/4 5 0 2 4 0 3 0 0 5.0(g g g 角系数 0 0 4 5 0 03 0 0 022001 在固定角c截面的外表面处 应力幅 2/858(1)(21 平均应力 2 /58(1)2(21 小头安全系数 0 01 小头安全系数应不小于 以满足要求 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 （ 5） 小头横向直径减小量 小头平均直径 m 小头截面的惯性矩 4331 0 3 0 横向直径减小量 0 6 2 0 01 1 8( 410)90(6623623m a 为保证活塞销和连杆衬套不致咬死，应使21 ，实际计算结果21 ，所以满足要求。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 柄杆身计算 （ 1）杆身中间截面处最大拉伸力g (22 k g 3 5 07084 2 式中 分别为活塞组重量和位于计算截面以上那一部分连杆重量。 （ 2） 杆身中间截面处的应力和安全系数 由最大拉伸力引起的拉伸应力 2/ 8 g 式中 F 为杆身中间截面积，计算约为： 2.2 杆身中间截面的惯性矩 (21)(121x121)(121y由最大压缩力引起的合成应力 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 2221 /g 2222 /式中 C 为系数，对于各种钢材 0 0 0 0 0 212 11 杆身中间截面在摆动平面内的应力幅和平均应力 2121/8092)221(1 8 3 92/1 0 3 02)221(1 8 3 92g g 在垂直于摆动平面内的应力幅和平均应力 2222/7 9 12)2 2 1(1 8 0 32/1 0 1 22)2 2 1(1 8 0 32g g 在摆动平面和垂直于摆动平面内的安全系数 1安全系数满足要求。 （ 1） 连杆大头计算 大头盖所受惯性力 k g )1(2232m a x 根据大头盖截面图（图 1）计算重心坐标 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 大头盖截面的惯性矩 2)大头盖计算截面的抗弯断面模数 3m a 4.1 Z 轴瓦计算截面的惯性矩 433 0 0 8 12 大头盖中央截面上的应力 2m a x/21256(023.0g 大头盖横向直径减小值 lP j 02 3 3 m a 经轴承选择， 1 值小于轴承间隙的一半，所以满足要求。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 定螺栓设计 根据旋转速度初选连杆螺纹直径 141 0 根据 择螺栓，螺母，垫片标准件如下： 螺栓 5782 母 6170 片 848 14 螺栓与螺母材料均采用 40 服强度校核 （ 1）装配预紧力 每个螺栓由惯性力引起的工作负荷 k g 382 45s m a x 曲柄图 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 式中 为斜切口大头的切口角。 发动机工作时连杆螺栓受到两种力的作用：预紧力 P 和最大拉伸载荷 预紧力由两部分组成：一是保证连杆轴瓦过盈度所必须具有的预紧力 1P ；二是保证发动机工作时，连杆大头与大头盖之间的结合面不致因惯性力而分开所必须具有的预紧力0P。 k g 9 4 0 0)(10 （ 2） 材料屈服强度校核 确定0 核螺栓材料是否屈服，应满足： s 螺栓最小截面积，经计算 2m s为材料的屈服极限，一般 2/80 n 为安全系数，一般为 于是经计算 22/ 5 31 9 4 4g g 得，所以满足要求。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 键轴的设计校核 的尺寸 估算 由机械零设计表选取轴的材料为 45 钢调质，其力学性能如下： 650 1 300 =1 155 =受转矩 T 的实心圆轴，其切应力： 639 5 5 0 1 00 . 2 = ? 的最小直径： 633 9 . 5 5 1 00 . 2 中： 轴的抗截面系数， 3； P 轴传递的功率， n 轴的转速， 许用切应力， C 与轴材料有关的系数，可由下表查得； 对与受弯矩较大的轴宜取较小的 轴上有键槽时，应适当增大轴径；单键增大 3，双 键增大 7。 表 4轴强度计算公式中的系数 C 轴的材料 0 275,35 45 4038 12 15 20 25 30 35 40 45 52 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 C 160 148 135 125 118 112 106 102 98 根据所选的材料 45 钢，查表可得， 112C= 。花键轴的最高转速 1450 m 轴所传递的功率由公式： 612 泵 =轴的初步估算：33 0 . 4 41 2 0 8 . 0 61450n?此该轴的轴径不能太小。 键轴的校核 由于花键轴的配合，在旋转时花键轴上受到扭矩作用。 则输出的转矩为： ( ) ( )22122 r p p h= - - ?式中 b 动片宽度； R 回转缸内径； 进油口压力； 机械效率，取 出油口压力，取 故： ( ) ( )2212 1 1 9 N2 r p p - - ? ?由弯矩所产生的弯曲应力 1曲应力的计算公式： b 1M 回转缸扭转时的当量弯矩； W 花键轴截面的抗弯截面系数。 ( ) ( ) 24 62 . 1 1 032d B N D d D p -+ 鬃 -+= 淮 式中轴规格： 6 2 8 3 2 7N d D 创 ? （ 又 ( ) 2M M + ?2 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 M 回转产生的转矩； a 根据转矩性质而定的应力校正系数。 对于不变的转矩，取 11s -+=；对于脉动的转矩，取；对于对称循环的转矩，取 1a= 。假定回转缸转矩不变，选择轴的材料 10 45 钢。通过查机械设计手册可得材料的相关力学性能， 0 M ， 1 0 M =， 1 M = 所以 11 65 0 . 2 8230s -+= = =又 119T N m=?， 1 0 1 m=? ( ) 22M M + ? 51=? 1 M = 因此轴的强度满足要求。但是轴也受到扭矩作用且在花键最小截面上产生最大剪应力： t 其中
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