水路兩棲艇的設計畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 kW。 選用的發動機最大功率為108kw。 。 。 。 所以螺旋槳可以得到的最大功率為 。 滿足海上行駛所需要的功率。 波浪對阻力和快速性的影響（1）車輛在波浪中航行將產生縱搖，橫擺，和升降阻力，因此會引起阻力增加和航速降低。一般認為，引起阻力增加的主要是縱搖和升降運動所致，橫搖次之，而且所增加的阻力至于車輛的振幅等參數有關（2）波浪遇到車體時，被車體反射而產生反射水波。反射水波的能量正是車輛阻力增加值的一部分。水陸兩棲快艇總阻力 （4—13）式中： 路上行駛阻力的計算 抗沉性計算 本章小結本章主要敘述了總體方案的具體選擇。在上一章確定的外形的基礎上，進行了總體質量的計算，計算了重心的位置。還計算了水中以及陸地上行駛時受到的阻力，并根據選取的發動機的功率校驗了可行性。最后進行了防沉性的計算。第5章 分動器的設計 分動器的原理和初步設計 分動器是水陸兩棲快艇水陸轉換的重要轉換機構，起到水陸轉換的作用。通過換擋機構，改變分動器的輸出軸，從而達到水陸轉換的功能，具體的設計如下面的敘述。 分動器原理通過分析比較，得分動器原理圖如圖51所示。圖51分動器原理圖在圖51中，軸1為輸入軸，與變速器輸出軸相連。軸3為輸出軸，通過一系列傳動裝置與螺旋槳相連。軸4為另一個輸出軸，軸端有一錐齒輪與后橋上另一個錐齒相連，構成主減速器。5為接合套，圖示位置皆處于空檔狀態。通過撥叉撥動5向左移動可接通驅動橋，撥動2向左移動可接通螺旋槳，同時使5向左移動則同時接通后橋和螺旋槳。 初步計算 分動器齒輪傳動設計分動器內齒輪轉速較高，為減小沖擊和噪音，提高壽命，該齒輪副選擇斜齒圓柱齒輪傳動。按表51中變速器在不同檔時的最大轉矩及對應轉速計算。已知條件：小齒輪輸入轉矩：小齒輪轉速： 傳動比： 選擇齒輪材料、熱處理方式和精度等級大、小齒輪均選用45號鋼，小齒輪調質處理，大齒輪正火處理，查表得齒面硬度。平均硬度為在之間，選用8級精度。 初步計算傳動主要尺寸因為是軟齒面閉式傳動，故按齒面接觸疲勞強度進行設計。 （53） 式中各參數為：（1）小齒輪傳遞的轉矩；（2）設計時，因v值未知，不能確定，故可初選載荷系數。本題初選取；（3）查表，取齒寬系數；（4）查表得彈性系數；（5）初選螺旋角，查表得節點區域系數；（6）齒數比；（7）初選，則。因為一對齒輪的齒數和以互為質數為好，以防止齒輪磨損集中于某幾個齒上，而且為了保證最低車速不低于50km/h，故取，反算傳動比得重合度軸面重合度：查表得重合度系數；（8）查表得螺旋角系數；（9）許用接觸應力由式44計算： （54）查表得接觸疲勞極限應力為：。小齒輪應力循環次數為： （55）式中： —小齒輪轉速4000r/min； a—齒輪轉一周，同一側齒面嚙合的次數，a=； —齒輪的工作壽命，h。 取齒輪壽命為8年，每年工作日按250天計算，每天工作時間，即該水陸兩棲快艇在陸上行駛時間按5小時計，則： 大齒輪的應力循環次數： 查得壽命系數： 取安全系數，得： （56） （57） 故取： 初算小齒輪1的分度圓直徑，得 確定傳動尺寸 校核齒根彎曲疲勞強度 （513） 式中各參數：（1）值同前；（2）齒寬；（3）齒形系數和應力修正系數當量齒數： 查表得：（4）查表得重合度系數（5）查表得螺旋角系數（6）許用彎曲應力，由式計算，查表得彎曲疲勞極限應力：查表得壽命系數，安全系數 故： 滿足齒根彎曲疲勞強度。 齒輪傳動其它幾何尺寸計算（1）齒頂圓直徑：式中 為齒頂高，得： （2）齒根圓直徑： 式中 為齒根高， 得： 分動器傳動軸的計算 材料的選擇選用45號鋼，選用正火回火，毛坯直徑小于100mm，硬度（HBW）為170~217。 軸徑的初步計算 軸承的選擇根據初選的軸的直徑，再根據階梯軸的特性，安排各段軸的直徑大小，因為有比較小的軸向力，因此選取角接觸軸軸承，輸入軸和螺旋槳輸出軸的軸承選取為7009C，后輪輸出軸兩端選取為7012C。 軸的結構設計圖51 輸入軸部分圖52 螺旋槳輸出軸部分 圖53 后輪輸出軸部分 各個軸的具體尺寸詳細見圖紙。 軸的強度校核計算考慮到螺旋槳輸出軸的軸徑最小，故主要對其進行強度校核。（1） 軸的計算簡圖軸的計算簡圖及具體尺寸見圖54（a）。（2） 計算支承反力在水平面上 == =1376 N （516） =1376=501N （517）垂直面內的支反力： == N == N水平面內的支反力： = = N（3） 計算彎矩 垂直面內： （518） mm Nm 水平面內： m （519） 總彎矩： Nm （520）（4） 繪制彎矩圖如圖54（d）、（f）、（g）。 繪制轉矩圖如圖54（h）。（5） 校核軸的強度根據軸的結構圖和彎矩、轉矩圖對危險截面進行強度分析。按第三強度理論有： = （521） 式中： — 軸的計算應力，單位：MPa —軸所受彎矩，單位： Nmm —軸所受轉矩，單位：Nmm —軸的抗彎截面系數，單位：mm —扭轉切應力為靜應力時，所以 （522） MPa查文獻得：=213 MPa故，即安全。圖54 軸的載荷分析圖（6） 校核鍵連接的強度所有的鍵都選為GB/T 1096—79 1035。聯軸器處的軸徑最小，對其進行校核。 （523）式中： —軸傳遞的轉矩，單位：Nm —鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，平鍵，此處為鍵的高度；單位：mm —鍵的工作長度，A型平鍵，為鍵的公稱長度，為鍵的寬度；單位：mm —軸的直徑，單位：mm —最小的材料的許用擠壓應力，單位：MPa所以有， （524）所以強度足夠。 分動器結構設計及操作說明 換檔機構為了避免沖擊、減小噪聲，在換檔過程中需用到同步器，它可以從結構上保證接合套與待接合的花鍵齒圈在達到同步之前不可能接觸。這里選用的是鎖銷式慣性同步器。換檔時，撥叉撥動接合套，接合套通過定位銷推動錐環與錐盤接觸。在錐環與錐盤接觸瞬間，鎖銷與接合套齒端斜面相接觸。在換檔過程中，兩接合齒輪轉速未一致前，鎖止面阻礙接合套前移，接合套不能與花鍵齒圈接合，反映在換檔時感到費力。在同步器錐環與被接合齒輪錐盤逐漸接合過程中，兩接合齒輪轉速趨于一致，此時鎖銷與接合套鎖止面壓力消失，撥動齒套無阻礙地推進，達到無沖擊嚙合。 換檔操縱裝置圖55 遠距離操縱的桿系傳動機構簡圖因分動器與駕駛座距離較遠，不適合直接操縱，因此選用遠距離操縱裝置，原理見圖42所示。圖示位置分動器處于空檔位置。當向后拉動控制桿1時，通過桿系1帶動分動器內后橋撥叉移動，從而接合分動器后橋輸出軸，使動力傳動后橋；同理，當向后拉動控制桿2時，通過桿系2帶動分動器內螺旋漿撥叉移動，從而接合分動器螺旋槳輸出軸，使動力傳向螺旋槳。 本章小結 本章進行了分動器的設計，包括齒輪以及軸的設計和校驗，最后敘述了分動器的操作方式。第6章 輪胎收放系統、方向控制系統及密封 輪胎收放系統 概略當在水中行駛時，輪胎在下部露出部分對行駛的阻力比較大，影響行駛速度和流暢性，因此在設計基本成型后進行輪胎收放系統的大略的設計。 參考資料前后輪都采用雙橫臂式螺旋彈簧獨立懸架系統。本文的懸架系統參考了專利 US 2006/0148340 建立的，在原來懸架的基礎上加入了收放機構。原專利如圖61所示。圖61 輪胎收發系統圖中112為上下三角懸架，16為輪胎支撐架，28為減震器，35為液壓泵，21可以直接連接輪胎的輪轂，通過液壓泵35的作用起到收放輪胎的功能。 簡略成型我在本文中只做比較簡單的設計，上下三角懸架使用相同的尺寸，保證在收起放下后始終使輪胎支撐架保持垂直，這樣就能保證輪胎始終能保持垂直狀態。具體的樣式如圖62，63所示。圖62 輪胎收放系統右視圖 圖63 輪胎收放系統俯視圖 方向控制系統該水陸兩棲快艇在路上行駛時采用齒輪—齒條式轉向系統，其齒輪—齒條的結構，使駕駛員在轉動方向盤的時候，將方向盤的轉動轉變成齒條的橫向移動，齒條在橫向移動的時候帶動轉向橫拉桿進行運動，拖動轉向節轉動從而實現轉向。轉向系統的大體樣式如圖63所示。圖64 方向控制系統圖中23為擺臂，24為裝箱節臂，25為轉向橫拉桿，26為擺桿，27為拉桿，28為方向盤。圖中為其中一半的結構，另一半結構大略相似，在此不再贅述。 密封 概述水陸兩棲快艇要考慮在水中的密封，防止水進入快艇影響內部機構的運行。具體密封情況參照一般船體螺旋槳處的密封。兩棲快艇需要密封的主要部分有：后輪輪軸與車體之間的密封，前后輪懸架和車體間的密封，螺旋槳和車體間的密封。 大體方案一般船舶螺旋槳和船體之間的密封多數采用數個軸頸軸承代替普通的滑動軸承或者滾珠軸承。軸承的數量和布置由軸的長度和直徑、軸的抗彎振動性能、軸的靜態彎曲線以及彎曲應力和軸承支撐座的強度決定。尾軸管軸承和密封比較特別，它比其它軸承要堅固得多，因為它必須承受較大的負載，還要承受螺旋槳引起的突然沖擊力（如在洶涌海浪中和突發事故時）。 尾軸管密封有各種不同的技術解決辦法。在大多數船上用單工結構，尾部軸封保護尾軸管不進海水。尾軸管內壓取決于船舶吃水，尾軸管內充油，抬高油箱可以調節油壓，使之高于外部水壓。與環境有關的一項特別有意義的發展是單工緊湊空域尾軸管密封。 另外，充壓并可調壓的中間腔將油和海水隔開，即使在事故情況下海水也不能進入船內，油也不能溢出船外。 除了螺旋槳外其他部分的密封可以參考螺旋槳的密封情況進行，在此就不再過多敘述。 本章小結本章簡略敘述了輪胎收放系統、方向控制系統以及密封方面的問題。總 結 本次的畢業設計涵蓋的方面比較廣泛，不只是總結應用了大學四年的所學所得，還在這個基礎上學習了其他方面的多種知識。在畢業設計的過程中，不僅鍛煉了我發現問題、分析問題、解決問題的能力，還培養了自己的邏輯感，能有條不紊的進行其中各方面的工作，知道了如何科學的利用時間進行設計任務，知道了設計的標準和其中需要注意的方面。總之，這次的設計讓我從中成長，為以后更進一步的學習工作打下了基礎。在本次設計中，我完成的有以下幾個方面：（1） 外形的設計：在查閱資料的基礎上，確定馬自達6為設計模板后，參考跑車的外形，使用solidworks為設計平臺模擬設計出來了外形，并在CAD中畫出了外形的具體尺寸。（2） 總體設計：總體設計包括水陸兩棲快艇的內部傳動系統的構成以及位置分布，計算了在水中的吃水深度，以及陸地上以及水中行駛時受到的阻力，并根據選取的發動機的參數確定是否能夠滿足行駛要求，計算出了總體重心的位置，保證整體行駛的平穩性。（3） 分動器的設計：我設計的水陸兩棲快艇以汽車為模板，在此基礎上進行改進，達到實現水陸兩用的功能，其中主要的設計方面就是分動器。在分動器的設計中，我進行了齒輪的尺寸設計，軸的尺寸設計，以及對分動器控制上的大體設