机械设计课程设计闸门启闭机说明书
目录
一、设计题目- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2
二、系统总体方案确定
1.人字闸门启闭机功能分析 - - - - - - - - - - - - - - - - - -4
2.执行机构设计 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -4
3.传动机构设计 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -5
三、执行机构的尺寸设计和运动分析
1.执行机构的尺寸设计 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6
2.执行机构的运动分析 - - - - - - - - - - - - - - - - - - -8
四、传动机构的分析和传动件的工作能力计算
1.电动机选择 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -19
2.计算传动装置传动比，并分配各级传动比 - - - - - - - - - - -20
3.计算传动装置的运动和动力参数 - - - - - - - - - - - - - - -20
4.蜗轮蜗杆的设计和计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - -22
5.开式斜齿轮的设计和计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - -25
6.开式锥齿轮的设计和计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - -30
五、减速器结构设计
1.蜗杆轴的设计 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -33
2.蜗轮轴的设计和计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -35
3.轴的校核和计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -37
4.轴承的设计和计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -40
5.键连接的设计和计算 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -41
6.联轴器的选择 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -43
7.减速器的部分结构尺寸计算 - - - - - - - - - - - - - - - - -43
一、设计题目
设计题目——闸门启闭机
1.
机器的用途及功能要求
闸门是水工建筑的重要组成部分，其作用是封闭水工建筑物的孔口，
并能够按需要全部或部分开放孔口，以便调节水位，泄放流量，放运船只，排除沉沙、冰块等漂浮物。
人字闸门是一种在船闸上广泛应用的转动式平面闸门（如图所示），由左右两扇门叶组成。
门叶支承在门轴柱底部的底
枢上，门轴柱顶部设有顶枢以防
门叶倾倒，底枢中心与顶枢中心的连线即为门叶的转动轴。
当闸门全开时，两扇门叶分别隐靠在闸墙边的门龛中（与船闸的横轴线垂直）；闸
闸墙
顶枢
底枢
门轴柱
接缝柱
门关闭时，两扇门叶在水压力作用下于接缝柱处互相挤紧，且分别与闸门的横轴线成夹角θ。
门叶的开启与关闭由启闭机控制。
船闸人字闸门在静水中启闭。
启闭机一般由动力装置、传动装置、执行机构、制动装置以及控制系统等组成。
一般情况下，启闭机布置在闸墙顶部靠近门龛处，其执行机构与门叶的顶部相联结，启闭力作用在门叶顶部。
人字闸门
2.设计要求和原始数据
设计原动机为电动机，执行机构为四杆机构的人字闸门启闭机。
⑴结构简单可靠，便于维护和修理；
⑵在开启的初始阶段和关闭的结束阶段，闸门的速度应接近于零；
⑶启闭机要受力状态良好，执行机构应满足最小传动角γmin≥40°；
⑷传动装置设计要合理，体积大小应适中；
⑸机器使用寿命（每年按300天计算），每日三班制工作，每小时开启次数不超过2次。
机器工作时不逆转，允许曲柄转速有±5%的误差，载荷基本平稳，起动载荷为名义载荷的2倍。
⑹设计原始数据如下：
3.设计内容
⑴选择执行机构的型式，计算机构自由度，确定构件尺寸；
⑵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、总传动比及传动比分配；
⑶用电算法作执行机构的运动分析。
取等步长，计算闸门在开启过程中10个位置（包括起、终点）上的角位移、角速度和角加速度，以及闸门的平均角速度ωm、最大角速度ωmax和最小角速度ωmin；
⑷计算闸门的开启力矩（即载荷），选择电动机；
⑸对传动系统中各级传动进行工作能力计算；
⑹进行减速器的结构设计。
4.提交的设计结果
⑴启闭机总体设计方案，包括完整的传动路线图，按比例绘制的执行机
构运动简图，要表示清楚各传动件及执行机构和原动机的空间位置关系；（2号图纸）
⑵闸门开启过程的角位移、角速度、角加速度线图；（3号图纸）
⑶减速器装配图一张；（1：1，0号图纸）
⑷减速器零件工作图若干张；（1：1）
⑸设计计算说明书，内容包括：
* 设计题目、要求和原始数据；
* 执行机构的运动设计，包括数学模型、程序框图及文本、计算过程和结果；
* 原动机选择、传动比分配过程，各轴的运动和动力参数计算过程和结果；
* 各级传动工作能力计算过程；
* 减速器中轴、轴承、键联结、联轴器的选择及计算。
5.有关计算公式
（1）闸门开启总阻力矩M
M = M1+M2 (N.m)
式中，
M1为静水压力的阻力矩， M1=0.25HL2ΔH×410 (N.m) M2为风压阻力矩， M2=0.01HL2sinβ×410 (N.m)
β—闸门关闭时与闸墙的夹角（度），β=90°－θ
（2）电动机功率
P = Mω/ (1000η) (kw)
M —闸门开启总阻力矩 (N.m)
ω—闸门开启时的角速度（1/s）
η—启闭机的总效率（其中，执行机构的效率取为0.95）
二、系统总体方案确定
1.人字闸门启闭机功能分析
船闸人字闸门在静水中启闭。
启闭机一般由动力装置、传动装置、执行机构、制动装置以及控制系统等组成。
一般情况下，启闭机布置在闸墙顶部靠近门龛处，其执行机构与门叶的顶部相联结，启闭力作用在门叶顶部。
启闭机要求结构简单可靠，便于维护和修理；在开启的初始阶段和关闭的结束阶段，闸门的速度应接近于零；启闭机要受力状态良好；传动装置设计要合理，体积大小应适中。
2.执行机构设计
2.1拟执行机构方案设计、比较和分析
方案比较和分析如下。