浙江科技学院毕业设计
第4章 机械设计简介
整个机械设计是一个复杂的过程。设计人员必须在这样的领域，如静力学、运动学、动力学和材料力学具有良好的素养，此外，还必须熟悉制造材料和制造工艺。设计人员必须能够组合所有相关的事实，进行训渭、制作草图和制图来把制造要求传递到车间。
任何产品设计的第一步工作之一是选择用于制造每个部件的材料。今天的设计人员可得到无数上午。在选择时，产品的功能、外观、材料成本和制造成本都很重要。在任何计算之前必须仔细评估材料的性能。
有必要仔细计算以确保设计的有效性。计算从不出现在图上，而是由各种原因被存起来。一旦任何一个部件失效，就要弄清楚在最初计算这个有缺陷的零件时做了什么；而且，从对过去的项目的计算中可以获得一份经验文件。当需要类似的设计时，过去的记录会有极大的帮助。
计算（和图上尺寸）的检查最为重要。一个小数点的放错位置可以毁掉一个本来可以接受的项目。例如，如果一个人要设计一个能支撑100磅的托架，而它本身应该能支撑1000磅，结果肯定会失败。必须检查再检查设计工作的方方面面。
计算机对于工作人员来说是一个很有用的工具，可以减轻乏味的计算并且对现有数据提供扩展分析。基于计算机性能的交互系统使计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）成为可能。通过这样的系统，就可能把一个初步构思传送到打孔纸带用于数字加工控制而无须绘制正式的施工图。
4.1 设计准则
在这一部分，有人建议运用创造的态度进行分析，这种分析可以改进以及对设备用产品的构思和完善，也许产品的功能更多、更经济、更耐用。创造阶段无须是最初和独立的阶段。虽然分析人员可能并不负责整个设计，但是他不仅仅是能从数字上提出要他解决的问题的正确答案，不仅仅是给出应力值、尺寸或者工作限制。他可以提出更广泛的见解，以便改进或规范方案。由于在分析前或分析过程中，他会熟悉装置及其工作条件，他就处于一个构思备选方案的有利位置。最好他能提出建议改变形状来消除力矩或应力集中，而不是允许构件具有大截面或过多动态载荷的机构最好是他报废他的细致的设计而不是后来看到机械报废。
为了激发创造性思维，建议设计人员和分析人员使用以下准则。前6条准则尤其适用于分析人员，虽然他可能涉及到所有这10条。
1. 创造性地利用所需的物理性能并控制不需要的。 2. 认识实用载荷及其重要性。
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3. 预先考虑没有作用的载荷。 4. 发明更有利加载条件。
5. 提供最小量的最有利的应力分布和刚性。 6. 用基本方程计算比例并使尺寸最优化。 7. 选取材料以获得性能组合。 8. 在备件和集成零件间仔细选择。
9. 修改功能设计以适应生产过程和降低成本。 10.考虑装配中使部件精确定位和互不干扰。
4.2尺寸公差和表面粗糙度
由于大多数制造行业均具有高度的竞争性，因此寻找降低成本的途径这个问题一直是人们关心的。降低成本的最好起点是在产品的设计阶段。设计工程师在进行设计时应该记住所有可供选择的方案。如果不对可能的生产成本进行认真的分析，通常不可能选定最好的方案。在对产品的功能、互换性、质量和经济性进行设计时，需要对其公差、表面粗糙度、加工方法、材料以及设备等问题进行认真的研究。
为了能够从制造上保证设计的合理性和经济性，认真考虑下列各项一般性规则――即要单独考虑每一项规则，又要对规则地行整体考虑—是非常重要的。对于不同的设计要求或者因素，每一项规则的重要程度可能会发生变化， 但是这些规则的总体重要性将不会发生变化。
（1）、尽量简单。在功能特性和结构特性的设计方面应该为最简单。 （2）、确定最好的加工方法。寻求生产工程师的帮助，设计最经济的加工方法。
（3）、材料分析。选择题能满足设计要求，成本以低的材料。
（4）、避免产生夹紧与装卸方面的问题。设计容易定位、夹持与装卸的工件。 （5）、采用尽可能大的公差和表面粗糙度。在确定零件的表面粗糙度和尺寸精度时，不应该对零件或者机构的设计，以及将要采用的生 产过程提出过高的要求。
表面粗糙度的大小与尺寸公差是决定设计是获得成功还是脱离实际的关键因素。
对于互换性原理的全面、深入的研究是充分理解和正确认识低成本生产的技术基本因素。互换性原理是保证任何数量的零件能够顺利生产的关键。应该综合考虑所有零件的细节，以保证不仅可以采用低成本的加工工艺，而且可以实现快速和容易的装配和维修。应该牢记，每一种生产方法都对应着一个在连续生产条
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件下不超过其基本成本的精度水平。
经济的制造并不是自然而然产生的。它是从设计阶段开始的，要考虑机床、加工方法、公差、和表面质量的实际限度。尺寸公差和表面粗糙度都不应该规定得比实际功能或者设计要求的精度极限更小。这样做就能够得到尽可能低的成本和尽可能快的生产速度。
设计工程师并不需要知道如何操纵一台专门的机床去获得所需要的表面粗糙度，但是他应该清楚这些加工方法的某些情况。各种工序所能得到的表面粗糙度值的大小，以及采用每一种工序来获得光滑表面的经济性方面的知识都会帮助设计工程师决定采用何种表面粗糙度。
由于其简单，算术平均粗糙度Ra在全世界范围内得到了广泛的应用。下面各段中介绍了表面粗糙度Ra的应用实例。
0.2μm 这种表面粗糙度适用于液压支柱的内表面，液压缸，O型密封圈的活塞和活塞杆，滑动轴承中的轴颈，凸轮表面，承受正常载荷的滚动轴承中的滚柱等。
0.4μm 这种表面粗糙度适用于高速转动的轴承，承受重载荷
的轴承，普通商业级轴承的滚柱，液压零部件，静态密封环，密封环槽底，在滑动轴承中工作的轴项和承受很高拉应力的构件。
0.8μm 这种表面粗糙度通常见于有应力集中和承受振动载荷的零件，以及拉削的孔。齿轮齿面和其他精密加工的零件。
1.6μm 这种表面粗糙度适合于普通轴承，一些尺寸公差较小的普通机械零件和不承受剧烈交应力的高强度零件。
3.2μm 这种表面粗糙度不能用于滑动表面，但可以用于承受较低载荷和不经常承受载荷的粗支承面，或者适用于承受中等应力的机械零件。
6.4μm 这种表面粗糙度的外观并不太难看，可以用于非关键零件的表面和支座安装面等等。
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第5章 水面垃圾收集船主机原理方案构思
和拟定
5.1 整体方案
碧水一号”水面垃圾收集船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，其水面垃圾主要有稻草、烂蔬菜、塑料袋、软包装、饮料盒、塑料泡沫、瓜皮等。由于受河道过往船只形成的浪涌及潮水的冲击，水面垃圾一般集中在两侧的江岸、堤坝、湖边及拐角回流区，而河道和湖泊的中央几乎没有垃圾，因此要求收集船尺寸小，操作灵活、零航速作业效能好。
根据以上要求，并参阅国内外水面垃圾收集船资料，对多种收集水面垃圾装置方案进行比较、综合分析及论证，同时考虑到目前管理、维修水平及经济条件等因素，我们采用了双体船型方案。
针对这些，本方案引入了“局部到整体”的设计方案。也就是根据各部分要实现的功能，依次设计出各个机构，再进行虚拟装配，排除干涉，达到设计的目的。
图5.1 收集船整体方案
如图5.1所示，本收集船主要由引导装置、导水叶轮、翻斗、翻转机构、垃圾仓及驱动转向装置等几个部分组成。该方案是通过一设于双船体间的叶轮造流，通过船体的挡板引导作用，将船体前方垃圾吸入翻斗垃圾收集区，再通过翻斗将收集到的垃圾翻转倾倒至设于船上的垃圾仓内。等垃圾收集任务完成，船体泊岸后，设于岸边的吊车把垃圾仓吊至转运汽车上，收集作业完毕。作业流程如图5.2所示。
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水面垃圾 挡板导向 垃圾仓 叶轮造流 翻转机构 翻斗收集岸边收集 翻斗收集
图5.2 收集船收集流程
考虑到垃圾收集的水域特点和收集的快速性、实用性，我们本着以更简单、更快捷、更可靠地完成收集垃圾任务的原则对收集船进行了设计与制作，在机构和船体的设计上主要有以下几点创新与特色点。
5.2 方案创新点
5.2.1叶轮机构
位于船头的导水叶轮进水深度20~30 mm。作业时，转动导水叶轮使其产生一定的局部水流，将船体前方的垃圾引导到船体翻斗收集区。当水面垃圾堆积时，船体可以停止前进，靠导水叶轮的造流作用，将垃圾收集到翻斗内。当船体逆流行驶的时候也不会出现垃圾随水流跑出翻斗收集区的情况。
这种垃圾收集形式，具有一个最大的优点就是既可以通过船体的前进收集垃圾，也可以无需将船体和收集工具进入垃圾汇集处就可将垃圾导入船体的垃圾收集区收集，特别适用于河道、湖泊的岸边、拐角区和其他环境复杂的垃圾堆积区。
5.2.2间歇翻斗机构
为了增加翻斗收集垃圾量，延长翻斗收集垃圾的时间，翻斗设计采用间歇性运动方式，主要由不完全齿轮传动和四杆机构来实现翻斗的间歇运动，使翻斗在水面停留和翻转间不间断运动。在翻转机构中采用四杆机构的急回特性，使翻斗快速复位收集垃圾位置，从而更有效地实现垃圾的收集和缩短翻斗倾倒垃圾的时间。
不完全齿轮机构的优点在于结构灵活，制作简单，无需控制电机的启动与停止，就能实现翻斗的翻转与间歇停留的控制，并且只要齿轮的齿数确定，其停留时间也确定并且固定不变，受力平稳，工作稳定。
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