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1、毕业论文（设计）专用稿纸 本科毕业论文（设计）论文题目：多功能潜水器的设计姓名：高磊学号：20150581310244班级：二班年级：2015级专业：机械设计制造及其自动化学院：机电工程学院指导教师：林茂完成时间：2019年 5 月20日毕业设计（论文）专用稿纸版权声明本毕业论文（设计）是在导师的指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业论文（设计）引起的法律结果完全由本人承担。毕业论文（设计）成果归海南大学所有。特此声明作者专业：机械设计制造及其自动化作者学号：2015
2、0581310244作者签名： 年 月 日摘 要潜水器是具有作业能力和水下观察的潜水装置，可以作为潜水员水下作业的基地，又称深潜器、可潜器，主要用于执行考察、水下勘探、水下救生、海底开发和打捞等任务。水环境污染日趋严重的形势下，为了解决清理海底垃圾的问题，设计了一种多功能潜水器，可以潜水兼具打捞功能。本文主要设计思路如下：为减小机体的阻力，机体体采用左右双体结构，机体以蓄电池供电，分别驱动直流电动机和马达，马达驱动机体的前进与转向。打捞是电动机通过减速器的减速后，分别通过带传动驱动过渡链轮和打捞传送链，打捞传送链把垃圾从外部运到垃圾储存仓，如果垃圾储存仓装满了后，可以通过人工方式将其倒入机体中
3、。过渡链轮通过链传动驱动锥齿轮的主动轴，动力通过锥齿轮减速器驱动收集装置，从而完成垃圾的打捞。本文主要完成了多功能潜水器的装配图以及重要零件图，对其重要零部件进行了设计计算校核。 关键词 ：多功能潜水器 打捞 设计计算AbstractThe submersible is an active deep diving device with underwater observation and operational capabilities. It is mainly used to perform underwater investigations, seabed exploration, s
4、eabed development and salvage, life-saving tasks, and can serve as an underwater operation base for diver activities. Also known as deep submersible, submersible.In order to solve the problem of bottom garbage cleaning, a multifunctional submersible is designed, which can be used for diving and salv
5、age.The main design idea of this paper is: in order to reduce the body resistance, the body adopts a left-right dual body structure, the body is powered by batteries, DC motor and motor are driven by motors, respectively, to drive the forward and steering of the body. Salvage is when the motor slows
6、 down through the reducer, and the salvage chain and the transition Sprocket are respectively driven by the drive. The salvage chain transports the garbage from the bottom of the sea to the garbage storage warehouse. If the garbage storage depot is full, it can be manually poured into the barrel. In
7、, The transition Sprocket drives the active shaft of the Bevel gear through the chain drive, and the power drives the collection device through the Bevel gear reducer to complete the garbage salvage.This paper mainly completes the assembly diagram and the important parts diagram of the multifunction
8、al submersible, and carries on the design calculation and verification of its important parts.Key: Submersible Fishing Design calculation2目 录摘 要1Abstract2第1章 绪论41.1 选题的背景和意义41.2潜水器的现状及特点分析51.3本文的设计内容及研究意义.6第2章 机体的设计72.1机体的结构设计72.2机体的材料及尺寸设计8第3章 原动件的设计93.1蓄电池的选择93.2电动机的选择103.3马达的选择10第4章 中间部件的设计124.1蜗
9、杆减速器的设计124.1.1参数的选择124.1.2传动装置的总体设计124.1.3 电动机的选择134.1.4 运动参数计算144.1.5 传动零件设计计算154.1.6 蜗杆及蜗轮的基本尺寸设计184.1.7 蜗轮轴的校核214.1.8 箱体的材料和结构形式244.1.9铸铁箱体的主要结构尺寸和关系244.1.10键等其他相关标准的选择254.2带传动的设计254.3链传动的设计274.4轴的设计284.4.1打捞装置轴的设计28第5章 执行部件的设计295.1驱动装置的设计295.2打捞装置的设计30致 谢32参考文献33第1章 绪论1.1 选题的背景及意义4潜水器又称为深潜器或可潜器，
10、具有一定的水下勘探能力和水下作业能力。其用途广、需求量大，一定程度上可以为水下工作人员提供水下作业基地。目前各类潜水器的主要用途有：水下救援、水下设备的建造与维护、海底勘探、水下打捞等。海洋面积占地球表面积的71%。一些发达的工业国家受到了海洋深部丰富的石油储量、众多聚集锰集群等资源吸引，纷纷参与海洋开发竞争，而深潜技术正是海洋开发的必要手段。除此之外，在进行深海调查、抢救深海沉船，打捞深海沉船，深海潜艇侦察等任务的时候都需要深潜器参与。在进行海洋勘探时，一个由工作船（水面支护船）、深海潜水器和陆基组成的完整系统中，深海潜水器是系统中的关键之一。深海潜水器设计制造难度大，自动化、电气化程度高。
11、所以对于大国之间来说，对海洋资源的利益争夺在一定程度上可以表现为对研发深海探测器的研发力度和重视程度。科研人员潜入深海进行科学研究，未来水下观光艇的设计与生产，各型军用潜艇的设计及制造，深度水质监测，海底通信电缆、石油钻井平台和输油管道的建设或修理，进行这些活动都离不开潜水器。另外，还有许多海底机器人在人类无法承受的深度进行探险活动。美国政府每一年在太空研究方面的投入高达数十亿美元，而在深海研究方面则要少的多。在空中无人机、陆地无人机发展日益迅猛的今天，水下无人机并没有得到很好的发展，而现在对于水下无人机的需求却日益增加。其实深海探险和太空探险之间既存在着许多的相同点，同时也有一些明显的不同。
12、人类探寻深海至少比探寻太空早一倍的时间，而且发展思路也大不相同。但是这些差别正逐渐变小，深海研究者和太空研究者彼此越来越相像。更加重要的，深海探测现在能够对太空探测产生巨大影响。毕业设计（论文）专用纸1.2潜水器的现状及特点分析1.2.1国内外研究现状 1928年，奥蒂斯巴顿设计并制造了第一艘球形深海探测装置。整个装置的主体由钢铁制成。通过与电缆的连接，它可以在海中自由潜行。1930年，巴顿和另一名博物学家威廉彼博通过这个潜水装置下潜到了距离海面下245米的位置。1945年来自瑞士的奥古斯特皮卡德发明了深海潜水器。该潜水器看起来比较像一艘粗笨的深海潜艇，在巴顿的球形深海探测装置的基础上增加了推
13、进和升力装置。皮卡德建造了命名为“迪里亚斯特”号的第二艘潜水器，并对之前的部分设计进行了一些改进之后。1960年，美国海军上尉唐沃尔什和皮卡德的儿子雅科斯乘坐“迪里亚斯特”号下潜到了马里亚纳海沟距海面10916米（35813英尺）的深处。1964年3名研究人员搭乘深潜器“艾尔文”号下潜到了水下4500米（14764英尺）的深度。在40年左右的服役生涯中，“艾尔文”号一共执行了4000多次深潜任务。它找到过美军丢失的氢弹，勘测过海底火山口。另外，它还是第一艘到访过泰坦尼克号沉船的载人潜水器。1968年美国设计制造了重达26吨的6000米潜深的载人潜水器“海涯”号。1985年，法国研发制造了的“鹦
14、鹉螺”号载人潜水器，可载3人，水下作业时间为5小时，其工作水深为6000米，重量为18.5吨。1987年，苏联和芬兰联合研制了“和平1”和“和平2”号两艘6000米载人潜水器。2007年8月2日，两艘和平号载人潜水器联合完成的俄罗斯“北极一2007”海洋科学考察任务，这次考察使这两艘载人潜水器又一次被世人瞩目，并由此正式引发了国际社会在北极的利益之争。1989年，日本建造了重达26吨，潜深为6500米的“深海6500”载人潜水器。2002年，我国开始自主研制蛟龙号载人潜水器。蛟龙号载人潜水器是一艘由我国自行设计、自主集成研制的载人潜水器。该潜水器于2009年研制成功，并在2012年6月27日成
15、功下潜到7062.68米的海底深度11。1.2.2潜水器的分类（1） 按照控制方式分类：ROVRemotely Operated Vehicle 遥控式潜水器（手操控制）UUVUnmanned Underwater Vehicle 无人无缆潜水器（半自主式或预编程控制） AUVAutonomous Underwater Vehicle 自主式或智能潜水器（全自主式或智能式控制）（2） 按照航行方式分类 海底爬行式；拖曳式；自由航行式（3） 按照结构形式分类 流线式；开架式1.3本文主要设计内容及研究意义本文主要设计内容为传动装置的设计，包含运动参数的就计算、传动零件的设计计算、零件校核传动设计
16、及轴的设计等。此次设计选择了市面上已有的电池、发动机和马达。本文设计的多功能潜水器主要适用于浅海水域海底垃圾的清理收集，可有效的保证水域环境的整洁与美观，对营造绿色的生存环境有着重要的意义和积极的作用，海底垃圾清理机体的推广和使用，可实现海底垃圾清理的机械化与自动化，极大的提高海底垃圾清理效率和作业质量，同时又起到对海底环境的维护保障功能。与海底垃圾的人工打捞相比，极大地提高了工作效率，它的使用对减小海底的污染情况有着积极的意义。 第2章 机体体的设计2.1机体的结构设计根据本文设计的打捞装置的具体结构来设计机体体，首先进行垃圾打捞机体的总体结构图的展示。 图2.1总体结构图 根据总体结构图可
17、以设计出如下图所示的机体的总体构造： 2.2 机体的总体结构模型图上图为机体体的结构二维图，机体是水陆两用打捞机体的躯体部分，在系统设计中起着至关重要的作用。首先在躯体上需要安装收集装置、桨、打捞装置等机构；其次要隔绝外部水的环境和内部环境，起到隔离的作用，另外还要考虑机体体的重心设计，为减小机体的阻力，机体体采用左右对称布置的结构。两机体体之间用杆件焊接起来。前方有4个支撑杆，1个凸台，1对对称安置放轴承的支架，机体尾有对称安置的4个支架，另外，右边机体舱还有1个用于按放电动机的凸台，和一个用于放置减速器的凸台。机体体前面的4个伸缩杆一是为了放置左右两个用于动力换向的锥齿轮减速器，二是在上下
18、两杆之间可以放置收集轮。机体体右边的那个凸台是为了放置用于支撑把带传动换成链传动的轴的支座。机体体中间的1对对称安置的支架，主要用于支撑打捞装置的滑动轴承。机体体后边的4个支架主要用于支撑安放马达的压板的用途。右机体舱的2个凸台用于支撑和定位电动机和减速器的作用。他们的高度差分别参考电动机轴和减速器轴的高度差。 2.2机体体的材料及尺寸设计机体体用灰铸铁HT200制作而成，厚15mm，长3000mm，宽2200mm，高800mm它的总体尺寸设计见零件图五：机体体。 第3章 原动件的设计3.1蓄电池的选择综合考虑机体的动力情况，选择蓄电池作为动力源（可充电），分别为电动机和马达供电，根据设计减速
19、器的相关参数，查相关手册选择蓄电池的型号为GB/T10076-1988型号:12-QA-200 。 图3.1 蓄电池的外观图电压：12V额定容量：200AH尺寸：511*270*2373.2电动机的选择 根据减速器设计的相关参数，查表可得知，所需要的电动机Z系列直流技术数据，通过对传动装置和电动机的重量、价格、尺寸以及减速器的传动比等各项参数的综合考虑，最终选定型号为Z2-62-114的电动机。其主要性能如下所示：电动机型号额定功率额定转速Z2-62-1147.5kw1000rmin3.3马达的选择 根据锂电池的直流供电特点和机体体的结构特征，查相关的资料选用以下的马达。这种马达结构简单，安全
20、可靠，适应性较广。 查知这种马达的基本参数为：马达型号：SJM400型 马达形式：外转子马达 轴的直径：30mm 重量：5kg 功率：4.5KW转速：1000rmin电压：220V 第4章 中间部件的设计4.1蜗杆减速器的设计4.1.1参数的选择根据传动装置的实际情况，特选定如下的初选参数。总传动比：I=35 Z1=1 Z2=35链轮（传送带）直径:D1=240mm D2=120mm传送链有效拉力：F=3KN传送链速度：V1=0.5m/s链轮的速度：V2=1 m/s 工作环境：有粉尘 常温连续工作. 图4.1 减速器的传动系统图4.1.2传动装置的总体设计根据要求设计单级蜗杆减速器，传动路线为
21、：电机连轴器减速器带链式传送带。根据生产设计的要求可知，该蜗杆的圆周速度V45m/s，所以此蜗杆减速器采用蜗杆下置式。采用此布置结构，蜗杆在蜗轮的下边，啮合处的冷却和润滑均较好。蜗轮轴和蜗轮用平键作轴向固定。蜗轮及轴蜗杆均均采用圆锥滚子轴承，承受轴向载荷和径向载荷的复合作用，同时为防止外界灰尘、异物侵入箱内以及箱内润滑油漏失，轴承盖中固定有密封元件12。4.1.3 电动机的选择由于该生产单位采用直流电源，可考虑采用Z系列直流电动机。直流电动机的结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，启动性能好等优点。一般电动机的额定电压为220V。根据生产设计要求，该减速器链轮直径D=240mm。运输带的有效
22、拉力F=5000N，带速V=0.5m/s，常温下连续工作，载荷平稳，工作环境多尘，电源为三相交流电，电压为220V。1、 按工作要求及工作条件选用Z2系列直流电动机，封闭扇冷式结构，电压为220V。2、 传动链轮所需功3、 传动装置效率（参考机械设计课程设计）：蜗杆传动效率 滚动轴承效率联轴器效率 滚子链传动效率V带传动效率5=0.95滑动轴承效率6=0.98所以 ： =1223456=0.73x0.99x0.99x0.99x0.98x0.95x0.98=0.646电动机所需功率: Pr= 根据表选取电动机的额定功率为7.5kw传动链轮1工作转速： nw601000v / 24039.7r/m
23、in则链轮2的工作速度：=69.4r/min根据容量和转速，根据参考文献 机械设计课程设计147-149页查表可查得所需的电动机Z系列直流技术数据通过对电动机和传动装置的重量、尺寸、减速器的传动比和价格的考虑，选定电动机机型号为Z2-62-114。其主要性能如下表电动机型号额定功率额定转速Z2-62-1147.5 KW1000rmin4.1.4 运动参数计算1.蜗杆轴的输入功率、转速与转矩P0 = Pr=6.97kw n0=1000r/minT0=9.55=6.979.55103/ 1000 =66.6N .m2.蜗轮轴的输入功率、转速与转矩P1 = P01223= 6.970.990.730
24、.992 = 4.94kw n= = =28.6r/minT1= 9550 = 9550 = 1649.5Nm3.传动链轮的输入功率、转速与转矩（传动链轮轴与涡轮轴等直径）P2 = P1456=4.940.980.980.9513=1.5kwn2= = = 28.6r/minT2= 9550 = 9550 = 500.9Nm4.分支传动链轮的输入功率、转速与转矩 P3 =4.940.98 0.980.9523=3kw n3 = 2n2 =57.2 r/min T3=9550=9550=500.9Nm运动和动力参数计算结果整理于下表4-1： 表4-1类型功率P（kw）转速n（r/min）转矩T（
25、Nm）传动比i效率蜗杆轴6.97100066.6 10.646蜗轮轴4.9428.61649.5 35传动链轮轴1.528.6500.9链轮轴2357.2500.94.1.5 传动零件设计及计算4.1.5.1蜗杆蜗轮的设计计算1.蜗轮蜗杆传动类型的选择根据 GB/T10085-1988的推荐，本次设计采用渐开线蜗杆ZI。2.材料的选择因为蜗杆的传动功率不大，速度为中等，所以选择45钢为材料。蜗杆螺旋部分要进行淬火处理，硬度为45-55HRC，采用铸锡磷青钢ZCuSn10P1作为蜗轮材料，金属模铸造，为节约贵重金属，仅齿圈采用青铜材料制造，轮芯采用灰铸铁HT100制造13。由式（7-13）传动中
26、心矩计算公式如下：(1) 确定作用在蜗轮上的转矩(2) 确定载荷系数K工作载荷较为稳定，因此取载荷分布系数,因冲击不太大，转速不高，可取动荷系数,则根据表7-8K=(3) 确定弹性影响系数选用的是钢蜗杆和铸锡磷青铜蜗轮相配，因此(4) 确定接触系数先假设蜗杆分度圆和传动中心矩的比值为，从图7-14中可查得(5) 确定许用接触应力根据蜗轮材料为，金属模铸造，蜗杆硬度，可查表得知无蜗轮的基本许用应力(6) 应力循环次数N=60(=12000h)=60112000=2.06(7)寿命系数=0.914=0.914268MPa=244.85MPa（8）计算中心矩=199.3mm查表，取中心矩a=200m
27、m,因i=35,故在表7-2中取模数,蜗杆分度圆的直径这时， =3.1由图7-14可查得，=2.74 因为=12010. 长度系数0.9411. 功率增量12. 单根V带的基本额定功率13. 包角系数14. 单根带许用功率（）. =3.960.940.92=3.42kw15.V带根数Z=0.965 Z=1；综合考虑选择窄V带的型号为SPA1250 GB|T11544-1997 节宽bp=11mm，顶宽b=13mm,高度h=8,楔角a=40度。（2）打捞装置的传送带设计 根据额定功率,转速,传动比,每天运转的时间小于等于10h。综合考虑选择窄V带的型号为，节宽，顶宽,高度,楔角a=40度。4.3链传动的设计原始参数P=3 kw,由于过渡轴的转速为26.5rmin,传动比为1,设计参数如下：（参考 王为主编 机械设计 华中科技大学出版社）1. 传动比I=12. 主动轮齿数从带轮齿数，3. 中心距4.链节数Lp=+()