论文总字数：19961字

摘 要

三峡船闸采用稳固的人字门启闭机进行开启和关闭。不仅可以克服水深高，工程量大等问题，还可以减少制造成本以及降低工程难度 。最近几年，在国家政策的大力支持下 ,好多专家学者对此做出了深入的研究 ,其结果显示使用连杆式人字门启闭机为最终方案。

人字门式启闭机是大型水力机械产品。它不仅能够满足大多数机械的设计使用要求外，还具有操作灵活和安全稳固的特殊意义。船闸人字闸门在静水中启闭。人字门启闭机一般由五部分组成：传动装置、控制装置、动力系统、制动系统以及执行机构等组成。本文主要对其总体设计方案，动力装置以及传动机构的进行了分析，设计并计算执行机构的尺寸，计算传动杆件的工作能力，减速器结构设计，强度校核以及运用三维软件进行动画仿真等。此外 ,通过对人字门运行方式的优化 ,可充分保证船闸在各种工况下运行的可靠性。

关键词: 启闭机；设计；减速器；三维建模

Abstract

The Three Gorges Dam lock and the ship locks at home and abroad have the characteristics of large water depth and complicated running conditions. The use of a mature man-shaped door hoist to open and close, not only can reduce the size of the equipment and reduce the difficulty of installation, but also improve the reliability of the operation of the herringbone door. Under the strong support of national policies, many major scientific research projects have carried out in-depth physical model tests and calculation analysis for the Three Gorges ship lock miter gate hoist, and finally adopted a four-link type herringbone gate hoist .

The miter gate hoist is a large-scale hydraulic mechanical product, and it is closely related to the normal operation of hydraulic structures. It not only meets the design requirements of general lifting machinery, but also has the special significance of safety, reliability, flexible and convenient operation. The use of a mature man-shaped door hoist to open and close, not only can reduce the size of the equipment and reduce the difficulty of installation, but also improve the reliability of the operation of the herringbone door， the transmission mechanism and the calculation In addition, by optimizing the operation mode of miter gates, the reliability of lock operation under various transmission systems can be fully guaranteed. working conditions

Key words miter gate; hoist structure design; strength check; three-dimensional modeling

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.1.2国内外人字门启闭机的研究与应用现状 1

1.1.3 国内外启闭机的应用状况 2

1.2 论文写作的目的与现实意义 3

1.3 目前存在的主要问题及未来发展趋势 4

1.3.1 目前存在的主要问题 4

1.3.2 未来发展趋势 4

1.4 关于本课题的研究内容及其意义 4

1.4.1 本课题的研究内容与技术路线 4

1.4.2 本课题的关键技术和方法 4

1.4.3 本课题的主要成果及其意义 4

1.4.3.1本课题的主要成果 4

1.4.3.2 本课题的研究意义 5

第二章 系统总体方案确定 6

2.1 人字闸门启闭机功能分析 6

2.2 执行机构设计 6

2.2.1 执行机构方案设计、比较和分析 6

2.3 传动机构设计 7

2.3.1传动方案的设计、比较和分析 7

2.4 最终选取执行机构方案 8

第三章 执行机构的尺寸设计和运动分析 9

3.1执行机构的尺寸设计 9

3.1.1 计算平面四杆机构的极位夹角 9

3.1.2计算摇杆最大摆角 9

3.1.2 计算并设计各杆长度 9

3.2 执行机构的运动分析 10

3.2.3 对平面四杆机构进行运动分析 10

第四章 传动机构的分析和传动件的工作能力计算 13

4.1电动机选择 13

4.1.1 传动机构的效率计算 13

4.1.2 计算电机的输出功率 13

4.1.3 选择电机 14

4.2.1确定总传动比 14

4.2.2分配传动装置传动比 14

4.3计算传动装置的运动和动力参数 14

4.4蜗轮蜗杆的设计和计算 15

4.5开式直齿圆柱齿轮的设计计算 17

4.5.1选材料确定初步参数 18

4.5.2 齿根抗弯疲劳强度计算 19

4.5.3齿面接触疲劳强度验算 21

4.6 开式锥齿轮的设计和计算 22

4.6.1选材料确定初步参数 22

4.6.2齿根抗弯疲劳强度计算 23

4.6.3齿面接触疲劳强度校验 24

第五章 减速器结构设计以及强度校核 26

5.1蜗杆轴的设计 26

5.2蜗轮轴的设计和计算 27

5.3轴的校核和计算 28

5.4轴的校核 30

5.5键连接的设计和计算 31

5.5.1电机伸出轴配合的联轴器与蜗杆轴连接处键的设计 31

5.5.2蜗轮轮毂与蜗轮轴连接处键的设计 32

5.5.3开式小齿轮与蜗轮轴连接处键的设计和计算 32

5.6联轴器的选择 33

5.7减速器的部分结构尺寸计算 33

第六章 四连杆人字门启闭机装配图及三维建模 34

6.1二维软件Auto CAD介绍 34

6.2连杆人字门启闭机装配图及说明 34

6.3三维建模软件Solid works介绍 35

6.4四连杆式人字门启闭机三维装配图 35

6.5四连杆式人字门启闭机三维仿真 35

第七章 结论与展望 38

谢 辞 39

参考文献 40

第一章 绪论

1.1 研究背景

船闸两端闸门控制的闸门充排水，使水位升高，从而克服航道上的集中水位下降。大门是船闸的咽喉。人字闸门常常与启闭机、输水系统以及阀门一起配合工作，克服上游下游水位之差，使船舶顺利通过闸门。闸门的启闭需要克服较大的水流压差和机械摩擦力，功率要求较大。闸门启闭机一般用于操作和控制，因此闸门启闭机的设计对船闸来说是快速、安全、可靠的。操作具有重大影响。四连杆船闸人字闸门启闭机的动力通常由电机输出，通过减速器与四杆机构连接，结构简单，适应性广。如果安装质量有缺陷，将对船闸的运行产生不利影响，甚至带来更大的经济损失。

1.1.2国内外人字门启闭机的研究与应用现状

多年来,一些发达国家,特别是美国和德国,在工业革命改革后对启闭机进行了大量的研究和探讨，运用了先进一些技术手段,开发出一批高科技的启闭机。其优点：性能稳定,故障小,成本低。在国际上都是数一数二的。

由于在我国，由于工业起步较晚，远远落后于其他发达国家，国内大多数启闭机均采用平面二维的设计方法。不光消耗了我们大量的时间，同时也具有很大的风险，可靠性也得不到很好的保障，在国际上很难与其他国家相竞争。但是随着我国经济的高速发展，一些设计师已经认识到了手工绘制和计算的不足。许多研究人员使用高科技软件来设计和制造启闭机。例如：运用先进Solid Works的高级绘图软件对人字门启闭机进行三维设计和平面绘制。同时也对动力系统建模、仿真进行了深入的探索，并且取得重大突破。如下图表1还可以看出，液压启闭机主要适用于这些类型：人字门，径向闸门，快速闸门或高水头深孔应急闸门的等操作。这些优点主要体现在门上。从国内部分项目的实际运行情况来看，近年来生产的液压悬挂装置质量大大提高，效率增加。

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