【正文】 ................................................ 8 齒條所在軸直徑的計(jì)算 .................................................. 10 齒輪齒條的設(shè)計(jì)選擇 .................................................... 11 傳動(dòng)軸的直徑計(jì)算 ...................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 合肥 二 o 一 五 年 五 月 目錄 1 緒論 ........................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 課題研究的目的及意義 .................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 傳動(dòng)軸的精確校核 ................................................ 12 電動(dòng)開窗機(jī)運(yùn)動(dòng)分析 .................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。溫室在帶來高收益的同時(shí)，也是一個(gè)高耗能產(chǎn)業(yè)，冬季室內(nèi)增溫和夏季降溫的費(fèi)用占溫室生產(chǎn)總費(fèi)用的 15%～ 40%，在國家建設(shè)節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的要求下，溫室的節(jié)能生產(chǎn)也尤為重要。 1958 年，我國開始自行生產(chǎn) 農(nóng)用聚乙烯薄膜，并廣泛應(yīng)用到小棚覆蓋， 20 世紀(jì) 60年代，我國的設(shè)施農(nóng)業(yè)處于規(guī)模小、水平低發(fā)展速度緩慢階段，到了 20 世紀(jì) 80年代，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，溫室進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，此期主要發(fā)展以塑料薄膜為覆蓋材料的日光溫室，使得溫室生產(chǎn)效益大大提高，基本解決了北方地區(qū)蔬菜淡季供應(yīng)的問題，并從國外引進(jìn)約 20hm2大型連棟溫室，但由于管理和技術(shù)上的缺陷，這些大型溫室的經(jīng)濟(jì)效益較差，從 90 年代開始，我國設(shè)施農(nóng)業(yè)逐步向規(guī)?；?、集約化和設(shè)施化方向發(fā)展。同時(shí)，各地也都對相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行了較深入的研究。 國內(nèi)溫室開窗機(jī)構(gòu)發(fā)展現(xiàn)狀 用于打開或關(guān)閉窗戶的機(jī)器稱作為“開窗機(jī)”或“開窗器”，發(fā)源于歐洲，國外一般稱作“開窗器”，而在國內(nèi)大都叫做“開窗機(jī)”，它是伴隨著電氣自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，至今已有 20 多年的歷史，現(xiàn)為國內(nèi)建筑行業(yè)的高新產(chǎn)品，而“智能電動(dòng)窗戶”則為現(xiàn)代窗戶行業(yè)的最新發(fā)展 。而“十五”期間國家也將溫室環(huán)境智能化綜合調(diào)控系統(tǒng)研究與開發(fā)，列入我國農(nóng)業(yè)與社會發(fā)展的重點(diǎn)項(xiàng)目。目前，我國溫室智能化控制正處于一個(gè)發(fā)展階段。 曲柄連桿開窗機(jī)構(gòu) 圖一：曲柄連桿開窗機(jī)構(gòu) 1 3 2 α β 溫室大棚電動(dòng)開窗機(jī)設(shè)計(jì) 第 4 頁 曲柄連桿開窗機(jī)構(gòu)就是將排齒開窗機(jī)構(gòu)中的齒輪和齒條換成曲柄連桿，該機(jī)構(gòu)在早期的塑料大棚中應(yīng)用較多，其工作原理是： 當(dāng)主動(dòng)構(gòu)件 1 轉(zhuǎn)動(dòng)角度α?xí)r ,從動(dòng)件窗桿 3 轉(zhuǎn)動(dòng)β角。 推拉窗 溫室上應(yīng)用的推拉窗與民用建筑推拉窗相似，一般應(yīng)用在溫室側(cè)窗，以鋁合金或塑鋼作為窗框，配置與窗框相同材料的滑道，使窗戶在滑道上移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)窗戶開閉。拉桿與連桿鉸接 ,連桿與橫桿鉸接 ,橫桿與氣缸活 塞桿的伸出端固定連接。不難發(fā)現(xiàn) ,在這種開窗機(jī)構(gòu)中 ,機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)容易與溫室其它設(shè)施發(fā)生干涉 ,氣缸定位比較困難 ,有待于進(jìn)一步研究 [3]。d 為谷肩開窗 。適合于冬季寒冷季節(jié)進(jìn)行蔬菜、花卉和瓜果生產(chǎn)的單棟溫室。碰到冰雹、大雪等自然災(zāi)禍時(shí)，抵抗自然災(zāi)難的能力差，溫室自身受到嚴(yán)重的損壞，溫室中種植的作物同時(shí)受到很大損失，薄膜用過后還將造成 白色污染 。 表二 PC板陽光板主要技術(shù)參數(shù) 性能 單位 指標(biāo)值 沖擊強(qiáng)度 J/M 850 透光率 % 40— 80 比重 G/CM3 熱膨脹系數(shù) MM/M?℃ ～ 可耐溫度 ℃ — 40℃～ +120℃ 傳熱系數(shù) W/M2?℃ ～ 抗拉強(qiáng)度 N/MM2 ≥ 60 彎曲強(qiáng)度 N/MM2 100 彈性模量 MPA 2400 斷裂拉伸應(yīng)力 MPA ≥ 65 斷裂拉伸率 % ﹥ 100 2 電動(dòng)開窗機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 電動(dòng)開窗機(jī)是目前最常用的一種開窗機(jī)構(gòu)，其核心部件為齒輪齒條，附屬配件隨著機(jī)構(gòu)整體的不同而有差異。 窗體自重計(jì)算 溫室開窗方式形式多樣，我們采用的是屋脊開窗模式，除了考慮窗體的自動(dòng)外，還應(yīng)該將開窗所受風(fēng)壓及雨雪載荷加入其中，計(jì)算出開窗及關(guān)窗所需力的大小，從而選擇電動(dòng)開窗機(jī)，為了使電動(dòng)開窗機(jī)的工作更為可靠，我們應(yīng)將電動(dòng)開窗機(jī)的推拉力要與窗體的 自重以及開啟的行程相結(jié)合。 下面為窗體受力分析 : 圖七 窗體受力分析 25mm mm 450mm mm 溫室大棚電動(dòng)開窗機(jī)設(shè)計(jì) 第 10 頁 相關(guān)參數(shù)如下表： 材料 自重 Z（ kg） 開啟行程 S(mm) 風(fēng)壓系數(shù) (kg/m2) PC陽光板 750 8 參量計(jì)算如下： a 水平風(fēng)壓 P1=8 h w P1=8 = kg b 窗體開啟瞬間受風(fēng)壓作用，則電動(dòng)開窗機(jī)的最低推力應(yīng)該大于 ，可以選取一個(gè)最大值為 Ft=（ ～ 2） P1 Ft=（ ～ 2） = kg = N c開啟后的推力計(jì)算 Ft,= W/2 S/H Ft,= 750/1220= kg = N 按照選大不選小的原則，比 較 Ft和 Ft,得出，電動(dòng)開窗機(jī)的開啟推力應(yīng)選擇，開啟之后，電動(dòng)開窗器處于靜態(tài)支撐。 2 ) 電動(dòng)開窗器的靜態(tài)支撐力 (回拉力 )F 與電動(dòng)開窗器在窗扇的作用點(diǎn) (安裝位置 ) 有關(guān) , 且越靠近下懸點(diǎn) (轉(zhuǎn)軸點(diǎn) ), 其 F力要求越大 。為了防止該 軸在工作時(shí)的斷裂，需要校核功率輸入端的最小軸徑的尺寸。 軸轉(zhuǎn)速 n=； 軸的輸入功率約為 P=?? KW ? 將上述數(shù)據(jù)代入公式，得到 d≥ 3 ?＝ 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們還要乘以安全設(shè)計(jì)系數(shù)，在這里取 ，則 d≥ =45mm 則最終得出軸最小直徑選為 ，大徑選擇 45mm 齒輪齒條的設(shè)計(jì)選擇 根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算得出，開啟頂窗時(shí)每個(gè)齒輪上的阻力矩 ； 齒輪選用 B 型齒輪， TU2140，分度圓直徑 進(jìn)行傳動(dòng)，為了使傳動(dòng)軸工作穩(wěn)定，左右兩側(cè)的齒輪臨近布置，這樣水平方向上的作用力就會互相抵消； 每相隔 4m布置一對齒條，長度 2941mm； 電機(jī)安裝在中間位置，即在溫室跨度中部 溫室大棚電動(dòng)開窗機(jī)設(shè)計(jì) 第 12 頁 表四 齒輪參數(shù) 型號 推力 n 扭矩 n 減速比 每轉(zhuǎn)齒條行程 mm 分度圓直 徑 mm 重量 kg TUS2540 450 21 表五 齒條 參數(shù) 型號 L （ mm） 壁厚 mm 適合開間 mm RACK 403\L2941 2941 2021 傳動(dòng)軸的直徑計(jì)算 傳動(dòng)軸是整個(gè)機(jī)構(gòu)中最為核心的部件，是整個(gè)機(jī)械受力最大的部件，因此必須要集中設(shè)計(jì)此部件。Pd n ≤ [τ T] 式中： τ T——————— 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， MPa； T——————————— 軸所受的扭矩， N mm W———————— 軸的抗彎截面系數(shù)， mm3 1?????? — ——————— 對稱循環(huán)應(yīng)變力時(shí)軸的許用彎曲應(yīng)力， MPa，其值按機(jī)械設(shè)計(jì)（第九版）書中表 151選用（ P358） 抗扭截面系數(shù)： WT= 316d? ≈ = 503=25000 截面上的扭矩： 33 0 . 4 6 0 89 5 5 0 0 0 0 8 4 6 2 7 6 . 8 8 .5 . 2P N m mn??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 截面上扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力： 1 TT MPaW??? 軸的材料為 40Cr，調(diào)質(zhì)處理。設(shè)計(jì)中所選齒輪為標(biāo)準(zhǔn)件，齒輪每轉(zhuǎn)齒條行程為 ，推桿及頂窗旋轉(zhuǎn)行程相同，也為 ,設(shè)計(jì)中要 求頂窗開啟行程為 750mm，因此齒輪須旋轉(zhuǎn) 9 周，而齒輪是通過傳動(dòng)軸與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為 ，因此完成開窗動(dòng)作需要 窗開