【正文】 觸點(diǎn)少，密封性較 圖 52 六點(diǎn)鎖緊 圖 53 十字架行 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 差。 方案 2： 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工和安裝方便，效率高，可靠性高。 、 應(yīng)急門(mén)方案 （ 1） 應(yīng)急門(mén)的基本要求 ： 要求：密封、隔熱、耐沖擊性能強(qiáng)，可靠性高，開(kāi)啟方便，在透水深度不高于 1m 的情況下 能 方 便 進(jìn) 出 ，最 小 面 積 不 小于 m2(248。 （ 2） 應(yīng)急艙門(mén)方案確定： 根據(jù)密封性和運(yùn)動(dòng)性要求，選擇 曲柄滑塊 作為應(yīng)急艙門(mén)的最終結(jié)構(gòu)方案。 結(jié)構(gòu)尺寸：根據(jù)強(qiáng)度要求，門(mén)應(yīng)該設(shè)計(jì)的尺寸小一點(diǎn)，但為了方便進(jìn)出，門(mén)的上緣高度選擇盡量高一點(diǎn)（ 1500mm，該尺寸受總高度的限制），下緣離艙體底部 25mm，防止透水早期開(kāi)門(mén)時(shí)進(jìn)水。 手輪高度：根據(jù)人機(jī)工程學(xué)的觀點(diǎn)，人在屈曲或彎腰時(shí)比直立時(shí)輸出的扭力大，因此外部艙門(mén)位置可適當(dāng)偏低點(diǎn)好。 人在此高度所能 提供的扭力：根據(jù)人機(jī)工程學(xué)知識(shí) 雙臂做扭轉(zhuǎn)操作時(shí)一般可分為身體直立雙臂扭轉(zhuǎn)、身體屈曲雙手扭轉(zhuǎn)和彎腰雙手扭轉(zhuǎn)三種不同的姿勢(shì)。有些把手很短時(shí)需要彎腰操作據(jù)測(cè)量彎腰雙手扭轉(zhuǎn)時(shí)男人的扭力為 N335943? ，女子的扭力為N196416? 。 、主艙門(mén)結(jié)構(gòu)計(jì)算： （ 1） 、為達(dá)到密封要求所需正壓力計(jì)算： 根據(jù)艙體 尺寸選擇們的基本尺寸為： 高度 1250mm，寬度 650mm，門(mén)框?qū)挾?50mm。為達(dá)到密封要求 ，密封圈壓縮 量 mmL 3?? 。 ???? （ 2） 、 計(jì)算驅(qū)動(dòng)特性 在屈曲狀態(tài)下的輸出力為 600N。 則 mmL n50 ????? 。 左圖為 主艙門(mén)在即將開(kāi)啟位置時(shí)的示意圖。 根據(jù)對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行 Pro/E 方針演示在機(jī)構(gòu)剛開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于壓縮量小，所受阻力非常小，人通過(guò)手輪所能提供的 驅(qū)動(dòng)力足以克服壓緊時(shí)所需的阻力，因此，該機(jī)構(gòu)啟動(dòng)性能良好，當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行到一定角度時(shí)，壓 縮量逐漸增大，所需克服的阻力也隨之增大，因此需要手輪提供更大的驅(qū)動(dòng)力才能鎖緊門(mén)框，以達(dá)到密封要求，根據(jù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)仿真，以 ??? 65A 時(shí)開(kāi)始為啟動(dòng)時(shí)校核驅(qū)動(dòng)力是否能提供所需壓緊力的位置。 圖 57 主艙門(mén)開(kāi)啟位置示意圖 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 圖 58 啟動(dòng)位置受力分析圖 1 、 啟動(dòng)性能 （ 1） 由 手輪和曲柄的受力平衡式 ，人的正常扭力取 nF =600（ N）， 手輪直徑mm400?? 。其受力分析如下圖所示 ，圖中A點(diǎn)距離軸的支撐處為 50mm，支撐的寬度 b=50mm： 圖 59 受力分析圖 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 列力的平衡方程： ??? ??????? 10 05037s in21211 NN NNF 解得： ，方向向上。 NNNN 4 6 1,9 2 3 21 ?? 主動(dòng)力： 0d = 1 c os 37 ( )F F N?? 摩擦阻力： NNNfF f 2 0 8)4 6 19 2 3()( 21 ??????? 主動(dòng)力遠(yuǎn)大于摩擦阻力，啟動(dòng)性能良好。此時(shí)，壓緊桿的受力分析圖如下： 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 512 壓桿受力分析圖 分別就 ??? 10ACB 和 ??? 5ACB 時(shí)的兩種情況進(jìn)行受力分析： 當(dāng) ??? 10ACB 時(shí)，圖中機(jī)構(gòu)的各幾何尺寸如下： 表 51 機(jī)構(gòu)各幾何尺寸 si n si n si nsi n 12 0 si n 10si n8015B C A CABBCABLLLA C B A A B CL A C BALA???? ? ??? ? ?? ? ? 此時(shí)手輪提供的驅(qū)動(dòng)力為： NFF os804 10c os39。2 ???? ?? ? 根據(jù)上述計(jì)算，當(dāng)壓緊桿鎖緊時(shí)所提供的驅(qū)動(dòng)力 39。因此該機(jī)構(gòu)無(wú)論是在啟動(dòng)位置還是壓緊位置都能提供足夠的壓緊力密封。 （ 3） 、 計(jì)算 壓緊 桿的直徑： 1 、 由 桿的抗彎強(qiáng)度 計(jì)算其直徑 CE 桿的受力屬空間力 系，因此，選圓形截面桿。 則 D 點(diǎn) 所受 最大彎矩： mmNmmNlFM DE ?????? 1 4 2 5 0 0502850m a x 選 用壓緊 桿的材料是 45， 許用彎曲 應(yīng)力 1=60 aMP?? ， ? ?1m ax1 ?? ?? ?? WM mmMd 60321 4 2 5 0 032331m a x ???????? 則去 D 點(diǎn)處的直徑為 30mm （ 4） 、 根 據(jù)穩(wěn)定性確定 BC桿的橫截面積 BC 桿與 CD 桿在 C 處鉸鏈， CD 桿的直徑為 30mm。 CD 桿所受到的最大壓力位置，在壓緊桿最終達(dá)到鍥塊頂端，壓縮量最大，壓緊抗力最大時(shí)。 NF 1871? BC 桿為二力桿，可簡(jiǎn)化為兩端鉸支，其長(zhǎng)度因數(shù) 1?? ，其承受的軸向壓力為NF 1871? ，取穩(wěn)定安全系數(shù)為 8?stn 。 861028 0 1021 0 6 9221 ?? ???? ????pE 比較兩者柔度大?。?1??? 因此，不能使用歐拉公式來(lái)計(jì)算臨界壓力大小。查表得： 45 鋼M P abM P aaM P as 5 6 ,4 6 1,3 5 0 ???? ，則： 3504612 ????? ba s?? 可見(jiàn) BC 桿的柔度介于 1? 和 2? 之間，屬于中等系數(shù)壓桿，需用直線(xiàn)公式計(jì)算其臨界河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 壓應(yīng)力。 確定 BC 桿的截面尺寸為： mmmmhb 520 ??? （ 5） 、 銷(xiāo)子的直徑確定 鏈接銷(xiāo)釘?shù)钠茐男问蕉酁檫B接面被壓潰或銷(xiāo)釘被剪斷，因此應(yīng)該按照剪切強(qiáng)度和擠壓強(qiáng)度對(duì)銷(xiāo)釘?shù)慕孛娉叽邕M(jìn)行校核。 由擠壓強(qiáng)度確定銷(xiāo)釘尺寸： ? ?pp bdF ?? ??? mmbFd p 1871][ 6 ?????? ? 由剪切強(qiáng)度確定銷(xiāo)釘?shù)某叽纾?][41 2 ??? ?? dF mmFd 80411 8 7 1][41??????? 由上述計(jì)算確定銷(xiāo)釘直徑為 6mm，則銷(xiāo)釘能滿(mǎn)足工作要求。 （ 6） 、軸的支承處的螺栓尺寸計(jì)算 由于壓緊桿的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，為了增加桿的剛度，在桿的頂端設(shè)置支撐，并且此支撐還起著提供壓緊力的作用。根據(jù)上面計(jì)算的壓緊時(shí)支撐處的支反力計(jì)算螺栓直徑。 即門(mén)板與支撐之間所用鏈接螺栓所承受的總的最大工作載荷為： 5640FN?總 此載荷位于靠近壓緊楔塊處，主要由靠近楔塊處的兩個(gè)螺栓承擔(dān)。于是螺栓的危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件為 :221 []4Fd?????、 選擇螺栓材料為 Q23性能等級(jí)為 的螺栓，查表得材料的屈服極限240s MPa? ? ，選用安全系數(shù)為 ? ，故螺栓材料的許用應(yīng)力為240[ ] 1 6 01 . 5s M P a M P aS?? ? ? ? 計(jì)算螺栓的危險(xiǎn)截面的直徑（螺紋小徑）為： 21 4 1 . 3 4 1 . 3 4 9 4 8 7 . 1 5[ ] 1 6 0Fd m m? ? ?? ??? ? ?? 按粗牙普通螺紋標(biāo)準(zhǔn)（ GB/T 196— 2021），選用螺紋公稱(chēng)直徑 10d mm? （螺紋 小徑1 76 5d m m m m??）。根據(jù)上面的計(jì)算，同樣能滿(mǎn)足使用要求。33598720 [ ] 8016 16Td m m???? ? ?? 手輪軸 通過(guò)平鍵與輪轂鏈接，因此需要在軸上開(kāi)出鍵槽。則手輪軸直徑： 39。根據(jù)艙體 尺寸選擇與主艙門(mén)一致，基本尺寸為：高度 1250mm，寬度 650mm，門(mén)框?qū)挾?50mm。2 7 0 9 7 ,NN? 方 向 向 上。則查表得：齒形系數(shù) ?FaY ，應(yīng)力校正系數(shù) ?SaY ， 齒輪材料選用 45 鋼。 NFt 2760? 。 齒輪分度圓直徑 : 2 20 40d m z mm? ? ? ? ? （ 3） 、計(jì)算壓緊桿直徑： 設(shè)計(jì)壓緊桿頂端距離支承處為 ： 50l mm? 則壓緊桿支承處的彎矩最大 ： m a xM 712 5 50 357 600F l N m m? ? ? ? ? ? 由彎曲強(qiáng)度求銷(xiāo)軸直徑 ： m a x m a x13MM== 1W 32 d? ? 查表得， 45 鋼的彎曲許用應(yīng)力 MPa601 ??? 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 則壓緊桿直徑為： m a x3 31357600 6032 32Md m m?? ?? ? ??? 取鎖緊桿的直徑為 40d mm? （ 4） 、軸的支承處的螺栓尺寸計(jì)算 通過(guò)類(lèi)比設(shè)計(jì)，緩沖門(mén)支撐處同主艙門(mén)一樣，采用剖分式滑動(dòng)軸承，軸承寬50b mm? ，軸承與門(mén)板之間采用螺栓鏈接，螺栓數(shù)目選用 4 個(gè)，軸承剖分面之間的連接也采用螺栓連接，數(shù)目為 4 個(gè)。 壓緊時(shí)支承處的支反力為： 12141 94 , 709 7N N N N?? 其中 1N 方向向下， 2N 方向向上。則每個(gè)螺栓所承受的工作載荷為： 11= 1 4 1 9 4 7 0 9 722F F N N? ? ?總 門(mén)板與支承處之間的連接屬于一般連接，并且工作載荷穩(wěn)定，查閱資料，單純受拉伸載荷時(shí)，螺栓的殘余預(yù)緊力 1 ( ~ )FF? ，此處，選擇殘余預(yù)緊力： 1 0 .4 0 .4 7 0 9 7 2 8 3 8 .8F F N N? ? ? ? ? 則螺栓承受的總的拉伸力為： 21 709 7 283 993 F F N? ? ? ? ? 考慮到螺栓在總拉力 2F 的作用下可能需要補(bǔ)充擰緊，故將總拉力增加 30% 以考慮扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的影響。 根據(jù)計(jì)算主艙門(mén)所用螺栓尺寸時(shí)的經(jīng)驗(yàn)可知，當(dāng)軸承剖分面處所用的螺栓尺寸同門(mén)板處所用的螺栓尺寸一樣時(shí)，肯定能滿(mǎn)足 使用要求。 校核手輪驅(qū)動(dòng)力矩與阻力距的大小關(guān)系： mmNmmN 402 7 6 03 0 06 0 0 ??? 即手輪直徑選為 300mm 時(shí)，所提供的驅(qū)動(dòng)力矩足以克服壓縮所需用的阻力矩。33187880 [ ] 8016 16Td m m???? ? ?? 手輪軸通過(guò)平鍵與輪轂鏈接，因此需要在軸上開(kāi)出鍵槽。則手輪軸直徑： 39。 pp IG Tl 其中 ,3 4 0,1 1 0 4 0 0 mmlmmNT ??? 軸的長(zhǎng)度， 45 鋼的抗扭剛度 GPaGp 80? 。 4180 110 400 340 180 80 32ppTl mGI? ???? ? ? ?? ? ? ? ??? ? 變形量符合剛度要求。鎖緊機(jī)構(gòu)主要材料選取 45， b= 353 a , = 598 a ,S M P M P?? .所選密封橡膠的彈性模量為 2MPa，為達(dá)到密封要求，需要將密封材料壓縮 3mm，則壓緊桿所需提供的壓力為： 由公式 FLL EA?? 得， 3L mm?? ， 20L mm? ， 2E MPa? ， 周長(zhǎng) ： 4 650 = 2041 m mCD?? ? ? 密封條面積 ： 2320 41 10 = 2. 04 1 10Am?? ? ? 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 41 ??? l lEAF壓 622 1 0 2 .0 4 1 1 0 0 .0 0 3 6 .1 20 .0 2 ?? ? ? ? ?（ KN） 應(yīng)急門(mén)采用四點(diǎn)鎖緊方案，每個(gè)壓緊點(diǎn)上所受的平均力： NNFF 153061204141 ???? 壓 在壓緊楔塊處進(jìn)行受力分析， 圖 515 壓緊楔塊處受力分析 圖 NFF N os ??? NFfF Nf 2 3 01 5 3 ????? （ 2） 、計(jì)算應(yīng)急門(mén)的驅(qū)動(dòng)性能 根據(jù)對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行 Pro/E 方針演示在機(jī)構(gòu)剛開(kāi)始運(yùn) 動(dòng)時(shí)，由于壓縮量小，所受阻力非常小，人通過(guò)手輪所能提供的驅(qū)動(dòng)力足以克服壓緊時(shí)所需的阻力，因此，該機(jī)構(gòu)啟動(dòng)性能良好，當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行到一定角度時(shí)，壓縮量逐漸增大，所需克服的阻力也隨之增大，因此需要手輪提供更大的驅(qū)動(dòng)力才能鎖緊門(mén)框，以達(dá)到密封要求，根據(jù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)仿真，以 ??? 65A 時(shí)開(kāi)始為啟動(dòng)時(shí)校核驅(qū)動(dòng)力是否能提供所需壓緊力的位置。 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 42 圖 516 受力分析圖 1 、啟 動(dòng)性能 （ 1）由手輪和曲柄的受力平衡式，人的正常扭力取 nF =600（ N），手輪直徑mm300?? 。其受力分析如下圖所示，圖中A點(diǎn)距離軸的支撐處為 50mm，支撐的寬度 b=50mm： 圖 517 支撐處受力分析圖 河南理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 43 列力的平衡方程： ??? ??????? 10 05037s in21211 NN NNF 解得： ，方向向上。 NNNN 3 4 6,6 9 2 21 ?? 主動(dòng)力： NFF d 4 5 937c o s5 7 537c o s1 ??????? 摩擦阻力： NNNfF f )346692()( 21 ??????? 主動(dòng)力遠(yuǎn)大于摩擦阻力， 啟動(dòng)性能良