【正文】 觸點少，密封性較 圖 52 六點鎖緊 圖 53 十字架行 河南理工大學本科生畢業(yè)設計（論文） 22 差。 方案 2： 優(yōu)點：結構簡單，加工和安裝方便，效率高，可靠性高。 、 應急門方案 （ 1） 應急門的基本要求 ： 要求：密封、隔熱、耐沖擊性能強，可靠性高，開啟方便，在透水深度不高于 1m 的情況下 能 方 便 進 出 ，最 小 面 積 不 小于 m2(248。 （ 2） 應急艙門方案確定： 根據(jù)密封性和運動性要求，選擇 曲柄滑塊 作為應急艙門的最終結構方案。 結構尺寸：根據(jù)強度要求，門應該設計的尺寸小一點，但為了方便進出，門的上緣高度選擇盡量高一點（ 1500mm，該尺寸受總高度的限制），下緣離艙體底部 25mm，防止透水早期開門時進水。 手輪高度：根據(jù)人機工程學的觀點，人在屈曲或彎腰時比直立時輸出的扭力大，因此外部艙門位置可適當偏低點好。 人在此高度所能 提供的扭力：根據(jù)人機工程學知識 雙臂做扭轉操作時一般可分為身體直立雙臂扭轉、身體屈曲雙手扭轉和彎腰雙手扭轉三種不同的姿勢。有些把手很短時需要彎腰操作據(jù)測量彎腰雙手扭轉時男人的扭力為 N335943? ，女子的扭力為N196416? 。 、主艙門結構計算： （ 1） 、為達到密封要求所需正壓力計算： 根據(jù)艙體 尺寸選擇們的基本尺寸為： 高度 1250mm，寬度 650mm，門框寬度 50mm。為達到密封要求 ，密封圈壓縮 量 mmL 3?? 。 ???? （ 2） 、 計算驅動特性 在屈曲狀態(tài)下的輸出力為 600N。 則 mmL n50 ????? 。 左圖為 主艙門在即將開啟位置時的示意圖。 根據(jù)對該機構進行 Pro/E 方針演示在機構剛開始運動時，由于壓縮量小，所受阻力非常小，人通過手輪所能提供的 驅動力足以克服壓緊時所需的阻力，因此，該機構啟動性能良好，當機構運行到一定角度時，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動力才能鎖緊門框，以達到密封要求，根據(jù)機構進行的運動仿真，以 ??? 65A 時開始為啟動時校核驅動力是否能提供所需壓緊力的位置。 圖 57 主艙門開啟位置示意圖 河南理工大學本科生畢業(yè)設計（論文） 25 圖 58 啟動位置受力分析圖 1 、 啟動性能 （ 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 河南理工大學本科生畢業(yè)設計（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 ??????? 主動力遠大于摩擦阻力，啟動性能良好。此時，壓緊桿的受力分析圖如下： 河南理工大學本科生畢業(yè)設計（論文） 28 圖 512 壓桿受力分析圖 分別就 ??? 10ACB 和 ??? 5ACB 時的兩種情況進行受力分析： 當 ??? 10ACB 時，圖中機構的各幾何尺寸如下： 表 51 機構各幾何尺寸 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???? ? ??? ? ?? ? ? 此時手輪提供的驅動力為： NFF os804 10c os39。2 ???? ?? ? 根據(jù)上述計算，當壓緊桿鎖緊時所提供的驅動力 39。因此該機構無論是在啟動位置還是壓緊位置都能提供足夠的壓緊力密封。 （ 3） 、 計算 壓緊 桿的直徑： 1 、 由 桿的抗彎強度 計算其直徑 CE 桿的受力屬空間力 系，因此，選圓形截面桿。 則 D 點 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 應力 1=60 aMP?? ， ? ?1m ax1 ?? ?? ?? WM mmMd 60321 4 2 5 0 032331m a x ???????? 則去 D 點處的直徑為 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，在壓緊桿最終達到鍥塊頂端，壓縮量最大，壓緊抗力最大時。 NF 1871? BC 桿為二力桿，可簡化為兩端鉸支，其長度因數(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 比較兩者柔度大小： 1??? 因此，不能使用歐拉公式來計算臨界壓力大小。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 BC 桿的柔度介于 1? 和 2? 之間，屬于中等系數(shù)壓桿，需用直線公式計算其臨界河南理工大學本科生畢業(yè)設計（論文） 31 壓應力。 確定 BC 桿的截面尺寸為： mmmmhb 520 ??? （ 5） 、 銷子的直徑確定 鏈接銷釘?shù)钠茐男问蕉酁檫B接面被壓潰或銷釘被剪斷，因此應該按照剪切強度和擠壓強度對銷釘?shù)慕孛娉叽邕M行校核。 由擠壓強度確定銷釘尺寸： ? ?pp bdF ?? ??? mmbFd p 1871][ 6 ?????? ? 由剪切強度確定銷釘?shù)某叽纾?][41 2 ??? ?? dF mmFd 80411 8 7 1][41??????? 由上述計算確定銷釘直徑為 6mm，則銷釘能滿足工作要求。 （ 6） 、軸的支承處的螺栓尺寸計算 由于壓緊桿的長度較長，為了增加桿的剛度，在桿的頂端設置支撐，并且此支撐還起著提供壓緊力的作用。根據(jù)上面計算的壓緊時支撐處的支反力計算螺栓直徑。 即門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螺栓承擔。于是螺栓的危險截面的拉伸強度條件為 :221 []4Fd?????、 選擇螺栓材料為 Q23性能等級為 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力為240[ ] 1 6 01 . 5s M P a M P aS?? ? ? ? 計算螺栓的危險截面的直徑（螺紋小徑）為： 21 4 1 . 3 4 1 . 3 4 9 4 8 7 . 1 5[ ] 1 6 0Fd m m? ? ?? ??? ? ?? 按粗牙普通螺紋標準（ GB/T 196— 2021），選用螺紋公稱直徑 10d mm? （螺紋 小徑1 76 5d m m m m??）。根據(jù)上面的計算，同樣能滿足使用要求。33598720 [ ] 8016 16Td m m???? ? ?? 手輪軸 通過平鍵與輪轂鏈接，因此需要在軸上開出鍵槽。則手輪軸直徑： 39。根據(jù)艙體 尺寸選擇與主艙門一致，基本尺寸為：高度 1250mm，寬度 650mm，門框寬度 50mm。2 7 0 9 7 ,NN? 方 向 向 上。則查表得：齒形系數(shù) ?FaY ，應力校正系數(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） 、計算壓緊桿直徑： 設計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? ? ? ? ? ? 由彎曲強度求銷軸直徑 ： m a x m a x13MM== 1W 32 d? ? 查表得， 45 鋼的彎曲許用應力 MPa601 ??? 河南理工大學本科生畢業(yè)設計（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算 通過類比設計，緩沖門支撐處同主艙門一樣，采用剖分式滑動軸承，軸承寬50b mm? ，軸承與門板之間采用螺栓鏈接，螺栓數(shù)目選用 4 個，軸承剖分面之間的連接也采用螺栓連接，數(shù)目為 4 個。 壓緊時支承處的支反力為： 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，螺栓的殘余預緊力 1 ( ~ )FF? ，此處，選擇殘余預緊力： 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充擰緊，故將總拉力增加 30% 以考慮扭轉切應力的影響。 根據(jù)計算主艙門所用螺栓尺寸時的經驗可知，當軸承剖分面處所用的螺栓尺寸同門板處所用的螺栓尺寸一樣時，肯定能滿足 使用要求。 校核手輪驅動力矩與阻力距的大小關系： mmNmmN 402 7 6 03 0 06 0 0 ??? 即手輪直徑選為 300mm 時，所提供的驅動力矩足以克服壓縮所需用的阻力矩。33187880 [ ] 8016 16Td m m???? ? ?? 手輪軸通過平鍵與輪轂鏈接，因此需要在軸上開出鍵槽。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。鎖緊機構主要材料選取 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 ： 4 650 = 2041 m mCD?? ? ? 密封條面積 ： 2320 41 10 = 2. 04 1 10Am?? ? ? 河南理工大學本科生畢業(yè)設計（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） 應急門采用四點鎖緊方案，每個壓緊點上所受的平均力： NNFF 153061204141 ???? 壓 在壓緊楔塊處進行受力分析， 圖 515 壓緊楔塊處受力分析 圖 NFF N os ??? NFfF Nf 2 3 01 5 3 ????? （ 2） 、計算應急門的驅動性能 根據(jù)對該機構進行 Pro/E 方針演示在機構剛開始運 動時，由于壓縮量小，所受阻力非常小，人通過手輪所能提供的驅動力足以克服壓緊時所需的阻力，因此，該機構啟動性能良好，當機構運行到一定角度時，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動力才能鎖緊門框，以達到密封要求，根據(jù)機構進行的運動仿真，以 ??? 65A 時開始為啟動時校核驅動力是否能提供所需壓緊力的位置。 河南理工大學本科生畢業(yè)設計（論文） 42 圖 516 受力分析圖 1 、啟 動性能 （ 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 河南理工大學本科生畢業(yè)設計（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 ?? 主動力： NFF d 4 5 937c o s5 7 537c o s1 ??????? 摩擦阻力： NNNfF f )346692()( 21 ??????? 主動力遠大于摩擦阻力， 啟動性能良