船舶设计原理课程设计
《船舶设计原理》课程设计
本科课程设计说明书
船舶设计原理课程设计
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指导教师
提交日期2011年6月26日
课程设计任务书，内容如下：
1.课程设计题目：一艘多用途工作船的船型方案主尺度的设计
2.应完成的项目：
（1）总体设计方案构思
（2）船舶主尺度及排水量确定
（3）编写课程设计说明书
3.参考资料以及说明：
（1）《船舶设计原理》顾敏童主编，上海交通大学出版社出版，2001（2）《船舶设计实用手册》，中国船舶工业总公司编，中国交通科技出版社
，2007
4.课程设计的基本要求：
（1）在对设计技术任务书进行全面分析的基础上，对新船的设计方案必须有一个方案构思，提出设想和对各种可能存在的问题进行分析和思考。
（2）对选用的母型船资料和各种估算方法应分析其合理性和适用性。
（3）在选择新船主要要素过程中，除了考虑技术因素以外，必须考虑到新船的经济性，例如造价、营运成本等因素。本课程设计中，不要求对新船的经济性指标进行详细的计算和论证，但是在新船的主尺度选择中必须考虑经济性因素，并对此进行必要的分析和讨论。
（4）应勾画总布置草图，区划主船体舱室等，以便能较为准确地校核布置地位和舱容。
（5）空船重量和主要性能的估算或计算要求可靠和准确；初稳性计算至少应包括两种装载情况。
（6）课程设计说明书应能反映设计思想和设计工作的全过程，每一部分都应有必要的说明和小结，应条理清楚，文字通顺，排版工整，要求用计算机打字成文。
5.本课程设计任务书于2011年6月20日发出，应于2011年6月26日前完成
目录
第一章绪论5
1.1 概述5
1.2 研究意义 5
1.3国内外多用途工作船的发展 6
1.4 课程设计技术任务书 6
1.5 课程设计的主要工作内容和基本要求 7
1.6方案构思 8
1.7 母型船资料 8
第二章船舶主尺度及排水量的初步估算10
2.1确定主尺度应考虑的因素10
2.2主尺度选择的一般步骤 11
2.3 主尺度的确定方法 11
2.3.1根据统计资料和近似计算公式来确定船长范围 11
2.3.2船宽的初步估算 12
2.3.3型深D和吃水d的确定 12
2.3.4方形系数的估算 12
2.3.5 其它船型系数的确定 12
2.3.6 船舶重量估算及载重量的估算 13
2.3.7 船舶重量估算 13
2.4 小结 13
第三章性能平衡及校核14
3.1 舱容及重力与浮力平衡校核 14
3.1.1舱容校核 14
3.1.2重力与浮力平衡校核 15
3.2 初稳性校核 16
3.2.1初稳性高度及横摇周期估算16
3.3自由航速校核 17
3.3.1计算有效马力曲线 17
3.3.2总推进系数计算 18
3.4 干舷校核 20
3.5 本章小结 21
第四章主尺度方案的确定22
结束语 22 参考文献22
第一章绪论
1.1 概述
本课程设计是与船舶与海洋工程专业主干课程《船舶设计原理》课程配套的实践性课程。它的任务是通过课程设计来加深对船舶设计原理理论知识的理解，重点是培养学生综合分析问题、解决问题的能力和实践动手能力。本课程设计要求按照技术任务书，完成一艘多用途工作船的船型方案主尺度的设计。
本课程设计是在船舶设计原理的基础上，结合一学期所学内容，综合分析计算出所要求的船只。因为知识和时间的限制，本计算是较粗略的，在excel表格中计算只是大体满足了基本的要求。主尺度计算主要是通过母型船的公式，估算和校核基本依照书本所给的公式。通过最后调试和校核，最后得到是满足所给主机功率的各项数值。因为学识所限，感觉纯在着许多漏洞，希望老师在批改的时候能指正。
1.2 研究意义
随着海上石油和天然气开发工程的迅速发展，为海上工程提供各种服务的特种工作船舶，已成为海上石油和天然气勘探和开采工程不可缺少的一个组成部分。其主要用途是：
1）作为钻井、采油、修井作业等各类平台或海上其他大型漂浮物远距离拖航的主拖船，执行拖带等作业任务；
2）执行钻井、采油、修井等各类平台或海上其他大型构筑物的安全守护、抢险救助任务；
3）执行钻井、采油、修井等各类平台供应燃油、淡水、钻井水、钻采器具、液态泥浆、水泥等物资；
4）为钻井、采油、修井等各类平台、浮吊进行起抛锚、移位、就位等生产施工作业。简单的说，就是物资载运、拖带、供油、供水、供水泥、消防等。这要求船舶有较好的操纵性，能够适合在各种风浪、流条件下靠离平台，适合在复杂海况下拖带平台就位。
该类船上除了具备通用的拖轮设备外，安装的专用设备主要有：导管式或喷水式推进器、全回转螺旋浆、首侧推装置、大功率的消防炮、泡沫消防系统等。
通过以上分析可以看到，多用途工作船具有很多的功能，并要求具有处理海上突发性事故的能力。
1.3 国内外多用途工作船的发展趋势
多用途工作船的发展经历了一个由不成熟到逐渐成熟的发展过程。以胜利石油管理局的多用途工作船为例，船总长 46.23 米，型宽9.80 米，型深3.20 米，总吨 496吨，净吨149 吨，吃水 1.40 米，主机功率 370KW×2，仅具有一定的物资供应能力和小型拖带能力，不具备拖带现有平台的能力。对钻井平台一口井位的物资供应需要多个航次，且拉运水泥需要装载水泥的专用车辆，不具备对外消防能力；而 10000HP 多用途工作船是胜利油田有限公司“十五”期间海洋石油生产的重要工程之一，它的建造是为提高油田应对海域及周边海区突发性事件的紧急救助能力，减少因恶劣天气和海况对财产和生命安全造成的损失。该船具有拖力大、功能强、用途多、设备先进的特点，是目前我国自行设计建造的大马力、具有动力定位功能和强大消防功能的多用途工作船。随着能源产业和海洋工程事业的迅速发展，多用途工作船也根据海上作业需要不断发展，船舶性能逐渐改善，船舶功能逐步完善，能够满足多种海上作业需求，成为真正意义上的多用途工作船。
1.4 课程设计技术任务书
1）船型及用途
本船为双机、双桨海洋多用途拖轮，主要用于拖带、消防、港口作业等多种用途，航行于近海海域。
2）船级及规范
本船入中国船级社，设计建造应满足中国船级社现行规范、规则及有关公约的要求。3）稳性与干舷
本船稳性与干舷应满足中国海事局 2004 年颁布的《船舶与海上设施法定检验技术规则·国内航行海船法定检验技术规则》中对近海航区拖轮的要求。
4）船体结构
本船为全焊接钢质拖轮，骨架形式按结构设计要求选用横骨架式，结构构件的尺寸按中国船级社《钢质海船入级与建造规范》（2006）进行设计。
5）船员
本船定员为14 人。
6）航速、拖力
航速：在风力不超过蒲氏风标 3 级、主机以额定转速运转时，拖轮在满载状态静水中航行时的自由航速大于 13.0 节，拖带航速 6 节。
系柱拖力：～400kN。
7）主机、齿轮箱
主机：型号 6320ZCd-6型柴油机（或自选）
额定功率 1470kW×2
额定转速 525 转/分
齿轮箱：型号 GWC45·49
转速范围：400～900 转/分
减速比：2.4671：1
8）续航力
本船续航力为 3000 浬，能携带燃料油～500 吨，轻柴油～35 吨，滑油～9 吨，淡水～320
吨。
9）自持力
本船自持力为30 天。
1.5 课程设计的主要工作内容和基本要求
1.5.1 课程设计的主要工作内容
1）总体设计方案构思；
2）船舶主尺度及排水量确定；
3）编写课程设计说明书。
1.5.2 课程设计的基本要求
1）在对设计技术任务书进行全面分析的基础上，对新船的设计方案必须有一个方案构思，提出设想和对各种可能存在的问题进行分析和思考。
2）对选用的母型船资料和各种估算方法应分析其合理性和适用性。
3）在选择新船主要要素过程中，除了考虑技术因素以外，必须考虑到新船的经济性，例如造价、营运成本等因素。本课程设计中，不要求对新船的经济性指标进行详细的计算和论证，但是在新船的主尺度选择中必须考虑经济性因素，并对此进行必要的分析和讨论。
4）应勾画总布置草图，区划主船体舱室等，以便能较为准确地校核布置地位和舱容。
5）空船重量和主要性能的估算或计算要求可靠和准确；初稳性计算至少应包括两种装载情况。
6）课程设计说明书应能反映设计思想和设计工作的全过程，每一部分都应有必
要的说明和小结，应条理清楚，文字通顺，排版工整，要求用计算机打字成文。
1.6 方案构思
按设计任务书要求，本船为海洋多用途拖轮，应具备以下特点：
1）较高的自由航速；
2）保证优良的操纵性；
3）具备较大的系柱拖力；
4）足够的稳性和适航性；
5）海洋多用途拖轮应有的其他性能和设备。
根据以上的特点，本船设计应做到以下几点：
1）本船采用双机双桨，以获得较高的自由航速，快速到达作业海域。
2）为保证本船优良的操纵性，应力求减小船长。
3）为提高本船的推进效率，增加拖力，应加大尾吃水，以增大螺旋桨的直径。
4）在保证足够稳性和适航性的情况下，型深不应过大，以免引起重心升高和受风面积的增大。
5）本船应需配备以下主要设备：大功率的自动拖缆机，相应能力的起吊设备和对外消防设备等。
1.7 母型船资料
一、概述
本船是航行于沿海航区的2940KW 的海洋多用途拖轮。钢质结构，单连续
甲板，长首楼，双机，双桨，双舵船舶，主要任务是营救遇难船舶，拖带搁浅、
触礁以及失去机动能力的船舶返回安全地区。
二、主尺度及主要要素
船长LOA57.62m
垂线间长LPP49.40m
型宽B12.00m
型深 D 5.00m
设计吃水d 4.20m
满载排水量Δ1852.1t
方形系数CB0.723
棱形系数CP0.794
舯剖面系数CM 0.911
水线面系数CW0.900
浮心纵向位置XB-2.122m
自由航速V12kn
三、主机
型号6320ZCd-6型柴油机
额定功率1470kW×2
额定转速525 转/分
齿轮箱减速比 2.4671：1
四、螺旋桨
采用四叶外旋定螺距螺旋桨 2 个，材料为镍铝青铜。
第二章船舶主尺度及排水量的初步估算
2.1确定主尺度应考虑的因素
1、船长
对于各类不同用途的拖轮，其船长的选择是不同的，如对于内河浅水拖轮，由于吃水过小，为了得到一定的排水量不得不加大船长，对于港作拖轮则应尽量减小船长以得到港内自身回转的灵活性，而对于长途航行的拖轮及海洋拖轮，要考虑到减小阻力以及对风浪的抵抗能力，则应适当的增加船长。本船的基本考虑因素有以下几点：
(1)满足布置要求。主甲板以下要布置机舱、淡水舱、重油舱及首尾尖舱等，这些舱室应分布合理，使拖轮在满载和空载情况下尾部吃水变化较小，以保持车叶和舵的良好性能，必要时需考虑设置压载舱，船长应能满足以上布置的要求。
(2)航道限制。内河拖轮，特别是运河和浅水急流航道的拖轮要考虑航道的最小曲率半径对船长的限制。
(3)考虑阻力。拖轮在自航时，对应的速长比约为1.1～1.4，所以增加船长可以降低速长比，即减少了拖轮的剩余阻力。求某些要求自由航速较高的拖轮，可考虑选取较大的船长，但要注意避“峰”求“谷”，即避开阻力的峰值，请结合任务书的要求来考虑。
(4)造价考虑。拖轮船长愈大则重量愈大，造价愈高。
2、船宽
拖轮船宽主要决定于稳性以及必要的甲板面积，需要考虑的因素有：
(1)稳性要求；
(2)航道限制；
(3)布置要求。
3、型深
型深对纵向强度、剩余稳性均有很大的影响。由于型深＝设计吃水+最小干舷，故吃水为一定时，根据最小干舷就可以决定最小型深。
4、干舷
干舷直接关系到船舶的剩余阻力和大倾角稳性。拖轮的干舷较一般的船舶高，一般多在0.6～1.2m之间，视船舶大小及航区而定。
2.2主尺度选择的一般步骤
船舶主尺度的选取主要涉及到以下几个方面：
① 满足承受重量所需要的浮力，即空船重量加载重量应等于船在设计吃水时的浮力； ② 满足新船所需要的布置地位(舱容及甲板面积)；
③ 满足对新船的各项技术性能(快速性、稳性、操纵性、耐波性和强度等)的要求； ④ 考虑航线环境、建造与修理厂设备条件对新船主尺度的限制； ⑤ 满足用船部门对新船的有关使用要求。 ⑥ 经济性好。
具体步骤和方法如下： 1）确定主尺度的选择范围
首先根据新船的船型、布置地位、航速等和主尺度的限制条件，参考母型船资料，初步确定一个主尺度的选择范围。
具体方法是：采用一些主尺度估算公式，对主尺度进行估算，大致确定新船的主尺度范围。
2）主尺度的第一次近似计算
主尺度的初始值可以采用以下方法估算：
①采用母型船换算法：采用适当的换算方法粗估新船的主尺度初始值。 ②应用统计公式或经验公式：对常规船型，在选用统计公式或经验公式粗估主尺度时，特别要注意公式的适用范围，如果对这些公式的适用范围不清楚，可以用母型船资料来试算，从而了解这些公式的适用范围。 3）重力与浮力的平衡、舱容和布置地位的初步校核
对于布置地位型船：首先校核布置地位与舱容，然后校核浮力与重力的平衡。当吃水允许改变时，用调整吃水的办法来平衡重力与浮力是比较容易的，也可以采用调整方形系数的方法。
2.3 主尺度的确定方法
2.3.1根据统计资料和近似计算公式来确定船长范围
可参考《船舶设计手册》，根据所给统计资料，进行选择，我选择的是4）由船长和主机功率的统计公式来粗略估算：
L PP =(22.8+0.0056P B )m
其中：14702 1.4B P KW
m =?=,结合母型船资料船长LPP 为50m 到60m 之间。
结合后面的各种校核可知LPP 为58m 。船长对船造价是影响最大的，所以在可能
的前提下尽可能的去减小船长。由于要达到相应的马力，所以在无耐之下增加船长从而使其达到相应的要求。
2.3.2船宽的初步估算
对于船宽，由于拖轮在工作过程中往往受到被拖船舶的急牵，其稳性要求较高，
所以船宽通常按稳性要求结合布置的情况来确定。根据统计资料和母型船来确定船宽范围由母型船换算得到型宽
B =L pp L 0B 0
算的船宽为14m
2.3.3型深D 和吃水d 的确定
拖船吃水一般由螺旋桨所需的浸沉深度、港口航道条件及对稳性影响较大的B/d 值来选定。本船一般在深水港区和近海海域，因此其吃水不受限制，故吃水的选择主要应从提高推进效率及要求一定的尾吃水和稳性角度来考虑。在一定吃水条件下，型深的大小对稳性、储备浮力等均有影响，因此型深的确定要考虑干舷的要求和型深吃水比的影响以及设计建造的方便。
均采用母型船换算公式
根据母型船资料， 2.86B
d
= 中部吃水取 d 为4.9m
根据母型船资料，L/D=9.88 型深D 可以取为5.9m
2.3.4方形系数的估算
沿海船舶方形系数推荐用下式计算：
根据 1.08/B C V =-/ 1.0V =时，B C 应减0.01 其中：V 为自由航速，为14kn ； L 为垂线间长（英尺）
初步算的为0.563
2.3.5 其它船型系数的确定
1. 棱形系数P C
沿海船舶的棱形系数和速长比关系采用蒋慰昌公式：
1.10/P C V =-
上式适用于/V 以下。 2. 中剖面系数M C
/M B P C C C ==0.949
3. 水线面系数W C
沿海船舶的水线面系数W C 和方形系数的关系可以用以下表示：
0.730.30W B C C =+=0.711
4. 浮心纵向坐标B X
5.5
6.5B X V =-拖轮的浮心位置一般在船舯之后，可取在2%--3%LPP 处。 这些均为初步估算，具体校核下面会提及。
2.3.6 船舶重量估算及载重量的估算
根据同类型船的情况，分别找出各部分的重量系数。
1、船体钢料重量H H W C LBD =，系数H C 取自母型船0.1288； 为617.1t
2、舾装重量2/30()O W C LBD =，系数0C 取自母型船1.16； 为329.7t
3、机电设备重量0.5(/0.7355)M M D W C P =，系数M C 取自母型船5.9；为360t
4、排水量裕度取空船重量LW 的5%，
综上所述，空船重量LW=105%(W H +Wo +W M )=1372t
1、人员及行李：每人平均重65kg ，船员行李50kg 。 共1.61t
2、食品及淡水：食品每人每天4kg ，淡水每人每天200kg 。
可算出食品重量，另外，任务书给出携带淡水～320t 。 共353t 3、燃料油+轻柴油：
任务书给出携带燃油～535 t 。 共535t 4 滑油：
任务书给出携带滑油～9t 共9t 5、备品及供应品：
该部分通常取为(0.5%～1%)LW 。 共11t 综合以上，可求出载重量DW 。 DW=908.6t LW+DW =2280.6t
2.3.7 船舶重量估算
根据浮性方程式kLBd B C ρ?=,由初步选取的主尺度参数计算新船的排水量；
Δ=2308.06t
2.4 小结
由这一章可以大体算出主要尺寸和相关系数以及船体重量。但是这些数据是不可靠的，换需要从新去校核换算。
Lpp =58m B =14m d =4.9m D =5.9m
C B =0.563 C P =0.593 C M =0.9494 C W =0.711 X B =-1.1
第三章 性能平衡及校核
3.1 舱容及重力与浮力平衡校核
3.1.1舱容校核
一、新船所能提供的舱容的估算
主船体总容积的估算，据主尺度（包括方形系数），可粗估垂线间长范围内的主船体的型容积
1H BD PP V C L BD ==2908.4m^3
BD C 为计算到型深的方形系数，11d d BD B B C C C =+-（）（D-）/(C ），其中1C 取4。1
D 为计入舷弧和梁拱的相当型深，10.7C M D D S =++=6.047。 二、分项舱容的校核
1、机舱容积V M
机舱所需容积实际上由机电设备布置地位所需的机舱长度L M 和机舱位置所决定。拖轮机舱位置布置在船长中部。已知机舱所需长度L M 和位置时可按下式估算机舱容积：
V M =K M L M B (D-h DM )
式中：K M 为机舱体积丰满度系数，取K M =1；
h DM 为机舱双层底高度，取h DM =1.2m 。 机舱长度：L M= l m + C
式中：l m =4.934m ，系数C=5.066m 。
求得：V M =658m 3 。
2、压载水舱容积V B
压载平均吃水d B =1.55+0.023L
已知要求的压载航行平均吃水d B 后，可按下式计算压载排水量ΔB ，
d d B
W
C C B B =??（） （2-6-4）
求得： ΔB=1181.5t 3、油水舱容积V OW 船上油水舱包括燃油舱、淡水舱、轻柴油和滑油舱等。这些舱所需容积可按储存 量来计算： OW i V V =∑ i ci ·k i i W V ρ= （2-6-3） 式中：i W 为油、水等储存量（t ）； i ρ为油水的密度（t/m 3） ci k 为容积折扣系数，对于水舱可取结构折扣系数，对油舱再考虑膨胀系数0.97， 最后可知道V OW =983.5 4、其他舱室容积V A 主船体其他舱室还有首尖舱、尾尖舱等等，此范围内上述舱室的容积约占总容积的5%；另外，防污染公约规定，污油、污水舱的舱容不得小于油水舱容积的3%。即可知道V A 占总舱容5% 三、全船舱容的校核 综上所述需要的总容积为1724m^3小于所能提供的垂线间型容积2908m^3。 3.1.2重力与浮力平衡校核 根据初步估算的空船重量LW 和载重量DW 计算出船舶的重力；根据初步选取的 L 、B 、D 、d 及B C 计算出新船的排水量；比较重力与浮力，采用诺曼系数法进行平衡，最终浮力应略大于重力，并应满足平衡条件的要求。 由于排水浮力太过大于船重，不满足要求。因此要进行重力与浮力的平衡校核，采用诺曼系数法进行平衡。 采用修正B C 来平衡，则诺曼系数： 式中：α=0.4 ，β=0 ，γ=0 。 求得：N =1.118 ；则δΔ=N ·DW δ=-88.43t ； 再次平衡可知浮力Δ=2281t ，略大于LW+DW =2280.6t ，满足条件。 并且从新估算了航速 (1.08)B V C =-?=14.46kn 此时圆圈P=2.5066*F R / ，处在有利“干扰区” 3.2 初稳性校核 拖船的稳性对其安全性和使用效能均有重要的影响，且受稳性规范的约束，是设计中要很好处理的一项重要技术性能。在开始确定主要尺度及船型系数时，就必须给予重视。在此仅考虑初稳性的校核。 3.2.1初稳性高度及横摇周期估算 1、满载出港根据船舶静力学，初稳性高 GM=KB+BM-KG 亦可化为： 2 12g GM=a d a d B Z +- 式中：g Z =KG 表示重心高度，并且求得：1a =0.559，2a =0.079。 最后估算出初稳性高是GM=1.18m 横摇周期估算： T φ= （3-1-3） 式中：f=1+0.07（B/d-2.5）；0GM 为未计及自由液面修正的初稳性高。可求得：T φ=9.29s>9s 故，船舶满载时能满足规范对初稳性和横摇性能要求。 2、压载到港 `?≈1789t, d ,=d (△, △) Cb Cw =4.05 /1'('/)0.53w B C C B B C C d d -== ；/1'('/)0.67w B C C W W C C d d -== 11 2.53B W C a C ? ?=- ??? =0.571 ；2 2(0.170.13)W W B C C a C += =0.076 符合法规对我国沿海船只的初稳性高的要求对于3a ,参考相近的船型得出 30.78a =，故此时初稳性高有 2 2 12314 '0.571 4.040.0760.78 5.9 1.37'4 B GM a d a a D m d =+-=?+?-?= 符合法规对我国沿海船只的初稳性高的要求 f=1.025 则横摇周期有： 0.580.5818.81T f s φ==?= 满载和压载都大于8s ，符合我国法规 3.3自由航速校核 3.3.1计算有效马力曲线 可知道，当V=14.46kn的时候，其有效马力为1501kw 3.3.2总推进系数计算 推进系数为：0.H R S P C ηηηη= 以上各项效率分别为：船身效率ηH ；敞水效率η0；相对旋转效率ηR ；轴系传送效率S η 1)螺旋桨敞水效率: 22340(75.880.8450.827100.32510)/100P P P B B B η--=-+?-? 1/2 1/2 2.5 2.5 525 (2940/0.7457)(/0.7457) 2.467124.34(14.46(10.145))P a N P B V ?= ==?- P —螺旋桨收到功率 N —螺旋桨 a V =V （1-w ） 即敞水效率: 00.57η= 2)船身效率 (1) (1) H t w η-= - 由海克休公式有 0.70.30.70.5760.30.153p w C =-=?-= 0.500.180.500.5760.180.108P t C =-=?-= (1)10.108 1.05(1)10.153 H t w η--= ==-- 3) 相对旋转效率ηR ：取0.98 4)轴系传送效率S η：取0.9312，有减速箱。 故估算推进系数: 0. 1.050.5970.980.93120.57H R S P C ηηηη==???= 而由有效功率曲线知：Pe=1516.1kw 则: 1501.0.5112940 Pe P C P = == 两者相近，符合要求 3.4干舷校核 按《国内航行海船法定检验技术规则.2004》进行计算校核 1、 基本干舷0f 按下式计算： 查B 型船舶的基本干舷 得0f =544mm 2.L<100m 的B 型船舶干舷修正值1f 取封闭上层建筑有效长度（E ）为0.4L 所以1f =0 3. 方形系数对干舷的修正2f 当实船的方形系数CB<=0.68时，取2f =0 所以本船2f =0 4.型深对干舷的修正值3f 当D1>L/15时 31(/15)f D L R =- （mm ） R=L/0.48 可以求得3f =263.5mm 5. 有效上层建筑和凸形甲板对干舷的修正值4f 4f =K 4f K=0.235 可求得4f =-80.68mm 6.舷弧对干舷的修正值5f 50.7522F A S S l f S L +??? ?=-+- ? ?? ??? （mm ） S=22.27mm SF,SA 的求值如下表 机械原理课程设计说明书 题目：摆式送料机构总体设计 姓名：冯帅 学号： 专业： 班级: 学院：交通与车辆工程学院 指导教师： 2013年7月9日 目录 第一章机械原理课程设计指导书 (2) 一．机械原理课程设计的目的 (2) 二．机械原理课程设计的任务 (2) 三．课程设计步骤 (2) 四．基本要求 (3) 五．时间安排 (3) 六．需交材料 (3) 第二章摆式送料机构总体设计过程 (3) 一工作原理 (3) 二设计方案 (5) 三利用解析法确定机构的运动尺寸 (6) 四连杆机构的运动分析 (10) ⑴速度分析 (10) ⑵加速度分析 (12) 第三章课程设计总结 (14) 第四章参考文献 (14) 第一章机械原理课程设计指导书 一．机械原理课程设计的目的 机械原理课程设计是机械原理课程教学中最后的一个重要的实践性教学环节，是培养学个进行自动机械总体方案设计、运动方案设计、执行机构选型设计，传动方案设计控制系统设计以及利用用计算机对工程实际中各种机构进行分析和设计能力的一个重要的川练过程。其目的如下： (1)通过课程设计，综合运用所学的知识，解决工程实际问题。并使学生进一步巩固和加深所学的理论知识。 (2)使学生得到拟定机械总体方案、运动方案的训练，并且有初步的机械选型与组合及确定传动方案的能力，培养学生开发、设计、创新机械产品的能力。 (3)使学生掌握自动机械设计的内容、方法、步骤，并对动力分析与设计有个较完整的概念。 (4)进一步提高学生的运算、绘图、表达及运用计算机和查阅有关技术资料的能力。 (5)通过编写说明书，培养学生的表达、归纳及总结能力。 二．机械原理课程设计的任务 机械原理课程设计的任务一般分为以下几部分。 (1)根据给定机械的工作要求，合理地进行机构的选型与组合。 (2)拟定该自动机械系统的总体、运动方案(通常拟定多个)，对各运动方案进行对比和选择，最后选定一个最佳方案作为个设计的方案，绘出原理简图。 (3)传动系统设计，拟定、绘制机构运动循环图。 三．课程设计步骤 1．机构设计和选型 （1）根据给定机械的工作要求，确定原理方案和工艺过程。 （2）分析工艺操作动作、运动形式和运动规律。 （3）拟定机构的选型与组合方案，多个方案中选择最佳的。 （4）设计计算。 （5）结构设计、画图。 （6）编写设计计算说明书。 2．自动机械总体方案设计 （1）根据给定机械的工作要求，确定实现功能要求原理方案。 （2）根据原理方案确定工艺方案和总体结构。 （3）拟定工作循环图。 （4）设计计算。 （5）画图。 2012年 06月 工业背景及工艺流程 乙醛是无色、有刺激性气味的液体，密度比水小，沸点20.8℃，易挥 发、易燃烧且能和水、乙醇、乙醚、氯仿等互溶，因其分子中具有羰基，反应能力很强，容易发生氧化，缩合，环化，聚合及许多类型加成反应。乙醛也是一种重要的烃类衍生物在合成工业有机化工产品上也是一种重要的中间体。其本身几乎没有直接的用途，完全取决于市场对它的下游产品的需求及下游产品对生产路线的选择，主要用于醋酸、醋酐、醋酸乙烯等重要的基本有机化工产品，也用于制备丁醇、异丁醇、季戊四醇等产品。这些产品广泛应用于纺织、医药、塑料、化纤、染料、香料和食品等工业。 国内乙醛生产方法有乙烯氧化法、乙醇氧化法和乙炔氧化法三种技术路线。工业上生产乙醛的原料最初采用乙炔，以后又先后发展了乙醇和乙烯路线。乙炔水化法成本高，因其催化剂——汞盐的污染难以处理等致命缺点，现以基本被淘汰。乙醇氧化或脱氢法制乙醛虽有技术成熟，不需要特殊设备，投资省，上马快等优点，但成本高于乙烯直接氧化法。乙烯直接氧化法制乙醛。由于其原料乙烯来源丰富而价廉，加之反应条件温和，选择性好，收率高，工艺流程简单及“三废”处理容易等突出优点，深受世界各国重视，发展非常迅速，现以成为许多国家生产乙醛的主要方法。 精馏方案的确定： 精馏塔流程的确定; 塔型的选择; 操作压力的选定; 进料状态选定; 加热方式等 所选方案必须： （1）满足工艺要求； （2）操作平稳、易于调节； （3）经济合理； （4）生产安全。 包括：流程的确定;塔型的选择;操作压力的选定;进料状态选定;加热方式等 操作压力选择 ●精馏可在常压、加压或减压下进行。 ●沸点低、常压下为气态的物料必须选用加压精馏；热敏性、高沸点 物料常用减压精馏。 进料状态的选择 ●一般将料液预热到泡点或接近泡点后送入塔内。这样可使： ● (1)塔的操作比较容易控制； ● (2)精馏段和提馏段的上升蒸汽量相近，塔径相似，设计制造比 较方便。 加热方式： ●（1）间接蒸汽加热 ●（2）直接蒸汽加热 ●适用场合：待分离物系为某轻组分和水的混合物。 ●优点：可省去再沸器；并可利用压力较低的蒸汽进行加热。操作 费用和设备费用均可降低。 20000T近海散货船设计 设计任务书 本船为钢质、单甲板、艉机型国内航行海上散货船。常年航行于沿海航线，属近海航区；主要用于干散货运输。本船设计载重量20000t，积载因素经调研确定。按“CCS”有关规范入级、设计和建造。并满足中华人民共和国海事局有关国内航行海船的相关要求。满载试航速度不低于11 kn，续航力5000 n mile。 第一部分主尺度的确定 主要内容： 1.根据有关经验公式及图表资料初步确定船舶主尺度 2.通过重力与浮力平衡来调整船舶主尺度 3.主要性能的估算 4.货舱舱容的初步校核 1.初步确定船舶主尺度 船舶主尺度主要是指船长L（一般是指垂线间长L pp)、型宽B、型深D和设计吃水d，通常把方形系数及主尺度比参数也归为主尺度范围。 1.1 船长L 由统计公式（5.3.2）散货船（10000t 1.5基本干舷的校核 保证船舶具有足够的干舷一方面可以保证有一定的浮力，另一方面可以减少甲板上浪。如果干舷太小，航行中甲板容易上浪，从而造成的后果是船舶的重量增加，重心升高，初稳性降低，并可能冲坏甲板上的某些设备，也影响船员作业和人身安全。干舷的大小直接关系到船的储备浮力，如果甲板上浪来不及排掉，或者船体开口的封闭设施被破坏而导致海水灌入船体，此时如储备浮力不足，就容易下沉，所以发生沉没或倾覆，所以保证船舶具有足够的干舷很重要。 国际规定船舶都必须满足所规定的最小干舷。这里只进行基本干舷的计算，因为这是初步校核干舷是否满足，而且对基本干舷的修正值一般相对基本干舷都很小。 查表2.2.4 该船基本干舷是2.396m<3.1m(12-8.9),（这里也没计入甲板厚度），初步校核满足干舷的要求。 1.6排水量的初步估算 △=kpC B LBd=1.003×1.025×0.803×154×22.5×8.9=25458t 1.7空船重量L W的估算 空船重量通常将其分为船体钢料重量W H、舾装重量W o和机电设备重量W M 三大部分，即 LW= W H + W o +W M （1）W H的估算 散货船W H的统计公式（3.2.11）和（3.2.8） W H =3.90KL2 B（C B +0.7)×10-4 +1200 K=10.75-[(300-L)/100]3/2 W H =4010t （2）W o的估算 由统计公式（3.2.23）及图表3.2.5 W o=K B L查图3.2.5K=2.3得 W o=797t （3）机电设备重量的估算W M 根据统计，机电设备重量可以近似地按主机功率的平方根（P D0.5）的关系进行换算。对于主机为柴油机的机电设备重量W M可用下式初估 W M=C M（P D/0.735）0.5 主机功率可以用海军系数发估算。海军系数 C=△2/3v3/P 根据母型船可以算得海军系数C，从而可以估算出主机功率。 型船资料-海船系数如表 《 自动控制原理 》典型考试试题 （时间120分钟） 院/系 专业 姓名 学号 第二章：主要是化简系统结构图求系统的传递函数，可以用化简，也可以用梅逊公式来求 一、（共15分）已知系统的结构图如图所示。请写出系统在输入r(t)和扰动n(t)同时作用下的输出C(s)的表达式。 G4 H1G3 G1 G 2 N(s)C(s) R(s) - -+ + + 二 、（共15分）已知系统的结构图如图所示。 试求传递函数 )()(s R s C ，) () (s N s C 。 三、（共15分）已知系统的结构图如图所示。 试确定系统的闭环传递函数C(s)/R(s)。 G1 G2 R(s) - + + C(s) - + 四、（共15分）系统结构图如图所示，求X(s)的表达式 G4(s)G6(s) G5(s)G1(s) G2(s) N(s) C(s) R(s) -- G3(s) X(s) 五、（共15分）已知系统的结构图如图所示。 试确定系统的闭环传递函数C(s)/R(s)和C(s)/D(s)。 G1 G2 R(s) - + + C(s) -+ D(s) G3G4 六、（共15分）系统的结构图如图所示，试求该系统的闭环传递函数 ) () (s R s C 。 七、（15分）试用结构图等效化简求题图所示各系统的传递函数 ) () (s R s C 一、（共15分）某控制系统的方框图如图所示，欲保证阻尼比ξ=0.7和响应单位斜坡函数的稳态误差为ss e =0.25,试确定系统参数K 、τ。 二、（共10分）设图（a ）所示系统的单位阶跃响应如图（b ）所示。试确定系统参数,1K 2K 和a 。 三、（共15分）已知系统结构图如下所示。求系统在输入r(t)=t 和扰动信号d(t)=1(t)作用下的稳态误差和稳态输出)(∞C 2/(1+0.1s) R(s) - C(s) 4/s(s+2) E(s) D(s) 四、（共10分）已知单位负反馈系统的开环传递函数为： 2()(2)(4)(625) K G s s s s s = ++++ 试确定引起闭环系统等幅振荡时的K 值和相应的振荡频率ω 五、（15分）设单位反馈系统的开环传递函数为 1 2 ) 1()(23++++=s s s s K s G α 若系统以2rad/s 频率持续振荡，试确定相应的K 和α值 第三章：主要包括稳、准、快3个方面 稳定性有2题，绝对稳定性判断，主要是用劳斯判据，特别是临界稳定中出现全零行问题。 相对稳定性判断，主要是稳定度问题，就是要求所有极点均在s=-a 垂线左测问题，就是将s=w-a 代入D(s)=0中，再判断稳定 快速性主要是要记住二阶系统在0<ξ<1时的单位阶跃响应公式以及指标求取的公式。 准确性主要是稳态误差的公式以及动态误差级数两方面 机械原理课程设计 编程说明书 设计题目：牛头刨床凸轮机构指导教师：王琦王春华设计者：雷选龙 学号：0807100309 班级：机械08-3 2010年7月15日 辽宁工程技术大学 机械原理课程设计任务书（二） 姓名雷选龙专业机械工程及自动化班级机械08-3班学号 五、要求： 1）计算从动件位移、速度、加速度并绘制线图。 2）确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，画出凸轮实际廓线，并按比例绘出机构运动简图。以上内容作在A2或A3图纸上。 3）编写出计算说明书。 指导教师： 开始日期：2010年07月10日完成日期：2010年07月16日 目录 一设计任务及要求-----------------------------------------------2 二数学模型的建立-----------------------------------------------2 三程序框图--------------------------------------------------------5 四程序清单及运行结果-----------------------------------------6 五设计总结-------------------------------------------------------14 六参考文献-----------------------------------------------------15 一 设计任务与要求 已知摆杆9为等加速等减速运动规律，其推程运动角φ=70，远休止角φs =10，回程运动角φ?=70，摆杆长度l 09D =125,最大摆角φ max =15，许用压力角[α]=40，凸轮与曲线共轴。 （1） 要求：计算从动件位移、速度、加速度并绘制线图（用方格纸 绘制），也可做动态显示。 （2） 确定凸轮的基本尺寸，选取滚子半径，画出凸轮的实际廓线， 并按比例绘出机构运动简图。 （3） 编写计算说明书。 二 机构的数学模型 1 推程等加速区 当2/0?δ≤≤时 角位移 22max /21?δ?=m 角速度 2max /4?δ?ω= 角加速度 2max /4??ε= 2 推程等减速区 当?δ?≤<2/时 角位移 22max max /)(21?δ???--=m 角速度 2max /)(4?δ??ω-= 角加速度 2max /4??ε-= 3 远休止区 当s ??δ?+≤<时 角位移 max 1?=m 角速度 0=ω 角加速度 0=ε （一）设计要求及船体主要参数 设计要求： 航速：V=14.24 kn；排水量：Δ=16694 t 船体主参数： 船型：单桨、球首、球尾、流线型挂舵、中机型多用途远洋货船。 利用海军系数法，根据母型船主参数估算设计船体，如下： 单位母型船设计船 排水量Δt 20800 16694 设计水线长L WL m 144.20 134.01 垂线间长L PP m 140.00 130.01 型宽B m 21.80 20.26 型深H m 12.50 11.62 设计吃水T m 8.90 8.27 桨轴中心距基线Z P m 2.95 2.74 方形系数C B 0.743 0.725 （二）船舶阻力估算及有效马力预报 2.1 有效马力预报 母型船的有效功率数据如下： 航速Vm/kn 12 13 14 15 16 17 有效功率 P Em /hp 满载2036 2655 3406 4368 5533 7017 压载1779 2351 3007 3642 4369 5236 110%满 载 2239 2921 3747 4805 6086 7719 根据海军系数法对航速以及有效功率进行变换： 公式：V Vm =(? ?m )16 ； P E P E m =(? ?m )76 变换如下： V m (kn) 12 13 14 15 16 17 V(kn) 11.57 12.53 13.50 14.46 15.42 16.39 P Em (hp) 满载 2036 2655 3406 4368 5533 7017 压载 1779 2351 3007 3642 4369 5236 110%满载 2239 2921 3747 4805 6086 7719 P E (hp) 满载 1575.28 2054.21 2635.27 3379.58 4280.95 5429.14 压载 1376.44 1819.00 2326.56 2817.86 3380.35 4051.16 110%满载 1732.34 2260.02 2899.10 3717.69 4708.82 5972.29 根据以上数据可作出设计船的有效功率曲线如下： 从曲线上可读取，当V=14.24kn 时，对应的有效马力为=3194.82hp 。 一、 填空题 1、线性定常连续控制系统按其输入量的变化规律特性可分为_恒值控制_系统、随动系统和_程序控制_系统。 2、传递函数为 [12(s+10)] / {(s+2)[(s/3)+1](s+30)} 的系统的零点为_-10_， 极点为_-2__， 增益为_____2_______。 3、构成方框图的四种基本符号是： 信号线、比较点、传递环节的方框和引出点 。 4、我们将 一对靠得很近的闭环零、极点 称为偶极子。 5、自动控制系统的基本控制方式有反馈控制方式、_开环控制方式和_复合控制方式_。 6、已知一系统单位脉冲响应为t e t g 5.16)(-=，则该系统的传递函数为 。 7、自动控制系统包含_被控对象_和自动控制装置两大部分。 8、线性系统数学模型的其中五种形式是微分方程、传递函数、__差分方程_、脉冲传递函数_、__方框图和信号流图_。 9、_相角条件_是确定平面上根轨迹的充分必要条件，而用_幅值条件__确定根轨迹上各 点的根轨迹增益k*的值。当n-m ≥_2_时, 开环n 个极点之和等于闭环n 个极点之和。 10、已知一系统单位脉冲响应为 t e t g 25.13)(-=，则系统的传递函数为_ _。 11、当∞→ω时比例微分环节的相位是： A.90 A.ο 90 B.ο 90- C.ο45 D.ο 45- 12、对自动控制的性能要求可归纳为_稳定性__、_快速性_和准确性三个方面， 在阶跃 响应性能指标中，调节时间体现的是这三个方面中的_快速性___，而稳态误差体现的是_稳定性和准确性_。 13、当且仅当离散特征方程的全部特征根均分布在Z 平面上的_单位圆 _内，即所有特征根的模均小于___1____,相应的线性定常离散系统才是稳定的。 14、下列系统中属于开环控制系统的是 D.普通数控加工系统 一、课程设计的意义、内容及步骤 随着生产技术的不断发展，机械产品种类日益增多，对产品的机械自动化水平也越来越 高，因此，机械设备设计首先需要进行机械运动方案的设计和构思、各种传动机构和执行机 构的选用和创新设计。本指导书旨在根据高校工科本科《机械原理课程教学基本要求》的要 求：结合一个简单的机械系统，综合运用所学理论和方法，使学生能受到拟定机械运动方案的初步训练，并能对方案中某些机构进行分析和设计，针对某种简单机器（即工艺动作过程 较简单）进行机构运动简图设计。 设计过程指从明确设计任务到编制技术文件为止的整个设计工作的过程，该过程一般来 讲包括四个阶段：1）明确设计任务和要求；2）原理方案设计；3）技术设计；4）施工设计。本 次设计的主要内容主要完成前两个任务，完成的步骤如下; 设汁任务I神服文现礴足列施的罐本原现-T星本T艺劭怦的即是I-二选揮执行机构亍■ 绘制机构运功祁画I_ 黴新瓦标詡示直图I一匹苻机狷矗尺可金豕迄功学设审一I绘制机购运动简圏I 运动学和动力学分析If进行评价比较优选I 二、机械原理课程设计的基本要求 1.设计结果体现创新精神。 2.方案设计阶段以小组为单位，组织学生参观讨论，分析机器的结构、传动方式、工 作原理，给出至少两种运动方案，并对其进行比较，从中选出最优方案。 3.方案确定以后，进行机构尺寸综合和机构运动分析时，每个学生的参数不同，独自 设计。若发现尚未达到工作要求，应审查方案，调整机构的尺寸，重新进行设计。 4.每个学生绘制一张图纸，应包括机械系统运动方案简图和机械运动循环图，一两个 主要机构的运动分析及设计程序。 5.写一份设计说明书，最后进行答辩。 6.成绩的评定。课程设计的成绩单独评定。应以设计说明书、图样和在答辩中回答问题的情况为依据， 参考设计过程中的表现，由指导教师按五级计分制（优、良、中、及格、不及格）进行评定。 、机械运动简图设计内容 1?功能分解 机器的功能是多种多样的，但每一种机器都要完成某一工艺动作过程。将机械所需完 成的工艺动作过程进行分解，即将总功能分解为多个功能元，在机械产品中就是将工艺动作 过程分解为若干个执行动作。设计者必须把动作过程分解为几个独立运动的分功能，然后用 树状功能图来描述，使机器的总的功用及各分功能一日了然。 例如，设计一部四工位专用机床，它可以分解成如下几个工艺动作： 《化工原理》课程设计说明书 设计题目 学生姓名 指导老师 学院 专业班级 完成时间 目录 1.设计任务书……………………………………………（） 2.设计方案的确定与工艺流程的说明…………………（） 3.精馏塔的物料衡算……………………………………（） 4.塔板数的确定………………………………………（） 5.精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算………（） 6.精馏段的汽液负荷计算………………………………（） 7.精馏段塔体主要工艺尺寸的计算…………………（） 8.精馏段塔板主要工艺尺寸的计算…………………………（） 9.精馏段塔高的计算…………………………………（） 10.精馏段塔板的流体力学验算…………………………（） 11.精馏段塔板的汽液负荷性能图………………………（） 12.精馏段计算结果汇总………………………………（） 13.设计评述……………………………………………（） 14.参考文献………………………………………………（） 15.附件……………………………………………………（） 附件1：附图1精馏工艺流程图………………………（） 附件2：附图2降液管参数图……………………………（）附件3：附图3塔板布孔图………………………………（） 板式塔设计简易步骤 一、 设计方案的确定及工艺流程的说明 对塔型板型、工艺流程、加料状态、塔顶蒸汽冷凝方式、塔釜加热方式等进行说明，并 绘制工艺流程图。（图可附在后面） 二、 精馏塔物料衡算：见教材P270 计算出F 、D 、W ，单位：kmol/h 三、 塔板数的确定 1. 汽液相平衡数据： 查资料或计算确定相平衡数据，并绘制t-x-y 图。 2. 确定回流比： 先求出最小回流比：P 266。再确定适宜回流比：P 268。 3. 确定理论板数 逐板法或梯级图解法（塔顶采用全凝器）计算理论板层数，并确定加料板位置：P 257-258。（逐板法需先计算相对挥发度） 确定精馏段理论板数N 1、提馏段理论板数N 2 4. 确定实际板数： 估算塔板效率：P 285。（①需知全塔平均温度，可由 t-x-y 图确定塔顶、塔底温度，或通过试差确定塔顶、塔底温度，再取算术平均值。②需知相对挥发度，可由安托因方程求平均温度下的饱和蒸汽压，再按理想溶液计算。） 由塔板效率计算精馏段、提馏段的实际板层数N 1’,N 2’：P 284式6-67。 四、 精馏段操作工艺条件及相关物性数据的计算 1. 操作压力m p ：取2 F D m p p p += 2. 精馏段平均温度m t ：查t-x-y 图确定塔顶、进料板温度，再取平均值。或由泡点方程试差法确定塔顶、进料板温度。 3. 平均摩尔质量M Vm 、M Lm ：由P 8式0-27分别计算塔顶、进料板处的摩尔质量，再分别 取两处的算术平均值。汽相的摩尔分率查t-x-y 图。 4. 平均密度Vm ρ、Lm ρ： Lm ρ：用P 13式1-7分别计算塔顶、进料板处液相密度，再 取算术平均值。m Vm m Vm T R M p ??= ρ 5. 液体表面张力m σ：由B B A A m x x σσσ+=分别计算塔顶mD σ与进料板mF σ，再取 平均值。 6. 液体粘度m μ：与表面张力的计算类似。 五、 精馏段汽液负荷（Vs 、Ｌs ）计算 V=（R+1）D L=RD 船舶耐波性能试验 —阻尼系数测量试验 学生姓名： 学号： 学院：船舶与建筑工程学院班级： 指导教师： 一、船模横摇试验的目的 上风浪中航行最易发生横摇，而且横摇的幅度较大，不仅影响船 员生活和工作的各个方面，严重的横摇还会危及船舶的安全乃至倾覆失事。因此，在有关耐波性的研究中，首先关注的是要求设计横摇性能优良的船舶。 由于船舶在波浪中横摇运动的复杂性，理论计算尚未达到可用于实际的程 度，因而模型试验是目前预报船舶横摇最可靠的方法。 本教学试验由下列两部分组成，即： 1．船模在静水中的横摇衰减试验，目的是确定船的固有周期以及作用在船 体上的水动力系数，如附连水惯性矩及阻尼系数等。据此可根据线性运动方程计算船舶在风浪中的横摇频率响应曲线。 2．船模在规则波中的横摇试验，目的是确定船的横摇频率响应函数，可用 于预报船舶在中等海况下的横摇统计特性，对于高海况的预报数值则偏高，这是由于非线性影响的缘故。 二．实验原理 通过《船舶原理》课程的学习，我们知道船舶的横摇运动方程可以表示为： 式中，表示横摇角、横摇角速度、横摇角加速度；Ixx’表示船 舶在水中的横摇惯性矩，等于船舶在空气中的横摇惯性矩Ixx 与船舶在水中的横摇附加惯性矩之和；N为阻尼力矩系数；D为排水重量；h为横稳性高度；αm0为有效波倾；ω为波浪圆频率。 引入横摇衰减系数γ和横摇固有（圆）频率ωФ ωФ2=Dh/Ixx’ 横摇运动方程可以写成: 静水中自由横摇 考虑船舶在初始时刻浮于静水面上，并伴有一个静横倾角φ0，但不受波浪的作用，该船舶随后将作自由横摇运动，其表达式可以写成 式中，无因次衰减系数μ和相位超前角β为 洛阳理工学院 2010/2011 学年第二学期自动控制原理期末考试试题卷（B） 适用班级：B 考试日期时间：适用班级： 一、判断题。正确的打√，错误的打×。(每小题1分，共10分) 1.传递函数是线性定常系统的一种内部描述模型。（） 2.劳斯判据是判断线性定常系统稳定性的一种代数判据。（） 3.频域分析法是根据闭环系统的频率特性研究闭环系统性能的一种图解方法。( ) 4.频率响应是系统在正弦输入信号下的全部响应。（） 5.绘制系统Bode图时，低频段曲线由系统中的比例环节（放大环节）和微积分环节决定( ) 6.对于线性定常系统，若开环传递函数不包括积分和微分环节，则当0 ω=时，开环幅相特性曲线（Nyquist图）从正虚轴开始。（） 7.开环控制系统的控制器和控制对象之间只有正向作用，系统输出量不会对控制器产生任何影响。（） 8.Ⅰ型系统，当过渡过程结束后，系统对斜坡输入信号的跟踪误差为零。（） 9.控制系统分析方法中，经典控制理论的分析方法有频域分析法、根轨迹分析法、时域分析法。（） 10.已知某校正网络传递函数为 1 () 1 s G s as + = + ，当满足a>1条件时，则该校正网络为滞后校正网络。（） 二、单选题(每小题2分，共20分) 1.下述（）属于对闭环控制系统的基本要求。 （A）稳定性（B）准确性（C）快速性（D）前面三个都是 2.分析线性控制系统动态性能时，最常用的典型输入信号是（）。 （A）单位脉冲函数（B）单位阶跃函数 （C）单位斜坡函数（D）单位加速度函数 3.典型二阶系统阻尼比等于1时，称该系统处于（）状态。 （A）无阻尼（B）欠阻尼（C）临界阻尼（D）系统不稳定或临界稳定 4.稳定最小相位系统的Nyquist图，其增益（幅值）裕度（）。 （A）0 hdB<（B）0 hdB>（C）1 hdB<（D）1 hdB> 5.单位反馈控制系统的开环传递函数为 4 () (5) G s s s = + ，则系统在()2 r t t =输入作用下，其稳态误差为（）。 （A）10 4 （B） 5 4 （C） 4 5 （D）0 6.一个线性系统的稳定性取决于（）。 （A）系统的输入（B）系统本身的结构和参数 A 卷 一、填空题（每空 1 分，共10分） 1、 在水箱水温控制系统中，受控对象为 ，被控量为 。 2、 对自动控制的性能要求可归纳为___________、快速性和准确性三个方面， 在阶跃响应性能指标中，调节时间体现的是这三个方面中的______________，而稳态误差体现的是______________。 3、 闭环系统的根轨迹起始于开环传递函数的 ，终止于开环传递函数的 或无穷远。 4、 PID 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 ，其相应的传递函数为 。 5、 香农采样定理指出：如采样器的输入信号e(t)具有有限宽带，且有直到ωh 的频率分量，则使信号e(t) 完满地从采样信号e*(t) 中恢复过来的采样周期T 要满足下列条件：________________。 二、选择题（每题 2 分，共10分） 1、 设系统的传递函数为G （S ）＝1 52512++s s ，则系统的阻尼比为（ ）。 A ．21 B ．1 C ．51 D ．25 1 2、 非单位负反馈系统，其前向通道传递函数为G(S)，反馈通道传递函数为H(S)，当输入信号为R(S)，则从输入端定义的误差E(S)为 ( ) A 、 ()()()E S R S G S =? B 、()()()()E S R S G S H S =?? C 、()()()()E S R S G S H S =?- D 、()()()() E S R S G S H S =- 3、 伯德图中的低频段反映了系统的（ ）。 A ．稳态性能 B ．动态性能 C ．抗高频干扰能力 D ．.以上都不是 4、 已知某些系统的开环传递函数如下，属于最小相位系统的是( )。 A 、 (2)(1)K s s s -+ B 、(1)(5K s s s +-+） C 、2(1)K s s s +－ D 、(1)(2) K s s s -- 5、 已知系统的开环传递函数为 100(0.11)(5)s s ++，则该系统的开环增益为 ( )。 A 、 100 B 、1000 C 、20 D 、不能确定 （封面） XXXXXXX学院 化工原理课程设计任务书 题目： 院（系）： 专业班级： 学生姓名： 指导老师： 时间：年月日 目录 1、工艺生产流程线 (4) 2、流程及方案的说明和论证 (4) 3、换热器的设计计算及说明 (5) 4、计算校核 (6) 5、设计结果概要表 (9) 6、设计评价及讨论 (11) 参考文献 (11) 附图：主体设备结构图和花版设计图 化工原理课程设计任务书 一、设计题目：列管式换热器设计。 二、设计任务：将自选物料用河水冷却至生产工艺所要求的温度。 /d； 三、设计条件：1.处理能力：G=29*300 t 物料 2. 冷却器用河水为冷却介质，考虑广州地区可取进口水温度为 20～30℃； 3.允许压降：不大于105 Pa； 4.传热面积安全系数5~15%； 5.每年按330天计，每天24小时连续运行。 四、设计要求：1.对确定的工艺流程进行简要论述； 2.物料衡算、热量衡算； 3.确定列管式换热器的主要结构尺寸； 4.计算阻力； 5.选择适宜的列管式换热器并进行核算； 6.用Autocad绘制列管式冷却器的结构图（3号图纸）、花板布 置图（4号图纸）。 7.编写设计说明书(包括：①封面；②目录；③设计题目（任务 书）；④流程示意图；⑤流程及方案的说明和论证；⑥设计计 算及说明（包括校核）；⑦主体设备结构图；⑧设计结果概要 表；⑨对设计的评价及问题讨论；⑩参考文献。) 备注：参考文献格式： 期刊格式为：作者姓名.出版年.论文题目.刊物名称.卷号（期号）：起止页码 专著格式为：作者姓名.出版年.专著书名.出版社名.起止页码 例：潘继红等.管壳式换热器的分析和计算.北京：科学出版社，1996,70～90 陈之瑞，张志耘.桦木科植物叶表皮的研究.植物分类学报,1991,29（2）:127～135 1.工艺生产流程： 物料通过奶泵被送入冷却器后，经管盖进行多次往返方向的流动。冷却后由出料管流出，不合格的物料由回流阀送回冷却器重新冷却，直至符合要求。经过处理的河水由冷却器的进口管流入，由出口管流出，其与牛奶进行逆流交换热量。 牛奶灭菌后温度高达110～115℃，然后进行第一阶段的冷却，冷却到均质温度55～75℃，而后进行均质。无菌均质后，牛奶经过第二阶段的冷却，最终由冷却水冷却至所需的出口温度。本实验所设计的就是第一阶段冷却的列管式换热器。 《静水力曲线计算与绘制》 课程设计任务书 专业船舶与海洋工程 班级2013级1班 学生 学号 指导教师 重庆交通大学 2015年12月 目录 一、设计目的 ................................................................................................................ 1 二、设计课题 ................................................................................................................ 1 三、基本要求 ................................................................................................................ 1 四、组织方式和辅导计划 ............................................................................................ 2 五、考核方式和成绩评定 ............................................................................................ 2 六、设计进度安排 ........................................................................................................ 2 七、半宽水线图型值表 ................................................................................................ 2 八、静水力曲线计算表格 .. (4) 1、表1：A w 、X f 、I T 、I L 、C wp 计算表 .............................................................. 4 2、表2：▽，▽k ，△，C B ，TPC 计算表 ..................................................... 10 3、表3：X B 计算表 ............................................................................................ 10 4、表4：Z B 计算表 ............................................................................................. 11 5、表5： ， L ，Z M ，Z ML 计算表 .............................................................. 11 6、表6：MTC 计算表 ........................................................................................ 12 7、表7：A M ，C M ，C P 计算表 .......................................................................... 12 九、静水力曲线图的比例的含义和坐标原点 .......................................................... 13 十、总结 . (14) BM BM 《 自动控制原理B 》 试题A 卷答案 一、单项选择题（本大题共5小题，每小题2分，共10分） 1．若某负反馈控制系统的开环传递函数为 5 (1) s s +，则该系统的闭环特征方程为 ( D )。 A ．(1)0s s += B. (1)50s s ++= C.(1)10s s ++= D.与是否为单位反馈系统有关 2．梅逊公式主要用来（ C ）。 A.判断稳定性 B.计算输入误差 C.求系统的传递函数 D.求系统的根轨迹 3．关于传递函数，错误的说法是 ( B )。 A.传递函数只适用于线性定常系统； B.传递函数不仅取决于系统的结构参数，给定输入和扰动对传递函数也有影响； C.传递函数一般是为复变量s 的真分式； D.闭环传递函数的极点决定了系统的稳定性。 4．一阶系统的阶跃响应（ C ）。 A ．当时间常数较大时有超调 B ．有超调 C ．无超调 D ．当时间常数较小时有超调 5. 如果输入信号为单位斜坡函数时，系统的稳态误差为无穷大，则此系统为（ A ） A ． 0型系统 B. I 型系统 C. II 型系统 D. III 型系统 二、填空题（本大题共7小题，每空1分，共10分） 1．一个自动控制系统的性能要求可以概括为三个方面：___稳定性、快速性、__准确性___。 2.对控制系统建模而言，同一个控制系统可以用不同的 数学模型 来描述。 3. 控制系统的基本控制方式为 开环控制 和 闭环控制 。 4. 某负反馈控制系统前向通路的传递函数为()G s ，反馈通路的传递函数为()H s ，则系统 的开环传递函数为()()G s H s ，系统的闭环传递函数为 () 1()() G s G s H s + 。 5 开环传递函数为2(2)(1) ()()(4)(22) K s s G s H s s s s s ++= +++，其根轨迹的起点为0,4,1j --±。 6. 当欠阻尼二阶系统的阻尼比减小时，在单位阶跃输入信号作用下，最大超调量将 增大 。 7.串联方框图的等效传递函数等于各串联传递函数之 积 。 三、简答题（本题10分） 图1为水温控制系统示意图。冷水在热交换器中由通入的蒸汽加热，从而得到一定温度的热水。冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方框图，并说明为了保持热水温度为期望值，系统是如何工作的？系统的被控对象和控制装置各是什么？ 机械原理课程设计指导 一、课程设计的目的和内容 1 课程设计的目的 1．巩固并灵活运用所学相关知识； 2．具有初步的设计机械运动方案的能力； 3．提高分析问题、解决问题的能力； 4．提高创新意识和能力； 5．培养运用现代设计方法解决工程问题的能力。 2. 课程设计的任务 (进行机械系统的运动方案和传动系统设计) 确定工作原理和运动形式，绘制工作循环图； 设计几种运动方案并进行分析、比较和选择； 对选定运动方案进行运动分析与综合，并绘制机构运动简图； 进行机械动力性能分析与综合； 编写说明书及相关程序。 3．课程设计的内容 机械原理课程设计，通常以满足一定使用要求或工艺要求的机械为设计对象。 机械原理课程设计，通常包括下列内容： 机械系统方案的拟定; 机械系统运动动力参数计算; 设计计算说明书一份。 完成规定的全部工作后，应进行设计答辩。 二、课程设计的一般步骤 1. 设计准备 1）阅读和研究设计任务书，明确设计内容和要求，分析原始数据及工作条件。 2）借阅（图书馆）、搜集（含网上搜集）有关设计信息、资料及机构设计手册；复习课程有关内容，熟悉有关机构的设计方法，拟定设计计划，准备设计资料。 2. 机械系统的方案设计 机械产品是以机械运动为特征的技术系统，机械系统方案设计的核心是机械运动方案设计，它在机械系统设计的总体中，占有十分重要的地位，也是最具创造性和综合性的内容。 1）机械执行系统运动方案设计 执行系统是机械系统中的重要组成部分，是直接完成机械系统预期工作任务的部分。执行系统由一个或多个执行机构组成。 执行构件是执行机构的输出构件，其数量及运动形式、运动规律和传动特性等要求，决定了整个执行系统的结构方案。机械执行系统的方案设计是机械系统总体方案设计的核心，是整个机械原理工作的基础。 执行系统方案设计的内容 功能原理设计：就是根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作原理来实现这一功能要求。 运动规律设计：是指为实现上述工作原理而决定选择何种运动规律。 执行机构型式设计：是指究竟选择何种机构来实现上述运动规律。 执行机构的协调设计：就是根据工艺过程对各动作的要求，分析各执行机构应当如何协调和配合，设计出协调配合图。 机构尺度设计：是指对所选择的各个执行机构进行运动和动力设计，确定各执行机构的运动尺寸，绘制出各执行机构的运动简图。 化工原理 课 程 设 计 设计任务：换热器 班级：13级化学工程与工艺（3）班 姓名：魏苗苗 学号：90 目录 化工原理课程设计任务书 (2) 设计概述 (3) 试算并初选换热器规格 (6) 1. 流体流动途径的确定 (6) 2. 物性参数及其选型 (6) 3. 计算热负荷及冷却水流量 (7) 4. 计算两流体的平均温度差 (7) 5. 初选换热器的规格 (7) 工艺计算 (10) 1. 核算总传热系数 (10) 2. 核算压强降 (13) 设计结果一览表 (16) 经验公式 (16) 设备及工艺流程图 (17) 设计评述 (17) 参考文献 (18) 化工原理课程设计任务书 一、设计题目： 设计一台换热器 二、操作条件：1、苯：入口温度80℃，出口温度40℃。 2、冷却介质：循环水，入口温度℃。 3、允许压强降：不大于50kPa。 4、每年按300天计，每天24小时连续运行。 三、设备型式：管壳式换热器 四、处理能力：109000吨/年苯 五、设计要求： 1、选定管壳式换热器的种类和工艺流程。 2、管壳式换热器的工艺计算和主要的工艺尺寸的设计。 3、设计结果概要或设计结果一览表。 4、设备简图。（要求按比例画出主要结构及尺寸） 5、对本设计的评述及有关问题的讨论。 六、附表： 1.设计概述 热量传递的概念与意义 热量传递的概念 热量传Array递是指由于 温度差引起 的能量转移， 简称传热。由 热力学第二 定律可知，在 自然界中凡 是有温差存 在时，热就必 然从高温处 传递到低温 处，因此传热 是自然界和工程技术领域中极普遍的一种传递现象。 化学工业与热传递的关系 化学工业与传热的关系密切。这是因为化工生产中的很多过程和单元操作，多需要进行加热和冷却，例如：化学反应通常要在一定的温度进行，为了达到并保持一定温度，就需要向反应器输入或输出热量；又如在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，都要向这些设备输入或输出热量。此外，化工设备的保温，生产过程中热能的合理利用以及废热的回收利用等都涉及到传热的问题，由此可见；传热过程普遍的存在于化工生产中，且具有极其重要的作用。总之，无论是在能源，宇航，化工，动力，冶金，机械，建筑等工业部门，还是在农业，环境等部门中都涉及到许多有关传热的问题。 应予指出，热力学和传热学既有区别又有联系。热力学不研究引起传热的机理和传热的快慢，它仅研究物质的平衡状态，确定系统由一个平衡状态变成另一个平衡状态所需的总能量；而传热学研究能量的传递速率，因此可以认为传热学是热力学的扩展。 传热的基本方式 根据载热介质的不同，热传递有三种基本方式： 热传导（又称导热）物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导。热传导的条件是系统两部分之间存在温度差。机械原理课程设计 摇摆送料机构
化工原理课程设计任务书 zong (修复的)共32页
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