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芦苇打包机机构设计【8张PDF图纸】

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芦苇 打包机 机构 设计 pdf图纸
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芦苇打包机机构设计

16页 14000字数+说明书+任务书+开题报告+8张PDF图纸【详情如下】

上压板图.PDF

上压板轴图.PDF

上压板连接轴图.PDF

二级压板架图.PDF

机架图.PDF

液压支撑件固定架图.PDF

芦苇打包机机构设计论文.doc

装配图.PDF

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毕业设计芦苇打包机机构设计与仿真


【摘要】芦苇打包机是用于对芦苇、水稻秸秆进行打包为下一步工序做准备的重要机械,不仅简化了原材料的包装运输问题,也成为当今世界能源危机的新课题。该机是由压缩机构、送出装置和机架构成。压缩机构通过上压板将散碎芦苇杆约束到压缩槽内,到预定位置。再由一级压头对一次预压的芦苇杆进行压缩打包。送出系统采用液压杆运送的方式,这种方式方便、实用、可靠。本机通过液压动力机构很容易得到大压力,能在工作行程的任何位置进行满负荷的挤压工作,芦苇杆变形稳定,挤压出的束块密度高,机构的通用简单,液压元件功率损失小、节省能源、标准化程度高、易更换也增加了机器的可维护性,打包机的成本不高,在农村市场可以很好的推广。本设计收集和了液压机构、运动仿真、有限元分析软件的资料。根据任务要求研究方案,提出可行性机构并加以分析比较,在此基础上通过优化设计分析最终确定方案。对打包机三大系统的各部分设计计算和校核。 关键字:芦苇 打包机 液压 【Abstract】Balers are used for reed, rice straw packing in preparation for the next major mechanical processes, not only simplifies the problem of packaging and transportation of raw materials, energy crisis the world has become a new topic. This machine is a compression body, sending devices and rack composition. Compression mechanism on the plate will be scattered and fragmentary by binding to the compression tank reeds, to the intended location. And then by a pressure head of a pre-compression pressure reed package. Delivery system uses hydraulic rod sent the way, this approach convenient, practical and reliable. Agencies through the hydraulic power unit is easy to get great pressure and can travel anywhere in the work carried out work at full capacity of the extrusion, deformation and stability reeds, squeezing out the beam block density, body generic simple power loss of hydraulic components small, energy saving, high degree of standardization, easy to change also increases the maintainability of the machine, packing machine cost is not high, in the rural market can be a good promotion. The design of the collection and a hydraulic mechanism, motion simulation, finite element analysis software information. Research program based on mission requirements, propose and analyze the feasibility of comparing institutions, on the basis determined by optimizing the design of the final program. Three of the packer system design calculations and check each part. Keywords: reed packer hydraulic

目录  引言 1  0.1课题内容概述 4  0.1.1设计理念 4  0.2设计前景分析 4  0.3设计任务及工作安排 5  第一章总体方案 7  1.1打包机机的分类及特点 7  1.2本芦苇打包机主要技术指标 7  1.3整机结构及工作原理 8  第二章主要工作部件设计 9  2.1二级液压杆与压头连接的设计 9  2.2活动液压缸连接设计校核 10  2.3主框架和侧板出口的设计 15  2.4液压系统设计 15  第三章关键零件设计校核分析 17  3.1有限元分析软件ansys简介 17  3.2一级压板有限元分析校核 19  3.2.1一级压板的受力分析 19  3.2.2一级压板的有限元建模 19  3.2.3一级压板的仿真计算及结果分析 20  3.3二级压头有限元分析 22  3.3.1 二级压头的受力分析 23  3.3.2 二级压头的有限元建模 23  3.3.3 二级压头仿真运算结果及其分析 24  3.4支撑件有限元分析校核 24  3.4.1支撑件的受力分析 24  3.4.2支撑件的有限元建模 24  3.4.3支撑件的仿真计算及结果分析 20  第四章机构运动仿真与分析 26  4.1solidworks简介 26  4.2工作装置虚拟样机的建立 28  4.3样机模型运动学仿真分析 28  4.4分析小结 30  设计总结 31  参考文献 32  致谢 33

内容简介:
495100552481806892262020201218032851516532BB6.812354022154103792020146201461593693722791520150209020101502054165117491045168B 1 : 36.86.86.86.80.1A0.1A695266226122051568制图比例1 : 3上压板审核9DL-02 技术要求1、零件加工表面上,不应有划痕、擦伤等损伤零件表面的缺陷。2、未注长度尺寸允许偏差0.5mmfl3、未注圆角半径R10。4、未注倒角均为245。其余12.5毕洪哲2012.06石河子大学08机制1班AA0.1A0.1AA481944305A-A 1 : 26.26.26.25.80.01A制图审核上压板轴比例1 : 29DL-08 技术要求1、零件加工表面上,不应有划痕、擦伤等损伤零件表面的缺陷。2、未注长度尺寸允许偏差0.5mmfl3、未注圆角半径R10。4、未注倒角均为245。12.6毕洪哲2012.06石河子大学08机制1班704267213015726.86.86.8制图审核上压板连接轴比例1 : 2.5 技术要求1、零件加工表面上,不应有划痕、擦伤等损伤零件表面的缺陷。2、未注长度尺寸允许偏差0.5mmfl3、未注圆角半径R10。4、未注倒角均为245。其余9DL-0712.5毕洪哲2012.06石河子大学08机制1班68930AA3152551233030M122315A 1 : 26.86.86.80.1AA制图审核比例 技术要求1、零件加工表面上,不应有划痕、擦伤等损伤零件表面的缺陷。2、未注长度尺寸允许偏差0.5mmfl3、未注圆角半径R10。4、未注倒角均为245。二级推板架1 : 29DL-05其余12.5毕洪哲2012.06石河子大学08机制1班2335.0705.0467.0512.030.0197.0322.0765.0537.0340.0310.0490.0345.0632.034.0297.520.0263.5401.020.0391.020.0391.020.0401.036.0PPQQ6.36.36.30.1A0.1AA162.0705.0225.0742.0613.019.020.089.0165.0165.090.0120.068.0110.0777.0187.536.09DL-01 技术要求1、零件加工表面上,不应有划痕、擦伤等损伤零件表面的缺陷。2、未注长度尺寸允许偏差0.5mmfl3、未注圆角半径R10。4、未注倒角均为245。其余12.50.1E0.1AE180.0126.0109.05.025.06.0P-P 1 : 7242.0190.05.530.5Q-Q 1 : 7330.0165.0742.030.0560.0583.0613.0490.0RR6.3777.0126.0731.085.0705.0340.0180.0230.060.0185.060.569.045.0310.0575.0185.0R-R 1 : 75.85.80.1B制图审核比例机架1 : 7毕洪哲2012.06石河子大学08机制1班75610830AA9854080634055剖面 A-A6.86.86.86.86.86.8制图审核液压支撑件固定架比例1:1 技术要求1、零件加工表面上,不应有划痕、擦伤等损伤零件表面的缺陷。2、未注长度尺寸允许偏差0.5mmfl3、未注圆角半径R10。4、未注倒角均为245。其余9DL-0612.5毕洪哲2012.06石河子大学08机制1班毕业设计芦苇打包机机构设计与仿真【摘要】芦苇打包机是用于对芦苇、水稻秸秆进行打包为下一步工序做准备的重要机械,不仅简化了原材料的包装运输问题,也成为当今世界能源危机的新课题。该机是由压缩机构、送出装置和机架构成。压缩机构通过上压板将散碎芦苇杆约束到压缩槽内,到预定位置。再由一级压头对一次预压的芦苇杆进行压缩打包。送出系统采用液压杆运送的方式,这种方式方便、实用、可靠。本机通过液压动力机构很容易得到大压力,能在工作行程的任何位置进行满负荷的挤压工作,芦苇杆变形稳定,挤压出的束块密度高,机构的通用简单,液压元件功率损失小、节省能源、标准化程度高、易更换也增加了机器的可维护性,打包机的成本不高,在农村市场可以很好的推广。本设计收集和了液压机构、运动仿真、有限元分析软件的资料。根据任务要求研究方案,提出可行性机构并加以分析比较,在此基础上通过优化设计分析最终确定方案。对打包机三大系统的各部分设计计算和校核。 关键字:芦苇 打包机 液压 【Abstract】Balers are used for reed, rice straw packing in preparation for the next major mechanical processes, not only simplifies the problem of packaging and transportation of raw materials, energy crisis the world has become a new topic. This machine is a compression body, sending devices and rack composition. Compression mechanism on the plate will be scattered and fragmentary by binding to the compression tank reeds, to the intended location. And then by a pressure head of a pre-compression pressure reed package. Delivery system uses hydraulic rod sent the way, this approach convenient, practical and reliable. Agencies through the hydraulic power unit is easy to get great pressure and can travel anywhere in the work carried out work at full capacity of the extrusion, deformation and stability reeds, squeezing out the beam block density, body generic simple power loss of hydraulic components small, energy saving, high degree of standardization, easy to change also increases the maintainability of the machine, packing machine cost is not high, in the rural market can be a good promotion. The design of the collection and a hydraulic mechanism, motion simulation, finite element analysis software information. Research program based on mission requirements, propose and analyze the feasibility of comparing institutions, on the basis determined by optimizing the design of the final program. Three of the packer system design calculations and check each part. Keywords: reed packer hydraulic 目录 引言 1 0.1课题内容概述 4 0.1.1设计理念 4 0.2设计前景分析 4 0.3设计任务及工作安排 5 第一章总体方案 7 1.1打包机机的分类及特点 7 1.2本芦苇打包机主要技术指标 7 1.3整机结构及工作原理 8 第二章主要工作部件设计 9 2.1二级液压杆与压头连接的设计 9 2.2活动液压缸连接设计校核 10 2.3主框架和侧板出口的设计 15 2.4液压系统设计 15 第三章关键零件设计校核分析 17 3.1有限元分析软件ansys简介 17 3.2一级压板有限元分析校核 19 3.2.1一级压板的受力分析 19 3.2.2一级压板的有限元建模 19 3.2.3一级压板的仿真计算及结果分析 20 3.3二级压头有限元分析 22 3.3.1二级压头的受力分析 23 3.3.2 二级压头的有限元建模 23 3.3.3 二级压头仿真运算结果及其分析 24 3.4支撑件有限元分析校核 24 3.4.1支撑件的受力分析 24 3.4.2支撑件的有限元建模 24 3.4.3支撑件的仿真计算及结果分析 20 第四章机构运动仿真与分析 26 4.1solidworks简介 26 4.2工作装置虚拟样机的建立 28 4.3样机模型运动学仿真分析 28 4.4分析小结 30 设计总结 31 参考文献 32 致谢 33 0.1 课题内容概述 我国有着丰富的生物质资源,仅农作物秸秆每年产量达9亿多吨,但这些资源不仅没有得到有效利用,在有些地方甚至成为负担。 芦苇是广布世界的水生植物,是造纸的主要原料 ,得率较高 ,大概在 4045%,而且在新疆原料资源比较丰富。新疆芦苇主要是普通芦苇,在长期适应干旱环境的过程中,分化形成了不同的生态类型,即水生芦苇(水芦或大芦苇)、盐化草甸芦苇(盐芦或小芦苇)、沙丘芦苇(沙芦或中芦苇)、水生向陆生的过渡芦(过渡芦或中芦苇)等是可再生的生物资源,具有较高的经济和社会生态价值干旱区的新疆芦苇资源丰富,在有水处生长着繁茂的株高35m的大芦苇,无水或地下水位一般为25m的较高处生长有株高125m的过渡芦,甚至在沙丘上亦有株高152m的沙芦生长,即使盐渍化极为严重、地表盐积壳厚达15cm的地方,除偶有耐盐碱的柽柳生长外,茫茫盐碱滩生长最多的是成片株高021m的盐芦开发利用好这一资源,使这一资源多用化,既能带动新疆的经济腾飞,促进畜牧业发展,又能为产业结构的调整提供新的思路,更有利于生态脆弱的新疆的生态环境建设与生态恢复近几年,随着社会经济的发展和中央惠农政策的实施,农民收入不断增加,生活水平不断提高,已不再愿意从事繁重的体力劳动,而且农村大量青壮年又在外务工,其劳动力不断向城市转移,使从事芦苇生产的劳动力资源日益紧张,芦苇的直接生产成本不断增加。 0.1.1 设计理念 打包机是用于对芦苇、水稻秸秆进行打包为下一步工序做准备的重要机械,不仅简化了原材料的包装运输问题,也成为当今世界能源危机的新课题,随着绿色能源的倡导,用农作物秸秆挤压成型作燃料在我国广大农村将会有广阔的应用前景!目前,劳动力资源已经成为影响芦苇产业生存与发展的决定性因素,且芦苇生长在水源丰富的湿地 ,因此芦苇产地都比较偏远 ,不宜建厂进行生产。芦苇的运输过程是控制生产成本的关键 ,如果散装运输在运输过程中不安全 ,而且装载量较少。在产地如果能把芦苇打成方包运输就能解决问题。为此,必须积极寻求对策,发展芦苇机械化,对解放劳动力、减轻劳动强度、降低生产成本具有现实意义。 0.2设计前景分析 打包机的使用并没有发展成熟,有很多厂家仍延袭十几年以前传统人力的生产方式进行生产和管理,工厂管理水平相对落后,效率低下。原因就是多数厂家经济效益欠佳,拿不出更多的资金和技术力量用于科研和开发新产品;也有的是由于厂里领导急功近利,对开发新产品的重要性认识不足。然而产品更新换代的越慢,越难占领市场,工厂效益越差,从而使不少企业的生产陷入了恶性循坏。设计一套廉价、高效、节能的打包机有很大的必要,因此我们可以看出打包机目前仍有较大的存在空间,打包机的研制和使用将有很广阔的应用前景。本课题就对打包机进行优化设计,使其价格低廉、工作可靠、性能优良、尽可能降低劳动强度的同时又能节约成本。目前国外已有成熟的大型收获机具, 但价格昂贵, 不利推广, 而国内还属发展时期。为此, 研制开发适合我国国情和有自己知识产权的中型牧草收获机, 是推动牧草业快速、高效发展的需要, 也是农机研究、推广部门为牧草业发展急需解决的问题之一。设计思想和研究解决的关键要点在中型轮式拖拉机配套牧草压扁收获机的研究设计中, 关键是要解决好压扁收获机和中型轮式拖拉机的配套设计问题和设计结构紧凑、主机与机械的平衡、功率消耗少、驾驶员操作方便, 同时价格还要合理。也就是说牧草压扁收获机整体结构布局在满足牧草压扁收获性能的前提下要合理配套设计。由于牧草收获机要完成收获、压扁和输送集中牧草的多项工作, 工序不能缺, 相应的工作部件不能少, 在不能改变原中型拖拉机结构的前提下进行合理配套, 技术上难度非常大, 所以要求整体结构设计上在满足性能要求的前提下, 尽量简化和紧凑结构布局上的设计, 降低重量, 减少功率消耗。 0.3设计任务及工作安排 设计的技术参数和相关的任务要求如下: (1)完成相关外文文献阅读和翻译工作。 (2)对打包机的方案进行讨论、论证。 (3)设计出打包机的整套机械图纸。 (4)对打包机的控制系统进行初步设计。 (5)编制计算说明书。 该机是由压缩机构、送出装置和机架构成。压缩机构通过上压板将散碎芦苇杆约束到压缩槽内,到预定位置。再由一级压头对一次预压的芦苇杆进行压缩打包。送出系统采用液压杆运送的方式,这种方式方便、实用、可靠。本次毕业设计中,我的主要任务是三大系统的设计,以及整机的设计。三大系统的设计中查阅了大量的资料,整机的应用由于没有实际机械作参考,要通过假设、分析和推理定型三步,最终设计出打包机。 具体工作如下: (1)查阅文献,了解打包机械国内外发展现状;收集和了解所要求打包机械装置的工作原理、相关技术和资料,了解并选择所设计结构构件的组成形式。完成资料的翻译。 (2)收集和了液压机构、运动仿真、有限元分析软件的资料。 (3)根据任务要求研究方案,提出可行性机构并加以分析比较,在此基础上通过优化设计分析最终确定方案。 (4)对打包机三大系统的各部分设计计算和校核,绘制图纸,完成论文。 整理毕业论文、图纸及答辩资料。 第一章总体方案 1.1打包机的分类及特点 打包机按料箱的封闭方法,有合盖式和组合式。 合盖式在料箱的上方有一旋转地机盖,加料后机盖闭合,形成封闭的挤压室,在合盖过程中,利用操纵机盖的推动力,对松散芦苇杆进行一次预压。一次封闭的容量大,适用范围广。只是在加料时间,压头要等待,不能连续打包,在单位时间内的打包数量比较低。 组合式就是合盖式与其它形式的封闭料箱的方式结合于一体。在机盖闭合后,带有拖板的第一级压头将物料退压倒挤压式,机盖就开启,在第二级压头挤压工作时,就可进行加料于拖板上。当包块成型推出机外,压头回程,托板上的料立即被挡入料箱内,又可合盖进行新的循环工作。这种类型弥补了无预压作用,又弥补了合盖式的间隙太长的缺点,但还是不能进行完全的连续加料,而且机构复杂,所以不多见。 按压头加压的方法,有单压头加压、双压头加压和三压头加压等形式。 按传动方式,有丝杆传动打包机和液压传动打包机 丝杆传动的功率损耗大、磨损大。体积大、所以一般不用这种传动结构来制造打包机。 液压打包机功率损耗小节省能源。 1.2芦苇打包机的基本技术指标 芦苇打包机械的目的和重点是保证压包形状的稳定。为了保证压包的稳定性,需要压实的压力足够大,挤压出的束块密度高;分次压实,以实现压好后的物块机构紧密均匀;在压缩过程中自动变速即压头在低压时能快速行动,高压力时慢速行动。使束块压缩均匀,防止束块发生趴窝现象。 1.3芦苇打包机机主要技术指标: 打包物块体积参数 长*宽*高(750*320*320) 打包机工作效率12包/小时 1.3整机结构及工作原理 本打包机选用合盖式液压传动机构,该机是由压缩机构、送出装置和机架构成。压缩机构通过上压板将散碎芦苇杆约束到压缩槽内,到预定位置。再由一级压头对一次预压的芦苇杆进行压缩打包。送出系统采用液压杆运送的方式。 (1)很容易得到大压力,能在工作行程的任何位置进行满负荷的挤压工作。压包变形稳定,挤压出的束块密度高。 (2)很容易实现自动变速,即压头在低压时能快速行动,高压力时慢速行动。所以节省功率,提高效率,亦有利于物料的变形。 (3)工作时传动平稳,噪音小。机器的结构紧凑,体积小,占地面积小。 容易实现过载保护。在额定压力下,可随时调节压力的大小,即能保护设备的安全,操作也方便。 (4)容易实现自动化,容易实现远程操作,工人劳动强度低。 (5)功率损失小,节省能源。标准化程度高,液压元件容易更换。 整机结构示意图如下: 图1打包机结构图 (1)机架 (2)一级压板 (3)一级压板液压杆 (4)液压缸1 (5)液压缸2(6)二级压板液压杆(7)二级压头 第二章主要工作部件设计 2.1二级液压杆与压头连接的设计 压杆与压头连接组件主要包括活塞、活塞杆、连接件压头连接座等零件。活塞组件在高压油的作用下相对于缸筒和导向套做往复直线运动,它与缸筒之间的配合间隙应适当,不能过紧也不能过松。过紧会降低机械效率,过松会降低容积效率。活塞组件必须具备较高的强度和耐磨性。活塞一般用耐磨的铸铁制造,比如HT200300、球墨铸铁、优质碳素钢等,有时也采用铝合金作为活塞的材料,活塞通常有整体式和组合式两种。而活塞杆大多数用钢料制造,比如45钢等,一般要求调质处理,有时为了提高耐磨性和防锈能力,需要在杆外圆表面镀铬并进行抛光或磨削加工。 活塞与活塞杆的连接方式有多种,有整体式连接,这种连接方式的特点是结构简单、紧凑,但是损坏后需要整体更换。有卡环式连接,这种连接方式的特点是装拆方便,低速时使用较多。用螺纹连接,螺纹连接的特点是结构简单,安装方便可靠,缺点是活塞杆上车螺纹,其强度削弱,因此,采用两个锁紧螺母进行锁紧。 紧固螺母1(2)紧固螺母2(3)调整垫圈(4)压头连接座(5)压头组件 (6)液压杆 2.2活动液压缸连接设计校核 活动液压缸连接设计主要包括润滑套筒、垫圈机架、轴套等,如图3 所示。工作时,工作件绕轴转动,轴套设计有油槽方便润滑端盖(2)润滑套筒(3)垫圈(4)机架(5)轴套 (1)求输出轴上的功率转速和转矩 (1) (2) 初步确定轴的最小直径 先按式(2)初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢,调质处理。根据表3,选取,于是有 ,基于破碎刀的冲击为对称循环应力,先对进行适当的(2-2.5)倍放大得到最终确定为 (3)弯扭合成应力校核轴的强度 每个装置的质量经过计算,如图2.8-1得到m=19.1kg。可以根据受力状况以及平衡原理估算,阻力约为即F=1064N。 求轴上的载荷 表1载荷计算结果 载荷 水平面H 垂直面V 支反力F 弯矩M 总弯矩 扭矩 精确校核轴的疲劳强度 判别危险截面,左数第二把破碎装置的截面应力最大,合成弯矩最大、扭矩为T,该截面左右两侧可能是危险截面,又由于键槽的应力集中效应,所以该截面处为最危险截面。 抗弯截面系数: 抗扭截面系数: 截面处合成弯矩,扭转切应力为脉动循环变应力,取 (式2.8-2) 选择材料由于破碎机构传递的功率不大,对其重量和尺寸也无特殊要求故选择常用材料45钢,调质处理。 ,故安全。 轴的安全系数校核:由表15-1参6查得 在截面左右侧 由附表3-4参6查得,由附图3-2查得绝对尺寸系数;轴经磨削加工, 由附图3-4查得质量系数.则 弯曲应力 应力幅 平均应力 切应力 2)安全系数 (式2.8-3) (式2.8-4) 根据式2.8-3和式2.8-3得出 许用安全系数,显然,故剖面安全。 2.3 主框架和侧板出口的设计 主框架和侧板出口的设计由液压侧板滑槽、侧板、一级压板、退出压头组成,其结构如图3所示。 图5主框架和侧板出口的设计 (1)液压侧板滑槽(2)侧板(3)一级压板(4)推出压头 2.4液压系统设计 1、缸筒内径和活塞杆直径的确定 液压缸的工作负载是指工作机构在满载情况下,以一定加速度启动时对液压缸产生的总阻力,一般的打包机的公称力为1000KN,液压缸的推力应等于或大于其工作时的力。 根据打包机的压缩力需求,预设液压缸的设计压力=20Mpa,由已知的废纸打包机的公称压力1000KN计算。公式如下: 得到:D=0.25235m ,按GB/T 2348-1993 取标准值D=0.25m 活塞杆外径d=0.7D=0.18m(推荐) 2、液压缸结构的计算与校核 对于液压缸的钢筒壁厚活塞杆直径d和缸盖固定螺栓的直径,在高压系统中必须进行强度校核。 1)液压缸壁厚的计算 已知,P=20MPa D=0.25m 无缝钢管许用应力=(100110)MPa 取=100MPa X方向:= =PD/() 100MPa Y方向:= =PLD/2L100MPa 可见Y方向受到的力是X方向上的两倍,因此只要考虑Y方向上是否满足要求即可。 通过计算得出:26.25mm 因此取壁厚为30mm 当0.30.08时,可用实用公式 式中,为缸筒内最高工作压力,为缸筒材料许用应力 经计算满足要求。 2)活塞杆直径比较大,力学性能能很好的满足要求,所以本节就不再计算。 3)缸盖固定螺栓的选用与校核 根据缸盖与缸体的大致比例选用六角头螺栓GB/T 5783-2000 M20125。 缸盖固定螺栓的校核: 式中:F为液压缸负载; K:螺纹拧紧系数,k=1.121.5; Z:固定螺栓个数; :螺栓材料许用应力,这里取600MPa 经计算得到18.57mm,所取用的直径为20mm符合要求。 第三章关键零件设计校核分析 3.1有限元分析软件ansys简介 ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序,可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域: 航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。 软件主要包括三个部分:前处理模块,分析计算模块和后处理模块。 前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具,用户可以方便地构造有限元模型; 分析计算模块包括结构分析(可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析,可模拟多种物理介质的相互作用,具有灵敏度分析及优化分析能力; 后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示(可看到结构内部)等图形方式显示出来,也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。 软件提供了100种以上的单元类型,用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本,可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上,如PC,SGI,HP,SUN,DEC,IBM,CRAY等。 ANSYS软件提供的分析类型 1.结构静力分析 用来求解外载荷引起的位移、应力和力。静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构的影响并不显著的问题。ANSYS程序中的静力分析不仅可以进行线性分析,而且也可以进行非线性分析,如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触分析。 2.结构动力学分析 结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分析不同,动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。ANSYS可进行的结构动力学分析类型包括:瞬态动力学分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应分析。 3.结构非线性分析 结构非线性导致结构或部件的响应随外载荷不成比例变化。ANSYS程序可求解静态和瞬态非线性问题,包括材料非线性、几何非线性和单元非线性三种。 4.动力学分析 ANSYS程序可以分析大型三维柔体运动。当运动的积累影响起主要作用时,可使用这些功能分析复杂结构在空间中的运动特性,并确定结构中由此产生的应力、应变和变形。 5.热分析 程序可处理热传递的三种基本类型:传导、对流和辐射。热传递的三种类型均可进行稳态和瞬态、线性和非线性分析。热分析还具有可以模拟材料固化和熔解过程的相变分析能力以及模拟热与结构应力之间的热结构耦合分析能力。 6.电磁场分析 主要用于电磁场问题的分析,如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁力线分布、力、运动效应、电路和能量损失等。还可用于螺线管、调节器、发电机、变换器、磁体、加速器、电解槽及无损检测装置等的设计和分析领域。 7.流体动力学分析 ANSYS流体单元能进行流体动力学分析,分析类型可以为瞬态或稳态。分析结果可以是每个节点的压力和通过每个单元的流率。并且可以利用后处理功能产生压力、流率和温度分布的图形显示。另外,还可以使用三维表面效应单元和热流管单元模拟结构的流体绕流并包括对流换热效应。 8.声场分析 程序的声学功能用来研究在含有流体的介质中声波的传播,或分析浸在流体中的固体结构的动态特性。这些功能可用来确定音响话筒的频率响应,研究音乐大厅的声场强度分布,或预测水对振动船体的阻尼效应。 9.压电分析 用于分析二维或三维结构对AC(交流)、DC(直流)或任意随时间变化的电流或机械载荷的响应。这种分析类型可用于换热器、振荡器、谐振器、麦克风等部件及其它电子设备的结构动态性能分析。可进行四种类型的分析:静态分析、模态分析、谐波响应分析、瞬态响应分析随着有限元技术和通用有限元软件的发展, 人们利用CAE ( computer aided engineering) 技术对零件的结构进行工程数值模拟, 结构优化仿真等有限元分析逐渐成为结构设计的有效工具 3.2一级压板有限元分析校核 3.2.1一级压板的受力分析 一级压板由连接轴连接在机架上, 由液压杆连接推动绕连接轴转动,对物料进行一次预压, 所受的外力与内力是相互平衡的, 可以用静力学代替动力学分析。压板所受的驱动力只有液压杆对它的正压力, 同时受到物料对压板的阻力作用。 3.2.2一级压板的有限元建模 首先, 用solidworks进行一级压板的三维实体造型, 检查各部位的干涉情况, 建模时对一些小的倒角与螺栓孔等局部细节未予考虑, 设置单位为米牛顿每秒( M.N.S)然后, 将solidworks中完成的三维实体导入到ANSYS, 作为几何模型, 单元类型设置为solid45。材料设为45#钢, 抗拉强度b= 570 690MPa,弹性模量E = 206GPa, 泊松比= 0. 3。选用ANSYS软件中的SOLID45单元对一级压板进行离散化网格划分, 根据一级压板的受力分析, 假设一级压板的顶部与底部X、Y、Z 方向自由度均为零。图为划分网格后有限元模型。 3.2.3一级压板的仿真计算及结果分析 压缩成型试验在佳木斯大学机械工程学院力学实验室的电子万能试验机上进行,该机可以调节压缩 速度,并自动采集压力和位移参数. 本次试验设计的压缩模具内径为25mm. 每次试验从初始密度连续加压 重复5 次,取平均值. 压缩试验具体条件如下: (1) 采用秸杆进行3 组压力不同的成型试验,粒度为0 - 5mm ,最大压力分别为45MPa ,60 MPa 和75MPa 3 种. (2) 采用秸秆进行2 组粒度不同的成型试验, Pmax = 90 MPa ,粒度为0 - 5 mm ,5 - 10 mm. (1) 初始密度0 =mR2L,kg/ m3 (2) 压缩密度 =mR2 ( L - S),kg/ m3 (3) 最大压缩密度s =mR2 ( L - Smax),kg/ m3 式中: R - 模具内径, R = 0. 025m; L - 物料初始厚度, L = 0. 150m 结果与讨论 (1) 压力变形曲线分析与讨论 把实验所测得数据绘成以压力P 为纵坐标,物料变形S (活塞位移) 为横坐标的压力变形曲线. 如 图2 所示,为不同切碎程度的秸秆压缩特性曲线. 由图2 可知,不同条件下的压缩曲线是相似的,其变化趋势可分为3 个阶段:即松散阶段、过度阶段和压紧阶段. a 松散阶段压缩特性曲线分析 在松散阶段内,随着压力均匀增加,秸秆的变形增加较快,且秸秆的变形与所受压力呈近似线性关系,这一过程是秸秆以克服物料之间空隙为主的压缩过程. 在此压缩阶段内,可以通过较小的压力增加来获得较大的压缩量,即可获得较大的压缩密度增加. b 过度阶段压缩特性曲线分析 在过度阶段内,随压力的增加,秸秆变形的增幅逐渐减弱,在此阶段内,压力与秸秆变形呈非线性关系. 秸秆的变形从以克服物料间空隙为主转向以克服物料本身内部的空隙为主. 在这一阶段,当压力值相同时,秸秆的变形量显著不同. 颗粒越大,其变形量越大. c 压紧阶段压缩特性曲线分析 在压紧阶段内,秸秆变形与压力呈近似线性关系变化. 随压力增加,秸秆的变形增加十分缓慢. 这说明在此阶段内,秸秆之间和秸秆内部的空隙已基本被克服,较大的压力增加只能获得较小的秸秆变形,即在压紧阶段内,增加压力对增加秸秆的压缩密度效果不明显. (2) 压力与压缩密度的关系 本次秸杆是高压压缩成型试验,因此采用等建立的高压压缩成型条件下压力与密度的指数系式:d pd y= aeb (- 0) / 式中a , b 为常数, P 为压力,0 为初始密度(是指物料在压缩前初始压力等于零时的密度 ,为压缩密度. 对上式积分,并计算边界条件,结果在0 为常数时,得出: P =0b eb (- 0) /0 - 1 (1) 现将压缩过程中任意给定阶段被压缩的物料密度与其初始密度用压缩比r 表示,则式(1) 可改写为: P =0b eb ( r- 1) - 1 (2) 式(2) 清楚的表明,压力是初始密度和压缩比的函数,初始密度和压缩比越大,则所需的压力就越大.经过分析对芦苇使用Pmax = 75MPa压强 从实验数据可以看出压板最大应力为 292mp 小于45#钢的最小许用应力570mp 设计完全符合要求。 3.3二级压头有限元分析 二级压头是芦苇打包机最为关键的零部件,不仅在压包过程中受大载荷的作用,而且载荷随压缩物料状况而随时间变化。所以, 铲刀臂的性能将直接影响产品的寿命和作业性能, 必须合理设计二级压头的结构, 提高刚度, 使应力分布合理, 尽量达到结构最优化。 3.3.1二级压头的受力分析 二级压头机构在工作过程中除了启动瞬间都是匀速运动的, 所以二级压头机构在工作过程中所受的外力与内力是相互平衡的, 可以用静力学代替动力学方式。与二级压头机构连接的部件有液压杆、压板机座和液压油缸, 工作过程二级压头机构只由液压油缸提供动力, 可以认为二级压头机构与液压杆、二级压板是相对静止的, 由ANSYS 软件可以计算得到它们对二级压头机构的反作用力. 3.3.2二级压头的有限元建模 二级压头三维实体建模按照设计用solid works进行二级压头的三维实体造型, 检查各部位的干涉情况. 建模时对一些小的倒角与螺栓孔等局部细节未予考虑, 设置单位为米牛顿秒( m .N .s) 单位制。将solidworks中完成的三维实体导入ANSYS, 作为几何模型, 单元类型设置为solid45. 材料设为45# 钢, 抗拉强度b= 570690 MPa, 弹性模量E= 206 GPa,泊松比= 0. 3 。选用ANSYS软件中的SOLID45单元对二级压头进行离散化网格划分。图为划分网格后有限元模型。通过分析计算二级压头,在二级压头达到最终位置时所受的力最大。根据作用力与反作用力给的反作用力F=39000N。将作用力输入程序分析出如图 3.3.3二级压头的仿真运算结果及其分析 从应力图上可以看出二级压头最大应力为306mp小于45号钢的最下许用应力570mp因此设计完全符合要求。 3.4支撑件有限元分析校核 3.4.1支撑件的运动及受力状况 二级压头,因此也是在二级压头达到最终位置时所受的力最大。根据作用力与反作用力给的反作用力F=39000N。 3.4.2二级压头的有限元建模 二级压头三维实体建模按照设计用solid works进行二级压头的三维实体造型, 检查各部位的干涉情况. 建模时对一些小的倒角与螺栓孔等局部细节未予考虑, 设置单位为米牛顿秒( m .N .s) 单位制。将solidworks中完成的三维实体导入ANSYS, 作为几何模型, 单元类型设置为solid45. 材料设为45# 钢, 抗拉强度b= 570690 MPa, 弹性模量E= 206 GPa,泊松比= 0. 3 。选用ANSYS软件中的SOLID45单元对二级压头进行离散化网格划分。图为划分网格后有限元模型。 3.4.3二级压头的仿真运算结果及其分析 通过分析计算二级压头,在二级压头达到最终位置时所受的力最大。根据作用力与反作用力给的反作用力F=39000N。将作用力输入程序分析出如图 从应力图上可以看出支撑件最大应力为383mp小于45号钢的最下许用应力570mp因此设计完全符合要求。 第四章机构运动仿真与分析 为了提高芦苇打包机机的设计质量降低产品的研发成本设计出满足需求的机械,应用虚拟样机技术将芦苇打包机工作装置用三维造型软件进行建模并导入得到虚拟样机模型,进而确定芦苇打包机整机作业范围和最大压缩位移、转角、最大倾斜高度、最小倾斜高度等特殊工作尺寸校验了所设计液压打包工作装置的正确性。 4.1 solidworks 简介 Solidworks软件功能强大,组件繁多。Solidworks 功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点,使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能,同时对每个工程师和设计者来说,操作简单方便、易学易用。对于熟悉微软的Windows系统的用户,基本上就可以用SolidWorks 来搞设计了。SolidWorks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。SolidWorks资源管理器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器,用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ,用户能在比较短的时间内完成更多的工作,能够更快地将高质量的产品投放市场。在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中,SolidWorks是设计过程比较简便而方便的软件之一。美国著名咨询公司Daratech所评论:“在基于Windows平台的三维CAD软件中,SolidWorks是最著名的品牌,是市场快速增长的领导者。” 在强大的设计功能和易学易用的操作(包括Windows风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴)协同下,使用SolidWorks ,整个产品设计是可百分之百可编辑的,零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。1.全动感用户界面只有SolidWorks 才提供了一整套完整的动态界面和鼠标拖动控制。“全动感的”的用户界面减少设计步骤,减少了多余的对话框,从而避免了界面的零乱。 崭新的属性管理员用来高效地管理整个设计过程和步骤。属性管理员包含所有的设计数据和参数,而且操作方便、界面直观。用SolidWorks资源管理器可以方便地管理CAD文件。SolidWorks资源管理器是唯一一个同Windows资源器类似的CAD文件管理器。 特征模版为标准件和标准特征,提供了良好的环境。用户可以直接从特征模版上调用标准的零件和特征,并与同事共享。 SolidWorks 提供的AutoCAD模拟器,使得AutoCAD用户可以保持原有的作图习惯,顺利地从二维设计转向三维实体设计。2.配置管理配置管理是SolidWorks软件体系结构中非常独特的一部分,它涉及到零件设计、装配设计和工程图。配置管理使得你能够在一个CAD文档中,通过对不同参数的变换和组合,派生出不同的零件或装配体。3.协同工作SolidWorks 提供了技术先进的工具,使得你通过互联网进行协同工作。通过eDrawings方便地共享CAD文件。eDrawings是一种极度压缩的、可通过电子邮件发送的、自行解压和浏览的特殊文件。通过三维托管网站展示生动的实体模型。三维托管网站是SolidWorks提供的一种服务,你可以在任何时间、任何地点,快速地查看产品结构。SolidWorks 支持Web目录,使得你将设计数据存放在互联网的文件夹中,就象存本地硬盘一样方便。用3D Meeting通过互联网实时地协同工作。3D Meeting是基于微软 NetMeeting的技术而开发的专门为SolidWorks设计人员提供的协同工作环境。4.装配设计在SolidWorks 中,当生成新零件时,你可以直接参考其他零件并保持这种参考关系。在装配的环境里,可以方便地设计和修改零部件。对于超过一万个零部件的大型装配体,SolidWorks 的性能得到极大的提高。SolidWorks 可以动态地查看装配体的所有运动,并且可以对运动的零部件进行动态的干涉检查和间隙检测。用智能零件技术自动完成重复设计。智能零件技术是一种崭新的技术,用来完成诸如将一个标准的螺栓装入螺孔中,而同时按照正确的顺序完成垫片和螺母的装配。镜像部件是SolidWorks 技术的巨大突破。镜像部件能产生基于已有零部件(包括具有派生关系或与其他零件具有关联关系的零件)的新的零部件。SolidWorks 用捕捉配合的智能化装配技术,来加快装配体的总体装配。智能化装配技术能够自动地捕捉并定义装配关系。5.工程图 SolidWorks 提供了生成完整的、车间认可的详细工程图的工具。工程图是全相关的,当你修改图纸时,三维模型、各个视图、装配体都会自动更新。从三维模型中自动产生工程图,包括视图、尺寸和标注。增强了的详图操作和剖视图,包括生成剖中剖视图、部件的图层支持、熟悉的二维草图功能、以及详图中的属性管理员。使用RapidDraft技术,可以将工程图与三维零件和装配体脱离,进行单独操作,以加快工程图的操作,但保持与三维零件和装配体的全相关。用交替位置显示视图能够方便地显示零部件的不同的位置,以便了解运动的顺序。交替位置显示视图是专门为具有运动关系的装配体而设计的独特的工程图功能。 4.2工作装置虚拟样机的建立 构造虚拟样机必须进行机械零部件的三维实体造型三维实体模型的构筑对于虚拟样机的仿 真和分析十分重要#必须充分理解各个零部件的外形以及它们之间的相对位置和装配关系在实体建模时严格按照实际的尺寸进行,以达到仿真时对可信度的要求,利用各种约束类型完成装配。的虚拟样机模型效果图如图14所示 4.3样机模型运动学仿真分析 运动学仿真可确定所关心点的位移、速度、加速度的变化范围,在运动学仿真中solidworks只解最少的代数方程。因此,运动仿真系统的自由度必须为零,如果指定物体的质量和惯性运动仿真可以计算出产生某种运动所需的力和力矩。除此之外,运动仿真还可以检验所加运动约束是否正确,所以在进行动力学仿真之前进行运动学仿真是必要的只有进行零部件装配并确定装配关系无误后才能开始运动仿真为了使模型能真实反映机构的运动规律必须精确地描述驱动件的运动规律如顶液压油缸运动到一定位置后不动,由锁死油缸运动到一定位置,再由二级油缸进行压缩这类多自由度问题,可以分为多个运动过程,每个过程只有单个自由度,每一个过程最后的运动状态均作为下一个过程的初始条件,这种分割的办法虽烦琐但清晰明了,对重点研究某一运动过程很方便。 4.4分析小结 在solidworks中建立了芦苇打包机机工作装置的虚拟样机并对其进行运动学仿真,确定了芦苇打包机大压缩位移、转角、最大倾斜高度、最小倾斜高度等特殊工作尺寸,进而确定了整机作业范围。结果表明:所设计芦苇打包机机工作装置较为合理。作业范围合理,满足对特殊工作尺寸的要求。 设计总结 本设计在是在参考了已有的一些打包机械的基础上设计出来的,即有已有的打包机的一些优点又有自己的一些特色。 在打包运动方面,现有的一些打包机采用的是独立的液压油缸控制开合,这样的设计相对来说结构更简介些,同时充分利用了打包机自身的机构特点。 本次设计是一次综合性的设计。通过毕业设计,使我真正体会到了所学的基础课和专业课的重要性。本次设计可以说是对以前所学知识的一次系统性和综合性的考察及其检验。是各门专业知识运用于实际的体现。 这次设计,巩固了自己以前所学的专业知识,起到了检验自己专业知识的作用。通过查阅和研究一些资料,进一步开阔了自己的视野,认识和了解了以前很多不曾认知和接触的前沿的知识,同时也真正的明白了本专业的重要性。通过查阅资料,培养了自己文献检索的能力。同时,这样一次大的设计过程,长时间的准备和反复的思考,改变我思考问题的方式和大大提高了其它的一些能力,也是通过这次设计,我的设计能力有了大的提高。而作为机制专业的学生。设计能力正是我们必须具备的重要能力中的一种。 当然,毕业接近尾声时,再回首设计过程,发现了许多自己考虑不全面的地方,也同时发现几经周折自己才弄明白了一些地方。从这些方面可以看出,自己对有些问题的看法有一定的局限性,没有严谨的作风。但很多事情都是从一点一滴开始的,不积小流无以成江海,从一个小小的开始,到最后的不断完善和改变。通过反复地实践和亲身体会,相信,自己会日趋成熟起来。 这次设计是自己全面运用所学知识的一个开端,无论怎样,毕竟为自己上工作岗位发挥自己的能动性和调动自己所学的专业知识进行了一次检测和考验,有了这样的体验,以后无论在什么工作岗位,我想我都会把这次设计当成一次激励。我相信,在这个开端的基础上,我得到了很多有益的教益和启示,为以后能更好地发挥自己专业知识打下了良好的基础。 漫长的设计结束了,回想这段时间的酸甜苦辣,心中不免有诸多感慨: 一是深刻感觉到“书到用时方恨少”。好多涉及到以前所学的专业知识时,自己都很模糊,很简单的问题都需要再查书验证,浪费了好多时间和精力。感觉到自己四年学的水平还只是局限于知道,很肤浅。 二是深刻意识到想与做之间巨大的差距。在设计之初,我简单地勾画了以下草图,觉得设计很简单,但一到细节末枝就出现好多问题,零件间的干涉,密封方式,就连标准件的选配都要琢磨好久。看来想法要付诸于实践真是不容易,这也促使我想到在以后
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