基于solidworks核桃去壳器设计与三维建模【3张CAD图纸和说明书】
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基于
solidworks
核桃
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三维
建模
3张
cad
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说明书
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1 绪 论
1.1 SolidWorks的发展和荣誉
SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统,由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势,SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新,公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名;从1995年至今,已经累计获得十七项国际大奖,其中仅从1999年起,美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖,以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此,SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明,使用它,设计师大大缩短了设计时间,产品快速、高效地投向了市场。
由于SolidWorks出色的技术和市场表现,不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星,也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东,以一千三百万美元的风险投资,获得了高额的回报,创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作,成为CAD行业一家高素质的专业化公司,SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。
由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核(由剑桥提供)以及良好的与第三方软件的集成技术,SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示,目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万,涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上,每年来自全球4,300所教育机构的近145,000名学生通过SolidWorks的培训课程。
据世界上著名的人才网站检索,与其它3D CAD系统相比,与SolidWorks相关的招聘广告比其它软件的总合还要多,这比较客观地说明了越来越多的工程师使用SolidWorks,越来越多的企业雇佣SolidWorks人才。据统计,全世界用户每年使用SolidWorks的时间已达5500万小时。
在美国,包括麻省理工学院(MIT)、斯坦福大学等在内的著名大学已经把SolidWorks列为制造专业的必修课,国内的一些大学(教育机构)如清华大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、大连理工大学、北京理工大学、上海教育局等也在应用SolidWorks进行教学。
如下图为solidworks2010所造的三维实体图:





- 内容简介:
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中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计11 绪 论1.1 SolidWorks 的发展和荣誉SolidWorks 软件是世界上第一个基于 Windows 开发的三维 CAD 系统,由于技术创新符合 CAD 技术的发展潮流和趋势,SolidWorks 公司于两年间成为 CAD/CAM 产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks 每年都有数十乃至数百项的技术创新,公司也获得了很多荣誉。该系统在 1995-1999 年获得全球微机平台 CAD 系统评比第一名;从 1995 年至今,已经累计获得十七项国际大奖,其中仅从 1999 年起,美国权威的 CAD专业杂志 CADENCE 连续 4 年授予 SolidWorks 最佳编辑奖,以表彰 SolidWorks 的创新、活力和简明。至此,SolidWorks 所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明,使用它,设计师大大缩短了设计时间,产品快速、高效地投向了市场。 由于 SolidWorks 出色的技术和市场表现,不仅成为 CAD 行业的一颗耀眼的明星,也成为华尔街青睐的对象。终于在 1997 年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks 全资并购。公司原来的风险投资商和股东,以一千三百万美元的风险投资,获得了高额的回报,创造了 CAD 行业的世界纪录。并购后的 SolidWorks 以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作,成为 CAD 行业一家高素质的专业化公司,SolidWorks 三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的 CAD 产品。 由于使用了 Windows OLE 技术、直观式设计技术、先进的 parasolid 内核(由剑桥提供)以及良好的与第三方软件的集成技术,SolidWorks 成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示,目前全球发放的 SolidWorks 软件使用许可约 28 万,涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球 100 多个国家的约 3 万 1 千家企业。在教育市场上,每年来自全球 4,300 所教育机构的近 145,000 名学生通过 SolidWorks 的培训课程。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计2据世界上著名的人才网站检索,与其它 3D CAD 系统相比,与 SolidWorks 相关的招聘广告比其它软件的总合还要多,这比较客观地说明了越来越多的工程师使用SolidWorks,越来越多的企业雇佣 SolidWorks 人才。据统计,全世界用户每年使用SolidWorks 的时间已达 5500 万小时。 在美国,包括麻省理工学院(MIT) 、斯坦福大学等在内的著名大学已经把SolidWorks 列为制造专业的必修课,国内的一些大学(教育机构)如清华大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、大连理工大学、北京理工大学、上海教育局等也在应用 SolidWorks 进行教学。如下图为 solidworks2010 所造的三维实体图:中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计31.2 本论文的背景和意义核桃,原产于近东地区,又称胡桃、羌桃,与扁桃、腰果、榛子并称为世界著名的“四大干果” 。既可以生食、炒食,也可以榨油、配制糕点、糖果等,不仅味美,而且价值营养很高,被誉为“万岁子” 、 “长寿果” ,据测定,每 100 克核桃中含脂肪5064 克,核桃中的脂肪 71%为亚油酸,12%为亚麻酸,蛋白质为 1520 克,蛋白质亦为优质蛋白,核桃中脂肪和蛋白是大脑最好的营养物质。糖类为 10 克,以及含有钙、磷、铁、胡萝卜素、核黄素、维生素、胡桃叶酸、磷脂等营养物。正因为其营养价值极高,所以是现代生活必不可少的食物。但其外壳坚硬无比,想吃到里面的果肉,真是难上加难。这个也是困扰很到想吃核桃但又不想费事的人。超市有买包装好的核桃仁,但经过加工后营养价值必定有所损失,所以用来拨核桃的工具就这样诞生。台式核桃夹,是我的设计与研究课题,其轻便快捷,价格实惠,操作简单,深受广大喜食核桃的消费者所喜欢。虽然结构简单,但社会需求很大。所以对台式核桃夹的研究、设计与改进有这重大意。1.3 核桃夹的简介目前市场上拨核桃的工具分为两类,一类为手钳式,如图 1-1 所示,这种核桃图 1-1 手钳式核桃夹夹的工作原理是利用杠杆原理,在一个固定的位置上,手钳的两个钳柄相对或者相向运动,用这个力压碎核桃,这种核桃夹的优点是结构简单,价格便宜,便于携带。缺点也有,就是适合有力气的人来用,老人小孩不适合用,因为需要很大力气。有的时候力气太大核桃会碎,容易滑落,并且距离不好调整,每次核桃的大小不一,不经常用的人距离把握不准,所以使用起来特别不方便,适合经常用的人使用,不然想看到完整的核桃仁是难。另一种拨核桃的工具是台式核桃夹,也是我的设计与研究课题,如图 1-2 所示:中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计4图 1-2 台式核桃夹模拟实体从图上可以看出,台式核桃夹相对于手钳式的比较复杂,台式核桃夹的工作原理是在利用杠杆原理的基础上在利用连杆机构,手柄越长就越容易压碎核桃。并且右边的螺杆可以调节距离,当核桃大时候,或者者小的时候都可以调节到一定的距离然后手柄压到底也不会压碎核桃。另外台式核桃夹的好处是其他一些坚果都可以用台式核桃夹拨壳。另外老人和小孩都可以轻松的用。2 设计内容与方案中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计52.1 核桃夹的受力分析2.1.1 确定夹核桃所需力目前最常用的核桃破壳方式是机械方法,利用挤压或击打方式使核桃果壳在机械外力作用下开裂或破坏,从而脱去果壳使核桃壳、仁分离。研制核桃破壳机首先要解决的问题就是确定最佳施力的方位。 现应用有限元受力分析软件 ANSYS 对在不同位置上核桃受力应力分布进行分析和试验,寻找最佳施力方位,为核桃破壳机的研制提供理论依据。材料与方法1)原料原料为新疆薄皮核桃。试验选用 3 种品种: 温 185、扎 343、新新 2。2)主要仪器T-CS 电子计价台秤(上海地久商贸有限公司);核桃破壳试验台(新疆农业大学机械交通学院);INV1601 型振动与控制教学实验系统(北京东方振动和噪声技术研究所)。3)试验方法每个品种的核桃各 60 个,分成 3 组,每组 20 个,第一组沿核桃缝合面短轴方向夹持击打;第二组将核桃缝合面垂直于打击方向夹持击打,第三组沿核桃长轴方向夹持击打。通过计算机记录试验数据,由 DASP 振动分析仪自动绘制核桃破壳过程的受力曲线。核桃破壳后,收集半个和大于半个的核桃仁统计称重记作一路仁,大于 1/ 4 仁且小于半个仁的统计称重记作二路仁 ,小于 1/ 4 仁的统计称重记作碎仁,没有从壳中脱落出来的核桃仁记作破壳不完全。何义川;史建新.核桃壳力学特性分析与试验.新疆农业大学学报,2009,32(6) 图 2-2 温 185 破壳过程受力曲线图图 2-1 加载方式模型中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计6扎 343 破壳过程受力曲线见图图 2-4 新新 2 破壳过程受力曲线图图 2-3 扎 343 破壳过程受力曲线图中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计7通过有限元分析软件 A N SY S 建立了核桃的有限元模型,分析了在垂直于核桃缝合面短轴方向上受力的应力和应变分布状态,可知在该种加载方式下核桃的应力、应变主要出现在垂直于核桃缝合面短轴方向曲面顶部, 这样只会导致核桃壳局部破裂,不利于破壳。分别对在沿核桃缝合面长轴和短轴方向加载的受力状态进行了有限元分析。由分析可知在核桃沿缝合面长轴和短轴方向施加击打载荷时,应力、应变的分布范围较广且有一定的方向性,利于核桃有效破壳。试验结果验证当沿平行于核桃缝合面短轴方向击打核桃破壳时,从核桃的破壳效果分析, 一路仁、二路仁比例较其他两种破壳方式(垂直于核桃缝合面短轴方向击打破壳和沿核桃缝合面长轴方向击打破壳)要高,碎仁率较低。同时,沿平行于核桃缝合面短轴方向击打核桃破壳,破壳力的峰值最大为 707.21 N,有效值也最大为87.66 N;有效值越大,核桃破壳过程所受到的冲击力越大,越有利于破壳。这与有限元分析软件 ANSYS 建立的核桃有限元模型分析的结果一致。用有限元分析法,分别对温 185、扎 343 和新新 2 三种核桃进行力学特性分析。三种核桃的被夹开所需要的力如表 1 所示:核桃类型 温 185 扎 343 新新 2表 1 夹开核桃所需力中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计8最大力/N 704.23 716.58 707.21有效力/N 103.51 114.41 87.66所以,取最大力 。max15FN2.1.2 建立机构模型,确定主要杆件尺寸将核桃夹简化成一个偏置曲柄滑块机构,根据核桃大小确定连杆(1 杆)长度为 35mm,摇杆(2 杆)长度为 13mm,机构简图及受力如图 2-5 所示,图示位置为夹核桃的极限位置。图 2-5 受力分析红色代表杆 1 受力,绿色代表杆 2 受力。 , 。15FN215分析杆 1 受力如图 2-6 所示:中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计9图 2-6 杆 1 受力情况分析21859.6FN因此,人手所需施加的力为 。5.6FN2.2 校核杆 1 和杆 2 的强度2.2.1 杆 1 强度校核计算项目 计算内容 计算结果材料选择 45 号钢结构尺寸 杆 1 由两根相同的长方体杆件组成,尺寸为 3502.5m横截面积 2Abhm25Am杆受力分析杆 1 为二力杆,只受轴向力 ,1FN因为杆 1 由两根杆组成 57.7.FN横截面上的正应力 23MpaA2.3Mpa应力集中分析在杆 1 中螺栓孔处会发生应力集中,产生较大的正应力,所以,需考虑此处应力集中。集中应力 ,其中()nFbd10,5,2.bmm7.4.6()nMpa4.6npa剪切应力分析 杆件上不存在剪切应力中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计10许用应力许用拉伸应力 60Mpa许用剪切应力 3560Mpa35结果分析,1n杆 件 符 合 强 度 要 求 n2.2.2 杆 2 强度校核计算项目 计算内容 计算结果材料选择 45 号钢结构尺寸杆 2 由手柄,手柄杆和摇杆三部分组成,其中摇杆13mm,手柄杆 124mm,手柄 50mm。其中手柄杆的直径最小而且最长,所以将杆 2 简化成长为 ,185lm横截面积直径 的轴d185lmd杆受力分析受力分析如图 2-7 所示:,215FN.62FN5.6将杆件受力简化到 C点将力 简化到 C 点,得2315,8.93Mm3cos.,6inax1574.023xyFN8.93MNm574.02xyF确定弯矩最大点分析杆件所受弯矩,弯矩最大点在 C 点,9.6cMNm 9.6cMNm抗弯截面系数3383.1485.0212ZdW835.021ZW最大弯曲正应力 max89.69czpa max9p许用应力 许用弯曲应力041.5sMn40M结果分析 max2杆 件 符 合 强 度 要 求 max中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计112.3 设计创新本课题,我的主要任务是用 Solidworks2010 对台式核桃夹经行三维实体造型和设计改进,具体设计方案是省力,所以用杠杆和连杆机构。另外,因为台式核桃夹属于食品机械,所以对材料的选择也是至关重要的。如下图,台式核桃夹有如下几个零件组成。 底板 手柄组件 活动杆 调整螺杆 连接架和连接杆这个几个零件的选材一般会选择健康无毒的材料。其中在活动杆和调整螺杆的两个端面上加工的时候留有凸台,如下图:这个凸台的作用是在压核桃的时候,防止核桃旋转,另外有这个凸台,核桃壳容易破碎,桃仁不容易碎掉。图 2-7 杆 2 受力分析图中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计12台式核桃夹的核心部分,也是区别台式核桃夹和手钳式核桃夹的主要区别地方,如下图:这个是利用了杠杆和连杆机构,下压手柄的时候,连接架会利用连杆的原理左右移动,成一定角度。但活动杆成水平左右移动,这样的好处是使核桃受力均匀。有时候核桃大小不一样,有时候夹的不一定是核桃,有可能是其他一些比核桃小的坚果,这个时候就要需要有调整机构,不然不是压不到核桃就是容易把核桃压碎。这个机构如下图所示:将螺杆向前调整时可以拨掉一些比核桃小的坚果,将螺杆向后调节,可以拨一些比核桃大一点的坚果。差不多大小的坚果,调节到一定距离后,手柄压到底也不会压碎果仁。中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计133 简述零件设计过程下面我简述零件的设计过程,找主要零件活动杆来展示零件的建模过程,从绘制二维草图开始,直到生成三维图。第一步,进入 solidworks2010 选择前视基准面,进入草图绘制。第二步,画一个直径为 24mm 的圆,结束草图绘制后选择凸台拉伸,给定深度选择30mm中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计14得到后的拉伸实体如下图:第三步,在所形成的实体上选择草图绘制,画出直径为 12mm 的圆,并拉伸出深度为 10mm 的圆柱体。中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计15第四步,将实体的外边线倒角。中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计16第五步,再画如是圆形。利用拉伸切除实体命令将上述圆柱打孔。中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计17得到如下效果。第七步,将实体翻转,选取其底面,选择草绘,绘制直径为 12mm 的圆于其底中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计18面。添加几何关系,使所绘制的圆与外边线的圆的全等。并拉伸实体,拉伸深度为10mm。中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计19第八步,选择切除-拉伸命令,将上一步骤的底面进行给切除,并形成如下图所示的实体。中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计20将其底面边线倒角,得到如下图。第九步,画如下图所示的小矩形,使矩形的一边与底面同角度。中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计21选择旋转命令,选取矩形的上边进行旋转,得到下图。第十步,选取圆周阵列命令,形成如图所示的实体。中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计22第十一步,加以润色修饰,形成如图三维实体。中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计234 台式核桃夹各部件的选材如下图是台式核桃夹的三维实体图:图 4-1 台式核桃夹的三维实体图1 底板;2 调节螺杆;3 手柄;4 手柄杆;5 摇杆;6 连杆;7 本体;8 活动杆因为台式核桃夹是属于食品机械,所以选材是食品机械设计的重要部分,在本次设计中,我将台式核桃夹用三部分材料组成,件 2、4、5、6、8 用 45 钢加工,然后电镀硬铬,既美观又实惠;件 7 用材料厚 4mm 的 SUS304 板折弯然后加工而成;件1、3 用木头加工而成,既环保又自然。以上选择材料除了电镀,其余都是我们所熟悉的,在这里不多讲,重点讲一下电镀。电镀电镀就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程。电镀时,镀层金属做阳极,被氧化成阳离子进入电镀液;待镀的金属制品做阴极,镀层金属的阳离子在金属表面被还原形成镀层。为排除其它阳离子的干扰,且使镀层均匀、牢固,需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液,以保持镀层金属阳离子的浓度不变。电镀的目的是在基材上镀上金属镀层(deposit) ,改变基材表面性质或尺寸。电镀能增强金属的抗腐蚀性(镀层金属多采用耐腐蚀的金属) 、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、润滑性、耐热性、和表面美观。利用电解作用在机械制品上沉积出附着良好的、但性能和基体材料不同的金属中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计24覆层的技术。电镀层比热浸层均匀,一般都较薄,从几个微米到几十微米不等。通过电镀,可以在机械制品上获得装饰保护性和各种功能性的表面层,还可以修复磨损和加工失误的工件。镀层大多是单一金属或合金,如锌、镉、金或黄铜、青铜等;也有弥散层,如镍-碳化硅、镍-氟化石墨等;还有覆合层,如钢上的铜-镍-铬层、钢上的银-铟层等。电镀的基体材料除铁基的铸铁、钢和不锈钢外,还有非铁金属,如 ABS 塑料、聚丙烯、聚砜和酚醛塑料,但塑料电镀前,必须经过特殊的活化和敏化处理。在盛有电镀液的镀槽中,经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极,用镀覆金属制成阳极,两极分别与直流电源的正极和负极联接。电镀液由含有镀覆金属的化合物、导电的盐类、缓冲剂、pH 调节剂和添加剂等的水溶液组成。通电后,电镀液中的金属离子,在电位差的作用下移动到阴极上形成镀层。阳极的金属形成金属离子进入电镀液,以保持被镀覆的金属离子的浓度。在有些情况下,如镀铬,是采用铅、铅锑合金制成的不溶性阳极,它只起传递电子、导通电流的作用。电解液中的铬离子浓度,需依靠定期地向镀液中加入铬化合物来维持。电镀时,阳极材料的质量、电镀液的成分、温度、电流密度、通电时间、搅拌强度、析出的杂质、电源波形等都会影响镀层的质量,需要适时进行控制。电镀分为挂镀、滚镀、连续镀和刷镀等方式,主要与待镀件的尺寸和批量有关。挂镀适用于一般尺寸的制品,如汽车的保险杠,自行车的车把等。滚镀适用于小件,如紧固件、垫圈、销子等。连续镀适用于成批生产的线材和带材。刷镀适用于局部镀或修复。电镀液有酸性的、碱性的和加有络合剂的酸性及中性溶液,无论采用何种镀覆方式,与待镀制品和镀液接触的镀槽、吊挂具等应具有一定程度的通用性。镀层分类 镀层分为装饰保护性镀层和功能性镀层两类。装饰保护性镀层主要是在铁金属、非铁金属及塑料上的镀铬层,特别是钢的铜-镍-铬层,锌及钢上的镍-铬层。为了节约镍,人们已能在钢上镀铜-镍铁-高硫镍-镍/铁-低固分镍-铬层。与镀铬层相似的锡镍镀层,可用于分析天平、化学泵、阀和流量测量仪表上。功能性镀层这种镀层种类很多,如:提高与轴颈的相容性和嵌入性的滑动轴承罩镀层,铅-锡,铅-铜-锡,铅-铟等复合镀层;用于耐磨的中、高速柴油机活塞环上的硬铬镀层,这种镀层也可用在塑料模具上,具有不粘模具和使用寿命长的特点;在大型人字齿轮的滑动面上镀铜,可防止滑动面早期拉毛;用于防止钢铁基体遭受大气腐蚀的镀锌;防止渗氮的铜锡镀层;用于收音机、电视机制造中钎焊并防止钢与铝间的原电池腐蚀的锡-锌镀层。适用于修复和制造的工程镀层,有铬、银、铜等,它们的厚度都比较大,硬铬层可以厚达 300 微米。以上就是对电镀的解释和说明,以及谈了电镀的原理和分类。中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计25结 论此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来工程师重要的一步。从最初的选题、开题到计算、绘图直到完成设计。其间,查找资料、老师指导、与同学交流、反复修改图纸,每一个过程都是对自己能力的一
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