自动断屑装置和排屑装置设计

第一章绪论1.1论文选题背景与意义在我国机加工行业，尤其是车床，铣床，机械加工中心的应用过程中，都会配备相应的断屑设备用来高效的快速的处理切削工件的碎屑，可以通过专有设备断屑排出并且做到工厂的整洁以及加工环境的整洁。1.2自动排屑断屑机的研究现状自然，在这其中使用最多的输送机，运输输送设备取得了长足的进步。现在，输送机发展的方向，大致可分为以下几种类型：1、转弯输送机2、爬坡皮带输送机1.3本文的研究内容1、自动排屑断屑机的设计与建模对自动排屑断屑机整体方案进行设计，根据整体方案和工作原理，对自动排屑断屑机进行设计与建模。2、自动排屑断屑机的静力学分析具体如下：依据结构设计完成自动排屑断屑机的三维建模，利用ANSYSWorkbench软件对整个装置及重要的传动机构进行静力学分析，分析其强度和刚度是否满足要求。典型零部件的设计计算针对典型零部件的结构根据具体公式进行设计计算，强度校核，以及选型计算。第二章自动排屑断屑机的设计方法2.1112材料选型与密封措施从各种各样的材料中选择本次毕业论文设计的结构件中所需要的材料是结构设计的重要一环，选择机械零部件材料的原则[5]是根据零件的使用要求，并且具备良好的工艺性，经济性，应用性以及轻量化要求[6]。具体的表现形式有如下几点：零件的工作状况以及受力状况。为避免失效形式而提出材料选型的具体要求。受力情况表示零件在受力大小的情况下选择适用于静载和下的工作临近，在有冲击的情况下选择应用于冲击的零件，并且可以选择对材料进行表面处理，比如阳极氧化，硬质氧化，热处理，涂层，表面硬化等等，通过材料表面涂层来达到零件受力工况的要求，对于受冲击载荷的零件可以选择韧性较高的材料，对于尺寸取决于强度，而尺寸和质量有相辅相成的零件，则要选择强度较高的材料，对于尺寸决定刚度的材料，则需要选择弹性模量较大的材料。具体的实际应用过程中，可以有如下几种案例，例如铝件在进行装配的过程中，可以采用阳极氧化或硬质氧化使得铝件本身的较软特性得到良好的改善，再比如轴的装配过程中，如果不采用热处理工艺，则轴的使用情况并不能良好的达到设计要求，会断裂会损伤。对零件尺寸与质量的限制。如果零件属于整体扣样制作，那么可以采用铸造的方式来降低零件的成本，以及采用锻件的方式来降低零件的成本。也可以选择冲压来提高材料的利用率，可以减少材料的切削量，减小切削加工工时，降低零件加工成本。零件在整机部件中的重要度。比如在航空部件中，由于航空部件的轻量化要求则需要在关键部位采用强度高质量轻的先进材料，例如碳纤维复合材料，钛合金材料等等，采用复合材料以及合金材料可以大大提高关键零部件处的结构强度并且满足其性能要求符合轻量化设计标准。因此对于本次毕业论文结构件中选择的材料分为以下几种，在一般性的要求中，选择45钢以及cr钢作为结构支撑的基材。在非关键处可以选择铸铁材料。在结构要求较高的小部分关键零部件处可以选择碳纤维复合材料CFRP或者合金材料。选用正确的密封结构，可以保证机械结构件在运行过程中达到合理的密封效果，以及挥发相应的机械性能增强使用寿命，降低维护成本，根据实际工况来进行密封件的选型与分析。本次设计的密封结构为双端面，平衡型内装式旋转式的机械密封结构，密封结构在很大程度上决定整体的寿命，并且其性能取决于密封材料，选择合适的密封材料，可以大大提高机械密封的性能，如果没有特殊要求的情况下选择304或316。表2-1主要零部件材料密封件类型零件名称材料动环M106K静环RBSiC辅助密封圈FFKMI支撑环PTFE弹簧316传动套316轴套304压盖3042.3本文的设计流程本次毕业设计的设计思路，可以通过下表的一般方法进行设计，首先确定本次毕业论文的设计对象，进行相应的文献学习以及网上现有模型设计方法的学习，并且可以深入到实际工厂中进行相应的参考。，其次对所学的相关软件进行回顾与学习，包括三维建模软件，二维绘图软件，以及相对应的制图，规范可以进行深入的研究，其次需要进行相应典型非标件的设计计算，以及相关标准件的实际选型。包括选型，计算强度，较和应力应变分析等等，在进行了以上目标的完成后，可以进行有限于分析软件的设计，以及自动化控制液压传动等等横向学科的应用。设计流程表设计步骤设计节点采用方法具体内容备注1参考相关文献以及类似模型知网文献，模型，相关论文设计思路，项目总结，网络软件教学操作视频等2设计三维模型Solidworks软件，UG软件三维建模，装配图，爆炸图，运动仿真，结构设计等3导出二维CAD模型并规范标注CAD图CAD软件尺寸标注，公差配合，装配要求，技术要求，图纸规范等4典型零部件的设计计算机械设计计算相关书籍强度校核，材料选型，电机选型，典型结构件设计计算，曲线分析等5有限元分析，典型零部件的应力应变分析ANSYS软件Slidworks与ANSYS接口设置，ANSYS力学分析，材料属性设置，分析步设置，应力应变分析等。6总结不足结合横向学科：自动化相关，视觉相关，轻量化设计相关等。第三章自动排屑断屑机的三维图与二维工程图3.1三维图设计要求首先在solidworks建立工程图时必须在图板处，设计相对应的某某学校某某图纸，类型尺寸，并且模板选择好之后，根据零件实际尺寸的大小对应商，适配的a0到a4图，如果不符合的话，可以将零件进行放大，缩小后再放置到对应的尺寸图中，在草图进行规范化操作的时候，需要将每一步的设计步骤保留在左侧[9]。操作术中并且绘制的草图需要完全定义，尽量使用约束，而不是尺寸标注来时，草图完全定义。在建模完成后需要在自定义属性卡中填写相对应的内容，例如名称同样代号物料材料，图好的选择可以采用分层的方式。字体的选择通常需要根据实际图纸类型以及大小适当的分配字体采用仿宋字体，注解，通常字体高度采用3.5mm，技术要求标于标题栏的上方，并且技术要求4个字的内容高为5mm。线性尺寸公差标注统一为代号以及数字的偏差数值[1]，偏差数值采用括号的形式，在装配图中的装配尺寸，特别是基孔。制基轴质的尺寸中需要标注孔的公差代号。在形位公差方面，形位公差需要标定在相对应尺寸的下方，在材料中需要标注右下角的材料属性材料牌号，常用的材料通常选择为碳素结构钢，不锈钢，铝合金，铸铁。在设计零部件时需要考虑到整体装配尺寸的合理性[2]，以及装配公差的设计选型[10]，并且是否需要在装配体中设计相应的传动结构，传动系统，自动机器人等等。3.2自动排屑断屑机的三维工程图图3.1三维装配图图3.2收集箱图3.3传送机图3.4滚齿图3.5传动结构上图为本次设计中装配体的三维并且包含了非标结构的三维模型。3.3二维图设计规范二维图通过三维导出后需要进一步修改，可以事先做出图纸的封面，图纸的说明图纸目录在图纸封面上备注工程图的名称，工程图的类别，以及制图日期，需要在图纸的每页下方备注图纸的尺寸比例。尺寸标注尺寸为统一体，需要调整时可以采用异地命令尺寸界限及标注实体的距离为2~3mm，相邻尺寸线之间的距离为7~10mm，在标注图纸的过程中，需要根据菜单栏中相对应的图纸标注命令进行规范化的选择，你可以事先在图纸中设置一种较为规范的图纸类型，可以直接使用。在制图之前可以设置多种图层，尽量不要在一个图层上画图标注以及技术要求。通常尺寸的方向在实体的右上方，不可以在左侧或下侧标注，并且需要将全图的字体大小统一化，包括尺寸标注技术要求，粗糙度要求，图纸类型，设计人与校核人。在颜色使用方面，建议使用不超过两种，颜色区分通常采用统一的颜色，而在尺寸标注方面实体尺寸应当比实际标注的文字小一号。在图中尺寸较小时无法看清的情况下，可以采用局部放大的形式，通常根据实际需求的情况放大10倍到20倍。并且需要在主体的图纸中画出局部放大区域以及剖切区域在放大区域处上方标注相对应的截面以及放大比例。将图纸输出为PDF格式，是一种常见的规范化操作，可以选择文件另存为输出PDF在框中勾选替代，并且在对话框中选择所需要输出的A3A4图纸。如果图纸是通过三维模型导出二维的方式，那么需要再导出二维图纸后，再对二维图纸进行整体的规范化操作，例如图层的设置，线型的区分，颜色区分，在三维导出二维过程中所遗失的部分曲线需要进行详细描述，包括尺寸标注以及剖切区域，技术要求。三视图对应的完整区域。在完成全部图纸内容后，需要对图纸进行视觉上的规范化操作，例如将全部的标注尺寸统一移动到图纸的4周部分，并且采用相对于实体实线区分的颜色标记。3.4自动排屑断屑机的二维工程图本次毕业论文的二维工程图采用三维图导出的方式，将三维图导出的二维工程图。其中包含了整体的装配图以及各非标结构件的二维图，具体可以参照以下图片。图3.8齿轮图3.9传动图3.10滚齿图3.11进料口图3.12收集箱第四章典型零件的设计计算4.1电机的选型与设计计算通过所学的功率与扭矩关系公式，为工作机在工作时所需要的功率Kw，N为工作转速r/min，T是转矩N.m。电机额定转速N参考值：三相异步电机：1500/3000/1000[r/min];步进电机：＜600[r/min];伺服电机：3000[r/min]。选择电动机时需要搭配相应的减速机，而选用减速机的目的则由以下几点第一降低转速，第二增加扭矩，电机输出轴转速与传动系统末端输入轴的转速之比，就是整个传动系统的传动比。通常选择电动机功率的时候，经过以下计算方式，首先计算工作负载，通过公式计算出负载，并且计算滚筒负载扭矩以及滚筒转速，在设置相应的传动比。根据传动比设计齿轮的齿数，然后通过电机的扭矩公式，计算出电机的理论功率在理论功率的基础上乘以安全系数，可以选择实际的电机应用功率。査材料《机械设计》[3]中的附表2-3可知V带传动效率=0.96,齿轮传动效率=0.97,滚动轴承效率=0.99,从电动机到工作盘间的总效率为：（4-1）电动机所需输岀功率为（4-2）査《机械设计》附表6-1电动机选用Y系列三相异步电动机T160L-6,额定功率为,满载转速。可知总传动比为（4-3）4.2连接件与密封件设计计算表4.1不同孔径的机械结构的螺钉使用孔径结构尺寸紧固件螺钉选用特点Ф2基于小孔的使用特点选择搭配螺纹胶Ф4基于小孔的使用特点选择搭配螺纹胶Ф6基于小孔的使用特点选择搭配螺纹胶Ф8基于设计特点选择搭配扭力扳手Ф10基于设计特点选择搭配扭力扳手Ф12基于设计特点选择搭配扭力扳手Ф14基于设计特点选择搭配扭力扳手Ф16基于设计特点选择搭配扭力扳手螺钉作为一种常见的连接结构件，需要在设计时做相应的设计。参考以上作为本次设计的参考表格，可以看出螺钉从D2到D16作为一种典型的常见选型范围，并且标注了各个范围间具体尺寸所对应的配合情况以及特殊要求，连接时需要进行螺纹胶的选择，以及设置相应的扭力扳手配合规范扭矩进行紧固操作。密封设计计算[7]本次设计的计算主要用于验证密封端面尺寸的选择是否合理以及弹簧的设计计算是否合理，对于本次设计动环端。面为窄面静环，端面为宽面，这种设计方式可以获得更加良好的密封效果，静环单面比动环单面宽，这样可以使得进环更好的保护动环，可以提高整体机械结构件的密封性能，同时端面宽度的差异，可以在一定程度上起到润滑的效果，有利于提升机械密封件的使用寿命。根据端面直径、端面外直径和平衡直径可以计算出平衡系数B[8]：（4-4）B＜1，说明所设计的机械密封件为双单面平衡型的，要求满足设计工况，符合密封端面的设计要求。在弹簧设计计算时，需要根据相应的经验，选择弹簧比压的范围，本次设计选择的弹簧比压范围为0.15~0.58Mpa，要保证弹簧在计算后，得到的端面比压和弹簧比压满足选定范围来确保整体的性能要求以及密封工况。密封性能校核未验证机械密封是否可以满足长时间运行的要求，需要对泄漏量以及使用寿命进行较合，在机械密封的设计下，密封面的失效为零，在实际情况的运用中，泄漏情况较为复杂，因此所计算出的泄漏量只是一个标准，理论值密封缝隙的体积泄漏量，可以采用以下的公式进行设计计算。（4-5）式中：h——密封膜厚度，mm——端面压降，Par1，r2——摩擦端面内外半径，mm根据密封参数得出：=3.88×10-3pa.s，r1=90.06mm，r2=100.05mm，=0.6Mpa，动环密封面粗糙度Rz1=0.5m，静环密封面粗糙度Rz2=0.2m，对于此密机械密封情况，根据密封面的间隙计算公式由如下：（4-6）代入可得泄漏量：（4-7）Q＜5mL/h。满足设计要求的端面泄漏量。4.3轴、键、轴承的设计计算与选型轴的输入功率：（4-8）轴的输入转矩电动机轴的输入转矩：（4-9）轴的输入转矩：（4-10）对轴的最小直径进行估算本次设计的Ⅰ轴为齿轮轴，它的材料与齿轮材料相同同为调质。轴最小直径的初步确定，轴的材料为钢，同时进行调质处理，查阅参考文献《机械设计》选用表15-3取=112。即（4-11）2、轴的设计（1）各轴段的直径[11]：轴段1从左往右第一段是轴起始段，作用是安装轴承。根据实际要求取直径d=20mm；3.轴承的选择使用期限为10年，每年的工作时间为250天，每日工作天数为8小时。由表2-3可知，高速轴的转速为466.67r/min。则可得到轴承的预期寿命：确定采用深沟球轴承，轴承代号为60206。查表6-1[4]可得轴承的基本额定动载荷为，基本额定静载荷为。查表8.3[3]可得，温度系数。由于轴向力很小，由《机械设计》附表5-2并根据，选深沟球轴承6209，其尺寸为d×D×B=45mm×85mm×19mm；两轴承安装中心距为150mm。键的选择由《机械设计》表6-1选用B×H×L=10x8x100的C型10×110GB/T1096-2003只承受径向载荷的轴承的当量动载荷的计算公式：(2-31)式中：——载荷系数；——纯径向载荷。根据实际工作情况，查表8.6，可得。根据轴承的受力情况，可知轴承2受到的径向力较大，故径向力：将上述数据，代入当量动载荷计算公式，可得：4.按弯曲合成应力校核轴的强度1、轴上的作用力（4-12）2、轴上的径向力4.校核轴的强度1、计算支座反力水平H(X0Y)面：（4-13）（4-14）（4-15）（4-16）正水平H（X0Z）面（4-17）2、合成弯矩M（4-18）3、对截面A的校核根据弯矩的复合强度条件，检查危险点A的应力。然后扭转切应力为相应的静应力，取α=0.3.根据参考文献《机械设计》中的表15-1査得，许用弯曲应力（4-19）轴强度校核：图4.1轴受力图如上图所示,，轴的最大剪力450N，最大弯矩8N.m。根据材料力学的第三强度理论求出最大的强度：=计算出结果是23.68Mpa≤55Mpa。所以设计符合要求，同理设计其他轴。4.4链轮的计算1、选择小链轮齿数取传动比为i=1参照链速和传动比查文献[11]表13-2取Z1=172、选择大链轮齿数故合理3、惰轮齿数取确定计算功率已知链传动工作平稳，设计功率为：式中：P—传递功率kWkA—工况系数，查文献表13-3，取kA=1.0kz—小链轮齿数系数，查文献表13-4，取kz=0.887km—多排链排数系数，查文献表13-5，取km=1链条节距选用根据设计功率pd（取pd=pq）和小链轮转速n1，由文献[11]图13-1选用16A号链条，查文献[11]表13-1节距P=25.4.验算小链轮轮毂孔径dk=45mm式中：dK—由支承轴的设计确定，现取减速器输出轴的d12段直径dKmax—链轮轮毂孔的最大许用直径，查文献[11]表13-6得dKmax=80mm故小链轮轮毂孔径满足设计要求。8、计算链轮尺寸9、初定中心距则可得中心距：10、链条长度及链长节数链长：链长节数：圆整成偶数节，取Lp=394节。4.5带传动的设计与计算1、设计计算V带已知：=9.0KW；=970r/min；査《机械设计》表8-8得工况系数：=1.2；则：（4-20）2、选取V带型号根据计算功率、小带轮转速从《机械设计》图8-11选用B型V带3、确定大、小带轮的基准直径由《机械设计》表8-7和表8-9确定小带轮的基准直径：计算大带轮基准直径：取基准直径4、验算带速（4-21）V带的带速V在5~25m/s的范围内，所以本次设计的V带它的速度是符合的。5、计算并决定V带的传动中心距和它的基准长度（1）通过比较来初选中心距（4-22）初选中心距：TOC\o"1-5"\h\z6、基准长度：（4-23）根据《机械设计》表8-2选用=1760mm。7、实际中心距：（4-24）8、验算主动轮上的包角（4-25）主动轮上的包角合适。9、计算V带的根数z（1）（4-26）查《机械设计》表8-4得：。（2）查《机械设计》表8-5得：。（3）由查《机械设计》表8-6得：。（4-27）由，与V带型号B型查表8-2得；KL=0.94。综上数据，得，取z=6＜10。（4-28）10、计算预紧力（初拉力）根据带型B型查《机械设计》表8-3得：（4-29）11、计算作用在轴上的压轴力（4-30）式中，小带轮的包角为。12、在表4.1中列出V带传动的参数V带传动的参数如表4.1所示4.2V带传动的参数V带传动带轮基准直径中心距根数基准长度初拉力压轴力B型带140mm.355mm480mm61760mm233.6N2648.88N13、设计带轮的结构1.选择设计所需带轮的适用材料：选用铸铁中的灰铸铁带轮。2.了解并选用带轮最终的结构：V带的基准直径与V带轮的结构形式有不可或缺的关系。其中小带轮连接电动机所以釆用腹板式带轮结构；其中大带轮时，再根据《机械创新设计》[5]所以本次设计采用轮辐式。14、求出带轮的宽：根据《机械设计》表8-11推出（4-31）4.6圆柱齿轮设计的设计与计算齿轮类型1、査《机械设计》表10-6选用7级圆柱齿轮，日工作15小时，300天，两班制。2、进行材料的选择：通过查阅《机械设计》中的表10-1来进行选择:因为两者材料硬度差为，所以小齿轮：,在调质后选择表面淬火，可得齿面的硬度。大齿轮：45钢，在调质后选择表面淬火，可得齿面的硬度。3、齿数:初选,大齿轮数。图4.2大齿轮本次毕设中的振动系统里用到的是传动齿轮，因为设计的要求需要齿轮转速较高，齿轮的耐磨性好，耐热性好。表4.3齿轮选型：大小小齿轮大齿轮材料4545硬度229-286HBS162-217HBS热处理办法调质正火按齿面接触疲劳设计（4-32）1、根据工作条件，选取载荷系数=1.3。2、己知小齿轮传递的转矩=21266N×m3、由《机械设计》表10-7选取齿宽系数4、由《机械设计》图10-20査得区域系数査《机械设计》表10-5弹性影响系数 5、由《机械设计》式10-9计算接触疲劳强度的重合度系数。（4-33）（4-34）6、由《机械设计》10-15计算应力循环次数（4-35）7、由《机械设计》图10-23查取接触疲劳寿命系。8、计算了接触疲劳强度的许用应力，然后取损失率为1%，还可得安全系数s=1；通过查阅《机械设计》中的图10-25d可査得本次设计使用中的大小齿轮极限为（4-36）取和中的较小的作该齿轮副的接触疲劳许用应力，即==506MPa9、计算小齿轮分度圆直径（4-37）10、调整本次设计中小齿轮的分度圆直径（1）进行设计前的准备数据①小齿轮的圆周速度v（4-38）②齿宽b（4-39）11、计算实际载荷系数由《机械设计》表10-2査得使用系数=1。根据、7级精度，并且通过查阅《机械设计》图10-8可得它的动载系数=l.04。齿轮的圆周力（4-40）査《机械设计》表10-3得齿间载荷分配系数。通过查阅《机械设计》中的表10-4可得本次设计所需精度为7级精度、当不对称支撑时，就可以得到。由此，得到实载荷系数：（4-41）通过查阅参考文献《机械设计》的公式10-22,就可以从中得到并计算出根据实际载荷系数计算分度圆直径和其相应的齿轮模数（4-42）（4-43）按齿根弯曲疲劳强度设计（1）由《机械设计》（10-7)试算模数，即（4-44）确定各参数值试选=1.3。由《机械设计》式(10-5)计算弯曲疲劳强度重合度系数（4-45）计算由《机械设计》图10-17査得齿形系数。由《机械设计》图10-18査得应力修正系数。由《机械设计》图10-24C可以査得本次设计中V带轮中的小齿轮和大齿轮经过多次应力循环的齿根的弯曲疲劳极限分别为由应力循环次数查《机械设计》图10-22得弯曲疲劳寿命系数.通过查阅参考文献《机械设计》中的公式10-14就可以计算出所需要的弯曲疲劳许用应力。本次设计取弯曲疲劳安全系数为S=1.4。（4-46）（4-47）（4-48）（4-49）因为大齿轮的大于小齿轮，所以取（4-50）试算模数（4-51）（2）调整本次设计中的齿轮模数1、计算并整理本次设计中载荷系数的数据准备。圆周速度v（4-52）齿宽b、宽高比b/h（4-53）（4-54）（4-55）2、按实际载荷系数计算齿轮模数m，根据v=1.01m/s,7级精度，由《机械设计》图10-8得动载系数=1.03。由（4-56）（4-57）査《机械设计》表10-3得齿间载荷分配系数=1.1。由《机械设计》表10-4插值法查得=1.420,査《机械设计》图10-13,得=1.3。则载荷系数为（4-58）齿轮模数（4-59）通过计算可以求出本设计所需要的齿根弯曲疲劳强度的模数为2.60mm,并根据GB/T1357-198四舍五入至最接近标准值为m=3mm。根据齿面接触疲劳强度可以计算本次设计中分度圆的直径=96.87mm。算出小齿轮齿数（4-60）则大齿轮齿数，取（4-61）齿轮几何尺寸计算及主要参数1、计算分度圆直径（4-62）2、中心距（4-63）3、齿顶圆直径（4-64）（4-65）4、齿根圆直径（4-67）（4-68）5、齿轮宽度（4-69）一般小齿轮取（4-70）取105mm，即=b=99mm。第一二齿轮参数如表5.1所示。表4.4第一第二齿轮主要参数齿轮齿数模数压力角分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿宽33320°99mm105mm91.5mm105mm49320°147mm153mm139.5mm99mm 第五章自动排屑断屑机的有限元分析5.1ANSYS分析流程在机械系统中，大量构件处于运动状态。刚体动力学用于计算机械系统的结构动态响应，以及考察机构的运动特性。ANSYS

Workbench的刚体动力学(RigidDynamics)模块基于全新的模型处理和求解算法，可以结合瞬态动力学分析模块进行结构刚柔耦合分析，该模型分析路径是通过三维模型软件进行模型建模后，将模型导入到a列表格中，并且在有限元分析软件中选择RigidDynamics分析项将a表中的有模型连接到b表中的模型处，并且设置材料数据，设置模型的受力，设置相应的分析步骤，再进行软件自动求解，得到整个分析的结果。其分析系统如下图所示。图5.1分析流程Step

1：创建并导入几何模型步骤与结构静力学分析(参见：ANSYS

Workbench线性结构静力分析实例操作)基本一致，只是模型都定义为三维属性，并且在DM界面生成模型前，需要点击Attach，在下方面板设置Simplify

Geometry为Yes。Step

2：设置材料和部件属性1、双击Engineering

Data，添加所需材料，考虑惯性，添加密度。2、双击Model，进入Mechanical界面，展开Geometry，依次点击所有部件，下方面板设置刚度属性(Stiffness

Behavior)为刚体(Rigid)，并添加相应材料。Step

3：设置部件间连接关系1、点击模型树中的Connections，删除自动生成的所有接触。2、根据部件相对运动关系，依次添加各种运动副（固定副Fixed

Joint、转动副Revolute

Joint、移动副Translational

Joint）。3、对于高副机构，如凸轮副、齿轮副，添加接触(Contact)。参见文章：干货

|

ANSYS

Workbench常用接触类型。4、粘性阻尼效应通过定义弹簧(Springs)来实现。Step

4：有限元网格划分由于均为刚性体，无变形，故不需要划分网格，右击模型树中的Mesh选择Generate

Mesh即可。图5.2导入实体网格划分Step

5：施加约束和载荷1、添加约束，可以是固定约束(Fixed)、位移约束(Displacement)等。2、输入载荷，可以是力矩(Moment)、加速度(Acceleration)、关节驱动(Joint)等。参见文章：干货

|

ANSYS

Workbench常用载荷类型。3、选择Analysis

Settings，在下方面板设置Initial

Time

Step，Minimum

Time

Step、Maximum

Time

Step等，其余保持默认。Step

6：求解及后处理点击模型树中的Solution，添加位移、速度、加速度、接触力等，求解后查看结果，从而分析运动过程中各个运动参数的变化。选择薄壁扫掠划分选项时，需指定Element

Option附加选项，如下图所示，这个附加选项用于选择生成体单元（SOLID）还是实体壳单元（SOLID

SHELL）。实体壳单元可以用于模拟变厚度壳体，是一种很实用的单元。图5.3实体壳单元2、局部尺寸控制选项如下图所示，选择Type为ElementSize时，可直接指定单元尺寸ElementSize。Behavior选项选择Hard将比Soft采用更加严格的尺寸控制。图5.4对象尺寸5.2Solidworks与ANSYS的接口互联设置方法在SolidWorks中设计绘制完一个零件或者装配体后，可以导入workbench中进行分析，具体操作过程为在开始菜单中的ANSYS文件夹下找到CADconfigurationmanager[3]（CAD配置管理器）右击以管理员身份运行。图5.5ANSYSCADconfigurationmanager如上图为配置管理器程序。在CADselection下将SolidWorks前的复选框打勾，注意要选择第二个workbenchassociativeinterface[4]，然后点击next进入下图界面。图5.6CADConfigration选择第三个ConfigureselectedCADinterfaces，待页面出现如下则证明配置成功。图5.7AnsysConfigureselectedCADinterfaces选择exit退出打开SolidWorks软件，在插件选项下将ANSYS18.1前后两个复选框打勾，确定即可，如下图5.8Solidworks插件此时在SolidWorks的工具菜单下会看到ANSYS界面。以上操作设置完成后即可将Solidworks中模型无缝导入ANSYS。5.4自动排屑断屑机的有限元分析本次毕业论文选取典型结构件，非标结构件进行规范化的有限元分析操作，首先在三维软件solidworks中进行三维建模，并且根据实际尺寸以及实际参数要求，将所设计的三维模型导入到有限元分析软件中，并且相应的设置结构以及软件接口的设置，在上一节中均进行了详细的说明，此处不再做更多，说明将模型导入，有信源分析软件后开始标准化操作，首先打开静力学分析模块进行静力学分析，在菜单栏中设置单位以及材料属性。设置并且经过网格划分等规范操作，可以对零件进行网格化操作。对于特殊部位，例如孔周围可以采用专业的流行业分析软件网格划分，进行划分操作，也可以采用软件默认设置的网格划分，网格化班分为三种：精细化，粗糙化，一般化。通常选择根据实际的情况进行粗精细划分，也可设置网格默认的划分，在网格划分完成后，可以进行零件相对应工况的施加载荷以及固定约束，工况试驾通过以上工况的试驾来进行零件试剂工况模拟，如果在特殊部位无法准确施加载荷时，可以考虑将力整合到，一起来得出一个统筹的力，模拟各种工况的施加载荷。在网格划分以及载荷世家均完成后，可以通过有权分析默认的求解器来进行求解，可以得出零件的等效应力总变形等等一系列工况的结果。图5.9静力学分析模块图5.10网格化分图5.11等效应力图5.12总变形从上图可以看出，等效应力与总变形均在合理范围，通过设计计算以及有限元分析的等效应力总变形的结果，可以看出该零件所设计的结构适用于具体工况的载荷，能够得到合理的实际运用这种流程化的设计方法，以及有限元分析步骤设置，可以作为一种标准的模板，适用于其他需要进行强度较合的零件，此处不再过多重复举例。总结在本次毕业论文的制作过程中，进行了相应三维软件的运用，通过三维软件的运用完成本次毕业论文的建模，并且在三维软件中运用三维导出二维的方式，进行二维CAD设计，并且经过相应的学习，并且充分掌握了三维软件与二维软件的建模过程，以及具体标准件、零部件、非标件的公差设计、尺寸标注、技术要求标注，以及相应典型零部件的设计计算，强度校核，应力应变，计算分析等等。进行了一整套完善的设计制作过程与步骤的运用。而在本次毕设的过程中，还有其他内容可以深入研究，比如可以使用更优越的材料，比如碳纤维复合材料，或者质量更轻，强度更高的合金材料，在关键零部件处进行运用，可以使得轻量化[13]效果更加完美，并且在电气自动化设计过程中，可以将相应的液压与气压传动。电动控制[11]。单片机控制等等加入到本次毕业论文的结构自动化设计当中，可以使得本次毕业论文的结构设计更上一层楼。也可以将相应的比较流行的机器视觉[12]融入到本次设计的运用当中，使得本次结构系统更加智能化，更加符合当下的流行趋势。可以采用有限元分析软件，进行结构优化设计，具体的操作步骤如下：首先选择需要优化的结构，在三维软件建模过程中将其关键尺寸进行参数化，并且在三维软件过程中勾选参数化标志，通过本次毕设的三维与有限元分析软件的接口导入，可以将三维软件中的参数化模型导入到有限元分析中，导入完成之后，可以在有限元分析的软件中进行结构的优化设计，可以通过有限元分析软件的优化算法来进行结构优化设计比如可以采用遗传算法，多目标优化算法，蚁群算法，模糊算法[14]，或者采用超立方实验等进行结构优化设计。并且可以通过软件模拟出来的最优化结构进行结构设计重组，通过分析结果重新回推结构设计，重新更改结构，使得结构具备更加完美的实际运用价值。并且本次毕业论文在相关的理论研究过程中尚存在诸多不足，笔者对于可靠性有相应的了解，可以尝试将可靠性的知识运用到结构设计当中，使得设计出来的结构具备更加实际运用的可靠性与可靠度。以上是本次毕业论文的设计总结，以及对该课题继续深入研究的方向与思考。第六章断屑装置设计6.1设计背景现代的机械加工工厂一般进行断屑处理还是应用断屑槽的方式进行断屑。对于数控机床和普通机床来说，刀具的刀架也不同。所以对于不同的机床刀架来说应该设计不同的段屑装置。6.2设计思想根据现代的机械加工水平，机床刀架中，旋转刀架的应用更为广泛，所以这次我设计的断屑装置主要应用于带有旋转刀架的机床。6.3设计方案(1)本实用新型的刀杆上置式断屑器，在合金刀片上设置有断屑装置，工作时断屑器爪附着在合金刀片上方进行断屑，阻止了拉丝的现象发生。新型的刀杆上置式断屑器，屑渣被断屑装置清理掉后，减少了因切屑拉丝导致产品不良率的发生。采用车刀和断屑装置一体化设计，提高了生产效率。(2)断屑装置包括断屑器主体6、螺杆8、内置弹簧10和断屑器爪9，断屑器主体6上开有行进孔7，螺杆8一端穿过行进孔7，且螺杆8通过内置弹簧10与行进孔7内部连接，螺杆8朝向合金刀片4的一端与断屑器爪9可拆卸连接，螺杆8穿出行进孔,7的另一端连接有有定位螺母11。该实施例中，配合内置弹机构，断屑器爪在加工中受切屑力自动进行伸缩进行断屑，为了确保断屑刀直接触碰工件的风险，可以根据断屑器装置尾部螺母调节断屑刀的伸入量，建议控制在0.5~2mm之间间隙.6.4断屑器的设计6.4.1断屑器的材料选择对于加工工件来说，工件的材料大都是以45号钢为主，所以对于刀具的材料选择，就应大于45号钢。于是选择HT200材料作为断屑器的材料。6.4.2断屑器的尺寸设计由于整个断屑装置要安装在刀具上，所以断屑装置的尺寸不应过大。所以断屑器的直径确定为30mm。第七章经济性分析7.1经济性分析7.1.1成本预估设计自动断屑排屑机的过程中，除了设计结构、传动机构的选择和重要零件强度安全计算校核之外，对于设计产品的经济分析也是不可或缺的。机械设计在考虑成本低的同时，还要保证零件结构工艺性好，便于加工。一个成功的产品设计能够有效保证零件的制造成本低、加工效率高，而在加工制造前，我们要先对自己设计的产品进行一个总体成本的预估计。下表即是我对于本次自动断屑排屑机的产品成本预估计：表4-1自动断屑排屑机成本预估零件单价数量总价格电机500015000轴1102220传送带20000120000键及其他的连接件550250收集框2001200机架1201120总计25790所以，自动断屑排屑机零件预估成本为25790元，除此之外，还有零件加工和组装以及运输的机械成本和人工成本，综合算下来，总成本大约为30000元。7.1.2市场预测随着环境在生产生活中的要求越来越高，并且针对加工领域的排泄要求，规范化要求也越来越高，该机械的应用领域也会随之而来广泛提升。并且切削的断血与排泄有利于提高零件的加工表面质量，提高零件的合格率。因此该机械设备具有广泛的应用意义。设计总结本次毕业设计是自动断屑装置和排屑装置设计来方便收集加工中心的残余铁屑，保持工厂整洁。在我国机加工行业，尤其是车床，铣床，机械加工中心的应用过程中，都会配备相应的断屑设备用来高效的快速的处理切削工件的碎屑，可以通过专有设备断屑排出并且做到工厂的整洁以及加工环境的整洁。首先在经过几种传动系统的筛选，我最终选择了电机-减速器-带传动的传动系统。通过断屑器断屑，到碎屑，排屑，全部自动化。在本次毕业设计过程中，我成功的实现了预期的设计目标，设计作品具有一定的创新性和实用性。通过大学四年的学习，这次毕业设计也是我大学时光中最后的挑战。在这段经历里，我也获得更多宝贵的技能和知识，同时也让自己独立成长起来。在这次毕业设计过程中，我遇到了诸多困难与坎坷。其一是在面对一些技术难题的时候，需要花费时间来钻研和探索。同时对自己任务安排和时间规划上同样对自己来说也是一个挑战，需要合理规划好自己的时间安排和任务进度。其二，在遇到各种技术难题时，我也学会了随机应变，通过查找文献和资料，学习借鉴前辈的设备与资料，来获取灵感。通过导师的指导和同学们的帮助，一次次完善自己的论文。这次毕设对我来，对我专业知识上也是一次锻炼与深化，同时也提高了自己的思维能力，在面对难题时，勇于创新，勇于思考。这次毕设的意义与价值，也在这个过程中得到了充分的体现。致谢时光荏苒，内容写到此处，意味着本科四年接近尾声，而学生时代也即将落下帷幕，即将进入社会成为一名职场人。通过本次毕业论文的设计与制作，充分了解了本课题相关的专业内容，并且运用专业知识进行相关的设计。在此，要感谢我的毕设指导老师对本次毕业论文进行了充分的详实的指导，在这段时间的学习过程中，感谢导师对于我在学业以及生活方面无微不至的关怀与照顾，老师有着严谨的治学态度，一直是我学习的榜样，我的毕设导师不仅教会了我如何做毕业论文，如何做科学研究如何做具体的项目，同时也教会了我如何做人。在本次课题中，通过课题的选择，课题的设计，到相关案例的收集以及试验，去相应的企业进行实际相关零件的现场观察与现场操作，到最后论文的完成、都是导师的悉心指导与耐心点拨。在此过程中，也收获了宝贵的锻炼机会，将本科4年所学专业知识运用到具体实际案例当中锻炼的机会，没有导师对于本次课题方向的引领，与相关专业知识的指导是无法顺利完成本次毕业论文设计内容的。其次要感谢我的父母