【《某粮仓开窗机构的受力分析与三维结构设计计算案例》3300字】

某粮仓开窗机构的受力分析与三维结构设计计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u28055某粮仓开窗机构的受力分析与三维结构设计计算案例 1189271.1开窗机构中各结构的受力分析 166551.1.1竖直杆受力分析及强度校核 184981.1.2四杆机构受力分析及强度校核 2290251.1.3多级减速器受力分析及强度校核 3111761.2开窗机构的三维结构设计 4101831.2.1三维建模工作介绍 4287361.2.2窗体 6264391.2.3墙体 7153731.2.4长杆 8201171.2.5短杆与竖直杆焊接体 8269121.2.6万向联轴器 9217651.2.7多级减速器 91.1开窗机构中各结构的受力分析将开窗机构中的各结构绘制出理想模型状态，通过对于不同的驱动的施加分别对于不同的运动瞬时状态进行受力分析，并且进行强度校核。竖直杆受力分析及强度校核开关窗过程中，均需要对竖直杆施加一扭矩，这一扭矩在开窗时相对较小，因此考虑在关窗过程对于竖直杆进行强度校核。除此之外，在粮库熏蒸时，竖直杆受到最大力矩。对竖直杆进行强度校核。选用材料钢材Q235，密度ρ=7.85x103kg/m3。通过查表得许用切应力[]=160Mpa，一般轴体选用单位长度许用扭转角度[θ]=2°/m。剪切模量G=8GPa。现假设该轴体α=0.5的空心圆轴，轴体外径D=40mm。计算公式如下，Wτθ=IIp—截面极惯性矩；Wp—抗扭截面系数；Tmax—杆件可承受的最大力矩；max—杆件可承受最大切应力。由上述各式计算可知，若不想被破坏则通过许用切应力计算得Tmax=1884Nm，计算得Ip=2.35e-7N，通过圆轴扭转时的变形推得Tmax=657Nm。故整根轴所承受的最大力矩应该小于607Nm，此时杆不会被破坏。四杆机构受力分析及强度校核四杆机构通过上一章理论计算后对整体结构的选用，对于整体的受力，在熏蒸过程中保证窗关紧时，整体结构受力最大，对于整体结构进行受力分析进行受力分析，分别对左右两杆进行受力分析。受力分析图如下，图1.1四杆机构受力分析对于左侧杆件进行强度校核，由于受力状态可知，左侧杆的只受拉压应力，对于拉压变形进行强度校核，许用拉应力[s]=235Mpa。公式为δ已知N—杆件所承受的拉/压力，A—钢管的截面积。计算可知杆件符合强度要求。对于右侧杆件进行强度校核，由于只存在切向力即F1，故只对右侧杆进行切向变形进行强度校核，许用切应力为[]=160Mpa，公式为τ因此通过计算得知右侧杆能够承受该力，不会发生破坏性形变。多级减速器受力分析及强度校核多级减速器主要作用是为了将电机输出的转矩进行放大，同时防止由于电机惯性转动带动整体结构转动过多，使得整体结构受到破坏。因此需要考虑在运动过程中各级减速器受到的力，并且对于各级减速器进行校核，防止因为受力过大导至各结构被破坏。除此之外，由于整体结构的功能需求，需要保证在窗处在闭合状态下，蜗轮蜗杆减速器能够实现自锁。因为在整体运动过程中不存在突变力，涡轮蜗杆减速器不会受到冲击力作用，通过整体结构分析可知，在窗紧闭并且内部充满磷化氢气体的情况下内部压强以及气密性结构对于整体结构的反作用力，此时如果能够保证自锁，并且蜗轮能够承受力矩，则此时蜗轮蜗杆强度强度合格。对于直齿轮减速器来说，由于直接啮合，只需要考虑在正常运动的过程之中是否会出现齿面受损等情况。蜗轮蜗杆减速器受力分析及强度校核对于蜗轮蜗杆的受力分析，由于减速器是通过啮合旋转传递力矩，因此考虑在运动过程之中受力最大的状态与许用受力进行对比之后进行强度校核。由第二章选材可知，蜗轮蜗杆选材，蜗轮选用ZCuSn10P1，砂磨铸造，表面许用接触力为200MPa。蜗杆选用45钢，表面淬火，齿面硬度为45HRC到55HRC。由上述设计可知，涡轮所受到的最大力矩为607Nm，在不考虑材料磨损的情况下，我感受到的力矩为15.2Nm。由于粮仓窗开关机构的运动是平稳运动，且运动速度较低故取载荷系数k=1.1.通过查表得，该材料的蜗轮轮齿许用弯曲应力为F=51MPa。由于涡轮齿数z2=40，查表得齿形系数YF=2.32。验算弯曲力，公式如下，σ通过计算得，弯曲应力小于许用弯曲应力，该涡轮蜗杆减速器强度能够支撑运动，并且不会由于负载过大而出现轮齿折断。直齿轮减速器受力分析及强度校核对于直齿轮减速器，整体减速器逆推可知，大齿轮需要承受最大力矩为15.2Nm。由于齿轮的运动特性可知，齿轮所需要的是外部硬度大，内部韧性大，故选用45钢需要经过表面淬火，满足整体需求。由于蜗轮强度校核公式与直齿轮的强度校核公式相同，因此查表得齿形系数YF=2.032，且许用弯曲应力[F]=60MPa。通过计算的齿轮的所承受的应力小于许用弯曲应力，正常运行状况下不会出现齿根崩断的状态。在直齿轮减速器中，由于电机可能存在惯性会带动齿轮继续转动，因此选用传动比相对较大的减速器能够减小对于整体运动的影响，考虑惯性对于齿轮轮齿的影响，由于在电机断电后电机会逐渐减速，输出力矩会逐渐变小，由于选用电机的输出转矩远小于在运动过程之中，各部位所能够受到的力矩，因此电机惯性对于整体减速器的力并不会对于整体结构造成影响。1.2开窗机构的三维结构设计本文在上述内容之中提出了三维结构设计的整体设计方案，该部分通过是SolidWorks进行整体的三维建模以及整体装配粮仓窗开关机构的简化三维结构，主要有六个部分组成，分别是窗体、墙体、长杆、短杆与竖直杆焊接体、万象联轴器、多级减速器。三维建模工作介绍三维建模通俗来说就是通过制图软件通过虚拟三维空间构造出包含三维数据的模型。通过建立等比例模型来描述和表现事物的各种属性，是现代科学探索事物本身、运行规律的一个普遍且重要的方法。不论是在应用领域还是在科学领域，对于相关物品进行三维建模研究，当前已经是一个相对成熟的领域。对于现实世界的建模与模拟，即是根据研究的目标和重点在数字空间中对其形状材质运动等属性进行数据化的过程[1]。随着各种设备一起的投入使用，在以计算机为搭载平台的三维建模技术从最初的基于实际几何结构的三维建模，发展到现在包括三维扫描仪、基于图像建模与绘制等多种方法在内的三维建模。建模对象的种类也越发丰富，目前对于流体的建模是一大热门领域，更航天等领域带来很多积极影响[2]。传统的工程图是通过二维形式存在，只有在设计者构思之中产品是三维物体，但是限于当时的产品技术，设计产品只能通过而为投影的方式来表达在图纸上，人们只能通过图纸上的图样来观察整体结构与功能，并不能直接放映出产品的外观与特性。图纸的绘制对于机械设计领域的发展有着极大的促进作用，但是由于自身存在的巨大的局限性，设计的不互通性这一弊端仍是没有改善。三维建模软件为产品设计和制造信息传递提供了三维平台——三位的数字模型（产品完整的几何描述和特征描述）和屏幕显示。设计者在脑中构思出产品的三维模型，在三维建模软件的支持下，建立数字化的三维几何模型，通过屏幕显示具有三维特征的三维立体模型，产品信息的定义、存储、传递都采用三维数据结构。产品数据除了形状、大小、位置等几何信息，还包括零件的装配关系、运动关系等。二维和三维数据的双向联动功能可根据需要提供二位图样和数据。在三维建模软件中，设计和制造的全过程可使用统一的数据，这种方式使得产品信息的表达更加完整、直观、交流方便[3]。窗体图1.2窗体等轴侧视图窗体大小为1000*500*50，左侧为与等效四杆机构中的一活动杆连接部位，右侧与机架连接，窗体的内部还存在着厚度为10mm面积为3000mm2的密封圈，并且会与墙体接触通过压缩实现密封。墙体图1.3墙体等轴侧视图墙体选用现在已有的墙体结构局部图，墙体高度为8m厚度为100mm，由于整体结构是以简图形式呈现，竖直杆固定件以及减速器承载装置直接固定在墙体之上。长杆图1.3长杆等轴侧视图四杆机构中连接窗体与短杆的结构，两连接位置之间长度为960mm。短杆与竖直杆焊接体图1.4短杆以及竖直杆焊接等轴侧视图电机通过减速器和万向联轴器驱动竖直杆，带动四杆机构实现所需运动。竖直杆长度为6000mm，外径为40mm，内径为20mm。竖直杆最上端存在一凸台直径为60mm厚度为50mm，用以支撑整根杆的重量。万向联轴器图1.5万向联轴器等轴侧视图对于当前已有的万向联轴器进行简化设计以实现功能，除此之外在与蜗轮蜗杆连接的部位加入了第二章