当前位置:首页 >> 机械/仪表 >>

打夯机的三维建模【含全套CAD图纸和三维建模和WORD说明书】


陕西理工学院毕业设计

陕西理工学院本科毕业论文(设计)任务书
院(系) 机械工程学院 专业班级 机自 学生姓名

一、毕业设计题目

打夯机的三维设计

二、毕业设计工作自____2015__年___3_ _月__1_ _日 起至_ 2015__年 6 月__5__日止 三、毕业设计进行地

点: 校 内

四、毕业论文(设计)应完成内容及相关要求: 1. 了解蛙式打夯机的工作原理及主要设计参数及设计过程; 2. 该蛙式打夯机的的输出转数为 60r/min,适用于夯实灰土和黄土地基; 3. 进行传动系统所有零部件的结构设计及三维建模工作 ;并进行运动仿真工作。在装配体结 构的基础之上 ,绘制装配图、装配爆破图, 两张 A4。 4.进行有限元分析。利用有限元分析软件(如:ANSYS 软件)对其中一个零件进行静应力分析, 确定该其应力应变特性,并能满足设计条件。 5.联系实际进行现代设计方法的训练,完成设计性论文的撰写工作,整个设计说明书内容要连 贯,是整体一致;说明书阐述应段落之间有连贯性,语句之间有逻辑性;说明书摘要要反映所做 主要内容。 6.外文参考文献不少 2 篇,其中一篇附原文(PDF 格式) ,并对该外文资料进行翻译,英文翻 译要与原文内容一致,通顺,符合学校的相关规定。 五、毕业论文(设计)应收集资料及参考文献: 利用寒假找到蛙式打夯机实体观察,结合机械设计基础课程弄明白它的工作原理,熟练三 维建模。可查找关于结构设计及有限元分析方面的文献资料;并了解打夯机分类,现状。参考文献 不能都是教材,应该至少有一半是近几年发表的期刊,硕博士论文,内容应该与你的毕设内容相关。 六、毕业论文(设计)的进度安排: 1)寒假收集相关参考文献并阅读,收集相应有用信息,明确本课题的主要工作 ; 2)3 月 5 号左右提交开题报告; 3)5 月中旬完成课题所有工作; 4)5 月底完成论文撰写工作; 5)6 月初答辩; 指导教师签名 专业负责人签名 系(教研室)主任签名 批准日期

陕西理工学院毕业设计

蛙式打夯机的三维设计
000
(陕理工机械工程学院机械设计制造及及自动化专业 000 班,陕西 汉中 723003)

指导老师:000
[摘要]CAE 技术因其设计效率高、周期短,能快速占领市场而被越来越多的应用到现代机械设计过程中。蛙式打
夯机主要由偏心块、夯架、夯锤、皮带轮、电机等组成,通过偏心块离心力带动夯架工作,本次设计主要采用 CAD 技术进行打夯机的三维设计及运动仿真,并在此基础之上进行偏心块的动态特性分析。

[关键词]:蛙式打夯机,结构设计,三维建模,有限元分析

陕西理工学院毕业设计

3D design of tamping machine
000 (Grade00,Class0,Major Mechanical Design and Manufacture and automation,Mechanical Enginieering Dept,Shaanxi Univetsity of Technology,Hanzhong 723000,Shaanxi)

Tutor:000
Abstract: CAE technology have more and more applied to the modern mechanical design process, because of its high
efficiency, short cycle and can quickly occupy the market.Frog hammer is mainly composed of eccentric block, tamper, rammer, pulley, motor and so on, through the frame work of eccentric block centrifugal force to drive ram, this design mainly adopts CAD technology for 3D design and motion simulation of tamping machine, and on this basis to analyze dynamic characteristics of eccentric block.

Keywords: frog rammer, structure design, 3D modeling,finite element analysis

陕西理工学院毕业设计





1 绪论 ..................................................... 1
1.1CAE 技术的发展 ............................................ 1 1.2 蛙式打夯机的概述 ......................................... 1 1.3 本课题的主要工作 ......................................... 2

2 蛙式打夯机总体参数设计计算 ............................... 3
2.1 确定偏心块质量 ........................................... 3 2.2 确定电动机功率 ........................................... 3 2.3 第一对带轮的设计 ......................................... 4 2.3.1 带传动设计 ........................................... 4 2.3.2 选取带型 ............................................. 4 2.3.3 确定带轮的基准直径并验证带速 ......................... 4 2.3.4 确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角.............. 5 2.3.5 确定带的根数 z ........................................ 5 2.3.6 确定带轮的结构和尺寸 ................................. 5 2.3.7 计算压轴力 ........................................... 5 2.4 第二对带轮的设计计算 ..................................... 6 2.4.1 带传动设计 ........................................... 6 2.4.2 选取带型 ............................................. 7 2.4.3 确定带轮的基准直径并验证带速 ......................... 7 2.4.4 确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角.............. 7 2.4.5 确定带的根数 z ........................................ 8

I

陕西理工学院毕业设计

2.4.6 确定带轮的结构和尺寸 ................................. 8 2.4.7 计算压轴力 ........................................... 8

3 轴的设计计算键的选择 ..................................... 9
3.1 轴 1 的设计与校核 ......................................... 9 3.1.1 求作用在带轮上的力 ................................... 9 3.1.2 初步确定轴的最小直径 ............................... 9

3.1.3 轴的结构设计 ....................................... 10 3.1.4 求轴上的载荷 ....................................... 11 3.1.5 3.1.6 按弯曲扭转合成应力校核轴的强度 ................... 12 精确校核轴的疲劳强度 .............................. 12

3.2 轴 2 的设计 .............................................. 16 3.2.1 初步确定轴的尺寸 .................................... 16 3.2.2 带轮 4 上轴的整体设计 ............................... 16

4 蛙式打夯机的三维建模及运动仿真 .......................... 22
4.1 零件建模 ................................................ 18 4.1.1 偏心块建模 .......................................... 18 4.1.2 带轮的三维建模 ...................................... 19 4.1.3 夯头体的三维建模 .................................... 20 4.1.4 其余零件建模 ........................................ 21 4.2 蛙式打夯机的三维装配 .................................... 22 4.3 蛙式打夯机的运动仿真 .................................... 25

5 ANSYS 有限元分析 ........................................ 26
II

陕西理工学院毕业设计

5.1 有限元分析软件简介 ...................................... 26 5.2 分析步骤 ................................................ 26 5.2.1 导入模型 ............................................ 26 5.2.2 网格划分 ............................................ 26 5.2.3 建立约束条件 ........................................ 27 5.2.4 施加载荷 ............................................ 27 5.2.5 分析求解 ............................................ 28 5.2.6 结果分析 ............................................ 29

III

陕西理工学院毕业设计

1 绪论
1.1CAE 技术的发展 “CAE 即计算机辅助工程是用计算机辅助求解复杂丁程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、 动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题 的一种近似数值分析方法” [1]。它的特点是以工程和科学问题为背景,建立计算模型并进行计算机 仿真分析。一方面,CAE 技术的应用,使许多过去受条件限制无法分析的复杂问题,通过计算机数 值模拟得到满意的解答;另一方面,计算机辅助分析使大量繁杂的方程分析问题简单化,使复杂的 过程层次化,节省了大量的时间,避免了低水平重复的工作,使工程分析更快、更准确。在产品的 设计、分析、新产品的开发等方面发挥了重要作用,同时 CAE 这一新兴的数值模拟分析技术在国外 得到了迅猛发展,又推动了许多相关的基础学科和应用科学的进步。 随着计算机技术的普及和不断提高,CAE 系统的功能和计算精度都有很大提高,各种基于产品 数字建模的 CAE 系统应运而生,并已成为结构分析和结构优化的重要工具,同时也是计算机辅助 4c 系统(CAD,CAE,CAPP/CAM)的重要环节。CAD(计算机辅助设计)、CAM(计算机辅助制造) 和 CAPP(计算机辅助工艺)等都属于计算机辅助工程(CAE),而计算流体动力学 CFD 和有限元分析 (FEA)等则是支撑 CAE 的分析工具和手段。采用 CAD 技术来建立 CAE 的几何模型和物理模型。完 成分析数据的输入,通常称此过程为 CAE 的前处理。同样,CAE 的结果也需要用 CAD 技术生成形 象的图形输出,如生成位移图、应力、温度、压力分布的等值线图,表示应力、温度、压力分布的 彩色明暗图,以及随机械载荷和温度载荷变化生成位移、应力、温度、压力等分布的动态显示图。 这一过程叫做 CAE 的后处理。 CAE 的理论基础有限元法:20 世纪 40 年代起源于土木工程和航空工程中的弹性和结构分析问 题的研究。它的发展可以追溯到 Alexander Hrennikoff(1941)和 Richard courant(1942)的工作,他们的 方法具有共同的本质特征:利用网格离散化将一个连续区域转化为一族离散的子区域,通常叫做元。 HrenfIikofr 的丁作离散用类似于格子的网格离散区域;Courant 的方法将区域分解为有限个三角形的 子区域,用于求解来源于圆柱体转矩问题的二阶椭圆偏。Courant 的贡献推动了有限元的发展。1963 至 1964 年 Besseling 等确认了有限元法是处理连续介质问题的一种普遍方法。而后,随着计算机技 术的广泛应用和发展,有限元技术依靠数值计算方法,才迅速发展起来。近 10 年来,有限元法的应 用范围有了大幅度的提高,已由简单的弹性力学的平面问题扩展到空间问题、板壳问题,由静力问 题扩展到稳定性问题、动力学问题和波动问题;分析对象从弹性材料扩展到塑性、粘塑性和复合材 料,从固体力学扩展到流体力学、传热学、电磁学等连续介质力学领域。将有限元分析技术逐渐由 传统的分析和校核扩展到优化设计,并与计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)密切结合, 形成了现在 CAE 技术框架。 1.2 蛙式打夯机的概述 轻型压实设备蛙式打夯机是一种简易压实施工机械,其原理就是利用偏心块做圆周运动产生的 离心惯性力带动夯架上下振动并且向前运动;建筑行业中打地基用,因其行动方式一步一跳,好象 青蛙行走故此得名;其主要部件包括夯锤、夯架、偏心块、皮带轮和电动机等。电动机及传动部分 装在底座上,夯架后端与传动轴铰接,在偏心块离心力作用下,夯架可绕此轴上下摆动。夯架前端 装有夯锤,当夯架向下方摆动时就夯击土壤,向上方摆动时使橇座前移。因此,蛙式夯夯锤每冲击 一次,机身即向前移动一步。 由于蛙式打夯机的整体工作效率低下,而且安全性较差,一般只能进行小面积薄铺层的平整和 初步压实工作,并且随着振动平板夯和振动冲击夯技术的日趋成熟,蛙式打夯机也渐渐的被它们所 替代,仅在民用小型建筑中发挥着它的余热。 蛙式打夯机的设计较简单,其主要结构为大小减速带轮、支承轴、夯头体、底板、以及支架等 构件构成。现在市面上出售的打夯机,其主体部分都是通过焊接完成,这在结构造型上显得很灵活, 可以根据不同的工作环境改变其构成,同时,焊接操作方便,简单,也便于以后对机器的改进。其
第 1 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

采用的材料也主要以钢材为主,这在减小机器结构尺寸,增加机体刚性上取得了很好的效果,使得 打夯机工作效率有了较大的提高。 本次设计的蛙式打夯机在造型上较为传统,其体积较庞大,主要原因是它的夯头体和底板分别 采用的是整体铸造成型,而在现有的打夯机中,其结构主要是采用型钢焊接,这在减小体积、加强 机体总体紧凑性上得到了很好的解决。在本设计中,虽然底板和夯头体采用的是整体造型结构,但 它并不影响机器的工作效率和动力特性。 如图 1.1 所示, “打夯机的工作过程为:电动机 1 输出的转矩通过 V 带 3 传递给减速大带轮 5, 在大带轮的支承轴 4 上有一个二级减速小带轮,转矩再通过 V 带传递给输出大带轮 6,带轮 6 是支 承在轴 7 上的,同时通过螺栓将轴承座 8 和夯头架 10 连接起来,大带轮在转动的过程中,将带动连 接在上的偏心块 9 一起转动。在离心力的作用下,将带动夯头底板 10 做上下冲击震动,从而压实物 料。同时在离心力的作用下,将抬起底板 15 的右部分,起作用是减小底板与地面的摩擦力作用,从 而使整机前移”[2]。

1、电动机;2、出轴带轮 1;3、窄 V 带(SPZ) ;4、轴;5、减速大带轮 2; 6、输出大带轮 4; 7、轴;8、轴承座;9、偏心块;10、夯头底板;11、连接螺栓;12、支承架;13、张紧螺钉;14、 电机支架;15、底板
图 1.1 蛙式打夯机结构简图

1.3 本课题的主要工作 本课题为打夯机的三维设计,在设计过程中需要完成的工作主要包括:蛙式打夯机总体结构设 计,电动机的选择,对蛙式打夯机的传动系统、执行部件及机架设计,对设计零件进行设计计算分 析和校核,运用计算机辅助设计软件对设计的零件进行三维建模,运用计算机辅助设计软件对打夯 机夯架进行静应力分析,绘制整机装配图及零件图。

第 2 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

2 蛙式打夯机总体参数设计计算
2.1 确定偏心块质量 根据本课题要求的设计基本参数:打击次数 60 次/分 , 打击力:约 600N 由于蛙式打夯机工作时的

F总 ? F离 ? F总

总在分析偏心块受力时应考虑到:当夯头被抬升至最高位置时,只有偏心块产生的离心力只需 要克服夯头重力,即 F离 ? G总 。才能将夯头带起,并使整机前移。 根据已知条件,n=60 r/min,则

? ? 2?n ? 2?rad / s
假设偏心块厚度为 30mm,其他尺寸如图 2.1 所示:

图 2.1 偏心块结构

根据图中尺寸,确定工作所需功率,本设计中假设夯头连杆间距离为 900mm, 由公式 P=FRω ,首先需要确定离心力的大小, 离心力公式为 F=ma=mR ? 2, 其中 R 为偏心块到转轴中心的距离,在本设计中,其计算过程如下: 有偏心块计算公式: B ?

2 R sin ? 可得: 3?

B?

2 R sin ? =250mm 3?

夹角值取 22.5 度。 根据图 2.1 中偏心块尺寸,计算其质量,需要说明的是,由于偏心块受到较大的冲击载荷,在 3 选择材料时,选用铸钢材料,其密度 ? ? 7.8g / cm ,扇形面积计算公式:1/2× 弧长× 半径。体积:面 积?高 由 m ? ?? ? 7.8 ? [ 2.2 确定电动机功率 故以上得夯头受力为:F=mR ? 2=25.257 ? 0.25 ? (2 ? )2=249.3N
第 3 页 共 37 页

45 ? (40 2 ? 15 2 ) ? 2 ? 3] ? 1000 ? 25.257 kg 360

陕西理工学院毕业设计

计算工作时所需功率:由
1 2 3

P ? FR? ? 249 .3 ? 0.9 ? 2? ? 1.409 KW ? =? 2? 2? =0.962×0.982×0.99=0.876

由于带在传动过程中,存在着功率的损失,查《机械设计课程设计手册》[3]可得, ?1 为 V 带的效率,? 2 为第一、二对轴承的效率, ? 3 为联轴器的效率。 则电机所需功率为 P o =1.409 ? 0.876=1.608KW 查《机械设计课程设计手册》得: 选择,其铭牌如下表 2.1:
表 2-1 Y 系列三相异步电动机

电动机型号 额定功率 KW

满载转速 r/min 同步转速 1000r/min,6 级 940

堵转转矩/ 最大转矩/ 质量 Kg 额定转矩 额定转矩 2.0 2.0 45

Y112M-6

2.2

2.3 第一对带轮的设计 2.3.1 带传动设计 输出功率 P=2.2kW,转速 n1=940r/min,n2=300r/min

Pd ? K A P?d
根据 V 带的载荷平稳,两班工作制(16 小时) ,查《机械设计》P296 表 4, 取 KA=1.1。即 Pd ? K A P ?d =2.42KW 2.3.2 选取带型 普通 V 带的带型根据传动的设计功率 Pd 和小带轮的转速 n1 按《机械设计》[4]中数据选取。 根据算出的 Pd=2.42kW 及小带轮转速 n1=940r/min ,查图得: d d =80~100 可知应选取 A 型 V 带。 2.3.3 确定带轮的基准直径并验证带速 由《机械设计》P298 表 13-7 查得,小带轮基准直径为 80~100mm 则取 dd1=90mm> ddmin.=75 mm,如表 2.2(dd1 根据 P295 表 13-4 查得)
表 2.2 V 带带轮最小基准直径

dd min
D 355 E 500

槽型

Y 20

Z 50

A 75

B 125

C 200

dd min

i1 ?

d d 2 940 ? ? 3.13, 所以d d 2 ? 90? 3.13 ? 282m m d d 1 300
dd 2
=250mm

由《机械设计》P295 表 13-4 查“V 带轮的基准直径” ,得
i误 =

误差验算传动比:
i?

dd 2 250 ? ? 2.83 dd 1 (1 ? ? ) 90 ? (1 ? 2%) ( ? 为弹性滑动率)

误差

i误 ? i1 2.83 ? 2.88 ?100% ? ?100% ? 1.58%<5% i1 2.88

符合要求

第 4 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

? 4.43m / s 60 ?1000 60 ?1000 满足 4m/s<v<25~30m/s 的要求,故验算带速合适。 2.3.4 确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角
由式

带速 v ?

?d d 1n

?

? ? 90 ? 940

0.7 ? dd1 ? dd 2 ? ? a0 ? 2 ? dd1 ? dd 2 ?

可得 0.7(90+250) ? 即 238 ?

a0 ? a0

2(90+250) =340mm

a0 ?

680,选取

所以有:

Ldo ? 2a0 ?

?
2

(d d 1 ? d d 2 ) ?

(d d 2 ? d d 1 )2 4a0

? ? (250 ? 90) 2 ? ? ? 2 ? 340 ? (90 ? 250) ? mm 2 4 ? 340 ? ? ? ? 1469mm
由《机械设计》P293 表 13-2 查得 Ld=1250mm

实际中心距

a ? a0 ?

Ld ? Ldo 1400 ? 1250 ? 340+ ? 348.5mm 2 2

a1 ? 180o ? 57.3o ?
符合要求。 2.3.5 确定带的根数 z

dd 2 ? dd1 250 ? 90 ? 180o ? 57.3o ? ? 153.7o>120o a 348.5

根据三角带根数 Z ? N1

式中:N1 为—根三角带传动的功率,N0 为单根三角带在 ?1 下传递的功率,查表得 N0=0.56 C1—包角系数,查表得 C1=0.98 三角带传递的功率 N1=2.2 KW 将所查数据代入可得
Z? N1 ?4 N 0C1

N 0C1

? 180? 、特定长度、平稳工作情况

所以,所需带轮的根数为 4 根 2.3.6 确定带轮的结构和尺寸 根据 V 带轮结构的选择条件,电机的主轴直径为 d=28mm; 由《机械设计》P293 , “V 带轮的结构”判断:当 3d<dd1(90mm)<300mm,可采用实心式带轮 作为小带轮。 由于 dd2=250mm,所以宜选用孔板式带轮。 总之,小带轮选实心式结构,大带轮选择孔板式结构。 带轮的材料:选用灰铸铁,HT200。 2.3.7 计算压轴力 由《机械设计》P303 表 13-12 查得,A 型带的初拉力 F0=133.46N,上面已得到 a1 ? 153.7 ,
?

第 5 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

z=8,则

FZ ? 2 zF0 sin

a1 153 .7? ? 2 ? 8 ?133 .46 ? sin N ? 2079 .8 N 2 2

对带轮的主要要求是质量小且分布均匀、工艺性好、与带接触的工作表面加工精度要高,以减 少带的磨损。转速高时要进行动平衡,对于铸造和焊接带轮的内应力要小 , 带轮由轮缘、腹板(轮 辐)和轮毂三部分组成。带轮的外圈环形部分称为轮缘,轮缘是带轮的工作部分,用以安装传动带, 制有梯形轮槽。由于普通 V 带两侧面间的夹角是 40° ,为了适应 V 带在带轮上弯曲时截面变形而使 楔角减小,故规定普通 V 带轮槽角 为 32° 、34° 、36° 、38° (按带的型号及带轮直径确定) , 。装在轴 上的筒形部分称为轮毂,是带轮与轴的联接部分。中间部分称为轮幅(腹板) ,用来联接轮缘与轮毂 成一整体。 V 带轮按腹板(轮辐)结构的不同分为以下几种型式: (1) 实心带轮:用于尺寸较小的带轮(dd≤(2.5~3)d 时),如图 2.3a。 ? (2) 腹板带轮:用于中小尺寸的带轮(dd≤ 300mm 时),如图 2.3b。 (3) 孔板带轮:用于尺寸较大的带轮((dd-d)> 100 mm 时),如图 2.3c 。? (4) 椭圆轮辐带轮:用于尺寸大的带轮(dd> 500mm 时),如图 2.3d。

(a)

(b)

(c)
图 2.3 带轮结构类型

(d)

根据设计结果,可以得出结论:小带轮选择实心带轮,如图(a),大带轮选择孔板带轮如图(c) 。 大带轮结构尺寸如图 2.4 所示:

图 2.4 带轮

2.4 第二对带轮的设计计算 2.4.1 带传动设计
1= P 输入功率 P

?1 ? 2 ? 3

=2.2kW×0.96×0.98×0.99=2.04kW

由于带在传动过程中,存在着功率的损失,查《机械设计课程设计手册》可得, ?1 为 V 带的效率,? 2 为第一、二对轴承的效率, ? 3 为联轴器的效率。 转速 n2=300r/min,n3=60r/min 计算设计功率 Pd ? K A Ped 根据 V 带的载荷平稳,两班工作制(16 小时) ,查《机械设计》P296 表 4, 取 KA=1.1。即 P ? 2 . 224 KW d
第 6 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

2.4.2 选取带型 普通 V 带的带型根据传动的设计功率 Pd 和小带轮的转速 n1 按《机械设计》中查的。 根据算出的 Pd=2.224kW 及小带轮转速 n2=300r/min ,查图得:dd=80~100 可知应选取 A 型 V 带。 2.4.3 确定带轮的基准直径并验证带速 由《机械设计》查得,小带轮基准直径为 80~100mm 则取 dd1=100mm> ddmin.=75 mm,如表 2.3:
表 2.3 V 带带轮最小基准直径

dd min

槽型
dd min

Y 20

Z 50

A 75

B 125

C 200

D 355

E 500

i1 ?

d d 3 300 ? ? 5, 所以d d 4 ? 100? 5 ? 500m m dd 4 60
dd 2
=500mm

由《机械设计》P295 表 13-4 查“V 带轮的基准直径” ,得

i误 =
误差验算传动比:

dd 2 500 ? ? 5.1020 dd 1 (1 ? ? ) 100 ? (1 ? 2%) ( ? 为弹性滑动率)

i?
误差

i误 ? i1 5.10 ? 5 ?100% ? ?100% ? 2%<5% i1 5

符合要求

v?
带速

?d d 1n
60 ?1000

?

? ?100 ? 940
60 ?1000

? 4.92 m / s

满足 4m/s<v<25~30m/s 的要求,故验算带速合适。 2.4.4 确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角 由式

0.7 ? dd1 ? dd 2 ? ? a0 ? 2 ? dd1 ? dd 2 ?
a

可得 0.7(100+500) ? 0 ? 2(100+500) a a 即 420 ? 0 ? 1200,选取 0 =700mm 所以有:

(d d 2 ? d d 1 )2 Ldo ? 2a0 ? (d d 1 ? d d 2 ) ? 2 4a0 ? ? (500 ? 100) 2 ? ? ? 2 ? 700 ? (100 ? 500) ? mm 2 4 ? 700 ? ? ? ? 2399mm
由《机械设计》P293 表 13-2 查得 Ld=2400mm

?

实际中心距

a ? a0 ?

Ld ? Ldo 2400 ? 2399 ? 700+ ? 700.5mm 2 2

第 7 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

a1 ? 180o ? 57.3o ?
符合要求。 2.4.5 确定带的根数 z 根据三角带根数
Z?

dd 2 ? dd1 500 ? 100 ? 180o ? 57.3o ? ? 147.28o >120o a 700.5

式中:N1 为—根三角带传动的功率,N0 为单根三角带在 ?1 下传递的功率,查表得 N0=0.50 C1—包角系数,查表得 C1=0.98 三角带传递的功率 N1=2.04 KW 将所查数据代入可得
Z? N1 ?4 N 0C1

N1 N 0C1

? 180? 、特定长度、平稳工作情况

所以,所需带轮的根数为 4 根 2.4.6 确定带轮的结构和尺寸 根据 V 带轮结构的选择条件,电机的主轴直径为 d=28mm; 由《机械设计》P293 , “V 带轮的结构”判断:当 3d<dd1(90mm)<300mm,可采用孔板式或者 实心式带轮,这次选择实心式作为小带轮。 由于 dd=500mm,所以宜选用轮辐式带轮。 总之,小带轮选实心式结构,大带轮选择轮辐式结构。 带轮的材料:选用灰铸铁,HT200。 2.4.7 计算压轴力 由《机械设计》 P303 表 13-12 查得, A 型带的初拉力 F0=130.59N,上面已得到 a1 ? 153.36? ,

z=6,则

Fz ? 2 zF0 sin

a1 153 .7? ? 2 ? 6 ?130 .59 ? sin N ? 1526 N 2 2

对带轮的主要要求是质量小且分布均匀、工艺性好、与带接触的工作表面加工精度要高,以减 少带的磨损。转速高时要进行动平衡,对于铸造和焊接带轮的内应力要小 , 带轮由轮缘、腹板(轮 辐)和轮毂三部分组成。带轮的外圈环形部分称为轮缘,轮缘是带轮的工作部分,用以安装传动带, 制有梯形轮槽。由于普通 V 带两侧面间的夹角是 40° ,为了适应 V 带在带轮上弯曲时截面变形而使 楔角减小,故规定普通 V 带轮槽角 为 32° 、34° 、36° 、38° (按带的型号及带轮直径确定) ,装在轴 上的筒形部分称为轮毂,是带轮与轴的联接部分。中间部分称为轮幅(腹板) ,用来联接轮缘与轮毂 成一整体。 根据设计结果,可以得出结论:小带轮选择实心带轮,大带轮选择轮辐式带轮。

第 8 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

3 轴的设计计算键的选择
3.1 轴 1 的设计与校核 3.1.1 求作用在带轮上的力 因已知低速级带轮的直径为 d 2 =500 mm



2T3 2 ? 1495.5 ? 103 ? d 500 t 2 F = = =8926.93 N
? o tan? n tan 20 tan 20 ? ? 1630 tan 20 ? 4348 . 16 ? .06N 8926.93 ? o ? cos ? cos 13 . 86 t cos14 54 ? r F =F = =3356.64 N

F a =F t tan ? =4348.16× tan 13 .54 ? =2315.31 N 圆周力 F t ,径向力 F r 及轴向力 F a 的方向如图 3.1 所示。

图 3.1

轴 1 的载荷分布图

3.1.2 初步确定轴的最小直径 p (1)先按《机械设计》 370 式(15-2)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《机械设计》查表取取 Ao ? 112,于是得

d min ? Ao 3

6.84 P 3 376 3 =112 ×. =60.36 ? 35 m m 43.68 n3

(2)联轴器的选择。输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径 dⅠ?Ⅱ(图 3-2) 。为了使所选
第 9 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

的轴直径 Ⅰ?Ⅱ 与联轴器的孔径相适,故需同时选取联轴器的型号。 查课本表 14-1,考虑到转矩变化很小,故取 K a =1.3,则:
9 1.3 1495.5 × = 1834.287 Tca ? KaT3 = ?1 .5× ? 311 .35 ?10 467 .0275 N ? mN / m

d

按照计算转矩 Tca 应小于联轴器公称转矩的条件,查《机械设计手册》 173 表 17-4,选用 LT10 弹性套柱销联轴器(GB/T4323—2002) ,其公称转矩为 2000 N / m 。半联轴器的孔径 d1=65 mm, dⅠ?Ⅱ 故取 =65 mm,半联轴器的长度 L=142 mm,半联轴器与轴配合的毂孔长度 L1=107 mm。 3.1.3 轴的结构设计 (1)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 ① 为了满足半联轴器的要求的轴向定位要求,Ⅰ-Ⅱ轴段右端需要制出一轴肩,故取Ⅱ-Ⅲ的直径 dⅡ?Ⅲ = ? 47 m m 左端用轴端挡圈定位,按轴端直径取挡圈直径 D=85 mm。半联轴器与轴配合的毂孔 80 mm; ? 105 82mm 长度 L1=107 mm,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端上, 现取 l mm。 Ⅰ ?Ⅱ= ② 初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用 ,故选用单列圆锥滚子轴承。参 照工作要求并根据 dⅡ?Ⅲ ? =47 80 mm mm,由轴承产品目录中初步选取 0 基本游隙组、标准精度级的单列圆 锥滚子轴承 (GB/T 297—1994) 30217 型, 其尺寸为 d×D×T=85 mm×150 mm×30.5 mm, 故 dⅢ?Ⅳ ? dⅦ?Ⅷ ? 50 = dⅥ?Ⅶ = mm;右端圆锥滚子轴承采用套筒进行轴向定位,取套筒宽为 14 mm,则 lⅦ?Ⅷ ? = 44.5 16 mm ? 85 58mm mm。 d ③ 取安装带轮处的轴段 Ⅳ-Ⅴ =90 mm;带轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知带轮的 毂宽度为 90 mm,为了使套筒端面可靠地压紧带轮,此轴段应略短于轮毂宽度,故取该段长度为 86 mm。带轮的右端采用轴肩定位,轴肩高 h>0.07d,故取 h=7 mm,则 dⅤ?Ⅵ = 104 mm。轴环宽度 ? 65 mm b ? 1.4h ,取 b=12 mm。 ④ 轴承端盖的总宽度为 37.5 mm(由减速器及轴承端盖的结构设计而定)。根据轴承端盖的装拆 及便于对轴承添加润滑脂的要求,取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离 l ? 30 mm ,故取 lⅡ?Ⅲ ? 50mm =67.5 mm。 至此,已初步确定了轴 1 的结构如图 3.2,轴 1 各段直径和长度如表 3.1。

p






图 3.2


轴 1 的结构设计示意图

Ⅴ Ⅵ
dⅣ-Ⅴ


p106

带轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按

=90 mm 由《机械设计》

表 6-1

查得平键截面 b×h=25 mm×14 mm,键槽用键槽铣刀加工,长为 70 mm,同时为了保证带轮与轴

H7 配合有良好的对中性,故选择带轮毂与轴的配合为 n6 ;同样,半联轴器与轴的连接,选用平键为 H7 20 mm×12 mm×90 mm,半联轴器与轴的配合为 k6 。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保
证的,此处选轴的直径尺寸公差为 m6

第 10 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

表 3.1

轴 1 结构设计参数

段名

Ⅰ-Ⅱ

Ⅱ-Ⅲ

Ⅲ-Ⅳ

Ⅳ-Ⅴ

Ⅴ -Ⅵ

Ⅵ-Ⅶ

参数 直径/mm 长度/mm 键 b×h× L/mm C 或 R/mm 65 H7/k6 105 20 ×12 ×90 80 67.5 85 m6 46 90 H7/n6 86 25×14×70 104 12 85 m6 44.5

Ⅰ处 o 2×45

Ⅱ处 R2

Ⅲ 处 R2.5

Ⅳ 处 R2.5

Ⅴ 处 R2.5

Ⅵ 处 R2.5

Ⅶ处 o 2.5×45

参考《机械设计》 365 表 15-2,取轴左端倒角为 2× 45 ,右端倒角为 2.5× 45 。各轴肩处的 圆角半径为:Ⅱ处为 R2,其余为 R2.5。 3.1.4 求轴上的载荷 首先根据结构图(图 3.2)作出轴的计算简图(表 3.1) 。在确定轴承的支点位置时,应从手册中查得 a 值。对于 30217 型圆锥滚子轴承,由手册中查得 a=29.9 mm。因此,作为简支梁的轴的支承跨距

p

?

?

L2 ? L3 = ? 114 .8mm? 60.8mm ? 175.6mm 57.1+71.6=128.7 mm。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图(图 3.1) 。
从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。计算步骤如下: 首先根据结构图(图 3.2)作出轴的计算简图(表 3.1) 。在确定轴承的支点位置时,应从手册中查得 a 值。对于 30217 型圆锥滚子轴承,由手册中查得 a=29.9 mm。因此,作为简支梁的轴的支承跨距

L2 ? L3 = ? 114 .8mm? 60.8mm ? 175.6mm 57.1+71.6=128.7 mm。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图(图 3.1) 。
从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。计算步骤如下:

L2 ? L3 = ? 114 .8mm? 60.8mm ? 175.6mm 57.1+71.6=128.7 mm

L3 60.8 71.6 FNH 1 ? Ft ? 4348 .16 ? ? 8926.93 ? 1506N FNH 1 L2 ? L3 175 . 6 57.1 ? 71.6 = = =4 966.34 N
L2 57.1 114.8 FNH 2 ? Ft ? 4348 .16 ? ? 8926.93 ? 2843N FNH 2 L2 ? L3 175.6 = = 57.1 ? 71.6 =3 960.59 N
Fr L3 ? Fa D 2315.31? 316.125 3356.64 ? 71.6 ? 2 ? 809 2 N L2 ? L3 = 57.1 ? 71.6 =2 676.96 N

FNV 1 ? FNV 1



FNV ? Fr ? FNV 2 = ? 1630 ? 809 ? 821 N NV 2 2= 3 356.64-2 676.96 = 679.68 N

第 11 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

FNH 1 L2.8N ? mm MH = ? 172888 =4 966.34×57.1=283 578.014 N / m M V 1 ? F L ? 809?114.8 ? 92873 M .2N ? mm N /m V 1 = NV 1 2 =2 676.96×57.1=152 854.416 M V 2 ? F L ? 821? 60.8 ? 49916 M .8N ? mm N /m V 2 = NV 2 3 =679.68×71.6=486 65.09
2 2 2 2 2 2 M11 ? M H M ? MV ? 172889 ? 92873 ? 196255 N ? mm 283578.014 ?152854.416 1 = = =322 150.53 N / m

M2



2 2 MH ? MV 2

= 283578.014 ? 48665.09 2 =287 723.45 N / m
2 2

3.1.5 按弯曲扭转合成应力校核轴的强度 p 进行校核时, 通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面 (即危险截面 C) 的强度。 根据课本 373 式(15-5)及表 3.2 中的数据,以及轴单向旋转,扭转切应力为脉动循环变应力,取 ? =0.6,轴的计算 应力
2 2 ? ca = M1 ? (?T3 ) =12.4 MPa

W

前已选轴材料为 45 钢,调质处理,查课本 故此轴安全。 3.1.6 精确校核轴的疲劳强度 (1)判断危险截面

p362

表 15-1 得[ ? ?1 ]=60MP a 。因此

? ca 〈 [ ? ?1 ],

截面 A,Ⅱ,Ⅲ,B 只受扭矩作用, 虽然键槽、 轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将消弱轴的疲劳 强度,但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的,所以截面 A,Ⅱ,Ⅲ,B 均无需校核。 从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看,截面Ⅳ和Ⅴ处过盈配合引起的应力集中最严重,从受 载来看,截面 C 上的应力最大。截面Ⅴ的应力集中的影响和截面Ⅳ的相近,但是截面Ⅴ不受扭矩作 用,同时轴径也较大,故不必做强度校核。截面 C 上虽然应力最大,但是应力集中不大(过盈配合 及键槽引起的应力集中均在两端) ,而且这里轴的直径最大,故截面 C 也不必校核,截面Ⅵ和Ⅶ显然 更不必要校核。由《机械设计》第 3 章的附录可知,键槽的应力集中较系数比过盈配合的小,因而, 该轴只需校核截面Ⅳ左右两侧即可。 (2)截面Ⅳ左侧
3 3 抗弯截面系数 W=0.1 d 3 =0.1 ? 85 =61 412.5 mm

抗扭截面系数

wT =0.2 d 3 =0.2 ? 853 =122 825 mm 3

截面Ⅶ的右侧的弯矩 M 为

M ? M1 ?

L2 ? 41 ? 90834 .04N / m L2
T3 =1 410 990 N / m

截面Ⅳ上的扭矩 T3 为 截面上的弯曲应力

?b ? 1.48 MPa
截面上的扭转切应力
第 12 页 共 37 页

M W

陕西理工学院毕业设计

? T=

T3 1410990 = 1410990 WT 145800 122825 =11.49 MPa
p 362
表 15-1 查得

轴的材料为 45 钢,调质处理。由课本

? B ? 640MPa

? ?1 ? 275MPa

T?1 ? 155MPa

截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数

??



??

按课本

p 40

附表 3-2 查取。因

r 2.5 D 90 = =0.029 = =1.06 d 85 , d 85
经插值后查得

??

=1.9,

??

=1.29

又由《机械设计》

p 41

附图 3-1 可得轴的材料的敏性系数为

q?=0.84



q?

=0.88

故有效应力集中系数按式(《机械设计》

P42

附表 3-4)为

K?= 1 ? q? (?? ?1)= 1 ? 0.84 ? (1.9 ?1) =1.756 K?= 1 ? q? (?? ?1)= 1 ? 0.88 ? (1.29 ?1)= 1.545
由课本

P42

附图 3-2 的尺寸系数

??=0.64 ;由课本 P43 附图 3-3 的扭转尺寸系数 ??=0.77 。

轴按磨削加工,由课本

P44

附图 3-4 得表面质量系数为

??=??=0.92
轴为经表面强化处理,即

? q=1

,则按课本

P25

式(3-12)及式(3-12a)得综合系数为

K?=

??

k?

?

1.756 1 ?1 = + -1=2.83 ?? 0.64 0.92 1.545 1 ?1 = ? ?1 =2.09 ?? 0.77 0.92 1

1

K?=

??

k?

?

又由课本

§ 3 ? 1 及 §3-2 得碳钢的特性系数

?? ? 0.1 ~ 0.2 ,取 ??=0.1
? z ? 0.05 ~ 0.1,取 ??=0.05
第 13 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

于是,计算安全系数

S ca 值,按课本 P374 式(15-6)~ (15-8)则得

? ?1 275 ? K ? ? ? ? a m = 2.83 ?1.48 ? 0.1? 0 =65.66 S? = ? a
155 ? ?1 ? 1.545 ? 11.49 ? 0.05 ? 11.49 k ? ? ? ? t m = 2 2 =16.92 S? = ? a
?16.92 ? 10.65.66 5 2 S ca = S? ? S? = 65.66 ? 16.922 =16.38≥S=1.5
2 2

S ? S?

故可知其安全。 截面Ⅳ右侧
3 3 3 抗弯截面系数 W=0.1 d =0.1 ? 90 =72 900 mm

抗扭截面系数

wT =0.2 d 3 =0.2 ? 90 3 =145 800 mm 3

截面Ⅶ的右侧的弯矩 M 为

M=M1 ?

L2 ? 41 63.1 ? 57.1 ?41 41 =324756.72 ? 322150.53 ? L2 63.1 57.1 =90 834.04 N / mm

截面Ⅳ上的扭矩

T3 为

T3 =1 410 990 N / mm

截面上的弯曲应力

? b=

90834.04 M 9 1568.88 = 72900 =1.25 MPa W
T3 1410990 = 1410990 WT 145800 145800 =9.68 MPa

截面上的扭转切应力

? T=

k? k? P ? k ? 过盈配合处的 ? ,由课本 43 附表 3-8 用插值法求出,并取 ? =0.8 ? ,于是得

k?

?? =3.24

k?

k? k? =0.8×3.24=2.59
P44
附图 3-4 得表面质量系数为

轴按磨削加工,由课本

??=??=0.92
轴为经表面强化处理,即

? q=1

,则按课本

P25

式(3-12)及式(3-12a)得综合系数为

第 14 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

K?=

??

k?

?

1.756 1 1 ?1 = 3.24 ? + -1 ? 1 =2.83 ?? 0.64 0.92 0.92 =3.33
1.545 1 ?1 = 2.59 ?? 1 ?? =2.09 11 ?? 0.77 0.92 0.92 =2.68 1

1

K?=

??

k?

?

3 ? 1 及 §3-2 得碳钢的特性系数 又由课本 §

?? ? 0.1 ~ 0.2 ,取 ??=0.1

?? ? 0.05 ~ 0.1,取 ??=0.05
于是,计算安全系数

S ca 值,按课本 P374 式(15-6) (15-8)则得 ~

? ?1 275 ? K ? ? ? ? a m = 3.33 ?1.25 ? 0.1? 0 =66.07 S? = ? a
? ?1 ? 2.68 ? 9.68 ? 0.05 ? 9.68 k ? ? ? ? t m = 2 2 =16.92 S? = ? a
故该轴的截面Ⅳ右侧的强度也是足够的。本轴因无大的瞬时过载及严重的应力循环对称性,故可 略去静强度校核。至此,轴 1 的设计计算即告结束。 轴 1 的结构尺寸如图 3.3 所示:
图 3.3 轴 1

155

第 15 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

3.2 轴 2 的设计 3.2.1 初步确定轴的尺寸 轴材料选用 45 钢调质, 参考 《材料力学》 得, G=80 轴上转矩:
3?0.9219 T1 ? 9549 P n ? 9549 100 =264 N/m
[4]

GPa , [? ] ? 40GPa , [? `] ? 1.5。/ m



由强度条件:
T ? ? T? ? 16 ? [? ] ?D
max t max 3 3

Tmax 3 D3 ? 3 16 ? [? ] ?

16?264

? [40?106 ]

=32.3 mm

由刚度条件:
180 ? ?T ? max GI ? ? ?
max p 。

Tmax G?
? D34
32

? 180 ?



D3 ? 4

32Tmax ?180。 G? 2 [??]

?

33.6 mm

初取轴的直径为 D=60 mm 3.2.2 轴 2 的整体设计 轴 2 上主要安装的零件有,带轮 4,夯头架,固定套筒。在设计轴时,其长度应该大于这几个 零件宽度之和,如图 3.4,在校核轴时,主要应考虑的是轴的受力弯曲变形。
图 3.4 轴 2

至此主要传动件的设计计算已经全部完毕,其余部件如底座,支架的结构尺寸由网上现有的数 据查的,在此不一一列出。主要传动部件的计算已经全部结束,其余配件的尺寸及设计方法借鉴于 网上现有的数据。 夯头体结构尺寸如图 3.4 所示:

图 3.4 夯头体 蛙式打夯机的整体装配图如图 3.5(转下页) 。

第 16 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

图 3.5 蛙式打夯机装配图

第 17 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

4 蛙式打夯机的三维建模及运动仿真
Pro/E 是一个基于特征的建模器,整个机器模型都是由一系列特征构成的。三维实体建模,实际 上是以“搭积木”的方式依次将各种特征添加到已有的特征之上,从而构成具有清晰结构的实际结 果。 利用 Pro/E 进行建模的时候,首先要完成各个零部件的设计,再把零部件按照装配关系组装在 一起。 零部件的设计命令由草绘、拉伸、旋转、扫描和其他基础命令组成。通过重复这些基本命令, 设计出符合要求的零件三维图。 所有的零件三维图绘制完毕后,则要进行组装。零件的装配是在组件模式下进行的,导入首个 要装配的部件,以此为基础导入其他部件,设置约束条件,确定部件的位置关系进行装配即可。 本次三维建模主要有以下图形:电动机,出轴带轮,窄 V 带(SPZ) ,低速轴,减速大带轮 2, 输出大带轮 4,高速轴,轴承座,偏心块,夯头底板,连接螺栓,支承架,电机支架,底板。 4.1 零件建模 4.1.1 偏心块建模 进入 pro/E 草绘界面,绘制零件轮廓如 4.4

图 4.4 偏心块初次草绘

绘制完成后,对草图进行初次拉伸得图 4.5

图 4.5 偏心块初次拉伸

重复草绘拉伸,镜像,倒角得到最终偏心块三维图 4.6

第 18 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

图 4.6 偏心块三维模型

4.1.2 带轮的三维建模 绘制带轮 1 的零件轮廓,如图 4.7

图 4.7 带轮 1 的第一次草绘图形

将草绘图形旋转得图 4.8

图 4.8 带轮 1 旋转后零件图

继续草绘,拉伸,阵列,旋转得带轮 1 三维模型图 4.9

第 19 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

图 4.9 带轮 1 三维模型

带轮 2,3,4 的建模方法与带轮 1 的方法相同,只是草绘尺寸不同,一下不做过多的赘述。 4.1.3 夯头体的三维建模 绘制夯头体零件轮廓如图 4.10

图 4.10 夯头体的初次草绘

初次拉伸得图 4.11

图 4.11

夯头体的初次拉伸

重复草绘拉伸,镜像等命令得夯头体最终三维模型图 4.12

第 20 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

图 4.12 夯头体

4.1.4 其余零件建模 其余零件的建模方法与上述方法基本相同,不做过多描述,仅将三维模型展示如下。

图 4.13 带轮 2

图 4.14 带轮 4

图 4.15 底板

图 4.16 轴 2

第 21 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

图 4.17 轴 1

图 4.18 电机

图 4.19 支架

图 4.20 带轮 3

4.2 蛙式打夯机的三维装配 所有的零件三维图绘制完毕后,则要进行组装。零件的装配是在组件模式下进行的,导入首个 要装配的部件,以此为基础导入其他部件,设置约束条件,确定部件的位置关系进行装配即可。具 体装配步骤为下:

图 4.21 选择装配模块

再单击元件添加到组件按钮,之后选取和导入要进行装配的部件,如图 4.22

第 22 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

图 4.22 插入元件

设置好约束关系之后,一一导入元件,进行装配,如图 4.23。

图 4.23 设置约束

蛙式打夯机的主要装配过程如下: 由底板开始装配,先装入扶手,扶手柱的中心线与底板上孔的中心线重合,故将他们两个的位 置关系进行约束,装入扶手后,如图 4.24。

图 4.24 装入扶手

支撑架与底板为螺钉连接,需将它们上的孔的位置关系一一对应,将中心线的位置进行约束, 电机与支架同理,装入电机与支架后如图 4.25。

第 23 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

图 4.25 装入支架与电机

带轮与轴之间为销钉连接,轴与带轮孔的中心线同轴,故将其的位置关系进行约束后,在装入 轴承座,如图 4.26。

图 4.26 装入带轮与轴

V 带与带轮之间表面有接触,故将带轮的表面与 V 带的表面的位置关系约束,进而将 V 带的弯 曲处的圆心与轴的中心线放在同一处,在装入螺栓以及剩余部件整机装配完成,如图 4.27。

图 4.27 装配完成

第 24 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

4.3 蛙式打夯机的运动仿真 运动仿真的前提是基于装配图的,在装配是必须保留所需的自由度才能进行仿真运动。保留所 需自由度后进入机构页面进行仿真。三维模型如图 4.28。

图 4.28 打夯机三维模型

模型中电机带轮与电机轴为销钉联接,带轮 2 与带轮 3 与高速轴为销钉联接,带轮 4 与低速轴 为销钉联接,定义电动机选择运动轴,定义电动机为力矩,然后各零件的运动关系都被定义好了以 后,就可以进行仿真运动了,运动仿真用 Pro/E 软件上的分析功能,通过设计运动时间,运动方向, 然后进行运动分析,分析完成后使用回放功能查看仿真结果。动画即可生成,点击“捕获” ,将动画 保存为 MPEG 格式,即可生成蛙式打夯机的仿真动画,将其“确定”即可保存。具体情况见光盘。

第 25 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

5 ANSYS 有限元分析
5.1 有限元分析软件简介 Ansys 一个融结构、热、流体、电、磁、声学于一体的大型通用有限元软件,作为目前最流行 的有限元软件之一,它具备功能强大、兼容性好、使用方便、计算速度快等优点,成为工程师们开 发设计的首选,广泛应用于一般工业及科学研究领域,而在机械结构系统中,主要在于分析机械结 构系统收到附在后产生的反应,如位移、应力、变形等,根据该反应判断是否符合设计要求。 对于实体建模,ANSYS 提供了两种基本方法,即“自顶向下的建模法”和“自底向上的建模法” 。 “自顶向下的建模法”就是在确定的坐标系下直接定义实体体素结构,然后对这些实体体素求“交” 、 “并” 、 “差”等布尔运算生成所需的几何体。 “自底向上的建模法”就是在确定的坐标系下 ,依次定 义点、线、面,最后由面生成体的一个完整的建模过程。对于其中的一些具体定义操作,ANSYS 还提 供了直接定义、拉伸、扫描、旋转、复制等操作特征以供选用。本课题中偏心块的实体模型从 Pro/E 软件中导入。 5.2 分析步骤 5.2.1 导入模型 在 ansysworkbench 运行环境中,导入已经建立好的夯头体的模型。单击 file/import/proe 到模型 文件夹导入模型。如下如图 5.1 所示:

图 5.1 导入夯头体模型

5.2.2 网格划分 单击/preprocessor/meshing/meshtool/,在弹出的对话框 meshtool 中选择 smartsize,6 级精度,定义 11 2 材料属性中弹性模量 EX=2.0 ?10 N ? m m ,泊松比 PRXY=0.3,精度为三级精度。如图 5.2 所示:

图 5.2 定义材料及网格精度

第 26 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

单击 mesh,选择所要划分的夯头体,结果如图 5.3 所示:

图 5.3 夯头体模型进行网格划分

5.2.3 建立约束条件 单击 select entities,选择轴孔内表面以及两侧面对夯头体进行自由度约束,限制其除 UY 以外的 所有自由度,如图 5.4 所示:

图 5.4 对夯头体进行约束

5.2.4 施加载荷 单击点击 solution ,选择 difine loads ,单击 apply 选择 structural,displacement ,选择 on nodes, 对夯头体施加面载荷,施加在下底板上,因夯头体在工作过程中,下底面受到 600N 的工作反力, 方向向 Z 轴负方向,故添加载荷如图 5.5:

第 27 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

图 5.5 对下底面添加载荷

5.2.5 分析求解 单击 main menu/preprocessor/solve/current ls, 经过一段时间后, 弹出一个命令框 (如图 5.6 所示) , 显示‘solution is done!’,至此求解完毕。

图 5.6 完成命令框

应力分析结果如图 5.7 所示,最大受力处为图中 Max 所在位置,大小为 669MPa,最小受力处 为图中 Min 所在位置,约为 74MPa。

图 5.7 应力分析结果.

形变分析结果如图 5.8 所示,最大形变量为图中 Max 所在位置,变形量约为 3.36?10 m/m, ?25 最小形变发生在图中 Min 所示位置,约为 1.14?10 m/m。

?5

第 28 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

图 5.8 形变分析结果

总变形量分析结果如图 5.9 所示,总最大形变发生在图中所示 Max 位置,最大形变为 1.1739?10?6 m ,总最小形变发生在图示 Min 位置,最小形变量为 0:

图 5.9 总形变量分析结果

5.2.6 结果分析 从 ANSYS 分析结果中可以看出,夯头体的最大受力处为下底板与夯架连接处,大小约为 669MPa,夯头体材料为铸钢,调质处理,其最大许用应力约为 800MPa,故在设计许可的范围之内。

第 29 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

第 30 页 共 37 页

陕西理工学院毕业设计

参考文献 [1]王隆太.机械 CAD/CAM 技术.北京:机械工业出版社,2012.2 [2]刘景云.蛙式打夯机[J].建筑机械通俗讲座,1983,01:33-35 [3]吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册[M]:高等教育出版社,2006.5 [4]濮良贵.机械设计[M].北京:高等高于出版社,2013.5.03:94-98 [5]孙国栋.机械产品设计中的应用[J].2015,03,091 [6]孙桓.机械原理[M].北京:高等教育出版社,2006.5 [7]高兴军,赵桓华.大型通用有限元分析软件 ANSYS 简介[J].辽宁石油化工大学学报,2004 .03: 94-98 [8]栾悉道,应龙,谢毓湘.三维建模技术研究进展[J].计算机科学,2008,02:208-222 [9]朱龙根.机械系统设计[M]. 北京:机械工业出版社,2006.1 [10]徐瀛.机械设计手册[M]. 北京:机械工业出版社,1998.3 [11]卜炎.机械传动装置设计手册(上册)[M].北京:机械工业出版社,1999 .3 [12]闫卫.工业产品造型设计程序与实例[M].机械工业出版社,2003.2, [13]沈法,王庆斌,杨足,丁熊.计算机辅助产品造型设计表现技法[M].人民邮电出版社,2002.9 [14]张展,王虹.产品设计[M].上海人民美术出版社[M].2002.1 [15]王玉林,苏全忠,曲远方.产品造型设计材料与工艺[M].天津大学出版社,1994.12 [16]程能林.产品造型设计手册[M].机械工业出版社,1994.8 [17]杨学为.Pro/ENGINEER Wildfire2.0 中文版零件装配与工程图设计白金手册[M].中国电力出版 社,2005,10 [18]王美兰.机械制图[M].高等教育出版社,2003.8 [19]宁松,黄小龙,段大高.计算机辅助设计——Pro/ENGINEER Wildfire 实用教程[M].中国水利水 电出版社,2005,7 [20]黄凯,李雷,刘杰.Pro/E 参数化设计高级应用程序[M].化学工业出版社,2008,7 [21] G. DomnguezRodrguez, A. Tapia, F. Avils. An assessment of finite element analysis to predict the elastic modulus and Poissons ratio of singlewall carbon nanotubes [J] .Computational Materials Science, 2014, Vol.82 [22]Sung-Chong Chung. Integrated CAD/CAE/CAI Verification System for Web- based PDM[J]. Computer-Aided Design and Applications, 2008, Vol.5 (5), pp.676-685

第 31 页 共 37 页


相关文章:
打夯机的三维建模【含全套CAD图纸和三维建模和WORD说明书】
打夯机的三维建模【含全套CAD图纸和三维建模和WORD说明书】_机械/仪表_工程科技_专业资料。陕西理工学院毕业设计 陕西理工学院本科毕业论文(设计)任务书院(系) 机械...
充电式管道疏通机【含全套CAD图纸和三维建模和WORD说明书】
充电式管道疏通机【含全套CAD图纸和三维建模和WORD说明书】_机械/仪表_工程科技_专业资料。陕西理工学院毕业设计 可充电式管道疏通机(陕理工机械工程学院机械设计制造...
大型龙门机床滑枕的三维结构设计及有限元分析【含全套CAD图纸和WORD说明书】
大型龙门机床滑枕的三维结构设计及有限元分析【含全套CAD图纸和WORD说明书】_机械/仪表_工程科技_专业资料。大型龙门机床滑枕的三维结构设计及有限元分析 [摘要]大型...
电动轮椅车设计【含全套CAD图纸和WORD说明书】
电动轮椅车设计【含全套CAD图纸和WORD说明书】_电力...部件三维模型,为新型低成本电动轮椅 的设计开发打下...(3)轮椅整体三位建模。 包括各零部件的建模和装配...
CAD图片(图纸)在Word、Wps中的使用
CAD图片(图纸)在Word、Wps中的使用_设计/艺术_人文社科_专业资料。详细图解CAD图片在Wps、Word中的复制、粘贴、裁剪和调整大小的方法。今日...
工业机器人结构设计【含全套CAD图纸和WORD说明书】
工业机器人结构设计【含全套CAD图纸和WORD说明书】_机械/仪表_工程科技_专业资料。陕西理工学院毕业设计 工业机器人结构设计 00 (陕理工机械工程学院机自专业 000 ...
T611B-3N101A平旋盘加工工艺编制及其工装设计【含全套CAD图纸和WORD说明书】
T611B-3N101A平旋盘加工工艺编制及其工装设计【含全套CAD图纸和WORD说明书】_机械/仪表_工程科技_专业资料。T611B-3N101A 平旋盘加工工艺编制及其工装设计 [摘...
【机械毕业设计】矿山分离结构的设计【含全套CAD图纸和WORD说明书】
【机械毕业设计】矿山分离结构的设计【含全套CAD图纸和WORD说明书】_机械/仪表_...矿山分离机(简称螺旋泵)是一种新型杂质泵,具有极好的无堵塞、无绕缠与损伤 ...
气动机器人结构设计【含全套CAD图纸和WORD说明书】
气动机器人结构设计【含全套CAD图纸和WORD说明书】_机械/仪表_工程科技_专业资料。陕西理工学院毕业设计说明书 题 目: 气动机器人的结构设计 系 别: 机械工程学院...
CA6140 主轴加工工艺及工装设计【含全套CAD图纸和WORD说明书】
CA6140 主轴加工工艺及工装设计【含全套CAD图纸和WORD说明书】_机械/仪表_工程...图,并对零件进行三维建模; 4、根据具体条件设计加工键槽的夹具,绘制其装配图(...
更多相关标签:
三维造价全套教程 | 全套岗位说明书 | 电子厂全套岗位说明书 | 三维建模 | 三维建模软件 | cad三维建模 | cad三维建模教程 | cad三维建模入门 |