S-有軌裝車機機行走機構設計分析,有軌,裝車,行走,機構,設計,分析 分 類 號 密 級 寧 畢業(yè)設計(論文) 有軌裝車機機有軌行走機構設計分析 所在學院 機械與電氣工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 11機自x班 姓 名 學 號 指導老師 2015 年 3 月 31 日 摘 要 ?有軌裝車機機有軌行走機構具有良好的運動性能，在室內(nèi)環(huán)境中可以上下樓梯?，跨越臺階，在室外非結構地形中可以、跨越壕溝、自適應路面。通過加載不同的設備和儀器，機器人可廣泛用于救援、搶險、防爆、科考、軍事等領域，其應用價值十分巨大?? 本文提出了一種?3自由度便攜式機器人設計方案。機器人整體結構分三段，采用模塊化設計，具有可拆裝、維修方便等特點，設計完成的機器人與同類機器人相比較，從機械結構上保證了在有軌行走性能、跨溝性能、路面?自適應性能等方面更加具有優(yōu)勢。小型地面移動機器人具有體積小巧、機動性高、環(huán)境適應能力強、承載能力突出等優(yōu)點,而機器人的小型化和有軌行走能力的矛盾一直成為其實用化的制約條件,如何提高機器人的有軌行走性能成為近年來移動機器人基礎研究的熱點問題。本文以基于行星輪鏈接式車體結構的新型有軌行走機器人為研究對象,圍繞機器人的結構設計的優(yōu)化、有軌行走性能的分析及其機電系統(tǒng)的設計展開了研究,具體研究工作如下: 分析了國內(nèi)外小型移動機器人的研究設計及其實用化程度的現(xiàn)狀,針對基于行星輪系結構和鏈接式結構的運載平臺分別進行了深入的比較和討論。針對現(xiàn)有傳統(tǒng)輪式、腿式和履帶式運動底盤的優(yōu)缺點進行了分析,概況了小型移動機器人未來發(fā)展趨勢,確定了本文中新型有軌行走機器人的研究背景和設計目標。 分析機器人驅(qū)動模塊的設計方案,詳細推導了其結構相關參數(shù)的優(yōu)化過程。綜合現(xiàn)有運載底盤的性能特點,提出了多種車體框架結構方案,并進行了比較、篩選和綜合。最終確定了以行星輪驅(qū)動模塊為有軌行走機構,以鏈接式結構為車體框架的機器人機構總體方案。 推導行星輪鏈接式底盤在通過各種時受力情況。對有軌行走分析過程中機器人的相關參數(shù)進行了詳細的定義與說明,對分析的環(huán)境進行了合理、有效的假設以簡化計算過程。分析了機器人的輪觸地條件、斜坡行駛和攀越臺階等的約束條件。根據(jù)其動力和阻力的相互制約情況,將單級臺階的有軌行走過程細化為多個階段進行詳細的受力分析,確定有軌行走高度和多個車體結構參數(shù)之間的關系。分析了有軌行走過程中各種參數(shù)的耦合和矛盾,指出分析過程中遇到的問題及其研究方向。 結合在ADAMS中虛擬模型的仿真實驗結果,優(yōu)化得到樣機的車體結構參數(shù),并設計制作了機器人的機械系統(tǒng)。通過仿真分析初步驗證了上述分析理論的正確性。闡述了基于上述有軌行走性能的要求,機器人所需要的控制系統(tǒng)的設計及其具體的實現(xiàn)方案。 設計制作完成的新型有軌行走機器人樣機通過了一系列性能試驗,得到了樣機達到的實際性能指標,并和設計指標進行了比較和分析。試驗結果表明新型有軌行走機器人達到了良好的有軌行走性能,行星輪鏈接式底盤充分地集成了輪式和履帶式底盤的優(yōu)點并成功避開了其各自的缺陷。試驗驗證了理論分析及仿真的有效性,通過對試驗結果進行細致的分析與思考,找出了理論分析與設計過程中需要改進的地方,為下一步工作指明了方向。 關鍵詞：有軌行走； 改進設計 27 AbstThe portable robot has good performance, can be up and down the stairs, step in the indoor environment, in outdoor unstructured terrain can climb over obstacles, crossing the ditch, adaptive road. By loading different equipment and instruments, the robot can be widely used for rescue, rescue, explosion protection, scientific research, military and other fields, its application value is huge This paper presents a 3 DOF portable robot design. The overall structure of the robot is divided into three sections, modular design, has the characteristics of convenient disassembly, repair, and similar robot robot design to complete the comparison, from the mechanical structure to ensure the obstacle performance, cross channel performance, the performance of pavement adaptive aspects of more advantages.By loading different equipment and instruments, the robot can be widely used for rescue, rescue, explosion protection, scientific research, military and other fields, its application value is hugeThis paper presents a 3 DOF portable robot design. The overall structure of the robot is divided into three sections, modular design, has the characteristics of convenient disassembly, repair, and similar robot robot design to complete the comparison, from the mechanical structure to ensure the obstacle performance, cross channel performance, the performance of pavement adaptive aspects of more advantages.By loading different equipment and instruments, the robot can be widely used for rescue, rescue, explosion protection, scientific research, military and other fields, its application value is hugeThis paper presents a 3 DOF portable robot design. The overall structure of the robot is divided into three sections, modular design, has the characteristics of convenient disassembly, repair, and similar robot robot design to complete the comparison, from the mechanical structure to ensure the obstacle performance, cross channel performance, the performance of pavement adaptive aspects of more advantages. Key Words: rice thresher threshing; improved design; 目 錄 摘 要 III Abstract IV 目 錄 V 第1章 緒論 1 第2章 有軌行走總體方案確定 2 2.1 有軌行走裝置工作原理 2 2.2有軌行走總體設計 3 2.2.1有軌行走方案 4 2.2.2 有軌行走的整機結構及選擇 6 2.2.3 有軌行走的工作流程 7 第3章 有軌行走結構設計 9 3.1 有軌行走原理 10 3.2 有軌行走類型選擇 11 第4章 傳動件的選擇 12 4.1 整機承載計算 13 4.1.1 軸承的選擇 14 4.1.2 撐支架強度計算 16 4.2 銷軸的設計計算 17 4.2.1 軸的材料選擇 19 4.2.2 軸的最小直徑確定 20 4.2.3 軸的結構設計 22 4.2.4 軸的校核 23 第5章 有限元分析 12 5.1 有限元簡介 13 5.1.1 力學分析簡介 14 5.1.2 動力學分析簡介 16 5.2 機構承載分析 17 5.2.1 前處理 19 5.2.2 網(wǎng)格劃分 20 5.2.3 邊況設定 20 5.2.4 分析結果 22 5.3 動力學分析 17 致 謝 28 第1章 緒論 有軌行走的發(fā)展方向高科技化的方向發(fā)展，制造的適用性強的有軌行走是發(fā)展的市場，不同地區(qū)開發(fā)的其他有軌行走很有前途的。根據(jù)這個，相應的制造的高性能有軌行走國外的收獲機的發(fā)展概況。這個有軌行走一次性完成有軌行走，有軌行走，分離和裝袋作業(yè)。這個桌子的小型、輕、操作，通過柔軟性和適應性很好，漂亮地解決了大中型有軌行走丘陵，山和水田越難以難題。有軌行走試驗機適用的航空公司，石油化工、機械制造、金屬材料及產(chǎn)品、電線電纜、塑料膠帶，紙品和彩色印刷包裝、膠帶，箱包手袋、纖維、食品、醫(yī)藥等行業(yè)?？蓽y試各種材料及產(chǎn)品、半成品的綁架，壓，彎曲，削減等的物理性能，購買各種治具拉，壓縮，擁有，壓，彎曲，有時，剝離，粘著力等，剪試驗。有軌行走考試軸有軌行走載荷測量材料特性的試驗方法。利用有軌行走考試得到的數(shù)據(jù)確認材料的彈性極限，有彈性率，比例極限，面積減小量，有軌行走強度、屈服點，屈服強度和其他有軌行走性能指標。高溫下進行的，所以有軌行走實驗數(shù)據(jù)可以得到蠕變。金屬有軌行走考試的順序請參照ASTM E - 8標準。塑料有軌行走試驗方法參照ASTM D - 638標準，D - 2289基準（高應變率）和D - 882基準（芯片材）。ASTM D - 2343標準規(guī)定適用的玻璃纖維的有軌行走試驗方法；ASTM D - 897規(guī)格規(guī)定適用的粘合劑有軌行走試驗方法；ASTM D - 412規(guī)格規(guī)定的硬質(zhì)庫姆有軌行走試驗方法。一點準備試樣。刻線機原始標的范圍內(nèi)，所以周線円（或小鋼沖衝時），從標準的分等長的10格。用卡尺考試件原始標內(nèi)的兩端和中間兩個相互垂直方向各一次測量的直徑，取其算術平均值作為該處斷面直徑選用，并且3處斷面直徑的最小值計算試制品的原始的 參考文獻 第2章 總體方案確定 2.1 有軌行走工作原理 車輪采用杠桿原理，由于齒輪的嚙合點始終位于遠離軸線的地方,在遇到物后，車輪靜止，動力源驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動,而此時的動力臂大于阻力臂,比普通車輪有更大的力矩,同時后輪給以驅(qū)動力,車輪將會容易攀升，有軌行走成功。 有軌行走機在各種環(huán)境中適應能力強，承載能力突出等優(yōu)點，有軌行走的小型化和有軌行走能力的矛盾了一直實用化的限制條件，如何有軌行走機的性能提高了有軌行走近年來移動有軌行走機的基礎研究熱點問題。本文車身構造基行星輪連桿式的新型有軌行走有軌行走機為研究對象，有軌行走機的結構設計的優(yōu)化問題，有軌行走性能的分析和那個機電系統(tǒng)的設計研究，具體的研究活動如下：分析國內(nèi)外的小型移動的有軌行走機的研究設計和實用化程度的現(xiàn)狀來說，行星輪系基結構和鏈接式結構的搭載的平臺的各自進行了深入的比較?，F(xiàn)有的對傳統(tǒng)輪式，腿式和履帶式運動底盤的優(yōu)點和缺點分析，概況小型移動的有軌行走機的未來發(fā)展趨勢，本文有軌行走新型有軌行走機的研究背景和設計目標。分析有軌行走機驅(qū)動模塊的設計方案，其結構推導詳細參數(shù)的優(yōu)化過程。綜合現(xiàn)有搭載底盤的性能特性，提出了車身結構的方案進行了多種框架，篩選和綜合。最終決定好的星輪驅(qū)動組件有軌行走機構，連桿式結構框架的車身有軌行走機機關總體方案。推導行星輪連桿式底盤種種接受力情況。 2.2有軌行走總體設計 這種設計是一個小稻田根據(jù)南方丘陵區(qū)有軌行走是小而設計，結合有軌行走可以完成有軌行走，有軌行走，分離和裝袋操作。本機體積小，重量輕，操作靈活，通過良好的和適應性，在山上大，中型有軌行走更好的解決方案，山脈和有軌行走有軌行走難的問題，雙季稻區(qū)南部，泥腳不深更大的超過20厘米就可以正常有軌行走稻田。 2.2.1有軌行走方案 有軌行走機在各種環(huán)境中適應能力強，承載能力突出等優(yōu)點，有軌行走的小型化和有軌行走能力的矛盾了一直實用化的限制條件，如何有軌行走機的性能提高了有軌行走近年來移動有軌行走機的基礎研究熱點問題。本文車身構造基行星輪連桿式的新型有軌行走有軌行走機為研究對象，有軌行走機的結構設計的優(yōu)化問題，有軌行走性能的分析和那個機電系統(tǒng)的設計研究，具體的研究活動如下：分析國內(nèi)外的小型移動的有軌行走機的研究設計和實用化程度的現(xiàn)狀來說，行星輪系基結構和鏈接式結構的搭載的平臺的各自進行了深入的比較?，F(xiàn)有的對傳統(tǒng)輪式，腿式和履帶式運動底盤的優(yōu)點和缺點分析，概況小型移動的有軌行走機的未來發(fā)展趨勢，本文有軌行走新型有軌行走機的研究背景和設計目標。分析有軌行走機驅(qū)動模塊的設計方案，其結構推導詳細參數(shù)的優(yōu)化過程。綜合現(xiàn)有搭載底盤的性能特性，提出了車身結構的方案進行了多種框架，篩選和綜合。最終決定好的星輪驅(qū)動組件有軌行走機構，連桿式結構框架的車身有軌行走機機關總體方案。推導行星輪連桿式底盤種種接受力情況。有軌行走分析過程中的有軌行走機的參數(shù)進行詳細的定義和說明，分析的環(huán)境合理有效的假設，簡化計算過程。分析了有軌行走機的輪嘗試條件的斜面，行車和攀越樓梯等的的限制條件。其原動力和抵抗的相互制約的情況下，單級的細分化有軌行走過程詳細的分析力階段，確定有軌行走高度和很多的車身結構參數(shù)之間的關系。分析了有軌行走過程中各種參數(shù)的結合和矛盾，分析過程中遇到的問題和研究方向。結合虛擬的模型的模擬實驗結果得到，優(yōu)化原型的車身結構參數(shù)設計制作有軌行走機的機械系統(tǒng)。模擬分析初步驗證了上述的分析的理論的正確性。敘述了上述有軌行走性能要求，有軌行走機必須的控制系統(tǒng)的設計及其具體實現(xiàn)方案。設計制作完成的新型有軌行走有軌行走機原型系列性能的試驗，得到的實際業(yè)績指標的原型，設計達成指標的比較分析。考試的結果有軌行走，達到了新型有軌行走機良好的有軌行走性能，行星輪連桿式底盤充分的集成輪式和履帶式底盤的長處和成功避開了各自的缺陷。試驗驗證的理論的分析和模擬的有效性，測試結果的詳細分析，找出與想法的理論的分析和設計過程中需要改進的地方，下面的工作，指明了方向。 整機形式為：懸掛式、全喂入 割臺形式為：帶攪龍輸送器式臥式割臺 有軌行走形式為：軸流式 2.2.2 有軌行走的整機結構及選擇 有軌行走臺懸掛在框架懸架，后懸架有軌行走的柴油，配置在左側有軌行走中間槽的前方，前部和后部端部連接到切割臺和有軌行走部。有關資產(chǎn)負債割臺，割臺被放置到合適的檔位。為收獲后留有軌行走設備布局，風選設置在右側，而糧袋放置在右側的有軌行走部背面的平衡有軌行走。由柴油機，柴油后動力輸出軸提供動力的收獲部分提供整體前進的動力。 2.2.3 有軌行走的工作流程 車輪采用杠桿原理，由于齒輪的嚙合點始終位于遠離軸線的地方,在遇到物后，車輪靜止，動力源驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動,而此時的動力臂大于阻力臂,比普通車輪有更大的力矩,同時后輪給以驅(qū)動力,車輪將會容易攀升，有軌行走成功。 防倒退原理： 車體在時，棘輪機構在工作，能有效的防止車輪的回轉(zhuǎn);如果需要車輪的回轉(zhuǎn)，可以解除棘輪機構工作狀態(tài)。 第3章 有軌行走結構設計 3.1 有軌行走原理 小型地面移動機器人小，機動性高，體積環(huán)境適應能力強，承載能力突出等優(yōu)點，機器人的小型化和有軌行走能力的矛盾了一直實用化的限制條件，如何機器人的性能提高了有軌行走近年來移動機器人的基礎研究熱點問題。本文車身構造基行星輪連桿式的新型有軌行走機器人為研究對象，機器人的結構設計的優(yōu)化問題，有軌行走性能的分析和那個機電系統(tǒng)的設計研究，具體的研究活動如下：分析國內(nèi)外的小型移動的機器人的研究設計和實用化程度的現(xiàn)狀來說，行星輪系基結構和鏈接式結構的搭載的平臺的各自進行了深入的比較?，F(xiàn)有的對傳統(tǒng)輪式，腿式和履帶式運動底盤的優(yōu)點和缺點分析，概況小型移動的機器人的未來發(fā)展趨勢，本文有軌行走新型機器人的研究背景和設計目標。分析機器人驅(qū)動模塊的設計方案，其結構推導詳細參數(shù)的優(yōu)化過程。綜合現(xiàn)有搭載底盤的性能特性，提出了車身結構的方案進行了多種框架，篩選和綜合。最終決定好的星輪驅(qū)動組件有軌行走機構，連桿式結構框架的車身機器人機關總體方案。推導行星輪連桿式底盤種種接受力情況。有軌行走分析過程中的機器人的參數(shù)進行詳細的定義和說明，分析的環(huán)境合理有效的假設，簡化計算過程。分析了機器人的輪嘗試條件的斜面，行車和攀越樓梯等的的限制條件。其原動力和抵抗的相互制約的情況下，單級的細分化有軌行走過程詳細的分析力階段，確定有軌行走高度和很多的車身結構參數(shù)之間的關系。在移動系統(tǒng)設計過程中，工況環(huán)境既移動系統(tǒng)可通過的典型地形環(huán)境必須考慮。典型的地形包括臺階、地形凸起、壕溝、松軟土壤、隨機波動路面、平整路面、不等高、上下坡等，具體環(huán)境又有差別，如月球表面主要覆蓋著一層由巖石碎塊、角礫狀石片、砂和灰土等組成，又如由表面硬質(zhì)成分構成的隨機波動路面，易于下陷的松軟土層。大多情況下，要下以上各種綜合工況下工作，同時考慮溫度、濕度、塵土等對性能的影響?，將引起部件發(fā)熱、構件卡死、磨擦磨損、密封失效等問題。 分析了有軌行走過程中各種參數(shù)的結合和矛盾，分析過程中遇到的問題和研究方向。結合ADAMS虛擬的模型的模擬實驗結果得到，優(yōu)化原型的車身結構參數(shù)設計制作機器人的機械系統(tǒng)。模擬分析初步驗證了上述的分析的理論的正確性。敘述了上述有軌行走性能要求，機器人必須的控制系統(tǒng)的設計及其具體實現(xiàn)方案。設計制作完成的新型有軌行走機器人原型系列性能的試驗，得到的實際業(yè)績指標的原型，設計達成指標的比較分析?？荚嚨慕Y果有軌行走，達到了新型機器人良好的有軌行走性能，行星輪連桿式底盤充分的集成輪式和履帶式底盤的長處和成功避開了各自的缺陷。試驗驗證的理論的分析和模擬的有效性，測試結果的詳細分析，找出與想法的理論的分析和設計過程中需要改進的地方，下面的工作，指明了方向。 1）沖擊有軌行走：對對方有軌行走元素沖擊作用秒殺頭和有軌行走。較高的沖擊速度，有軌行走越強，但也越大裂解速率。 2）摩擦有軌行走：由組件和之間，以及和有軌行走有軌行走離去之間的摩擦。有軌行走間隙的大小是至關重要的。 3）梳刷有軌行走：有軌行走由拉力有軌行走部件進行。 4）滾動有軌行走：打有軌行走通過施加壓力的元素進行糧食。在這種情況下，力作用在主要沿晶面的法向力。 5）振動有軌行走：由有軌行走元件用于施加高頻振動進行有軌行走。 有軌行走是的幾種方法在長期的生產(chǎn)實踐過程中總結而來去殼大米儲存。如果裸存儲，則存儲時間短。米粒脆，易折斷。因此，本設計采用梳刷有軌行走，主要針對與有軌行走完成補充兩者。 3.2 有軌行走類型選擇 1.本車采用了杠桿原理、定軸齒輪嚙合傳動，顯著提高了車輛的有軌行走能力。 2.棘輪機構有效的排除了車輪在有軌行走時可能后退的危險。 3.后輪的驅(qū)動力有助于有軌行走。 4. 作用力偏離軸線，延長力臂，增強有軌行走的能力 5.本車可用于輪椅改造，無人消防車改造，災害救援車改裝，爬樓梯工具改造以及搬運車改造工程。應用前景本車能有效的實現(xiàn)有軌行走功能功能。它在有軌行走方面卓越的性能，使其可用于輪椅改造，無人消防車改造，災害救援車改裝，爬樓梯工具改造以及搬運車改造工程。本車改變以往普通輪系無法有效有軌行走的缺點。在火災、水災、地震、礦難等災害發(fā)生時，能高效的搶救人民生命和財產(chǎn)。綜上分析，這種產(chǎn)品具有潛力巨大的市場前景和較高的使用價值，適于推廣應用。 第4章 傳動件的選擇 4.1 整機承載計算 4.1.1 軸承的選擇 有軌行走在工作時，在運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性較好（保有軌行走滾筒運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的條件：有足夠的轉(zhuǎn)動慣量；發(fā)動機有足夠的儲備功率和較靈敏的調(diào)速器）的條件下，其功率總耗用N 由兩部分組成：一部分用于克服滾筒空轉(zhuǎn)而消耗的功率（占總功率消耗的5%-7%），一部分用于克服有軌行走阻力而消耗的功率（占總功率消耗的93%-95%），所以 有軌行走的功率消耗為： N =+ （kW ） (4) 1)其中空轉(zhuǎn)功率消耗: =+ 式中：——系數(shù)，為克服軸承及有軌行走的摩擦阻力的功率消耗， B——系數(shù)，為克服滾筒轉(zhuǎn)動時的空氣迎風阻力而消耗的功率， . 2)其中有軌行走功率消耗:這個過程比較復雜，有軌行走首先是以較低的速度進入有軌行走入口處，與高速旋轉(zhuǎn)的有軌行走滾筒接觸，然后被拖入有軌行走間隙進行有軌行走，既有梳刷也有打擊，研究的依據(jù)是動量守恒定律： 沖量轉(zhuǎn)換為動量： ， （5) —單位時間喂入的量； —綜合搓擦系數(shù)，0.7-0.8； —滾筒的切向速度，15m / s。 將數(shù)據(jù)代入N =+ 得： N= 0.52+1.5=2.02（） 4.1.2 撐支架強度計算 有軌行走消耗的功率由下式可求得： (6) 其中：——單位時間進入有軌行走的脫出物質(zhì)量（）； ——單位脫出物質(zhì)量篩所需的功率（），上篩：0.4-0.5，下篩：0.25-0.3； ——選別能力系數(shù)，0.8-0.9。 代入數(shù)據(jù)可得消耗的功率： 1.75（） 4.2 銷軸的設計計算 有軌行走在工作時，有軌行走軸的轉(zhuǎn)速很高，而且傳遞的扭矩很大，綜合考慮，軸的材料選擇45鋼調(diào)質(zhì)處理，硬度為195-290，其接觸疲勞強度極限，彎曲疲勞極限取。 4.2.1 軸的最小直徑確定 由公式 (17) 其中 ——該軸傳遞的功率，； ——該軸的轉(zhuǎn)速，； ——指軸的材料和承載情況確定常數(shù)。 已知 =2.02，，查機械設計手冊[21]可得C=128，代入上式可得 選。 4.2.2 軸的結構設計 為了便于軸上零件的拆卸，經(jīng)常把軸做成階梯形。軸的直徑從軸端逐漸向中間增大，可依次將齒輪和帶輪等從軸的上端裝拆，為了使軸上的零件便于安裝，軸端及各軸的端部應有倒角。軸上磨削的軸段應有砂輪越程槽，車制螺紋軸段應有退刀槽。 各段軸的直徑，如有配合要求的軸段，應盡量采用標準直徑，安裝軸承、齒輪等標準件的軸徑，應符合各標準件的內(nèi)徑系列規(guī)定。采用的套筒、螺母、軸端擋圈作軸向固定時，應把裝零件的軸段長度做的比零件輪轂短，以確保螺母等緊靠零件端面。有軌行走軸結構初定如圖7所示： 4.2.3 軸的校核 軸上載荷的計算 求軸承上的支反力 垂直面內(nèi)： 水平面內(nèi)： 畫受力簡圖與彎矩圖，如圖8所示： 據(jù)第四強度理論且忽略鍵槽影響 軸安全。 圖8 受力簡圖和彎矩圖 按彎扭合成應力校核軸強度 進行校核時，只校核軸承上承受彎矩和扭矩最大的截面強度，取=0.6, 軸的計算應力為： 前已選定軸材料為45號鋼,調(diào)質(zhì)處理,由機械設計[23]表15-1查得=60Mpa 因此<,故安全。 精確校核軸的疲勞強度 抗彎截面系數(shù)： == 抗扭截面系數(shù)： == 截面上彎矩應力 截面上扭矩應力 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，機械設計[23]表15-1查得 。 截面上由于軸肩而形成理論應力集中系數(shù)及按機械設計[23]附表3-2查取，因: 經(jīng)插值后可查得=1.59 =1.33 又可查得[23]軸的材料敏性系數(shù)為： 故有效應力集中系數(shù)為： =1+(-1)=1+0.85(1.33-1)=1.28 由機械設計[23]附圖得尺寸系數(shù)=0.85 ,得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)為=0。9 由附圖查得表面質(zhì)量系數(shù) ==0.92 軸未經(jīng)表面強化處理，即=1 ，則綜合系數(shù)值為 又由碳鋼的特性系數(shù)： =0.1-0.2 取=0.15 =0.05-0.1 取=0.75 計算安全系數(shù)： >S=1.5 故安全 第5章 有限元分析 5.1 有限元簡介 5.1.1 力學分析簡介 在數(shù)學中，有限元法（FEM，F(xiàn)inite Element Method）是一種為求解偏微分方程邊值問題近似解的數(shù)值技術。求解時對整個問題區(qū)域進行分解，每個子區(qū)域都成為簡單的部分，這種簡單部分就稱作有限元。它通過變分方法，使得誤差函數(shù)達到最小值并產(chǎn)生穩(wěn)定解。類比于連接多段微小直線逼近圓的思想，有限元法包含了一切可能的方法，這些方法將許多被稱為有限元的小區(qū)域上的簡單方程聯(lián)系起來，并用其去估計更大區(qū)域上的復雜方程。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對每一單元假定一個合適的(較簡單的）近似解，然后推導求解這個域總的滿足條件(如結構的平衡條件），從而得到問題的解。這個解不是準確解，而是近似解，因為實際問題被較簡單的問題所代替。由于大多數(shù)實際問題難以得到準確解，而有限元不僅計算精度高，而且能適應各種復雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段 5.1.2 動力學分析簡介 動力學分析功能包括:：正則模態(tài)及復特征值分析、頻率及瞬態(tài)響應分析、（噪）聲學分析、隨機響應分析、響應及沖擊譜分析、動力靈敏度分析等。針對于中小及超大型問題的不同的解題規(guī)模，如在處理大型結構動力學問題時，如不利用特征縮減技術，將會使解題效率大為降低。 5.2 機構承載分析 5.2.1 前處理 打開ansys軟件，界面如圖所示 點擊Geometry功能選項，將其拖入Project schematic界面，如上圖所示 在Analysis Systems中點擊Static Structural功能選項，將其拖入到Geometry旋向框上面，如圖所示，自動生成分析選項界面。 導入模型以后，需要對模型賦予材質(zhì)。本結構中，零部件材質(zhì)設定為結構鋼 楊氏模量為2.1e13pa 泊松比為 0.3 如下圖所示，分別對每個零部件進行材料設定 5.2.2 網(wǎng)格劃分 在劃分網(wǎng)格前，用戶首先需要對模型中將要用到的單元屬性進行定義。單元屬性主要包括：單元類型、實常數(shù)、材料常數(shù)。典型的實常數(shù)包括：厚度、橫截面面積、高度、梁的慣性矩等。材料屬性包括：彈性模量、泊松比、密度、熱膨脹系數(shù)等。? ANSYS為用戶提供了兩種網(wǎng)格劃分類型：自由和映射? 所謂“自由”，體現(xiàn)在沒有特定的準則，對單元形狀無限制，生成的單元不規(guī)則，基本適用于所有的模型。自由網(wǎng)格生成的內(nèi)部節(jié)點位置比較隨意，用戶無法控制。操作方式是打開Mesh?Tool工具條上的Free選項。所用單元形狀依賴于是對面還是對體進行網(wǎng)格劃分。對于面，自由網(wǎng)格可以只由四邊形單元組成，也可以只由三角形單元組成，或兩者混合。對于體，自由網(wǎng)格一般限制為四面體單元。? 映射網(wǎng)格劃分要求面或體形狀滿足一定規(guī)則，且映射面網(wǎng)格只包括三角形單元或四邊形單元，映射體網(wǎng)格只包括六面體單元，它生成的單元形狀比較規(guī)則，適用于形狀規(guī)則的面和體。對于映射網(wǎng)格劃分，生成的單元尺寸依賴于當前DSIZE、ESIZE、KESIZE、LESIZE和ASIZE的設置。Smartsize不能用于映射網(wǎng)格劃分。當使用硬點時，不支持映射網(wǎng)格劃分。此面必須由3或4條線圍成，在對邊上必須有相等的單元劃分數(shù)。如果此面由3條線圍成，則三條邊上的單元劃分數(shù)必須相等且必須是偶數(shù)。對邊網(wǎng)格數(shù)之差相等，或者一對對邊網(wǎng)格數(shù)相等，另一對網(wǎng)格數(shù)之差為偶數(shù)，也可以進行映射網(wǎng)格劃分。? 如果一個面由多于4條的線圍成，則它不能直接采用映射網(wǎng)格進行劃分，然而，為了將總的線數(shù)減少到4，其中的某些線可以被加起來（add）或連接起來（concatenated，一種進行網(wǎng)格劃分時的操作）。? 代替進行連接操作（concatenation），可以用拾取一個面的3個或4個角點來進行面映射網(wǎng)格劃分，這種簡化的映射網(wǎng)格劃分方法將兩個關鍵點之間的多條線內(nèi)部連接起來。? 為了得到映射網(wǎng)格，必須在面的對邊上指定相等的線的劃分數(shù)（或者定義線的劃分數(shù)對應于某種傳遞方式）。不需要在所有的線上指定劃分數(shù)，只要是采用映射網(wǎng)格劃分，程序會將線的劃分數(shù)由一條邊傳遞到對邊，傳遞所有相鄰的要劃分網(wǎng)格的面）? 體映射網(wǎng)格：為了給一個體劃分六面體單元，則必須滿足?·它必須是塊形（六面體），五面體或四面體形?·在對面和側邊上所定義的單元劃分數(shù)必須相等? ·如果體是棱柱形或四面體形，在三角形面上的單元劃分數(shù)必須是偶數(shù)?·相對棱邊上劃分的單元數(shù)必須相等 導入模型以后如上圖所示，打開主界面,對模型進行網(wǎng)格劃分，點擊mesh功能旋向，右擊插入mesh方法，選擇sizing，即設定網(wǎng)格大小。設定整體網(wǎng)格大小為1mm。點擊mesh，軟件對模型進行網(wǎng)格劃分，劃分結果如下圖所示： 可以看到最終網(wǎng)格劃分效果，以及網(wǎng)格數(shù)量，如下圖： 如圖所示，網(wǎng)格總數(shù)量為487658，節(jié)點數(shù)量為170523 網(wǎng)格質(zhì)量100 5.2.3 邊況設定 網(wǎng)格劃分完畢需要對整體裝置進行邊界條件設定，如下圖所示，為模型固定條件，即模型中某些零部件進行固定設定。 設定軸承外圈上與小棍接觸部分為固定。即fixed support 另外設定約束條件，即受力載荷或者位移載荷 設定與軸承外圈接觸的冷碾輥部分以及外部受力打小為2000N 如上圖所示 5.2.4 分析結果 點solve，軟件對模型進行計算，最終計算結果如下圖 圖上分別為主應力，位移，應變值。 5.3 動力學分析 在應力分析的基礎上繼續(xù)對模型進行模態(tài)分析，分析結果如下圖所示 分別得到模型的六階振型 一階振型 二階振型 三階振型 四階振型 五階振型 六階振型 振型是對應于頻率而言的，一個固有頻率對應于一個振型。按照頻率從低到高的排列，依次稱為第一階振型，第二階振型等等，指的是在該固有頻率下結構的振動形態(tài)，頻率越高則振動周期越小。 在實驗中，我們通過用一定的頻率對結構進行激振，觀測相應點的位移狀況，當觀測點的位移達到最大時，此時達到共振，頻率即為固有頻率。實際結構的振動形態(tài)并不是一個規(guī)則的形狀，而是各階振型相疊加的結果。 第一振型來的時候，在相同的時間里，房子晃的次數(shù)少，但幅度大；第二振型來的時候，在相同的時間里，房子晃的較快，幅度略小。 第三振型來的時候，比第二振型又表現(xiàn)的晃動快一些。自第一振型到第三振型，其地震周期由大到小。 振型有如下特點： 1. 結構自振頻率數(shù)=結構自由度數(shù)量； 2. 每一個結構自振頻率對應一個結構振型； 3. 第一自振頻率叫基頻，對應第一振型； 4. 結構每一振型表示結構各質(zhì)點的一種運動特性：各質(zhì)點之間的位移和速度保持固定比值； 5. 要使結構按某一振型振動，條件是：各質(zhì)點之間的初位移和初速度的比值應具有該振型的比值關系； 6. 根據(jù)多質(zhì)點體系自由振動運動微分方程的通解，在一般初始條件下，結構的振動是由各主振型的簡諧振動疊加而成的復合振動； 7. 因為振型越高，阻尼作用造成的衰減越快，所以高振型只在振動初始才比較明顯，以后則逐漸衰減，因此，工程的抗震設計中僅考慮較低的幾個振型。 結論 一、總結 第一部分，文獻資料的搜集與整理。通過專利網(wǎng)、文獻庫和老師給的資料，了解了當前主流的幾種機車轉(zhuǎn)向架助推器類型。然后根據(jù)文獻資料，綜合分析每種助推器的優(yōu)劣，綜合比較借鑒，初步確定采用撬棍杠桿式助推方式。 第二部分，確定局部和整體方案。進一步分析撬棍式助推器的助推方式，及需要哪些相配合的機構，將助推器分為執(zhí)行系統(tǒng)、系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)三部分。然后先對執(zhí)行機構進行理論受力分析，分析其位移量。借此計算出部分齒輪減速的比和需要的電機的轉(zhuǎn)矩，從而確定電機選型，至此部分和驅(qū)動部分也同時確定下來。 第四部分，各部件具體機構設計和校核。根據(jù)前面三章的內(nèi)容，確定執(zhí)行系統(tǒng)、系統(tǒng)各部件的具體結構尺寸，確定軸上零件的定位和裝配方式，最后選擇合適的軸承并對各部件進行校核。 二、設計的不足之處 這次的設計還只是階段性的，助推器的結構還可以進行局部優(yōu)化，中間的系統(tǒng)也有很多不同的方案可以選擇，比如選擇齒輪代替鏈傳， 三、個人體會 畢業(yè)設計是大學四年期間最后一次正式的機構設計了，可以說是跨出大學校園的最后一步。需要考察自己大學期間學習的各項專業(yè)技能和課程知識，并且要綜合運用，對自己也是一次全面的提高。 因為考研的關系，很多時間被占用了，所以畢業(yè)設計的時間比較緊，中間過程略顯倉促。剛開始做課題使并沒有什么頭緒，不知道從哪里下手。就像無頭的蒼蠅，這里做一些，那里做一些，其中受力分析就做了很多遍，事實證明這些都是無用功。后來跟指導老師溝通了很多次，確定下來步驟。先綜合分析助推器的總體結構，分成幾部分，比如驅(qū)動、、執(zhí)行部分，這樣就有了一個大的方向。 因此，我體會到初步設計必須確定每一部分的工作，由大到小，先分析結構，再對結構的運動和動力性能綜合分析，不斷的修正、不斷的改進，這樣才能做出完整的設計。 參考文獻 [1]楊穎萍，施俊俊，孫英彪.客車轉(zhuǎn)向架構架焊修工藝的探討[A].第十四屆全國機械設計年會論文集[C].中國機械工程學會，2008. [2]蒼松.動車組轉(zhuǎn)向架虛擬裝配技術的研究與應用[D].遼寧：大連交通大學，2009 [3]Http://www.easymover.it/en/pusher.php,5-20/2013-5-20 [4]Gregory James Newell. Materials handling device and system. [P].U.S. Patent No.7168514B2,Jan.30,2007 [5]Http://www.fetec-papier.de/Easy_Mover_-_Rllentransportger/Details_Easy_Mover/details_easy_mover.html,5-20/2013-5-20 [6]Http://www.mastermover.com,5-20/2013-5-20 [7]濮良貴，紀名剛，陳國定等.機械設計[M].第八版.北京：高等教育出版社,2006,5 [8]王昆，何小柏，汪信遠.機械設計、機械設計基礎課程設計[M].北京：高等教育出版社，1996 [9] 張增林，關正，王志民等.MKJ一1型高密度牧草捆包機[J].農(nóng)牧與食品機械，1992（03）：33-34； [10] 禹振軍. Y K - 1 0 型液壓打捆機的設計[J].農(nóng)業(yè)機械，2007； [11] 秦麗君. 捆扎機自動控制系統(tǒng)[J]. 職大學報, 2000(02)； [12] 王春光，李林，童淑敏等. 打捆機草捆后捆繩張力的測試研究[J].內(nèi)蒙古農(nóng)牧學院學報，1998，15（03）； [13]喬中華，王海栓.全自動打捆機液壓系統(tǒng)分析[J].山西機械，2001； [14]趙洪剛.飼草壓捆機動態(tài)特性仿真研究[D].東北林業(yè)大學，2007； [15]劉祥鵬，孫傳祝，姜常尊，陳魯光. 小型方草捆 捆機壓縮機構設計[J].山東理工大學，2012，12； [16]魏春雨，高興岐，薛鳳英，劉金國. 打捆機驅(qū)動系統(tǒng)的設計和受力分析[J].鞍山科技大學，2002，31（04）； [17] 陳工,李亮,馬祥華等. 鋼絲類打捆機線結強度與成形條件的實驗研究[J].北京科技大學，2001，05； [18] 李亮,陳工,閆曉強. 鋼絲類打捆機線結特性分析[J].北京科技大學，2001，03. 致 謝 畢業(yè)設計也接近尾聲了，也意味我在大學的生活就要劃上一個句號?；剡^頭來看看自己做設計的過程，也有很多體會。助推器的助推方案不斷推倒，不斷重建。也讓我對專業(yè)技能有了更深的了解。 首先，誠摯感謝我的指導老師。每當我有不懂的問題的時候，老師總是耐心為我解答，而且解答地很詳細，讓我對下一步的工作有了清晰的認識。在我沒有頭緒的時候，老師總是適時地提出自己的建議，循循善誘，給我思考的空間，鍛煉了我的專業(yè)思維。老師總是抽出自己的時間來督促我論文的進度，這是很無私的。在此，向老師表示崇高的謝意！ 感謝四年來同學、老師的陪伴，感謝他們?yōu)槲姨岢龅挠幸娴暮蛯氋F的建議，有了他們的支持和鼓勵，才讓我度過了四年充實的大學生活。