打夯機的三維建模含全套CAD圖紙和三維建模和WORD說明書

1、 陜西理工學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書院(系) 機械工程學(xué)院 專業(yè)班級 機自 學(xué)生姓名 一、畢業(yè)設(shè)計題目 打夯機的三維設(shè)計 二、畢業(yè)設(shè)計工作自_2015_年_3_ _月_1_ _日 起至_ 2015_年 6 月_5_日止 三、畢業(yè)設(shè)計進行地點: 校 內(nèi) 四、畢業(yè)論文（設(shè)計）應(yīng)完成內(nèi)容及相關(guān)要求： 1. 了解蛙式打夯機的工作原理及主要設(shè)計參數(shù)及設(shè)計過程； 2. 該蛙式打夯機的的輸出轉(zhuǎn)數(shù)為60r/min，適用于夯實灰土和黃土地基； 3. 進行傳動系統(tǒng)所有零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及三維建模工作 ；并進行運動仿真工作。在裝配體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上 ，繪制裝配圖、裝配爆破圖， 兩張A4。 4.進行有限元分析。利用有

2、限元分析軟件（如：ANSYS軟件）對其中一個零件進行靜應(yīng)力分析，確定該其應(yīng)力應(yīng)變特性，并能滿足設(shè)計條件。 5.聯(lián)系實際進行現(xiàn)代設(shè)計方法的訓(xùn)練，完成設(shè)計性論文的撰寫工作，整個設(shè)計說明書內(nèi)容要連貫，是整體一致；說明書闡述應(yīng)段落之間有連貫性，語句之間有邏輯性；說明書摘要要反映所做主要內(nèi)容。 6.外文參考文獻不少2篇，其中一篇附原文（PDF格式），并對該外文資料進行翻譯，英文翻譯要與原文內(nèi)容一致，通順，符合學(xué)校的相關(guān)規(guī)定。 五、畢業(yè)論文（設(shè)計）應(yīng)收集資料及參考文獻： 利用寒假找到蛙式打夯機實體觀察，結(jié)合機械設(shè)計基礎(chǔ)課程弄明白它的工作原理，熟練三維建模?？刹檎谊P(guān)于結(jié)構(gòu)設(shè)計及有限元分析方面的文獻資料；并了

3、解打夯機分類，現(xiàn)狀。參考文獻不能都是教材，應(yīng)該至少有一半是近幾年發(fā)表的期刊，碩博士論文，內(nèi)容應(yīng)該與你的畢設(shè)內(nèi)容相關(guān)。 六、畢業(yè)論文（設(shè)計）的進度安排： 1）寒假收集相關(guān)參考文獻并閱讀，收集相應(yīng)有用信息，明確本課題的主要工作 ； 2）3月5號左右提交開題報告； 3）5月中旬完成課題所有工作； 4）5月底完成論文撰寫工作； 5）6月初答辯； 指導(dǎo)教師簽名 系（教研室)主任簽名 專業(yè)負責(zé)人簽名 批準日期 31 / 38文檔可自由編輯打印蛙式打夯機的三維設(shè)計000（陜理工機械工程學(xué)院機械設(shè)計制造及及自動化專業(yè)000班，陜西 漢中723003）指導(dǎo)老師：000 摘要CAE技術(shù)因其設(shè)計效率高、周期短，能快

4、速占領(lǐng)市場而被越來越多的應(yīng)用到現(xiàn)代機械設(shè)計過程中。蛙式打夯機主要由偏心塊、夯架、夯錘、皮帶輪、電機等組成，通過偏心塊離心力帶動夯架工作，本次設(shè)計主要采用CAD技術(shù)進行打夯機的三維設(shè)計及運動仿真，并在此基礎(chǔ)之上進行偏心塊的動態(tài)特性分析。 關(guān)鍵詞：蛙式打夯機，結(jié)構(gòu)設(shè)計，三維建模，有限元分析3D design of tamping machine000(Grade00,Class0,Major Mechanical Design and Manufacture and automation,Mechanical Enginieering Dept,Shaanxi Univetsity of Tech

5、nology,Hanzhong 723000,Shaanxi)Tutor:000Abstract: 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 o

6、n, 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,f

7、inite element analysis目 錄1緒論1 1.1CAE技術(shù)的發(fā)展1 1.2蛙式打夯機的概述1 1.3本課題的主要工作22蛙式打夯機總體參數(shù)設(shè)計計算3 2.1確定偏心塊質(zhì)量3 2.2確定電動機功率3 2.3第一對帶輪的設(shè)計4 2.3.1帶傳動設(shè)計4 2.3.2選取帶型4 2.3.3確定帶輪的基準直徑并驗證帶速4 2.3.4確定中心距離、帶的基準長度并驗算小輪包角5 2.3.5確定帶的根數(shù)z5 2.3.6確定帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸5 2.3.7計算壓軸力5 2.4第二對帶輪的設(shè)計計算7 2.4.1帶傳動設(shè)計7 2.4.2選取帶型7 2.4.3確定帶輪的基準直徑并驗證帶速7 2.4.4確

8、定中心距離、帶的基準長度并驗算小輪包角8 2.4.5確定帶的根數(shù)z8 2.4.6確定帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸9 2.4.7計算壓軸力93軸的設(shè)計計算鍵的選擇10 3.1軸1的設(shè)計與校核10 3.1.1求作用在帶輪上的力10 3.1.2 初步確定軸的最小直徑10 3.1.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計11 3.1.4 求軸上的載荷12 3.1.5 按彎曲扭轉(zhuǎn)合成應(yīng)力校核軸的強度13 3.1.6 精確校核軸的疲勞強度13 3.2 軸2的設(shè)計17 3.2.1初步確定軸的尺寸17 3.2.2 帶輪4上軸的整體設(shè)計174蛙式打夯機的三維建模及運動仿真22 4.1零件建模20 4.1.1偏心塊建模20 4.1.2帶輪的三維建模

9、21 4.1.3夯頭體的三維建模22 4.1.4 其余零件建模23 4.2蛙式打夯機的三維裝配24 4.3 蛙式打夯機的運動仿真275 ANSYS有限元分析28 5.1有限元分析軟件簡介28 5.2分析步驟28 5.2.1 導(dǎo)入模型28 5.2.2 網(wǎng)格劃分28 5.2.3 建立約束條件29 5.2.4 施加載荷29 5.2.5 分析求解30 5.2.6 結(jié)果分析311緒論1.1CAE技術(shù)的發(fā)展 “CAE即計算機輔助工程是用計算機輔助求解復(fù)雜丁程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動力響應(yīng)、熱傳導(dǎo)、三維多體接觸、彈塑性等力學(xué)性能的分析計算以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計等問題的一種近似數(shù)值分析方法” 1。

10、它的特點是以工程和科學(xué)問題為背景，建立計算模型并進行計算機仿真分析。一方面，CAE技術(shù)的應(yīng)用，使許多過去受條件限制無法分析的復(fù)雜問題，通過計算機數(shù)值模擬得到滿意的解答；另一方面，計算機輔助分析使大量繁雜的方程分析問題簡單化，使復(fù)雜的過程層次化，節(jié)省了大量的時間，避免了低水平重復(fù)的工作，使工程分析更快、更準確。在產(chǎn)品的設(shè)計、分析、新產(chǎn)品的開發(fā)等方面發(fā)揮了重要作用，同時CAE這一新興的數(shù)值模擬分析技術(shù)在國外得到了迅猛發(fā)展，又推動了許多相關(guān)的基礎(chǔ)學(xué)科和應(yīng)用科學(xué)的進步。 隨著計算機技術(shù)的普及和不斷提高，CAE系統(tǒng)的功能和計算精度都有很大提高，各種基于產(chǎn)品數(shù)字建模的CAE系統(tǒng)應(yīng)運而生，并已成為結(jié)構(gòu)分析和

11、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要工具，同時也是計算機輔助4c系統(tǒng)(CAD，CAE，CAPPCAM)的重要環(huán)節(jié)。CAD(計算機輔助設(shè)計)、CAM(計算機輔助制造)和CAPP(計算機輔助工藝)等都屬于計算機輔助工程(CAE)，而計算流體動力學(xué)CFD和有限元分析(FEA)等則是支撐CAE的分析工具和手段。采用CAD技術(shù)來建立CAE的幾何模型和物理模型。完成分析數(shù)據(jù)的輸入，通常稱此過程為CAE的前處理。同樣，CAE的結(jié)果也需要用CAD技術(shù)生成形象的圖形輸出，如生成位移圖、應(yīng)力、溫度、壓力分布的等值線圖，表示應(yīng)力、溫度、壓力分布的彩色明暗圖，以及隨機械載荷和溫度載荷變化生成位移、應(yīng)力、溫度、壓力等分布的動態(tài)顯示圖。這一過

12、程叫做CAE的后處理。CAE的理論基礎(chǔ)有限元法：20世紀40年代起源于土木工程和航空工程中的彈性和結(jié)構(gòu)分析問題的研究。它的發(fā)展可以追溯到Alexander Hrennikoff(1941)和Richard courant(1942)的工作，他們的方法具有共同的本質(zhì)特征：利用網(wǎng)格離散化將一個連續(xù)區(qū)域轉(zhuǎn)化為一族離散的子區(qū)域，通常叫做元。HrenfIikofr的丁作離散用類似于格子的網(wǎng)格離散區(qū)域；Courant的方法將區(qū)域分解為有限個三角形的子區(qū)域，用于求解來源于圓柱體轉(zhuǎn)矩問題的二階橢圓偏。Courant的貢獻推動了有限元的發(fā)展。1963至1964年Besseling等確認了有限元法是處理連續(xù)介質(zhì)問

13、題的一種普遍方法。而后，隨著計算機技術(shù)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，有限元技術(shù)依靠數(shù)值計算方法，才迅速發(fā)展起來。近10年來，有限元法的應(yīng)用范圍有了大幅度的提高，已由簡單的彈性力學(xué)的平面問題擴展到空間問題、板殼問題，由靜力問題擴展到穩(wěn)定性問題、動力學(xué)問題和波動問題；分析對象從彈性材料擴展到塑性、粘塑性和復(fù)合材料，從固體力學(xué)擴展到流體力學(xué)、傳熱學(xué)、電磁學(xué)等連續(xù)介質(zhì)力學(xué)領(lǐng)域。將有限元分析技術(shù)逐漸由傳統(tǒng)的分析和校核擴展到優(yōu)化設(shè)計，并與計算機輔助設(shè)計(CAD)和計算機輔助制造(CAM)密切結(jié)合，形成了現(xiàn)在CAE技術(shù)框架。1.2蛙式打夯機的概述 輕型壓實設(shè)備蛙式打夯機是一種簡易壓實施工機械，其原理就是利用偏心塊做圓周

14、運動產(chǎn)生的離心慣性力帶動夯架上下振動并且向前運動；建筑行業(yè)中打地基用，因其行動方式一步一跳，好象青蛙行走故此得名；其主要部件包括夯錘、夯架、偏心塊、皮帶輪和電動機等。電動機及傳動部分裝在底座上，夯架后端與傳動軸鉸接，在偏心塊離心力作用下，夯架可繞此軸上下擺動。夯架前端裝有夯錘，當夯架向下方擺動時就夯擊土壤，向上方擺動時使橇座前移。因此，蛙式夯夯錘每沖擊一次，機身即向前移動一步。 由于蛙式打夯機的整體工作效率低下，而且安全性較差，一般只能進行小面積薄鋪層的平整和初步壓實工作，并且隨著振動平板夯和振動沖擊夯技術(shù)的日趨成熟，蛙式打夯機也漸漸的被它們所替代，僅在民用小型建筑中發(fā)揮著它的余熱。 蛙式打夯

15、機的設(shè)計較簡單，其主要結(jié)構(gòu)為大小減速帶輪、支承軸、夯頭體、底板、以及支架等構(gòu)件構(gòu)成?，F(xiàn)在市面上出售的打夯機，其主體部分都是通過焊接完成，這在結(jié)構(gòu)造型上顯得很靈活，可以根據(jù)不同的工作環(huán)境改變其構(gòu)成，同時，焊接操作方便，簡單，也便于以后對機器的改進。其采用的材料也主要以鋼材為主，這在減小機器結(jié)構(gòu)尺寸，增加機體剛性上取得了很好的效果，使得打夯機工作效率有了較大的提高。 本次設(shè)計的蛙式打夯機在造型上較為傳統(tǒng)，其體積較龐大，主要原因是它的夯頭體和底板分別采用的是整體鑄造成型，而在現(xiàn)有的打夯機中，其結(jié)構(gòu)主要是采用型鋼焊接，這在減小體積、加強機體總體緊湊性上得到了很好的解決。在本設(shè)計中，雖然底板和夯頭體采用

16、的是整體造型結(jié)構(gòu)，但它并不影響機器的工作效率和動力特性。如圖1.1所示，“打夯機的工作過程為：電動機1輸出的轉(zhuǎn)矩通過V帶3傳遞給減速大帶輪5，在大帶輪的支承軸4上有一個二級減速小帶輪，轉(zhuǎn)矩再通過V帶傳遞給輸出大帶輪6，帶輪6是支承在軸7上的，同時通過螺栓將軸承座8和夯頭架10連接起來，大帶輪在轉(zhuǎn)動的過程中，將帶動連接在上的偏心塊9一起轉(zhuǎn)動。在離心力的作用下，將帶動夯頭底板10做上下沖擊震動，從而壓實物料。同時在離心力的作用下，將抬起底板15的右部分，起作用是減小底板與地面的摩擦力作用，從而使整機前移”2。 1、電動機；2、出軸帶輪1；3、窄V帶（SPZ）；4、軸；5、減速大帶輪2； 6、輸出大

17、帶輪4；7、軸；8、軸承座；9、偏心塊；10、夯頭底板；11、連接螺栓；12、支承架；13、張緊螺釘；14、電機支架；15、底板圖1.1 蛙式打夯機結(jié)構(gòu)簡圖1.3本課題的主要工作 本課題為打夯機的三維設(shè)計，在設(shè)計過程中需要完成的工作主要包括：蛙式打夯機總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，電動機的選擇，對蛙式打夯機的傳動系統(tǒng)、執(zhí)行部件及機架設(shè)計，對設(shè)計零件進行設(shè)計計算分析和校核，運用計算機輔助設(shè)計軟件對設(shè)計的零件進行三維建模，運用計算機輔助設(shè)計軟件對打夯機夯架進行靜應(yīng)力分析，繪制整機裝配圖及零件圖。2蛙式打夯機總體參數(shù)設(shè)計計算2.1確定偏心塊質(zhì)量 根據(jù)本課題要求的設(shè)計基本參數(shù)：打擊次數(shù)60次/分 , 打擊力：約600

18、N 由于蛙式打夯機工作時的總在分析偏心塊受力時應(yīng)考慮到：當夯頭被抬升至最高位置時，只有偏心塊產(chǎn)生的離心力只需要克服夯頭重力，即。才能將夯頭帶起，并使整機前移。根據(jù)已知條件，n=60 r/min,則假設(shè)偏心塊厚度為30mm，其他尺寸如圖2.1所示：圖2.1偏心塊結(jié)構(gòu) 根據(jù)圖中尺寸，確定工作所需功率，本設(shè)計中假設(shè)夯頭連桿間距離為900mm， 由公式 P=FR，首先需要確定離心力的大小， 離心力公式為F=ma=mR2，其中R為偏心塊到轉(zhuǎn)軸中心的距離，在本設(shè)計中，其計算過程如下：有偏心塊計算公式:可得：=250mm夾角值取22.5度。 根據(jù)圖2.1中偏心塊尺寸，計算其質(zhì)量，需要說明的是，由于偏心塊受到

19、較大的沖擊載荷，在選擇材料時，選用鑄鋼材料，其密度，扇形面積計算公式:1/2×弧長×半徑。體積：面積高由2.2確定電動機功率故以上得夯頭受力為：F=mR2=25.2570.25(2)2=249.3N計算工作時所需功率：由 0.962×0.982×0.990.876由于帶在傳動過程中，存在著功率的損失，查機械設(shè)計課程設(shè)計手冊3可得，為V帶的效率,為第一、二對軸承的效率， 為聯(lián)軸器的效率。則電機所需功率為P=1.4090.876=1.608KW查機械設(shè)計課程設(shè)計手冊得：選擇，其銘牌如下表2.1：表2-1 Y系列三相異步電動機電動機型號額定功率 KW滿載轉(zhuǎn)速

20、r/min堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩質(zhì)量 Kg Y112M-6 2.2同步轉(zhuǎn)速1000r/min,6級 9402.0 2.0 452.3第一對帶輪的設(shè)計 2.3.1帶傳動設(shè)計輸出功率P=2.2kW,轉(zhuǎn)速n1=940r/min,n2=300r/min根據(jù)V帶的載荷平穩(wěn)，兩班工作制（16小時），查機械設(shè)計P296表4，取KA=1.1。即=2.42KW 2.3.2選取帶型普通V帶的帶型根據(jù)傳動的設(shè)計功率Pd和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1按機械設(shè)計4中數(shù)據(jù)選取。根據(jù)算出的Pd2.42kW及小帶輪轉(zhuǎn)速n1940r/min ，查圖得：=80100可知應(yīng)選取A型V帶。2.3.3確定帶輪的基準直徑并驗證帶速由機

21、械設(shè)計P298表137查得，小帶輪基準直徑為80100mm則取dd1=90mm> ddmin.=75 mm，如表2.2（dd1根據(jù)P295表13-4查得）表2.2 V帶帶輪最小基準直徑槽型 Y Z ABCDE 20 50 75125200355500由機械設(shè)計P295表13-4查“V帶輪的基準直徑”，得=250mm誤差驗算傳動比： （為彈性滑動率）誤差 符合要求帶速 滿足4m/s<v<2530m/s的要求，故驗算帶速合適。2.3.4確定中心距離、帶的基準長度并驗算小輪包角由式可得0.7（90+250）2（90+250）即238680，選取=340mm 所以有：由機械設(shè)計P29

22、3表132查得Ld1250mm實際中心距符合要求。2.3.5確定帶的根數(shù)z根據(jù)三角帶根數(shù)式中：N1為根三角帶傳動的功率，N0為單根三角帶在、特定長度、平穩(wěn)工作情況下傳遞的功率，查表得N0=0.56 C1包角系數(shù)，查表得C1=0.98三角帶傳遞的功率N1=2.2 KW將所查數(shù)據(jù)代入可得所以，所需帶輪的根數(shù)為4根2.3.6確定帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸根據(jù)V帶輪結(jié)構(gòu)的選擇條件，電機的主軸直徑為d=28mm；由機械設(shè)計P293 ，“V帶輪的結(jié)構(gòu)”判斷：當3ddd1(90mm)300mm，可采用實心式帶輪作為小帶輪。由于dd2=250mm，所以宜選用孔板式帶輪。總之，小帶輪選實心式結(jié)構(gòu)，大帶輪選擇孔板式結(jié)構(gòu)。帶

23、輪的材料：選用灰鑄鐵，HT200。2.3.7計算壓軸力由機械設(shè)計P303表1312查得，A型帶的初拉力F0133.46N，上面已得到，z=8，則對帶輪的主要要求是質(zhì)量小且分布均勻、工藝性好、與帶接觸的工作表面加工精度要高，以減少帶的磨損。轉(zhuǎn)速高時要進行動平衡，對于鑄造和焊接帶輪的內(nèi)應(yīng)力要小, 帶輪由輪緣、腹板（輪輻）和輪轂三部分組成。帶輪的外圈環(huán)形部分稱為輪緣，輪緣是帶輪的工作部分，用以安裝傳動帶，制有梯形輪槽。由于普通V帶兩側(cè)面間的夾角是40°，為了適應(yīng)V帶在帶輪上彎曲時截面變形而使楔角減小，故規(guī)定普通V帶輪槽角 為32°、34°、36°、38

24、6;（按帶的型號及帶輪直徑確定），。裝在軸上的筒形部分稱為輪轂，是帶輪與軸的聯(lián)接部分。中間部分稱為輪幅（腹板），用來聯(lián)接輪緣與輪轂成一整體。V帶輪按腹板（輪輻）結(jié)構(gòu)的不同分為以下幾種型式：（1） 實心帶輪：用于尺寸較小的帶輪(dd(2.53)d時)，如圖2.3a。 （2） 腹板帶輪：用于中小尺寸的帶輪(dd 300mm 時)，如圖2.3b。（3） 孔板帶輪：用于尺寸較大的帶輪(ddd) 100 mm 時)，如圖2.3c 。（4） 橢圓輪輻帶輪：用于尺寸大的帶輪(dd 500mm 時)，如圖2.3d。 （a） （b） （c） （d）圖2.3 帶輪結(jié)構(gòu)類型根據(jù)設(shè)計結(jié)果，可以得出結(jié)論：小帶輪選擇實心

25、帶輪，如圖（a）,大帶輪選擇孔板帶輪如圖（c）。大帶輪結(jié)構(gòu)尺寸如圖2.4所示： 圖2.4 帶輪2.4第二對帶輪的設(shè)計計算2.4.1帶傳動設(shè)計輸入功率=2.2kW×0.96×0.98×0.992.04kW由于帶在傳動過程中，存在著功率的損失，查機械設(shè)計課程設(shè)計手冊可得，為V帶的效率,為第一、二對軸承的效率， 為聯(lián)軸器的效率。轉(zhuǎn)速n2=300r/min,n3=60r/min計算設(shè)計功率根據(jù)V帶的載荷平穩(wěn)，兩班工作制（16小時），查機械設(shè)計P296表4，取KA1.1。即2.4.2選取帶型普通V帶的帶型根據(jù)傳動的設(shè)計功率Pd和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1按機械設(shè)計中查的。根據(jù)算出的P

26、d2.224kW及小帶輪轉(zhuǎn)速n2300r/min ，查圖得：dd=80100可知應(yīng)選取A型V帶。2.4.3確定帶輪的基準直徑并驗證帶速由機械設(shè)計查得，小帶輪基準直徑為80100mm則取dd1=100mm> ddmin.=75 mm，如表2.3：表2.3 V帶帶輪最小基準直徑槽型 Y Z ABCDE 20 50 75125200355500由機械設(shè)計P295表13-4查“V帶輪的基準直徑”，得=500mm誤差驗算傳動比： （為彈性滑動率）誤差 符合要求帶速 滿足4m/s<v<2530m/s的要求，故驗算帶速合適。2.4.4確定中心距離、帶的基準長度并驗算小輪包角由式可得0.7（

27、100+500）2（100+500）即4201200，選取=700mm 所以有： 由機械設(shè)計P293表132查得Ld2400mm實際中心距符合要求。2.4.5確定帶的根數(shù)z根據(jù)三角帶根數(shù)式中：N1為根三角帶傳動的功率，N0為單根三角帶在、特定長度、平穩(wěn)工作情況下傳遞的功率，查表得N0=0.50 C1包角系數(shù)，查表得C1=0.98三角帶傳遞的功率N1=2.04 KW將所查數(shù)據(jù)代入可得所以，所需帶輪的根數(shù)為4根2.4.6確定帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸根據(jù)V帶輪結(jié)構(gòu)的選擇條件，電機的主軸直徑為d=28mm；由機械設(shè)計P293 ，“V帶輪的結(jié)構(gòu)”判斷：當3ddd1(90mm)300mm，可采用孔板式或者實心式帶

28、輪，這次選擇實心式作為小帶輪。由于dd=500mm，所以宜選用輪輻式帶輪。總之，小帶輪選實心式結(jié)構(gòu)，大帶輪選擇輪輻式結(jié)構(gòu)。帶輪的材料：選用灰鑄鐵，HT200。2.4.7計算壓軸力由機械設(shè)計P303表1312查得，A型帶的初拉力F0130.59N，上面已得到，z=6，則對帶輪的主要要求是質(zhì)量小且分布均勻、工藝性好、與帶接觸的工作表面加工精度要高，以減少帶的磨損。轉(zhuǎn)速高時要進行動平衡，對于鑄造和焊接帶輪的內(nèi)應(yīng)力要小, 帶輪由輪緣、腹板（輪輻）和輪轂三部分組成。帶輪的外圈環(huán)形部分稱為輪緣，輪緣是帶輪的工作部分，用以安裝傳動帶，制有梯形輪槽。由于普通V帶兩側(cè)面間的夾角是40°，為了適應(yīng)V帶在

29、帶輪上彎曲時截面變形而使楔角減小，故規(guī)定普通V帶輪槽角 為32°、34°、36°、38°（按帶的型號及帶輪直徑確定），裝在軸上的筒形部分稱為輪轂，是帶輪與軸的聯(lián)接部分。中間部分稱為輪幅（腹板），用來聯(lián)接輪緣與輪轂成一整體。根據(jù)設(shè)計結(jié)果，可以得出結(jié)論：小帶輪選擇實心帶輪，大帶輪選擇輪輻式帶輪。3軸的設(shè)計計算鍵的選擇3.1軸1的設(shè)計與校核3.1.1求作用在帶輪上的力因已知低速級帶輪的直徑為500 而 F8926.93 N FF3356.64 N FFtan4348.16×2315.31 N圓周力F，徑向力F及軸向力F的方向如圖3.1所示。圖3.1

30、軸1的載荷分布圖3.1.2 初步確定軸的最小直徑（1）先按機械設(shè)計式（15-2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)機械設(shè)計查表取取，于是得112×60.36（2）聯(lián)軸器的選擇。輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的直徑（圖3-2）。為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適,故需同時選取聯(lián)軸器的型號。查課本表14-1,考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小，故取1.3，則：1.3×1495.5×1091834.287 按照計算轉(zhuǎn)矩Tca應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，查機械設(shè)計手冊表17-4，選用LT10彈性套柱銷聯(lián)軸器（GB/T43232002），其公稱轉(zhuǎn)矩為2000。

31、半聯(lián)軸器的孔徑d165 mm，故取65 mm，半聯(lián)軸器的長度L142 mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L1107 mm。3.1.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 為了滿足半聯(lián)軸器的要求的軸向定位要求,-軸段右端需要制出一軸肩,故取-的直徑80 mm；左端用軸端擋圈定位,按軸端直徑取擋圈直徑D85 mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L1107 mm，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸端上, 現(xiàn)取105 mm。 初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用,故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù)80 mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組、標準精

32、度級的單列圓錐滾子軸承（GB/T 2971994）30217型，其尺寸為d×D×T85 mm×150 mm×30.5 mm，故85 mm；右端圓錐滾子軸承采用套筒進行軸向定位，取套筒寬為14 mm，則44.5 mm。 取安裝帶輪處的軸段90 mm；帶輪的左端與左軸承之間采用套筒定位。已知帶輪的轂寬度為90 mm，為了使套筒端面可靠地壓緊帶輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取該段長度為86 mm。帶輪的右端采用軸肩定位，軸肩高h0.07d，故取h7 mm，則104 mm。軸環(huán)寬度,取b12 mm。 軸承端蓋的總寬度為37.5 mm(由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計

33、而定)。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求,取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離,故取67.5 mm。至此，已初步確定了軸1的結(jié)構(gòu)如圖3.2，軸1各段直徑和長度如表3.1。 圖3.2 軸1的結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖帶輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按90 mm由機械設(shè)計表6-1查得平鍵截面b×h25 mm×14 mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為70 mm，同時為了保證帶輪與軸配合有良好的對中性，故選擇帶輪轂與軸的配合為；同樣，半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為20 mm×12 mm×90 mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡

34、配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6 段名 參數(shù) -直徑/mm65 H7/k6 80 85 m6 90 H7/n6 10485 m6長度/mm105 67.5 4686 12 44.5鍵b×h×L/mm20 ×12 ×9025×14×70C或R/mm處2×45o處 R2處R2.5處R2.5處R2.5處R2.5處2.5×45o 表3.1 軸1結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)參考機械設(shè)計表15-2，取軸左端倒角為2×，右端倒角為2.5×。各軸肩處的圓角半徑為:處為R2，其余為R2.5。3.1.4 求軸上的載荷 首

35、先根據(jù)結(jié)構(gòu)圖(圖3.2）作出軸的計算簡圖(表3.1）。在確定軸承的支點位置時,應(yīng)從手冊中查得a值。對于30217型圓錐滾子軸承，由手冊中查得a29.9 mm。因此，作為簡支梁的軸的支承跨距57.1+71.6128.7 mm。根據(jù)軸的計算簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖（圖3.1）。從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面是軸的危險截面。計算步驟如下：首先根據(jù)結(jié)構(gòu)圖(圖3.2）作出軸的計算簡圖(表3.1）。在確定軸承的支點位置時,應(yīng)從手冊中查得a值。對于30217型圓錐滾子軸承，由手冊中查得a29.9 mm。因此，作為簡支梁的軸的支承跨距57.1+71.6128.7 mm。根據(jù)軸的計算簡圖做出軸的彎

36、矩圖和扭矩圖（圖3.1）。從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面是軸的危險截面。計算步驟如下：57.1+71.6128.7 mm4 966.34 N3 960.59 N2 676.96 N3 356.64-2 676.96679.68 N4 966.34×57.1283 578.014 2 676.96×57.1152 854.416 679.68×71.6486 65.09 322 150.53 2 287 723.45 3.1.5 按彎曲扭轉(zhuǎn)合成應(yīng)力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）的強度。根據(jù)課本式(15-5)

37、及表3.2中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取0.6，軸的計算應(yīng)力12.4 MPa前已選軸材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查課本表15-1得60MP。因此 ，故此軸安全。3.1.6 精確校核軸的疲勞強度（1）判斷危險截面截面A,B只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應(yīng)力集中均將消弱軸的疲勞強度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強度較為寬裕確定的，所以截面A,B均無需校核。從應(yīng)力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面和處過盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴重，從受載來看，截面C上的應(yīng)力最大。截面的應(yīng)力集中的影響和截面的相近，但是截面不受扭矩作用，同時軸徑也較大，故不必做強度校核。截面C上雖然應(yīng)

38、力最大，但是應(yīng)力集中不大（過盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端），而且這里軸的直徑最大,故截面C也不必校核，截面和顯然更不必要校核。由機械設(shè)計第3章的附錄可知，鍵槽的應(yīng)力集中較系數(shù)比過盈配合的小，因而，該軸只需校核截面左右兩側(cè)即可。（2）截面左側(cè)抗彎截面系數(shù) W0.10.161 412.5 抗扭截面系數(shù) 0.20.2122 825 截面的右側(cè)的彎矩M為 截面上的扭矩為 1 410 990 截面上的彎曲應(yīng)力1.48 MPa截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 11.49 MPa軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由課本表15-1查得 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按課本附表3-2查取。因，經(jīng)插值后查得1.9，1

39、.29又由機械設(shè)計附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)為，0.88故有效應(yīng)力集中系數(shù)按式(機械設(shè)計附表3-4）為1.756由課本附圖3-2的尺寸系數(shù)；由課本附圖3-3的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)。軸按磨削加工，由課本附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為軸為經(jīng)表面強化處理，即，則按課本式（3-12）及式（3-12a）得綜合系數(shù)為又由課本及3-2得碳鋼的特性系數(shù)，取，取于是，計算安全系數(shù)值，按課本式（15-6） (15-8)則得S65.66S16.9216.38S1.5 故可知其安全。截面右側(cè)抗彎截面系數(shù) W0.10.172 900 抗扭截面系數(shù) 0.20.2145 800 截面的右側(cè)的彎矩M為 90 834.04 截面上的

40、扭矩為 1 410 990 截面上的彎曲應(yīng)力1.25 MPa截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 9.68 MPa過盈配合處的，由課本附表3-8用插值法求出，并取0.8，于是得3.24 0.8×3.242.59軸按磨削加工，由課本附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為軸為經(jīng)表面強化處理，即，則按課本式（3-12）及式（3-12a）得綜合系數(shù)為3.332.68又由課本及3-2得碳鋼的特性系數(shù)，取，取于是，計算安全系數(shù)值，按課本式（15-6）(15-8)則得S66.07S16.92故該軸的截面右側(cè)的強度也是足夠的。本軸因無大的瞬時過載及嚴重的應(yīng)力循環(huán)對稱性，故可略去靜強度校核。至此，軸1的設(shè)計計算即告結(jié)束。軸1的結(jié)構(gòu)

41、尺寸如圖3.3所示： 圖3.3 軸13.2 軸2的設(shè)計3.2.1初步確定軸的尺寸軸材料選用45鋼調(diào)質(zhì)，參考材料力學(xué)得，G=80 ， ， 。軸上轉(zhuǎn)矩：=264 N/m 由強度條件： =32.3 mm 由剛度條件： 33.6 mm初取軸的直徑為D=60 mm3.2.2 軸2的整體設(shè)計軸2上主要安裝的零件有，帶輪4，夯頭架，固定套筒。在設(shè)計軸時，其長度應(yīng)該大于這幾個零件寬度之和，如圖3.4，在校核軸時，主要應(yīng)考慮的是軸的受力彎曲變形。 圖3.4 軸2至此主要傳動件的設(shè)計計算已經(jīng)全部完畢，其余部件如底座，支架的結(jié)構(gòu)尺寸由網(wǎng)上現(xiàn)有的數(shù)據(jù)查的，在此不一一列出。主要傳動部件的計算已經(jīng)全部結(jié)束，其余配件的尺寸

42、及設(shè)計方法借鑒于網(wǎng)上現(xiàn)有的數(shù)據(jù)。夯頭體結(jié)構(gòu)尺寸如圖3.4所示： 圖3.4 夯頭體蛙式打夯機的整體裝配圖如圖3.5（轉(zhuǎn)下頁）。 圖3.5 蛙式打夯機裝配圖4蛙式打夯機的三維建模及運動仿真Pro/E是一個基于特征的建模器，整個機器模型都是由一系列特征構(gòu)成的。三維實體建模，實際上是以“搭積木”的方式依次將各種特征添加到已有的特征之上，從而構(gòu)成具有清晰結(jié)構(gòu)的實際結(jié)果。利用Pro/E進行建模的時候，首先要完成各個零部件的設(shè)計，再把零部件按照裝配關(guān)系組裝在一起。零部件的設(shè)計命令由草繪、拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描和其他基礎(chǔ)命令組成。通過重復(fù)這些基本命令，設(shè)計出符合要求的零件三維圖。所有的零件三維圖繪制完畢后，則要進行

43、組裝。零件的裝配是在組件模式下進行的，導(dǎo)入首個要裝配的部件，以此為基礎(chǔ)導(dǎo)入其他部件，設(shè)置約束條件，確定部件的位置關(guān)系進行裝配即可。本次三維建模主要有以下圖形：電動機，出軸帶輪，窄V帶（SPZ），低速軸，減速大帶輪2，輸出大帶輪4，高速軸，軸承座，偏心塊，夯頭底板，連接螺栓，支承架，電機支架，底板。4.1零件建模4.1.1偏心塊建模進入pro/E草繪界面，繪制零件輪廓如4.4圖4.4 偏心塊初次草繪繪制完成后，對草圖進行初次拉伸得圖4.5圖4.5 偏心塊初次拉伸重復(fù)草繪拉伸，鏡像，倒角得到最終偏心塊三維圖4.6圖4.6 偏心塊三維模型4.1.2帶輪的三維建模繪制帶輪1的零件輪廓，如圖4.7圖4.

44、7 帶輪1的第一次草繪圖形將草繪圖形旋轉(zhuǎn)得圖4.8圖4.8 帶輪1旋轉(zhuǎn)后零件圖繼續(xù)草繪，拉伸，陣列，旋轉(zhuǎn)得帶輪1三維模型圖4.9圖4.9 帶輪1三維模型帶輪2，3，4的建模方法與帶輪1 的方法相同，只是草繪尺寸不同，一下不做過多的贅述。4.1.3夯頭體的三維建模繪制夯頭體零件輪廓如圖4.10圖4.10 夯頭體的初次草繪初次拉伸得圖4.11圖4.11 夯頭體的初次拉伸重復(fù)草繪拉伸，鏡像等命令得夯頭體最終三維模型圖4.12圖4.12 夯頭體4.1.4 其余零件建模其余零件的建模方法與上述方法基本相同，不做過多描述，僅將三維模型展示如下。 圖4.13 帶輪2 圖4.14 帶輪4 圖4.15 底板 圖

45、4.16 軸2 圖4.17 軸1 圖4.18 電機 圖4.19 支架 圖4.20 帶輪34.2蛙式打夯機的三維裝配所有的零件三維圖繪制完畢后，則要進行組裝。零件的裝配是在組件模式下進行的，導(dǎo)入首個要裝配的部件，以此為基礎(chǔ)導(dǎo)入其他部件，設(shè)置約束條件，確定部件的位置關(guān)系進行裝配即可。具體裝配步驟為下：圖4.21 選擇裝配模塊再單擊元件添加到組件按鈕，之后選取和導(dǎo)入要進行裝配的部件，如圖4.22圖4.22 插入元件設(shè)置好約束關(guān)系之后，一一導(dǎo)入元件，進行裝配，如圖4.23。圖4.23設(shè)置約束蛙式打夯機的主要裝配過程如下：由底板開始裝配，先裝入扶手，扶手柱的中心線與底板上孔的中心線重合，故將他們兩個的位

46、置關(guān)系進行約束，裝入扶手后，如圖4.24。圖4.24 裝入扶手支撐架與底板為螺釘連接，需將它們上的孔的位置關(guān)系一一對應(yīng)，將中心線的位置進行約束，電機與支架同理，裝入電機與支架后如圖4.25。圖4.25裝入支架與電機帶輪與軸之間為銷釘連接，軸與帶輪孔的中心線同軸，故將其的位置關(guān)系進行約束后，在裝入軸承座，如圖4.26。圖4.26 裝入帶輪與軸V帶與帶輪之間表面有接觸，故將帶輪的表面與V帶的表面的位置關(guān)系約束，進而將V帶的彎曲處的圓心與軸的中心線放在同一處，在裝入螺栓以及剩余部件整機裝配完成，如圖4.27。圖4.27 裝配完成4.3 蛙式打夯機的運動仿真運動仿真的前提是基于裝配圖的，在裝配是必須保

47、留所需的自由度才能進行仿真運動。保留所需自由度后進入機構(gòu)頁面進行仿真。三維模型如圖4.28。圖4.28 打夯機三維模型模型中電機帶輪與電機軸為銷釘聯(lián)接，帶輪2與帶輪3與高速軸為銷釘聯(lián)接，帶輪4與低速軸為銷釘聯(lián)接，定義電動機選擇運動軸，定義電動機為力矩，然后各零件的運動關(guān)系都被定義好了以后，就可以進行仿真運動了，運動仿真用Pro/E軟件上的分析功能，通過設(shè)計運動時間，運動方向，然后進行運動分析，分析完成后使用回放功能查看仿真結(jié)果。動畫即可生成，點擊“捕獲”，將動畫保存為MPEG格式，即可生成蛙式打夯機的仿真動畫，將其“確定”即可保存。具體情況見光盤。5 ANSYS有限元分析5.1有限元分析軟件簡

48、介Ansys一個融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電、磁、聲學(xué)于一體的大型通用有限元軟件，作為目前最流行的有限元軟件之一，它具備功能強大、兼容性好、使用方便、計算速度快等優(yōu)點，成為工程師們開發(fā)設(shè)計的首選，廣泛應(yīng)用于一般工業(yè)及科學(xué)研究領(lǐng)域，而在機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，主要在于分析機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)收到附在后產(chǎn)生的反應(yīng)，如位移、應(yīng)力、變形等，根據(jù)該反應(yīng)判斷是否符合設(shè)計要求。對于實體建模,ANSYS提供了兩種基本方法,即“自頂向下的建模法”和“自底向上的建模法”?！白皂斚蛳碌慕７ā本褪窃诖_定的坐標系下直接定義實體體素結(jié)構(gòu),然后對這些實體體素求“交”、“并”、“差”等布爾運算生成所需的幾何體?！白缘紫蛏系慕７ā本褪窃诖_定的坐標

49、系下,依次定義點、線、面,最后由面生成體的一個完整的建模過程。對于其中的一些具體定義操作,ANSYS還提供了直接定義、拉伸、掃描、旋轉(zhuǎn)、復(fù)制等操作特征以供選用。本課題中偏心塊的實體模型從Pro/E軟件中導(dǎo)入。5.2分析步驟5.2.1 導(dǎo)入模型在ansysworkbench運行環(huán)境中，導(dǎo)入已經(jīng)建立好的夯頭體的模型。單擊到模型文件夾導(dǎo)入模型。如下如圖5.1所示：圖5.1 導(dǎo)入夯頭體模型5.2.2 網(wǎng)格劃分單擊/preprocessor/meshing/meshtool/,在彈出的對話框meshtool中選擇smartsize,6級精度，定義材料屬性中彈性模量EX=2.0，泊松比PRXY=0.3，精度為三級精度。如圖5.2所示：圖5.2 定義材料及網(wǎng)格精度單擊mesh,選擇所要劃分的夯頭體，結(jié)果如圖5.3所示：圖5.3 夯頭體模型進行網(wǎng)格劃分5.2.3 建立約束條件單擊select entities,選擇軸孔內(nèi)表面以及兩側(cè)面對夯頭體進行自由度約束，限制其除UY以外的所有自由度，如圖5.4所示：圖5.4 對夯頭體進行約束5.2.4 施加載荷單擊點擊solution ，選擇difine loads ，單擊apply 選擇structural,displacement ,選擇on node