輸送帶彎曲阻力測試試驗臺設(shè)計與分析

畢業(yè)設(shè)計(論文)題目：輸送帶彎曲阻力測試試驗臺設(shè)計與分析專業(yè)：機械工程及自動化（礦山機電）時間：二零一五年六月中文題目：輸送帶彎曲阻力測試試驗臺設(shè)計與分析外文題目：ANALYSISONBENDINGRESISTANCETEST-BEDDESIGNOFCONVEYORBELTSAND畢業(yè)設(shè)計(論文)共62頁(其中：外文文獻及譯文14頁)圖紙共6張完成日期2015年6月答辯日期2015年6月摘要帶式輸送機是輸送散狀物料的重要設(shè)備之一，以輸送帶作牽引和承載構(gòu)件，通過承載物料的輸送帶的運動作物料連續(xù)輸送設(shè)備，它廣泛應(yīng)用于煤炭、冶金、礦山、港口等領(lǐng)域，隨著科技技術(shù)的進步與發(fā)展，對設(shè)備的要求性能越來越高，而彎曲阻力是輸送機的主要運行阻力之一，其在日常工作使用中帶來不必要的浪費與損耗，為了詳細研究輸送帶彎曲阻力，并為研發(fā)節(jié)能型輸送帶提供測試工具，本文設(shè)計一種橡膠輸送帶彎曲阻力測試試驗臺。本文首先根據(jù)給定的試驗臺參數(shù)對其主要零部件如張緊缸、壓下缸等進行了設(shè)計和校核；然后根據(jù)已有的輸送帶彎曲阻力數(shù)學(xué)模型對彎曲阻力進行了估算，對電機、減速器等零部件的運行參數(shù)進行計算，并計算和分析結(jié)果為依據(jù)，對試驗臺中滾筒、托輥等零件的型號和生產(chǎn)廠家進行了選?。蛔詈鬄榱蓑炞C所設(shè)計的試驗臺能夠滿足設(shè)計要求，采用Pro/E對建立了試驗臺的三維虛擬樣機模型，對模型的結(jié)構(gòu)、質(zhì)量及整機的裝配和干涉情況進行了分析和驗證，再利用ANSYS對試驗臺進行靜力學(xué)分析和模態(tài)分析，對試驗臺的強度和動態(tài)特性進行了分析和校核，分析結(jié)果表明所設(shè)計的彎曲阻力試驗臺結(jié)構(gòu)合理、強度能夠滿足使用要求。關(guān)鍵詞：輸送帶；彎曲阻力；彎曲阻力測試試驗臺；Pro/ENGINEER；ANSYSAbstractWithtypeconveyingmachineisconveyingbulk-likematerialofimportantequipmentoneof,toconveyingwithfortractionandhostedcomponent,throughhostedmaterialofconveyingwithofmovementformaterialcontinuousconveyingequipment,itwidelyapplicationyucoal,andmetallurgical,andmine,andport,field,withtechnologytechnologyofprogressanddevelopment,onequipmentofrequirementsperformanceincreasinglyhigh,andbentresistanceisconveyingmachineofmainrunresistanceoneof,itsindailyusinginthebringsnotnecessaryofwasteandloss,todetailedresearchconveyingwithbentresistance,Andtoprovidetesttoolsforthedevelopmentofenergy-savingconveyorbelts,designedtoarubberconveyorbeltbendingresistancetest-bed.PaperfirstaccordingtogivenoftestTaiwanparameteronitsmainpartsaszhangtightcylinder,andpressurexiacylinder,forhasdesignandcheck;thenaccordingtohassomeconveyingwithbentresistancemathematicsmodelonbentresistanceforhasestimates,onmotor,andreducer,partsofrunparameterforcalculation,andcalculationandanalysisresultsforaccordingto,ontestTaichungdrum,andsupportingroll,partsofmodelandproductionmanufacturersforhasselected;lasttovalidationbydesigntestTaiwanofcanmeetdesignrequirements,usedPro/EonestablishedhastestTaiwanofthreedimensionalvirtualprototypemodel,onmodelofstructure,andqualityandthemachineofAssemblyandinterferencesituationforhasanalysisandvalidation,againusingANSYSontestTaiwanforstaticsanalysisanddiestateanalysis,ontestTaiwanofstrengthanddynamiccharacteristicsforhasanalysisandcheck,analysisresultsshowedthatbydesignofbentresistancetestTaiwanstructurereasonable,andstrengthcanmeetusingrequirements.KeyWords：Conveyorbelt；Bendingresistance；Resistancetobendingtest-bed；Pro/ENGINEER；ANSYS目錄281191緒論 1321491.1選題的依據(jù)和意義 184881.1.1選題的依據(jù) 1101091.1.2研究主要運行阻力及能耗機理的目的和意義 1176701.2帶式輸送機主要運行阻力研究現(xiàn)狀 240342試驗臺設(shè)計參數(shù)確定與選型 3262992.1試驗臺主要設(shè)計參數(shù) 363302.2張緊缸和壓下缸參數(shù)計算 422182.3輸送帶最大彎曲阻力估算 8263652.4主要零部件選型 11168452.4.1電機功率與電機選擇 1139552.4.2減速器選型 1235692.4.3驅(qū)動滾筒與張緊滾筒選型 1359072.4.4壓輥、托輥選型 13320153彎曲阻力測試試驗臺三維結(jié)構(gòu)設(shè)計 14228843.1Pro/ENGINEER簡介 1487573.2試驗臺主要零部件建模 14215693.2.1標(biāo)準(zhǔn)件繪制 14263233.2.2關(guān)鍵零部件建模 2226653.3試驗臺裝配模型建立及干涉分析 23198283.3.1裝配模型建立 23317133.3.2裝配零件干涉分析 29182074彎曲阻力測試試驗臺關(guān)鍵零部件強度校核 33272004.1Ansys簡介 3364004.2支架及主架的靜力學(xué)特性分析 3341704.3試驗臺模態(tài)分析 38317445結(jié)論 45285596技術(shù)經(jīng)濟性分析 4611895致謝 4611249參考文獻 4812321附錄A 4927689附錄B 551緒論1.1選題的依據(jù)和意義帶式輸送機是輸送散狀物料最重要的設(shè)備之一，是以輸送帶作牽引和承載構(gòu)件，通過承載物料的輸送帶的運動進行物料輸送的連續(xù)輸送設(shè)備。它廣泛應(yīng)用于煤炭、冶金、礦山、港口、建材等領(lǐng)域，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，帶式輸送機的應(yīng)用將越來越廣泛。目前帶式輸送機的發(fā)展趨勢主要集中在長距離、高速度、大運量、大功率等方向。降低投資成本，降低運行阻力，提高單機效率和生產(chǎn)率一直是使用廠家追求的目標(biāo)。1.1.1選題的依據(jù)輸送機的運行阻力分為：輸送機線路上的主要阻力；各輸送機部件上的附加阻力；輸送載荷的提升阻力；由各種特殊裝置產(chǎn)生的特殊阻力。對于長距離、大運量帶式輸送機來說，這幾個方面阻力系數(shù)在總的綜合模擬摩擦阻力系數(shù)中所占比例將隨著輸送機距離的增加、載荷的增大、膠帶張力的提高而改變。對于平均張力、單位長度重量的大張力、重載荷膠帶輸送機，僅壓陷阻力系數(shù)一項就高達總摩擦系數(shù)的70%。附加阻力包括：在加料處加速區(qū)內(nèi)物料與導(dǎo)料槽側(cè)板間的摩擦阻力；在加料區(qū)域內(nèi)輸送物料與輸送帶間的慣性阻力和摩擦力；輸送帶經(jīng)過滾筒的彎曲阻力和滾筒軸承阻力，輸送帶清掃器的摩擦阻力等。附加阻力一般與輸送機的長度無關(guān)，并且是一常量，對于長距離帶式輸送機而言，與主要運行阻力相比，其所產(chǎn)生的阻力是次要的，對于長度超過1000m的帶式輸送機來說，其大小不會超過0.09倍的主要阻力。1.1.2研究主要運行阻力及能耗機理的目的和意義首先，研究輸送機主要運行阻力及能耗機理可以為設(shè)計低能耗輸送機提供理論依據(jù)。眾所周知，采用標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計方法常常使計算能耗大于實際能耗，這不僅會增加輸送機的投資成本，還會嚴(yán)重影響輸送機的性能。通過對主要運行阻力及其影響因素的研究，得到計算運行阻力的科學(xué)、合理的理論公式，在設(shè)計中，就可以優(yōu)化輸送機結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)等，這不僅可以解決上述問題，而且可以降低輸送機能耗，這具有重要的實際意義和經(jīng)濟價值。其次，裝機效率效率有所提升。我們國家輸送機裝機功率低，國產(chǎn)帶式輸送機的裝機功率約為國外產(chǎn)品的30%~40%，固定帶式輸送機的裝機功率相差更大，而降低輸送機的主要運行阻力可以在有限的裝機功率的基礎(chǔ)上提高生產(chǎn)效率，這對于長距離、高速度、大運量、大功率輸送機的發(fā)展具有重要意義。長距離、高速度、大運量、大功率等已經(jīng)成為目前帶式輸送機的發(fā)展方向，研究運行阻力的形成機理，分析輸送帶粘彈性特性、運行速度、載荷、托輥半徑、托輥間距、輸送帶本身性能等各種因素對運行阻力的影響，對從根本上解決提速降耗，降低成本，提高運量和功率具有重要的意義。1.2帶式輸送機主要運行阻力研究現(xiàn)狀變形阻力主要包括：壓陷阻力和彎曲阻力兩部分。當(dāng)輸送帶在托輥組間運行時，膠帶周期性的橫向和縱向變形使得膠帶上各點相當(dāng)于受到一個交變的動載荷作用，由于膠帶的粘彈性特性，在動荷載作用下會產(chǎn)生能量損耗；當(dāng)物料隨輸送帶一起運行時，物料與輸送帶間及物料內(nèi)部顆粒之間將產(chǎn)生相對運動、并伴隨著物料顆粒的重新排列、剪脹及顆粒破碎等，這些都將產(chǎn)生能量的消耗，形成物料彎曲阻力。輸送帶壓陷阻力是運行中托輥壓入輸送帶覆蓋層而引起的變形功，因為覆蓋層材料具有的粘彈性滯后特性在帶輥脫離接觸后不能完全恢復(fù)引起的。輸送帶的彎曲變形阻力是當(dāng)輸送帶在托輥組間運行時，由于膠帶周期性的橫向和縱向變形引起的；物料變形阻力是當(dāng)物料隨輸送帶一起運行時，由于輸送帶的橫、縱變形而使物料內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)摩擦等，帶料間產(chǎn)生外摩擦而產(chǎn)生的能耗引起的。2試驗臺設(shè)計參數(shù)確定與選型輸送帶測試試驗臺主要由驅(qū)動滾筒、張緊滾筒、試驗臺框架、電機、減速器等組成。在滿足測試系統(tǒng)的試驗條件的前提下，其具體設(shè)計參數(shù)簡介如下：圖2-1彎曲阻力測試試驗臺工作原理圖Fig.2-1Bendingresistancetestbenchschematicdiagram工作原理和工作過程：測試前，先將張緊油缸縮回，然后將輸送帶放置在驅(qū)動滾筒和張緊滾筒之間，再采用硫化接頭機對輸送帶進行硫化接頭，當(dāng)輸送帶鏈接完畢后，將張緊滾筒伸出，這時輸送帶被張緊，當(dāng)輸送帶張緊到指定的張力時，張緊液壓缸停止工作并鎖死，然后再將支架上的壓下缸伸出，推動壓輥下壓，作用于輸送帶上，使得輸送帶彎曲，當(dāng)壓下缸的推力達到指定值時，壓下缸停止工作并鎖死。最后，啟動驅(qū)動滾筒并使?jié)L筒以指定的速度運行，當(dāng)滾筒的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，變可從壓輥上的阻力傳感器上活動該張緊力和壓下力作用下橡膠輸送帶的彎曲阻力值。2.1試驗臺主要設(shè)計參數(shù)帶寬：700mm；帶速：0-3.0m/s；帶長：11.5m；載荷范圍：0-5000N；驅(qū)動輪滾筒直徑：1000mm；托輥間距：1200mm；試驗所用托輥分：平型托輥；托輥半徑：60mm；張緊力：5~8t；最大壓下力：0~1t；液壓缸機械效率：0.9；按負載選擇執(zhí)行元件的工作壓力，初選液壓缸的工作壓力=8.0MPa選取此背壓值為=0.8MPa。試驗所用的輸送帶為阜新橡膠總廠生產(chǎn)的布芯橡膠輸送帶：GB/T7984-12850-400-CC-3-200N/mm-2+2-L，；輸送帶覆蓋層粘彈性參數(shù)：，，，2.2張緊缸和壓下缸參數(shù)計算1）張緊缸和壓下缸的相關(guān)計算：（2-1）式中—負載力—液壓缸機械效率—液壓缸無桿腔的有效作用面積—液壓缸有桿腔的有效作用面積—液壓缸無桿腔壓力—液壓缸有桿腔壓力根據(jù)（2-1）推算出張緊缸無桿腔的有效作用面積：（2-2）液壓缸缸筒直徑為：（2-3）根據(jù)相關(guān)公式計算得出：（2-4）通過（2-4）計算液壓缸活塞桿直徑，再根據(jù)GB/T2348—1993對液壓缸缸筒內(nèi)徑尺寸和液壓缸活塞桿外徑尺寸的規(guī)定，圓整后取液壓缸缸筒直徑為=125，活塞桿直徑為=90。同理，根據(jù)（2-1）推算出壓下缸無活塞桿時的有效作用面積：（2-5）液壓缸缸筒直徑為：（2-6）同理求出壓下缸的液壓缸缸筒直徑為=50，活塞桿直徑為=36。求出液壓缸直徑后對液壓缸的有效面積進行重新驗算；張緊缸無桿腔有效面積：（2-7）有桿腔有效面積：（2-8）壓緊缸無桿腔有效面積：（2-9）有桿腔有效面積：（2-10）張緊缸壓力：（2-11）壓下缸壓力：（2-12）2）液壓缸穩(wěn)定性驗算，張緊缸穩(wěn)定性條件：（2-13）式中—最大負荷力—液壓缸穩(wěn)定臨界力—穩(wěn)定性安全系數(shù)，取判別張緊缸最大撓度點位置的之值可由下式計算：（2-14）式中—活塞桿材料的彈性模量，對于鋼材—活塞桿截面慣性矩，最大撓度點的位置實際上停留在活塞桿與缸筒交接處，即，因而此時的計算值僅供判別用。在查閱相關(guān)設(shè)計手冊中“液壓缸支撐形式與長度折算系數(shù)對照表”中可知，長度折算系數(shù)，有效長度，即可知可取1。按不等截面桿計算穩(wěn)定臨界力（）在多數(shù)情況下，液壓缸最大撓度點的計算位置偏向缸筒一邊，即，這時可用下面的公式計算穩(wěn)定性臨界力：（2-15）式中—活塞桿材料的彈性模量—缸筒材料的彈性模量—活塞桿橫截面慣性矩—缸筒橫截面慣性矩—活塞桿頭部銷軸孔至導(dǎo)向中心點的距離（見圖2-2）—缸筒尾部銷軸孔至導(dǎo)向中心點的距離（見圖2-2）圖2-2液壓缸縱向彎曲Fig.2-2Hydrauliccylinderlongitudinalbending直接利用式（2-15）計算較為復(fù)雜，為簡化計算起見，可先算出和之值，再從圖中查出相應(yīng)的之值，然后按下式計算：（2-16）圖2-3中的曲線，是在和的一定范圍內(nèi)作出的，若圖中無相應(yīng)的和之值時，可用插值法求出。通過計算求解后，可知滿足（2-13）的穩(wěn)定性條件。圖2-3時臨界力計算圖Fig.2-3Criticalloadcalculationchart2.3輸送帶最大彎曲阻力估算1）平輸送帶的彎曲阻力彎曲輸送帶的能量損失系數(shù)為（2-17）如圖2-4，對一長度為的試件，彎曲輸送帶作用力和突變力矩的關(guān)系的平衡式為根據(jù)力的關(guān)系有所以（2-18）上式表示彎曲阻力是輸送帶試件彎曲力矩損失與彎曲半徑的比值，這種關(guān)系可以從能量的方法得到。用長度的試件，彎曲曲率半徑為施加一個彎曲力矩，則在角度上的彎矩損失的能量為，當(dāng)試件全部經(jīng)過托輥時，能量損失為內(nèi)部的能量損失和外部的能量損失相等，有也就是，和上面導(dǎo)出結(jié)果相同。圖2-4托輥和輸送帶的接觸區(qū)與輸送帶的垂直對稱線Fig.2-4Rollerandconveyorbeltcontactareawiththeconveyorbeltverticalsymmetryline2）輸送帶的彎曲阻力由式（2-18）可知，彎曲阻力是托輥支撐彎曲處輸送帶的彎矩損失和曲率半徑的比值，即。按式（2-17）的定義，，是托輥支撐處輸送帶產(chǎn)生的彎矩；是輸送帶最低點的彎矩，他仍然產(chǎn)生阻力，且遠小于，作用處的曲率半徑也很大，有將上式簡化求得忽略項，可得（2-19）3）輸送帶的彎曲阻力系數(shù)彎曲阻力與輸送帶和物料的重力的比值為輸送帶的彎曲阻力系數(shù)（2-20）在上式中由輸送帶的撓度確定，當(dāng)相對垂度小于1%時，按德國標(biāo)準(zhǔn)DIN22101，槽型輸送帶的垂度為（2-21）這表明輸送帶彎曲阻力引起的阻力對主要阻力影響較小。4）輸送帶張力計算可以為輸送帶、拉緊裝置、滾筒組件等的選擇和輸送帶垂度校核提供依據(jù)。輸送帶上任一點張力可用下式計算：（2-22）式中—輸送帶沿運行方向第點的張力—輸送帶點到第點的區(qū)段上，輸送帶運行的各項阻力之和改向滾筒趨入點的張力計算（2-23）根據(jù)實際情況取舍式中各項阻力。改向滾筒奔離點張力的簡化計算（2-24）式中改向滾筒奔離點張力改向滾筒趨入點的張力改向滾筒阻力系數(shù)，包括輸送帶彎曲和滾筒軸承阻力的因素計算步驟是按輸送帶垂度要求計算最小張力的，由于最小張力推算出輸送帶不打滑所需的歐拉系數(shù)。按輸送帶垂度要求計算最小張力a)承載分支4點的張力最小，由下式計算垂度要求的最小張力。已知承載分支相鄰兩個托輥組的間距，貨載每米質(zhì)量，輸送帶每米質(zhì)量。承載分支最小張力（2-25）b)回程分支5點是張力最小，由下式計算垂度要求的最小張力。取回程分支相鄰兩托輥組的間距，代入下式后得回程分支最小張力為（2-26）式中—輸送帶最小允許張力—承載分支相鄰兩托輥組的間距—回程分支相鄰兩托輥組的間距—物料每米質(zhì)量—輸送帶每米質(zhì)量—允許輸送帶最大下垂度，取。為承載分支最小張力點取（2-27）為回程分支最小張力點（2-28）回程分支主要阻力（2-29）回程分支傾斜阻力（2-30）忽略彎曲阻力和前傾阻力c)輸送帶的整體圓周力：（2-31）d)求所需的歐拉系數(shù)得取啟動系數(shù)，則（2-32）2.4主要零部件選型2.4.1電機功率與電機選擇（2-33）式中—傳送帶拉力—總裁重量—滾動摩擦系數(shù)（2-34）式中—驅(qū)動扭矩—驅(qū)動輪滾筒半徑（2-35）式中—驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速—傳動速度—驅(qū)動輪周長（2-36）式中—電機功率查機械設(shè)計手冊，選擇電機型號為Y2-280M-6，該型號具體參數(shù)如下表2-1：表2-1Y2-280M-6型電機參數(shù)Tab.2-1Y2-280M-6motorparameters額定功率額定電流轉(zhuǎn)速效率功率因數(shù)最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩最小轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩55kw104.7A980r/min92.8%0.862.0減速器選型（2-37）式中—電機轉(zhuǎn)速—滾筒轉(zhuǎn)速查機械手冊第四卷減速器選型：ZLY-200。該型號減速器具體參數(shù)如下表2-2：表2-2ZLY-200型減速器參數(shù)Tab.2-2ZLY-200reducerparameters傳動比輸入轉(zhuǎn)速輸出轉(zhuǎn)速輸入功率18=1000r/min=56r/min59.5kw2.4.3驅(qū)動滾筒與張緊滾筒選型張進滾筒型號為GB998-77，滾筒直徑為1000，淄博明治機械有限公司驅(qū)動滾筒型號為YTH,滾筒直徑為1000，淄博明治機械有限公司2.4.4壓輥、托輥選型壓輥型號為76*590，直徑76寬度590德州億輪輸送機械有限公司托輥型號為120*700，直徑120寬度700德州億輪輸送機械有限公司3彎曲阻力測試試驗臺三維結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1Pro/ENGINEER簡介Pro/Engineer的所有功能是全相關(guān)性的，全相關(guān)性就所有Pro/Engineer的功能之間是相互關(guān)聯(lián)的，用戶在研發(fā)設(shè)計過程中變更其中一個參數(shù)，而這個參數(shù)的變更會自動擴展到整個設(shè)計中去，它在推出的時候的核心內(nèi)容就是參數(shù)化建模，在產(chǎn)品開發(fā)過程中用參數(shù)將零件的尺寸、形狀等特征定義。這樣，在以后的工作過程中需要改變尺寸的時候只需要修改其中的參數(shù)即可，并且可以反復(fù)的修改，以方便形成多種多樣的解決方案，它不但可以應(yīng)用于工作站也可以應(yīng)用到單機上。為了使客戶更加迅速的得到產(chǎn)品，有的時候必須要求多個設(shè)計人員同時處理一個產(chǎn)品，Pro/Engineer可以通過數(shù)據(jù)管理功能可以實現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)的并行程序，達到節(jié)省產(chǎn)品研發(fā)時間的目的，在軟件中還可以對大型復(fù)雜的產(chǎn)品通過零件圖進行虛擬裝配，可以很直觀的看到產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、尺寸、形狀等。對于Pro/Engineer軟件的應(yīng)用可以可靠的提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低設(shè)計者的勞動強度、避免樣機生產(chǎn)所帶來的經(jīng)濟浪費并切實可行的提高企業(yè)在市場中的競爭力。在我國，大多數(shù)企業(yè)的設(shè)計工程師都已經(jīng)可以很好的利用三維設(shè)計軟件來進行產(chǎn)品設(shè)計工作，特別的在華東和東南沿海一帶，它給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。試驗臺設(shè)計中由多種零件組成，繪制各種零件都由Pro/ENGINEER中實體繪制特征操作繪制。實體繪制的常用特征有拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、混合、倒角、孔、抽殼、拔模等主要特征。運用相應(yīng)特征繪制三為模型。3.2試驗臺主要零部件建模3.2.1標(biāo)準(zhǔn)件繪制單擊“新建”命令按鈕，打開如圖3-1所示的“新建”對話框。在這個對話框中列出了可以建立的新文件類型，選擇“零件”類型，在“名稱”框中，鍵入文件名或使用默認(rèn)名。不使用默認(rèn)模板，清除“使用缺省模板”復(fù)選框，然后單擊“確定”，打開如圖3-2所示的“新文件選項”對話框打開，在對話框下的選項中選擇米制模板（mmns），單擊“確定”按鈕，Pro/ENGINEER繪圖窗口打開并建立新文件。圖3-1“新建”對話框圖3-2“新文件選項”對話框Fig.3-1"New"dialogboxFig.3-2"Newfile"dialogbox在輸送帶彎曲阻力測試試驗臺的設(shè)計中，試驗臺的零件較多，選取其中較為典型的運用proe中較多的繪制特征零件進行分解繪制，如下所示的六角螺栓繪制。1）創(chuàng)建螺帽：（a）在建立的新文件繪圖窗口中繪制螺栓，單擊“基礎(chǔ)特征”工具欄中的“拉伸”命令按鈕，系統(tǒng)打開“拉伸”屬性欄，如圖3-3所示。圖3-3設(shè)置“拉伸”屬性欄Fig.3-3Setting"stretch"propertycolumns（b）接受系統(tǒng)默認(rèn)，單擊“位置”選項，選擇面板上的按鈕，選擇繪制面，選用基準(zhǔn)面FRONT作為繪制平面，采用系統(tǒng)默認(rèn)的參考面RIGHT，方向為右，進入繪制界面。如圖3-4所示，單擊按鈕，進入草繪界面。圖3-4“位置”面板和“草繪”對話框Fig.3-4"Position"Panelandthe"sketch"dialogbox（c）選擇調(diào)色板工具，選取六邊形置于草繪平面，并修改尺寸，如圖3-5所示，單擊“完成”按鈕退出草繪環(huán)境?；氐街鹘缑婧?，確定拉伸長度，在對話框里單擊“完成”按鈕完成特征創(chuàng)建，如圖3-6所示。圖3-5草繪正六變形圖3-6生成螺帽實體Fig.3-5SketchissixvariantsFig.3-6Plotnutentities2）螺帽六角頭倒角（a）單擊“基礎(chǔ)特征”工具欄中“旋轉(zhuǎn)”命令按鈕，系統(tǒng)打開“旋轉(zhuǎn)”屬性欄，單擊對話框中“去除材料”按鈕，默認(rèn)為減材料。旋轉(zhuǎn)角度：360°。（b）單擊對話框的“位置”按鈕，單擊面板上的按鈕，系統(tǒng)打開“草繪”對話框，選用基準(zhǔn)面TOP作為草繪平面，采用系統(tǒng)默認(rèn)的參考面RIGHT，方向為右。如圖3-7所示，單擊按鈕，進入草繪界面。（c）進入草繪環(huán)境，繪制如圖3-8所示的草繪截面。單擊“完成”命令按鈕，退出草繪環(huán)境。（d）回到主界面，單擊“旋轉(zhuǎn)”屬性欄的“完成”命令按鈕，系統(tǒng)完成旋轉(zhuǎn)特征，結(jié)果如圖3-9所示。圖3-7選擇參照圖3-8草繪截面Fig.3-7SelectthereferenceFig.3-8Thesketchedsection圖3-9螺帽倒角生成圖Fig.3-9Chamfernutdiagram3）創(chuàng)建螺桿（a）再次單擊“基礎(chǔ)特征”工具欄中的“拉伸”命令按鈕，系統(tǒng)打開“拉伸”屬性欄。（b）單擊“放置”面板中按鈕，系統(tǒng)打開“草繪”對話框，選用拉伸曲面為草繪平面，采用系統(tǒng)默認(rèn)的參考面RIGHT,方向為底部，單擊按鈕，進入草繪界面。（c）在草繪環(huán)境繪制圓，如圖3-10所示，單擊“完成”按鈕退出草繪環(huán)境。（d）回到主界面后，確定拉伸長度，在對話框里單擊“完成”按鈕完成特征創(chuàng)建，如圖3-11所示。圖3-10草繪圓圖3-11模型繪制Fig.3-10SketchedcircleFig.3-11Model4）創(chuàng)建倒圓角（a）給螺桿做倒圓角，單擊“期初特征”工具欄中的“倒圓角”命令按鈕，系統(tǒng)打開“倒圓角”屬性欄，如圖3-12所示。（b）在主界面中選取要倒圓角的邊，并在倒圓角屬性中選擇D×D，并輸入半徑D值，然后在對話框里單擊“完成”按鈕完成特征創(chuàng)建，如圖3-13所示。圖3-12設(shè)置“倒圓角”屬性欄Fig.3-12"Round"propertycolumns圖3-13“倒圓角”繪制圖與“倒圓角”生成圖Fig.3-13"Round"drawingwiththe"rounded"spanninggraph5）創(chuàng)建螺紋（a）選擇系統(tǒng)菜單中的“插入”→“螺旋掃描”→“切口”命令，系統(tǒng)打開“螺旋掃描”對話框，并出現(xiàn)“屬性”菜單，如圖3-14所示。（b）在菜單管理器中選擇“常數(shù)”+“穿過軸”+“右手定則”命令，單擊“完成”命令，按照菜單管理器提示在草繪環(huán)境中選擇草繪界面，如圖3-15所示。選擇RIGHT為草繪界面，默認(rèn)正向。單擊“確定”選項，系統(tǒng)打開“草繪視圖”菜單，單擊選擇“缺省”選擇。圖3-14“螺旋掃描”菜單管理器Fig.3-14"Spiralscan"menuManager圖3-15“螺旋掃描”選擇項Fig.3-15"Spiralscan"option（c）系統(tǒng)進入草繪環(huán)境，繪制螺旋掃描的軌跡，并繪制中心線，如圖3-16所示。繪制完成，單擊草繪“完成”命令按鈕，退出軌跡草繪環(huán)境圖3-16繪制“螺旋掃描”掃描軌跡Fig.3-16Draws"helical-scan"Scantracks（d）回到主界面，系統(tǒng)打開圖3-17所示的工作框，輸入節(jié)距，單擊按鈕。圖3-17節(jié)距輸入工作輸入框Fig.3-17Pitchinputinputbox（e）系統(tǒng)再次進入草繪環(huán)境繪制橫截面，在掃描起始點處繪制如圖3-18的截面。單擊“完成”命令按鈕，退出軌跡草繪環(huán)境。（f）系統(tǒng)打開“方向”菜單，如圖3-19所示，單擊“確定（默認(rèn)為正向）”選項。（g）單擊“屬性”對話框的“確定”命令按鈕，螺旋掃描特征生成。結(jié)果如圖3-20所示。圖3-18螺旋掃描截面繪制Fig.3-18Helicalsweepsectiondrawing圖3-19確定螺旋掃描方向Fig.3-19Determinethedirectionofhelicalscan圖3-20螺旋特征生成的模型Fig.3-20Spiralfeaturesgeneratedmodels（h）保存文件到指定的位置并關(guān)閉當(dāng)前窗口。3.2.2關(guān)鍵零部件建模在Pro/ENGINEER中運用以上實體特征進行零件繪制，繪制的部分零件如下圖3-21所示。支架旋轉(zhuǎn)張緊架張緊支撐梁油缸推移油缸座防偏橫梁圖3-21部分零件圖Fig.3-21Partspartsdiagram3.3試驗臺裝配模型建立及干涉分析3.3.1裝配模型建立當(dāng)完成零件創(chuàng)建之后，就可以使用Pro/ENGINEER中的“裝配模式”（Assemblymode）把零件組裝在一起構(gòu)成“裝配”（assembly），裝配可以作為一個“子裝配”（subassembly）裝配到另一個裝配中去。進入proe系統(tǒng)中，選擇系統(tǒng)菜單欄中的“文件”→“新建”命令，系統(tǒng)打開如圖3-22所示的“新建”對話框，在對話框中選擇“組件”單選按鈕，指定文件名，系統(tǒng)默認(rèn)擴展名為“.asm”，并勾掉系統(tǒng)默認(rèn)的使用缺省模板。在彈出的第二個對話框中選“mmns_asm_design”，如圖3-23所示。完成設(shè)置后單擊，系統(tǒng)將自動進入裝配模式。圖3-22“新建”對話框圖3-23“新建文件選項”對話框Fig.3-22"New"dialogboxFig.3-23"Newoptions"dialogbox進入裝配模式后，單擊繪圖區(qū)工具欄中的“將元件添加到裝配”命令按鈕，系統(tǒng)打開如圖3-24所示的“打開”對話框，對話框顯示當(dāng)前工作目錄下所有的零件及裝配件，選取一個裝配使用的零件后，系統(tǒng)將在裝配區(qū)顯示該零件，并打開“元件放置”（ComponentPlacement）用戶界面，如圖3-25所示。圖3-24“打開”對話框Fig.3-24"Open"dialogbox圖3-25“元件放置”用戶界面Fig.3-25"component"userinterface“元件放置”用戶界面中的“放置”面板主要用于建立裝配約束，如圖3-26所示。當(dāng)引入元件放置到裝配中時，默認(rèn)將選擇“自動”放置約束類型，接下來可以執(zhí)行下列操作：圖3-26“放置”面板Fig.3-26"placement"Panel為元件和裝配選擇參照，定義放置約束，選擇一對有效的參照之后，系統(tǒng)將自動選擇合適的約束類型，且約束已啟動。對于第一個放置的零件，選擇“元件放置”工作用戶界面下“自動”下拉菜單中的“缺省”放置，給定參考位置，其余裝配的個零件基于當(dāng)前坐標(biāo)系，進行裝配配。如圖3-27所示。當(dāng)選擇“缺省”放置后，此時的工作欄中狀態(tài)處顯示“完全約束”，如圖3-28所示，單擊，完成初個零件裝配。圖3-27“元件放置”界面“自動”下拉菜單Fig.3-27"Placed"interface"automatic"pulldownmenu圖3-28“缺省”放置后零件Fig.3-28"Default"afterplacingparts繼續(xù)裝配其他零件時，仍單擊，在工作目錄下選擇要裝配的零件，在“放置”面板下新建約束中選擇約束條件和約束類型，保證狀態(tài)欄下顯示出“完全約束”則約束完成單擊確定。在零件的裝配過程中都是基于裝配原則進行裝配，當(dāng)裝配狀態(tài)顯示“完全約束”時則可以確定，此零件裝配完成，單擊確定，繼續(xù)裝配其它零件。截取部分裝配過程圖，顯示在裝配過程中約束條件。如下圖3-29所示。圖3-29“支架”裝配過程部分圖Fig.3-29"Frame"partoftheAssemblyprocess支架的裝配完成后的完整成品圖如3-30所示，為了更好展現(xiàn)支架中所裝備的各個零件，將其支架的裝配圖分解視圖，即支架的爆炸圖如圖3-31所示。圖3-30立架裝配完成圖圖3-31立架組件爆炸圖Fig.3-30FrameAssemblydiagramFig.3-31FrameAssemblyexplodeddiagram在試驗臺的總體樣機模型中，由較多的組件裝配而成，再將組件與其他零件裝配最終形成彎曲阻力測試試驗臺的樣機模型。試驗臺中的部分裝配組件如圖3-32所示，裝配組件的分解視圖，即爆炸圖如圖3-33所示。張緊液壓缸張緊輪彎曲阻力測試試驗臺圖3-32部分零件裝配圖Fig.3-32PartsAssemblydrawing張緊液壓缸分解圖張緊滾分解圖彎曲阻力測試試驗臺分解圖圖3-33相應(yīng)組件爆炸圖Fig.3-33Thecorrespondingcomponentexplodeddiagram3.3.2裝配零件干涉分析1）全局干涉對裝配的零件進行全局干涉檢查，查看是否存在問題。檢查零件與零件是否存在一定的干涉現(xiàn)象，影響零件與零件間的裝配現(xiàn)象，以及是否對于整體結(jié)構(gòu)有所影響，為之后的ANSYSWorkbench中對部件的靜力學(xué)與模態(tài)分析打定基礎(chǔ)。對立架進行全局干涉檢查，單擊“分析”→“模型”→“全局干涉”如圖3-34所示，彈出全局干涉對話框，單擊，檢查在裝備過程中是否有干涉，經(jīng)檢查對話框欄中無顯示，即裝配無干涉，如圖3-35所示，單擊，接受并完成當(dāng)前分析。圖3-34全局干涉圖3-35“全局干涉”對話框Fig.3-34GlobalinterferenceFig.3-35"Globalinterference"dialogbox對框架進行干涉檢查，同理單擊“分析”→“模型”→“全局干涉”，在彈出對話框中單擊計算當(dāng)前分析以供預(yù)覽，發(fā)現(xiàn)“全局干涉”的工作框中出現(xiàn)零件，說明在裝配的零件組合里有干涉存在，如圖3-36所示，單擊“顯示全部”，即對干涉處進行加亮顯示，如圖3-37所示，則可知道螺栓在與零件裝配中產(chǎn)生干涉，將產(chǎn)生的干涉螺栓全部刪除，再次進行干涉檢查，發(fā)現(xiàn)無干涉存在，單擊接受并完成當(dāng)前分析，如圖3-38所示。圖3-36干涉檢查圖3-37裝配零件中干涉存在Fig.3-36InterferencecheckFig.3-37InterferenceexistsintheAssemblyparts圖3-38重新干涉檢查Fig.3-38Reinterferencecheck2）全局質(zhì)量屬性：對立架進行質(zhì)量屬性分析，單擊彈出“密度”對話框，根據(jù)所選用的材料更改材料密度，如圖3-39所示，將圖中的密度更改為7850kg/m3，單擊確定密度，在“質(zhì)量屬性”的工作框中計算出相關(guān)數(shù)據(jù)，如圖3-40所示。然后單擊接受并完成分析。對立架分析后的主要數(shù)據(jù)如表3-1所示。圖3-39“密度”對話框圖3-40“質(zhì)量屬性”計算結(jié)果Fig.3-39"Density"dialogboxFig.3-40"Qualityattributes"calculations表3-1立架質(zhì)量屬性分析主要數(shù)據(jù)Tab.3-1Statemasspropertiesanalysisofprimarydata體積mm3曲面面積mm2平均密度kg/m3質(zhì)量kg9.929e+076.245e+067850779.40對試驗臺的總體結(jié)構(gòu)質(zhì)量屬性分析與立架分析同理，將密度改為所選材料密度，同為7850kg/m3，通過分析得出如圖3-41所示結(jié)果。將圖中所示重要結(jié)果整理如表3-2所示。圖3-41“質(zhì)量屬性”計算結(jié)果Fig.3-41"Qualityattributes"calculations表3-2試驗臺質(zhì)量屬性分析主要數(shù)據(jù)Tab.3-2Keydataonthetestbenchqualityattributeanalysisin體積mm3曲面面積mm2平均密度kg/m3質(zhì)量kg1.667e+097.144e+07785013082.954彎曲阻力測試試驗臺關(guān)鍵零部件強度校核4.1Ansys簡介ANSYS是目前世界頂端的有限元商業(yè)應(yīng)用程序，是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用的有限元分析軟件。有世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)，它能與大部分的CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer，NASTRAN，IDEAS,AutoCAD等，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計的高級CAD工具之一。利用CAE技術(shù)可以使復(fù)雜的工程分析變得簡化、高精度、快速的計算。對質(zhì)量、數(shù)量和強度計算與分析中，取得了很好的效果。運動精度的和性能分析、動態(tài)、靜態(tài)特性、壓力等方面也有了飛躍的突破。廣泛應(yīng)用于機械結(jié)構(gòu)的變形、結(jié)構(gòu)分析，對齒輪產(chǎn)品工程分析起到重要意義。ANSYS軟件是由美國ANSYS公司推出的一款軟件，它可以與多種CAD軟件進行接口來完成數(shù)據(jù)的處理和交換。在機械設(shè)計行業(yè)內(nèi)，ANSYS軟件提供了諸多仿真的解決方案，被廣大的機械設(shè)計師所應(yīng)用，全球的各大小企業(yè)都相信ANSYS為它們的工程仿真軟件投資帶來最好的價值。隨著現(xiàn)代化技術(shù)的突飛猛進，機械設(shè)計師門對一體化技術(shù)的應(yīng)用日漸增加，使產(chǎn)品的可靠性增加。ANSYS

Workbench就是在這種環(huán)境下出現(xiàn)的有限元分析軟件。目前ANSYS公司的ANSYS

Workbench所提供的CAD雙向參數(shù)鏈接互動，項目數(shù)據(jù)自動更新機制，無縫集成的優(yōu)化設(shè)計工具等新功能，使ANSYS在“仿真驅(qū)動產(chǎn)品設(shè)計”方面達到一種非常高的水平。4.2支架及主架的靜力學(xué)特性分析1）支架靜力學(xué)分析過程a）創(chuàng)建分析項目：啟動ANSYSWorkbench14.5，進入主界面。雙擊主界面Toolbox工具箱中的AnalysisSystem>StaticStructural選項，即可在項目管理區(qū)創(chuàng)建分析項目A，如圖4-1.。圖4-1創(chuàng)建項目工程圖Fig.4-1Createprojectdiagramsb）定義材料數(shù)據(jù)雙擊項目A中的A2欄EngineerungDate項，進入如圖4-2所示的材料參數(shù)設(shè)置界面，在該界面下即可進行材料參數(shù)設(shè)置。圖4-2材料數(shù)據(jù)定義界面Fig.4-2Materialsdata-definitioninterface根據(jù)實際需要，在EngineeringDateSources表中選擇相應(yīng)材料，然后添加。在分析中采用默認(rèn)的StructuralSteel，直接退出本窗口即可。c）添加幾何模型在A3欄的Geometry上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇ImportGeometry>Browse選型，此時會彈出“打開”對話框。在彈出的對話框中選擇文件路徑，導(dǎo)入幾何文件體，此時A3欄Geometry后的變?yōu)?，表示實體模型已經(jīng)存在。雙擊項目A中的A3欄Geometry，此時會進入DM界面，如圖4-3所示。此時如果設(shè)計樹中顯示，表示需要生成模型，單擊按鈕，即可顯示生成的幾何體，此時可在幾何體上進行其他的操作。單擊DM界面右上角的“關(guān)閉”按鈕退出DM，返回到Workbench主界面。圖4-3DM幾何模型Fig.4-3DMmodelsd）定義零件行為雙擊主界面項目管理區(qū)項目A中的A3欄Model項，進入Mechanical界面，如圖4-4所示，在該界面下即可進行網(wǎng)格劃分、分析設(shè)置、產(chǎn)看結(jié)果等操作。圖4-4進入MechanicalFig.4-4IntoMechanicale）劃分網(wǎng)格選擇Mechanical界面左側(cè)Outline樹結(jié)構(gòu)圖中的Mesh選項，此時可以在Detailsof“Mesh”細節(jié)窗口中修改網(wǎng)格，此次采用默認(rèn)設(shè)置。在Outline樹結(jié)構(gòu)中的Mesh選項單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇GenerateMesh選項，生成網(wǎng)格最終效果如圖4-5所示。圖4-5網(wǎng)格劃分效果Fig.4-5Effectofmeshf）定義邊界條件選擇Mechanical界面左側(cè)Outline樹結(jié)構(gòu)圖中的StaticStructural選項，此時會出現(xiàn)Environment工具欄。選擇Environment工具欄中的Supports>FixedSupport，此時在樹結(jié)構(gòu)圖中會出現(xiàn)FixedSupport選項。選中FixedSupport，選擇需要施加固定約束的面，單擊Detailsof“FixedSupport”細節(jié)窗口中Geometry選項下的按鈕，即可在選中面上施加固定約束，選取固定的面后，單擊“Apply”進行添加，如圖4-6所示。圖4-6施加固定約束Fig.4-6Toimposefixedconstraint選擇Environment工具欄中的Loads>Pressure，此時在樹結(jié)構(gòu)圖中會出現(xiàn)Pressure選項。選中Pressure，選擇需要施加壓力的面，單擊Detailsof“Pressure”細節(jié)窗口中Geometry選項下的Apply按鈕，同時在Magnitude選項下設(shè)置壓力為8Mpa的面載荷，同時施加反作用力于立架上。如圖所示4-7所示。圖4-7施加力約束Fig.4-7Exertsaforceconstraintsg）求解設(shè)置選擇Mechanical界面左側(cè)Outline樹結(jié)構(gòu)圖中的Solution選項，此時會出現(xiàn)Solution工作欄，選擇工具欄中的Deformation>Total，此時樹結(jié)構(gòu)中會出現(xiàn)TotalDeformation選項，繼續(xù)在工作欄中選擇Stress>Equivalent（von-Mises），此時樹結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)Equivalentstress選項，如圖4-8所示。圖4-8樹結(jié)構(gòu)圖Fig.4-8Treestructurediagramsh）仿真結(jié)果分析完成求解設(shè)置后，單擊工作欄中按鈕，等待結(jié)果生成，如圖4-9所示。圖4-9支架靜力學(xué)分析結(jié)果Fig.4-9Supportsstaticanalysisresults仿真結(jié)果分析：由圖示可知最大應(yīng)變?yōu)?.073789；最大應(yīng)力為22.983Mpa，最小應(yīng)力為2.2095e-5Mpa。（2）主架靜力學(xué)分析在對主架的靜力學(xué)分析中，對于主架的前期處理模型導(dǎo)入，材料定義，網(wǎng)格劃分等基本操作與在對立架的靜力學(xué)分析中相似，在對零件進行邊界條件定義和施加約束中同樣采取施加固定面，按主架的受力給主架施加力，進行靜力學(xué)分析，分析后的結(jié)果如圖4-10所示。圖4-10主架靜力學(xué)分析結(jié)果Fig.4-10Mainframestaticanalysisresults仿真結(jié)果分析：最大應(yīng)變?yōu)?.65301；最大應(yīng)力為87.749Mpa，最小應(yīng)力為0.00021766Mpa。4.3試驗臺模態(tài)分析模態(tài)分析：模態(tài)分析在工程中應(yīng)用廣泛，因為結(jié)構(gòu)的固有頻率與相應(yīng)的模態(tài)結(jié)構(gòu)形狀是設(shè)計承受變化載荷條件的重要參數(shù)，而模態(tài)分析用于計算結(jié)構(gòu)的固有頻率和模態(tài)形狀。模態(tài)分析的基本操作過程如下：（1）創(chuàng)建分析項目：啟動ANSYSWorkbench14.5，進入主界面。雙擊主界面Toolbox中的AnalysisSystem>Modal選項，在項目管理區(qū)創(chuàng)建分析項目A。（2）定義材料數(shù)據(jù)：雙擊項目A中的A2欄EngineeringDate項，進入材料參數(shù)設(shè)置界面，在該界面下即可進行材料參數(shù)設(shè)置。采用系統(tǒng)默認(rèn)值。關(guān)閉A2：EngineeringDate，返回到Workbench主界面，材料庫添加完畢。（3）添加幾何模型：在A2欄的Geometry上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇ImportGeometry>Browse，此時會彈出“打開”對話框。在彈出的對話框中選擇文件路徑，導(dǎo)入幾何體文件，此時A2欄Geometry后的變?yōu)椋硎灸Ｐ鸵汛嬖?。?）定義零件邊界條件：雙擊項目A中的A4欄Model項，進入Mechanical界面，在該界面下即可進行網(wǎng)格劃分、分析設(shè)置、結(jié)果查看等操作。在模態(tài)分析的前期過程中與靜力學(xué)分分析相類似。（5）求解設(shè)置：選擇Mechanical界面左側(cè)Outline樹結(jié)構(gòu)圖中的Modal選項，此時會出現(xiàn)Environment工具欄。選擇Environment工具欄中的Support>FixedSupport，此時在樹結(jié)構(gòu)圖中會出現(xiàn)FixedSupport選項，選中FixedSupport，選擇需要施加固定約束的面，單擊Detailsof“FixedSupport”細節(jié)窗口中Geometry選項下的按鈕，即可在選中面上施加固定約束，選取固定的面后，單擊“Apply”進行添加。選擇Modal左側(cè)Outline下樹結(jié)構(gòu)中的Modal>AnalysisSettings打開Detailsof“AnalysisSettings”細節(jié)窗口，在Options下“MaxModestoFind”選項中值為6。單擊樹結(jié)構(gòu)中Solution出現(xiàn)Solution工作欄，單擊工作欄中的Deformation>Total，重復(fù)操作六次，沒操作一次，在Detailsof“TotalDeformation”的細節(jié)窗口中依次更改Definition>Mode值，命名每次變形量，實現(xiàn)分析結(jié)果。（6）仿真結(jié)果分析：最后單擊“Solve”分析結(jié)果，并對對生成的結(jié)果進行理論分析。在模態(tài)分析中分別對支架、主架、試驗臺的總體結(jié)構(gòu)進行了分析。1）支架模態(tài)變形圖，如4-11所示。求解結(jié)果數(shù)據(jù)圖表a）第1階模態(tài)變形圖b）第2階模態(tài)變形圖c）第3階模態(tài)變形圖d）第4階模態(tài)變形圖e）第5階模態(tài)變形圖f）第6階模態(tài)變形圖圖4-11支架模態(tài)變形圖Fig.4-11Supportmodaldeformations分析結(jié)果：第一階模態(tài)對應(yīng)振型為支架左右彎曲；第二階模態(tài)對應(yīng)的振型為壓下輥的前后彎曲；第三階模態(tài)對應(yīng)的振型為支架的前后彎曲；第四階對應(yīng)振型為扭轉(zhuǎn)彎曲；第五階模態(tài)對應(yīng)振型為立架的左右彎曲；第六階模態(tài)振型為壓下輥的扭轉(zhuǎn)彎曲。2）主架模態(tài)變形圖，如圖4-12所示。求解結(jié)果數(shù)據(jù)圖表a）第1階模態(tài)變形圖b）第2階模態(tài)變形圖c）第3階模態(tài)變形圖d）第4階模態(tài)變形圖e）第5階模態(tài)變形圖f）第6階模態(tài)變形圖圖4-12主架模態(tài)分析圖Fig.4-12Modalanalysisofmainframeindiagram分析結(jié)果：第一階模態(tài)對應(yīng)的振型為主架張緊滾端左右彎曲；第二階模態(tài)對應(yīng)振型為主要主架張緊滾端的固定架相對兩側(cè)彎曲；第三階模態(tài)對應(yīng)振型為固定架驅(qū)動滾端扭轉(zhuǎn)彎曲；第四階段模態(tài)振型為固定架驅(qū)動滾端相對扭轉(zhuǎn)彎曲；第五階模態(tài)振型為張緊支撐梁左右彎曲；第六階模態(tài)振型主要為固定架張緊滾端扭轉(zhuǎn)彎曲。3）試驗臺模態(tài)分析圖，如圖4-13所示。求解結(jié)果數(shù)據(jù)圖表a）第1階模態(tài)變形圖b）第2階模態(tài)變形圖c）第3階模態(tài)變形圖d）第4階模態(tài)變形圖e）第5階模態(tài)變形圖f）第6階模態(tài)變形圖圖4-13試驗臺模態(tài)分析圖Fig.4-13Experimentalmodalanalysisindiagram分析結(jié)果：第一階模態(tài)振型為下側(cè)輸送帶上下彎曲；第二階模態(tài)振型為下側(cè)輸送帶二階彎曲；第三階模態(tài)振型為試驗臺張緊滾端左右彎曲；第四階模態(tài)振型為下側(cè)輸送帶扭轉(zhuǎn)彎曲；第五階模態(tài)振型為上側(cè)輸送帶上下彎曲；第六階模態(tài)振型為下側(cè)輸送帶三階彎曲。4）無輸送帶試驗臺模態(tài)分析圖，如圖4-14所示。求解結(jié)果數(shù)據(jù)圖表a）第1階模態(tài)變形圖b）第2階模態(tài)變形圖c）第3階模態(tài)變形圖d）第4階模態(tài)變形圖e）第5階模態(tài)變形圖f）第6階模態(tài)變形圖圖4-14試驗臺模態(tài)分析圖Fig.4-14Experimentalmodalanalysisindiagram分析結(jié)果：第一階模態(tài)振型為試驗臺張緊滾端左右彎曲；第二階模態(tài)振型為驅(qū)動滾上側(cè)橫梁扭轉(zhuǎn)彎曲；第三階模態(tài)振型為試驗臺支架處帶動整體左右彎曲；第四階模態(tài)振型為張緊滾上下彎曲；第五階模態(tài)振型為驅(qū)動滾前后彎曲；第六階模態(tài)振型為張緊滾上端橫梁扭轉(zhuǎn)彎曲。5結(jié)論1）確定了試驗臺的主要設(shè)計參數(shù)，對主要部件進行選型。2）研究了試驗臺中的張緊缸和壓下缸的大體結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對其中的張緊缸作了簡單的穩(wěn)定性校核計算。3）對輸送帶的最大彎曲阻力進行了估算，并輸送帶張力進行了研究，為輸送帶、拉緊裝置、滾筒組件等的選擇和輸送帶校核提供依據(jù)。4）利用Pro/ENGINEER建立試驗臺的三維模型，使用Pro/E繪制零部件，并進行裝配，對裝配的總體設(shè)備進行質(zhì)量屬性分析和全局干涉分析。5）利用ANSYS分析軟件對彎曲阻力試驗臺的主要結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析與靜力學(xué)分析對仿真，并對其產(chǎn)生的研究結(jié)果進行分析。6技術(shù)經(jīng)濟性分析6.1技術(shù)分析橡膠輸送帶彎曲阻力試驗臺是測量輸送帶彎曲阻力的專用儀器，本文以大型帶式輸送機的實際工況為前提條件，在借鑒國內(nèi)外輸送帶測量專用設(shè)備，及其先進經(jīng)驗和先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，廣泛收集資料，在對彎曲阻力實驗臺的機架、張緊裝置、驅(qū)動裝置和檢測裝置進行設(shè)計，并對關(guān)鍵零部件的強度和壽命進行分析和校核，此外，為了保證彎曲阻力實驗臺的順利研發(fā)，采用了三維建模軟件對試驗臺進行了三維實體建模，并進行了裝配及干涉檢查工作，通過三維實體模型的建立，再現(xiàn)了阻力試驗臺的空間結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系，最后為了對關(guān)鍵零部件進行詳細的靜、動態(tài)特性分析，采用有限元仿真軟件對關(guān)鍵零部件的強度和模態(tài)進行了分析，分析結(jié)果證明了試驗臺的可靠性及技術(shù)可行性。6.2經(jīng)濟性分析在經(jīng)濟貿(mào)易的全球化中，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本以及對市場的靈活反應(yīng)成為競爭者們所追求的目標(biāo)。因此，在遵循技術(shù)上先進的同時，還應(yīng)遵循經(jīng)濟上合理實用與可靠性的原則。彎曲阻力實驗臺的設(shè)計有利于輸送帶產(chǎn)品質(zhì)量的提高、降低大型帶式輸送機的運行成本，此外，自行設(shè)計的彎曲阻力實驗臺成本在10萬人民幣以內(nèi)，而同類型國外的實驗臺卻需要30萬人民幣左右，所以自行設(shè)計的彎曲阻力實驗臺給企業(yè)也帶來了實惠。致謝時光匆匆，轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)的畢業(yè)時節(jié)，離校的日期已日趨漸進，畢業(yè)論文的完成也隨之進入尾聲。在歷時將近兩個月的時間里，在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過了。尤其要感謝我的論文指導(dǎo)老師沙永東老師，他對我進行了無私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助進行論文的修改和改進。另外，在校圖書館查找資料的時候，圖書館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。從開始進入課題到論文的順利完成，一直都離不開老師、同學(xué)、朋友給我熱情的幫助，在這里請接受我最誠摯的謝意。感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻，如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。感謝我的同學(xué)和朋友，在我寫論文的過程中給予我了很多你問素材，還在論文的撰寫和排版燈過程中提供熱情的幫助。最后十分感謝各位老師在百忙之中抽出寶貴的時間評閱我的論文，謝謝你們！參考文獻[1]朱友益.新結(jié)構(gòu)LHJ浮選柱的分選機理及數(shù)學(xué)模型研究[D].北京：北京科技大學(xué)圖書館,1997.[2]Durney,T.E.Finecoalflotationusingtheflotairecolumnflotationcell[J].SocietyofMiningEngineersofAIME,1990(4)：55-59.[3]彭壽清.浮選柱的發(fā)展和應(yīng)用[J].湖南有色金屬，1998，14（2）：14-19.[4]馮紹灌.選煤數(shù)學(xué)模型[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1993：120-121..[5]宋偉剛.通用帶式輸送機設(shè)計.機械工業(yè)出版社2006.5：101~105.[6]成大先.機械設(shè)計手冊第5卷.化學(xué)工業(yè)出版社.2004.1：22-35.[7]OszterZF,BehrerdsW,VincentD.大運量帶式輸送機運行阻力研究[J].起重運輸機械，1982，5:40-47.[8]何煜琛，Pro/ENGNEER野火中文版建?；A(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.[9]隗金文，王慧.液壓傳動.東北大學(xué)出版社.2001.12：123~129[10]林清安.Pro/ENGINEERWildfire4.0零件裝配與產(chǎn)品設(shè)計.電子工業(yè)出版社.2005.4[11]G.G.Kozhushko.Fatiguestrengthfunctionsinshearloadingoffabricconveyorbelts.PetroleuEngineerInternational.1995(3):539~544[12]張越.新型帶式輸送機設(shè)計手冊.冶金工業(yè)出版社.2001.2[13]洪志育.連續(xù)運輸機[A].北京機械工業(yè)出版社.1987.34~35.[14]毛君，孫國敏.帶式輸送機動態(tài)設(shè)計理論與應(yīng)用[M].沈陽遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1996：40~45.[15]李之中，楊紅云，曹曉東.輸送帶粘彈性力學(xué)參數(shù)的測試研究.山西機械.2000.12：9~10.[16]朱立平，韓東勁，許靜泉.輸送帶的動力學(xué)模型.煤礦機械.2001（2）：29~31[17]JeriKripac.Amechanismforpersistentlynamingtopologicalentitiesinhistory-basedparametricSolidmodels[J]，Computer-AidedDesign，1997，40(3):387~401[18]林建亞，何存興.液壓元件.機械工業(yè)出版社.1988.11：95~97[19]洪志育.連續(xù)運輸機[A].北京機械工業(yè)出版社.1987.34~35.[20]唐大方，馮曉寧，楊現(xiàn)卿.機械設(shè)計工程學(xué)2.中國礦業(yè)大學(xué)出版社.2001.9：105~116附錄A先進制造技術(shù)的新發(fā)展摘要：本文介紹了當(dāng)今制造技術(shù)面臨的問題，論述了先進制造的前沿科學(xué)，并展望了先進制造技術(shù)的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：問題；先進制造技術(shù)；前沿科學(xué)；應(yīng)用前景制造業(yè)是現(xiàn)代國民經(jīng)濟和綜合國力的重要支柱，其生產(chǎn)總值一般占一個國家國內(nèi)生產(chǎn)總值的20%~55%。在一個國家的企業(yè)生產(chǎn)力構(gòu)成中，制造技術(shù)的作用一般占60%左右。專家認(rèn)為，世界上各個國家經(jīng)濟的競爭，主要是制造技術(shù)的競爭。其競爭能力最終體現(xiàn)在所生產(chǎn)的產(chǎn)品的市場占有率上。隨著經(jīng)濟技術(shù)的高速發(fā)展以及顧客需求和市場環(huán)境的不斷變化，這種競爭日趨激烈，因而各國政府都非常重視對先進制造技術(shù)的研究。1當(dāng)前制造科學(xué)要解決的問題當(dāng)前制造科學(xué)要解決的問題主要集中在以下幾方面：（1）制造系統(tǒng)是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)，為滿足制造系統(tǒng)敏捷性、快速響應(yīng)和快速重組的能力，必須借鑒信息科學(xué)、生命科學(xué)和社會科學(xué)等多學(xué)科的研究成果，探索制造系統(tǒng)新的體系結(jié)構(gòu)、制造模式和制造系統(tǒng)有效的運行機制。制造系統(tǒng)優(yōu)化的組織結(jié)構(gòu)和良好的運行狀況是制造系統(tǒng)建模、仿真和優(yōu)化的主要目標(biāo)。制造系統(tǒng)新的體系結(jié)構(gòu)不僅對制造企業(yè)的敏捷性和對需求的響應(yīng)能力及可重組能力有重要意義，而且對制造企業(yè)底層生產(chǎn)設(shè)備的柔性和可動態(tài)重組能力提出了更高的要求。生物制造觀越來越多地被引入制造系統(tǒng)，以滿足制造系統(tǒng)新的要求。（2）為支持快速敏捷制造，幾何知識的共享已成為制約現(xiàn)代制造技術(shù)中產(chǎn)品開發(fā)和制造的關(guān)鍵問題。例如在計算機輔助設(shè)計與制造(CAD／CAM)集成、坐標(biāo)測量(CMM)和機器人學(xué)等方面，在三維現(xiàn)實空間(3-Real

Space)中，都存在大量的幾何算法設(shè)計和分析等問題，特別是其中的幾何表示、幾何計算和幾何推理問題；在測量和機器人路徑規(guī)劃及零件的尋位(如Localization)等方面，存在C-空間(配置空間Configuration

Space)的幾何計算和幾何推理問題；在物體操作(夾持、抓取和裝配等)描述和機器人多指抓取規(guī)劃、裝配運動規(guī)劃和操作規(guī)劃方面則需要在旋量空間(Screw

Space)進行幾何推理。制造過程中物理和力學(xué)現(xiàn)象的幾何化研究形成了制造科學(xué)中幾何計算和幾何推理等多方面的研究課題，其理論有待進一步突破，當(dāng)前一門新學(xué)科--計算機幾何正在受到日益廣泛和深入的研究。（3）在現(xiàn)代制造過程中，信息不僅已成為主宰制造產(chǎn)業(yè)的決定性因素，而且還是最活躍的驅(qū)動因素。提高制造系統(tǒng)的信息處理能力已成為現(xiàn)代制造科學(xué)發(fā)展的一個重點。由于制造系統(tǒng)信息組織和結(jié)構(gòu)的多層次性，制造信息的獲取、集成與融合呈現(xiàn)出立體性、信息度量的多維性、以及信息組織的多層次性。在制造信息的結(jié)構(gòu)模型、制造信息的一致性約束、傳播處理和海量數(shù)據(jù)的制造知識庫管理等方面，都還有待進一步突破。（4）各種人工智能工具和計算智能方法在制造中的廣泛應(yīng)用促進了制造智能的發(fā)展。一類基于生物進化算法的計算智能工具，在包括調(diào)度問題在內(nèi)的組合優(yōu)化求解技術(shù)領(lǐng)域中，受到越來越普遍的關(guān)注，有望在制造中完成組合優(yōu)化問題時的求解速度和求解精度方面雙雙突破問題規(guī)模的制約。制造智能還表現(xiàn)在：智能調(diào)度、智能設(shè)計、智能加工、機器人學(xué)、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能診斷等多方面。這些問題是當(dāng)前產(chǎn)品創(chuàng)新的關(guān)鍵理論問題，也是制造由一門技藝上升為一門科學(xué)的重要基礎(chǔ)性問題。這些問題的重點突破，可以形成產(chǎn)品創(chuàng)新的基礎(chǔ)研究體系。2現(xiàn)代機械工程的前沿科學(xué)不同科學(xué)之間的交叉融合將產(chǎn)生新的科學(xué)聚集，經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步對科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生了新的要求和期望，從而形成前沿科學(xué)。前沿科學(xué)也就是已解決的和未解決的科學(xué)問題之間的界域。前沿科學(xué)具有明顯的時域、領(lǐng)域和動態(tài)特性。工程前沿科學(xué)區(qū)別于一般基礎(chǔ)科學(xué)的重要特征是它涵蓋了工程實際中出現(xiàn)的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題。超聲電機、超高速切削、綠色設(shè)計與制造等領(lǐng)域，國內(nèi)外已經(jīng)做了大量的研究工作，但創(chuàng)新的關(guān)鍵是機械科學(xué)問題還不明朗。大型復(fù)雜機械系統(tǒng)的性能優(yōu)化設(shè)計和產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計、智能結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)、智能機器人及其動力學(xué)、納米摩擦學(xué)、制造過程的三維數(shù)值模擬和物理模擬、超精度和微細加工關(guān)鍵工藝基礎(chǔ)、大型和超大型精密儀器裝備的設(shè)計和制造基礎(chǔ)、虛擬制造和虛擬儀器、納米測量及儀器、并聯(lián)軸機床、微型機電系統(tǒng)等領(lǐng)域國內(nèi)外雖然已做了不少研究，但仍有許多關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題有待解決。信息科學(xué)、納米科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、管理科學(xué)和制造科學(xué)將是改變21世紀(jì)的主流科學(xué)，由此產(chǎn)生的高新技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)將改變世界的面貌。因此，與以上領(lǐng)域相交叉發(fā)展的制造系統(tǒng)和制造信息學(xué)、納米機械和納米制造科學(xué)、仿生機械和仿生制造學(xué)、制造管理科學(xué)和可重構(gòu)制造系統(tǒng)等會是21世紀(jì)機械工程科學(xué)的重要前沿科學(xué)。2.1制造科學(xué)與信息科學(xué)的交叉--制造信息科學(xué)機電產(chǎn)品是信息在原材料上的物化。許多現(xiàn)代產(chǎn)品的價值增值主要體現(xiàn)在信息上。因此制造過程中信息的獲取和應(yīng)用十分重要。信息化是制造科學(xué)技術(shù)走向全球化和現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。人們一方面對制造技術(shù)開始探索產(chǎn)品設(shè)計和制造過程中的信息本質(zhì)，另一方面對制造技術(shù)本身加以改造，以使得其適應(yīng)新的信息化制造環(huán)境。隨著對制造過程和制造系統(tǒng)認(rèn)識的加深，研究者們正試圖以全新的概念和方式對其加以描述和表達，以進一步達到實現(xiàn)控制和優(yōu)化的目的。與制造有關(guān)的信息主要有產(chǎn)品信息、工藝信息和管理信息，這一領(lǐng)域有如下主要研究方向和內(nèi)容：(1)

制造信息的獲取、處理、存儲、傳遞和應(yīng)用，大量制造信息向知識和決策轉(zhuǎn)化。(2)

非符號信息的表達、制造信息的保真?zhèn)鬟f、制造信息的管理、非完整制造信息狀態(tài)下的生產(chǎn)決策、虛擬管理制造、基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的設(shè)計和制造、制造過程和制造系統(tǒng)中的控制科學(xué)問題。這些內(nèi)容是制造科學(xué)和信息科學(xué)基礎(chǔ)融合的產(chǎn)物，構(gòu)成了制造科學(xué)中的新分支--制造信息學(xué)。2.2微機械及其制造技術(shù)研究微型電子機械系統(tǒng)(MEMS)，是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、接口電路、通信和電源于一體的完整微型機電系統(tǒng)。MEMS技術(shù)的目標(biāo)是通過系統(tǒng)的微型化、集成化來探索具有新原理、新功能的元件和系統(tǒng)。MEMS的發(fā)展將極大地促進各類產(chǎn)品的袖珍化、微型化，成數(shù)量級的提高器件與系統(tǒng)的功能密度、信息密度與互聯(lián)密度，大幅度地節(jié)能、節(jié)材。它不僅可以降低機電系統(tǒng)的成本，而且還可以完成許多大尺寸機電系統(tǒng)無法完成的任務(wù)。例如用尖端直徑為5μm的微型鑷子可以夾起一個紅細胞；制造出3mm大小能夠開動的小汽車；可以在磁場中飛行的像蝴蝶大小的飛機等。MEMS技術(shù)的發(fā)展開辟了技術(shù)全新的領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)，具有許多傳統(tǒng)傳感器無法比擬的優(yōu)點，因此在制造業(yè)、航空、航天、交通、通信、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事、家庭以及幾乎人們接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。微機械是機械技術(shù)與電子技術(shù)在納米尺度上相融合的產(chǎn)物。早在1959年就有科學(xué)家提出微型機械的設(shè)想，1962年第一個硅微型壓力傳感器問世。1987年美國加州大學(xué)伯克利分校研制出轉(zhuǎn)子直徑為60"120μm的硅微型靜電電動機，顯示出利用硅微加工工藝制作微小可動結(jié)構(gòu)并與集成電路兼容制造微小系統(tǒng)的潛力。微機械技術(shù)有可能像20世紀(jì)的微電子技術(shù)那樣，在21世紀(jì)對世界科技、經(jīng)濟發(fā)展和國防建設(shè)產(chǎn)生巨大的影響。近10年來，微機械的發(fā)展令人矚目。其特點如下：相當(dāng)數(shù)量的微型元器件(微型結(jié)構(gòu)、微型傳感器和微型執(zhí)行器等)和微系統(tǒng)研究成功，體現(xiàn)了其現(xiàn)實的和潛在的應(yīng)用價值；多種微型制造技術(shù)的發(fā)展，特別是半導(dǎo)體微細加工等技術(shù)已成為微系統(tǒng)的支撐技術(shù)；微型機電系統(tǒng)的研究需要多學(xué)科交叉的研究隊伍，微型機電系統(tǒng)技術(shù)是在微電子工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展的多學(xué)科交叉的前沿研