樹枝粉碎機設(shè)計【含8張CAD圖帶開題報告-獨家】.zip

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crushing the pruned branches The branch crusher is very common in the present market so this design is mainly to study the principle and structure of the branch and to consider the factors in the design of the key parts At the same time some design points are put forward to improve the original design of the branch crusher Key words greening branches branch grinder energy saving and environmental protection iii 目錄 摘 要 i ABSTRACT ii 1 緒論 1 1 1 研究背景 1 1 2 研究目的 1 1 3 研究意義 1 1 4 本次設(shè)計的任務(wù) 1 2 樹枝粉碎機的結(jié)構(gòu)特點及其工作原理 3 2 1 樹枝粉碎機的結(jié)構(gòu) 3 2 1 1 削片部分 3 2 1 2 粉碎部分 3 2 1 3 篩選部分 3 2 2 樹枝粉碎機的工作原理 4 3 樹枝粉碎機的設(shè)計方案 5 3 1 設(shè)計思想及設(shè)計方法 5 3 2 樹枝粉碎機設(shè)計方案的確定 5 3 3 樹枝削片時的切削力分析 6 3 4 電動機功率的確定 9 3 5 軸承的選擇 9 3 6 傳動方案的確定 10 3 6 1 帶傳動的特點 10 3 6 2 鏈傳動的特點 10 3 6 3 齒輪傳動的特點 11 3 6 4 機械傳動方案的選擇 11 4 樹枝粉碎機的三維設(shè)計 12 4 1 用 PRO E 繪制零部件的三維圖 12 4 2 樹枝粉碎機零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 12 4 2 1 進料口的結(jié)構(gòu)設(shè)計 12 4 2 2 刀盤的設(shè)計與尺寸的確定 12 4 2 3 飛刀的設(shè)計與尺寸的確定 13 4 2 4 扇葉片與錘片的結(jié)構(gòu)設(shè)計 14 4 2 5 軸承座的結(jié)構(gòu)設(shè)計 15 4 2 6 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 16 4 2 7 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計 17 4 2 8 篩網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 18 iv 4 3 樹枝粉碎機的三維裝配 19 結(jié)論 22 致謝 23 參考文獻 24 樹枝粉碎機設(shè)計 1 1 緒論 1 1 研究背景 如今 為營造更美好的城市生活環(huán)境 城市的綠化面積越來越大 因此 在綠化 修剪的過程中 會有大量的枝丫產(chǎn)生 就學校而言 每年三四月份 可以看到主干道 兩側(cè)經(jīng)修剪下來的大量枝丫 由于枝丫形狀不規(guī)則 及其蓬松 運輸效率極低 而且 運出的樹枝 大部分直接被焚燒了 不僅沒有被利用起來 而且還對環(huán)境造成了污染 因此 樹枝的處理是很多綠化人員急需考慮的問題 1 2 研究目的 在城市的綠化過程中 每次都要修剪大量的樹枝 樹枝經(jīng)修剪后下來后 形狀及 其不規(guī)則 每根樹枝的大小 粗細都不相等 這樣導致收集起來很困難 同時還因樹 枝蓬松 導致運輸不方便 所以效率低 浪費財力物力 而且經(jīng)運出的樹枝 有一部 分會直接被當垃圾處理 還有一部分是被焚燒掉 這樣處理樹枝 就完全沒有把樹枝 利用起來而且還污染環(huán)境 粉碎樹枝 不僅可以節(jié)省運輸成本 減少土地使用的積累的分支 環(huán)境凈化 粉碎后 的木屑也可以用于生產(chǎn)有機肥料 土壤改良 回收 或處理的紙漿紙張和生產(chǎn)木質(zhì)面板 或者它可以用作壓縮燃料或裸露的覆蓋 可以變廢為寶 近年來 樹枝的處理以慢慢出 現(xiàn)于市場 這不僅改變了樹枝的常規(guī)處理方式 加快了樹枝處理的速度 節(jié)省成本 還能 減少勞動力的數(shù)量 樹枝粉碎機成為不可避免的發(fā)展趨勢 1 3 研究意義 通過研究樹枝粉碎機 能改變對傳統(tǒng)處理樹枝造成浪費的方式 提高效率 樹枝 的用途變得更多了 這樣減少了樹枝資源的浪費 減少了焚燒樹枝所產(chǎn)生污染的排放 樹枝粉碎機設(shè)計 2 1 4 本次設(shè)計的任務(wù) 1 熟悉樹枝粉碎機的組成 結(jié)構(gòu)特點以及工作原理 根據(jù)市場需求 設(shè)計一種適 合公園 院校 小區(qū) 采伐區(qū) 城市綠化 果場 林場 茶廠等現(xiàn)場修剪枝條 切片及粉碎的設(shè)備 2 進行整機設(shè)計和三維建模 設(shè)計主要零部件 進行強度 剛度校核 3 提交裝配圖 零件圖 三維圖 設(shè)計說明書等相關(guān)設(shè)計分析結(jié)果 4 基本參數(shù) 最大樹枝直徑 80 粉碎量 1000kg h 樹枝粉碎機設(shè)計 3 2 樹枝粉碎機的結(jié)構(gòu)特點及其工作原理 2 1 樹枝粉碎機的結(jié)構(gòu) 樹枝粉碎機的主要結(jié)構(gòu)由切片部分 粉碎部分 篩選部分組成 2 1 1 削片部分 進料口放入樹枝 隨后樹枝接觸到旋轉(zhuǎn)刀盤 刀盤上裝有飛刀 飛刀將樹枝切成 一定大小的木片 葉片隨刀盤轉(zhuǎn)動 葉片推動木片 使木片作圓周運動形成了氣流 氣流會讓木片沿機殼切線方向運動 就會被送到下一工序進行粉碎 刀盤的作用不僅 能不斷切削木材 還起到儲能作用 來對木片進行粉碎 故要求刀盤有一定的重量 2 1 2 粉碎部分 粉碎腔里裝有扇葉片 扇葉片與轉(zhuǎn)動的錘片同軸 木片與來自削片腔的氣流混合 在一起 經(jīng)過扇葉片時 受到高速旋轉(zhuǎn)的錘片的錘擊 以及錘片與扇葉片之間對物料 的撞擊 剪切等作用 木片反復(fù)的進行粉碎 粉碎后木片顆粒由篩孔排出 2 1 3 篩選部分 篩網(wǎng)裝在粉碎腔 作用是篩選經(jīng)過粉碎后的木屑 1 篩網(wǎng)的材質(zhì)是鋼版 鋼板面 上均勻的布滿了直徑相等的孔 小的木片則經(jīng)篩網(wǎng)篩出后直接從排料口排除 不能通 過篩網(wǎng)的大的木屑在錘片的作用下繼續(xù)反復(fù)錘擊粉碎 樹枝粉碎機設(shè)計 4 2 2 樹枝粉碎機的工作原理 要把樹枝粉碎成碎片 首先啟動電機 電機通過帶傳動將動力傳遞到主軸上 刀 盤 扇葉片與主軸同軸 隨著主軸一起轉(zhuǎn)動 然后手動把樹枝放入進料口 給予適當 的力度 當樹枝的端面碰到刀盤端面時 飛刀與樹枝相接觸 因為飛刀有鍥角 當樹 枝進入一定深度的時候 樹枝受到飛刀的切削力 沿著木材纖維的方向被切成木片 木片被氣流卷到粉碎腔 在粉碎腔內(nèi) 木片受到高速旋轉(zhuǎn)的錘片的反復(fù)錘擊 形成了 小碎片 小碎片由扇葉片產(chǎn)生的風力 從篩網(wǎng)吹出 達到標準大小的碎片才能被篩選 出去 最后出料口排除 稍微粗一些的碎片則留在粉碎腔內(nèi)繼續(xù)經(jīng)錘片粉碎 直至大 小能通過篩網(wǎng)孔 如此往復(fù) 既能實現(xiàn)樹枝粉碎成碎片了 樹枝粉碎機設(shè)計 5 3 樹枝粉碎機的設(shè)計方案 3 1 設(shè)計思想及設(shè)計方法 該樹枝粉碎機主要是針對樹枝進行切片和粉碎加工 粉碎出的碎片是用于做肥料等 所 以對削片質(zhì)量要求不高 因為粉碎機要便于移動 在各個綠化場所作業(yè) 所以對機器 的盡量設(shè)計得體積小 結(jié)構(gòu)簡易 移動方便和易于操作 假設(shè)該樹枝粉碎機經(jīng)過篩網(wǎng)過濾 出的碎片長度為 8mm 根據(jù)設(shè)計要求 改進進料口和出料口 因為刀盤在轉(zhuǎn)動切削樹枝 時需要一定的能量 所以為了保證能夠?qū)渲η谐善?就要保證一定的轉(zhuǎn)動慣量 即 刀盤要有一定的厚度 扇葉片上設(shè)計三片扇葉 扇葉片轉(zhuǎn)動的過程中 產(chǎn)生的風力可 以把已粉碎的木屑經(jīng)濾網(wǎng)吹出 由樹枝粉碎的粉碎量 1000kg h 來計算出電動機的功 率 飛盤的轉(zhuǎn)速 確定合適的飛刀數(shù)量 飛刀的伸出長度可調(diào)整 保證切削的大小 主軸用圓錐滾子軸承來配合 動力傳遞用帶傳動 3 2 樹枝粉碎機設(shè)計方案的確定 樹枝粉碎機的工作步驟是先把修剪下的樹枝用飛刀切成片狀 再對片狀的木片用 錘片進行粉碎 再經(jīng)篩網(wǎng)篩選達到規(guī)定大小的木屑讓其排出 飛刀作平面運動 切削 力的方向可視為不變 因此在切片的過程中 能形成平穩(wěn)的剪切作用 這樣可以讓切 削功率較小 切出來的木片大小就相對整齊 飛刀裝在刀盤上 安裝時一般使飛刀的刃角相對刀盤沿著轉(zhuǎn)動方向向前傾斜 10 15 飛刀采用優(yōu)質(zhì)的碳素工具鋼 刃口部分經(jīng)熱處理 以增強硬度 飛刀的鍥角取 45 樹枝粉碎機的粉碎方法常用的有以下幾種 錘片式 爪式還有對輥式等 因為樹 枝的外皮韌性很強 當飛刀不鋒利時 樹枝皮很難被切斷 這樣就會讓未切斷的樹枝 纏繞在主軸上 甚至進入粉碎腔 同時 還會有細小的樹枝分支未經(jīng)飛刀的切削 就 進入粉碎腔里 所以粉碎部分不僅要將切好的的木片錘擊 還需將未被切斷的樹皮和 小分枝粉碎 所以這里采用錘片式粉碎結(jié)構(gòu) 這樣結(jié)構(gòu)簡單 而且還能有好的粉碎效 果 樹枝粉碎機設(shè)計 6 要求該樹枝粉碎機粉碎量為 1000kg h 查閱資料得知 樹枝的密度大約 350kg m 折合成木屑實積約為 2 9m h 根據(jù)樹枝粉碎機的生產(chǎn)效率 生產(chǎn)率的經(jīng)驗計算公式 如下 106321mKlfZnQ實 積 得 上式中 n 刀盤轉(zhuǎn)速 r min Z1 平均每次樹枝進料根數(shù) 根 Z2 飛刀的數(shù)量 把 l 木片平均直徑 mm f 被削片樹枝平均斷面積 cm K1 機器利用系數(shù) 取 0 3 0 5 K2 工作時間利用系數(shù) 取 0 7 0 8 首先根據(jù)生產(chǎn)率和原料的情況確定飛刀的數(shù)量為 4 把 Z2 4 平均每次樹枝進料 根數(shù) Z1 2 木片平均直徑 l 80mm 被切片樹枝平均斷面積 f 1 0 生產(chǎn)率 Q 2 9 擬 定 K1 0 4 K2 0 75 可計算出 n 2360r min 取 n 2400r min 3 3 樹枝削片時的切削力分析 2160KlfZQ 樹枝粉碎機設(shè)計 7 分析飛刀切削樹枝的過程 實質(zhì)上就是樹枝在被飛刀切成片狀后 在粉碎腔里經(jīng)高速 旋轉(zhuǎn)的錘片反復(fù)的錘擊 逐步變成木屑的過程 木材受到飛刀前刀面的作用合力為 Fr 受到后刀面的力 Fa 是由正壓力 Fan 和摩 擦力 Faf 的合力而成的 同時還有底刀對木材的作用力 Px 與 Py 樹枝切削時的受力分析如圖 3 3 所示 圖 3 3 樹枝被切削時的受力示意圖 將各個力投影到 X Y 軸上有 聯(lián)立方程得 樹枝粉碎機設(shè)計 8 在式子中 飛刀安裝后角 飛刀楔角 進料口斜角 前刀面法向與纖維方向夾角 Fr 與切削速度方向夾角 l 樹枝木片纖維長度 mm b 切削寬度 mm 樹枝順纖維剪切強度 Pa 附加阻力系數(shù) 后刀面與樹枝的摩擦角 前刀面與樹枝的摩擦角 可得出 Px 的計算公式 運用以上公式 理論就可以計算出主切削力 把已知的參數(shù)代入式子中 其中刀 伸出量 h 10mm 樹枝木片纖維長度 l 8mm 飛刀的楔角 30 進料口斜角 45 5 1 75N cm c 0 6 arctan0 6 31 最后得出 Px 3273N 由切削最大直徑 80mm Fx p A p a b 取切削寬度 b 80mm a 1mm 得出理 論的單位切削阻力 Fx 32 73N mm tan t 90sin 90cos tan coin11 x fblblP 樹枝粉碎機設(shè)計 9 3 4 電動機功率的確定 一般機器作為動力的有電動機 柴油機 汽油機等 從經(jīng)濟 環(huán)保 方便的原則 出發(fā) 還根據(jù)樹枝粉碎機的成本 可選用電動機作為動力來源 依據(jù)上文中計算的到 n 2400r min 所以電機選型時轉(zhuǎn)速應(yīng)大于或等于 2400r min 查閱 電機型號大全 最終選選擇 Y80M2 2 型號的三相異步電動機 額 定功率為 1 1kw 額定電流為 2 5A 轉(zhuǎn)速為 2830r min 3 5 軸承的選擇 選用的是 32007 型的圓錐滾子軸承 軸承的預(yù)計壽命 L H 40000h 查文獻 6 知 32007 型圓錐滾子軸承 e 0 29 Y 2 1 Y0 1 1 Cr 76 8kN Cor 110kN 1 由 n 2400r min 兩軸承的徑向反力 FR1 3124 6N FR2 3161 6N 由選定的圓 錐滾子軸承 32007 軸承內(nèi)部的軸向力 2 因為 所以 21SaSF Na7 9 故 NFdA831 dA841 3 查文獻可得 69 01R 263 02R 32 0 e 由于 故eFA 1 1YX 故 R22 4 計算當量載荷 1P2 由文獻取 則5 pf 5 軸承壽命計算 310 Yrd3 82 12NFYX Ar 9 468 111 fPp72222 樹枝粉碎機設(shè)計 10 由于 取 圓錐滾子軸承 取 21P N4 72 查文獻可知 32007 型圓錐滾子軸承的 Cr 76 8kN 則 故滿足預(yù)期壽命 3 6 傳動方案的確定 3 6 1 帶傳動的特點 1 帶傳動的主要特點 優(yōu)點 傳動的中心距較大 帶傳動是彈性體 能緩沖 吸振 傳動平穩(wěn) 噪聲 小 結(jié)構(gòu)簡單 成本較低 拆裝方便 過載時 帶在帶輪上打滑 可以防止其 他零件損壞 缺點 外輪廓尺寸較大 不緊湊 由于帶的彈性滑動 不能保證準確的傳動比 帶傳動需要張緊 支承帶輪的軸和軸承受力較大 傳動效率低 帶的使用壽命 短 不宜用于高速 易燃等場所 帶傳動分為以下幾種類型 1 平帶傳動 構(gòu)型簡單 傳動效率高 與此對應(yīng)的帶輪也相對簡單 易得到 多 應(yīng)用在傳動中心距較大的機械上 2 V 帶傳動 帶的橫截面是等腰梯形 相應(yīng)的帶輪輪槽也是等腰梯形 在工作時 V 帶等腰梯形的兩個側(cè)面和輪槽相接觸作為工作面 槽面可以提供更大的摩擦力 V 帶 傳動可以有比較大的傳動比 結(jié)構(gòu)緊湊 由于 V 帶傳動有以上特點 所以被廣泛應(yīng)用 3 6 2 鏈傳動的特點 鏈傳動是通過輪齒與鏈條上的鏈節(jié)嚙合 來傳遞運動 鏈傳動在機械制造中運用 廣泛 鏈傳動的傳動效率高 因為鏈傳動能保證精確的傳動比 傳動時不會打滑 因為 66 91 0HtHLhCfnL 1 tf 樹枝粉碎機設(shè)計 11 鏈條不需要很大的張緊力 所以鏈傳動作用在軸上的力沒有帶傳動大 同時 鏈傳動 能適應(yīng)惡劣的環(huán)境 如多塵 油污 易腐蝕 高溫等場所 鏈傳動的缺點是 運轉(zhuǎn)時不能保持恒定的瞬時傳動比 磨損后易發(fā)生跳齒和脫鏈 傳動的平穩(wěn)性差 工作有噪聲 極速反向轉(zhuǎn)動的性能差 3 6 3 齒輪傳動的特點 齒輪的傳動是通過一對模數(shù)相等的齒輪相互嚙合轉(zhuǎn)動來傳遞運動 應(yīng)用廣泛 傳 遞的功率較高 優(yōu)點 1 效率高 2 結(jié)構(gòu)簡單 鏈接緊密 節(jié)省空間 3 工作狀態(tài)穩(wěn)定 可使用得年限長 缺點 重量大 噪音大 傳動距離較小 需要經(jīng)常潤滑 而且成本高 3 6 4 機械傳動方案的選擇 因為樹枝粉碎機的電機軸和安裝刀盤 扇葉片的主軸有一定的距離 所以齒輪傳 動不合理 因為樹枝粉碎機在工作時 會對不同硬度的樹枝都進行切削 粉碎 可能 會特別硬的物體誤入刀盤中 鏈傳動不能起到過載緩沖 會損壞飛刀與刀盤 所以最 終選擇帶傳動 與平帶相比 V 帶在在同樣的張緊力下 V 帶能產(chǎn)生更大的摩檫力 所 以 V 帶傳動可以允許更大的傳動比 結(jié)構(gòu)緊湊 且 V 帶都已標準化 易于得到 所以 樹枝粉碎機中的傳動方案選 V 帶傳動 樹枝粉碎機設(shè)計 12 4 樹枝粉碎機的三維設(shè)計 4 1 用 Pro Engineer 繪制零部件的三維圖 樹枝粉碎機是由進料口 上箱體 下箱體 篩網(wǎng) 削片部分 刀盤和飛刀 粉 碎部分 扇葉片和錘片 組成 4 2 樹枝粉碎機零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 4 2 1 進料口的結(jié)構(gòu)設(shè)計 因為修剪下來的樹枝一般都是直徑較小的樹枝 將進料口傾斜一定角度 有利于 一部分枝條直接滑落到切削腔內(nèi) 進行切片 這樣就可以將樹枝自動帶進 實現(xiàn)連續(xù) 切削 所以取進料口的傾斜角為 30 因為修剪下來的樹枝并不是單根的 會有小部 分分枝 所以進料口應(yīng)該設(shè)計得相大一些才有利于進料 取 300mm 300mm 運用以上數(shù)據(jù) 用 Pro E 繪制出的進料口三維圖如圖 4 1 所示 圖 4 1 進料口 4 2 2 刀盤的設(shè)計與尺寸的確定 樹枝粉碎機設(shè)計 13 刀盤是樹枝粉碎機進行切削的主要零部件之一 它的主要功能不僅是安裝飛刀 還起到儲存能量的作用 因為刀盤安裝在主軸上 和主軸一起轉(zhuǎn)動 在進行樹枝切削 的時候 刀盤可以釋放動能 在不切削的時候 刀盤可以儲存能量 以保證機器的連 續(xù)工作 刀盤的直徑已標準化 取刀盤的直徑為 560mm 厚度為 50mm 刀盤選用 45 鋼作為材料 刀盤上開的飛刀槽的尺寸根據(jù)飛刀的大小 以及安裝結(jié) 構(gòu)來設(shè)計的 在盤的內(nèi)孔為圓孔 根據(jù)軸的大小來確定圓孔直徑的大小 開有鍵槽 其固定作用 運用以上數(shù)據(jù) 用 Pro E 繪制出的刀盤三維圖如圖 4 2 所示 圖 4 2 刀盤 4 2 3 飛刀的設(shè)計與尺寸的確定 飛刀的作用的把從進料口進來的樹枝切片 飛刀安裝在刀盤上 本次設(shè)計采用 4 把飛刀 均布在刀盤上 根據(jù)工作要求 飛刀選用優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼 飛刀的楔角取 45 后角取 5 用螺栓把飛刀固定在刀盤上 樹枝粉碎機設(shè)計 14 運用以上數(shù)據(jù) 用 Pro E 繪制飛刀的三維圖如圖 4 3 所示 圖 4 3 飛刀 4 2 4 扇葉片與錘片的結(jié)構(gòu)設(shè)計 為樹枝粉碎機中 扇葉片的轉(zhuǎn)動不僅能在粉碎室中提供風力 還可以起到撞擊木 片進行粉碎的作用 從平穩(wěn)以及性價比的角度講 將扇葉片設(shè)計成三片式的 即兩兩 葉片成 120 夾角焊接在軸套上 錘片數(shù)量與厚度的設(shè)計 會影響樹枝粉碎后碎片的大小和均勻程度 由于粉碎后 的木屑的途還不確定 所以設(shè)計成普通常用的錘片 呈矩形 并在錘片的一個端面設(shè) 計出一個 45 的刃角 刃角有利于對木片進行粉碎 錘片要淬火處理 以增加硬度 安裝扇葉片的軸套上開有安裝錘片的槽 便于錘片的裝夾 運用以上的設(shè)計要求和數(shù)據(jù) 用 Pro E 繪制出扇葉片與錘片的三維圖如圖 4 4 4 5 所示 樹枝粉碎機設(shè)計 15 圖 4 4 扇葉片 圖 4 5 錘片 4 2 5 軸承座的結(jié)構(gòu)設(shè)計 由于主軸承受的徑向載荷很大 且轉(zhuǎn)速高 且主軸又是通過軸承固定在箱體上的 樹枝粉碎機設(shè)計 16 兩個軸承承受著一定的重量 所以兩個軸承需要軸承座來氣支撐作用 由于選用的是 32007 圓錐滾子軸承 軸承的外徑根據(jù)表可查得是 62mm 所以軸承座上的孔徑為 62mm 4 2 6 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 主軸是作回轉(zhuǎn)運動的傳動零件 在樹枝粉碎機中 它起帶動刀盤和扇葉片一起轉(zhuǎn) 動的作用 所以主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計直接影響到樹枝粉碎機的工作性能 考慮到粉碎機工 作時 溫度變化不大 所以主軸采用雙支點單向固定 因為刀盤和扇葉片是隨著主軸 轉(zhuǎn)動 所以為了固定 在軸上要設(shè)計鍵槽 根據(jù)參考文獻 初步估算最小軸徑 C 上式中 C 有材料和承載情況確定的常數(shù) c 110 P 軸所傳遞的功率 p 20Kw n 軸的轉(zhuǎn)速 n 2400r min 經(jīng)計算 d 22 08mm 最小軸徑上是安裝帶輪 需開鍵槽 應(yīng)將計算出來的軸徑 d 加大 5 左右 所以 d1 d 1 5 23 18mm 取 d1 24mm L1 的長度由帶輪確定 參考帶輪直徑的標準值 取 L1 63mm 根據(jù)軸的定向要求和要安裝零部件的規(guī)格來確定各段軸的直徑和長度 帶輪需軸向定位 1 段軸的右端需要有一個軸肩 故取 d2 30mm L2 的長度由軸承端蓋寬度及其固定螺釘拆裝空間要求決定 這里 L2 70mm L3 和 L7 是安裝軸承段 在 3 5 中 已對軸承進行了選擇 圓錐滾子軸承 32007 樹枝粉碎機設(shè)計 17 內(nèi)徑為 35mm 外徑 62mm 寬 18mm 所以 d3 d7 35mm L3 L7 18mm 因為 L3 和 L7 段是安 裝軸承 軸承需安裝軸承座 軸承座寬 10mm 且 L7 安裝飛盤這一段與進料口要有一定 距離 來保證從進料口進來的樹枝順利的切片 距離取 50mm 所以取 L7 50mm 18mm 10mm 78mm L3 20mm 18mm 10mm 20mm 68mm L4 安裝扇葉片 根據(jù)扇葉片的寬度 92mm 和安裝扇葉片的安裝盤的寬度 2 8mm 16mm 所以 L4 92 16 108mm d4 取 40mm L5 為軸環(huán)段 刀盤用軸環(huán)進行軸向定位 故取 d5 50mm L5 1 4 L4 L6 2 10 5mm L6 為安裝刀盤段 根據(jù)刀盤的內(nèi)孔直徑 38mm 所以 d6 38mm L6 等于刀盤的寬度 即 L6 50mm 以上已經(jīng)初步確定各段軸的直徑和長度 運用以上數(shù)據(jù) 用 pro e 繪制出的三維圖如圖 4 7 所示 圖 4 7 主軸 4 2 7 箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計 樹枝粉碎機設(shè)計 18 樹枝粉碎的箱體分為上箱體和下箱體兩個部分 箱體起的是安裝固定作用 首先 主軸的固定是主軸安裝在軸承座上 軸承座固定在箱體上 進料口也是固定在上下箱 體鏈接的中間 由于需要利用風力將經(jīng)粉碎后的木屑從篩網(wǎng)吹出 所以為了更好的利 用風力 將上箱體設(shè)計成半圓形 根據(jù)進料口和主軸的位置和參數(shù) 以及實際的使用 情況 設(shè)計出上下箱體 外殼壁厚規(guī)定為 10mm 運用以上數(shù)據(jù)和要求 用 Pro E 繪制的上下箱體三維圖如圖 4 8 所示 圖 4 8 上箱體 圖 4 8 下箱體 4 2 8 篩網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 篩網(wǎng)的作用是篩選經(jīng)粉碎后大小符合規(guī)定的木屑 然后通過風力的作用 是其通 過篩網(wǎng) 然后經(jīng)排料口排除 篩網(wǎng)上圓孔的直徑為 10mm 篩網(wǎng)的厚度為 10mm 運用以上參數(shù) 用 pro e 繪制的三維圖如圖 4 9 所示 樹枝粉碎機設(shè)計 19 圖 4 9 篩網(wǎng) 4 3 樹枝粉碎機的三維裝配 裝配樹枝粉碎機的過程 是先把有關(guān)聯(lián)的零部件裝配在一起 由里及外 主軸上 的刀盤和扇葉片以及篩網(wǎng)是整個樹枝粉碎機裝配的關(guān)鍵部分 首先 將飛刀裝配在刀盤上 飛刀和安裝飛刀的刀盤槽上開有螺栓孔 飛刀是用 螺栓安裝固定在刀盤的飛刀槽上 選擇飛刀螺栓孔的孔徑和刀盤飛刀槽螺栓孔的孔徑 重合 再選擇飛刀的一個面和刀盤飛刀槽的一個面重合 這樣就裝配好了其中一個飛 刀 剩余三個飛刀采用軸陣列即可 然后將刀盤安裝到主軸上 主軸上開有鍵槽 起 固定刀盤作用 這樣就完成了樹枝粉碎機切片部分的裝配 其次 將錘片安裝在扇葉片的套筒上 扇葉片的套筒上開有安裝錘片的槽 首先 選擇錘片安裝在套筒上那一端的一個面 與套筒槽口面重合 端面與套筒壁重合 這 樣就安裝好了第一個錘片 每段有三片錘片 共三段 九片錘片 其余錘片的安裝用 陣列即可 套筒和安裝套筒段的主軸上開有鍵槽 起定位作用 這樣就完成了樹枝粉 碎機粉碎部分的裝配 用 Pro E 對樹枝粉碎機的粉碎部分進行裝配的三維圖如圖 4 10 所示 樹枝粉碎機設(shè)計 20 圖 4 10 粉碎部分 用 pro E 對樹枝粉碎機的切片部分和粉碎部分的三維裝配圖如圖 4 11 所示 將篩網(wǎng)裝配在下箱體 選擇面重合 最后 將主軸裝配到箱體上 選擇主軸的軸 和下箱體預(yù)留放置主軸的位置的軸 將這兩軸重合 再選擇扇葉片套筒的右端面與箱 體的面裝配 選擇距離為 50mm 用 Pro E 對樹枝粉碎機最終的裝配三維圖如圖 4 12 樹枝粉碎機設(shè)計 21 圖 4 13 所示 圖 4 12 裝配圖 樹枝粉碎機設(shè)計 22 圖 4 13 裝配圖 樹枝粉碎機設(shè)計 23 結(jié)論 此課題是對樹枝粉碎機的設(shè)計的研究 運用設(shè)計要求給的粉碎量 1000kg h 和粉 碎樹枝的最大直徑是 80mm 進行初步的參數(shù)計算和其余參數(shù)的正確取值 對樹枝粉碎 機每個零部件的參數(shù)以及機構(gòu)的設(shè)計 使其合理并且美觀 此樹枝粉碎機的切片部分是采用飛盤上裝有飛刀 通過樹枝的進給和飛盤的高速 轉(zhuǎn)動 對樹枝進行初步的切片 粉碎部分是采用錘片粉碎裝置 三段式 共九把飛刀 隨著主軸的高速轉(zhuǎn)動 對 已切成片狀的樹枝進行反復(fù)的錘擊粉碎 通過主軸的轉(zhuǎn)動 扇葉片產(chǎn)生風力 把已經(jīng) 粉碎的好了的木屑吹出篩網(wǎng) 通過排料口排出 傳動部分經(jīng)對照幾種傳動方式的特點 選擇了 V 帶傳動 飛盤 扇葉片套筒 帶輪都是通過鍵槽來實現(xiàn)與主軸的固定 同時 該樹枝粉碎機具有結(jié)構(gòu)簡單 移動方便的特點 其支架上設(shè)計有車輪 所 以該樹枝粉碎機可以通過牽引車的牽引進行移動 到各個不同的地方進行作業(yè) 省時 省力 樹枝粉碎機設(shè)計 24 致謝 首先 感謝這四年來一路幫助我成長的老師和同學們 四年真快 馬上大家就各 奔東西了 此次的畢業(yè)設(shè)計 是在 XXX 老師的指導下完成的 感謝 XXX 老師的教學與指導 由于去了外地實習的原因 導致做畢業(yè)設(shè)計的時間不是很充足 可能有些地方?jīng)]能達 到 XXX 老師的嚴格要求 請您見諒 當然 做畢業(yè)設(shè)計的目的 就是對大學四年所學知識的一個反饋 運用整個大學 四年所學的每一門課程知識 有力學知識 機械設(shè)計知識 互換性的原理 電路方面 的問題 繪圖能力 材料的選用等等 所以要感謝每一位老師的教導 在此次畢業(yè)設(shè)計進行的過程中 我碰到了很多問題 沒接觸過樹枝粉碎機 不知 如何從任務(wù)書中給定的單位時間的粉碎量和粉碎最大直徑這兩個參數(shù) 得到更多的參 數(shù) 完全沒有概念 一籌莫展 唯一的辦法就是在網(wǎng)上 圖書館查閱相關(guān)資料文獻 書籍 并且一步步的摸索 好在有熱心同學間的相互學習和幫助 才能順利完成 所以 感謝四年來教導過我的每一位老師 祝你們工作順利 心想事成 感謝同窗四年的同學 祝你們一帆風順 前程似錦 樹枝粉碎機設(shè)計 25 參考文獻 1 王友林 樹枝粉碎機的設(shè)計要點及分析 J 林業(yè)建設(shè) 2008 2 31 33 2 錢春華 桑枝削片粉碎機三維設(shè)計與結(jié)構(gòu)分析的研究 D 南京 南京林業(yè)大學 2006 3 濮良貴 紀明剛 機械設(shè)計 第八版 北京 高等教育出版社 2006 5 4 王立新 Pro ENGINEER Wildfire 4 0 中文版標準教程 北京 清華大學出版 2008 7 5 王華 理順農(nóng)機安全監(jiān)理機制減少和預(yù)防農(nóng)機事故發(fā)生 J 北京農(nóng)業(yè) 2008 16 039 6 成大先 機械設(shè)計手冊 第 2 卷 第五版 北京 化學工業(yè)出版社 2007 11 7 張佑林 王琳 現(xiàn)代機械工程圖學教程 北京 科學出版社 2007 8 陳忠安 王靜 材料力學 北京 北京大學出版社 2007 1 9 朱思洪 付東荔 繆小紅等 樹枝粉碎機研制 農(nóng)業(yè)機械化與全面建設(shè)小康社會 中 國農(nóng)業(yè)機械學會成立 40 周年慶典暨 2003 年學術(shù)年會論文集 2003 10 牛曉華 吳兆遷 樊濤 3 ZSX 20 樹枝粉碎機的設(shè)計 J 林業(yè)機械與木工設(shè)備 2010 011 38 目錄 1、 英文文獻翻譯 1 1.1 An integrated method of multi-objective optimization for complex mechanical structure 1 1.2中文翻譯 11 2、 專業(yè)閱讀書目 18 2.1 機械設(shè)計 18 2.2機械設(shè)計 18 2.3現(xiàn)代工程圖學 19 2.4機電傳動控制 19 2.5材料力學 20 2.6互換性與技術(shù)測量 20 2.7理論力學 21 2.8機械設(shè)計課程設(shè)計 21 2.9機械制造技術(shù) 21 2.10機械制造基礎(chǔ) 22 26 1、 英文文獻翻譯 1.1 An integrated method of multi-objective optimization for complex mechanical structure Now someone has put forward an integrated approach for complex mechanical structures of multi-objective optimization, and integrated prototyping, finite element analysis and optimization. In order to explore it for the advantages of the traditional method, the robot in the mixed-mode aerial vehicles (HMAWV) have adopted this optimization, the purpose of doing so is to increase their area of ??work, lower costs in sufficient strength to the premise will be designed variable geometry, and geometric dimensions to the design parameters, NLPQL NSGA - II of the comprehensive application to obtain the best solution. The results showed that this integrated approach is more efficient than the exhaustive search algorithm. NSGA - II can be close to the global cutting-edge technology, and NLPQL and NSGA - II The relative error is negligible. Therefore, this integrated approach is effective, and shows its potential in the field of engineering applications. 1、Introduction In order to increase market competitiveness, structural design, analysis and optimization of the same like concurrent engineering have been integrated into the concept development stage. Scientific literature to design a new product in a variety of technologies, including computer programming more and more popular, because, along with the advance of computer and software technology revolution, and the superiority of the programming reflects the efficiency and accuracy.Traditional computer programming is like this: First, engineers draw a sketch of the product; the use of computer-aided design (CAD) software to the geometric model Subsequently, most of the engineers to the CAD model is imported into finite element analysis tools to evaluate it Finally, structural performance, some commercial software from ANSYS, MSC / NASTRAN, ABAQUS, to complete the size and topology optimization. Have been many important advances in this direction, some researchers use the domestic research tools MSC / NASTRAN to achieve structural optimization al. Barkeret secondary development of the MSC / NASTRAN, and has been confirmed by two instances. Recently, Hansen, and Horst, according to the refined finite element model developed a multi-level optimization procedure, that is the first step with the development to find slightly optimize the topological parameters, the second step application of MSC / NASTRAN optimization of the thickness and longitudinal section of the model, but simplify the boundary conditions. Although many efforts in this way, but due to the traditional optimization algorithm of the detention, the solution is still trapped in a region, and ignore the many nonlinear factors that such a program is not accurate.This novel method is a synchronous finite element software integrated into the optimization procedure. It uses a random search algorithm as the optimization method, which not only can prevent the optimizer is trapped in the local area, and can achieve accurate global optimal solution. The Many optimize the tool has been carried out development in the the field of literature, CAOSS appear than an earlier, it is a module expansion finite element program. Bakhtiary et al. Proposed a new interface between CAOSS and MSC / NASTRAN, then Meskeet al this interface the leading FEMsolvers, MSC / NASTRAN, MSC / Fatigue, ABAQUS, MSC. Marc and MSC.Patran the way. Proprietary software DynOPS is a choice as other optimization tools, The Giger, and Ermanni use DynOPS finite element analysis software ANSYS is applied to the development of composite fiber reinforced plastic motorcycle rims. Hilmann introduced an optimization software, the SFE concept, this software is used in the automotive industry in Germany. ISIGHT is another optimization software, which includes a wide range of classical and non classical optimization methods, such as Design of Experiments (DOE), the approximate exchange technology, multi-criteria analysis methods and quality engineering. Qian and Yuan successfully UG, of ICEM-of CFD and FLUENT integration to ISIGHT, and the Design of Experiments (DOE) is used to design the underhood. Later, Cullimore et al. In order to optimize an observation space telescope, the MSC / NASTRAN and Fluent integrated into ISIGHT. Although many optimization tool has been extensively developed, but the multi-objective optimization of complex mechanical structures is still a challenge.In this study, a complete design methodology and the structure of multi-objective optimization is advanced. Finite element analysis using ANSYS software and optimization algorithms to be integrated into a commercial optimization the software ISIGHT-FD, and confirmed these integration process. As an application example, the multi-objective optimization of robot development, the purpose of doing so is to expand the scope of its application, under the premise of sufficient strength to reduce its quality by optimizing the geometric dimensions. Whether it is based on the rate of change of the classical algorithm or evolutionary algorithm are adopted to obtain the best solution.In the second part discusses the integration process with finite element model, simulation, and optimization algorithms. In the third section, the robot on the mixed-mode high-altitude operations car (HMAWV,) A case study was put out. Application contact element analog connections, to verify the results of the finite element analysis, the development of experimental stress analysis. And adoption of NLPQL and NSGA-II to the excellent of manipulation cases. Compare the results of the optimization algorithm. Furthermore, in order to verify that the best solution, the NSGA-II parameters define a different value. In the fourth section, conclusions and future scholars to study and discuss. 2、Parallel methods of integration procedures Structural optimization of the key is to have the ability to automatically generate a variety of design of the virtual prototype model. Concurrent design and optimization, for the realization of the four basic steps to verify that the parametric model. ANSYS provides a parameterized language-modeling approach of ANSYS Design Language (APDL), can be used to automate the same task or even to establish the parameters of the mathematical modeling. Therefore, the automatic grid files and computing may be defined APDL file and the depth of carburized layer on inverse problem can also receive the analysis results. In addition, the use of finite element analysis software ANSYS, the processing mode to run the graphical user interface (GUI) will not appear and the preparation of the corresponding computer program, just run in the background command. APDL file including the design variables, and the output file, including the constraints and objectives, to optimize the control file can only integrate the two documents, the parallel optimization based on finite element analysis.Figure 1 illustrates a synchronous design and optimization process, as shown in the process is a cyclical process. ISIGHTFD control unit, which controls the performance of finite element analysis and optimization. In this simulation, finite element analysis and optimization to manual execution. Therefore, this process can improve the optimization efficiency, expand the design space of the variables. Fig.1. Process flow of integrated optimization 2.2 Simulation process The text of the compiler can generate the APDL documents, and APDL file can define any completed command in a graphical user interface (GUI) mode or batch mode. There is a level of classification, geometric quantities is the top level, then the surface, then line keypoint minimum. Therefore, the two modeling methods can be applied to the APDL file, whether it is from top to bottom or from bottom to top. In the present study, the method adopted from the bottom to the top of the basis for the definition, because of coordination, and their location can be parameterized. When we defined a geometric element that may arise special element type. H-refinement and p-refinement is refined by two grid structure analysis. H-refinement mesh improve the accuracy of an increasing number of elements, and p-refinement meshing accuracy improve to increase the degree of the elements of the shape function, but the p-refinement cost of more computation time. regular application of h-refinement has a higher solution precision. Verify the quality of elements, many of the provisions need to check they are the aspect ratio deviates from 90 °, in parallel to the edge of degree of deviation, maximum degree angle and customized values ??can be defined users. If there is no warning and error, it shows that all these terms are satisfied, and calculations can begin. When the solution has been completed, the results can be from the depth of carburized layer inverse problem solving, reading and written into an output file, the file will provide constraints and objective function optimization. 2.3 Optimization algorithm For multi-objective optimization, the best way does not exist here, some only a number of ways. Only consider one factor in this program must be superior than other options, but taking into account other factors, this program than other programs, some of the These programs are famous as the best Pareto program.?????In the literature, many algorithms have been developed for the best Pareto program.In general, they can be divided into two, a listing search, including the greedy algorithm, hill-climbing algorithm, branch and bound algorithm, depth-first search algorithm to search for answers in some areas of the given design, they can solve problems in practical applications. But it can not be used in multiple-scale or complex non-linear problems, to spend a huge computational cost. The other is a random search algorithms, including random walk, tabu search, simulated annealing algorithm, Monte Carlo algorithm, evolutionary algorithm, the algorithm is supposed to solve the problem, irregular need to define the evaluation function for direct search to solve the problem. Compared to enumerate the search, random search better solutions to complex problems.The genetic algorithm (GA) is one of the most prominent random search methods, and it has been widely used. It comes from the principles of natural genetics and natural selection. The basic principle of genetics is to borrow to build artificial demand for the minimum amount of information on health algorithm. Deb introduced the basic theory and operating principle of the genetic algorithm (GA).In recent years, in order to find the best Pareto program, developed a new version of the various genetic algorithm, Knowles and Corne of PAES, Horn, et al. For multi-objective optimization is proposed NPGA the Zitzler proposed of SPEA, and practice. On the other hand, improved unmarked concept of the members of the species population, and was named on NSGA. Before the packet, all unmarked member is marshaled to a pressure in the healthy group, and each individual members of this group have the same reproductive potential. In order to maintain the diversity of the population, grouping members of the health value to be shared. Subsequently, the arrangement of another set of unmarked individual choreography, has been down, until all groups. Results, the first member of the health value, and have greater reproductive capacity than the rest of the population. Coello et al. Pareto packet over and over again repeated, so he felt that the the NSGA efficiency is not high. Clearly, a more efficient way to get the same result is very possible.As an advanced version of the NSGA, in order to improve computational efficiency, Deb 'et al. Introduced the NSGA-II, NSGA-II, each program must be determined that it named the program, the NSGA-II evaluation of special programs in the population around the density, in fact, this density is the average distance between two points. NSGA-II does not require external memory and other MOEAs. In addition, because it is an innovative organization, so some researchers have successfully applied to engineering problems. In this study, the robot on the mixed-mode aerial vehicles (HMAWV) is also used to optimize the structure size. 3.A case study: manipulators of HMAWV HMAW a top mechanical products in the field of construction machinery, is widely used in power industry, municipal engineering, and fire department. Its scope of work can reach a height of about 19 ??m. Because the operator must ensure the safety of facilities, the structural design must be absolutely reliable. In this study, an integrated design, strength analysis and structural optimization. Fig.2. Hybrid mode aerial working Fig.3. Extended status of HMAWV Shown in Figure 2, HMAWV 19 parts: 1 - hydraulic foot, 2 - chassis, 3 - turret, 4 - the main hydraulic cylinders, arm 5 -, 6 - Auxiliary arm, 7 -pull rods, 8 - before support, 9 - the second arm, 10 - the second arm of the auxiliary, 11 - support, 12 - contraction of the hydraulic cylinder, 13 - the first parallel to the hydraulic cylinder, 14 - the first contraction of the arm, 15 -contraction of the hydraulic cylinder, 16 - the second contraction of arm, 17 - contraction arm, 18 - second parallel hydraulic cylinder, 19 - Operating Room. The table can be divided into two parts according to the movement: First, include 1-10 of the folded part, including 11-17 the extension of. Therefore, the mixed model table with integrated folding and extension of both worlds. When it works, hydraulic system to control the movement of each component, the main hydraulic cylinder to control the movement of the folded part. The parallel between this and the first arm and auxiliary arm movement is similar to the second arm and the second auxiliary arm to follow the same law of motion. Energy by dragging the rod to pass from the first arm to the second arm. When the contraction of the second contraction of the hydraulic cylinder control arm, the main contraction of the hydraulic cylinder control the extension of the movement. Chain to control the third contraction of the arm 13 to -18 partial control of the balance of the operating room, Figure 3 shows the conditions of the working vehicle. 1.2中文翻譯 一個針對復(fù)雜機械結(jié)構(gòu)的多目標優(yōu)化集成方法（譯文） 徐冰，陳南，車華軍 東南大學機械工程學院，中國南京211189 現(xiàn)在已經(jīng)有人提出了一個針對復(fù)雜機械結(jié)構(gòu)的多目標優(yōu)化集成方法，這種方法集成了原型建模，有限元分析和優(yōu)化。為了探索它相對于傳統(tǒng)方法的優(yōu)勢，在混合模式高空作業(yè)車（HMAWV）上的機械手已經(jīng)采用了這種優(yōu)化，這樣做的目的是增加其工作領(lǐng)域，在足夠的強度前提下降低成本，將設(shè)計變量的幾何尺寸，并且?guī)缀纬叽缒軌騾?shù)設(shè)計，NLPQL和NSGA – II被綜合應(yīng)用去獲得最佳解決方案。結(jié)果顯示這種集成方法比窮舉搜索算法更有效率。NSGA -Ⅱ可以接近全球前沿技術(shù)，而NLPQL和NSGA - II兩者的相對誤差是微不足道的。因此，這種集成方法是有效的，并在工程應(yīng)用領(lǐng)域顯示了其潛力。 1． 引言 為了提高產(chǎn)品的市場競爭力,結(jié)構(gòu)設(shè)計、分析以及優(yōu)化就像同步工程一樣已經(jīng)被整合進入概念發(fā)展階段的過程。科學文獻里有設(shè)計一個新產(chǎn)品各種各樣的技術(shù),其中計算機編程越來越流行，因為，伴隨著計算機能力和軟件技術(shù)革命的前進，編程的優(yōu)越性已經(jīng)在效率和精度上體現(xiàn)了出來。 傳統(tǒng)的計算機編程是這樣的：首先，工程師繪制產(chǎn)品的草圖；其次，使用計算機輔助設(shè)計(CAD) 軟件建立幾何模型，隨后，大部分工程師將這個CAD模型導入到有限元分析工具中去評價它的結(jié)構(gòu)性能，最后，由ANSYS ，MSC /NASTRAN，ABAQUS等一些商用軟件來完成尺寸和和拓撲優(yōu)化。在這個方向已經(jīng)有許多重要的進步，一些研究人員利用國產(chǎn)研究工具MSC / NASTRAN去實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，Barkeret al 介紹了關(guān)于MSC /NASTRAN的二次開發(fā)，并且已經(jīng)被兩個實例證實了。最近，Hansen 和 Horst 根據(jù)精細的有限元模型開發(fā)了一個多級優(yōu)化程序，也就是說第一步用發(fā)展找略優(yōu)化拓撲參數(shù)，第二步應(yīng)用MSC / NASTRAN優(yōu)化模型的厚度和縱切面，不過簡化了邊界條件。雖然以這種方式做出了許多努力，但是由于傳統(tǒng)優(yōu)化算法的禁錮，解決方案仍然被困在現(xiàn)在的某個區(qū)域，并且忽視了許多非線性因素以致于這種方案還不精確。 這種新奇的方法是一種同步的將有限元軟件集成到優(yōu)化程序的方法。它采用隨機搜索算法做為優(yōu)化方法,這不僅可以防止優(yōu)化器被困住在當?shù)氐膮^(qū)域，并且可以達到全球精確的最優(yōu)方案。許多優(yōu)化工具已經(jīng)在文學領(lǐng)域進行開發(fā)，CAOSS出現(xiàn)得比較早,它是一個模塊擴展有限元程序。Bakhtiary et al 提出了CAOSS和MSC / NASTRAN之間的新接口，接著Meske et al介紹了這個接口通往FEMsolvers，MSC/NASTRAN, MSC/Fatigue, ABAQUS, MSC.Marc 以及MSC.Patran的方式。私有軟件DynOPS是作為優(yōu)化工具的另外一個選擇，Giger 和 Ermanni 利用DynOPS把有限元分析軟件ANSYS應(yīng)用到開發(fā)復(fù)合纖維增強塑料摩托車鋼圈中。Hilmann介紹了一個優(yōu)化軟件SFE concept，這個軟件被廣泛用于德國的汽車行業(yè)。ISIGHT是另一個優(yōu)化軟件，它包括廣泛的經(jīng)典和非經(jīng)典的優(yōu)化方法,如實驗設(shè)計(DOE)，近似交換技術(shù)，多標準分析和質(zhì)量工程方法。Qian 和 Yuan 成功將UG, ICEM-CFD,和FLUENT集成到ISIGHT，并且實驗設(shè)計(DOE)被用于設(shè)計underhood。后來，Cullimore et al.為了優(yōu)化一個觀測太空望遠鏡而將MSC / NASTRAN和 Fluent 集成到ISIGHT。盡管許多優(yōu)化工具已經(jīng)被廣泛開發(fā)，但是對復(fù)雜機械結(jié)構(gòu)的多目標優(yōu)化仍然是個挑戰(zhàn)。 在這項研究中,一個完整的設(shè)計方法和多目標結(jié)構(gòu)優(yōu)化是先進的。用ANSYS軟件和優(yōu)化算法進行有限元分析被集成到一個商業(yè)優(yōu)化軟件ISIGHT-FD，并且詳細的證實了這些集成過程。作為一個應(yīng)用的例子，多目標優(yōu)化的機械手得到了開發(fā)，這樣做的目的是擴大其使用范圍,同時在足夠強度的前提下通過優(yōu)化幾何尺寸減輕其質(zhì)量。無論是基于變化率的古典算法還是現(xiàn)在的進化算法都被采納來取得最佳方案。 在第二部分中, 探討了包含有限元模型的集成程序，仿真過程,和優(yōu)化算法。在第三部分中，混合模式高空作業(yè)車（HMAWV）上的機械手作為一個研究實例被提了出來。應(yīng)用接觸單元模擬連接，來驗證有限元分析的結(jié)果，開發(fā)試驗應(yīng)力分析。并且采納NLPQL和NSGA-II去優(yōu)操縱宗器。比較兩種算法的優(yōu)化結(jié)果。而且，為了驗證對最佳方案的影響，對NSGA-II的參數(shù)定義不同值。在第四部分中，做結(jié)論并且讓將來的學者去研究討論。 2． 并行方法的集成程序 結(jié)構(gòu)優(yōu)化的關(guān)鍵是有沒有能力自動生成各種設(shè)計的虛擬樣機模型。為實現(xiàn)并行設(shè)計和優(yōu)化，四個基本步驟必須驗證參數(shù)化模型。 ANSYS提供了一種參數(shù)化的有l(wèi)anguage-ANSYS建模方法設(shè)計語言(APDL)，可以用來自動化相同的任務(wù)甚至建立數(shù)學模型等方面的參數(shù)。因此,自動網(wǎng)格文件和計算有可能定義APDL文件,并且滲碳層深度逆問題求解也可以得到分析結(jié)果。此外,運用有限元分析軟件ANSYS,對運行處理模式,即圖形用戶接口(GUI)將不會出現(xiàn)并編制相應(yīng)的計算程序，只是在后臺運行命令。APDL文件包括設(shè)計變量,和輸出文件包括約束和目標,優(yōu)化控制文件僅能整合這兩個文件,實現(xiàn)并行基于有限元分析的優(yōu)化。 圖一闡述了同步設(shè)計和優(yōu)化過程，如圖所示的過程是一個循環(huán)的過程。ISIGHTFD是控制單元,它控制著有限元分析和優(yōu)化的性能。在這個模擬過程中，有限元分析和優(yōu)化能夠在沒有人工操作的情況下執(zhí)行。因此,這一過程可以提高其優(yōu)化效率,擴大變量的設(shè)計空間。 圖一 集成優(yōu)化過程流程圖 2.1 有限元分析模型 文本的編譯器能夠生成APDL文件,而且APDL文件可以在圖形用戶界面(GUI)模式或批處理模式中定義任何完成的命令。那里是一個層級的分類,即幾何量是頂部的等級,然后表面,然后線,keypoint最低。因此兩種建模方法可以應(yīng)用于APDL文件,無論是從上到下還是從下到上。在本研究中,方法采用從下到頂部被定義的基礎(chǔ),因為要協(xié)調(diào),并且他們的位置可參數(shù)化的很容易。當我們在界定了可能產(chǎn)生的幾何元素特殊的元素類型。H-refinement和p-refinement是兩種網(wǎng)格結(jié)構(gòu)分析提煉的方法。H-refinement嚙合精度提高越來越多的元素,而p-refinement嚙合精度的提高增加程度的形函數(shù)的元素,但p-refinement成本更多的計算時間。h-refinement定期應(yīng)用方法具有較高的求解精度。驗證了該質(zhì)量的元素,許多條款需要檢查,他們是長寬比偏離90°,在平行相對邊緣的偏離度,最大值在度角而且定制的值可以被定義用戶。如果沒有警告和錯誤出現(xiàn),它表明所有這些條款都滿意,和計算可以開始了。當解決方案已經(jīng)完成,結(jié)果即可從滲碳層深度逆問題求解,閱讀和寫進一個輸出文件,該文件將提供約束和目標函數(shù)優(yōu)化。 2.2 仿真過程 仿真在計算機工作站上運行，并且要占用許多計算資源。仿真過程是:首先,給設(shè)計變量分配初始值，然后用ANSYS在批量模型中執(zhí)行有限元分析； 其次,設(shè)計變量提取APDL文件,而約束和目標函數(shù)提取的輸出文件到ANSYS,并且保存ISIGHT-FD中;第三,證明該算法的收斂性,如果持平這個程序?qū)⒈唤K止,而不是融合。優(yōu)化算法用于修改價值觀的設(shè)計變量和有限元分析和優(yōu)化是重復(fù)的,直到持平問題。優(yōu)化接近最優(yōu)解，這一系列的問題的解決方案為單目標優(yōu)化問題，且是一個單一的最優(yōu)的解決方案。 2.3 優(yōu)化算法 對于多目標優(yōu)化，最好的方法是不存在，這里有的僅僅是一系列方法。當只考慮一個因素時，這個方案比其他方案都要優(yōu)越，但是考慮到另一個因素時這個方案就比其他方案要差一些了。這些方案作為最佳Pareto方案而著名。 在文獻中可以知道許多算法被開發(fā)出來用于獲得最佳Pareto方案。 一般來說,他們可以分為兩種,一種是列舉搜索,包括貪心算法,爬山算法,分枝定界算法,深度優(yōu)先搜索等,這些算法在給定的設(shè)計一些領(lǐng)域中搜索答案,他們可以解決實際應(yīng)用中出現(xiàn)的問題。但卻無法被應(yīng)用在多個尺度或復(fù)雜的非線性問題,因為要花費巨大的計算成本。另一種是隨機搜索算法,包括隨機漫步,禁忌搜索、模擬退火算法、蒙特卡羅算法,進化算法等,這些算法原本要解決的問題,評價功能不規(guī)則的需要定義直接搜索而解決問題。相比以列舉搜索,隨機搜索能較好地解決復(fù)雜問題。 遺傳算法(GA)是其中一個最突出的隨機檢索方法，并且目前它已得到了廣泛的應(yīng)用。它來源于自然遺傳學的原則和自然選擇。一些遺傳學的基本原理被借用來人工構(gòu)建需求最小量問題信息的健康算法。Deb介紹了基因算法（GA）的基本理論和工作原理。 近年來，為了尋找最佳Pareto方案，有人開發(fā)了各種基因算法的新版本，Knowles和 Corne 提出了PAES, Horn et al.針對多目標優(yōu)化提出了NPGA, Zitzler提出了SPEA，并且用于實踐。另一方面，改進人口成員種類的無標記概念，并命名為NSGA。在分組之前，所有無標記成員被編排到一個壓健康小組中，并且這個小組中每一個單獨的成員具有同樣的生殖潛能。為了維護人口的多樣性，編組成員的健康值被共享。隨后，編排另一組無標記個體， 一直編排下去直到所有人都分好組。結(jié)果，第一層成員的健康值最大，并且比其他人口有更大的生殖能力。Coello et al.認為Pareto分組必須一遍又一遍的重復(fù)進行，所以他覺得NSGA效率并不高。顯然，用一種效率更高的方式獲得相同的結(jié)果是非常有可能的。 作為一個高級的NSGA版本，為了提高計算效率，Deb et al.推出了NSGA-II，在NSGA-II中，每一個方案必須測定它命名的方案有多少，NSGA-II評估在人口中特殊方案周圍的密度，事實上，這個密度是兩點間的平均距離。NSGA-II不需要和其他MOEAs一樣的外部存儲器。此外，因為它是一個創(chuàng)新的機構(gòu)，所以它的效率比以前的版本高，而且由于它的性能非常好以至于在最近它非常受歡迎。 NSGA-II被一些研究人員成功應(yīng)用到工程問題上。在這次研究中，混合模式高空作業(yè)車（HMAWV）上的機械手也采用了它來優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸。 3. 實例研究：混合模式高空作業(yè)車（HMAWV）上的機械手 HMAW是一種在工程機械領(lǐng)域的頂級機械產(chǎn)品，目前廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)、市政工程、消防部門等。它的工作范圍內(nèi)可以達到大約19米高度。因為操作員工作在沒有其他保護設(shè)施的操作室里面，必須要保證機械裝置的安全，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計必須是絕對可靠的。在這次研究中，介紹了一種集成了設(shè)計、強度分析以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法。 圖2：混合模式高空作業(yè)車 圖3：HMAWVD的延伸狀態(tài) 如圖2所示，HMAWV由19個部件組成，其中：1-液壓支腳，2-底盤，3-回轉(zhuǎn)臺，4-主液壓缸，5-第一手臂，6-輔助第一手臂，7-拉棒，8-前支撐，9-第二手臂，10-輔助第二手臂，11-后支撐，12-主收縮液壓缸，13-第一平行液壓缸，14-第一收縮手臂，15-收縮液壓缸，16-第二收縮手臂，17-第三收縮手臂，18-第二平行液壓缸，19-操作室。這些工作臺可以根據(jù)運動情況分成兩部分：一是包括1-10的折疊部分，二是包括11-17的延伸部分。因此，混合模型工作臺集成了折疊和延伸的兩種優(yōu)點。當它工作時，液壓系統(tǒng)控制每一個部件的運動，主液壓缸控制折疊部分的運動。這和第一手臂與輔助第一手臂之間的平行運動比較相似，第二手臂和輔助第二手臂也遵循同樣的運動規(guī)律。能量通過拖棒從第一手臂傳遞到第二手臂。當收縮液壓缸控制第二收縮手臂的時候，主收縮液壓缸控制延伸部分的運動。利用鏈條控制第三收縮手臂，13-18部分控制操作室的平衡，圖3展示了該作業(yè)車的一個工況。 2、 專業(yè)閱讀書目 2.1 機械設(shè)計 內(nèi)容摘要： 本書除緒論外共十三章，包括機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、平面機構(gòu)的運動分析、平面 連桿機構(gòu)及其設(shè)計、凸輪機構(gòu)及其設(shè)計、齒輪機構(gòu)及其設(shè)計、輪系及其設(shè)計、其 他常用機構(gòu)、機械運動方案的擬定、平面機構(gòu)的力分析、平面機構(gòu)的平衡、機器 的機械效率、機器的運轉(zhuǎn)及其速度波動的調(diào)節(jié)、計算機在機構(gòu)分析和綜合中的應(yīng) 用。此外，書未還附有各章思考題和習題以及常用的圖表。《機械原理》是一門 介紹各類機械產(chǎn)品中常用機構(gòu)設(shè)計的基本知識、基本理論和基本方法的重要技術(shù) 基礎(chǔ)課程?！稒C械原理》以高等學校機械類專業(yè)的學生為對象，以機構(gòu)系統(tǒng)運動 方案設(shè)計為主線，面向產(chǎn)品設(shè)計，強調(diào)學科之間的交叉融合，注重相關(guān)課程教學 內(nèi)容的邊界再設(shè)計，通過啟發(fā)創(chuàng)