2/2王永超：一種鮮茶分揀機構(gòu)設(shè)計茶葉分揀機分揀結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要茶是中國人喜愛的飲料之一，但采用人力收集茶的效果很低，因此茶農(nóng)們使用機器選擇茶，這大大提高了收集茶的效率。然而，在機器收集過程中，茶莖和廢葉等許多雜質(zhì)不可避免地篩揀不干凈使其混在茶葉之中，進而影響了茶葉泡出茶的味道，使茶葉的口味大打折扣。以前，茶葉鮮葉的篩揀是手動篩揀，但是這種低效率的工作滿足不了市場的需求。為了滿足市場，本文的研究是開發(fā)一種分開茶莖和茶葉的裝置。茶葉分揀機優(yōu)化方案的設(shè)計與分析，原則上兼顧高效、清潔分揀、結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、節(jié)省大量勞動力，進而進行茶葉分揀機的每個部件的設(shè)計和制造。同時，根據(jù)設(shè)計條件對部分設(shè)計進行了優(yōu)化。一是研究分揀機的操作原理，選擇合適的換檔設(shè)備，根據(jù)現(xiàn)有市場成熟技術(shù)選擇部件，選擇合適的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)備進行裝置的安裝然后將新鮮茶葉進行分揀，并根據(jù)分揀機的總體要求選擇合適的傳動帶。接下來，接下來對傳動帶等設(shè)備進行校核分析，并使用軟件有限元分析的方法進行分析。最后，獲得分析和測試報告的結(jié)果，對設(shè)計參數(shù)進行分析，以確定更優(yōu)化的參數(shù)。關(guān)鍵詞：機械設(shè)計；有限元分析；優(yōu)化設(shè)計目錄第一章 緒論 71.1選題背景 71.2研究內(nèi)容 71.3研究方法 71.4本設(shè)計的工作內(nèi)容 7第二章總體設(shè)計方案的確定 92.1：搖擺式茶葉鮮葉分揀機裝置 92.2：鼓風式茶葉鮮葉分揀裝置 102.3：滾筒式茶葉鮮葉篩揀裝置 122.4：風力篩揀茶葉鮮葉裝置 13第三章電動機得選擇 153.1電動機的選擇 15第四章傳動帶的選擇與校核 174.1確定計算功率Pca 174.2選擇V帶類型 174.3確定帶輪的基準直徑?d 174.4確定中心距和V帶的基準長度 174.5驗證小帶輪上的包角 184.6計算帶的根數(shù) 184.7計算單根V帶初拉力的最小值（F0） 184.8計算壓軸力FP 18第五章滾動軸承的選擇與校核 205.1計算輸入軸承 20第六章重要零部件的有限元分析及優(yōu)化 226.1有限元分析的步驟的簡介 226.2主要零部件的有限元分析 236.2.1圓頭平鍵的有限元分析 236.3主要零部件的優(yōu)化分析 336.3.1有限元優(yōu)化分析的步驟 336.3.2圓鍵的優(yōu)化分析 346.3.3箱體的優(yōu)化設(shè)計 366.3.4經(jīng)濟優(yōu)化 41第七章結(jié)論與展望 43參考文獻 45引言收獲新鮮茶后，雜質(zhì)會與新鮮茶葉混合，所以有必要將茶從雜質(zhì)中分離出來。目前，茶篩選主要基于手動篩選，但在改革與開放性之后，國家進入快速車道，導(dǎo)致勞動成本大幅上升和經(jīng)濟通貨膨脹急劇上升，迫使手動造成茶葉鮮葉分揀的成本增加。目前，新鮮茶葉的篩選是機械的整合工作，大部分操作都是振動、旋轉(zhuǎn)、只用風力來進行篩揀，帶來了篩選裝置的復(fù)雜性和價格高昂，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。另一方面，篩選新鮮茶葉的裝置都是分層結(jié)構(gòu)，會傷害新鮮茶葉，因為篩選不夠干凈，不夠完整。同時，茶莖不同的物理特征將也不利于篩選，因此很難區(qū)分標準的茶芽葉和舊的粗芽葉，促使茶葉嚴重受損，分類效率低。也有電腦進行茶葉鮮葉分選技術(shù)，利用紅外線光譜分選新鮮茶葉和雜質(zhì)建立紅外線模型，使用紅外線光譜技術(shù)和偏最小二乘法方法將新鮮茶葉從雜質(zhì)中分離出來。但是，由于有不同種類的雜質(zhì)和新鮮茶葉的種類不同，從計算機評價中得到的新鮮茶葉的有效性不高，所以作業(yè)也會增加。緒論1.1選題背景中國人自古都喜歡喝茶，其中茶葉里面的茶多酚對人體有很多的好處，因此造成了茶葉在我國的需求量很大，但是茶葉一般都是生長在高山之上，不僅采摘效率很低，同時在采摘下來以后茶葉鮮葉和茶梗和其他的一些雜質(zhì)很難分離，過去是由人工進行手工篩揀，然而經(jīng)濟的快速發(fā)展已經(jīng)逼迫茶葉茶梗的篩揀工作由過去的人工篩揀變成更為高效，便捷的方式以來滿足人們對于茶葉的需求量，因此本文將設(shè)計出一款茶葉鮮葉分揀裝置。隨著國家的快速發(fā)展，勞動力的使用越來越少，機械化才是未來生產(chǎn)的主力軍。可以說，茶葉鮮葉分揀裝置的應(yīng)用前景是非常廣闊的也是持續(xù)向前的。茶葉鮮葉的分揀裝置將會占據(jù)茶葉分揀篩分的一個重要且顯著的位置，這都得益于未來國家的發(fā)展，從而使得各行各業(yè)對雜志篩選裝置的種類和規(guī)格的要求越來越高，也很會將篩揀裝置帶向一個嶄新的高度。1.2研究內(nèi)容本主題考慮高效、簡單的結(jié)構(gòu)、低價格、大幅省力等方面，進而設(shè)計分析出最佳的茶葉鮮葉分選機方案，接下來進行茶葉鮮葉分揀機的各要素的設(shè)計和組裝。并且，對有關(guān)重要結(jié)構(gòu)進行設(shè)計優(yōu)化和使用優(yōu)化。開始是學(xué)習(xí)企業(yè)管理進行分類操作，進而選擇合適的傳動裝置。其次，參照市場上的相關(guān)資料和現(xiàn)有的組件，選擇傳動帶等茶葉鮮葉分選機的驅(qū)動裝置的適當結(jié)構(gòu)。然后，根據(jù)分揀車間的一般要求，設(shè)計合適的傳動構(gòu)件，確認和分析設(shè)計的帶傳動，使用有限元分析軟件。最后，得到分析結(jié)果和測試報告，進一步分析設(shè)計參數(shù)，確定最佳參數(shù)。設(shè)計要求產(chǎn)量：60kg/h；耗電功率：0.4kw/h。1.3研究方法通過文獻的查閱，了解了有關(guān)茶葉鮮葉分選機設(shè)計的相關(guān)文章和內(nèi)容，為茶葉篩選裝置的組成發(fā)展歷程等相關(guān)資料有一定的了解，以及為后續(xù)設(shè)計提供基礎(chǔ)的設(shè)計思路。通過質(zhì)的分析，定性分析新鮮茶葉篩選機制的篩選部分，并在分析過程中考慮和分析其結(jié)構(gòu)。定量分析通過數(shù)據(jù)表示分析結(jié)構(gòu)，為基于特定數(shù)據(jù)的排序結(jié)構(gòu)的后續(xù)設(shè)計提供了基本保證。1.4本設(shè)計的工作內(nèi)容1)裝配圖紙一份及零件圖若干。2)三維模型一套3)畢業(yè)設(shè)計論文一份4）關(guān)鍵部件分析數(shù)據(jù)5）部件優(yōu)化結(jié)果第二章總體設(shè)計方案的確定經(jīng)過查閱資料和思考，同時結(jié)合機械原理機械設(shè)計等課程方面的知識進行結(jié)合，并且為了符合實際生產(chǎn)生活滿足社會需求，初步設(shè)計如下四種方案。2.1：搖擺式茶葉鮮葉分揀機裝置圖1搖擺式茶葉鮮葉分揀機裝置示意圖此機構(gòu)的主要的結(jié)構(gòu)：1、滾筒2、傳動帶3連軸器4、傳動機支架5、電動機6、連桿7、偏心輪8、搖擺篩箱9、支架10、接料箱。技術(shù)問題：市面上的茶葉鮮葉分揀大多數(shù)用人力篩檢不但效率低下而且還會使勞動力成本增加。此機構(gòu)運用搖擺震動的方法使茶葉鮮葉與雜質(zhì)徹底分開不需要人工二次篩揀，并且雜質(zhì)很容易將其清除使得下一步工序更加簡單方便。設(shè)計思路：搖擺式茶葉鮮葉分揀機裝置的有點正在與其本身具有極高的自動化，操作工人僅僅需要將未篩揀的茶葉放入傳送帶中即可。同時茶葉篩選干凈，鮮葉與雜質(zhì)一分為二，篩選的效率更高。還可以獎篩選過的雜質(zhì)進行再次篩選從而保證茶葉的分揀。后通過一定的傾斜度將篩選后的茶葉送入到接料箱內(nèi)可以直接進行茶葉的下一步處理。本方案的基本工作過程是：當機器啟動，傳送帶1在運輸機體2內(nèi)部的電機提供的動力下開始自行運轉(zhuǎn)，茶葉通過傳動帶的運轉(zhuǎn)帶如到搖擺篩箱8中進行茶葉與雜質(zhì)的分離，通過搖擺將雜質(zhì)通過搖擺篩箱8中的漏洞中漏入到接料箱10中，同時由于搖擺篩箱8有一定的傾斜角度課以在搖擺的時候?qū)⒑Y選后的鮮茶葉送入到出料口然后進入到茶葉接料箱10中。圖2搖擺式茶葉鮮葉分揀機裝置三維圖2.2：鼓風式茶葉鮮葉分揀裝置圖3鼓風式茶葉鮮葉分揀裝置示意圖此機構(gòu)的主要的結(jié)構(gòu)：1、分離箱體2、接料口3蓋板14、蓋板25、分離板16、分離板27、鼓風蓋板8、鼓風機9、出料口10、緊釘螺栓11、傳動帶12、電動機13電機滾筒14滾筒15、支架16、接料箱。技術(shù)問題：茶葉采摘回來以后會有很多的雜質(zhì)與茶葉鮮葉混在一起需要進行二這分離才能對后續(xù)的茶葉進行處理，通過震動使茶葉鮮葉與雜質(zhì)分離會使茶葉鮮葉輕易的粘附在漏網(wǎng)上使得其效率低下。此裝置運用風力篩揀的方法使茶葉鮮葉與雜質(zhì)徹底分開不需要人工二次篩揀，并且雜質(zhì)很容易將其清除使得下一步工序更加簡單方便。設(shè)計思路：此裝置的特點在于裝置本身具有高度自動化的程度，無需人工篩揀，節(jié)省人力。同時茶葉篩選干凈，鮮葉與雜質(zhì)一分為二，篩選的效率更高。還可以獎篩選過的雜質(zhì)進行再次篩選從而保證茶葉的分揀。通過風力將雜質(zhì)與茶葉分離并且通過接料箱，將篩揀后的茶葉進行下一步的處理。本方案的基本工作過程是：隨著機器通電以后，傳動帶11的傳動，茶葉鮮葉通過傳動帶的傳動被送入接料口2中，同時鼓風機8開始工作，隨著茶葉從接料口10的緩慢的落下，借助風力將茶葉與雜質(zhì)吹開通過分離板15的第一次篩選將大茶葉與小茶葉和雜質(zhì)分開，雜質(zhì)落入底板上，然后茶葉鮮葉再經(jīng)過第二次的分離板2，6進一步將茶葉鮮葉與雜質(zhì)分離。大茶葉落入分離箱體1的底部進入接料箱16中，同時剩下的小茶葉與雜質(zhì)經(jīng)過第二道分離板6進行第二步的篩揀將小茶葉與雜質(zhì)分開落入接料箱16中，最后只剩雜質(zhì)被吹入分離箱體的最后部緊接著落入接料箱16中進行清除。圖4鼓風式茶葉鮮葉分揀裝置三維圖2.3：滾筒式茶葉鮮葉篩揀裝置圖5滾筒式茶葉鮮葉篩揀裝置示意圖此機構(gòu)的主要的結(jié)構(gòu)：1、篩揀滾筒2、支架3，大齒輪4、小齒輪5、電動機6、卡環(huán)7、接料箱8、出貨抽屜9、電動機10、電動滾筒11、滾筒12、傳動傳送帶13、傳動帶支架14、接料漏斗技術(shù)問題：市面上的茶葉鮮葉的分離非常的繁瑣，同時效率也不是很高，最主要的還是分離的不是很徹底。此結(jié)構(gòu)很好的的將茶葉鮮葉以及雜質(zhì)分離開來，做到將混合茶葉送入就可以將干凈茶葉分出的功效。設(shè)計思路：此裝置的設(shè)計思路來源于市場上傳統(tǒng)的茶葉鮮葉分揀裝置，傳統(tǒng)茶葉鮮葉分揀裝置采用人工手動將茶葉從機器中分離出來，這種結(jié)構(gòu)在很大程度上加劇了茶葉的損傷以及提高了茶葉鮮葉分揀的成本，所以本著降低機器對茶葉的損傷和降低成本，故設(shè)計成滾筒自動分離式，以求達到降低茶葉損傷以及降低成本的目的。本方案的基本工作過程是：當機器接電，電動機5通過齒輪傳動帶動大齒輪3，大齒輪3和篩揀滾筒1是通過鍵連接，大齒輪3帶動篩檢滾筒1使得其能夠轉(zhuǎn)動，在傳送帶電動機9的帶動下帶動傳動帶12將未分揀的茶葉鮮葉送入到接料漏斗14中進而進入到篩揀滾筒1中，進行篩檢，通過篩揀滾筒的滾動，茶葉雜質(zhì)與茶葉鮮葉分離，茶葉鮮葉通過篩揀滾筒一定的傾斜度落入到接料箱7中進行收集，而雜質(zhì)落入到其他料箱中進行去除，從而進行下一步的操作。圖6滾筒式茶葉鮮葉篩揀裝置三維圖2.4：風力篩揀茶葉鮮葉裝置圖7風力篩揀茶葉鮮葉裝置示意圖此機構(gòu)的主要的結(jié)構(gòu)：1、接料口2、箱體3、上傳動帶4、滾動桿5、帶輪滾動桿6、分離板7、鼓風機8、雜質(zhì)抽屜9、下傳動帶10、帶輪11、電動機12、傳動帶13、接料箱技術(shù)問題：自從改革開放以來國家的大力發(fā)展促使國民的經(jīng)濟收入不斷的提高，因此人們對生品質(zhì)也有了很大的要求。茶葉自古以來都是大眾最喜愛的飲品之一，所以人們對于茶葉的口感的要求也越來越高。為了從根本上解決掉茶葉分揀的難度和成本，故而選擇使用進行機器的篩選和分揀，但是機器的分揀效率不高還會造成二次分揀的情況。為了解決這一問題并且減少采茶用工的數(shù)量一種以風力為動力篩揀茶葉的機器應(yīng)運而生。設(shè)計思路：茶葉鮮葉分揀裝置就開始在各個制茶廠進行使用，茶葉鮮葉分揀裝置能夠解決掉雜質(zhì)與茶葉鮮葉分離的技術(shù)難題，還降低了人力成本，并且提高了茶葉分揀以后的質(zhì)量和口感，從而增加茶農(nóng)們的經(jīng)濟效益。市面上常用的茶葉鮮葉分揀機種類主要有商篩式、平面圓篩式、風選式。這些篩選裝置操作簡單，篩揀的茶葉量比較大，深受茶農(nóng)們的追捧，但是篩揀出來的效果卻是差強人意，雜質(zhì)篩選不凈。為了解決上述技術(shù)問題，采用新型提供茶葉鮮葉分揀機，不僅能夠除去老葉及單葉和碎片，還能夠?qū)⒉枞~鮮葉分揀出來。本方案的基本工作過程是：此裝置通電后，將未分揀的茶葉鮮葉從接料口1送入，在茶葉鮮葉下落的同時鼓風機7開始工作將雜質(zhì)與茶葉鮮葉通過風力將其分離開來，同時通過分離板6進一步將未分離的茶葉鮮葉和雜質(zhì)分離，然后雜質(zhì)落入到雜質(zhì)抽屜8中，分揀后的茶葉鮮葉通過帶有漏洞的傳動帶12送入到下一層，此時鼓風機2再一次將雜質(zhì)與茶葉鮮葉分離同時通過傳動帶9落入到接料箱13中。圖8風力篩揀茶葉鮮葉裝置三維圖經(jīng)過對上述的四種設(shè)計方案進行分析和對比以及可行性，最后決定用風力篩揀茶葉鮮葉裝置。第三章電動機得選擇3.1電動機的選擇新鮮茶葉篩選裝置的風力篩選裝置的運轉(zhuǎn)帶由將電能轉(zhuǎn)換為機械能的發(fā)動機驅(qū)動，使風扇為生成風能、篩選和傳遞新鮮茶葉而工作。然而，電動機的種類繁多復(fù)雜，各種各樣的型號都有，這也就造成了電動機的功率也多如牛毛。但是，發(fā)動機有很多種類，不同的發(fā)動機輸入輸出功率不同。因此，如果發(fā)動機選擇不正確，會引起發(fā)動機的損傷。一方面，如果發(fā)動機功率過剩，則會產(chǎn)生發(fā)動機的浪費。另一方面，發(fā)動機電力不足不符合篩選新鮮茶葉的要求。根據(jù)風力篩揀裝置的設(shè)計要求產(chǎn)量為60kg/h,根據(jù)茶葉的產(chǎn)量故而將傳動帶輪的速度設(shè)為六十圈每小時。依據(jù)圈數(shù)可得每圈可分揀出干凈茶葉一公斤，最后計算可得一圈所花時間是一分鐘。通過風力篩揀裝置每小時篩揀60公斤的要求，剪掉工人將茶葉送進裝置中的時間，將風力篩揀裝置的篩揀時間設(shè)定為一次三分鐘，傳動帶的寬度設(shè)定為700mm，水平長度為6000mm,將帶速設(shè)定為V=0.6m/s，傳動帶工作時所需拉力設(shè)定為5000N，將主傳動滾筒直徑設(shè)定為D=200mm，風力篩揀茶葉鮮葉裝置工作十年為額定壽命，每天工作10個小時，一年工作300天。根據(jù)相關(guān)要求選用Y型三相異步電動機，電壓為380V。假設(shè)當操作工人將未篩揀的茶葉放入到風力篩揀茶葉鮮葉裝置中，由于茶葉的自身重量對于茶葉篩揀裝置的影響忽略不記，對于傳動裝置的影響也微乎其微，那么傳動帶的有效拉力將記為F=4000N電動機所需要的輸出功率為式中：Pw—茶葉鮮葉分揀裝置需要的輸入功率();η總—傳動裝置總效率電動機所需要的輸入功率Pwηw通過查找相關(guān)參考文獻，選取ηw因此傳動裝置的總效率各零部件的工作效率聯(lián)軸器效率η1=0.99，軸承傳動效率電動機工作的實際效率為：依據(jù)實際情況，通過查閱相關(guān)文獻資料可以得出電動機的額定功率P同時卷筒的計算轉(zhuǎn)速為對比數(shù)據(jù)，通過查找相關(guān)資料后選取Y系列Y90L-6，額定電壓380v，頻率50Hz，額定功率1.1kw，同步轉(zhuǎn)速1000第四章傳動帶的選擇與校核V型帶是非剛性驅(qū)動圓鍵。V型帶具備緩沖壓力，可防止過載，降低干擾。皮帶傳輸適用于高速傳輸裝置，維護簡單、方便，成本低，也可用于長距離傳輸。4.1確定計算功率Pca通過查找相關(guān)資料可以得出計算功率的表達式為式中P—需要傳遞的名義功率，KA通過查找相關(guān)資料可以得出工作情況系數(shù)K所以，計算功率

4.2選擇V帶類型由Pca和滿載轉(zhuǎn)速n1可確定選擇A型V帶，?4.3確定帶輪的基準直徑?d1)根據(jù)初步的估算將小帶輪的基準直徑設(shè)為?d通過查找相關(guān)文獻可以得出相關(guān)結(jié)論，將小帶輪的基準直徑設(shè)定為?2)驗算V型帶的速度V。驗算帶的速度通過所選小帶輪的基準直徑可得3m3）計算大帶輪的基準直徑通過查閱相關(guān)文獻，綜合機器的性能計算出大帶輪的基準直徑：通過所查的相關(guān)文獻可知應(yīng)將大帶輪的基準直徑取圓整，故f取?4.4確定中心距和V帶的基準長度1）選定中心距的初值2）通過所查的相關(guān)文獻，以及機器的最佳使用要求得出基準長度L通過所查的相關(guān)資料，選擇出帶的基準長度L2）通過所查的相關(guān)資料，確定實際中心距a。因此，中心距在150mm—349mm的范圍進行變化4.5驗證小帶輪上的包角4.6計算帶的根數(shù)1）計算單根V帶的額定功率由和轉(zhuǎn)速，通過查閱相關(guān)文獻可得出。通過查閱相關(guān)文獻可得出于是2）計算v帶根數(shù)z。因此v帶根數(shù)z=14.7計算單根V帶初拉力的最小值（F0）通過查閱相關(guān)資料可得出A型V帶單位長度的質(zhì)量q=0.10Kg應(yīng)將V帶的實際使用拉力F04.8計算壓軸力FP壓軸力最小值為第五章滾動軸承的選擇與校核滾動軸承具有結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕便于安裝拆卸；受到的摩擦阻力很小，因此有效功率高，進而使得機械的傳動效率高，還使得機械啟動時所需的要的驅(qū)動力較小。滾動軸承還具有精度高，轉(zhuǎn)速大，使用壽命長的特點。維修與潤滑方便，可以同時承受徑向和軸向力。故選擇滾動軸承。根據(jù)條件要求，滾動軸承的預(yù)計壽命為，5.1計算輸入軸承1）計算軸向力初步選取滾動軸承，查參考文獻，選取標準精度級的單列圓錐滾子軸承30207，其尺寸為：軸承內(nèi)徑35mm，外圈定位直徑D=80mm，寬度B=18mm，內(nèi)圈定位軸肩直徑?a=42mm，外圈定位直徑D兩軸承的軸向反力為：F軸承內(nèi)部軸向力FsF所以Fs1+故任取一端為壓緊端，現(xiàn)取1端為壓緊端FA1=2）求出系數(shù)X,YFA根據(jù)參考資料可得e=1FA1FR1<FA1FR1<3）計算當量動載荷P1，根據(jù)參考資料取fPP4）軸承壽命計算因為P2=P因為滾子軸承ε根據(jù)參考資料得30207軸承的CL46538.67所以預(yù)期壽命足夠，此軸承合格第六章重要零部件的有限元分析及優(yōu)化6.1有限元分析的步驟的簡介通過數(shù)學(xué)的數(shù)學(xué)模型利用極限的方法，無限的去逼近所需要的物體的物理模型進行轉(zhuǎn)換和控制變量的有限元分析，與此還利用了機械制造中的單元這一名詞，設(shè)定完這些以后就可以將上文我們所談到的相關(guān)零部件進行上述的操作進行分析，也就時我們所熟悉的概念：通過已有的一些數(shù)據(jù)去無限的逼近我們所要求的待求量。有限元分析的操作步驟a) 構(gòu)件所需分析的零部件模型；b)設(shè)定零部件模型的材料種類 ；c) 設(shè)定載荷量給定載荷；d) 設(shè)定約束點；e) 求解出零部件模型的網(wǎng)格；f) 對上述設(shè)定進行有限元運算；g) 得出待求量；h) 控制變量更改某一數(shù)據(jù)進行上述的再操作；i) 通過所得出的結(jié)論進行總結(jié)論述和優(yōu)化；通過我們對理論力學(xué)的學(xué)習(xí)可以得知，在空間上的任意力或者系統(tǒng)想要處于平衡狀態(tài)所需要滿足的充要條件是：對于任何一點的主力矩和力系的主失和都等于零，即FR'=0其中可將上述條件寫成空間任意力系的平衡方程。通過上面的計算我們可以得知：在空間上任一力系平衡的充要條件，就是將全部的力在三個坐標軸中對每個坐標軸的投影所謂的代數(shù)和都為零，同時這些力在每個坐標軸上的矩的代數(shù)和也都等于零。因此，我們將使用Solidworks軟件對一些重要的且經(jīng)常受損的零件進行上述的操作，求解出設(shè)計的最優(yōu)解進而增加零件的使用壽命。6.2主要零部件的有限元分析6.2.1圓頭平鍵的有限元分析圖6-1圓鍵的受力簡圖圖中F1為圓鍵所受的擠壓應(yīng)力，F(xiàn)2為圓鍵側(cè)面連接傳動時所受到的帶輪帶動傳動軸的擠壓應(yīng)力，且定義屬性（a）（b）施加約束和載荷，使其網(wǎng)格化圖6-2圓鍵網(wǎng)格化圖（c）（a）圓鍵三維圖（b）圓鍵加載三維圖（c）圓鍵網(wǎng)格化三維圖結(jié)果分析（a）（b）（c）（d）圖6-3圓鍵應(yīng)力圖（a）加載圖（b）35鋼圓鍵（c）45鋼圓鍵（d）合金鋼圓鍵(a) (b) (c) (b) 圖6-4圓鍵應(yīng)力位移圖（a）加載圖（b）45鋼圓鍵（c）合金鋼圓鍵（d）35鋼圓鍵圓鍵由45鋼制作時，最大應(yīng)力位移為0.0301068mm，最大應(yīng)力為38.0615MPa。將合金鋼作為圓鍵的制作材料時，合金鋼的最大應(yīng)力位移為0.0290564mm，最大應(yīng)力根據(jù)最大計算結(jié)果為38.22615MPa。以35鋼材為原材料時，最大應(yīng)力位移為0.0311094mm，最大應(yīng)力為38，04255MPa。同時，根據(jù)材料價格，鋼45每噸價格3744元，合金鋼價格為5230元，鋼鐵35每噸價格4520元。由于三個結(jié)果在應(yīng)力、應(yīng)力位移等方面與代求的相同，考慮到生產(chǎn)成本和經(jīng)濟價值，綜合考量將選擇45鋼作為主要的圓鍵材料。6.2.2帶輪軸的有限元分析圖中，F(xiàn)圖6-5帶輪軸的受力簡圖施加約束和載荷皮帶輪軸由45鋼制作時，最大應(yīng)力位移為0.0290575mm，最大應(yīng)力為51.8636mm。皮帶輪的使用材料是合金鋼時，最大應(yīng)力位移為0.0283332mm，最大應(yīng)力為51.9042。35鋼材作為材料使用時，最大應(yīng)力位移為0.0290575mm，最大應(yīng)力為51.8635mm。同時，根據(jù)材料價格，鋼45每噸價格3744元，合金鋼每噸價格5230元，鋼鐵35每噸價格為4520元?？偵纤鲇嬎闼蟮玫脩?yīng)力、應(yīng)力位移在結(jié)果上都符合相關(guān)要求。在制造成本和其他種種原因得影響下，皮帶輪的制作材料最終選擇的是45鋼。6.2.3箱體的有限元分析

外殼主體由1060合金框架制作時，最大應(yīng)力位移為0.0012364mm，最大應(yīng)力為123642Mpa。如果將外殼的材料使用成1060-H12時，最大應(yīng)力位移為0.00123354mm，最大應(yīng)力為123655Mpa。使用1060-H12(SS)條作為材料時，最大應(yīng)力位移為0.00123454mm，最大應(yīng)力為123544Mpa。綜合以上三種實驗的初始我優(yōu)化方案的應(yīng)力和應(yīng)力位移都符合相關(guān)要求?？紤]到制造成本和其他相關(guān)因素，合金1060最終將被選為框架材料。6.3主要零部件的優(yōu)化分析6.3.1有限元優(yōu)化分析的步驟在科學(xué)研究某些深奧的問題時，我們將其轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)問題，而數(shù)學(xué)問題的研究近代都是建立在計算機計算的基礎(chǔ)上的，通過計算機得出最加答案，進而滿足我們的設(shè)計要求，這就是近代科學(xué)研究的主要方法，也就是我們所倡導(dǎo)的現(xiàn)代優(yōu)化。優(yōu)化的步驟：a)設(shè)計方面的機械問題。b)零件的數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建。c)對數(shù)學(xué)模型進行合理的算法設(shè)計或者選擇。d)進行編程以及調(diào)試。e)對計算結(jié)果的評估并且試試重新計算。中間，需要建立主要包括三個方面的數(shù)學(xué)模型。1.對變量的設(shè)計。2.對于限制的考慮。3.建立合適的函數(shù)。所以，對容易受損以及強度較低的零件的優(yōu)化設(shè)計通過solidworks軟件，對結(jié)構(gòu)進行一些形狀以及尺寸的改變，然而改變的的部分要滿足上文設(shè)計的最大應(yīng)力與最大應(yīng)力范圍。進而求出優(yōu)化后的零件的最小質(zhì)量，用來降低制造成本使經(jīng)濟達到最優(yōu)化的狀態(tài)，用來達到優(yōu)化的目的。6.3.2圓鍵的優(yōu)化分析對變量的設(shè)計在這里，驅(qū)動軸的副翼插槽用作對變量的設(shè)計。對前兩個折翼槽使用不同長度的分析計算找出最佳解。在這里定鍵槽1=l8?9,鍵槽2=l4?5。依據(jù)鍵的長度一般比輪轂的寬帶要大5?10mm，確定設(shè)計的變量的取值范圍，具體數(shù)值如表6-給定約束條件本文檔將介紹鍵槽的最大應(yīng)力和最大應(yīng)力位移作為應(yīng)力條件。通過對前面主要部件完成的要素分析，得出45鋼是圓鍵的最佳材料，最大應(yīng)力取小數(shù)點后三位是38.226MPa。最大應(yīng)力位移為0.0311094mm，等于5位數(shù)的小數(shù)點為0.03111mm，即最大應(yīng)力和優(yōu)化結(jié)果的位移不超過38.226MPa和0.03111mm。建立合適的函數(shù)因為是通過改變模型的形狀以及尺寸來降低所要優(yōu)化的零部件的質(zhì)量，所以本論文將零部件的最小的質(zhì)量作為所求函數(shù)，然后建立函數(shù)方程進行求解由于通。計算結(jié)果，如表6-7所示；計算結(jié)果的分析整理通過表6-7可知，計算結(jié)果一共有五種零部件的優(yōu)化是由solidworks軟件進行分析的并且得到的數(shù)據(jù)，如表6-8所示：通過表6-8的數(shù)據(jù)可知，在設(shè)計要求的范圍內(nèi)，經(jīng)過上述的優(yōu)化的最大應(yīng)力與最大應(yīng)力位移都符合要求，同時我們所要求的減輕零部件的質(zhì)量來降低成本的要求也是達到了，從原始得0.0821969Kg減少到0.0821496Kg，質(zhì)量減少了。0.00002Kg，從而降低了制造成本，達到了優(yōu)化得目的6.3.3箱體的優(yōu)化設(shè)計1.應(yīng)力集中優(yōu)化對變量的設(shè)計；本設(shè)計通過將箱體的一些拐角處的圓角作為設(shè)計變量，在將圓角尺寸的改變作為應(yīng)力大小的分析計算，進而將箱體設(shè)計的最優(yōu)解以及最佳圓角角度求出來，通過函數(shù)進行求解，具體計算以及數(shù)據(jù)如表6-9所示：S式中：ScFaR圓角半徑本設(shè)計是將箱體的最大應(yīng)力位移作為確定條件，結(jié)合對相關(guān)零部件的有限元的優(yōu)化設(shè)計可以得出箱體的最佳使用材料是鋁型材1060合金，最大應(yīng)力位移為0.0012364mm,取小數(shù)點后四位等于0.0012mm，即優(yōu)化結(jié)結(jié)果的最大應(yīng)力位移不得超過0.0012mm。根據(jù)圓角不應(yīng)過大同時又不能超過其最大應(yīng)力位移，故選擇圓角為10的優(yōu)化箱體進行設(shè)備的生產(chǎn)。2.箱體面積優(yōu)化目標函數(shù)S式中：SminS總S進S接S擋給定約束條件在這里將箱體的最大面積作為約束條件，通過上表的分析與目標函數(shù)的計算和有限元的分析已知對箱體部分的分析可知鋁型材1060合金是作為箱體的最佳材料，最大應(yīng)力位移為0.0012364mm,取小數(shù)點后四位等于0.0012mm。同時箱體的表面積不應(yīng)該超過6.75m運算結(jié)果，如表6-11所示；計算結(jié)果的分析整理通過表6-12可知，算出的結(jié)果共有7中，通過solidworks軟件得出優(yōu)化數(shù)據(jù)，如表6-9所示：通過表6-12分析可知，在經(jīng)過優(yōu)化過后得到的最大應(yīng)力位移保持在設(shè)計要求得范圍內(nèi)，同時位移由0.0022mm變?yōu)?.00214mm，減少了0.00006mm，說明了優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，并且面積更加接近最優(yōu)面積的6.75m26.3.4經(jīng)濟優(yōu)化 經(jīng)濟優(yōu)化是一項重要而復(fù)雜的工作。成本過高會造成商品的定價過高，從而出現(xiàn)研而無用，因此要進行材料的選擇和優(yōu)化，力求在成本最低的情況下去找到合適的材料，因此首先通過各種材料的價格的報價來進行篩選，其次再通過材料的耐用以及安全性進行考慮。同時根據(jù)上述材料的