秸秆揉丝机划丝机构的有限元分析及优化设计

【摘要】：随着我国畜牧业的发展，秸秆揉丝机的应用范围不断扩大，对秸秆揉丝机工作性能的要求也越来越高。划丝机构是秸秆揉丝机的关键工作部件，主要应用于对秸秆的压扁与划丝加工工序。划丝辊和压扁辊是划丝机构的重要组成零件，其结构的优化设计对机器的工作性能及效率有着很大的影响。 本文以国产9RSZ-3型秸秆揉丝机划丝机构的划丝辊和压扁辊为主要研究对象，通过现代设计方法，对其进行理论研究、建模、仿真、有限元分析以及优化设计。本文主要完成了一下几方面的工作： （1）分析了划丝机构的工作原理，快、慢辊之间动力传递规律；分析了玉米秸秆在轧距区的运动以及影响划丝机构工作性能的因素；确定了划丝机构的主要参数。 （2）对划丝机构进行受力分析，应用Pro/E软件对其各零部件进行三维实体建模和机构装配，应用Pro/E环境下的Mechanism功能模块对其进行运动仿真，验证了机构的稳定性。 （3）利用ANSYS有限元分析软件对划丝辊和压扁辊进行了静力分析，得到了在工作载荷的作用下，划丝辊和压扁辊的应力和变形情况。 （4）对划丝辊主轴和压扁辊进行了约束模态分析，得到了前十阶模态振型，为划丝机构的动力学分析提供了依据。 （5）以划丝机构工作区所受到的横压力最小化为优化目标建立了数学模型，利用Matlab软件的优化工具箱对其进行优化，得到了横压力的最小值是Q4890.2N，优化了划丝机构的结构参数，提高了机构的工作效率。 本文采用了现代设计方法，对划丝机构的各个零部件进行了分析和研究，研究结果对优化其结构，缩短设计周期，降低成本具有重要意义。 【关键词】：划丝机构 划丝辊 压扁辊 有限元分析 优化设计
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：S817.12
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-16
• 1.1 课题研究的背景12-13
• 1.2 课题研究的目的和意义13
• 1.3 国内外研究现状13-14
• 1.3.1 国外秸秆饲料加工机械的发展13-14
• 1.3.2 国内秸秆饲料加工机械的发展14
• 1.4 论文的主要研究内容及技术路线14-16
• 1.4.1 论文的主要研究内容14-15
• 1.4.2 技术路线15-16
• 第二章 划丝机构的运动及结构参数分析16-26
• 2.1 划丝机构组成及工作原理16-17
• 2.2 快、慢辊之间动力传递和力能传递17-20
• 2.2.1 空载时的动力传递和力能传递17-18
• 2.2.2 负载时的动力传递和力能传递18-20
• 2.3 玉米秸秆在轧距区的运动20-22
• 2.3.1 玉米秸秆的物料特性20
• 2.3.2 玉米秸秆进入轧距区的条件20-21
• 2.3.3 玉米秸秆在轧距区的运动情况21-22
• 2.4 影响快、慢辊工作性能的因素22-23
• 2.5 快、慢辊主要参数的确定23-25
• 2.5.1 划丝辊主要参数24
• 2.5.2 压扁辊主要参数24-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第三章 划丝机构的三维建模及运动仿真26-36
• 3.1 Pro/ENGINEER 软件分析26
• 3.2 建立划丝机构的三维几何模型26-30
• 3.2.1 划丝机构的受力分析26-28
• 3.2.2 划丝机构主要零部件的实体模型28-30
• 3.3 基于 Pro/E 的划丝机构的运动仿真30-35
• 3.3.1 运动仿真31
• 3.3.2 创建机构31-33
• 3.3.3 添加驱动器33
• 3.3.4 定义机构的运动方式33
• 3.3.5 机构运动仿真33-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第四章 划丝机构快、慢辊的有限元静力分析36-45
• 4.1 有限元分析36-37
• 4.1.1 有限元法及 ANSYS 有限元分析软件36
• 4.1.2 Pro/E2.0 与 ANSYS10.0 之间的数据转换36-37
• 4.2 划丝辊有限元静力分析37-41
• 4.2.1 创建有限元模型37-39
• 4.2.2 设置边界约束和施加载荷39
• 4.2.3 求解及结果后处理39-41
• 4.3 压扁辊有限元静力分析41-44
• 4.3.1 创建有限元模型41-42
• 4.3.2 施加载荷42-43
• 4.3.3 求解及结果后处理43-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第五章 划丝机构快、慢辊的有限元模态分析45-54
• 5.1 有限元模态分析方法的选择45
• 5.2 划丝辊主轴的有限元模态分析45-49
• 5.2.1 划丝辊主轴的有限元模型45-46
• 5.2.2 划丝辊主轴模态分析的结果46-49
• 5.3 压扁辊的有限元模态分析49-53
• 5.3.1 压扁辊的有限元模型49
• 5.3.2 划丝辊主轴模态分析的结果49-53
• 5.4 本章小结53-54
• 第六章 划丝机构的参数优化设计54-60
• 6.1 优化设计理论54
• 6.1.1 最优化设计分析54
• 6.1.2 MATLAB 优化工具箱54
• 6.2 建立轧距区横压力的数学模型54-57
• 6.3 优化设计57-59
• 6.3.1 设计变量的确定57
• 6.3.2 建立目标函数57
• 6.3.3 约束条件57-58
• 6.3.4 在 MATLAB 中编写 M 文件及运行结果58-59
• 6.4 本章小结59-60
• 第七章 结论与展望60-62
• 7.1 结论60-61
• 7.2 展望61-62
• 参考文献62-65
• 致谢65-66
• 作者简介66

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