畢業(yè)論文終結(jié)版本

1、<p>　　伸縮撥齒滾筒收膜裝置的有限元分析</p><p>　　學(xué)生姓名 劉 川 </p><p>　　學(xué) 號(hào) 3021206104 </p><p>　　所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化 &l

2、t;/p><p>　　班 級(jí) 10-1 </p><p>　　指導(dǎo)教師 張 宏 </p><p>　　日 期 2010.6 </p><p><b>　　塔里木大學(xué)教務(wù)處制</b></p>&

3、lt;p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要................................................................................................................................................................1

4、</p><p><b>　　1 緒論2</b></p><p>　　1.1本課題研究的目的和意義2</p><p>　　1.2本課題的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.1國(guó)外殘膜回收機(jī)具2</p><p>　　1.2.2機(jī)械化作業(yè)機(jī)具3</p><p>　

5、　1.2.3國(guó)內(nèi)地膜/殘膜回收機(jī)具3</p><p>　　1.2.4苗期殘膜回收機(jī)3</p><p>　　1.2.5聯(lián)合作業(yè)殘膜回收機(jī)和殘膜回收機(jī)3</p><p>　　1.2.6春播前收膜4</p><p>　　1.3對(duì)課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析4</p><p>　　2伸縮式滾筒殘膜回

6、收機(jī)零件的設(shè)計(jì)選擇4</p><p><b>　　2.1芯軸4</b></p><p><b>　　2.2滾筒5</b></p><p><b>　　2.3撥齒5</b></p><p><b>　　2.4滾筒端蓋5</b></p>

7、<p>　　2.5液壓缸的選擇6</p><p>　　2.6軸承的選擇6</p><p>　　3殘膜回收裝置的有限元分析6</p><p>　　3.1有限元分析的定義、特點(diǎn)及步驟6</p><p>　　3.1.1有限元分析定義6</p><p>　　3.1.2有限元分析的特點(diǎn)6</p>

8、;<p>　　3.1.3有限元分析的步驟6</p><p>　　3.2殘膜回收裝置有限元分析的目的、意義及方法7</p><p>　　3.3芯軸的有限元分析7</p><p>　　3.3.1建立芯軸有限元模型7</p><p>　　3.3.2芯軸建模步驟：7</p><p>　　3.3.3芯軸網(wǎng)

9、格劃分8</p><p>　　3.3.4模型加載求解8</p><p>　　3.3.5 計(jì)算結(jié)果及分析10</p><p>　　3.3.6芯軸的分析結(jié)論10</p><p>　　3.4撥齒的有限元分析11</p><p>　　3.4.1建立撥齒有限元模型11</p><p>　　3.

10、4.2撥齒建模方法：11</p><p>　　3.4.3模型加載求解11</p><p>　　3.5側(cè)輻板有限元分析13</p><p>　　3.5.1建立側(cè)輻板模型13</p><p>　　3.5.2載荷施加及求解13</p><p>　　4殘膜回收機(jī)滾筒綜合分析14</p><p&g

11、t;　　4.1殘膜回收機(jī)滾筒綜合分析的意義14</p><p>　　4.2滾筒實(shí)體建模15</p><p>　　4.2.1建立滾筒殼有限元模型15</p><p>　　4.2.2 計(jì)算結(jié)果與分析16</p><p><b>　　5 結(jié)論17</b></p><p><b>　　

12、致 謝18</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)19</b></p><p>　　伸縮撥齒滾筒收膜裝置的有限元分析</p><p><b>　　劉川</b></p><p>　?。ㄋ锬敬髮W(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院 新疆阿拉爾 843300）</p><p>

13、;　　摘要:采用有限單元法，利用大型數(shù)值分析軟件ANSYS，對(duì)伸縮撥齒滾筒收膜機(jī)芯軸、滾筒、撥齒進(jìn)行了分析，成功地得到了芯軸、滾筒、撥齒的節(jié)點(diǎn)變形圖和平均等效應(yīng)力分布圖，為廠方設(shè)計(jì)改造及擴(kuò)大再生產(chǎn)提供了詳實(shí)、可靠的依據(jù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：芯軸；滾筒；撥齒；有限元法；應(yīng)力；結(jié)構(gòu)靜力分析</p><p>　　Telescopic dial the tooth roller acce

14、pt membrane device finite element analysis</p><p><b>　　Liu Chuan</b></p><p>　　(stitute of engineering machinery electrified ; Tarim university ; Xinjiang alar; 843300)</p><

15、;p>　　Abstrac :Adopt a limited unit method, make use of large CAE number analysis software ANSYS, stir a Chi roller to accept film machine Xin stalk, roller and stired Chi to carry on to the stretch and shrink analysis

16、, successfully got Xin stalk, roller and stir the node of Chi to transform diagram peace on an equal footing the effect dint distribute diagram, is factory square design reformation and extension the reproduction provide

17、d a thorough and dependable basis.</p><p>　　Key words :Xin stalk; Roller; Stir Chi; Limited dollar method; In response to dint; The structure is quiet the dint be analytical</p><p><b>　　1

18、緒論</b></p><p>　　1.1本課題研究的目的和意義</p><p>　　我國(guó)種植棉花已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史，棉花在我國(guó)生產(chǎn)面積基本穩(wěn)定，是我國(guó)主要的經(jīng)濟(jì)作物之一，其種植地域主要分布在黃河、長(zhǎng)江流域及新疆三個(gè)棉花產(chǎn)區(qū)。近幾年，新疆棉花產(chǎn)區(qū)棉產(chǎn)量多次刷新全國(guó)棉花產(chǎn)量記錄，棉花產(chǎn)量穩(wěn)步提升。截止2008年，新疆棉產(chǎn)區(qū)的棉花種植面積已經(jīng)達(dá)到2400多萬(wàn)畝，棉花總產(chǎn)量達(dá)到275萬(wàn)噸

19、。</p><p>　　新疆棉花產(chǎn)區(qū)在我國(guó)占有重要地位，新疆棉產(chǎn)區(qū)86個(gè)縣市中就有63個(gè)縣市常年種植棉花，而在南疆地區(qū)，有60%以上的農(nóng)業(yè)收入來(lái)自于棉花產(chǎn)業(yè)。在新疆，棉花已經(jīng)成為新疆的重要經(jīng)濟(jì)作物，給新疆的發(fā)展建設(shè)做出了重要貢獻(xiàn)【1】。</p><p>　　深受新疆廣大農(nóng)民歡迎的地膜栽培技術(shù)自七十年代末引入新疆棉產(chǎn)區(qū)，其作用是起到增溫、保墑、抑制雜草生長(zhǎng)、促進(jìn)作物早熟和增產(chǎn)。但是，被譽(yù)為農(nóng)

20、業(yè)“白色革命”的地膜覆蓋栽培技術(shù)帶來(lái)顯著經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染。由于常年使用地膜而又不能完全回收，年復(fù)一年的積累在土壤中，使得土壤結(jié)構(gòu)和土壤質(zhì)量嚴(yán)重破壞和污染【2】。</p><p>　　根據(jù)2006年自治區(qū)農(nóng)業(yè)廳環(huán)境監(jiān)測(cè)站專(zhuān)項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果顯示，新疆棉產(chǎn)區(qū)地膜種植總面積為3000萬(wàn)畝，而全疆棉產(chǎn)區(qū)地膜用量為11.6萬(wàn)噸，棉田土壤中地膜的殘留量為每畝5.73kg。通過(guò)以上檢測(cè)數(shù)據(jù)可知，新疆棉產(chǎn)區(qū)棉田中的

21、地膜殘留量比較多。然而，新疆面產(chǎn)區(qū)的棉花主要種植在各個(gè)團(tuán)場(chǎng)，棉田中的地膜殘留量過(guò)多直接影響到團(tuán)場(chǎng)的自然生態(tài)環(huán)境和團(tuán)場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)收入【3】。為減少棉田土壤中地膜的殘留量，減少殘膜對(duì)環(huán)境的污染，增加團(tuán)場(chǎng)職工經(jīng)濟(jì)收入，為子孫后代留下一個(gè)健康的生活環(huán)境，所以必須減少棉田中的殘膜含量。</p><p>　　在開(kāi)展本課題研究之前，我們必須對(duì)地膜有所了解，有所認(rèn)識(shí)。只有了解了殘膜的特性，就可以有針對(duì)性的解決問(wèn)題。第一，我們應(yīng)該了解

22、殘膜具有的特性：殘膜在播種、田間管理、收獲、自然風(fēng)化等因素影響下，地膜的破損比較嚴(yán)重。但是被土壤掩蓋的地膜基本比較完整，破損不是很?chē)?yán)重。在進(jìn)行殘膜回收時(shí)，經(jīng)過(guò)松土后拉起地膜需要17.84N的力，而沒(méi)有經(jīng)過(guò)松土拉起地膜需要29.4-35.28N的力。秋收時(shí)殘破的殘膜仍有一定的延伸性，一般地膜的延伸率為30%左右，撿拾起來(lái)的地膜在靜電機(jī)器摩擦力的作用下非常容易纏繞在旋轉(zhuǎn)部件和工作部件上，不宜脫落【4】。第二，我們應(yīng)該知道殘膜造成的影響：①污

23、染農(nóng)田周?chē)h(huán)境；②污染影響土壤質(zhì)量，影響農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育，降低作物產(chǎn)量；③影響農(nóng)業(yè)機(jī)械的作業(yè)質(zhì)量。田地中的殘膜一般殘留在田地的0-20cm的淺耕層，在農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行農(nóng)田作業(yè)時(shí)，殘膜容易纏繞在犁鏵等器械上，大量的殘膜還會(huì)堵塞中耕施肥機(jī)或者播種器造成施肥或播種的不均勻【5】。</p><p>　　從以上數(shù)據(jù)信息可以發(fā)現(xiàn)，田地中所殘留的殘膜產(chǎn)生的不良影響正在日益加深，對(duì)環(huán)境的污染也在日益加深。減少田地中的地膜殘留量，保護(hù)田

24、地的生態(tài)環(huán)境將是地膜覆蓋種植持續(xù)發(fā)展的重要任務(wù)?？v觀我國(guó)當(dāng)代農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平，殘膜回收機(jī)械的應(yīng)用技術(shù)不是很先進(jìn)，其主要原因有二，一是我國(guó)殘膜回收機(jī)械的技術(shù)性能還不夠完善，真正能夠應(yīng)用于實(shí)際的殘膜回收機(jī)型很少，而且作業(yè)性能可靠性較差，如現(xiàn)在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)正在使用的釘齒滾筒殘膜回收機(jī)，他的使用性能就不是很好，而且在工作的過(guò)程中必須要借助人力才能完成作業(yè)，同時(shí)還造成了在借助人力脫膜時(shí)使部分殘膜再次落到田地中，造成了殘膜的二次堆積。二是我國(guó)相關(guān)

25、部門(mén)還沒(méi)有出臺(tái)關(guān)于“大力推行農(nóng)田殘膜回收工作”的相關(guān)法律和政策，沒(méi)有一種強(qiáng)硬的手段使人們自主的開(kāi)展農(nóng)田殘膜回收【6】。</p><p>　　1.2本課題的研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1國(guó)外殘膜回收機(jī)具</p><p>　　在農(nóng)業(yè)機(jī)械科研領(lǐng)域，國(guó)外的農(nóng)業(yè)機(jī)械應(yīng)用技術(shù)是比較先進(jìn)的，但是在殘膜回收機(jī)械的運(yùn)用上，國(guó)外目前應(yīng)用較多的是半機(jī)械化作業(yè)的殘膜回收機(jī)械，Du

26、boisAgrinovation生產(chǎn)的Mulch Lifter 1800 Challenger；Plastic mulch lifter, RobertMarvel Plastic Mulch LCC生產(chǎn)的Model98Mulch Lifter；美國(guó)Kennco Manufacturing, Inc.公司開(kāi)發(fā)的PS610型等，這幾種型號(hào)的殘膜回收機(jī)的工作原理基本一致【7】。比如美國(guó)Kennco Manufacturing, Inc.公司

27、開(kāi)發(fā)的PS610型殘膜回收機(jī)，其由機(jī)架、地輪、地輪竊膜刀、起膜鏟和切斷圓盤(pán)等組成。機(jī)器工作時(shí)，由拖拉機(jī)作為牽引力，地輪切刀先將地膜兩邊影響起膜的雜草和根莖等切斷，然后由起膜鏟將地膜掀起，并且將地膜上的土等雜物抖落，最后由切斷圓盤(pán)將地膜由中部切開(kāi)，以便于人工撿拾。該機(jī)型主要用于作物收獲后的地膜回收，其工作幅寬可以根據(jù)地膜寬度進(jìn)行調(diào)整，成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。在國(guó)外已經(jīng)得到了推廣應(yīng)用。從其工作原理可以看出，該型殘膜回收機(jī)只是將地膜</p&g

28、t;<p>　　1.2.2機(jī)械化作業(yè)機(jī)具</p><p>　　在半自動(dòng)起膜機(jī)基礎(chǔ)上，以色列、英國(guó)、美國(guó)、前蘇聯(lián)和日本等國(guó)都先后開(kāi)發(fā)了全機(jī)械化殘膜回收機(jī)具，如圖1-1所示。</p><p>　　圖1-1 機(jī)械化殘膜回收機(jī)</p><p>　　該殘膜回收機(jī)由殘膜回收輥、機(jī)架、切割圓盤(pán)、起膜鏟、地輪等部件構(gòu)成。機(jī)器在工作時(shí)，由拖拉機(jī)提供牽引力，切割圓盤(pán)將超出

29、幅寬的地膜切斷，然后由后面的起膜鏟把覆蓋在地膜兩側(cè)的土松起。殘膜在殘膜回收輥的轉(zhuǎn)動(dòng)作用下將地膜卷起【8】。該機(jī)型一次可以完成兩行或兩行以上的收膜作業(yè)，工作效率比半機(jī)械化殘膜回收機(jī)高很多，但是也存在很多問(wèn)題：①該型殘膜回收輥兩個(gè)相對(duì)的圓錐軸，因此在開(kāi)始卷膜和殘膜斷裂后都要人工進(jìn)行重新卷膜，影響了機(jī)器的工作效率；②在進(jìn)行殘膜回收時(shí)，要求殘膜要有一定的強(qiáng)度，否則在收膜過(guò)程中，隨著地膜上的雜土雜物的增加積累會(huì)導(dǎo)致地膜斷裂，造成工作中斷，影響工作

30、效率；③根據(jù)該機(jī)型的工作原理可知，該機(jī)型只能對(duì)大塊的殘膜精心回收，而對(duì)于小塊的殘膜卻不能進(jìn)行撿拾。</p><p>　　除了上面介紹的這種機(jī)型外，還有采用彈齒式的殘膜回收機(jī)，其工作原理是由彈齒把殘膜與雜質(zhì)一同卷起，并送向后置的殘膜收集箱，其特點(diǎn)是可以將小塊的、不成條的殘膜一起回收，但是在機(jī)器回收殘膜的同時(shí)也將秸稈等雜質(zhì)一起回收了，降低了殘膜的回收質(zhì)量，而且增加了動(dòng)力的消耗，浪費(fèi)機(jī)械能。</p>&l

31、t;p>　　1.2.3國(guó)內(nèi)地膜/殘膜回收機(jī)具</p><p>　　隨著我國(guó)田地殘膜問(wèn)題的日益嚴(yán)重，我國(guó)針對(duì)殘膜回收問(wèn)題也采取了許多措施。按照工作時(shí)機(jī)分，主要包括主要包括苗期地膜/殘膜、秋后地膜/殘膜回收以及春播前殘膜回收等。傳統(tǒng)的人工收膜方式，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，要經(jīng)過(guò)用鎬頭起茬、用扒子摟膜摟茬、集壟、清除等多道工序，勞動(dòng)強(qiáng)度大，且殘膜的回收率偏低，一般在60%左右。而用機(jī)械進(jìn)行殘膜回收則可以一次完成上述多項(xiàng)作業(yè)，其

32、工作效率可大幅度提高，并且可以降低作業(yè)成本【9】。</p><p>　　1.2.4苗期殘膜回收機(jī)</p><p>　　苗期地膜比較完整，老化較輕，膜上土層積累少，所以被許多人看作是地膜回收的最佳時(shí)機(jī)。該機(jī)型主要包括新疆農(nóng)八師134團(tuán)和兵團(tuán)農(nóng)機(jī)技術(shù)推廣站共同研制的CSM-130殘膜回收機(jī)、新疆農(nóng)科院農(nóng)機(jī)化研究所研制的MSM-1殘膜回收機(jī)以及新疆紅旗機(jī)械廠研制的4MSM-3型殘膜回收機(jī)[10]

33、。工作原理：殘膜回收機(jī)具在拖拉機(jī)的牽引下前進(jìn)，起膜導(dǎo)軌將地表上的地膜向上挑起，起膜輪上的起膜桿齒順勢(shì)插入地膜，并在導(dǎo)軌的配合下向上向后輸送，當(dāng)轉(zhuǎn)到卸膜位置時(shí)，由卸膜葉輪的葉板將地膜從起膜桿齒上摟下輸送到卷膜輥，卷膜輥在地輪帶動(dòng)下將整幅地膜平整地卷到卷膜輥上。優(yōu)點(diǎn)：直接將地膜揭起并打成卷，不會(huì)造成二次污染，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作效率高。缺點(diǎn)：當(dāng)作物的株冠比較大時(shí)，經(jīng)常因?yàn)橹诜鈮哦拗茩C(jī)器的作業(yè)速度的提高。</p><p>

34、;　　1.2.5聯(lián)合作業(yè)殘膜回收機(jī)和殘膜回收機(jī)</p><p>　　上一小節(jié)已經(jīng)介紹了苗期殘膜回收機(jī)回收殘膜時(shí)存在的一些問(wèn)題，特別是現(xiàn)在新疆產(chǎn)棉區(qū)大多采用滴灌接水技術(shù)，限制了以上機(jī)型不能夠在苗期進(jìn)行殘膜回收，而只能在秋收后進(jìn)行殘膜回收。其主要工作機(jī)型包括以下兩種聯(lián)合作業(yè)殘膜回收機(jī)和殘膜回收機(jī)：聯(lián)合作業(yè)殘膜回收機(jī)是為了提高殘膜回收機(jī)的工作效率，將殘膜回收和其他的農(nóng)田作業(yè)相結(jié)合。設(shè)計(jì)制造出了如新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院研制的棉秸

35、稈切碎及殘膜回收聯(lián)合作業(yè)機(jī)、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的收膜整地多功能作業(yè)機(jī)、新疆和碩縣農(nóng)機(jī)局開(kāi)發(fā)的QMB- 1500型后置式起膜拔棉稈機(jī)等機(jī)型【11】。</p><p>　　作業(yè)特點(diǎn)：①將殘膜回收與秸稈還田及整地等農(nóng)田作業(yè)有機(jī)的結(jié)合在一起，提高了工作效率，提高了農(nóng)業(yè)機(jī)具的有效利用率，降低了勞動(dòng)成本，省工省時(shí)；②由于選擇在秋收后進(jìn)行殘膜回收，田間沒(méi)有農(nóng)作物的影響，地膜的回收比較容易且殘膜回收質(zhì)量高。但是當(dāng)秸稈切碎機(jī)和殘膜回

36、收機(jī)聯(lián)合作業(yè)時(shí)，由于秸稈切碎機(jī)先將秸稈切碎然后再進(jìn)行殘膜回收，所以，增加了后續(xù)殘膜回收的難度。當(dāng)整地機(jī)和殘膜回收機(jī)聯(lián)合作業(yè)時(shí)，由于此時(shí)地膜已經(jīng)經(jīng)歷了使用，收獲及秸稈處理過(guò)程中長(zhǎng)時(shí)間的碾壓和踩踏，使得地膜的撕裂和段條，因此該機(jī)型的殘膜回收率只有87%左右。</p><p>　　1.2.6春播前收膜</p><p>　　春播前收膜就是利用春播前土壤開(kāi)始疏松，便于殘膜從土壤中分離出來(lái)的特點(diǎn)進(jìn)行殘

37、膜回收。而這時(shí)，田間大多數(shù)的殘膜已經(jīng)在秋收后收回，地表殘留的殘膜比較少，大多數(shù)的殘膜是被掩埋在土壤20cm以?xún)?nèi)的小塊殘膜，回收起來(lái)難度比較大。當(dāng)前開(kāi)發(fā)的機(jī)型主要包括兩種：①摟耙式，將田間的殘膜摟起來(lái)，當(dāng)積累到一定量后將其堆放在一起，以便于收集。該型號(hào)的殘膜回收機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)力消耗少，但撿拾效果差；②氣吸/氣吹式，在田間用挑膜輪將殘膜挑起來(lái)，然后利用風(fēng)機(jī)作用將殘膜吸入集膜箱，其工作可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小片殘膜回收效果好，其缺點(diǎn)就是只能吸收

38、地表的殘膜，對(duì)于混雜土壤的殘膜很難用機(jī)器將殘膜和土壤有效分離。所以根據(jù)材料介紹，只能清除地表2-3mm的殘膜。</p><p>　　1.3對(duì)課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析</p><p>　　伸縮撥齒滾筒殘膜回收機(jī)主要由機(jī)架、聯(lián)接架、撥齒、液壓、滾筒、懸掛架等部分組成。機(jī)械化收膜主要是起膜、挑膜、扎膜、脫膜等工藝環(huán)節(jié)。根據(jù)現(xiàn)有伸縮撥齒滾筒殘膜回收機(jī)機(jī)具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和氣受力特點(diǎn)，

39、對(duì)其主要工作部件：滾筒、芯軸、撥齒等利用ANSYS有限元分析軟件進(jìn)行有限元分析。通過(guò)對(duì)伸縮撥齒滾筒殘膜回收機(jī)主要工作部件的有限元分析進(jìn)一步完善機(jī)具，使其能夠更好的滿(mǎn)足工作要求。</p><p>　　2 伸縮式滾筒殘膜回收機(jī)零件的設(shè)計(jì)選擇</p><p>　　經(jīng)過(guò)多次的討論和研究，確定伸縮撥齒滾筒殘膜回收機(jī)的總體結(jié)構(gòu)，包括機(jī)架、軸承座、滾筒、撥齒、芯盤(pán)、芯軸、軸間套、液壓缸、液壓連接桿、撥叉

40、、聯(lián)筒器、軸等裝置。</p><p>　　殘膜回收的關(guān)鍵問(wèn)題在于殘膜纏滿(mǎn)釘齒之后采用什么樣的方法使殘膜不需人力而自動(dòng)從釘齒上脫落。脫膜的方法有軸向與徑向兩種方式，我國(guó)現(xiàn)在一部分殘膜回收機(jī)的殘膜回收方式采用徑向收縮，根據(jù)殘膜在土壤里的特性本課題采用軸向收縮方式，適應(yīng)于秋收后，春播前的殘膜回收。</p><p>　　工作原理：該機(jī)器牽引力選用東方紅-170型拖拉機(jī)，其懸掛裝置為后置三點(diǎn)懸掛，牽

41、引銷(xiāo)直徑為26mm，牽引叉高度為399mm。當(dāng)釘齒上扎滿(mǎn)了殘膜或?qū)M(mǎn)時(shí)，殘膜回收機(jī)所處在地頭位置，拖拉機(jī)起動(dòng)液壓裝置使液壓缸開(kāi)始工作，當(dāng)液壓缸的拉力通過(guò)液壓連接桿、聯(lián)筒器使拉力處在滾筒上時(shí)，滾筒有一軸向的拉力，當(dāng)拉力大于殘膜纏繞在釘齒上的摩擦力和滾筒與芯軸之間的摩擦力時(shí)滾筒開(kāi)始做軸向運(yùn)動(dòng)。由于釘齒只做左右擺動(dòng)，當(dāng)滾筒軸向移動(dòng)一定位移(156mm)時(shí)滾筒外沿只有15mm的錐形釘齒因?yàn)獒旪X的錐面直徑小于10mm，從而使殘膜自動(dòng)從釘齒上脫落。

42、如圖2-1伸縮撥齒滾筒殘膜回收機(jī)組裝圖</p><p>　　圖2-1 伸縮撥齒滾筒殘膜回收機(jī)組裝圖</p><p><b>　　2.1芯軸</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)和安裝的要求芯軸的尺寸如下：軸總長(zhǎng)：1587mm，根據(jù)安裝要求芯軸分為三部分組成，A段軸長(zhǎng)25mm，軸徑34mm，與自行車(chē)飛輪連接；B段軸長(zhǎng)80mm，軸徑35mm；C段軸

43、長(zhǎng)1377mm，軸徑36mm。其中A’段與B’段分別和A段、B段相同。如圖2-2芯軸</p><p>　　芯軸的材料：芯軸的材料主要是碳剛和合金剛。由于碳剛比合金剛價(jià)格便宜，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，所以本設(shè)計(jì)采用45號(hào)鋼作為芯軸的材料，調(diào)質(zhì)處理。</p><p><b>　　圖2-2 芯軸</b></

44、p><p><b>　　2.2滾筒</b></p><p>　　滾筒是伸縮撥齒滾筒式殘膜回收機(jī)的重要部分之一，滾筒直徑為400mm，長(zhǎng)1000mm，厚度為3mm。</p><p>　　材料：由于心部強(qiáng)度要求不高，所以選用Q235 A級(jí)</p><p><b>　　2.3撥齒</b></p>

45、<p>　　撥齒是工作的主要部件，撥齒不僅要扎進(jìn)土壤中還得考慮到地面的復(fù)雜情況，撥齒在工作時(shí)容易變形，所以撥齒材料必須有一定的彈性。</p><p>　　材料：根據(jù)撥齒工作環(huán)境的復(fù)雜，所以材料選擇65Mn鋼。如圖2-3撥齒</p><p><b>　　圖2-3 撥齒</b></p><p><b>　　2.4滾筒端蓋<

46、;/b></p><p>　　滾筒端蓋分為兩側(cè)，滾筒端蓋所承受的徑向力不大，承受的軸向拉力比較大，所以端蓋的壁厚設(shè)計(jì)的比較厚，為20mm。如圖2-4滾筒端蓋</p><p>　　材料：由于心部強(qiáng)度要求不高，所以選用Q235 A級(jí)。</p><p><b>　　圖2-4 滾筒端蓋</b></p><p><b&

47、gt;　　2.5液壓缸的選擇</b></p><p>　　根據(jù)安裝的技術(shù)要求液壓缸選擇了LB軸向地腳型液壓缸，缸徑32mm。</p><p><b>　　2.6軸承的選擇</b></p><p>　　根據(jù)軸受力和軸徑的不同，應(yīng)該選擇不同型號(hào)的軸承，本設(shè)計(jì)軸所承受軸向和徑向力，軸徑為30mm。即選用的軸承有：圓錐滾子軸承 30206

48、GB/T276-94。</p><p>　　3殘膜回收裝置的有限元分析</p><p>　　3.1有限元分析的定義、特點(diǎn)及步驟</p><p>　　3.1.1有限元分析定義</p><p>　　利用數(shù)學(xué)近似的方法對(duì)真實(shí)物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進(jìn)行模擬。還利用簡(jiǎn)單而又相互作用的元素，即單元，就可以用有限數(shù)量的未知量去逼近無(wú)限未知量的真實(shí)系統(tǒng)。

49、</p><p>　　有限元分析是用較簡(jiǎn)單的問(wèn)題代替復(fù)雜問(wèn)題后再求解。它將求解域看成是由許多稱(chēng)為有限元的小的互連子域組成，對(duì)每一單元假定一個(gè)合適的(較簡(jiǎn)單的）近似解，然后推導(dǎo)求解這個(gè)域總的滿(mǎn)足條件(如結(jié)構(gòu)的平衡條件），從而得到問(wèn)題的解。這個(gè)解不是準(zhǔn)確解，而是近似解，因?yàn)閷?shí)際問(wèn)題被較簡(jiǎn)單的問(wèn)題所代替。由于大多數(shù)實(shí)際問(wèn)題難以得到準(zhǔn)確解，而有限元不僅計(jì)算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。&

50、lt;/p><p>　　有限元是那些集合在一起能夠表示實(shí)際連續(xù)域的離散單元。有限元的概念早在幾個(gè)世紀(jì)前就已產(chǎn)生并得到了應(yīng)用，例如用多邊形（有限個(gè)直線(xiàn)單元）逼近圓來(lái)求得圓的周長(zhǎng)，但作為一種方法而被提出，則是最近的事。有限元法最初被稱(chēng)為矩陣近似方法，應(yīng)用于航空器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，并由于其方便性、實(shí)用性和有效性而引起從事力學(xué)研究的科學(xué)家的濃厚興趣。經(jīng)過(guò)短短數(shù)十年的努力，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和普及，有限元方法迅速?gòu)慕Y(jié)構(gòu)工程

51、強(qiáng)度分析計(jì)算擴(kuò)展到幾乎所有的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，成為一種豐富多彩、應(yīng)用廣泛并且實(shí)用高效的數(shù)值分析方法。</p><p>　　3.1.2有限元分析的特點(diǎn)</p><p>　　有限元方法與其他求解邊值問(wèn)題近似方法的根本區(qū)別在于它的近似性?xún)H限于相對(duì)小的子域中。20世紀(jì)60年代初首次提出結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算有限元概念的克拉夫（Clough）教授形象地將其描繪為：“有限元法=Rayleigh Ritz法＋分片函數(shù)

52、”，即有限元法是Rayleigh Ritz法的一種局部化情況。不同于求解（往往是困難的）滿(mǎn)足整個(gè)定義域邊界條件的允許函數(shù)的Rayleigh Ritz法，有限元法將函數(shù)定義在簡(jiǎn)單幾何形狀（如二維問(wèn)題中的三角形或任意四邊形）的單元域上（分片函數(shù)），且不考慮整個(gè)定義域的復(fù)雜邊界條件，這是有限元法優(yōu)于其他近似方法的原因之一。</p><p>　　3.1.3有限元分析的步驟</p><p>　　對(duì)于

53、不同物理性質(zhì)和數(shù)學(xué)模型的問(wèn)題，有限元求解法的基本步驟是相同的，只是具體公式推導(dǎo)和運(yùn)算求解不同。有限元求解問(wèn)題的基本步驟通常為：</p><p>　　第一步：?jiǎn)栴}及求解域定義：根據(jù)實(shí)際問(wèn)題近似確定求解域的物理性質(zhì)和幾何區(qū)域。</p><p>　　第二步：求解域離散化：將求解域近似為具有不同有限大小和形狀且彼此相連的有限個(gè)單元組成的離散域，習(xí)慣上稱(chēng)為有限元網(wǎng)絡(luò)劃分。顯然單元越?。ňW(wǎng)絡(luò)越細(xì)）則離

54、散域的近似程度越好，計(jì)算結(jié)果也越精確，但計(jì)算量及誤差都將增大，因此求解域的離散化是有限元法的核心技術(shù)之一。</p><p>　　第三步：確定狀態(tài)變量及控制方法：一個(gè)具體的物理問(wèn)題通常可以用一組包含問(wèn)題狀態(tài)變量邊界條件的微分方程式表示，為適合有限元求解，通常將微分方程化為等價(jià)的泛函形式。</p><p>　　第四步：?jiǎn)卧茖?dǎo)：對(duì)單元構(gòu)造一個(gè)適合的近似解，即推導(dǎo)有限單元的列式，其中包括選擇合理

55、的單元坐標(biāo)系，建立單元試函數(shù)，以某種方法給出單元各狀態(tài)變量的離散關(guān)系，從而形成單元矩陣（結(jié)構(gòu)力學(xué)中稱(chēng)剛度陣或柔度陣）。</p><p>　　為保證問(wèn)題求解的收斂性，單元推導(dǎo)有許多原則要遵循。 對(duì)工程應(yīng)用而言，重要的是應(yīng)注意每一種單元的解題性能與約束。例如，單元形狀應(yīng)以規(guī)則為好，畸形時(shí)不僅精度低，而且有缺秩的危險(xiǎn)，將導(dǎo)致無(wú)法求解。</p><p>　　第五步：總裝求解：將單元總裝形成離散域的

56、總矩陣方程（聯(lián)合方程組），反映對(duì)近似求解域的離散域的要求，即單元函數(shù)的連續(xù)性要滿(mǎn)足一定的連續(xù)條件?？傃b是在相鄰單元結(jié)點(diǎn)進(jìn)行，狀態(tài)變量及其導(dǎo)數(shù)（可能的話(huà)）連續(xù)性建立在結(jié)點(diǎn)處。</p><p>　　第六步：聯(lián)立方程組求解和結(jié)果解釋?zhuān)河邢拊ㄗ罱K導(dǎo)致聯(lián)立方程組。聯(lián)立方程組的求解可用直接法、選代法和隨機(jī)法。求解結(jié)果是單元結(jié)點(diǎn)處狀態(tài)變量的近似值。對(duì)于計(jì)算結(jié)果的質(zhì)量，將通過(guò)與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則提供的允許值比較來(lái)評(píng)價(jià)并確定是否需要重復(fù)計(jì)

57、算。</p><p>　　簡(jiǎn)言之，有限元分析可分成三個(gè)階段，前處理、處理和后處理。前處理是建立有限元模型，完成單元網(wǎng)格劃分；后處理則是采集處理分析結(jié)果，使用戶(hù)能簡(jiǎn)便提取信息，了解計(jì)算結(jié)果。</p><p>　　3.2殘膜回收裝置有限元分析的目的、意義及方法</p><p>　　殘膜回收裝置是伸縮撥齒殘膜回收機(jī)的核心部件，收膜效果的好壞直接影響到后期的其他田間作業(yè)和環(huán)

58、境問(wèn)題；收膜裝置的種類(lèi)選用和材料選用直接決定整機(jī)的大小、質(zhì)量和工作性能。影響收膜裝置性能的因素很多，除了收膜裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)等一些確定因素外，還有土壤類(lèi)型、土壤粘度、土壤濕度等一些不確定因素，因此，收膜裝置是一個(gè)工作在不確定環(huán)境中的多輸入與多輸出的復(fù)雜非線(xiàn)性系統(tǒng)[12]。傳統(tǒng)的收膜裝置分析建立在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，而憑經(jīng)驗(yàn)很難對(duì)收膜裝置這樣復(fù)雜的非線(xiàn)性系統(tǒng)進(jìn)行完整與全面地分析。有限元分析法是隨著有限元理論研究的逐步深入和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛

59、速發(fā)展，得到了廣泛的應(yīng)用。殘膜回收機(jī)的設(shè)計(jì)與制造要滿(mǎn)足一定的性能指標(biāo)原則，才能有效地完成殘膜回收任務(wù)。</p><p>　　有限元分析的最終目的是要再現(xiàn)實(shí)際工程系統(tǒng)的力學(xué)行為特征，或者說(shuō)分析模型必須是實(shí)際物理原型的準(zhǔn)確表示。廣義地講，有限元模型包括所有的節(jié)點(diǎn)、單元、材料屬性、實(shí)常數(shù)、邊界條件以及其他表現(xiàn)物理模型的特征；狹義地講，建立有限元模型指用節(jié)點(diǎn)和單元表示空間域的過(guò)程[13]。</p><

60、p>　　ANSYS使用的模型分為實(shí)體模型和有限元模型兩大類(lèi)。實(shí)體模型用于在里面填充節(jié)點(diǎn)和單元，也可以在幾何邊界上施加載荷和約束實(shí)體；有限元模型由節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)格構(gòu)成，專(zhuān)門(mén)供有限元分析使用。實(shí)體模型并不參與有限元分析，所有施加在實(shí)體模型上的載荷和約束最終要傳遞到有限元模型的節(jié)點(diǎn)和單元上。</p><p>　　在ANSYS分析系統(tǒng)中，建立有限元模型一般指生成實(shí)體模型，并通過(guò)劃分單元得到節(jié)點(diǎn)的過(guò)程。建模和網(wǎng)格劃分是AN

61、SYS分析中用戶(hù)最需斟酌且工作量最大的部分，需要用戶(hù)對(duì)分析對(duì)象的工作狀態(tài)有比較充分的了解，同時(shí)對(duì)分析的目的也要非常明確。合理的有限元模型對(duì)提高計(jì)算效率和保證分析精度有著至關(guān)重要的作用。</p><p>　　滾筒各零件材料特性列表如表1。</p><p>　　表1 滾筒各零件的材料特性</p><p>　　3.3芯軸的有限元分析</p><p>

62、;　　3.3.1建立芯軸有限元模型</p><p>　　課題中使用有限元分析軟件ANSYS10．0對(duì)芯軸進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力分析。實(shí)體建模過(guò)程中，以自底向上建模方式為主，結(jié)合自頂而下方式。首先建立基本面素。然后繞中心線(xiàn)旋轉(zhuǎn)面素生成體。最后利用布爾運(yùn)算中的體相減生成階梯軸。對(duì)一些不影響結(jié)果的特征(如倒角等)，建模時(shí)應(yīng)對(duì)模型做一些必要的簡(jiǎn)化。</p><p>　　單元類(lèi)型采用Solid92單元，此單元

63、為三維實(shí)體10節(jié)點(diǎn)四面體單元，是帶有中節(jié)點(diǎn)的二次單元。</p><p>　　芯軸的材料為45號(hào)鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，可知材料的機(jī)械性能為：σb=650MPa;σs=360MPa;σ-1=270MPa;τ-1=155MPa;E=2.15×105MPa。在材料屬性中分別輸入材料的彈性模量(2.15e11) 、泊松比(0．3)以及密度(7800kg/m3)。</p><p>　　3.3.2芯

64、軸建模步驟：</p><p><b>　　Finish</b></p><p><b>　　/clear</b></p><p>　　/filname,Xin stalk</p><p><b>　　/prep7</b></p><p>　　/title

65、, 3D diagram of stalk</p><p>　　Cyl4,0,0,18,,,,-1586.54 (建立圓柱軸)</p><p>　　Cyl4,0,0,17,0,18,0,-25 (建立A段軸)</p><p>　　Wpoff,0,0,-25

66、 (平移工作平面)</p><p>　　Cyl4,0,0,17.5,0,18,0,-80 （建立B段軸）</p><p>　　Wpoff,0,0,-1456.54 （平移工作平面）</p><p>　　Cyl4,0,0,17.5,0,18,0,-80 （建立B’段軸）

67、</p><p>　　Wpoff,0,0,-80 （平移工作平面）</p><p>　　Cyl4,0,0,17,0,18,0,-25 （建立A’段軸）</p><p>　　Main Menu: Preprocessor->-Modeling->-Operate->-s

68、ubtract->-Volumes + （布爾運(yùn)算生成階梯軸）</p><p>　　以上命令生成芯軸模型，如圖3-1芯軸三維模型。</p><p>　　圖3-1 芯軸三維模型</p><p>　　3.3.3芯軸網(wǎng)格劃分</p><p>　　模型網(wǎng)格圖的劃分對(duì)其計(jì)算結(jié)果有著較大的影響。網(wǎng)格劃分得越小，越規(guī)則，其計(jì)算精度越高，但由于受計(jì)

69、算機(jī)容量的限制，模型網(wǎng)格不可能劃分的太小。為此，可以將所關(guān)心的部位網(wǎng)格畫(huà)細(xì)一些，形成較小的單元，而不關(guān)心的局部網(wǎng)格劃分大一些。</p><p>　　對(duì)于ANSYS分析軟件，一般具有手動(dòng)劃分網(wǎng)格和程序自動(dòng)劃分網(wǎng)格兩種形式。程序自動(dòng)劃分網(wǎng)格后，可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求，手動(dòng)調(diào)整局部網(wǎng)格的疏密程度。網(wǎng)格劃分后所生成的單元集合要與原模型的形狀保持一致。用程序自動(dòng)劃分網(wǎng)格的形式對(duì)芯軸進(jìn)行網(wǎng)格劃分，根據(jù)軸的周長(zhǎng)和直徑來(lái)合理設(shè)置，單擊

70、[結(jié)構(gòu)(Structure)]I[網(wǎng)格(Mess)]，設(shè)定最大元素網(wǎng)格尺寸(Maximum Element Size)和最小元素網(wǎng)格尺寸(Minimum Element Size)，就可將整體劃分網(wǎng)格，再通過(guò)檢測(cè)網(wǎng)格精度后，網(wǎng)格就設(shè)定完畢。本次設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)格劃分尺寸為10mm，分單元數(shù)為96971，節(jié)點(diǎn)數(shù)為113791。如圖3-2芯軸網(wǎng)格劃分。</p><p>　　圖3-2 芯軸網(wǎng)格劃分</p>&l

71、t;p>　　3.3.4模型加載求解</p><p>　　已知伸縮撥齒滾筒殘膜回收機(jī)在工作時(shí)，55匹馬力拖拉機(jī)作為牽引力完全可以滿(mǎn)足工作要求，機(jī)器工作時(shí)行駛速度不宜過(guò)大，行駛速度保持在5-6km/h為宜，故所選拖拉機(jī)型號(hào)為東方紅-170。機(jī)器工作時(shí)選用低Ⅲ檔位，該檔位柴油機(jī)2000r/min時(shí)的理論速度為5.73km/h,符合工作要求,機(jī)器重量M=180kg。計(jì)算時(shí)，把芯軸當(dāng)作置于軸承支座上的梁，芯軸上零件傳

72、來(lái)的力，通常作為集中力，其作用點(diǎn)取為零件輪廓寬度的中點(diǎn)。芯軸上的扭矩從輪轂寬度的中點(diǎn)算起。</p><p>　　對(duì)芯軸有限元分析結(jié)果進(jìn)行后處理，按照在ANSYS中的正常步驟，即可得到該芯軸的應(yīng)力布局圖和應(yīng)變布局圖，如下組圖3-3-圖3-6所示。</p><p>　　圖3-3 芯軸應(yīng)變分布云圖</p><p>　　圖3-4 芯軸應(yīng)變分布云圖</p>&l

73、t;p>　　圖3-5 芯軸應(yīng)力分布云圖</p><p>　　圖3-6 芯軸應(yīng)力分布云圖</p><p>　　3.3.5 計(jì)算結(jié)果及分析</p><p>　　從滾筒芯軸的應(yīng)力分布，應(yīng)變分布云圖及由計(jì)算結(jié)果可知，在載荷作用下，滾筒芯軸上的最大等效應(yīng)力37.63MPa，最大位移為0.0309mm。用解析法可求的芯軸應(yīng)力大小為36.48MPa，軸的最大位移為0.023

74、7mm,說(shuō)明有限元計(jì)算結(jié)果是符合實(shí)際的，有關(guān)滾筒軸的設(shè)計(jì)計(jì)算可參看文獻(xiàn)【14】。</p><p><b>　　剛度分析</b></p><p>　　剛度分析是指芯軸受載后產(chǎn)生變形而不影響其正常工作，即滿(mǎn)足： </p><p>　　式中：[Y]——軸的許用變性值。</p><p>　　[Y]=0.0002L=793

75、5;0.0002=0.1586mm</p><p>　　顯然芯軸的剛度完全滿(mǎn)足要求。</p><p><b>　　強(qiáng)度分析</b></p><p>　　滾筒芯軸應(yīng)力分布圖可見(jiàn)，滾筒芯軸上的最大應(yīng)力集中分布在芯軸與軸承的接觸軸肩處，此處應(yīng)力滿(mǎn)足：</p><p>　　式中：FOS——是安全系數(shù)；</p>&l

76、t;p>　　——最大米賽斯等效應(yīng)力；</p><p>　　——材料的許用應(yīng)力；</p><p>　　——材料的屈服強(qiáng)度，=650MPa;</p><p>　　S——芯軸的設(shè)計(jì)安全系數(shù)，一般取3-4。</p><p><b>　　則</b></p><p>　　由此可見(jiàn)，芯軸的強(qiáng)度完全滿(mǎn)足要求

77、，并且存在結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化的余地。根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算理論可知，芯軸上的應(yīng)力</p><p>　　式中——芯軸上的合成彎矩；</p><p>　　Z——芯軸的斷面系數(shù)。</p><p>　　對(duì)于圓形截面，如除了芯軸的直徑外的其他結(jié)構(gòu)尺寸不變，并且載荷恒定，則不會(huì)變，而Z跟軸的直徑成三次方的比例關(guān)系，即如軸徑d減少一半，軸上的應(yīng)力將增加為原來(lái)的8倍。這種關(guān)系在對(duì)軸徑進(jìn)行優(yōu)化時(shí)應(yīng)

78、該考慮進(jìn)去，具體優(yōu)化尺寸可根據(jù)實(shí)際需要確定，一般優(yōu)化后的軸的安全系數(shù)以6-7為宜。</p><p>　　3.3.6芯軸的分析結(jié)論</p><p>　?。?）用有限元分析軟件ANSYS10．0對(duì)伸縮撥齒滾筒芯軸進(jìn)行了結(jié)構(gòu)靜力分析，成功地得到了芯軸的節(jié)點(diǎn)變形圖和應(yīng)力分布。</p><p>　　（2）從滾筒芯軸應(yīng)力分布剖面圖可以看出，滾筒芯軸上的應(yīng)力分布主要在芯軸表面部位

79、，芯軸中心區(qū)域的應(yīng)力分布相對(duì)較小。顯然，如芯軸表面加工質(zhì)量不高，將影響軸的使用壽命，從而對(duì)軸的表面應(yīng)進(jìn)行精加工，提高表面質(zhì)量系數(shù)，以提高軸的疲勞強(qiáng)度。</p><p>　?。?）載荷作用下芯軸的變形比較小，而且芯軸的強(qiáng)度也完全滿(mǎn)足需要，說(shuō)明芯軸的結(jié)構(gòu)尺寸具有優(yōu)化的余地。</p><p>　　3.4撥齒的有限元分析</p><p>　　3.4.1建立撥齒有限元模型&l

80、t;/p><p>　　撥齒是殘膜回收過(guò)程中的主要部件之一，撥齒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和強(qiáng)度直接影響殘膜回收的質(zhì)量和脫膜的質(zhì)量。撥齒和芯盤(pán)連接，在脫膜時(shí)，芯盤(pán)收到液壓裝置的軸向拉力，迫使撥齒做徑向運(yùn)動(dòng)，在這個(gè)過(guò)程中，假使撥齒的強(qiáng)度不夠高，就會(huì)使撥齒發(fā)生彎曲變形甚至斷裂，并且，在撥齒下降，如圖進(jìn)行扎膜的瞬間，還會(huì)受到收膜滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的沖力，也會(huì)使撥齒發(fā)生彎曲變形或者斷裂。所以對(duì)撥齒進(jìn)行有限元分析有利于我們選擇更加合適的結(jié)構(gòu)和材料設(shè)

81、計(jì)撥齒，最終使得設(shè)計(jì)的撥齒滿(mǎn)足工作要求。</p><p>　　3.4.2撥齒建模方法：</p><p>　　定義單元類(lèi)型及材料屬性：?jiǎn)卧?lèi)型采用Solid45單元，撥齒的材料為具有一定彈性的65Mn鋼。在材料屬性中分別輸入材料的彈性模量(2.15e11) 、泊松比(0．3)以及密度(7800kg/m3)。</p><p>　　撥齒幾何尺寸：總高度195mm,其中柱體

82、高180mm，錐面高15mm，柱體直徑10mm。</p><p>　　建模方法：將坐標(biāo)系設(shè)為總體柱坐標(biāo)系</p><p>　　創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)（ 0,0,0，）：</p><p>　　Main Menu : Preprocessor->-Modeling->-Create->-Keypoints->-In Active CS...</p&g

83、t;<p>　　建立直徑為10mm的圓面：</p><p>　　Main Menu : Preprocessor->-Modeling->-Create->-Areas->-Circle->-Solid Circle,</p><p>　　輸入X=0,Y=0,Radius=5,單擊OK。</p><p>　　拉伸圓面成為

84、圓柱體：</p><p>　　Main Menu : Preprocessor->-Modeling-Operate->-Extrude->-Areas-Along Normal+</p><p>　　選取圓面，點(diǎn)擊OK，在打開(kāi)的創(chuàng)建對(duì)話(huà)框內(nèi)輸入厚度180，單擊OK。</p><p><b>　?。?）創(chuàng)建圓錐體：</b>&

85、lt;/p><p>　　移動(dòng)工作面到圓柱頂面，圓錐體高度為15mm，底面半徑為5mm。</p><p><b>　　連接所有體：</b></p><p>　　Main Menu : Preprocessor->-Modeling-Operate->-Booleans-Add->-Volumes。</p><p

86、>　　拾取Pick All。</p><p>　　以上方法建立了撥齒有限元模型，如圖3-7撥齒有限元模型。</p><p>　　圖3-7 撥齒有限元模型</p><p>　　3.4.3模型加載求解</p><p>　　對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分的方法在本文芯軸模型網(wǎng)格劃分中已經(jīng)介紹了，但是還要強(qiáng)調(diào)的是網(wǎng)格的劃分直接影響后面的求解，網(wǎng)格劃分得越小

87、，越規(guī)則，其計(jì)算精度越高，但由于受計(jì)算機(jī)容量的限制，模型網(wǎng)格不可能劃分的太小。為此，可以將所關(guān)心的部位網(wǎng)格畫(huà)細(xì)一些，形成較小的單元，而不關(guān)心的局部網(wǎng)格劃分大一些。網(wǎng)格劃分后所生成的單元集合要與原模型的形狀保持一致。</p><p>　　撥齒的受力情況比較復(fù)雜，撥齒不但受到機(jī)器重力的作用，撥齒在扎進(jìn)土壤中時(shí)和滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，都會(huì)使撥齒受到外力的作用，從而影響到撥齒的結(jié)果形態(tài)。所以在對(duì)撥齒進(jìn)行有限元分析時(shí)應(yīng)把以上因素考慮

88、在內(nèi)，然后再進(jìn)行加載求解。</p><p>　　在對(duì)撥齒進(jìn)行施加載荷的時(shí)候，我們應(yīng)該考慮兩種外力：①自身受到的重力，即1800N。②在機(jī)器工作時(shí)受到的沖力。</p><p>　　對(duì)撥齒所受的力進(jìn)行求解如下：</p><p>　　拖拉機(jī)行駛速度：V拖=5.73km/h;</p><p>　　滾筒組外緣周長(zhǎng)：C=1821mm;</p>

89、<p>　　滾筒質(zhì)量:m=180kg</p><p>　　每個(gè)芯盤(pán)上等距排列12個(gè)撥齒，兩兩撥齒頂部距離為152mm</p><p>　　由得 (式1) </p><p><b>　?。ㄊ?）</b></p><p>　　求得F=3032N·m</p><p>　　

90、經(jīng)過(guò)加載求解，得到了撥齒的應(yīng)力應(yīng)變圖，如圖3-8-圖3-10</p><p>　　圖3-8 撥齒的應(yīng)力分布云圖</p><p>　　圖3-9 撥齒的應(yīng)變分布云圖</p><p>　　圖3-10 撥齒應(yīng)變分布云圖</p><p>　　通過(guò)對(duì)撥齒進(jìn)行有限元分析得出的應(yīng)力應(yīng)變分布云圖，發(fā)現(xiàn)撥齒在收到外載力時(shí)，應(yīng)力、應(yīng)變變化比較大，可以看出有明顯的位

91、移和形變。</p><p>　　通過(guò)以上分析，可以得出結(jié)論:</p><p>　　(1)通過(guò)對(duì)撥齒的有限元分析，可以清楚的得出應(yīng)力、應(yīng)變分布規(guī)律，為進(jìn)一步優(yōu)化撥齒結(jié)構(gòu)提供了理論依據(jù)。</p><p>　　(2)撥齒在進(jìn)行扎膜或者脫膜受到外載荷的作用時(shí)，自身收到的影響比較大，尤其是在撥齒頂部，應(yīng)變非常明顯，易在撥齒頂部發(fā)生彎曲變形，甚至發(fā)生斷裂。所以撥齒材料的選擇和結(jié)

92、構(gòu)不能滿(mǎn)足工作要求，需要改善。</p><p>　?。?）由于計(jì)算條件的限制，本文只考慮了先行分析和靜力分析．對(duì)于與撥齒連接的其他部件可以進(jìn)行非線(xiàn)性分析，此外還應(yīng)該考慮動(dòng)力學(xué)分析，以達(dá)到更加精確的計(jì)算結(jié)果。</p><p>　　3.5側(cè)輻板有限元分析</p><p>　　建模過(guò)程中側(cè)輻板采用SHELL63單元。由于實(shí)際結(jié)構(gòu)的受力分析很復(fù)雜，為了便于計(jì)算，必須進(jìn)行簡(jiǎn)化

93、，但是簡(jiǎn)化不可避免地會(huì)引起一些計(jì)算誤差。因此，采用假設(shè)時(shí)必須明確所采用的假設(shè)對(duì)于計(jì)算結(jié)果可能會(huì)有什么影響，應(yīng)盡量避免假設(shè)結(jié)果影響結(jié)構(gòu)的承載力。在該過(guò)程中，可對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較小的部件(如不動(dòng)件)加以簡(jiǎn)化。</p><p>　　3.5.1建立側(cè)輻板模型</p><p>　　側(cè)輻板為軸對(duì)稱(chēng)部件，在建模時(shí)可先建立局部模型，建立成功后，可將模型繞軸旋轉(zhuǎn)就可得到完整側(cè)輻板，其局部模型受力與整體受力相同

94、。為清楚觀測(cè)側(cè)輻板受力情況，特建立側(cè)輻板模型如圖3-11側(cè)輻板模型。</p><p>　　圖3-11 側(cè)輻板模型</p><p>　　3.5.2載荷施加及求解</p><p>　　有限元分析的目的是檢查結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在一定載荷條件下的響應(yīng)，因此，在分析中指定合適的載荷條件是關(guān)鍵。在有限元分析中，廣義的載荷包括邊界條件和外部或內(nèi)部作用力函數(shù)。在本文模型的算例中，載荷包括側(cè)

95、輻板表面載荷、重力和軸承約束。</p><p>　　對(duì)側(cè)輻板有限元分析結(jié)果進(jìn)行后處理，按照在ANSYS中的正常步驟，即可得到該側(cè)輻板的應(yīng)力布局圖和應(yīng)變布局圖，如下組圖3-12-圖3-14所示。</p><p>　　圖3-12 側(cè)輻板應(yīng)變分布云圖</p><p>　　圖3-13 側(cè)輻板應(yīng)力分布云圖</p><p>　　側(cè)輻板有限元計(jì)算分析結(jié)果可

96、以看出，側(cè)輻板與滾筒殼的連接處產(chǎn)生了嚴(yán)重的應(yīng)力集中，離開(kāi)連接處應(yīng)力急劇減小，因此，對(duì)側(cè)輻板與筒殼的連接處應(yīng)進(jìn)行加固。</p><p>　　4殘膜回收機(jī)滾筒綜合分析</p><p>　　4.1殘膜回收機(jī)滾筒綜合分析的意義</p><p>　　通常情況下，在對(duì)某種設(shè)備儀器進(jìn)行有限元分析的時(shí)候，都只是對(duì)某個(gè)部件進(jìn)行分析，而不是對(duì)其整體進(jìn)行有限元分析。采用這種分析方法可以對(duì)

97、部件進(jìn)行設(shè)結(jié)設(shè)計(jì)還能優(yōu)化設(shè)計(jì),進(jìn)行靜力分析(求局部應(yīng)力及變形,最大最小值/應(yīng)力分布等)還能進(jìn)行模態(tài)分析,等它能在很多領(lǐng)域用到。但是，當(dāng)把分析好的部件放到機(jī)器整體中進(jìn)行工作時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)部件的現(xiàn)有狀態(tài)和分析的結(jié)果是有差距的。</p><p>　　以上對(duì)殘膜回收機(jī)芯軸，撥齒，輪轂等的有限元分析只是起到殘膜回收機(jī)滾筒綜合分析參照和對(duì)比的作用，從而得到更加準(zhǔn)確的分析結(jié)果。</p><p><b&

98、gt;　　4.2滾筒實(shí)體建模</b></p><p>　　伸縮撥齒滾筒式殘膜回收機(jī)滾筒是收膜裝置的重要部件之一，其主要由滾筒殼、芯軸、側(cè)輻板、</p><p>　　輪轂、脹套等結(jié)構(gòu)組成，鑄焊滾筒軸與輪轂之間采用脹套連接，這種結(jié)構(gòu)形式的滾筒可承受較大的載荷，且便于安裝和拆卸。</p><p>　　為了便于編寫(xiě)有限元分析程序，本文在ANSYS環(huán)境中按照自底向

99、上的建模方式，按從點(diǎn)到線(xiàn)，從線(xiàn)到面，從面到體的順序建模。創(chuàng)建傳動(dòng)滾筒模型時(shí)，為提高計(jì)算效率和精確度，采取以下簡(jiǎn)化措施：不考慮脹套連接的接觸問(wèn)題，滾筒剛性壓裝在芯軸上；將一些小的特征如導(dǎo)角、圓角、鍵槽等進(jìn)行了簡(jiǎn)化；相鄰直徑尺寸差異不大的統(tǒng)一為一個(gè)尺寸；在不計(jì)算焊縫應(yīng)力是，將焊縫連接的零部件視為連續(xù)的整體；將脹套視為一個(gè)實(shí)心結(jié)構(gòu)，不考慮內(nèi)外環(huán)之間相互擠壓產(chǎn)生的應(yīng)力，只考慮脹套和輪轂以及軸之間相互擠壓的作用。</p><p

100、>　　4.2.1建立滾筒殼有限元模型</p><p>　　滾筒殼幾何尺寸為：滾筒直徑為400mm，長(zhǎng)1000mm，厚度為3mm。</p><p>　　本次滾筒有限元分析采用四面體10節(jié)點(diǎn)作為滾筒的劃分單元?？傮w劃分尺寸為50 mm，整個(gè)模型劃分后，四面體10節(jié)點(diǎn)單元69225個(gè)，結(jié)點(diǎn)135427個(gè)。滾筒模型如圖4-1滾筒三維模型</p><p>　　圖4-1

101、滾筒三維模型</p><p>　　圖4-2 滾筒1/4截面圖</p><p>　　圖4-3 滾筒網(wǎng)格劃分</p><p>　　4.2.2 計(jì)算結(jié)果與分析</p><p>　　有限元的求解實(shí)質(zhì)上是求解用有限元方法建立的方程組。本文利用ANSYS中的求解器計(jì)算滾筒的有限元方程組。ANSYS得到的結(jié)果分為基本解和派生解，基本解就是節(jié)點(diǎn)的自由度解。派

102、生解為單元的求解結(jié)果。</p><p>　　求解完成后，靜可進(jìn)入后處理階段，本文利用ANSYS中進(jìn)行結(jié)構(gòu)剛度強(qiáng)度分析用的后處理模塊是通用后處理器(General Postproc)。它能夠列出單元節(jié)點(diǎn)的位移、應(yīng)力分量、主應(yīng)力等，也可以用向量或等值線(xiàn)的方式顯示位移和應(yīng)力。這些功能可以清晰的描述應(yīng)力在整個(gè)模型中的分布狀況，以快速確定模型中的“危險(xiǎn)區(qū)域”。如圖4-4滾筒應(yīng)變分布云圖，圖4-5滾筒應(yīng)變分布云圖</p

103、><p>　　圖4-4 滾筒應(yīng)力分布云圖</p><p>　　圖4-5 滾筒應(yīng)變分布云圖</p><p>　　從圖4-4滾筒應(yīng)力分布云圖中我們可以看出，傳動(dòng)滾筒的最大位移出現(xiàn)在滾筒殼中心部位靠近驅(qū)動(dòng)端的滾筒外表面。</p><p>　　從傳動(dòng)滾滾應(yīng)力分布圖4-5滾筒應(yīng)變分布云圖中可以看出，滾筒的應(yīng)力主要集中在軸與軸承接觸的軸肩處、脹套與輪轂連接處

104、、輪轂與輻板連接處以及滾筒表面上。</p><p>　　最大等效應(yīng)力為:=16.3MPa</p><p><b>　　根據(jù)強(qiáng)度理論：</b></p><p>　　式中：—最大米賽斯等效應(yīng)力；</p><p>　　—材料許用應(yīng)力，滾筒芯軸采用45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理，=60MPa。</p><p>　　顯然

105、，滾筒芯軸符合強(qiáng)度要求，整個(gè)滾筒也能夠滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。但是，強(qiáng)度裕度較大，而且變形量很小，由此可見(jiàn)，憑借近似公式或經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行傳動(dòng)滾筒設(shè)計(jì)時(shí)，安全系數(shù)取的較大，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行優(yōu)化修改，以達(dá)到既滿(mǎn)足強(qiáng)度要求又節(jié)省材料的目的。</p><p><b>　　5 結(jié)論</b></p><p>　?。?）通過(guò)對(duì)伸縮撥齒殘膜回收機(jī)滾筒的有限元分析，可以清楚的得出應(yīng)力、應(yīng)變分布規(guī)律，為進(jìn)一

106、步優(yōu)化滾筒結(jié)構(gòu)提供了理論依據(jù)。</p><p>　?。?）雖然最大應(yīng)力沒(méi)有出現(xiàn)在滾筒外殼上，但由于該區(qū)域存在焊縫，而焊縫的質(zhì)量直接影響滾筒的使用壽命，所以滾筒的制造要符合較為嚴(yán)格的加工技術(shù)條件，嚴(yán)格控制焊縫的質(zhì)量。</p><p>　?。?）從滾筒的變形圖上可以看出，滾筒的變形量很小，滾筒的芯軸和滾筒殼以及側(cè)輻板等處的強(qiáng)度大大超過(guò)要求，從而可以考慮對(duì)滾筒結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化，以適當(dāng)減輕滾筒的質(zhì)

107、量，也可以通過(guò)增加加強(qiáng)筋的方式保證滾筒強(qiáng)度和減小滾筒變形。</p><p>　?。?）通過(guò)有限元分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)撥齒的應(yīng)力、應(yīng)變的變化比較大，在工作過(guò)程中容易發(fā)生彎曲變形甚至斷裂，因此，在設(shè)計(jì)加工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)撥齒材料的強(qiáng)度，以免撥齒彎曲、斷裂影響收膜工作。</p><p>　?。?）由于計(jì)算條件的限制，本文只考慮了先行分析和靜力分析．對(duì)于軸與脹套以及脹套與輪轂間可以進(jìn)行非線(xiàn)性分析，此外還應(yīng)該考

108、慮動(dòng)力學(xué)分析，以達(dá)到更加精確的計(jì)算結(jié)果。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　自2009年11月接受課題到現(xiàn)在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，衷心的感謝我的指導(dǎo)老師張宏老師給予了精心的指導(dǎo)和熱情的幫助,尤其在課題設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備階段,指導(dǎo)老師提出許多寶貴的設(shè)計(jì)意見(jiàn) 。在學(xué)習(xí)ANSYS軟件期間，我曾經(jīng)想過(guò)放棄，因?yàn)樽屢粋€(gè)英語(yǔ)四級(jí)都沒(méi)有過(guò)的人去學(xué)習(xí)純英文軟件實(shí)在是

109、太難了，但就在我產(chǎn)生放棄的想法時(shí)，張宏老師及時(shí)的開(kāi)導(dǎo)我，鼓勵(lì)我，幫助我。張宏老師能夠從忙碌的工作中抽出時(shí)間悉心教導(dǎo)我，督促我，使我在軟件的應(yīng)用上有了很大進(jìn)步。同時(shí)也學(xué)到了許多書(shū)本上學(xué)不到的知識(shí)，受益匪淺，這樣使得我得以順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作 ,而且將繼續(xù)激勵(lì)我在今后的人生旅途上不斷進(jìn)取，謹(jǐn)此向張宏老師表示衷心的感謝和崇高的敬意！</p><p>　　在此我還要感謝馬少輝老師、王均剛老師和張有強(qiáng)老師，他們?cè)谖矣龅?/p>

110、問(wèn)題而無(wú)法解決時(shí)，給與我及時(shí)的幫助，提出寶貴的意見(jiàn)，他們嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)、循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪。正因?yàn)橛辛怂麄兊脑谥笇?dǎo)，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才能順利的進(jìn)行下去。</p><p>　　大學(xué)四年學(xué)習(xí)時(shí)光已經(jīng)接近尾聲，在此我想對(duì)我的母校，我的父母親人們，我的老師和同學(xué)們、表達(dá)我由衷的謝意。感謝我的母校塔里木大學(xué)給了我在大學(xué)的本科四年深造機(jī)會(huì)，讓我能繼續(xù)學(xué)習(xí)和提高。塔里木大學(xué)四季如歌的校園，美麗

111、如詩(shī)的風(fēng)景都深深的留在了我的記憶里。四年珍貴的學(xué)習(xí)期間，讓我的知識(shí)體系更加完善，思想觀念更加成熟，整體素質(zhì)得到了極大的鍛煉?！白詮?qiáng)不息，求真務(wù)實(shí)”的校訓(xùn)我將銘記于心，在未來(lái)的學(xué)習(xí)和工作中躬身踐行。</p><p>　　最后，祝愿各位老師身體健康，工作順利，學(xué)校越來(lái)越好！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]