哈密瓜分級裝置的設計含SW三維及15張CAD圖帶開題-獨家.zip

哈密瓜分級裝置的設計含SW三維及15張CAD圖帶開題-獨家.zip,哈密瓜,分級,裝置,設計,SW,三維,15,CAD,開題,獨家 哈密瓜分級裝置的設計摘要目前我國的水果分級主要依靠人工完成，利用人工進行水果品質檢測和分級雖然可行，但勞動強度大，工作效率低，且由于個人視力差別、情緒、疲勞和光線強弱等因素的影響，分級的準確性較差。因此，本文對哈密瓜分級機進行了研究與設計。本文根據分析改進了哈密瓜分級機機械系統，根據所確立基本原理和技術指標進行了高效哈密瓜分級機的總體設計，描述了其分級過程。接著對每個功能模塊進行了設計，確定了基本部件的選用，確定了幾大功能部件，分別是：自動輸送裝置，稱重裝置，分級裝置。本文利用SOLIDWORKS軟件完成哈密瓜分級機的3D總體設計圖，然后利用三維SOLIDWORKS完成分級機二維圖的導出。關鍵詞：哈密瓜分級機；結構設計；分級裝置AbstractAtpresentourcountryfruitgradingmainlyrelyonartificialtocomplete,fruitqualitydetectionandclassificationofusingartificialalthoughfeasible,buttheintensityoflaborisbig,theefficiencyislow,andthedifferenceofpersonalvision,mood,fatigue,andthelightintensity,theinfluenceofsuchfactorsaspoorclassificationaccuracy.Therefore,thisarticlehascarriedontheresearchanddesignofhamimelongradingmachine.Basedontheanalysisofhamimelongradingmachinemechanicalsystemwasimproved,accordingtothebasicprincipleandtechnicalindexwasestablishedeffectivehamimelongradingmachineoveralldesign,describestheclassificationprocess.Thenhascarriedonthedesignofeachfunctionmodule,determinetheselectionofbasiccomponents,anddeterminethefunctionofseveralmajorparts,respectivelyis:automaticconveyer,weighingdevice,gradingdevice.Thispaper,byusingSOLIDWORKSsoftwaretocompletethecantaloupeclassifieroftheoveralldesign,3dandthenuseofcoilingmachine2dfigure3dSOLIDWORKS,export.Keywords:hamimelongradingmachine;Structuredesign;Gradingdevice目錄摘要IAbstractII1.緒論11.1研究背景及意義11.2國內外研究現狀及發(fā)展趨勢11.2.1國內外的研究現狀11.2.2發(fā)展趨勢41.3本文的研究內容51.4論文的結構52.總體方案的設計72.1總體方案確定72.2哈密瓜分級機原理方案確定72.3 各個機構說明82.3.1輸送機構82.3.2 哈密瓜小車92.3.4 稱重導軌92.3.5 分級機構102.4本章小結113.分級機構的設計計算123.1直線導軌與滑塊的選擇123.2傳動同步帶選擇與相應帶輪的設計153.3伺服電機的選擇與傳動帶輪的設計153.4本章小結174.哈密瓜分級機三維建模的設計184.1 Solidworks軟件簡介184.2零件建模204.2.1哈密瓜卸料板三維建模的形成204.2.2 卸料料架的三維建模形成204.2.3 TOOLBOX運用214.3零件裝配224.4 三維向二維的轉換234.5 本章小結265.分級裝置主動軸的有限元分析275.1 有限元分析方法概述275.2 有限元分析的基本思想275.3 SOLIDWORKS SIMULATION的主要功能285.4 SOLIDWORKS SIMULATION提供的分析類型295.5 分級裝置主動軸有限元分析315.5.1 分級裝置主動軸零件的三維建模315.5.2 確定材料315.5.3 添加夾具325.5.4 施加載荷335.5.5 生成網格335.5.6 運算求解345.5.7 分析結果輸出34結論與展望38結論38展望38參考文獻39致謝41III1.緒論1.1研究背景及意義近年來，隨著農業(yè)科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，國內外水果品種越來越多，人們對水果的品質也有了更高的要求。為了提高水果的加工質量和出品等級，需要對水果進行嚴格的質量分級和大小分級。目前，我國具備先進水果分選設備的企業(yè)很少，有大型生產線的企業(yè)也僅僅是對質量和大小進行分選，裝備比較落后。因此，市場上銷售的水果大多數依靠機械配合人工的方式實現分級。人工分級的主要缺點是：勞動量大、生產率低而且分選精度不穩(wěn)定；水果分選難以實現快速、準確和無損化。截止到目前為止，國內外已有不少學者及科研人員在此領域取得了重大進展。根據水果檢測指標的不同，水果分選機大致可分為大小分選機、重量分選機、外觀品質分選機和內部品質分選機。隨著科技的飛速進步，全自動哈密瓜分級機也逐步推向市場，這種全自動高效哈密瓜分級機將盡可能減少人工的參與，人工操作起來也越來越方便輕松，不僅能節(jié)約成本，又能提高效率和生產質量，進而提高市場競爭力。1.2國內外研究現狀及發(fā)展趨勢1.2.1國內外的研究現狀大小分選機是按照水果大小進行分選，在水果分選機中應用最為廣泛。目前可用于蘋果類圓形水果分選的方法有篩子分選法、回轉帶分選法、輥軸分選法、滾筒式分選法等。其中，前3種方法由于各自存在不同的缺點而未能推廣使用。滾筒式分選法其分選裝置主要由喂料機構、V型槽導果板、分選滾筒、接果盤及傳動系統組成。工作時，水果由傾斜輸送器提升后，先經手選裝置由人工剔除傷殘果，然后通過輸送帶送人果箱，打開料門，輸送至導果槽板。在此，水果自然分行滾動，不會出現水果堆積和阻礙現象。分選滾筒開有孔徑逐級增大的圓孔，水果從V型導果槽板流至滾筒外邊進行自動校徑的分選。小于分選孔的水果先從第一滾筒分選孔落人接果盤，大于分選孔的則經V型導果槽繼續(xù)向前滾動，直至遇到相應分選孔落下，于是在不同的接果盤可得到不同等級的水果。此分選裝置結構簡單，對水果損傷小，成本較低，分選精度和效率較高，適用于球形和近似球形物料的分選，在國外應用較廣。為了減少水果碰撞，提高好果率，有的大小分選機是利用浮力、振動和網格相配合的辦法進行分選，但有關此方面的報道較少。由以上可知，水果大小機械式分選法中，滾筒式分選法是最優(yōu)的一種。另外，隨著電子技術和計算機圖像技術的發(fā)展，采用光電傳感器或CCD攝像機對水果的大小進行測量判別已成為此類分選機的研究熱點。因為它們是對水果的大小進行不損傷的非接觸性計量，適用于任何種類的水果。馮斌、汪懋華研究了一種基于計算機視覺的水果大小檢測方法，試驗表明該方法檢測速度快、正確率高、適用范圍寬，能夠滿足水果自動檢測要求。按重量進行分選的分選機械早期是利用杠桿原理進行分選的。目前，機械式重量分選機主要有固定衡量秤體、運動輸送盤式和固定限位裝置、運動衡量秤體式兩種機型。機械式重量分選對水果的損傷較小，而且具有較廣的通用性，但是由于各種誤差及摩擦影響等使分選精度不是很高。近年來，隨著計算機和稱重傳感技術的迅速發(fā)展和現代科學技術的相互滲透，電子稱重技術及應用有了新的發(fā)展。基于此，國內外已開始研制電子稱重式分選機。電子稱重式分選機一般采用壓力傳感器稱量水果，微機系統對傳感器輸出信號進行采樣、放大、濾波、模數轉換、運算和處理，并控制機械執(zhí)行機構進行分選。王新亭等在現有電子稱重式水果分選臺的基礎上，對其測控系統進行了重新研制，將原有的Pc機控制替代為單片機控制。由于系統采用微機控制，可按需選擇準確的分選基準，具有更高精度和更高的控制靈活度，在實際中具有更廣的應用前景。以色列ESHETEILON公司、美國AUTOLINE公司生產的電子稱重式分選機，在分選檢測技術上已經很成熟，工作效率高，并具有較高的分選精度。但是由于該設備操作較為復雜，而且設備成本較高，難以在我國推廣使用。我國對該類型水果分選機的研制尚處于起步階段，需要科研人員充分利用國外已經取得的研究成果，研制適合于我國實際情況的電子稱重式分選機。外觀品質分選機是按水果的大小、表面缺陷、色澤、形狀、成熟度等進行分選的分選機。其分選方法包括：光電式色澤分選法和計算機圖像處理分選法。色澤分選法是根據顏色不同反射光的波長就不同的原理對水果顏色進行區(qū)分。而計算機圖像處理分選法是利用計算機視覺技術一次性完成果梗完整性、果形、水果尺寸、果面損傷、成熟度等檢測，可以測得水果大小、果面損傷面積等具體數值，并根據其數值大小進行分類。國內外學者在利用計算機視覺技術對水果外部品質檢測方面進行了大量的研究，并取得了重大進展。在缺陷檢測方面，TaoY等研制出的基于計算機視覺的蘋果缺陷檢測系統，達到了快速和全面檢測的效果。LeemansV等研究了一個基于缺陷特征的水果實時分級方法。該方法的準確率可達73，其中錯誤發(fā)生的一部分情況是良性的，而另一部分則由于缺陷是曬傷或撞傷，或者缺陷太靠近果梗和花萼很難被檢測到。在顏色檢測方面，目前普遍采用色度直方圖計算各色度的累計值作為分級特征，且識別的方法仍然是統計模式方法居多。Kazuhiro采用二級神經網絡對蘋果進行顏色分級，通過將蘋果果面沿花萼梗方向分區(qū)并分別進行處理，解決了因蘋果果面曲率不同而引起的反射梯度不同的問題。在國內，為實現蘋果顏色的在線檢測，李慶中等設計了蘋果顏色自動分級系統，基本上實現了實時分級的要求。在果形檢測方面，目前描述蘋果形狀的方法有多種，包括編碼法、統計法、幾何結構法和光譜法等。邊界編碼法雖然能夠準確地描述蘋果的形狀，但數據量大而且壓縮困難。統計學方法雖然效率較高，但描述形狀不規(guī)則的蘋果時精度較低。采用邊界半徑和傅立葉變換對蘋果的形狀進行描述，不僅準確性高而且速度快。Ingrid等的研究表明，蘋果的形狀可由前l(fā)2個正弦值和12個余弦值表達，此時相關性(尺)超過098。另外，在果梗檢測方面，應義斌等通過計算機視覺系統攝取黃花梨圖像，判別圖像中是否存在果梗，并對果梗的完好性進行判斷。試驗結果表明，該算法可以100判斷果梗是否存在，判斷果梗是否完好的正確率達到93，判別速度提高46倍；而且該算法具有一定的魯棒性，對旋轉、移位不敏感。徐娟等提出了利用圖像形態(tài)學可以更好地進行果梗判別，同時還可以檢測邊緣，并為提高處理速度進行了改進。章文英“等研究了蘋果果梗與果體的識別方法和果面缺陷的查找方法；根據蘋果果梗的特性，提出用分塊掃描判斷果梗是否存在。內部品質包括水果的糖度、硬度、酸度和內部缺陷等指標，通常水果內部品質主要依靠破壞性檢驗方法。目前用于水果硬度的檢測方法主要有變形法和聲學法。但由于變形法只能測量水果的局部硬度，聲學法易受噪音和機械振動的影響等而限制了其應用。而近紅外法和核磁共振法可用于水果糖度、硬度的檢測。近紅外光譜技術在農產品內部品質檢測方面發(fā)展較快，具有檢測速度快、可同時檢測多種內部成分等優(yōu)點。其基本原理是當用近紅外光照射水果時，不同的水果內部成分對于不同波長的光學吸收和散射程度不同，而內部光譜也會隨著水果內部成分質量分數的不同而發(fā)生變化。利用這一特性，即可根據近紅外光譜特征分析水果中的主要成分及其質量分數。何東健等。利用近紅外分光法檢測水果內部品質，結果表明：近紅外分光法不但能檢測水果糖度、酸度，而且能檢測內部缺陷，完全滿足在線檢測水果內部品質的要求。劉燕德等應用近紅外漫反射光譜分析技術設計了一種近紅外光譜水果內部品質自動檢測系統，該系統能夠快速地用于水果內部品質的無損檢測和分級。核磁共振技術作為一項新的檢測技術在水果內部品質檢測方面也有著較大的發(fā)展?jié)摿?。Kim等設計了1臺NMR在線分級設備并進行了測試，發(fā)現鱷梨在帶速50mmS的狀態(tài)下，所得油水的共振峰值比值與成熟度的相關系數高達0970。Chaughule等使用自由感應衰減(FID)譜的方法對人參果中的可溶性碳水化合物進行了測定。Zion等提出一種基于MRI進行計算機檢測的快速方法，并對不同品種的蘋果進行損傷檢測，取得了較好的試驗結果。另外，用超聲波檢測西瓜的內部空心已比較成熟。其它缺陷的檢測目前有：x射線分析法、計算機視覺檢測方法、介電特性檢測方法、電子鼻技術等。利用計算機視覺技術對農產品內部品質進行無損檢測也是近幾年研究的一個熱門課題，到目前該技術已比較成熟，應用也日趨廣泛。隨著嗅覺傳感技術的不斷發(fā)展，電子鼻技術也得到了廣泛的研究與應用。Lakshmi等通過對變化的電子鼻傳感器數據進行了多元分析，把蘋果按成熟度分成未成熟、成熟和過成熟3種等級。通過判別式分析法，電子鼻技術的正確分級率達83。1.2.2發(fā)展趨勢在眾多場合下，大小和重量分選機應用較多。而且目前常用的大多數是機械式大小和重量分選機。基于計算機視覺的水果大小分選機雖已用于實際生產，但是由于價格昂貴，還未能推廣使用。外部品質分選機和內部品質分選機還在進一步研究中，研究過程還存在著一些難題：水果外部品質檢測方面，水果的尺寸和顏色檢測技術已比較成熟，但是果面的缺陷檢測確是水果實時分級的難點，要快速準確地測定水果表面的各種缺陷并與梗、萼凹陷區(qū)正確區(qū)分比較困難；內部品質檢測方面，多是就一種產品某一單項項目進行檢測，對果品多種內部品質的綜合檢測方面研究較少。同時，由于內部品質檢測的方法比較復雜，所需設備成本較高，故用于實際檢測中的還很少。另外，在水果在線檢測分選機的研究中，水果品質的實時檢測和分級還存在檢測精度低、速度慢等問題，這就要求圖像信息的處理和識別算法必須簡單而有效，以滿足在線高生產率的要求。計算機技術、數據處理技術、無損傷檢測技術以及自動化控制技術的發(fā)展為現代及未來的分級檢測技術提供了廣闊的空間。機器視覺技術的應用已成為實現果蔬產品品質自動識別和分級的最有效的方法?？梢灶A見，將人工智能技術和圖像處理技術相結合，是今后應用計算機視覺技術進行水果品質評價的重要發(fā)展方向。1.3本文的研究內容哈密瓜分級機自動化是目前的演變趨勢，許多企業(yè)會添加購買自動化設備對現有的分級機升級改良，有的也會自己設計制造哈密瓜分級機。本文結合現有的哈密瓜分級機設計構思，設計出全自動高效哈密瓜分級機本文對整個哈密瓜分級機機械結構進行了設計，最終目的是生產裝配出可實現全自動的分級設備。本文對哈密瓜分級機原理進行了系統的研究，總結國內外研究成果，結合生產實際，適當改進，設計了一種能的全自動高效分級機。論文主要內容包括以下幾個方面：（1）對分級機功能研究，確定了系統工作原理以及方案，并根據原理方案對哈密瓜分級機的總體結構進行設計。（2）主要結構的選型，包括伺服電機的選型，同步帶，聯軸器的選型，氣缸的選型。（3）分別對哈密瓜分級機分級模組裝置、自動稱重裝置的主要結構進行了設計。（4）運用SOLIDWORKS軟件完成哈密瓜分級機整體結構的設計。1.4論文的結構第一章：緒論，簡單闡述了本論文的研究背景及意義，國內外的發(fā)展狀況以及本文得主要研究內容。第二章：總體方案的確定，用3D圖展示了總體方案的設計，并對設計理念進行了闡述，接著對原理方案進行了確定，最后對結構設計功能進行了簡單的描述。第三章：主要部件的選型，對電機、絲桿、聯軸器進行選型，確定其型號參數等。 第四章：運用SOLIDWORKS完成哈密瓜分級機的三維建模設計。第五章：完成主動軸的有限元分析設計。第六章：結論，對本論文的設計進行總結，并提出了未來的工作展望。52.總體方案的設計2.1總體方案確定總體方案如圖2-1所示圖2-1總體設計圖整機包括自動輸送裝置，哈密瓜小車、稱重軌道，分級機構和卸料架。本機哈密瓜裝在小車上，通過輸送裝置將哈密掛運至稱重軌道上，稱重軌道上裝有稱重傳感器，通過稱重傳感器區(qū)分大、中、小三個規(guī)格的哈密瓜，經過分級機構分別將三種規(guī)格的哈密瓜進行分類，達到分級的目的。2.2哈密瓜分級機原理方案確定原理方案是指從原理角度出發(fā)對機械系統進行，機械設計的原理性設計關系到機械最后生產工藝的順利進行，可以說直接決定了設計的好壞，所以在進行整體的設計時加入原理方案的確定，這也是總體設計里面的關鍵內容5。在進行原理方案設計師應首先明確設計的背景，任務，目的及要求。明確容易出現的影響變量，包括內部結構的作用和影響，外部環(huán)境對產品的作用及影響。其次應該分模塊了解各個部件的設計目的以及底線的功能，盡可能將各個部件的功能連接起來，做到完整統一，同時也要明確主要矛盾及次要矛盾，找出解決方案，方便后續(xù)的設計。當我們在做任何的產品設計時，都要全面的分析，提出盡可能多的設計方案，然后對每個方案進行分析和比較，保留好的部分，改進不好的部分，經過科學的分析和判斷，最后確定最優(yōu)的原理方案6。通過對要實現的功能進行分析，選出最佳方案。要想保證哈密瓜分級機的高品質必須做到以下兩個方面：（1）保證哈密瓜能夠穩(wěn)定的輸送，同時對于重量能夠精確的測量。（2）保證分級機構能夠快速相應，同時能夠穩(wěn)定正確的將不同規(guī)格的哈密瓜進行正確的分類。2.3 各個機構說明2.3.1輸送機構輸送機構如下圖2-2所示：圖2-2 輸送機構如圖2-2所示的輸送機構，機架采用4040型材拼接而成。通過減速電機帶動鏈傳動機構轉動，達到輸送的目的，本次設計的輸送鏈條采用特殊形式，如下圖2-3所示：圖2-3 輸送鏈條如圖2-3所示的輸送鏈條，其側邊設計為帶有安裝孔的連接結構，方便與哈密瓜小車連接。：2.3.2 哈密瓜小車哈密瓜小車如下圖2-4所示：圖2-4 哈密瓜小車如圖2-4所示，哈密瓜小車配有托盤和運行小車，運行小車通過連接件與鏈條連接。2.3.4 稱重導軌稱重導軌如下圖2-5所示：圖2-5 稱重導軌如圖2-5所示，小車在軌道上運行，軌道上裝有稱重傳感器和稱重板，讓小車運行到次位置時，開始對其進行稱重。2.3.5 分級機構分級機構如下圖2-6所示：圖2-6 分級機構如圖2-6所示，分級機構通過安裝在分級模組上的卸料板對哈密瓜進行分級。模組由伺服電機驅動，相應速度快。2.4本章小結本章對哈密瓜分級機進行了整體的機械結構方案的設計，以確保系統的可行性。然后對設計理念進行了闡述，設計始終堅持高效性，智能性，準確性原則，實現全自動分級。接著對分級機原理方案進行了確定，最后對機構設計功能進行分別描述。113.分級機構的設計計算3.1直線導軌與滑塊的選擇計算條件：估算哈密瓜質量為，卸料板質量，滑塊上固定板質量約。按設計要求，滑塊的最大速度，滑塊運動時由靜止至最大速度時間，勻速時間，減速時間，運動行程，加速度，。速度時間關系圖如圖3-1所示。圖3-1速度時間關系圖設計計算：由已知條件可計算出，。（一）每個滑塊負荷的大小計算1)等速時，徑向負荷大小2)左行加速時，徑向負荷大小3)左行減速時，徑向負荷大小4)右行加速時，徑向負荷大小5)右行減速時，徑向負荷大?。ǘ┑刃ж摵傻挠嬎?)等速時2)左行加速時3)左行減速時4)右行加速時5)右行減速時（三）擬選用導軌滑塊型號為H20FN（TBI直線導軌手冊）基本額定動負荷:,基本額定靜負荷：。（四）靜安全系數計算由以上計算可以得知，最大等效負載為,故安全系數應為：（五）每個滑塊的平均負荷計算（六）額定壽命的計算表3.1負載系數振動沖擊速度（V）振動（G）微小大查負載系數表3.1，取負載系數。根據直線導軌的額定壽命計算公式，分別計算各導軌滑塊的壽命如下：故直線導軌的壽命為：。按每分鐘往復次數，折算成壽命時間為：滿足需求。3.2傳動同步帶選擇與相應帶輪的設計傳動同步帶的選擇根據實際結構情況選為：周節(jié)制帶L型，帶寬為19.1mm。相應帶輪根據實際結構需要的設計見附圖。3.3伺服電機的選擇與傳動帶輪的設計計算條件：由上幾節(jié)計算，導軌滑塊上移動單位質量共約，運輸同步帶輪直徑為，負載與滑臺摩擦系數，電機處帶輪齒數比為，負載最高速度，加速度。傳動結構圖如圖3-2所示：圖3-2伸縮軸傳動結構圖設計計算：（一）計算折算到電機軸上的轉動慣量按照負載慣量3倍電機轉子慣量的原則，則（二）計算電機驅動負載所需要的扭矩克服摩擦力所需要轉矩加速時所需轉矩伺服電機額定轉矩,最大扭矩。（三）計算電機所需轉速根據以上計算分析，結合結構實際選擇ECMA-C0807.電機處傳動同步帶型號為：圓弧型5M,帶寬20mm。相應帶輪結構見附圖。3.4本章小結本章對分級模組部分進行了設計。結合計算對同步帶，電機等進行了選型，以及結合實際對帶輪進行了設計。然后用Solidworks畫出三維圖見圖3-3,用AutoCAD畫出二維圖（見附圖）。圖3-3分級模組部分4.哈密瓜分級機三維建模的設計4.1 Solidworks軟件簡介首先我要對Solidworks進行介紹一下，它是一種先進的，智能化的參變量式CAD設計軟件，在業(yè)界被稱為“3D機械設計方案的領先者”，易學易用，界面友好，功能強大，在機械制圖和結構設計領域，掌握和使用Solidworks已經成為最基本的技能之一。與傳統的2D機械制圖相比，參變量式CAD設計軟件具有許多優(yōu)越性，是當代機械制圖設計軟件的主流和發(fā)展方向。傳統的CAD設計通常是按照一定的比例關系，從正視，側視，俯視等角度，根據投影，透視效果逐步繪出所需要的各個單元，然后標注相應尺寸，這就要求制圖和看圖人員都必須具備良好的繪圖和三維空間想象能力。如果標注尺寸發(fā)生變化，幾何圖形的尺寸不會同步變更；如果改變了幾何圖行，其標注尺寸也不會發(fā)生變化，還要重新繪制，標注，因此繪圖工作相當繁重。參變量式CAD設計軟件，是參數式和變量式的統稱。在繪制完草圖后，可以加入尺寸等數值限制條件和其他幾何限制條件，讓草圖進入完全定義狀態(tài)，這就是參數式模式。由于軟件自動加入了關聯屬性，如果修改了標注尺寸，幾何圖形的尺寸就會同步更新。也可以暫時不充分的限制條件，讓草圖處于欠定義狀態(tài)，這就是變量式操作模態(tài)。美國Solid Works公司是一家專門從事開發(fā)三維機械設計軟件的高科技公司，公司宗旨是使每位設計工程師都能在自己的微機上使用功能強大的世界最新CAD/CAE/CAM/PDM系統，公司主導產品是世界領先水平的Solid Works軟件。90年代初，國際微機市場發(fā)生了根本性的變化，微機性能大幅提高，而價格一路下滑，微機卓越的性能足以運行三維CAD軟件。為了開發(fā)世界空白的基于微機平臺的三維CAD系統，1993年PTC公司的技術副總裁與CV公司的副總裁成立SolidWorks公司，并于1995年成功推出了SolidWorks軟件，引起世界相關領域的一片贊嘆。在SolidWorks軟件的促動下，1998年開始，國內、外也陸續(xù)推出了相關軟件；原來運行在UNIX操作系統的工作站CAD軟件，也從1999年開始，將其程序移植到Windows操作系統中。由于SolidWorks出色的技術和市場表現，不僅成為CAD行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對象。終于在1997年由法國達索公司以三億一千萬的高額市值將SolidWorks全資并購。公司原來的風險投資商和股東，以原來一千三百萬美元的風險投資，獲得了高額的回報，創(chuàng)造了CAD行業(yè)的世界紀錄。并購后的SolidWorks以原來的品牌和管理技術隊伍繼續(xù)獨立運作，成為CAD行業(yè)一家高素質的專業(yè)化公司。功能描述（1） TopDown(自頂向下)的設計（2） DownTop(自下向上)的設計（3） 配置管理（4） 易用性及對傳統數據格式的支持（5） 零部件鏡像（6） 裝配特征（7） 工程圖（8） eDrawingSolidworks模形由零件，裝配體和工程圖等文件組成，沒有生成零件之前的圖紙稱為草圖。由2D，3D草圖直接生成3D模形和工程圖時，如果修改了草圖的標注尺寸，其3D模形和工程圖會同步更新；相反，如果修改了工程圖的標注尺寸，其3D模形和草圖也會同步更新。軟件使用起來非常方便，大大減少了設計人員的工作量，提高了工作效率。通常，從打開一個零件文件或建立一個新零件文件開始，繪制草圖、生成基體特征、然后在模型上添加更多的特征，生成零件。也可以從其他軟件導入曲面或幾何實體開始，編輯特征，生成零件和裝配體工程圖。這是常用的設計方法，也就是自下而上的設計方法。草圖繪制從零件文件開始，對于一個新的產品設計，要首先建立零件文件。由于零件、裝配體及工程圖的相關性，所以當其中一個視圖改變時，其他兩個視圖也會自動改變。Solidworks2014允許自定義功能,選擇菜單欄中的“工具”-“選擇”命令,可以顯示.定義”系統選項”和”文件屬性”選項卡.Solidworks2014可以自動保存工作.自動恢復功能可以自動保存零件,裝配體或工程圖文件的信息,在系統死機時不會丟失數據.如果設定此選項,則選擇”工具”_”選項”菜單命令.在”系統選項”選項卡上,單擊”備份”選項,選擇”每(n)次更改后,自動恢復信息”復選框,然后設定信息自動保存前應發(fā)生的變更次數.Solidworks2014具有很強的文件交換功能,可以輸入,輸出數十種文件格式,可以與AutoCAD，pro/ENGINEER,Solid Edge,CAM等軟件很方便地進行文件交換。Solidworks2014在草圖繪制模式及工程圖中提供顯示網格線和捕捉網格線功能?？蓪⒕W格線與模型邊線對齊，還可捕捉到角度。網格線和捕捉功能在Solidworks2014中不太使用，因為SolidWorks是參變量軟件，尺寸和幾何關系已提供了所需的精度。4.2零件建模4.2.1哈密瓜卸料板三維建模的形成在SolidWorks中，哈密瓜卸料板的形成比較容易實現，通過拉伸、陣列等指令，哈密瓜卸料板的三維模型如圖4-1所示。圖4-1 哈密瓜卸料板三維圖4.2.2 卸料料架的三維建模形成由于卸料料架的三維模型比較復雜，運用了拉伸，切除，圓角，等特征，形成卸料料架的三維模型。如圖4-2所示圖4-2 卸料料架三維圖4.2.3 TOOLBOX運用另外，SolidWorks里toolbox里包含了各種傳動件，螺栓，螺母，螺釘，軸承等數據，可直接調用輸入自己參數即可。 軸承的建模，從toolbox中選擇軸承，滾動軸承如圖4-3所示圖4-3 添加軸承4.3零件裝配零件設計好了，可以將其在組建模式下通過一定的方式組合在一起，從而造成一個組件或完整產品模型。零件裝配需要在專門的組件設計模式下進行。在Solidworks2014 中，可以按照以下步驟來創(chuàng)建一個組件設計文件：單擊新建按鈕，打開“新建”對話框。在“類型”選項組中選擇“組件”單選按鈕，在“子類型”選項組中尋則“設計”單選按鈕，在“名稱”文本框中輸入組件名稱，清除“使用缺省模板”復選框，然后單擊“確定”按鈕。彈出“新建文件選項”對話框。從“模板”選項組的列表框中選擇“mmns _SLDASM_design”，單擊“確定”按鈕。在組件設計中（裝配設計），主要有兩種主流設計思路，即自底向上設計和自頂而下設計。通俗一點而言，前者是將已設計好的零部件按照一定的裝配方式添加到裝配體中；而后者則是從頂層的產品結構著手，由頂層的產品結構傳遞設計規(guī)范到所有相關子系統，從而有利于高效地對整個設計流程項目進行協作管理。在組件設計模式下，系統允許采用多種方法將元件添加到組件，包括使用放置定義集（簡稱約束集）和使用元件界面自動放置等。通常元件放置根據放置定義集而定，這些集合決定了元件與組件的相關方式及位置，這些集既可以是由用戶定義的，也可以是預定義的。用戶定義的約束集含有0個或多個約束；預定義約束集（也叫連接）具有預定義數目的約束。約束放置是較為常用的裝配方式。在 Solidworks2014元件放置操控板的約束列表框中，提供了多種放置約束的類型選項，包括缺省、固定、曲面上的邊、曲面上的點、直線上的點、相切、坐標系、插入、匹配、對其、和自動。在使用約束放置選項時，需要注意約束放置的一般原則及注意事項。例如，“匹配”約束或“對齊”約束的一組參照的類型要相同（平面對平面、旋轉對旋轉、點對點、軸對軸）；一次只能添加一個也是，譬如不能使用一個單一的“匹配”約束選項將一個零件上的兩個不同的平面與另一個零件上的兩個不同的平面配對，二必須定義兩個單獨的“匹配”約束；元件的裝配需要定義放置約束集，放置約束集由若干個放置約束構成，用來組合定義元件的放置和方向。裝配通過一個中心線重合，面重合或給定距離來配合圓弧曲面的零件。首先進行部裝，在得到哈密瓜分級機的裝配圖，總裝配圖見下圖4-4所示：圖4-4 哈密瓜分級機三維裝配體4.4 三維向二維的轉換SolidWorks作為一套功能強大的計算機輔助繪圖和設計軟件，可以建立零件的三維實體圖，三維裝配體圖及二維工程圖，且大多數生產一線的工程技術人員對二維繪圖軟件，如autocad，caxa電子圖版，等更加熟悉，而且二維軟件在繪制，尤其是標注裝配體，零件圖時，具有獨特的優(yōu)勢。所以，充分利用SolidWorks和二維圖之間的轉換，把SolidWorks自動生成的工程視圖與二維軟件的標注結合起來，達到“以二維之長補三維之短”的目的。一下是三維建模生成二維工程圖的詳細過程。在SolidWorks中生成二維工程圖。在SolidWorks中的新建模板中，新建一個工程圖模板，打開工程圖工具條，在工程圖工具條中點擊“新建”按鈕，并在作圖區(qū)域中單擊右鍵，“從文件中選擇”，確認要生成工程圖的三維模型，并選擇要形成工程圖的視圖方向；在繪制區(qū)域內單擊左鍵，以確定圖形位置，單擊“確定，完成工程圖的繪制，并將其保存為“dwg/dxf”格式的文件。如圖4-5所示圖4-5新建工程選用標準圖紙，或自定義圖紙大小，如圖4-6所示圖4-6選擇圖紙打開需要生成工程圖的零件，并將其拖入此工程圖。左鍵確定位置，繼續(xù)移動鼠標，會顯示鼠標移動方向的視圖。從而確定所需工程圖，如圖4-7所示。圖4-7工程圖創(chuàng)建此外，還可通過上方的工具來分析剖視圖。也可標注此裝配體的零件及其名稱。因此圖還將在CAD中修改，故在此未標注零件序號及名稱，最后完成的工程圖如圖4-8所示：圖4-8哈密瓜分級機工程圖紙4.5 本章小結本章對整個哈密瓜分級機進行三維建模，完成三維的設計。5.分級裝置主動軸的有限元分析5.1 有限元分析方法概述有限元法是一種離散化的數值解法，是用于求解各類實際工程問題的方法。應力分析中穩(wěn)態(tài)的、瞬態(tài)的、線性的、非線性的問題及熱力學、流體力學、電磁學以及高速沖擊動力學問題都可以通過有限元法得到解決。有限元法最初被稱為矩陣近似方法，應用于航空器的結構強度計算，并由于其方便性、實用性和有效性而引起從事力學研究的科學家的濃厚興趣。經過短短數十年的努力，隨著計算機技術的快速發(fā)展和普及，有限元方法迅速從結構工程強度分析計算擴展到幾乎所有的科學技術領域，成為一種豐富多彩、應用廣泛并且實用高效的數值分析方法。20 世紀 60 年代初首次提出結構力學計算有限元概念的克拉夫（CloSOLIDWORKSh）教授形象地將其描繪為：“有限元法=Rayleigh Ritz 法分片函數”，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）滿足整個定義域邊界條件的允許函數的 RayleighRitz 法，有限元法將函數定義在簡單幾何形狀（如二維問題中的三角形或任意四邊形）的單元域上（分片函數），且不考慮整個定義域的復雜邊界條件，這是有限元法優(yōu)于其他近似方法的原因之一5.2 有限元分析的基本思想有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）的基本思想是用較為簡單的問題代替比較復雜的問題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互聯子域組成，對每一單元假定一個合適的（較簡單的）近似解，然后推導求解這個域的滿足條件（如結構的平衡條件），從而得到問題的解。這個解不是準確解，而是近似解，因為實際問題被較簡單的問題所替代。由于大多數實際問題難以得到準確解，而有限元法不僅計算精度高，而且能適應各種復雜情況，因而有限元分析成為行之有效的工程分析手段。有限元法的基本思想可歸結為兩個方面，一是離散，二是分片插值。離散就是將一個連續(xù)的求解域人為地劃分為一定數量的單元，單元又稱網格，單元之的連接點稱為節(jié)點，單元間的相互作用只能通過節(jié)點傳遞，通過離散，一個連續(xù)體便分割為由有限數量單元組成的組合體。離散的目的就是將原來具有無限自由度的連續(xù)變量微分方程和邊界轉換條件轉換為只包含有限個節(jié)點變量的代數方程組，以利于用計算機求解。 有限元法的離散思想借鑒于差分法，但做了適當改進。首先，差分法是對計算對象的微分方程和邊界條件進行離散，而有限元法是對計算對象的物理模型本身進行離散，即使該物理模型的微分方程尚不能列出，但離散過程依然能夠進行。其次，有限元法的單元形狀并不限于規(guī)則網格，各個單元的形狀和大小也并不要求一樣，因此在處理具有復雜幾何形狀和邊界條件以及在處理具有像應力集中這樣的局部特性時，有限元法的適應性更強，離散精度更高。 變分法是在整個求解域用一個統一的試探函數逼近真實函數，當真實函數性態(tài)在求解域內趨于一致時，這種處理是合理的。但如果真實函數的性態(tài)很復雜，再用統一的試探函數就很難得到較高的逼近精度，或者說要得到較高的精度就需要階次很高的試探函數。同時由于不能在求解域的不同部位對試探函數提出不同的精度要求，往往由于局部精度的要求問題的求解很困難。所以這類方法一般用于求解函數交規(guī)則和邊界條件較簡單的問題。 分片插值的思想是有限元法與里茲法的一個重要區(qū)別，它是針對每一個單元選擇試探函數（也稱插值函數），積分計算也是在單元內完成。由于單元形狀簡單，所以容易滿足邊界條件，且用低階多項式就可獲得整個區(qū)域的適當精度。對于整個求解域而言，只要試探函數滿足一定條件，當單元尺寸縮小時，有限元就能收斂于實際的精確解。 從以上分析可知，有限元法是差分法的一種發(fā)展，又可以看成是里茲法的一種新形式。它兼顧了兩者的優(yōu)點，同時克服了各自的不足，因而具有更大的優(yōu)越性和實用性。5.3 SOLIDWORKS SIMULATION的主要功能SOLIDWORKS SIMULATION有限元軟件包是一個多用途的有限元法計算機設計程序，目前，有限元法從它最初應用的固體力學領域，已經推廣到溫度場、流體場、電磁場、聲場等其他連續(xù)介質領域。在固體力學領域，有限元法不僅可以用于線性靜力分析，也可以用于動態(tài)分析，還可以用于非線性、熱應力、接觸、蠕變、斷裂、加工模擬、碰撞模擬等特殊問題的研究。軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。前處理模塊前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網格劃分工具，用戶可以方便地構造有限元模型。SOLIDWORKS SIMULATION的前處理模塊主要有兩部分內容：實體建模和網格劃分。分析計算模塊分析計算模塊包括結構分析（可進行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力。后處理模塊后處理模塊可將計算結果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結構內部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了200種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結構和材料。5.4 SOLIDWORKS SIMULATION提供的分析類型SOLIDWORKS SIMULATION軟件提供的分析類型如下：結構靜力分析用來求解外載荷引起的位移、應力和力。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對結構的影響并不顯著的問題。SOLIDWORKS SIMULATION程序中的靜力分析不僅可以進行線性分析，而且也可以進行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應變及接觸分析。結構動力學分析結構動力學分析用來求解隨時間變化的載荷對結構或部件的影響。與靜力分析不同，動力分析要考慮隨時間變化的力載荷以及它對阻尼和慣性的影響。SOLIDWORKS SIMULATION可進行的結構動力學分析類型包括：瞬態(tài)動力學分析、模態(tài)分析、諧波響應分析及隨機振動響應分析。結構非線性分析結構非線性導致結構或部件的響應隨外載荷不成比例變化。SOLIDWORKS SIMULATION程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問題，包括材料非線性、幾何非線性和單元非線性三種。動力學分析結構動力學分析研究結構在動載荷作用的響應（如位移、應力、加速度等得時間歷程），以確定結構的承載能力的動力特性等。SOLIDWORKS SIMULATION程序可以分析大型三維柔體運動。當運動的積累影響起主要作用時，可使用這些功能分析復雜結構在空間中的運動特性，并確定結構中由此產生的應力、應變和變形。熱分析程序可處理熱傳遞的三種基本類型：傳導、對流和輻射。熱傳遞的三種類型均可進行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)、線性和非線性分析。熱分析還具有可以模擬材料固化和熔解過程的相變分析能力以及模擬熱與結構應力之間的熱結構耦合分析能力。電磁場分析主要用于電磁場問題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場分布、磁力線分布、力、運動效應、電路和能量損失等。還可用于螺線管、調節(jié)器、發(fā)電機、變換器、磁體、加速器、電解槽及無損檢測裝置等的設計和分析領域。流體動力學分析SOLIDWORKS SIMULATION流體單元能進行流體動力學分析，分析類型可以為瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。分析結果可以是每個節(jié)點的壓力和通過每個單元的流率。并且可以利用后處理功能產生壓力、流率和溫度分布的圖形顯示。另外，還可以使用三維表面效應單元和熱流管單元模擬結構的流體繞流并包括對流換熱效應。聲場分析SOLIDWORKS SIMULATION把聲學歸為流體，程序的聲學功能用來研究在含有流體的介質中聲波的傳播，或分析浸在流體中的固體結構的動態(tài)特性。這些功能可用來確定音響話筒的頻率響應，研究音樂大廳的聲場強度分布，或預測水對振動船體的阻尼效應。壓電分析壓電效應分析是一種結構電場耦合分析，給壓電材料加電壓會產生位移，反之使壓電材料振動則產生電壓，一個典型的壓電分析的應用是壓力換能器。SOLIDWORKS SIMULATION壓電分析用于分析二維或三維結構對AC（交流）、DC（直流）或任意隨時間變化的電流或機械載荷的響應。這種分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風等部件及其它電子設備的結構動態(tài)性能分析?？蛇M行四種類型的分析：靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波響應分析、瞬態(tài)響應分析。5.5 分級裝置主動軸有限元分析首先，對分級裝置主動軸的主體結構進行三維建模。完成三維建模后，再對相應部分進行有限元分析。由于分級裝置主動軸的螺栓、導向桿等零件無需單獨進行受力分析，而且如果對分級裝置主動軸整體結構進行靜態(tài)分析，將會產生龐大的數據，系統的計算時間將會持續(xù)幾天甚至更多。所以為了使計算更加精確，縮短系統計算時間，我們在這里只對分級裝置主動軸主體進行分析，即直接將分級裝置主動軸主體分離出來單獨進行靜態(tài)分析，以確保系統的強度和穩(wěn)定性。分級裝置主動軸有限元分析的具體步驟如下：5.5.1 分級裝置主動軸零件的三維建模 利用SOLIDWORKS軟件對分級裝置主動軸零件進行三維模型，這個的具體繪圖過程就不一一詳細描述。得到的三維模型如圖5-1所示。 圖5-1 分級裝置主動軸模型5.5.2 確定材料 零件的反應取決于其所構成的材料，程序必須知道零件材料的彈性屬性，通過從材料庫選擇材料來給零件指派材料。由于分級裝置主動軸承受重量大，分級裝置主動軸主體會受到較大的壓力和拉應力，所以分級裝置主動軸材料選擇普通碳鋼。但在用Solidworks Simulation對分級裝置主動軸進行應力分析時，由于材料庫沒有這一材料，因此選擇近似的材料碳鋼，具體選擇如下圖5-2所示。 圖5-2 材料選取 5.5.3 添加夾具在夾具選項卡中，可以定義固定約束。每個約束可以包含多個面。受約束的面在所有方向都受到約束。必須至少約束零件的一個面，以防由于剛性實體運動而導致分析失敗。在對分級裝置主動軸主體進行應力分析前，首先要確定其夾具固定的部分。如圖5-3所示，選擇分級裝置主動軸兩軸承固定段為固定端，即模擬夾具夾住分級裝置主動軸兩軸承固定段部分。圖5-3添加夾具5.5.4 施加載荷分級裝置主動軸我們設定載荷為皮帶拉力為140N。在載荷選項卡上，可以應用力和壓力載荷至模型的面，可以應用多個力至單個或多個面。由分級裝置主動軸實際工況得出其受力情況見圖5-4 圖5-4 分級裝置主動軸豎直方向施加載荷5.5.5 生成網格接下來需對分級裝置主動軸劃分網格。實體模型的網格化由兩個基本階段組成。在第一階段，網格器將節(jié)放置于邊界上，此階段稱為曲面網格化。如果第一個階段成功，網格程序開始第二個階段，將在內部生成節(jié)，以四面單元填充體積，并將中側節(jié)放置于邊線上。在實際操作中，我們先要選擇網格的參數，如圖5-5所示，將網格密度設置為良好。選擇好網格參數之后，對分級裝置主動軸模型生成定義的網格。圖5-5 分級裝置主動軸網格化 5.5.6 運算求解網格化參數后點擊運行，軟件開始自動對算例進行計算分析，求解過程如下圖5-6所示。 圖5-6運行算例分析當運行結束后，就可以得到分級裝置主動軸模型應力、應變、位移和安全系數等各項參數的有限元分析結果。5.5.7 分析結果輸出Simulation的結果選項卡中生成的圖解可以生動形象的表現出分級裝置主動軸各部位的應力應變情況、位移情況及安全系數情況，如圖5-7所示。結果選項卡的第一個屏幕顯示分級裝置主動軸所有位置的最小安全系數。標準工程規(guī)則通常要求安全系數為 1.5 或更大。對于給定的最小安全系數，Simulation程序會將可能的安全與非安全區(qū)域分別繪成藍色與紅色。分級裝置主動軸主體部分有限元分析的應力、位移、應變及合位移分布云圖如圖5-8至5-11所示。圖5-7 輸出結果圖5-8 合位移圖圖5-9 位移分布圖圖5-10 應變分布圖圖5-11 應力分布圖由圖5-11可知，分級裝置主動軸在工況載荷下，施加載荷時候的最小安全系數是1.05，。根據圖5-10所示，分級裝置主動軸的屈服力大約為220MPA，而所用材料的抗拉強度為490MPA，完全符合設計要求。結論與展望結論此次畢業(yè)設計是我們從大學畢業(yè)生走向未來工程師重要的一個轉折點。從最初的選題，開題到計算、繪圖直到完成設計。其間，查找資料、老師指導、與同學交流、找相關人士咨詢、反復修改圖紙，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和知識的運用。通過這次設計，我了解了的哈密瓜分級機的的用途及工作原理，熟悉了產品的設計步驟，鍛煉了工程設計實踐能力，培養(yǎng)了自己的獨立設計能力。此次畢業(yè)設計是對我專業(yè)知識和專業(yè)基礎知識一次實際檢驗和鞏固，同時也是走向工作崗位前的一次熱身。畢業(yè)設計收獲很多，比如學會了查找相關資料相關標準，分析數據，提高了自己的繪圖能力，懂得了許多經驗公式的獲得，是不懈努力的結果。同時，仍有很多課題需要在以后的工作中去努力去完善。但是畢業(yè)設計也暴露出自己專業(yè)基礎的很多不足之處。比如缺乏綜合應用專業(yè)知識的能力，對材料的不了解等等。這次實踐是對自己大學四年所學的一次大檢閱，使我明白自己知識還很淺薄，雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學之路還很長，以后更應該在工作中不斷努力學習，努力使自己成為一個對社會有所貢獻的人，為中國機械行業(yè)添上自己的微薄之力。展望這次設計讓我認識到機械系統結構的重要性，只有完成了結構方面的設計，才有可能進行后續(xù)的控制系統設計，機械系統設計的合理性需要反復的驗證，只有各個部件的完美配合，才能實踐預期的功能。通過這一次的畢業(yè)設計，自己開始對結構設計有了一定的認識和了解，在設計工作過程中培養(yǎng)了獨立思考，細心專研的學習態(tài)度，相信對以后的工作學習會有很大的幫助。在這次設計過程中，充分認識到理論結合實踐的重要性，一定要充分理解消化書本中的理論知識，并將其運用到實際的設計中，只有這樣才能設計出合理優(yōu)秀的產品。37參考文獻1 廖新福,劉曼雙. 哈密瓜產業(yè)現狀及發(fā)展對策J. 農業(yè)科技,2011,03:1-2.2 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