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農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的軟件應(yīng)用

前言:想要寫出一篇引人入勝的文章?我們特意為您整理了農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的軟件應(yīng)用范文,希望能給你帶來靈感和參考,敬請閱讀。

摘要:機(jī)械專業(yè)中的不少學(xué)科都有專門的軟件來輔佐進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)和重點(diǎn)工作傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。目前傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法及主要問題。介紹齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)軟件,采用專業(yè)的設(shè)計(jì)軟件有助于提高工作效率、首次成功率和設(shè)計(jì)水平。

關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)軟件

0引言

我們處的信息時(shí)代,很多專業(yè)都有專門的軟件來輔佐我們進(jìn)行分析設(shè)計(jì),機(jī)械專業(yè)中的不少學(xué)科也是如此。例如,對于“機(jī)械制圖”,有AUTOCADMECHANICAL,UG,PRO/E,SOLIDWORKS,CATIA,INVENTOR,CAXA等一堆軟件來輔佐我們繪圖;對于“機(jī)械原理”和“理論力學(xué)”,有ADAMS來輔助我們做機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析,做方案設(shè)計(jì);對于“材料力學(xué)”,有NASTRAN,ABAQUS,ANSYS等軟件來進(jìn)行構(gòu)件的強(qiáng)度剛度分析;對于“流體力學(xué)”,有CFX,F(xiàn)LUENT,ADINA等軟件進(jìn)行流體的壓力,速度計(jì)算,那么對于農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì),是否有相關(guān)的軟件來幫助我們進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)呢?

1農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)

要弄清楚這一點(diǎn),我們首先需要知道,農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備開發(fā)設(shè)計(jì)過程中涉及哪些零部件,從而看看軟件可以為它提供哪些服務(wù)。農(nóng)業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在做什么呢?機(jī)械設(shè)計(jì)主要談到四類零部件的設(shè)計(jì)。1)傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)。就是齒輪、鏈輪、帶輪、摩擦輪這一套。我們知道,一般機(jī)器由四部分構(gòu)成:動(dòng)力部分、執(zhí)行部分、傳動(dòng)部分和控制部分。動(dòng)力部分一般就是發(fā)動(dòng)機(jī)或電機(jī),而執(zhí)行部分主要考察“機(jī)械原理”,控制部分則涉及到電氣的相關(guān)知識,那么傳動(dòng)部分呢?這就是“機(jī)械設(shè)計(jì)”的任務(wù)了。由于機(jī)械傳動(dòng)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備中占據(jù)著重要的位置,所以傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)占據(jù)了機(jī)械設(shè)計(jì)中一大部分的工作內(nèi)容。2)軸系的設(shè)計(jì)。由于上述傳動(dòng)件總是要安裝在軸上,而軸則通過軸承與機(jī)架相連。因此軸的設(shè)計(jì)以及滾動(dòng)軸承、滑動(dòng)軸承的選擇也就必不可少了,這也成為“機(jī)械設(shè)計(jì)”的重要內(nèi)容。3)聯(lián)接件的設(shè)計(jì)。軸與軸上的傳動(dòng)件該如何聯(lián)接呢?這就是所謂的軸轂聯(lián)接的問題,鍵和花鍵是最常見的軸轂聯(lián)接方式。實(shí)際上聯(lián)接不僅發(fā)生在軸與其上的傳動(dòng)件之間,還發(fā)生在很多地方。只要兩個(gè)零件要發(fā)生關(guān)系,就需要進(jìn)行聯(lián)接。這種聯(lián)接總體上分為可拆聯(lián)接和不可拆聯(lián)接。螺紋聯(lián)接就是可拆聯(lián)接中最常見的一種。而焊接、鉚接、粘接則成為不可拆聯(lián)接的主要形式。這樣,軸轂聯(lián)接、螺紋聯(lián)接、焊接、鉚接、粘接就成了構(gòu)成聯(lián)接件設(shè)計(jì)的主要組成部分。4)其它零部件的設(shè)計(jì)。包括結(jié)構(gòu)件(機(jī)架、箱體等)的設(shè)計(jì),還有彈簧的設(shè)計(jì),聯(lián)軸器,離合器,制動(dòng)器,密封等問題。在上述四種內(nèi)容中,傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)和軸系的設(shè)計(jì)占據(jù)著重要地位,也成為機(jī)械設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

2傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法及主要問題

那么,在機(jī)械設(shè)計(jì)中,對于傳動(dòng)件是如何設(shè)計(jì)的呢?仔細(xì)考察齒輪、鏈輪、帶輪的設(shè)計(jì)過程,我們就可以看到,其設(shè)計(jì)流程中雖然看似步步有計(jì)算,好像很嚴(yán)密,很有數(shù)學(xué)根據(jù)的樣子。但其實(shí)每一步幾乎都需要查表。我們需要查閱一堆堆的手冊,表格,曲線,才能得到一個(gè)可行解,并且需要反復(fù)多次求解。但是你若問一名機(jī)械設(shè)計(jì)師,該解是否最優(yōu)?他是沒有底氣的。實(shí)際上,按照機(jī)械設(shè)計(jì)中所談的設(shè)計(jì)程序,我們可能可以得到可行解,但是基本上不會(huì)是最優(yōu)解。而且,即便我們設(shè)計(jì)完畢,對于該傳動(dòng)的力學(xué)性能,我們也是很茫然的,很多情況我們都是在憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的。而至于軸系的設(shè)計(jì),主要包含兩個(gè)問題,第一是軸的設(shè)計(jì),第二是軸承的選型。軸的設(shè)計(jì)首先根據(jù)扭矩和功率計(jì)算最小直徑,接著是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完畢后需要進(jìn)行強(qiáng)度剛度的校核。這需要在給定軸的受力及約束以后,使用材料力學(xué)的方法繪制其彎矩圖、扭矩圖,然后彎扭合成,計(jì)算其應(yīng)力,進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的校核。在進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí),為了確定危險(xiǎn)點(diǎn)的持久極限,同樣需要查閱一堆表格,來確定一些系數(shù)。軸承的選型則是根據(jù)其布置形式,由其承受的力來計(jì)算壽命??梢姡趥鲃?dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中,無論是傳動(dòng)件還是軸系的設(shè)計(jì),都需要大量查表。查表是什么意思呢?那就是查表了,似乎沒有什么意思。但是我們要追問,表是從哪里來的?實(shí)際上,這些復(fù)雜的表格曲線,是大量試驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)所總結(jié)的結(jié)果。所以,我們明白了,傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是基于經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì),這就帶來幾個(gè)問題:1)只能得到可行解而非最優(yōu)解;2)對于設(shè)計(jì)的結(jié)果,其力學(xué)性能如何,我們心中無數(shù);3)設(shè)計(jì)過程中的計(jì)算量巨大,占據(jù)了整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的大部分時(shí)間。

3目前傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)軟件

這些問題自始自終一直在困擾著我們,影響著我們的設(shè)計(jì)過程。通過查閱很多資料,并考察了一些國、內(nèi)外齒輪設(shè)計(jì)類的相關(guān)軟件,發(fā)現(xiàn)了一些起步較早、相對先進(jìn)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)類的軟件,目前主要有RomaxDesigner,KISSsoft,MASTA,ZGCAD等,應(yīng)用在齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)、分析、優(yōu)化過程中,可為系統(tǒng)、齒輪、軸承、花鍵乃至包括載荷在內(nèi)的整體傳動(dòng)體系提供完整、全面的設(shè)計(jì)、分析,并以可視化的方法提供二維、三維結(jié)果。這些軟件在車輛、工程機(jī)械、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中應(yīng)用很廣。這些傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用可極大地避免手工設(shè)計(jì)的繁瑣計(jì)算和盲目性,不僅能大幅度提高設(shè)計(jì)效率,大大加速傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)流程,而且可以對結(jié)果進(jìn)行精確的計(jì)算,能基于其高可靠性直接分析判斷創(chuàng)新結(jié)果的可行性,并基于此而做優(yōu)化設(shè)計(jì),從而做到設(shè)計(jì)者對于所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)心中有數(shù)。這些軟件主要功能有:完善的傳動(dòng)件建模功能,多種分析與優(yōu)化功能(包括系統(tǒng)級的、零部件級別的),具有傳動(dòng)系統(tǒng)整體的振動(dòng)噪聲分析(NVH),有的具有齒輪制造模擬和分析功能。

4結(jié)語

隨著我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化全程全面發(fā)展的不斷推進(jìn),各種農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的需求越來越強(qiáng)勁,應(yīng)用功能越來越多樣化,勢必機(jī)械結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜。為了加快各種農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備的開發(fā)速度采用專業(yè)的設(shè)計(jì)軟件勢在必行,這將有助于提高農(nóng)機(jī)產(chǎn)品開發(fā)的首次成功率,提高農(nóng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平。

參考文獻(xiàn)

[1]邱宣懷等.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].(第三版).北京:高等教育出版社,1992.

[2]馬瑞伍,郭永.國內(nèi)外齒輪設(shè)計(jì)軟件功能概述[A].2012全國小模數(shù)齒輪技術(shù)研討會(huì)論文集[C].2012:23-29

作者:張燕剛 單位:常州漢森機(jī)械有限公司

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