建立残膜机三维模型并运用ansys进行强度分析及参数优化毕业论文(编辑修改稿)

建立残膜机三维模型并运用ansys进行强度分析及参数优化毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

疆农垦总局研制的这种机型，作业幅宽5m，前后双排弹齿 100根，由小四轮拖拉机悬挂作业，用于播种前对土层内的残膜回收。 它只能回收大块残膜，对碎膜则无能为力。 ② SMJ2型地膜回机： 工作时先切断作物粗根，松动地膜，四组搂齿盘将棉秆和地膜搂集成条后，用特制的大耙将集成条的残膜人工搂成堆，再装车拉出地外。 ③ JM1型废膜回收机： 适用于中耕与揭膜联合作业，是一种收卷式工作机械。 当棉花 株高超过 500mm时，枝冠封垅会导致其作业速度大大降低。 另外，它还要求铺膜机作业时在种行处打两排孔，揭膜时又常不能沿孔将膜揭开，影响回收效果。 ④ IMS800型滚筒式收膜机 [8]: 由山西省农机研究所和山阴县农机局研制，主要用于大根茬地 (如玉米地 )残膜的回收。 该机动力消耗大，残膜回收率低。 这些机具存在的主要问题是不能有效地将小块碎膜回收，回收效果差。 有的机具结构复杂，工作可靠性差，也有的需要过多的辅助人工，劳动效率低。 以色列的 JM1型的收卷式回收机。 该机工作时，液压马达驱动收卷工作部件，同时控翩收卷部件的转速与拖拉机行进速度相适应。 一个作业行程可同时回收四幅地膜；但这一机型不能用于回收作物收获以后的残膜，尤其是对于我国的农膜偏薄，作物收获后的地膜极易破碎，收卷时容易断裂，影响机器的连续工作，无法得到广泛的应用。 由于残膜在土壤覆盖的时间相对较长而风吹日晒老化较碎、破损大，因此残膜回收是世界各国都面临的一个棘手问题。 英国和前苏联采用悬挂式收膜机工作时松土铲将压膜土耕松，然后将薄膜收卷到羊皮网或金属网上，收下的膜清洗干净卷好备用。 日本对旧农膜的回收处理 相对好一些，主要原因一是日本覆盖地膜新疆大学毕业设计（设 计） 12 的土壤主要是火山灰土，土壤疏松易揭膜；二是地膜较厚强度大、覆盖期相对较短，清除时可保持较大片块；还有一种地膜缝合机铺地膜，不用土压膜以利于收膜，收膜时缠绕扎在地膜两边的绳索将地膜卷起 [9]。 从总体来看欧美及日本，以色列等国家为防止残膜造成的危害、便于回收，一方面推广使用高强度、耐老化地膜；另一方面积极开发研制新型地膜，如可降解地膜残膜，使残膜经一定时期自动分解形成无害物质而混入土壤中；但其价格偏高，目前还不能推广用于大田作物，仅对经济价值较高的蔬菜等作物应用较好。 国内 在研制残膜回收机的同时，也研制出一些新型降解农膜如生物降解膜、光降解膜和双降解膜等但因其成本过高或其它原因均未大面积推广使用。 国内残膜回收技术及机具按照农艺要求和残膜回收的时间分为苗期揭膜机械、秋后回收机械、耕层内清捡机械和播前回收机械，以及利用常规机具改装附加回收残膜装置等类型。 经过十几年的研究我国虽已研制出二十多种残膜回收机并且有几种效果较好，但还没有一种为农民所广泛接受。 相对于传统农机具如犁耙以及播种机等来讲残膜回收机理论上几乎还处于空白，实际机型还处于初步研究探索试验阶段。 从我国已有机型来看苗期揭 膜已取得了一定成果，苗期揭膜只适用于水源较充足地区的部分作物。 而我国北方的大部分地区为干旱少雨区，近年来推广的滴灌管道布置在地膜下面，因此苗期揭膜不可能在我国大面积推广开来使用。 耕层内残膜回收机和播前耕整地残膜回收机虽然结构简单成本低，但残膜回收率不高，只能作为辅助方式辅助残膜回收。 利用常规机具改装回收残膜，成本低但需要的辅助人员过多、回收率低，工作环境恶劣，工作强度大，从长远来看不是残膜回收的长久之计 [10]。 课题来源、研究方法及目的 该课题来源于国家自然科学基金项目资（项目编号： 50375131） （ “ 九五 ”国家重点科技攻关计划项目 ） —— 弧形挑膜齿残膜清理滚筒的运动学原理及工艺结构研究。 该项目由新疆农科院农业机械化研究所、新疆大学机械学院及新疆农业大学三家联合承接。 本课题是在新疆农业科学院农机化研究所研制的 4JSM1800 棉秸杆切碎及残膜回收联合作业机基础上，针对机具的核心部件 —— 滚筒部件进行研究分析，结合对弧形挑膜齿滚筒机构的工作原理及结构的理论分析，利用 ANSYS 软件对凸轮轴及凸轮的强度分析，从而为滚筒结构简化及参数优化提供必要的有利数据。 新疆大学毕业设计（设 计） 13 2 软件介绍 CAD 技术的发展 随着信息技术在个领域的迅速渗透， CAD/CAM/CAE 技术已经得到了广泛的应用，从根本上改变传统的设计、生产、组织模式，对推动现有企业的技术改造、带动整个产业结构的改革、发展新兴技术、促进经济增长都具有十分重要的意义。 计算机辅助设计（ Computer Aided Design，简称 CAD）技术产生于 19 世纪50 年代后期。 CAD 技术是以计算机、外围设备及其系统软件为基础，包括二维绘图设计、三维几何造型设计、有限元分析（ FEA）及优化设计、数控加工编程（ NCP）、仿真模拟及产品数据管理 （ PDM）等内容 ， 是一种 设计人员借助于计算 机 进行设计的方法 [10]。 作为当代杰出的工程技术成就 ,已广泛地应用于工程设计的各个领域。 CAD 在机械制造行业的应用最早，使用也最为广泛。 目前其主要的应用涉及到机械、电子、建筑等工程领域。 世界各大航空、航天及汽车等制造巨头不但广泛采用 CAD/CAM/CAE 技术进行产品设计，而且投入大量的人力、物力及资金进行CAD/CAM/CAE软件的开发，以保持自己在技术上的领先地位和国际市场上的优势。 CAD 技术 将人的创造能力和计算机的高速运算能力，巨大存储能力和逻辑判断能力很好地结合起来。 在 机械 设计中， 许多繁重的工作，例如非常复杂的数学和力学计算，多种设计方案的提出、综合分析比较与优化，工程图样及生产管理信息的输出等，均可由计算机完成。 设计人员则可对计算、处理的中间结果作出判断、修改，以便更有效地完成设计工作。 计算机辅助设计能极大地提高设计质量，减轻设计人员的劳动，缩短设计周期，降低产品成本，为开发新产品和新工艺创造了有利条件。 目前，在我国正受到企业的欢迎和重视，逐步获得推广应用。 大幅度地提高了产品的设计效率和质量 ,将设计人员的精力从繁琐的绘图 ,查手册等重复性劳动中解放出来 ,成为现代工业中必不可少的主要技 术手段。 从 60 年代的二维平面图形设计开始 ,CAD 经历了 70 年代的交互式图形技术、三维线框系统及绘图系统 ,80 年代的三维实体造型、自由曲面设计、有限元分析、机构及机器人分析和仿真 ,90 年代的参数化设计、特征造型、 CNC 代码生成及刀具轨迹仿真等发展过程 [11]。 随着 Pentium 芯片和 Windows NT 操作系统的出现并流行，以前只能运行在工作站上的 CAD/CAM 软件现在也可以运行在微机上。 微机平台为普及 CAD 应用创造了绝好的条件。 Pentium 处理器和 NT 环境已经或者正在成为 CAD/CAM 软件运行和应用的主 流平台。 在 2D 市场上占绝对优势的是Autodesk 公司的 AutoCAD 软件。 3D市场的主流 软件 Unigraphics、 Pro/Engineer、AutoCAD、 Solid Edge、 SolidWorks、 IDEAS 及 CimatronCAD 等。 CAD 发展趋势 标准化 ： CAD 软件一般应集成在一个异构的工作平台之上，只有依靠标准化技术才能解决 CAD 系统支持异构跨平台的环境问题。 目前，除了 CAD 支撑软件逐新疆大学毕业设计（设 计） 14 步实现 ISO 标准和工业标准外，面向应用的标准零部件库、标准化设计方法已成为 CAD 系统中的必备内容 ，且向 合理化工程设计的应用方向发展。 开放性 ： CAD 系统目前广泛建立在开放式操作系统视窗 95/98/20xx/NT 和UNIX 平台上，为最终用户提供二次开发环境，甚至这类环境可开发其内核源码，使用户可定制自己的 CAD 系统。 集成化 ： CAD 技术的集成化将体现在三个层次上 ∶ 其一是广义 CAD 功能，CAD/CAE/CAPP/CAM/CAQ/PDM/ERP 经过多种集成形式，成为企业一体化解决方案。 新产品设计能力与现代企业管理能力的集成，将成为企业信息化的重点；其二是将 CAD 技术采用的算法，甚至功能模块或系统， 做成专用芯片，以提高 CAD 系统的使用效率；其三是 CAD 基於计算机网络环境实现异地、异构系统在企业间的集成。 应运而生的虚拟设计、虚拟制造、虚拟企业就是该集成层次上的应用。 例如，在美国通用汽车公司的生产过程，大量的零部件生产、装配都通过 “ 虚拟工厂 ” 、“ 动态企业联盟 ” 的方式完成，本企业只负责产品总体设计和生产少数零部件，并最终完成产品的装配。 智能化 ： 设计是一个含有高度智能的人类创造性活动领域，智能 CAD 是 CAD发展的必然方向。 从人类认识和思维的模型来看，现有的人工智能技术模拟人类的思维活动明显不足。 因此，智 能 CAD 不仅是简单地将现有的智能技术与 CAD 技术相结合，更重要的是深入研究人类设计的思维模型，最终用信息技术来表达和模拟它，才会产生高效的 CAD 系统，为人工智能领域提供新的理论和方法。 CAD的这个发展趋势，将对信息科学的发展产生深刻的影响。 虚拟现实 (VR)与 CAD 集成 ： VR 技术在 CAD 中的应用面很广，首先可以进行各类具有沉浸感的可视化模拟，用以验证设计的正确性和可行性 [11]。 例如用这种模拟技术进行设计分析，可以清楚地看到物体的变形过程和应力分布情况。 其次它还可以在设计阶段模拟产品装配过程，检查所用零 部件是否合适和正确。 在概念设计阶段，它可用於方案优化。 特别是利用 VR的交互能力，支援概念设计中的人机工程学，检验操作时是否舒适、方便，这对摩托车、汽车、飞机等的设计作用尤其显著，在协同设计中，利用 VR 技术，设计群体可直接对所设计的产品进行交互。 更加逼真地感知到正在和自己交互的 ?体成员的存在和相互间的活动。 尽管 VR 技术在 CAD 中的应用前景诱人，不过离广泛推广应用还有一定距离。 随着 Inter/Intra 网络和并行、高性能计算及事务处理的普及，虚拟设计及实时仿真也得到广泛应用。 设计人员在虚拟世界中 创造新产品，可以从人机工程学角度检查设计效果、设计人员可直接参与操作模拟，移动部件和进行各种试验，以确保设计的准确性，这种技术的特点是：及早看到新产品的外形，以便从多方面观察和评审所设计的产品；可以使用不同的虚拟工具来扭曲、挤压和拉伸物体；可以虚拟地切削或挤压材料，无需耗费材料或占用宝贵的加工设备；及早发现产品结构空间布局中的干涉和运动机构的碰撞等问题；直接观察数控加工中刀具的运动轨迹是否正确。 新疆大学毕业设计（设 计） 15 ANSYS 的发展历史 ANSYS 公司成立于 1970 年，是由美国匹兹堡大学的 John Swanson 博士创建的，其总部位于美国宾夕法尼亚洲的匹兹堡，目前是世界 CAE 行业最大的公司。 30 余年来， ANSYS 公司一直致力于设计软件的开发，不断吸取新的计算方法和计算技术，领导着世界有限元技术的发展 [12]。 ANSYS可以与多种先进的 CAD（如 Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－ DEAS, AutoCAD）软件共享数据，利用 ANSYS 的数据，利用 ANSYS 的数据接口，可以精确地将在 CAD 系统下生成的几何数据传输到 ANSYS，并通过必要的修补可以精确地在该模型上划分网格并进行求解，这样 就可以节省用户在创建模型的过程中所花费的大量时间，使用户的工作效率大幅度提高。 ANSYS 软件概述 ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。 由世界上最大的有限元分析软件公司之 一的美国 ANSYS 开发，它能与多数 CAD 软件接口，实现数据的共享和交换，如 Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－ DEAS, AutoCAD 等 [13]， 是现代产品设计中的高级 CAD 工具之一。 软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。 前 处理模块提供了一个强 大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线 性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度 分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明 显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出 [13]。 软件提供了 100 种以上的单元类型 ，用 来模拟工程中的各种结构和材料。 该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如 PC， SGI， HP， SUN， DEC， IBM， CRAY 等。 目前版本为 版，其微机版本要求的操作系统为 Windows 95 或 Windows NT,也可运行于 UNIX 系统下。 微机版的基本硬件要求为：显示分辨率为1024768 ，显示内存为 2M 以上，硬盘大于 350 M，推荐使用 17英寸显示器。 ANSYS 软件的模块介绍 前处理模块 PREP7： 双击实用菜单中的 “Preprocess or” ，进入 ANSYS 的前处理模块。 这个模块主要有两部分内容：实体建模和网格。