机械毕业设计开题报告模板（精选8篇）

　　作为机械设计专业的同学，我们要学会书写自己专业的开题报告。以下是小编为大家整理好的机械毕业设计开题报告模板，欢迎大家阅读参考！

　　1.设计(或研究)的依据与意义

　　十字轴是汽车万向节上的重要零件，规格品种多，需求量大。目前，国内大多采用开式模锻和胎模锻工艺生产，其工艺过程为：制坯→模锻→切边。生产的锻件飞边大，锻件加工余量和尺寸公差大，因而材料利用率低;而且工艺环节多，锻件质量差，生产效率低。

　　相比之下，十字轴冷挤压成形的具有以下优点：

　　1、提高劳动生产率。用冷挤压成形工艺代替切削加工制造机械零件，能使生产率大大提高。

　　2、制件可获得理想的表面粗糙度和尺寸精度。冷挤压十字轴类零件的精度可达ITg---IT8级，表面粗糙度可达Ra O.2～1.6。因此，用冷挤压成形的十字轴类零件一般很少再切削加工，只需在要求特别高之处进行精磨。

　　3、提高零件的力学性能。冷挤压后金属的冷加工硬化，以及在零件内部形成合理的纤维流线分布，使零件的强度高于原材料的强度。

　　4、降低零件成本。冷挤压成形是利用金属的塑性变形制成所需形状的零件，因而能大量减少切削加工，提高材料的利用率，从而使零件成本大大降低。

　　2.国内外同类设计(或同类研究)的概况综述

　　利用切削加工方法加工十字轴类零件，生产工序多，效率低，材料浪费严重，并且切削加工会破坏零件的金属流线结构。目前国内大多采用热模锻方式成形十字轴类零件，加热时产生氧化、脱碳等缺陷，必然会造成能源的浪费，并且后续的机加工不但浪费大量材料，产品的内在和外观质量并不理想。

　　采用闭式无飞边挤压工艺生产十字轴，锻件无飞边，可显着降低生产成本，提高产品质量和生产效率：

　　(1)不仅能节省飞边的金属消耗，还能大大减小或消除敷料，可以节约材料30﹪;由于锻件精化减少了切削加工量，电力消耗可降低30﹪;

　　(2)锻件质量显着提高，十字轴正交性好、组织致密、流线分布合理、纤维不被切断，扭转疲劳寿命指标平均提高2~3倍;

　　(3)由于一次性挤压成型，生产率提高25%。

　　数值模拟技术是CAE的关键技术。通过建立相应的'数学模型，可以在昂贵费时的模具或附具制造之前，在计算机中对工艺的全过程进行分析，不仅可以通过图形、数据等方法直观地得到诸如温度、应力、载荷等各种信息，而且可预测存在的缺陷;通过工艺参数对不同方案的对比中总结出规律，进而实现工艺的优化。数值模拟技术在保证工件质量、减少材料消耗、提高生产效率、缩短试制周期等方面显示出无可比拟的优越性。

　　目前，用于体积成形工艺模拟的商业软件已有“Deform”、“Autoforge”等软件打入中国市场。其中，DEFORM软件是一套基于有限元的工艺仿真系统，用于分析金属成形及其相关工业的各种成形工艺和热处理工艺。DEFORM无需试模就能预测工业实际生产中的金属流动情况，是降低制造成本，缩短研发周期高效而实用的工具。二十多年来的工业实践清楚地证明了基于有限元法DEFORM有着卓越的准确性和稳定性，模拟引擎在大金属流动，行程载荷和产品缺陷预测等方面同实际生产相符保持着令人叹为观止的精度。

　　3.课题设计(或研究)的内容

　　1)完成十字轴径向挤压工艺分析，完成模具总装图及零件图设计。

　　2)建立十字轴径向挤压成形模具的三维模型。

　　3)十字轴径向挤压成形过程数值模拟。

　　4)相关英文资料翻译。

　　4.设计(或研究)方法

　　1)完成十字轴径向挤压成形工艺分析，绘制模具总装图及零件图。

　　2)建立十字轴径向挤压成形模具的三维模型。

　　3)完成十字轴径向挤压成形过程数值模拟。

　　4)查阅20篇以上与课题相关的文献。

　　5)完成12000字的论文。

　　6)翻译10000个以上英文印刷符号。

　　5.实施计划

　　04-06周：文献检索，开题报告。

　　07-10周：进行工艺分析、绘制模具二维图及模具三维模型设计。

　　11-13周：进行数值模拟。

　　14-16周：撰写毕业论文。

　　17周：进行答辩。

　　一、本课题研究现状、研究目及意义

　　1.研究现状：

　　目前，国内对水果分级装备的研究起步较晚，商品化的水果品质检测分级设备比较少；但是，随着机器视觉技术的发展，有越来越多的学者开始对苹果、柑橘、黄桃等水果的品质特征进行研究，并研制了部分水果检测分级装备。由于国内相关技术的不成熟，现有的检测分级装置检测研究对象多为苹果、芒果、猕猴桃、柑橘等小型水果，而目前针对哈密瓜的分级研究基本上处在理论层面，还没有应用到实际生产中，仍需要进行继续深入的研究。目前，哈密瓜的市场需求量在逐年增加，因此迫切需要一种针对哈密瓜大小分级的设备及技术解决当前的问题。

　　2.研究目的与意义：

　　哈密瓜是新疆地区的名优特产，素有“瓜中之王”的美称，含糖量高，奇香袭人，不仅香甜可口，而且营养成分十分丰富，被誉为“水果皇后”.然而，目前哈密瓜采摘后的检测方式主要采用人工分拣方法，效率低下，随意性大，往往带有人的主观因素，造成分选不规范，分选精度低；同时分拣时间长，水果腐烂变质及客户等待时间较长等问题突出，造成资源和时间的双重浪费，致使经济效益下降，最终影响了哈密瓜在市场上的竞争力。因此，对哈密瓜进行自动化分级显得尤为重要。

　　本研究针对目前新疆哈密瓜主要依靠人工在田间地头进行分级的现状，设计了一种翻转式哈密瓜分级装置。

　　二、本课题研究内容

　　1总体设计

　　1.1总体结构

　　本装置包括机架、进料口、卸料口、传送系统、承载水果装置、控制系统和分级执行装置。传送系统包含电动机、同步皮带、主动链轮、从动链轮和链条输送带；控制系统包含对射式激光传感器、传感器支撑架、三菱PLC和PLC支撑架；分级执行装置包含分级执行装置支撑架、支撑轴、调速电机、凸轮和棘轮。

　　1.2工作原理

　　工作时，电动机带动传送系统工作，传送系统带动承载水果装置工作，哈密瓜由进料口进入承载水果装置。当承载水果装置通过对射式激光传感器区域时，哈密瓜触发对射式激光传感器，按照所触发的对射式激光传感器的对数将哈密瓜分为大、中、小3个等级；对射式激光传感器将信号传给三菱PLC,通过预先设置好的程序使三菱PLC控制相应的调速电机转动，调速电机控制凸轮转动；凸轮通过转动使相应的水果托盘翻转，进而使哈密瓜进入相应的卸料口，实现哈密瓜的分级；拉伸弹簧拉动水果托盘回到初始位置，凸轮继续转动至初始位置后通过与棘轮作用停止转动，等待下一次转动。

　　2哈密瓜承载装置设计

　　2.1材料与方法

　　本次试验材料选用品种为“金皇后（欣源蜜6号）”的成熟哈密瓜样本，样本个数为100个，产地为新疆兵团农六师103团哈密瓜种植基地。根据当地瓜农的经验和哈密瓜的全生育期（85~110天左右），在哈密瓜成熟期对此种哈密瓜进行两批次采收，每次均采收50个，且采收时间间隔不能超过3天，共得到100组有效试验数据。

　　2.2水果托盘曲线确定

　　通过对哈密瓜球度的计算，可以看出“金皇后（欣源蜜6号）”品种哈密瓜形状规则，接近于球形，因此需要设计一种类球形的水果托盘。选取哈密瓜理论平均纵径做为椭圆的长轴r1,哈密瓜理论平均横径做为椭圆的短轴r2,并选定用于设计水果托盘的.曲线。

　　2.3承载水果装置设计

　　承载水果装置由转动轴、减震弹簧、水果托盘支撑座、水果托盘缓冲垫、装置支撑座、拉伸弹簧和水果托盘组成。其中，装置支撑座与链条长销轴相联，减震弹簧固定在水果托盘支撑座和装置支撑座之间；水果托盘通过转动轴与水果托盘支撑座联接，其缓冲垫固定在水果托盘支撑座上，拉伸弹簧用于联接水果托盘和水果托盘支撑座。承载水果装置是哈密瓜分级装置中的关键部件，该装置中水果托盘的主要作用是实现哈密瓜承载传送和翻转；减震弹簧和水果托盘缓冲垫主要作用是当哈密瓜由进料口传送至水果托盘时实现减震和缓冲，避免哈密瓜出现损伤；拉伸弹簧的主要作用是当水果托盘翻转后将水果托盘拉回原位置。

　　3分级系统设计

　　3.1分级执行装置设计

　　分级执行装置由凸轮、棘轮、支撑轴和调速电机组成。其中，支撑轴固定在分级执行装置支撑架上，棘轮固定在支撑轴上，凸轮绕支撑轴转动。通过固定在分级执行装置支撑架上的调速电机带动凸轮绕支撑轴转动，凸轮在转动过程中通过与水果托盘作用，驱动水果托盘翻转，进而使哈密瓜翻转并实现哈密瓜的分级；凸轮每次工作后都回到初始位置，通过与棘轮的作用实现凸轮静止。

　　3.2分级控制系统工作原理

　　分级控制系统由多对对射式光电传感器、三菱PLC和调速电机组成。首先，通过试验获取哈密瓜相关数据建立哈密瓜质量-纵径数学模型，根据所建立的数学模型确定对射式光电传感器的安装位置，并确定哈密瓜经过传感器时触发传感器个数与哈密瓜质量的关系；然后，PLC通过获取传感器被触发个数的信息间接获取哈密瓜的等级信息，并根据间接获取的哈密瓜等级信息控制相应的调速电机转动；调速电机控制凸轮旋转并驱动水果托盘翻转，最后完成哈密瓜的分级。

　　三、实施方案：

　　1哈密瓜表面清理及编号。对所采收的哈密瓜使用干毛巾进行表面清洗，用小刀切除果梗，并对哈密瓜进行编号，将编号为1~100的记号纸贴在哈密瓜果梗处。

　　2哈密瓜外形尺寸测量。对已经编号的哈密瓜样本，使用高度划线游标卡尺测量哈密瓜样本纵向长轴的长度a、横向短轴的两个长度b和c.其中，短轴的两个长度b、c测量方式是短轴处相互垂直的两个位置进行测量，通过公式求出哈密瓜的球度.在测量哈密瓜纵径时需要人工将哈密瓜竖立，由于竖立过程人工参与，可能存在一定的偏差，故此处均采取多次测量取平均值的方法。每个哈密瓜样本的尺寸数据测量3次并详细记录每次所测量的数据，将每个哈密瓜样本的3组试验数据取平均值作为哈密瓜的尺寸数据，并最终以100个哈密瓜的平均横纵经值做为哈密瓜的理论横纵经值。

　　四、进度安排：

　　第1-4周实习调研、收集资料；

　　第5周完成开题报告；

　　第6-7周完成总体方案设计；

　　第8-11周完成机械结构、驱动系统、控制系统设计计算；

　　第12-15周绘制装配机总装配图、零件图；并绘制驱动系统原理图、控制系统原理图；

　　第16周整理文档图纸完成毕业设计说明书；

　　第17周校对所有设计内容参加毕业设计论文答辩。

　　五、已查阅主要参考文献

　　[1]朱培逸,王引佳,高珏,等.基于PLC和组态王的水果品质分级系统设计[J].农机化研究,-106.

　　[2]张俊雄,荀一,李伟,等.基于计算机视觉的柑橘自动化分级[J].江苏大学学报:自然科学版,-103.

　　[3]安爱琴,余泽通,王宏强.基于机器视觉的苹果大小自动分级方法[J].农机化研究,-166.

　　[4]刘燕德,吴明明,孙旭东,等.黄桃表面缺陷和可溶性固形物光谱同时在线检测[J].农业工程学报.

　　[5]王运祥,马本学,贾艳婷,等.采用夹持果梗方法的水果检测分级机设计[J].食品与机械,-110.

　　[6]葛纪帅,赵春江,黄文倩,等.基于智能称重的水果分级生产线设计[J].农机化研究,-130.

　　[7]吴晓强,黄云战,赵永杰.基于运动控制器的苹果质量分级系统[J].食品与机械,-116.

　　[8]李晶,张东兴,刘宝.苹果分级机输送与翻转机构设计[J].农业机械学报,-161.

　　1、 目的及意义(含国内外的研究现状分析)

　　本人毕业设计的课题是”钢坯喷号机行走部件及总体设计”,并和我的一个同学(他课题是“钢坯喷号机喷号部件设计”)一起努力共同完成钢坯喷号机的设计。我们的目的是设计一种价格相对便宜，工作性能可靠的钢坯喷号机来取代用人工方法在钢坯上写编号。

　　对钢坯喷号是钢铁制造业必然需要存在的一个环节，这是为了实现质量管理和质量追踪。我们把生产钢坯对应的连铸机号、炉座号、炉号、流序号以及表示钢坯生产时间的时间编号共同组成每块钢坯的唯一编号，适当的写在钢坯的表面。这样就在钢铁厂的后续检验或在客户使用过程中，如果发现钢坯的质量有问题，就可以根据这个编号来追踪到生产这个钢坯的连铸机、炉座、炉号、流序及时间等重要信息，及早的发现并解决生产设备中存在的问题。

　　目前，在国外像日本、美国等一些发达国家已经实现了对钢坯的自动编号，虽然其辅助设备较多，价格较贵，但大大提高生产的自动化进程和效率。并且钢坯喷号机具有设备利用率高、位置精度高、可控制性能好等优点。而在国内，除了少数的几家大型钢铁企业(宝钢、鞍钢等)引进了自动钢坯喷号机，大部分的钢铁企业仍然处在人工编号的阶段。

　　实现钢坯喷号的机械化和自动化是提高生产效率和降低生产成本的重要途径之一，钢坯喷号机无论在国内还是国外都会有很大的市场。一方面因为人工的工艺流程不但浪费了大量的能量，而且打断了生产的自动化进程，从而致使生产效率降低，生产成本增加。另一方面由于生产钢坯的车间温度很高，有强烈的热辐射，同时还有大量的水蒸气和粉尘，因此对其中进行人工编号的工人的劳动强度非常大，并且对身体是一种摧残，容易得职业病。所以无论从那个方面看都急需一种价格相对便宜，工作性能可靠的钢坯喷号机来代替人工编号。

　　作为一个大学生，毕业设计对我来说是展示我大学四年学习成果的一个机会，也是对我的综合能力的一个考验。我本人对“钢坯喷号机行走部件及总体设计”的课题也非常感兴趣，我一定会努力完成这次毕业设计的。总的来说，钢坯喷号机对于钢铁厂和这次毕业设计对于我都是具有现实意义的`。

　　2、基本内容和技术方案

　　本课题是基于机械设计与电子控制结合的技术来设计钢坯喷号机。经连连轧的钢坯规格为160mm*200mm的方形钢坯，用切割机割成定长，由300mm宽的输出通道送出。

　　1.基本内容

　　先拟定钢坯喷号机的总体方案，然后确定钢坯喷号机行走部件的传动方案及结构参数，最后画出钢坯喷号机行走部件的装配图以及零件图。

　　2.系统技术方案

　　(1)工作过程：启动机器PLC控制步进电机带动钢坯喷号机到相应的位置，按下启动键发送控制信号传到控制部件(PLC)，控制部件发出控制命令给执行部件(主要是行走部件及喷号部件，行走部件带动喷头靠近钢坯表面，然后喷头进行喷号)，喷号完成后喷头上升并清洗号码牌。再次移动喷号到下一个钢坯处。

　　(2)要求实现的功能：行走部件功能(喷号机整体左右的移动，喷号部件的上下前后移动，喷头的左右移动)、喷号部件功能(喷头喷号，清洗号码牌，号码牌的更换)。其中号码为(0—9)十个数字，号码可以变化更换。每个号码大小为35mm*15mm，号码间距为5mm。

　　(3)实现方案：

　　行走功能的实现：由于在钢坯上喷号并不需要很精确的定位，所以采用人工控制步进电机的方式移动整体喷号机来粗调。采用液压缸提供动力来推动喷号部件，并采用行程开关控制电机来实现喷号部件上下移动，下行程开关可以控制喷号部件与钢坯表面之间的间距和发出信号使喷头开始喷涂料并向右移动。采用液压缸推动，滚轮在导架上滚动的方式实现喷好机构的前后移动，并采用行程开关控制电机来实现喷头的左右移动，右行程开关可以控制喷头停止喷涂料并回到初始位置和喷号部件向上移动。

　　喷号功能的具体实现方案由和我一组的同学确定。

　　3、进度安排

　　3-4周 认真阅读和学习有关资料和知识，并翻译英文文献

　　5-7周 钢坯喷号机行走部件的传动方案及总体设计

　　8-9周 确定钢坯喷号机行走部件结果参数

　　10-13周 完成钢坯喷号机行走部件装配图及零件工作图

　　14-15周 准备并进行毕业答辩

　　论文题目：左接头锻造工艺分析与模具设计

　　一、选题意义:

　　1、理论意义:(1)学习模具设计的一般方法，了解和掌握常用模具整体设计、零部件的设计过程和计算方法，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，特别是总体设计和计算的能力。

　　(2)综合运用热锻模课程和其它有关选修课程的理论及生产实践的知识去分析和解决模具设计问题，并使所学专业知识得到进一步巩固和深化.

　　(3)通过计算和绘图，学会运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养模具设计的基本技能

　　(4)可以掌握锻造工艺，熟悉各种锻造各种锻造设备，熟悉掌握计算机操作以及了解DEFORM软件的应用，并具有机械设计及制造等综合知识.

　　2、现实意义:随着科学技术的不断进步和工业生产的迅速发展，许多新技术，新工艺，新设备，新材料不断涌现，进一步提高锻件的性能指标;同时缩短了生产周期，降低了成本，使之在竞争中处于优势地位。

　　锻造是一种借助工具或模具在冲击作用下加工金属机械零件或零件毛坯的方法。锻件的最大优势是韧性高、纤维组织合理，件与件之间性能变化小;锻件内部质量与加工历史有关，不会被任何一种金属加工工艺超过。

　　锻件的优势是由于金属材料通过塑性变形后，消除了内部缺陷，如锻(焊)合空洞，压实疏松，打碎碳化物，非金属夹杂并使之沿变形方向分布，改善或消除成分偏析等，得到了均匀、细小的低倍和高倍组织。而铸造工艺得到的锻件，尽管能获得较准确的尺寸和比锻件更为复杂的形状，但难以消除疏松、空洞、成分偏析、非金属夹杂等缺陷;机械加工方法获得的零件，尺寸精度较高，表面光滑，但金属内部流线往往被切断，容易造成应力腐蚀，承载拉压交变应力的能力较差。

　　这几年，我国火车不断提速，动车、高铁相继投入运营，这也代表着以后的发展方向，这要求我们必须保证火车导轨的安全可靠行，为保证高速列车运行的平稳性和旅客的舒适性，高速铁路的平顺性是很重要的指标，国外高速铁路采用断面尺寸公差和平直度要求很高的长定尺钢轨并焊接成超长无缝线路。接头作为连接导轨的关键部件起着至关重要的作用。

　　模具制造技术现代化是模具工业发展的'基础，性能良好的锻造设备是提高锻造生产技术水平的基本条件，高精度、高寿命、高效率的锻模模需要高精度高自动化的锻造设备相匹配。为了满足大批量高速生产的需要，目前锻造设备也由单工位、单功能、低速压力机朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展，加之机械手乃至机器人的大量使用，使锻造生产效率得到大幅度的提高，各式各样的锻造自动线和高速自动压力机纷纷投入使用。

　　二、课题关键问题及难点

　　本课题以锻造工序的数目确定、预成形设计为重点，对比不同形状预制坯的成形过程，给出了合理的制坯工序布排和设计，实现了一火锻造同时，开发了封闭飞边闭式锻造预锻工序，提高了材料利用率。最后，对锻造过程进行了三维有限元模拟，在40MN热模锻压力机上进行了试验和试生产，模拟和试验结果证明锻造设计符合生产要求。该锻件形状复杂，材料分布非常不均匀，其锻造工序编排和模具设计难度更大。

　　本课题的难点在于应用三维绘图软件和deform软件对其进行应力应变分析，通过软件规范初设数据并反复进行修改，直到得到最优的设计方案。

　　三、调研报告(或文献综述)

　　我国的经济体制发生了根本的变化，由过去的计划经济过度到现在的市场经济。锻压生产虽然生产效率高，节约原材料和机械加工工时;但生产周期较长，成本较高，处于不利的竞争地位铸造、焊接、机械加工豆加入了竞争。锻造生产要跟上当代科学技术的发展，需不断改进技术，采用新工艺、新技术，进一步提高锻件的性能指标;同时要缩短生产周期，降低成本，使之在竞争中处于优势地位。模具的技术水平明显有了提高，一些国产优质模具的性能已接近国外同类产品的先进水平，但由于我国起步晚，许多模具不得不依赖进口，与发达国家相比差距还非常大。

　　当代科学技术的发展对锻压技术本身的完善和发展有着重大的影响，这主要表现在一下几个方面:

　　1. 对机械零件的性能要求更高，现代交通工具如汽车、飞机、机车的速度越来越高，负荷越来越大。出更换强度更高的材料外，研究和开发新的锻造技术.挖掘原有材料的潜力也是一条出路。

　　2 .模具计算辅助设计、制造与分析(CAD/CAM/CAE)的研究和应用将极大地提高模具制造效率，提高模具质量，使模具设计与制造技术实现一体化.

　　3. 模具的标准化、商品化、机械化及专业化自动生产。

　　4. 工艺分析计算的现代化，它将与现代数学、计算机技术联姻，对加工零件进行计算机模拟和有限元分析，达到预测某一工艺方案对零件成形的可能性与成形过程中可能会发生的问题，供设计人员修改和选择。

　　目前锻造业面临的问题大概可以归纳为一下几个方面:

　　1.装备水平低，其主要表现是设备老化、精确度低。

　　2.管理体制亟待理顺，生产厂点过多，力量分散。

　　3.机械制造厂家封闭式经营生产，是产品缺乏竞争力。

　　4.科学研究投入少，接受新技术新工艺迟缓，其结果导致搞科研也搞生产，生产厂家的问题无人去解决。

　　四、参考文献

　　【1】姚泽坤主编.锻造工艺学与模具设计 西北工业大学出版社 2008.6

　　【2】卢秉恒.机械制造技术基础. 北京: 机械工业出版社,1999.8

　　【3】王先奎.机械制造工艺学. 北京:机械工业出版社,2002

　　【4】吴宗泽.机械零件设计手册. 北京:机械工业出版社,2004.4

　　【5】郑家骧.刘永田. 画法几何与机械制图. 内蒙古科技出版社,2002.8

　　【6】锻压手册(设备) 北京:机械工业出版社,2002

　　【7】锻模设计手册 北京:机械工业出版社,1991

　　五、研究内容及确定方案各步骤

　　1、研究内容:

　　(1)模具整体方案设计，包括零件的工艺分析、设计绘制锻件图、模具类型的确定、确定变形工步及中间坯料尺寸，压力中心计算、压力机选择、计算原坯料尺寸的确定等;

　　(2)模具整装配图和模具主要零件的设计;

　　(3)编写设计毕业论文

　　2、基本设计方案

　　本零件是属于大型锻件，首先根据相关尺寸确定其锻造工步，通过计算/r以及H/d的相关数值， 基本步骤设计如下:

　　1、计算毛坯尺寸

　　2、选择成型设备及其参数

　　3、用DEFORM模拟软件进行有限元模拟并分析缺陷并加以改进

　　4、模具工作部分尺寸的计算

　　5、模具的总体设计

　　6、下料

　　7、加热

　　8、弯曲

　　9、预锻

　　10、终锻

　　11、切边

　　六、进度安排

　　第5-6周毕业实习，撰写实习报告

　　第7-8周 写出不少于3000字的文献综述;根据参考文献和课题要求，提出自己拟定的可行方案;

　　第9-10周 写出开题报告，开题;进行总体设计

　　第11-12周 外文文献翻译，完成详细方案设计

　　第13-14周 完成结构优化设计

　　第15-16周 绘制图纸，列出论文编写大纲，设计计算说明书的编写

　　第17周，整理设计资料，进行毕业答辩

　　一、拟选定学位论文的题目名称

　　沥青搅拌楼的楼架结构分析

　　二、选题的科学意义和应用前景

　　选题的科学意义：

　　大型机器的支撑基础，承受着由机器的不平衡扰力引起的振动和机器的自重等，如其振动过大，将会影响机器的加工要求或无法正常运转，甚至损坏机器和影响邻近的设备、仪器和人员的工作和生活，严重的还会危及建筑物的安全。因此动力机器的基础结构分析具有重要的意义。

　　我国对于动力机器基础正式研究起于上世纪七十年代，在八十年代主要编制成了国家标准《动力机器基础设计规范》和《设计手册》，这对于动力机器基础设计和分析提供了重要依据和参考。近年来对于动力机器基础结构的研究，往往集中于对压缩机、压力机、运输机、配料机等机器基础的设计和结构分析。对于工业上应用的更复杂的设备，像由振动筛、搅拌器等多个动力机器组成的大型沥青搅拌楼，对于这种往往由多个动力机器组合的大型设备的楼架问题研究的几乎没有。另一方面研究人员仅仅采用单一理论计算方法计算扰力值，振动幅值等，计算方法和参数的选择并不统一，或考虑不够全面造成结果各不相同或不接近实际。

　　针对以上问题，本文拟考虑多台设备共同作用时的振动合成，如考虑搅拌机的振动扰力和振动筛的扰力，并考虑如风载、静载、动载多种载荷情况下楼架的承载和振动情况。同时在理论计算的基础上，采用有限元分析软件对楼架进行模态分析，获得结构的频率和振型，然后进行分析，根据分析结果优化楼架设计，并再次进行有限元计算，验证改进方案的可行性。

　　选题的应用前景：

　　沥青混凝土搅拌设备是沥青路面机械化施工的关键设备，近20年来，我国公路交通事业发展迅猛，公路机械化施工因此获得巨大进步，特别是对参与高速公路沥青路面工程建设的企业来说，拥有大型沥青混凝土搅拌设备已是市场准入条件之一。而其楼架部分是搅拌楼的重要承载机构，其设计首先必须保证机器的特定工作要求，满足振动和抗振的要求。

　　楼架作为沥青搅拌楼的支撑基础，它在各种工况下承受着巨大的载荷。若局部的应力过高会导致结构被破坏，因此需要对楼架结构刚强度和抗振性及稳定性进行分析，避免楼架的破坏同时合理选择楼架钢材的截面尺寸等，这样可以保证沥青搅拌楼的楼架在满足安全性的前提下节约材料，因此对企业生产经济性具有重大意义。

　　企业中沥青搅拌楼的楼架设计往往利用技术人员的经验设计，即直接采用特定的结构和尺寸进行生产制造。本文的选题来源于企业，是对现有某型号沥青搅拌楼的楼架安全性和经济性进行验算分析或在进一步优化设计，这样可以有效地降低设计成本，更具经济性。

　　选题中由于沥青搅拌楼的楼架高度较高，所以要考虑多种载荷情况下楼架的承载和振动情况。同时采用有限元软件进行分析，更好的展现在工作情况下楼架的实际情况，显现出楼架中的危险部分，可以针对问题对楼架机构进行进一步的改进和完善，优化楼架，为沥青搅拌楼楼架的设计提供有力的依据。这些对于大型复杂设备的支撑基础设计都具有一定的参考意义。

　　三、背景科研项目情况简介

　　此课题来源于工程实际，是以无锡锡通科技集团某沥青搅拌楼设计为背景展开的。其楼架结构分析是搅拌楼设计工作的重要组成部分。此课题的完成将为企业进行各种型号沥青搅拌楼的楼架设计提供重要依据。

　　四、学位论文主要研究内容

　　动力机器基础设计应根据基础本身质量、刚度的分布、设备的质量和刚度、地基的影响、扰力大小和相位等因素，确定安全可靠、适用、经济合理和技术先进的方案。

　　本论文是对企业中已有的楼架安全性与经济性进行分析验算和优化，楼架的结构和选材已定、不进行研究，本论文对于沥青搅拌楼的楼架设计提出必须满足的三个基本要求：

　　(1)具有良好的抗振性;

　　(2)具有足够的刚强度;

　　(3)稳定性要求。

　　只有满足了这三个方面的要求才能保证沥青搅拌楼的正常运行和安全生产。所以在进行沥青搅拌楼的楼架设计时需要进行动力特性分析以及强度和稳定性的计算。最后就楼架可行性与经济性进行验算和优化。

　　1.关于楼架抗振性研究：设计动力机器机架的基本目标是限制其振动幅值和自振频率，以满足机器本身和附近设备、仪器的运转和不影响邻近工作人员和居民的工作和生活。因此本设计中动力计算时首先要确定机器的扰力作用方向和扰力值及其作用点的位置，然后按沥青搅拌设备的扰力性质，采用相应的动力计算公式，计算楼架的'振动幅值、振动频率等，使之不超过允许极限值。

　　2.关于楼架刚强度的研究：要使楼架具有良好的动态性能必须保证它具有足够的静、动态刚度。静态刚度是以满载静力作用下的静位移来表征，动态刚度是指其动态特性，是以其系统的满载自振频率来表征。对刚度的研究本文从这两个方面入手分别计算。强度设计的准则是在机器运转中可能发生的最大载荷的情况下楼架上任何点的应力都不得大于允许应力。强度计算时本文主要进行内力分析、载荷组合、和承载能力的验算。其中内力分析包括动内力、风载以及各种静载荷内力的计算。通过这些分析和计算确保沥青搅拌楼楼架的所有构件在各种可能的载荷工况下都不受到损坏，从而使机组能够安全地运行。此外还需研究楼架在弯扭组合交变应力作用下的疲劳强度问题。

　　3.关于楼架杆件稳定性的研究：对于细长的或薄壁的受压机构及弯-压结构存在失稳问题，失稳对结构会产生很大的破坏，设计时需要校核。本文研究的沥青搅拌楼的楼架由于立柱高度大承受的竖直方向的载荷较大，为避免立柱失稳，需要校核计算。研究时由于楼架受力情况复杂，需要对立柱所受外力简化、近似处理等从而计算出立柱所能承受的临界压力。

　　4.关于楼架安全性与经济性进行验算和优化：将理论计算结果与有限元软件运算的结果进行比较，通过对结果的分析来得出结论或进一步的优化，这也是本文的最终目的。

　　五、预期解决的主要问题

　　问题1：如何进行沥青搅拌楼楼架振动位移的计算问题：

　　以前对机器基础的设计的方法有两自由度法和空间多自由度法，在计算机普及以前只能采用两自由度法。这种方法从基础中逐一抽出单榀横向框架，把它们简化成两自由度的质量、弹簧体系，然后进行动力分析。这种分析忽略了纵向框架的作用，只能求解单品框架的频率、振型和动力响应，其精度和空间框架的实测结果相差较大;对于不能分解成平面框架的复杂结构该方法更无能为力。空间多自由度体系往往更接近实际的几何、物理模型，其精度更高，但空间多自由度法计算复杂，需要求解问题较多。

　　本论文拟采用空间多自由度法计算，但利用空间多自由度进行分析时难点主要是：建立计算模型与动力平衡方程并进一步进行动位移的计算。楼架动力计算时将振动位移分成水平振动位移和竖向振动位移的计算：

　　(1)进行水平振动位移计算时，首先建立模型，方法是采用凝聚质量和忽略转动惯量假定，将所有杆件的质量向两端的质点集中。体系的附加质量也向质点积聚不考虑横梁和楼板的变形进行计算。然后运用达朗贝尔原理建立动力平衡方程，利用公式求出所有的水平自振圆频率和振型，进一步计算各振型的折算质量和载荷，最后求出动位移;

　　(2)进行竖向振动位移计算时，考虑横梁的变形，把单跨梁的铰支座改成弹簧支座，建立模型，建立刚度方程，求出自振频率，最后计算结构动位移。

　　问题2：如何在多种载荷及其组合载荷下进行强度计算的问题：

　　本问题的难度在于涉及的载荷非常多，如工作情况下的动载、设备自重、风载、地震载荷等，应该选取何种情况下的载荷或组合载荷进行强度计算。此外还要研究楼架在弯扭组合交变应力作用下的疲劳强度问题。

　　本文首先将载荷分类：

　　a.永久载荷组合由设备自重、楼架自重组成

　　b.可变载荷由动载荷组成

　　c.偶然组合由风载荷组成。在楼架承载力计算时进行载荷的组合，并取较大值作为控制值：

　　1)基本组合可由永久载荷与可变载荷组合，可变载荷中的各项动力载荷只考虑单向作用;

　　2)偶然组合可由永久载荷，可变载荷及偶然载荷组合。再进行计算时，计算简图按下列规定确定：

　　1)柱和顶板横梁按横向平面刚架计算，当量载荷考虑竖向和横向的作用;

　　2)柱和顶板纵梁按纵向平面刚架计算，当量载荷考虑竖向和纵向的作用。计算纵横梁在水平载荷的作用下产生的弯矩，可近似的假定梁的两端为固定支座来计算。

　　问题3：对楼架进行有限元分析时如何建模及如何进行模态分析的问题：

　　利用有限元可以进行静态分析、刚框架结构的地震响应分析和模态分析。

　　在进行有限元分析时首先需要进行有限元软件的建模，本文在建立沥青搅拌楼楼架的有限元模型时，不能沥青搅拌楼楼架及设备的全部导入ANSYS中进行建模，因为那样可能会导致运算量过大而使软件无法运行，可根据需要，建立楼架的有限元模型，然后选择所采用的有限元单元类型，划分网格，最后对其进行计算分析。采用这样的方法，建立楼架的有限元模型，可以减少运算量，但必须能够分析出楼架所达到的最大变形量。

　　对于模态分析，用于确定设计结构或机器部件的振动特性，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。模态分析的好处：

　　(1)使结构设计避免共振或以特定频率进行振动;

　　(2)使工程师可以认识到结构对于不同类型的动力载荷是如何响应的;

　　(3)有助于在其它动力分析中估算求解控制参数进行模态分析需要清楚模态分析的基本理论。

　　本文进行楼架的模态分析的主要分析思路：首先，进行理论分析计算系统的固有频率，然后在ANSYS中用实体建模的方法建立楼架模型，通过网格划分和加载求解来得到系统的固有频率。最后，将理论计算结果与软件运算的结果进行比较，通过对结果的分析来得出结论。

　　六、开题条件

　　学术条件：本人在经过本科阶段和研究生阶段的学习，掌握了材料力学、结构力学、高等动力学、机械振动、建筑振动理论及有限元分析理论等多方面的知识，这是论文开展的理论基础。然后又参考了相关领域的研究成果和实践状况，为论文的完成有很大的实际意义。同时还有我的导师和同学都将为我的论文提供指导和帮助，这些都是我完成课题的重要保证。

　　设备条件：分析用计算机与软件均具备。

　　七、文献综述

　　20世纪80年代以来，随着有限元法和结构优化设计技术的发展，利用有限元方法分析机架或楼架应力、变形分布等情况，来解决其存在的问题，实现优化设计的目的，已在我国有了应用[1]。本课题利用理论计算与有限元相合的方法对沥青搅拌楼的楼架进行结构分析和优化，解决在实际使用过程中楼架因为强度问题的断裂和振动破坏，在满足抗振性、刚强度的要求下减轻楼架的质量，降低成本。

　　动力机器支撑基础设计一般要求应保证抗振性、刚强度及稳定性。

　　本文正是从这三个方面进行分析进行楼架结构的分析。设计前需要弄清设备的结构和工作原理，文献[2][3]介绍两种沥青搅拌站的基本结构和工作原理。为个人提供了一定的专业知识。由于刚度分析主要考虑变形问题，在进行动力分析时显然要最终求出楼架的最大的振幅，振动频率。

　　对于楼架抗振性的研究：抗振性即动力分析，是本文的难点。在进行动力分析时需要知道沥青搅拌楼的扰力产生来源，及扰力的作用方向和作用点的位置，然后本文在进行楼架的动位移计算时采用了空间多自由度法计算。空间多自由度体系往往更接近实际的几何、物理模型，其精度更高，应用也越来越广泛。

　　课题名称：MK2110数控磨床模拟与床身优化设计

　　课题背景：(标题按小四黑体)

　　随着全球经济一体化的形成，整个机床行业的市场竞争必将愈演愈烈。目前，国内机床产品的技术水平还相对落后，就设计方法而言，尚处于经验、静态和类比的传统设计阶段，对动力学模拟和结构动态特性考虑得不多，动态优化软件使用率也相对较低。新产品开发缺少结构动力学建模和优化的动态设计方法，就很难提高机床质量和生产效率【1】。中国的机床制造行业的形势将变得更为严峻，将面临更为强大的竞争对手，如果我们的机床制造企业还没有先进的设计制造手段作为技术支撑，仍然抱着传统的设计方法不放，那么靠什么与对手竞争?如何在国外高档机床大举进攻中国市场的严峻形势下，保留住中国机床原有的半壁江山?然而可喜的是，国内己有许多制造企业和科研院所认识到了这一点，高档机床的设计制造是战略行业，中国不能在这种行业上受制于人，必须加快先进动态设计技术向具体产品开发的应用转移。东南大学、天津大学和昆明理工大学等高校在这方面己进行了研究，取得了一定的成果【2】。为此，本毕业设计以MK2110数控磨床的数学模型为基础，着重对磨床的动力学和床身的结构优化设计进行了细致的研究。(小四宋体)

　　课题内容：

　　1.提出：对于高速磨床来说，磨削精度是影响磨削质量的关键因数，而电主轴芯在磨削过程中的运动变形又是影响磨削精度(如表面磨削波纹等)的重要因素。用传统的刚性体来模拟电主轴芯的运动难以精确地模拟实际工况下变形情况，若不考虑柔性体的影响，将会存在很大的误差。所以，有必要用柔性体代替刚性体对电主轴芯进行动力学。磨床床身是磨床的重要基础件，起着支撑工件、工作台、床头箱和内圆磨削装置关键部件的作用。它的动态特性和静态特性直接影响磨床的加工精度和工件的表面粗糙度，关系到磨床是否能安全可靠的工作及整机的使用寿命。因此有必要了解床身结构本身具有的刚度特性和动态特性，对其进行优化设计，以提高磨床整体的动静态性能。

　　2.解决方法：虚拟样机技术是在设计阶段就对设计的产品进行性能测试，从而使生产出来的产品最大可能的满足设计目标。通过运用ADAMS软件对刚性体和柔性体模型整体进行动力学仿真【3】。运用有限元ANSYS软件对床身进行静刚度分析和模态分析，通过改变床身内部筋板布局对其进行结构优化。有限元(Finite Element Analysis)的核心思想是结构的离散化，就是将实际结构假想地离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析【4】。

　　3.设计内容：针对该磨床进行力学分析，应用动力学分析软件ADAMS进行工作状态下运动学与动力学模拟分析，并应用有限元软件ANSYS进行静刚度分析、模态分析和结构优化。其中静刚度分析主要是研究磨床床身在固定载荷的作用下的变形及应力状况，这对掌握机床的机械特性大有帮助;其次，床身结构的动态特性是影响磨床产品性能的关键因素之一，而研究其动态特性的方法主要是进行模态分析，主要内容是确定磨床床身的震动特性既固有频率和主振型，它们是承受动载荷的重要参数;最后是通过改变磨床床身内部筋板布局，分析各布局的动静态特性，进行结构优化。

　　课题意义：

　　建立一个真正反映结构系统动态特性的磨床动力学模型，仅仅是进行结构动态优化设计的先决条件，而不是最终的目的。动态设计的最终目的，是利用系统的动力学模型以期获得一个具有良好的静、动态性能机床结构产品设计方案。通过对磨床进行力学分析，应用动力学分析软件ADAMS进行工作状态下运动学与动力学模拟分析，通过虚拟试验和测试，在产品开发阶段就可以帮助设计者发现设计缺陷，并提出改进方案。应用有限元分析ANSYS，对床身进行静力学分析和模态分析，可以通过变形云图，查看结构的薄弱环节以及结构固有频率，通过对薄弱环节的分析，提出解决方案，优化结构。

　　文献综述

　　国内外研究现状：

　　目前，磨床的动特性分析主要以有限元法为主，随着计算机技术的发展，普遍采用通用的工程有限元软件进行建模、优化与仿真计算，所建的模型由试验数据进行修正。我国机床工业至今仍与国外存在着技术上的差距，不少国外机床在样本中标明他们的床身、立柱等基础件经过了有限元分析，因而具有优异的动、静刚度、热变形等性能，但我国的机床样本中做的很少。不过我国高校、研究所等单位已经拥有了这方面的技术资源。

　　美国Catholic大学GBiabchi等进行了机床的动态设计与控制相结合的研究【5】，Michigan大学的T.Jiang和M.Chiredast在应用有限元法和动态分析的基础上，利用数学模型来模拟机床结构的联接形式，建立了机床整机的动力学模型，并对机床结合面联接件的位置与数量进行了拓扑优化设计【6】。

　　陕西理工学院侯红玲等在对机械系统进行运动学分析时，将ANSYS与ADAMS两个软件结合使用，可以精确模拟整个系统的运动，取得动力学仿真结果。ADAMS软件是著名的机械系统动力学仿真分析软件，分析对象主要是刚体，但与ANSYS软件结合使用可以考虑分析零部件的弹性，同样ADAMS的分析结果可为ANSYS分析提供相应的边界条件。这些工作对于支持并加快提升企业的自主技术创新能力具有一定的意义【7】。

　　东南大学的陈新、孙庆鸿在ANSYS软件上建立高精度内圆磨床M2120A整机结构动力学模型和动力学分析。在建模过程中，分别采用体单元、弹簧—阻尼单元和3D梁单元、三维接触单元模拟主要零部件、转子系统和结合部【8-9】，该方法采用有限元法，用商品化软件进行建模和分析，全部采用软件中的现有单元，其效率和精度高。

　　汤文成等【10-12】对床身结构的静、动态特性进行分析和优化设计，通过分析和研究得出改变床身的筋板类型和布局设计是提高床身床身结构的静、动态特性的有效手段，并且提出了以导轨的振动变形量作为床身结构设计的主要依据，建立了床身的结构模型，以床身的结构参数为设计变量，各设计变量对床身动态性能贡献加权作为结构优化设计的目标函数，最后得到最优的床身设计方案，同时在机床的参数化设计等方面进行了有益的尝试。

　　通过以上的.综述可以看出，应用ADAMS软件对机床结构动态特性的研究基本以机床单件或部分子结构的组合为对象，从整机的角度建立包括主轴转子系统在内的整机完整的动力学模型进行研究相对较少，而且运用柔性体理论对磨床整体进行动力学仿真分析也不多见，大部分还是刚性体仿真。另外，对床身进行优化设计时还是局限于改变筋板横向或径向数目进行优化设计。

　　参考文献：

　　1.陈新,高精度内圆磨床结构动力学建模与优化设计研究[D],南京:东南大学博士学位论文,2001

　　2.毛海军,新一代数控内圆磨床的动力学建模与优化[D],南京:东南大学博士学位论文,2000

　　3.李增刚,ADAMS入门详解与实例[M],北京:国防工业出版社,2006

　　4.张朝晖,ANSYS11.0结构分析工程应用实例解析(第二版)[M],北京:机械工业出版社,2008.1

　　5.Biabchi.G,Paolucci.F,Towards Virtual Engineer in Machine Tools Design.Annals of the CIRP,1996,45(1):381～384

　　6.Jiang.T,Chirehdast.M.A,System Approach to Structural Topology Optimization:Designing Optimal Connections.Journal of Mechanical Design,1998,(12):619～621

　　7.侯红玲,基于ADAMS和ANSYS的动力学仿真分析[J],现代机械,2005(4):62～63

　　8.周德廉,陈新,孙庆鸿,高精度内圆磨床整机动力学建模及优化设计.东南学学报.2001,31(2):35～38

　　9.陈新,机床结构的动力学模型建立及其动态优化设计[D],黑龙江:哈尔滨工业大学硕士论文.1987

　　10.汤文成等,机床大件结构的拓扑优化设计[J],东南大学学报,1996(5) :35～38

　　11.汤文成,工程结构分析的现状与应用的若干问题[J],计算机辅助设计与制造,1996(10):17～19

　　12.汤文成,板厚对机床床身的动静特性的影响[J],制造技术与机床,1997(3) :28～31

　　研究内容:

　　针对MK2110数控内圆磨床，应用多体动力学分析软件ADAMS进行工作状态下刚性体动力学仿真。将电主轴芯柔性化，进行工作状态下柔性体动力学仿真。应用有限元软件ANSYS对磨床床身进行静力学分析、模态分析和结构优化。其中静力学分析主要是研究磨床床身在最大工作载荷的作用下的变形及应力状况，这对掌握机床的机械特性大有帮助;另外床身结构的动态特性是影响磨床产品性能的关键因素之一，通过模态分析研究其动态特性，确定磨床床身的振动特性和主振型，它们是承受动载荷的重要参数;最后对磨床床身进行结构优化，通过改变床身内部筋板布局，分析各种布局的振动特性和静态特性，选择最优的方案。

　　研究计划：

　　第一周：资料收集与文献检索

　　第二周：英文资料翻译

　　第三周：编写开题报告

　　第四周：提交开题报告

　　第五周：学习软件与建立磨床三维建模

　　第六周：学习软件与建立磨床三维建模

　　第九周：动力学分析

　　第十周：动力学分析

　　第十一周：结构分析

　　第十二周：结构优化分析

　　第十三周：编写论文

　　第十四周：编写论文

　　第十五周：编写论文

　　第十六周：提交论文并完成答辩

　　特色与创新

　　1.利用ADAMS软件对MK2110磨床进行动力学仿真，绝大多数研究还是主要应用ANSYS作分析。

　　2.运用了先进的三维建模软件实现对复杂模型的建立，弥补了有限元分析软件ANSYS建模功能的不足。

　　3.将电主轴芯柔性化，对整体进行动力学仿真。

　　4.针对ANSYS软件不适合机械动力学分析,ADAMS软件不适合有限元分析的状况,将ANSYS和ADAMS两种分析软件结合起来对柔性体进行仿真分析。

　　5.在有限元分析过程中综合运用了静刚度分析，模态分析等常用分析方法。

　　6.提出新的改变筋板布局的方式，对床身进行优化设计。

　　一、课题依据及意义

　　带式输送机是连续运行的运输设备，在冶金、采矿、动力、建材等重工业部门及交通运输部门中主要用来运送大量散状货物，如矿石、煤、砂等粉、块状物和包装好的成件物品。由于带式输送机有长距离、运量大、连续运输等特点，其已经成为煤矿最理想的高效连续输送设备。带式输送机运行可靠,易于实现自动化、集中化控制,特别是对高产高效矿井。

　　由于带式输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。应用它，可以将物料在一定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程。所以选择带式输送机这种通用机械的设计作为毕业设计的选题，由此能培养我们独立解决工程实际问题的能力。由于现在对货物石灰比较常用，所以上行式石灰带式输送机的设计还是很有必要的。

　　二、国内外研究概况及发展趋势(含文献综述)

　　1、国外对带式输送机的发展研究

　　国外对带式输送机得研究包括多方面，比如输送机起动的优化理论，输送带横向振动理论的发展，橡胶损耗装置的研究，橡胶损耗装置的研究，卸料轨迹与料流状态研究等等。具体研究发展情况几天如下：

　　最佳理论S—曲线起动 此研究1981年开始于澳大利亚联邦科学与工业研究组织，优化输送带的起动，使瞬时应力最小化。在启动时，S曲线在输送带上产生一个可预测的动态应力。

　　输送带振动理论的发展 对正交各向异性薄板理论的研究，对运动的输送带出现振动和弯曲现象有了第一次数学解释，提供了一种准确的方法预测带式输送机的回程段振动的能量。得出了4阶偏微分方程的解，并被应用于具体的称为薄板的弹性边界。得出了一种方法，对钢丝绳芯输送带和织物带，预测运输段和回程段带的振动形式需应用不同的特殊边界条件。

　　滚动损耗的研究 上世纪末，进行了预测长距离和转弯输送机摩擦力的新研究。

　　纽卡斯尔大学研究了物料和输送带弯曲的影响，并且发表了许多研究成果。其他人也相继发表了自己的研究成果，主要体现在对弯曲和有关滚动压陷损耗的橡胶特点影响的理解以及压陷损耗有关的复杂情况。

　　动力学分析 有多种方法可以解决输送带中弹性应力传播的问题，包括波动模型、质量—弹簧模型、边界元素模型和有限元/微分方法。每一种方法都有其数学根据。例如，对于波动模型方法有必要考虑全部应力波的傅立叶成分，而质量—弹簧模型的解决方案取决于产生应力各个模态的幅值，对于有限元模型，当运用大量的运算来模拟应力时若元素边界错误就可能出现问题，并且元素的模数会变成临界的.模数。应用波动模型需要较多的数学基础，而质量—弹簧模型更易于用速度快、内存大的计算机来处理。

　　1、国内对带式输送机的发展研究

　　我国生产制造的带式输送机的品种、类型较多。在“八五”期间，通过国家一条龙“日产万吨综采设备”项目的实施，带式输送机的技术水平有了很大提高，煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产吕开发都取得了很大的进步。如大倾角长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等均填补了国内空白，并对带式输送机的减低关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发，研制成功了多种软起动和制动装置以及以PLC为核心的可编程电控装置，驱动系统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器。目前，我国煤矿井下用带式输送机的主要技术特征指标如表2所示。

　　2、国内外带式输送机技术的差距

　　差距一：技术性能上的对比

　　我国带式输送机的主要性能与参数已不能满足高产高效矿井的需要，尤其是顺槽可伸缩带式输送机的关键元部件及其功能如自移机尾、高效储带与张紧装置等与国外有着很大差距。 S >(YWu9 从上面国内外带式输送机得主要技术指标可以了解到：

　　1. 各种输送带式机的最大装机功率都要远远的低于国外的最大装机功率。

　　2. 带速 由于受托辊转速的限制，我国带式输送机带速要比国外低上至少1m/s(我国为4m/s，国外已经达到5m/s以上)。

　　3. 运输能力 我国带式输送机最大运量为3000 t/h，国外已达5500 t/h。

　　4. 工作面顺槽运输长度 我国为3000 m，国外为7300m。

　　5. 最大输送带宽度 我国带式输送机为1400 mm，国外最大为1830 mm。

　　6. 自移机尾=nr YjxlC~ 如今高效工作需要求输送机机尾随着工作面的快速推进而快速自移。而国内自移机尾主要依赖进口，可见差距相差甚远。

　　7. 高效储带与张紧装置 我国采用封闭式储带结构和绞车红紧为主，张紧小车易脱轨，输送带易跑偏，输送带伸缩时，托辊小车不自移，需人工推移，检修麻烦。国外采用结构先进的开放式储带装置和高精度的大扭矩、大行程自动张紧设备，托辊小车能自动随输送带伸缩到位。输送带有易跑偏，不会出现脱轨现象。

　　8. 输送机品种 国内机型品种少，功能单一，使用范围受限，不能充分的发挥其性能。而且由于我国煤矿的地质条件差异很大，需要在运输系统里布置新的特殊条件，所以需有待开发专用型的运输机。

　　差距二：核心技术上的差异

　　1.动态分析与监测技术

　　动态分析与监测技术是长距离、大功率带式输送机的技术关键，这种核心技术制约着大型带式输送机的发展。对带式输送机的研究中，我国在计算方法和设计规范中，使用的是刚性理论来进行分析研究。而实际上输送带是粘弹性体，长距离带式输送机其输送带对驱动装置的起、制动力的动态响应是一个非常复杂的过程，而不能简单地用刚体力学来解释和计算。因此说我国对输送带使用了很高的安全系统。

　　已开发了带式输送机动态设计方法和应用软件，在大型输送机上对输送机的动张力进行动态分析与动态监测，降低输送带的安全系统，大大延长使用寿命，确保了输送机运行的可靠性，从而使大型带式输送机的设计达到了最高水平，并使输送机的设备成本尤其是输送带成本大为降低。

　　2.可控软起动技术与功率均衡技术

　　我们需要采用软起动方式来降低输送机制动张力，尤其是多电机驱动时，对于那种大运量产距离的带式输送机。但对软起动也需有所研究，软起动分时慢时快起动以减少对电网的冲击;但又要控制起动加速度0.3～0.1 m/ ，解决承载带与驱动带的带速同步问题及输送带涌浪现象，减少对元部件的冲击。各电机之间的功率平衡也应加以控制，并提高平衡精度。国内解决了长距离带式输送机的起动与功率平衡及同步性问题，但其调节精度及可靠性与国外相比还有一定差距。此外，长距离大功率带式输送机除了要求一个运煤带速外，还需要一个验带的带速，调速型液力偶合器虽然实现软启动与功率平衡，但还需研制适合长距离的无级液力调速装置。

　　差距三：控制系统差距

　　1. 驱动方式 我国为调速型液力偶合器和硬齿面减速器，国外传动方式多样，如BOSS系统、CST可控传动系统等，控制精度较高。

　　2. 监控装置 我国输送机采用的是中档可编程序控制器来控制输送机的启动、正常运行、停机等工作过程。这种可编程序控制器没有自动临近装置，没有故障诊断与查询等。而在国外，采用的是高档可编程序控制器PLC，开发了先进的程序软伯与综合电源继电器控制技术以及数据采信、处理、存储、传输、故障诊断与查询等完整自动监控系统。

　　3.输送机保护装置 我国的输送机保护装置相对于国外来说对于很多方面都是处于一种空白状态，也就是说国外所设计的保护装置，我国目前还做不到。比如国外的带式输送机除了安装了输送带跑偏、打滑、撕裂、过满堵塞、自动洒水降尘这些基本等保护装置外，还开发了很多新型监测装置，如传动滚筒、变向滚筒及托辊组的温度监测系统、烟雾报警及自动消防灭火装置、纤维织输送带纵撕裂及接头监测系统、防爆电子输送带秤自动计量系统等等。我国不但没有这些开发，而且那些基本保护其可靠性、灵敏性、寿命都较低。

　　差距四：可靠性、寿命上的差距

　　1.输送带抗拉强度 我国生产的织物整芯阻燃输送带最高为2500 N/mm，国外为3150 N/mm。钢丝绳芯阻燃输送带最高为4000 N/mm，国外为7000 N/mm。

　　2.输送带接头强度 我国输送带接头强度为母带的50%～65%，国外能够达到母带的70%～75%。

　　3. 托辊寿命 我国现有的托辊技术与国外比较，寿命短、速度低、阻力大，而美国等使用的新型注油托辊，其运行阻力小，轴承采用稀油润滑，大大地提高了托辊的使用寿命，并可作为高速托辊应用于带式输送机上，使用面广，经济效益显著。我国输送机托辊寿命为2万h，国外托辊寿命5～9万h，国产托辊寿命仅为国外产品的30%～40%。

　　4. 输送机减速器寿命 我国输送机减速器寿命2万h，国外减速器寿命7万h。

　　5. 带式输送机上下运行时可靠性差。

　　4.现如今带式输送机的发展趋势

　　1. 设备大型化、提高运输能力 为了适应高产高效集约化生产的需要，带式输送机的输送能力要加大。长距离、高带速、大运量、大功率是今后发展的必然趋势，也是高产高效矿井运输技术的发展方向。

　　2. 提高元部件性能和可靠性 设备开机率的高与低主要取决于元部件的性能和可靠性。除了进一步完善和提高现有元部件的性能和可靠性，还要不断地开发研究新的技术和元部件，如高性能可控软起动技术、动态分析与监控技术、高效贮带装置、快速自移机尾、高速托辊等，使带式输送机的性能得到进一步提

　　3. 扩大功能，一机多用化 拓展运人、运料或双向运输等功能，做到一机多用，使其发挥最大的经济效益。开发特殊型带式输送机，如弯曲带式输送机、大倾角或垂直提升输送机等。

　　三、研究内容及实验方案

　　通用带式输送机由输送带、托辊、滚筒及驱动、制动、张紧、改向、装载、卸载、清扫等装置组成。我此次设计的是上行式石灰带式输送机，属于一种通用 带式输送机，主要计算与选择输送带类型，托辊类型，滚筒类型以及张紧装置。

　　根据使用地点的具体情况、用户要求或输送机类型情况，进行输送机的整体布置。主要包括驱动装置的形式、数量和安装位置的确定，拉紧装置的形式和安装位置的确定，机头、机尾布置，装载位置及形式，清扫装置的类型及位置的确定等。输送带绕经驱动滚筒和尾部改向滚筒形成无极的环形封闭带。上、下雨股输送带分别支承在上托辊和下托辊上。拉紧装置保证输送带正常运转所需的张紧力。工作时，驱动滚筒通过摩擦力驱动输送带运行。物料装在输送带上与输送带一同运动。通常利用上股输送带运送物料，并在输送带绕过机头滚筒改变方向时卸载。必要时，可利用专门的卸载装置在输送机中部任意点进行卸载。

　　四、目标、主要特色及工作进度

　　目标 带式输送机得研究以及设计应用中，我们对带式输送机的利用要达到效率最大化。带式输送机在不断的发展，其设计理论以及开发成果基本满足矿工业的需求，我们利用现代化的计算机技术，结合现实地点与理论，设计出更好更有特色的带式输送机。带式输送机的应用跟广泛，所以在安全装置上需要更加的用心，而且根据市场的需求，设计出性能以及质量更能满意的输送机。

　　特点 上行式石灰带式输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的传送带-流水线-传送带机械。矿井地面选煤厂及井下主要输送道中，大部分采用此种输送机。通过它我们能将物料从最初的供料点运输到最终的卸料点，其输送路线适应性强且灵活，线路长度可以短到10米，长到数十千米以上，也可以安装到小型隧道里，甚至架设在危险地面上课。对于现代化工业企业中，这是一种不可缺少的装置。

　　工作进度安排

　　1. 查阅相关资料，外文资料翻译(6000字符以上)，撰写开题报告 20xx.12.27～20xx.01.21 4周

　　2.运动及动力参数计算 20xx.03.21～20xx.04.03 2周

　　3.总装图设计 20xx.04.04～20xx.04.24 3周

　　4 主要零、部件强度及选用计算 20xx.04.25～20xx.05.08 2周

　　5.绘制零、部件图 20xx.05.09～20xx.05.22 2周

　　6.编写设计计算说明书(毕业论文) 20xx.05.23～20xx.06.05 2周

　　7.毕业设计审查、毕业答辩 20xx.06.06～20xx.06.23 2周

　　五、参考文献

　　[1]孙桓等主编.机械原理.北京:高等教育出版社，2001

　　[2]濮良贵等主编.机械设计. 北京:高等教育出版社，2001

　　[3]《运输机械设计选用手册》编委会.运输机械设计选用手册. 北京: 化学工业出版社.1999

　　[4]范祖尧主编.现代机械设备设计手册. 北京:机械工业出版社，1996

　　[5]徐灏主编.机械设计手册(第四版).北京.机械工业出版社.1991

　　一、毕业设计题目的背景

　　三级圆锥—圆柱齿轮减速器，第一级为锥齿轮减速，第二、三级为圆柱齿轮减速。这种减速器具有结构紧凑、多输出、传动效率高、运行平稳、传动比大、体积小、加工方便、寿命长等优点。因此，随着我国社会主义建设的飞速发展，国内已有许多单位自行设计和制造了这种减速器，并且已日益广泛地应用在国防、矿山、冶金、化工、纺织、起重运输、建筑工程、食品工业和仪表制造等工业部门的机械设备中，今后将会得到更加广泛的应用。

　　二、主要研究内容及意义

　　本文首先介绍了带式输送机传动装置的研究背景，通过对参考文献进行详细的分析，阐述了齿轮、减速器等的相关内容；在技术路线中，论述齿轮和轴的选择及其基本参数的选择和几何尺寸的计算，两个主要强度的验算等在这次设计中所需要考虑的一些技术问题做了介绍；为毕业设计写作建立了进度表，为以后的设计工作提供了一个指导。最后，给出了一些参考文献，可以用来查阅相关的资料，给自己的设计带来方便。

　　本次课题研究设计是大学生涯最后的.学习机会，也是最专业的一次锻炼，它将使我们更加了解实际工作中的问题困难，也使我对专业知识又一次的全面总结，而且对实际的机械工程设计流程有一个大概的了解，我相信这将对我以后的工作有实质性的帮助。

　　三、实施计划

　　收集相关资料：20XX年4月10日——4月16日

　　开题准备： 4月17日——4月20日

　　确定设计方案：4月21日——4月28日

　　进行相关设计计算：4月28日——5月8日

　　绘制图纸：5月9日——5月15日

　　整理材料：5月15日——5月16日

　　编写设计说明书：5月17日——5月20日

　　准备答辩：

　　四、参考文献

　　[1] 王昆等 机械设计课程设计 高等教育出版社,1995.

　　[2] 邱宣怀 机械设计第四版 高等教育出版社,1997.

　　[3] 濮良贵 机械设计第七版 高等教育出版社,2000.

　　[4] 任金泉 机械设计课程设计 西安交通大学出版社,2002.

　　[5] 许镇宁 机械零件 人民教育出版社,1959.

　　[6] 机械工业出版社编委会 机械设计实用手册 机械工业出版社,2008

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