3米高油茶树采摘臂及固定机构设计含开题及23张CAD图
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设计课题任务书学院(部): 专业: 指导教师 学生姓名 课题名称3米高油茶树采摘臂及固定机构设计内容及任务 油茶采摘臂可以改变传统的林果采摘方式,实现经济林果园的现代化管理,实现高效、安全的林果采摘、运送以及果树维护作业。本毕业设计课题的设计内容及任务:1 对采摘臂进行整体结构设计。2 基于PRO-E对采摘臂进行三维建模分析。3 基于PRO-E对采摘臂固定机构进行三维建模。4 依据采摘臂结构,对采摘臂主臂进行力学分析。拟达到的要求或技术指标技术指标:1. 采摘臂空间活动范围4000mm。2. 旋转杆旋转角度范围:0度60度。3. 机器单次最大作业时间不低于2小时。4. 主臂与旋转杆夹角活动范围:30度160度。5. 液压油缸全部采用标准件HSG型活塞杆。6. 机构工作的环境温度为-1050。拟达到的要求:1)采摘臂结构设计合理,设计方案可行;2)设计说明书要求书写工整、层次清楚、文字简练、确切、通顺、图文并茂,技术术语符合国家标准;3)设计说明书中的参考文献不少于10篇(本),且必须有1篇以上的外文学术论文,并在文字中引用处应加以标注;4)设计图纸符合国家标准,布局合理,图面整洁、美观,图纸总量不少于两张0号图纸;5)设计计算与图纸均为独立完成,无抄袭痕迹。进度安排起止日期工作内容第7学期1618周收集资料,文献综述、开题报告第8学期14周毕业实习,总体方案设计第8学期47周采摘臂基本结构设计及其运动学仿真,主臂受力分析,主臂有限元静力学分析;第8学期811周绘制总装图、部件图和零件图第8学期1213周设计修改完善第8学期14-15周撰写毕业设计说明书,准备毕业答辩主要参考资料1 赵汝嘉,严隽琪 计算机辅助工艺设计M北京:机械工业出版社,19952 单泉,张银彩,郭敬芬,等Pro/Engineer Wildfire 2.0中文版标准实例教程M北京:机械工业出版社,20053 葛正浩,杨芙莲PRO/E机构设计与运动仿真实例教程化学工业出版社20074 刘国庆,杨庆东ANSYS工程应用教程中国铁道出版社, 20035 徐灏主编. 机械设计手册M. 机械工业出版社,19916 石光源 周积义 彭福音. 机械制图(第三版)M.高等教育出版社,19907 廖汉元主编. 机械原理M. 机械工业出版社,20078 张文志,韩清凯,等机械结构有限元分析M哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2005系(部)意见签名:日期:2018年 月 日XXXXXXXX设计开题报告 (20XX届)学 院: 专 业: 学 生 姓 名: 班 级: 学号: 指导教师姓名: 职称: 20XX年 1月 7 日题目:3米高油茶树采摘臂及固定机构设计1. 结合课题任务情况,查阅文献资料,撰写15002000字左右的文献综述1)设计背景在生产过程中,我们通常会使用电力或者其他动力驱动机械设备来替代传统的手工操作劳动,这样的生产措施或手段即机械化生产2。而在20世纪80年代,就有科技是第一生产力的口号出现,各行各业也都纷纷以机械化代替人工生产,这种模式不仅效率高,而且完成了突破手工制造的界限,大大减少了劳动力,提高了人类幸福感,为人类进步做出了不可磨灭的贡献。现如今,各行各业都已经应用了机械化,在工业、农业等方面都已经普及,所以机械化已经成为了各行各业的趋势。随着科学技术的不断进步,工业方面的机械化已经辐射到农业,各种农田自动化也相继出现,如果还是依靠传统的手工已经满足不了人们的需求,所以农、林业机械化已经成为了我国发展必须要走的道路。油茶是一种健康、优质的茶科,可以作为食用油。在国家的政策支持下,我国的油茶树种植面积不断扩大,高油茶树已经成为了许多地方的经济作物,而在种植高油茶树的环节里面,人工采摘是最耗时,而且具有一定危险的环节。所以,在全球的机械化潮流下,而机械化采摘是不可阻挡的,本次设计就是针对于3米高油茶树采摘臂的设计。2)国内外发展现状分析目前,各种机械臂的发展和改进在国内外已然成为重中之重,改进了一款采摘臂对生产效率的提升具有重大的帮助。早在日本,就曾花费巨资在美国引用机械臂的先进知识,从而研究出了比肩世界水平的机械臂,在欧洲国家,也投入了大量的人力物力进行机械臂的研究和发展,也取得了不错的成绩。我国因为工业起步较晚,技术水平相对于欧美国家比较落后,但在21世纪,我国投入了大量的精力在机械臂方面。现在机械臂已经普及到了工业。机械臂的研究发展的趋势有以下三种情况:1.机械结构向模块化、一体化发展。例如机械臂的驱动结构、传动结构,甚至于一些高科技的感应结构都形成一个整体,机械臂在操作过程中与人体手臂更为的接近,操作更为的便利,所能完成的项目也更加复杂。2.半智能结构即由人来作为其感应结构,通过人工操作来完成一系列的动作。相对于全智能机械操作来说,更加适应不同的生产环境,以及在出现问题时能更及时停止以免造成更严重的损失。3.全人工操作的机械手臂的使用更多的是出现在我们的日常生活当中,例如自拍杆等。这样的机械臂一般没有驱动装置,通过一些简单的传动装置,在人工施加驱动力的情况下,完成一些高空或者远处的简单动作。机械臂的应用主要依据所需要进行的工作而来悬着不同的结构来替代手工操作,从而减少劳动力,提高劳动效率,完成手工无法完成的工作。总而言之,机械臂的发展会使人类不断的进步。3)研究意义 本次毕业设计包括的内容有CAD的运用、机械设计学、运动仿真、力学分析等,不仅可以将自己所学的知识运用起来,还可以拓展自己的知识面,完成自我的提升。而且高油茶树作为部分地区的经济作物,其采摘过程是最耗时的,如果采用机械化,可以大大减少采摘时间和保护采摘过程中自身安全,提高了采摘效率,是林业方面的一个重大突破。4)参考文献1 赵汝嘉,严隽琪 计算机辅助工艺设计M北京:机械工业出版社,19952 单泉,张银彩,郭敬芬,等Pro/Engineer Wildfire 2.0中文版标准实例教程M北京:机械工业出版社,20053 葛正浩,杨芙莲PRO/E机构设计与运动仿真实例教程化学工业出版社20074 刘国庆,杨庆东ANSYS工程应用教程中国铁道出版社, 20035 徐灏主编. 机械设计手册M. 机械工业出版社,19916 石光源 周积义 彭福音. 机械制图(第三版)M.高等教育出版社,19907 廖汉元主编. 机械原理M. 机械工业出版社,20078 张文志,韩清凯,等机械结构有限元分析M哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,20052.选题依据、主要研究内容、研究思路及方案1)选题依据本课题来源于实际生活,是对于我国林果业采摘工作发展的提升,有助于油茶树果的采摘以及对整个林果业机械化管理发展的促进。油茶采摘臂可以改变传统的林果采摘方式,实现经济林果园的现代化管理,实现高效、安全的林果采摘、运送以及果树维护作业。因此,本次课题研究具有巨大的价值。2)主要研究内容采摘臂的结构的设计,然后建立出三维模型进行运动仿真,再对其进行静力学分析,使其满足理论条件下的工作环境。3)研究思路及方案1.对采摘臂进行整体结构设计。2.基于PRO-E对采摘臂进行三维建模分析。3.基于PRO-E对采摘臂固定机构进行三维建模。4.依据采摘臂结构,对采摘臂主臂进行力学分析。 3.工作进度及具体安排序号起 迄 日 期工 作 内 容1第7学期1618周收集资料,文献综述、开题报告2第8学期14周毕业实习,总体方案设计3第8学期47周采摘臂基本结构设计及其运动学仿真,主臂受力分析,主臂静力学分析;4第8学期811周绘制总装图、部件图和零件图5第8学期1213周设计修改完善6第8学期14-15周撰写毕业设计说明书,准备毕业答辩4.指导教师意见序号评审项目评价等级很好一般需完善1选题来源、研究现状和发展趋势的了解情况2设计研究的基本内容、主要问题、方向是否明确3研究思路、方案、方法是否可行4进度安排是否合理5格式是否规范6写作逻辑性、条理性简评: 是否同意开题:指导老师签名: 日期: 年 月 日说明:开题报告作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一,此报告应在导师指导下,由学生填写,将作为毕业设计(论文)成绩考查的重要依据,经导师审查后签署意见生效。 设计中期报告 填表日期:20XX 年 4 月 19 日学院班 级学生姓名课题名称:3米高油茶树采摘臂及固定机构设计课题主要任务:设计油茶树果采摘臂,分析结构的合理性,用机构仿真技术检查尺寸干涉,依据采摘臂结构,对采摘臂主臂进行力学分析,优化设计参数,实现采摘臂对传统采摘臂方式的改变,实现高效、安全的林果采摘、运送以及果树维护作业。1、 简述开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果根据课题要求,设计构思大概内容方案,通过去图书馆查阅有关书籍和资料,书写开题报告,组建采摘臂的结构,设计零件的尺寸,绘制出采摘臂的装配图和零件图。进行所有主臂的受力进行运动学仿真。2、 下一步的主要研究任务,具体设想与安排不断修改采摘臂的装配图和零件图,优化零件尺寸,对采摘臂进行动态仿真,编写出设计说明书。3、 存在的具体问题1. Pro/E不够了解,运动仿真难以实现;2. 零件尺寸较多,容易产生尺寸干涉,难以实现模拟动态仿真;3. 主臂的受力复杂,计算困难;4、 指导教师对该生前期研究工作的评价 序号评审项目评价等级很好一般较差1工作态度2毕业设计进展情况3设计水平和设计能力简评:指导老师签名: 日期: 年 月 日设计指导教师评阅表学院: 学生姓名 学 号 班 级 专 业指导教师姓 名课题名称3米高油茶树采摘臂及固定机构设计指导老师评分表评审基元评审要素评审内涵分值评阅分选题质量15%目的明确符合要求选题符合专业培养目标,体现学科、专业特点和教学计划的基本要求,达到本科毕业设计综合训练的目的。10选题恰当题目规模适当,难度适中。5能力水平45%工作态度学习态度端正,积极主动,谦逊好学,恪守学术规范。5查阅和利用文献资料能力独立查阅相关文献资料,较好地完成文献综述;有综合、收集和正确利用各种信息的能力。10综合运用知识能力能运用所学专业知识提出问题,分析问题和解决问题;能对查阅的资料进行整理和运用;分析、处理问题科学;综述简练完整。10研究方案的设计能力整体思路清晰,研究方案科学合理,结构设计具体正确、工艺可行。10计算机应用能力掌握计算机常用办公、计算机绘图、计算机辅助设计等软件的基本操作和应用。10成果质量40%文题相符较好的完成论文选题的目的要求。5写作能力论文条理清晰,层次分明,语言流畅;计算有理有据。10设计说明书、图纸的规范性结构格式符合论文(设计)要求;技术用语准确、规范;各种资料引用规范、符合标准;图表完备,制图正确,符合国家制图标准。 15创新性及应用价值具有创新意识,对经济建设和社会发展中的应用性问题研究,运用现代设计方法,对前人工作有改进、突破,或有独特见解,有一定应用价值。10合计:100简评:是否同意参加答辩:指导老师签名: 日期: 年 月 日设计评阅教师评阅表学院: 学生姓名祖茂林学 号14405720423班 级机工1404专 业机械工程课题名称3米高油茶树采摘臂及固定机构设计评阅老师评分表评审项目评审指标分值评阅分工作量按期圆满完成规定的任务,难易程度和工作量符合教学要求,体现本专业基本训练的内容。10文献利用能力独立查阅相关文献资料,较好地完成文献综述;有综合、收集和正确利用各种信息的能力。10研究方案设计能力研究(实验)方案设计科学合理,具体可行;结构设计合理、工艺可行。20综合分析与解决问题的能力运用所学知识和技能及获取新知识去发现与解决实际问题;分析、处理问题科学;计算有理有据,结论严谨合理。20论文(设计) 质量论文条理清晰、层次分明,语言流畅;结构格式符合论文(设计)要求;技术用语准确、规范;各种资料引用规范、符合标准;图表完备,制图正确,符合国家制图标准。30创新性具有创新意识,对前人工作有改进、突破,或有独特见解,有一定应用价值。 10合计:100针对课题内容给设计者(作者)提出3个问题,作为答辩时参考。1.2.3.是否同意参加答辩:评阅人签名: 日期: 年 月 日设计答辩及最终成绩评定表学院(公章): 学生姓名学号班级答辩日期课题名称3米高油茶树采摘臂及固定机构设计指导教师成 绩 评 定分值评 定教师1教师2教师3教师4教师5小计课题介绍思路清晰,语言表达准确,概念清楚,论点正确,实验方法科学,分析归纳合理,结论严谨,设计(论文)有应用价值。30答辩表现思维敏捷,回答问题有理论根据,基本概念清楚,主要问题回答准确、深入,知识面宽。70合 计100答 辩 评 分分值:答辩小组长签名:答辩成绩a: 30指导教师评分分值:指导教师评定成绩b: 50评阅教师评分分值:评阅教师评定成绩c: 20最终评定成绩: 分数: 等级:答辩委员会主任签名: 年 月 日说明:最终评定成绩a+b+c,三个成绩的百分比由各学院(部)自己确定。17,The Graduation Thesis Defense,3米高油茶树采摘臂及固定机构设计,XXX XXX,XX论文答辩,PPT模板下载: 行业PPT模板: 节日PPT模板: PPT素材下载: PPT背景图片: PPT图表下载: 优秀PPT下载: PPT教程: Word教程: Excel教程: 资料下载: PPT课件下载: 范文下载: 试卷下载: 教案下载: PPT论坛:,1,研究背景,RESEARCH BACKGROUNDS,传统采摘方式,油茶田园果树行距图,各种机械臂,研究 意义,效率,安全,经济效益,1,研究背景,RESEARCH BACKGROUNDS,论文就是用来进行科学研究和描述科研成果的文章,关字,关键,3,研究内容,RESEARCH Contents,1.组成结构,2.工作方式,3.工况分析,工作的最高高度H=2295+1840=4135mm,采摘臂结构介绍,3,研究内容,RESEARCH Contents,底座结构介绍,1.组成结构,2.工作方式,摆动缸俯视图,1.灵活性,5,优点与建议,Advantages and Suggestions,2.采摘范围,3.适用性,1,2,3,其他工况分析,使用寿命,有限元分析,建 议,5,优点与建议,Advantages and Suggestions,Suggestions,致谢感恩,The Graduation Thesis Defense,THANKS TO,3米高油茶树采摘臂及固定机构设计摘要随着我国科学技术的不断飞跃,农业机械化也越来越普及,这不仅有效的降低了生产成本和减少了农民的劳动强度,而且大大提高了农业生产力。现在,我国对食品安全十分重视,而油茶是一种十分健康营养的油类,十分受民众欢迎。油茶树已经成为了多个地区的主要经济作物,而采摘茶油果还是采用用人工攀爬采摘和用枝杆拍打的方式采摘,这不仅效率低,而且农民的人身安全有一定的风险,而采摘机械化就显得十分重要了。机械化采摘的机构分为采摘头、采摘臂、底盘等机构组成,这次我主要对采摘臂的机构进行设计。在采摘果子时,采摘臂对于对于整个采摘机是十分重要的一个零件。这次我设计的采摘臂有两个主臂和一个副臂,这样可以更加灵活的对油茶果进行采摘。这次设计的内容涉及材料力学、机械设计学,在设计好采摘臂结构尺寸后,还对采摘臂进行力学分析,提高机构可行性。关键词:采摘臂;采摘机械化;力学分析ABSTRACTWith the continuous leap of science and technology in China, agricultural mechanization is becoming more and more popular, which not only effectively reduces the production cost and reduces the labor intensity of farmers, but also greatly improves the agricultural productivity. Now, China attaches great importance to food safety, and Camellia oleifera is a very healthy and nutritious oil, which is very popular with the public. Camellia oleifera has become the main economic crops in many areas, and picking Camellia oleifera is still carried out by manual climbing and tapping with branches. This is not only inefficient, but also the personal safety of farmers has certain risks, and picking mechanization is very important.Mechanized picking mechanism is divided into picking head, picking arm, chassis and other institutions, this time I mainly design the mechanism of picking arm. In picking fruit, picking arm is a very important part for the whole picking machine. This time, I designed a picking arm with two main arms and an auxiliary arm, which can be more flexible for picking Camellia oleifera fruit.The content of this design involves material mechanics and mechanical design. After the structural size of picking arm is designed, the mechanical analysis of picking arm is carried out to improve the feasibility of mechanism.Key words: picking arm; picking mechanization; mechanical analysis目录摘要IABSTRACTII第1章 绪论11.1研究背景11.2机械臂国内外的发展现状11.3 本文主要的研究内容2第2章 采摘臂整体的选择分析32.1采摘臂方案选择32.1.1臂节数的选择32.1.2采摘臂运行方式的选择32.2采摘臂结构设计42.2.1整体性能参数设计42.3采摘臂二维图绘制5第3章 采摘臂主臂分析63.1主臂1的静力学分析63.2主臂2的静力学分析83.3本章小结10第4章 液压缸的选择114.1液压缸的用途与特征114.2液压缸的型号的选取114.3液压缸的行程选取114.4本章小结12第5章 底座的设计135.1底座的组成135.2传动齿轮的基本参数计算145.3本章小结15结 论16参考文献17致 谢18IV第1章 绪论1.1研究背景在生产过程中,我们通常会使用电力或者其他动力驱动机械设备来替代传统的手工操作劳动,这样的生产措施或手段即机械化生产2。而在20世纪80年代,就有科技是第一生产力的口号出现,各行各业也都纷纷以机械化代替人工生产,这种模式不仅效率高,而且完成了突破手工制造的界限,大大减少了劳动力,提高了人类幸福感,为人类进步做出了不可磨灭的贡献。现如今,各行各业都已经应用了机械化,在工业、农业等方面都已经普及,所以机械化已经成为了各行各业的趋势。随着科学技术的不断进步,工业方面的机械化已经辐射到农业,各种农田自动化也相继出现,如果还是依靠传统的手工已经满足不了人们的需求,所以农、林业机械化已经成为了我国发展必须要走的道路。油茶是一种健康、优质的茶科,可以作为食用油3。在国家的政策支持下,我国的油茶树种植面积不断扩大,高油茶树已经成为了许多地方的经济作物,而在种植高油茶树的环节里面,人工采摘是最耗时,而且具有一定危险的环节。所以,在全球的机械化潮流下,而机械化采摘是不可阻挡的,本次设计就是针对于3米高油茶树采摘臂的设计。1.2机械臂国内外的发展现状目前,各种机械臂的发展和改进在国内外已然成为重中之重,改进了一款采摘臂对生产效率的提升具有重大的帮助。早在日本,就曾花费巨资在美国引用机械臂的先进知识,从而研究出了比肩世界水平的机械臂,在欧洲国家,也投入了大量的人力物力进行机械臂的研究和发展,也取得了不错的成绩4。我国因为工业起步较晚,技术水平相对于欧美国家比较落后,但在21世纪,我国投入了大量的精力在机械臂方面。现在机械臂已经普及到了工业。机械臂的研究发展的趋势有以下三种情况:1 机械结构向模块化、一体化发展。例如机械臂的驱动结构、传动结构,甚至于一些高科技的感应结构都形成一个整体,机械臂在操作过程中与人体手臂更为的接近,操作更为的便利,所能完成的项目也更加复杂。2 半智能结构即由人来作为其感应结构,通过人工操作来完成一系列的动作。相对于全智能机械操作来说,更加适应不同的生产环境,以及在出现问题时能更及时停止以免造成更严重的损失。3 全人工操作的机械手臂的使用更多的是出现在我们的日常生活当中,例如自拍杆等。这样的机械臂一般没有驱动装置,通过一些简单的传动装置,在人工施加驱动力的情况下,完成一些高空或者远处的简单动作。机械臂的应用主要依据所需要进行的工作而来选择不同的结构来替代手工操作,从而减少劳动力,提高劳动效率,完成手工无法完成的工作。总而言之,机械臂的发展会使人类不断的进步。1.3 本文主要的研究内容本设计的主要目的是为了替代传统采摘来采摘油茶树的果实,根据采摘臂的种类可以有以下几种方法:1 全智能采摘臂。通过在油茶树下铺设智能轨道,采摘臂在轨道移动过程中通过感应器感应油茶果的特征进行全自动化采摘,采摘后的果实通过轨道边传送带输送到特定的地点。2 半智能采摘臂。车载型采摘臂类似于挖掘机,通过运输车移动采摘结构,人工操作控制采摘臂移动进行采摘,采摘后的果实通过输送机构移至运输车的特定地方,采摘完毕后输送至储存地点。3 人工采摘臂。人工采摘臂相当于仅仅对人手臂的延长,通过加长杆件并在杆件端头安置简易采摘头,通过杆尾的控制器来控制采摘过程,采摘后的果实只能人工收集并存放。人工采摘臂的优点是构造简单,成本非常低廉,但其采摘过程麻烦,较长的杆件对人工劳力消耗大,效率低,采摘后的果实收集难,耗时长,经济收益差。如果使用全智能采摘臂,其所使用的感应材料需求多,轨道易受雨水侵蚀,保养不方便,智能采摘臂的存放以及日常保养都会产生较大的亏损,经济收益太差,甚至在天气未达标准的年份里,造成极大的亏损。由于在外界环境下,感应器受环境影响大,无法准确感应所有的油茶果,所以全智能采摘仍只能在理想环境下使用。油茶树的种植环境具有一定的要求,适合在平缓的土地。这也就意味着油茶树种植区的土地适合车辆的行驶,那么车载采摘臂就可以适用于高油茶树的采摘。车载采摘臂结合了人工采摘臂和全智能采摘臂的优点,在采摘过程中,由人代替感应器控制采摘臂的移动,采摘后的油茶果也能够由车输送,减少了劳力消耗。本文主要的内容是对采摘臂的结构的设计,然后建立出三维模型进行运动仿真,再对其进行静力学分析,使其满足理论条件下的工作环境。第2章 采摘臂整体的选择分析2.1采摘臂方案选择2.1.1臂节数的选择一般设计的采摘臂只有两节臂,但对于高油茶树的枝叶密集,两节臂不能灵活的采摘果实,并且由于树枝繁多,采摘臂在采摘过程中容易被树枝干扰,为了使采摘更加灵活、便捷和提高工作效率,这次设计采用两个主臂和一个副臂结构的三节臂的采摘臂。2.1.2采摘臂运行方式的选择为了使设计更合理,应该准备多方案5。采摘臂的运行方式主要有下列两种方式:方式一:AB杆(主臂1)和BC杆(主臂2)都向上摆动,三杆成交叉折叠形式,从而完成采摘任务,如图2.1所示。该方案在采摘时三个臂都能得到充分的伸展,能其作用的高度高,但主臂受的应力比较大,长时间使用,可能会导致主臂由于应力过大而变形。方式二:AB(主臂1)杆和BC杆(主臂2)向下摆动,三杆相互式折叠,如图2.2所示。该方案在采摘时的作用高度不高,但主臂上受的液压缸上的应力被两个摇杆分担,其所受的应力比较分散,主臂可以长时间工作,而不发生变形,延长了主臂的使用寿命。 图2.1 交叉折叠式 图2.2同向折叠式对以上两种方案比较,从本次设计是针对于三米的高油茶树,作用的高度不用很高,而方式一是针对与较高的油茶树进行工作的,所以这次设计选择方式二,同向折叠式的采摘臂就可以完成采摘任务。如图2.3所示。1.旋转臂 2.液压缸 3.主臂1 4.定位块5.主臂2 6.摇杆1 7.摇杆2 8副臂图2.3采摘臂二维平面图2.2采摘臂结构设计2.2.1整体性能参数设计本次设计主要针对于三米高的油茶树进行采摘,因为油茶树种植的普遍,其油茶树的规模也越来越严谨,每棵树之间的距离也是固定的,根据湖南省浏阳市十万亩油茶基地的了解,每行之间都会有一到两条宽至3.5米的道路,每列之间都有4米多的道路可供车辆行驶,油茶树的高度都不会超过3.5米。根据实际情况,为方便采摘臂的工作,符合实际的工作条件制定了采摘臂的实际数据如表2.1所示。表2.1采摘臂参数采摘臂性能参 数采摘臂空间活动范围4000mm主臂与旋转杆活动角度范围30160机器单次最大作业时间 2h主臂与旋转杆的旋转角度60主臂与副臂活动角度范围120180机构工作的环境温度-1050主臂1的长度1660mm主臂2的长度1710mm副臂的长度1120mm旋转杆的长度1117mmX方向的最长度3460mmY方向的高度主臂达到的最高度4810mm副臂达到的最高度4810mm主副臂摇杆的长度280mm本次设计的运转的高度要求不是很高,所受的应力不大,所以每个臂上面的液压缸只需要一个,可以减少研究经费和提高生产效率。 2.3采摘臂二维图绘制根据设计的采摘臂尺寸长度,我们可以用Auto CAD绘制出主臂1的二维图。绘制图的时候应该注意尺寸的合理标注,以及零件的形状、配合、公差7。能让看图人准确的了解并加工出零部件来。绘制完主臂1的部装图后,依次绘制出主臂2、副臂、旋转臂的部装图,在绘制出所需要的零件的。这样就完成了采摘臂二维图的绘制。第3章 采摘臂主臂分析在相同的条件下,其主臂所受的力时最多且最复杂,对主臂进行受力分析,就可以了解到实际工作中其他臂受力的情况,保证其他臂工作的安全。所以本章主要是对采摘臂的主臂1进行静力学分析。静力学分析过程为先做出所要分析结构的受力分析图,根据各方向的受力情况写出其受力平衡方程,代入已知条件,计算得出所需点的受力大小12。3.1主臂1的静力学分析在做受力分析前,设:旋转臂与主臂1间夹角为;主臂1与主臂2间夹角为;主臂2与副臂间的夹角为;主臂1的重力为G0=460 N;主臂2的重力为G1=480 N;副臂与采摘头的重力为G2=560 N。然后做出受力分析图,如图4.1。图4.1主臂1受力分析图1.求出F1其中O点为旋转臂的支撑点,所以LAO=810mm;为F与与AO之间的夹角。对A点进行受力分析得:(4.1)根据斜三角形边角关系得: (4.2)把已知的参数数值和公式4.2代入公式4.1中可求出F1得大小。2.求F1x;F1y;FAx;FAy如图4.2上所示 ,将A点受的力和F1受力分解。 图4.2主臂1正交分解受力分析图则根据图可得:F1x=F1cos;F1y=F1sin。 (4.3)由受力平衡可知:FAx+F1x=0; (4.4) FAy+F1y=G0+G1+G2。 (4.5)联合公式4.3、4.4、4.5得出F1x、F1y、FAx、FAy。为了求出最大受力情况,我们可以取运动到最大范围时的取值,则=1600;=1600;=1800上面我们已经得出采摘臂1的长度为1660 mm,采摘臂2的长度为1710 mm;副臂长度为1120 mm。则可以求出:F1=1950 N;F1x=663 N;F1y=1883.56 N;FAx=-663 N;FAy=-383.56 N。3.2主臂2的静力学分析对主臂2进行受力分析图如图4.3。图4.3主臂2受力分析图1. 求F2根据斜三角形边角关系得: (4.6) 对B点有: (4.7)联合公式4.6和4.7可以求出F2=1562.7 N。2. 求F2x;F2y;FBx;FBy如图4.3上所示 ,将b点受的力和F2受力分解。由图可知: (4.8) 由受力平衡可知: (4.9) (4.10)联合公式4.8、4.9、4.10得出:=781.4 N;=1353.3 N;=-781.4 N;=-313 N。图4.4主臂2正交分解受力分析图3.分析主臂1受力情况时,主臂1还受到另外的两个来自液压缸和摇杆的力、,如图4.5所示。图4.5主臂1力F3F4分析图由图可以得出:;。 (4.11);。 (4.12)取d=900、e=1000分析图中角度关系可以得出:b=-d、c=-e。 (4.13)此时,我们并不知道、的大小,需要进一步分析才可以得出。因为主臂1受力平衡,所以我们对主臂1上面的力全部正交分解,如图所示。可以得出以下结论。 (4.14) (4.15)通过公式4.11、4.12、4.13、4.14、4.15可得出:F3x=-105 N;F3y=-1540 N;F4x=-135 N;F4y=165 N。3.3本章小结通过本章对采摘臂的各部位进行静力学分析,利用各个点所受的力矩为零的公式,求出了每个点所受的各个方向的力,进一步分析了数据。我们得到了各个部位受力的大小,提高了实际工作的安全系数,大大加强了对工作人员的保护,也对不合理的部分进行了改善。第4章 液压缸的选择本次设计所使用的液压缸全部为标准件HSG型活塞杆直径为40mm,根据采摘臂的尺寸参数选择符合尺寸的液压缸:HSGK01-80/40E-2513,其缸径为80mm,杆径为40 mm,速比1.33,最大行程为640 mm。4.1液压缸的用途与特征HSGK01-E级系列的双作用单杆活塞式液压缸,是在液压系统中作往返直线运动的执行机构,其特点有结构简单、装拆方便、工作可靠、便于维修13。而且它的连接种类多,缓冲部位可供使用者选择等。在工程机械、运输机械以及其他机械行业的使用都十分的普及。4.2液压缸的型号的选取HSG液压缸的连接分为缸头耳环带关节轴承、铰轴、法兰等方法,考虑到采摘臂的转动形式以及活塞杆的直径,选取的液压缸的连接方式为缸头耳环带关节轴承,同时,活塞杆端的连接方式为杆端外螺纹杆头耳环装关节轴承,考虑到采摘臂的重量以及在工作时产生的较大的惯性,选取在杆头端带缓冲,其产生的阻尼缓冲可以保证在运动到端头不产生局部的液压冲击,同时也可以确保不与缸头端盖相互碰撞。液压缸型号说明如表5.1所示。表5.1HSG液压缸型号说明表参数符号代表意义HSG双作用单杆活塞式液压缸K缸盖结构式:K卡键(D80mm)01设计序号D/d缸径/活塞杆直径E额定压力P16MPa连接方式编号缓冲部位S行程mm4.3液压缸的行程选取本设计中所需液压缸一共有3个,其中不同行程液压缸有三种,根据其不同的使用位置选择其具体的安装距以及行程,HSGK系列耳环连接的液压缸二维,其尺寸选取方式来自液压缸13。可以得到所需的液压缸的安装距离和其行程距离,则旋转臂与主臂1间的液压缸1号型号为HSGK01-80/40E-2513-400,主臂1与主臂2以及主臂2与副臂间的两个液压缸2号的型号可以选择相同,为HSGK01-80/40E-2513-500。通过前面的计算可以得出液压缸1号对主臂1产生的最大作用力F11985为N,液压缸2产生的最大作用力仅为323.47N,这样的作用力对HSGK01-80/40E型号的液压缸来说只是很小的力。4.4本章小结液压缸作为液压执行元件,其工作原理是将液体压缩的压力能转换成使活塞可以做来回摆动或者是往返直线运动。液压缸在进行来回直线运动的时候,可以不使用减速装置且在传动的时候没有时间差,运动非常的安定,其使用的范围十分的广阔。即使是相同型号的液压缸在很多方面如连接方式、固定方式等都有着不同的选择,在选择液压缸的同时,还要根据本身的设计来进行适当的搭配,以保证在工作时,液压缸能够准确的行使我们所需要的功能。第5章 底座的设计5.1底座的组成采摘臂的底座分为传动装置、固定装置,底座的传动装置是用来控制旋转臂的转动,本设计传动装置选用的标准件SFBJZD40摆动液压缸,即为脚架式轴输出单齿条螺旋摆动液压缸。摆动缸的原理是通过齿条带动齿轮,将液压缸的往返直线运动,转化成轴的正反方向的摆动旋转运动,同时把往返运动的旋转力转化成齿轮轴的输出扭矩9。螺旋摆动液压缸是一种特殊的液压缸,其利用大螺旋升角的螺旋副实现旋转运动,输出轴的中间棒与缸体固定,活塞内表面螺旋齿与螺旋棒的螺旋齿啮合,输出轴的螺旋棒表面形状与活塞外表面形状相同8。所以,转动轴套内部的压力下,活塞顺着中间棒向上运动的情况下还做着旋转运动,并且输出轴也一起做着旋转运动,使摆动缸的运动方式得到实现。螺旋摆动缸的特点有构造紧密、占的空间体积小、安全性能好、方便搭配、旋转的空间范围大、输出的工作扭矩大等。固定装置是用来固定旋转臂以及传动装置,即旋转臂的支座,如图6.1所示。1.安装座板 2.轴承桶 3.中间板图6.1采摘臂底座支座图其中安装座板与中间板上都有可以固定摆动缸的螺纹孔,以确保在摆动缸通过齿轮带动旋转臂的时候不会对旋转臂造成其他的影响。5.2传动齿轮的基本参数计算齿轮各部分的名称有分度圆、齿顶圆、齿根圆等,其基本参数包括齿数z、分度圆模数m、分度圆压力角等,这里选取压力角标准值,精度等级9级,寿命系数,传动功率P=15 kw,旋转臂转速n=15 r/min。通过图形匹配测量,大小齿轮的中心距为225mm,根据摆动缸螺旋棒与旋转臂的转速需求,设定齿轮的齿数比为u=1.5,大小齿轮的材料都为45钢,热处理HRC40-45,经查机械设计147-18得:尺寸系数Zx的选取。查机械设计14图7-20得。初选齿数。取。确认安全系数,由机械设计14表7-8可查。计算许用接触应力, 根据公式: 可得出:依据设计准则,由公式计算齿面接触强度: 确定上式中的数值试选载荷系数Kt=1.3,计算小齿轮转矩 ;确定齿宽系数,由机械设计14表7-6得;确定材料弹性系数,由机械设计14表7-5得;确定节点区域系数,由机械设计14图7-14得;确定重合度系数, 由公式:则有公式计算得:试算所需小齿轮直径d,。通过确认实质载荷系数K然后修正所得到的分度圆的直径,经过一系列的运算,并得出齿根圆弯曲疲劳强度15,最后得出齿轮的模数m=3,齿轮的齿数则齿轮的其他主要尺寸有:分度圆直径齿顶圆直径确定齿轮结构形式以及其他的结构尺寸后,绘制齿轮的零件图。5.3本章小结尽管在本次设计中,先对于采摘臂,底座设计仅仅只做了一些简单的说明在,但我们还是设计出了齿轮的主要尺寸,最大限度的满足了对于底座的要求,但会与强度校核等方面还是做的不够好。但齿轮仅仅为了满足底座对旋转臂之间的传动,对其要求不是很高,对采摘臂的影响并不大,所以本章节中设计的齿轮仅仅满足了尺寸的使用,并未对使用寿命,强度进行认真地校核,包括底座在内的其他零件都只是进行了简单设计以及分析。结 论本次设计利用对采摘臂运动过程的研究,设计了采摘臂的结构参数及其运动仿真,以下是所做的事情:1、 查阅资料,了解当前国内高油茶树的种植和茶油在公众所受欢迎程度,明确了本次课题的重要性。分析和了解机械臂在其他领域的发展,证实了采摘臂在高油茶树采摘领域的可行性,更加了解了这次课题。2、 自己通过分析,构建出了采摘臂的基本结构。合理确定了采摘臂的尺寸后,用CAD软件绘画出了采摘臂的二维模型图,并设计出了各个零件。接下来我在Pro/E软件上面建立了采摘臂的三维模型图,并进行了运动仿真和尺寸干涉实验,进一步优化了零件尺寸,提高了机构的可行性。3、 在做完二维模型和三维模型建立后,我对采摘臂在受应力最大时进行了力学分析,更加确定了机构的安全。指导教师: 日 期:2018年 月 日22参考文献1 PRATIK J.P,RUSSELL D.M,Selecting Between Batch and Zone Order Picking Strategies in a distribution center in a distribution center J. Transportation Research, 2008, 44(5):696-719.2 王成煮.现代机械设计思想与方法M上海:上海科学技术文献出版社,1999.3 庄端林.中国油茶M. 中国林业出版社.2006.4 陈英莫,肖志华,陈敏. 21世纪初期机械制造业发展的趋势J机械制造,2002,( 4) : 20 - 22 . 5 黄靖远,高志,陈祝林.机械设计学M,北京:机械工业出版社,2006.6 刘金华,谭湘夫.互换性与测量技术基础M.北京:化学工业出版社,2013.7 石光源,周积义,彭福音. 机械制图(第三版)M.高等教育出版社,1990.8 毛昕,黄英,肖平阳. 画法几何及机械制图M.高等教育出版社.2010.9 邓子林. 制图员(Pro/E)国家职业技能培训与鉴定教程M.湖南科学技术出版社.2011.10 葛正浩,杨芙莲PRO/E机构设计与运动仿真实例教程M化学工业出版社2007.11 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学M.北京:高等教育出版社,2009.12 孙训方,方孝淑,关来泰材料力学M北京:高等教育出版社,200213 臧克江主编.液压缸M.化学工业出版社,2010.14 银金光,刘扬,等.机械设计M. 北京:清华大学出版社,北京交通大学出版社,2013.15 廖汉元主编. 机械原理M. 机械工业出版社,2007.致 谢光阴似箭,日月如梭。在不经意间大学四年就在我手上溜走,时间如沙漏,时时刻刻都在流逝。想起大一进校园时看见学姐学长们准备走入工作时,自己也在心中暗暗的羡慕,而如今我也要走向工作的道路。进入社会之前,总是会回忆到老师淳淳教诲,同学们互相打闹的声音,一切都深深的印在了我的脑海里面,让我铭记于心。而在毕业前夕,我们进行了毕业设计的编写。一次设计完成,不仅仅我们学生自己付出了努力,而指导老师也在这几个月一直耐心的解答我们的问题,督促我们完成设计,更要帮助我们审查内容的合理性,校核文章的格式。所以这次毕业设计,凝聚了我们和老师的心血。在这里,我要感谢我的指导老师蔡老师,他能在百忙之中回答我在微信上问的问题,并且一张张帮我指出图纸上的错误,在我设计遇到困惑时,也能及时解答我的问题,谢谢!感恩同学!感恩老师!感恩母校!25
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