毕业设计（论文）-旋耕封土机设计

本科毕业设计题目：院系：专业：学号：姓名：导师：教务处制西京学院原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的毕业设计，是在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业设计中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或在网上发表的论文。特此声明。论文作者签名：指导教师签名：日期：摘要棉花播种封土机是一种用于棉花种植时封土作业的农机具。传统的封土作业费时费力成本较高，非常影响棉花种植工期从而影响产量，导致影响农户收入，而本设计为了解决在棉花种植全程机械化中的空白，提高了棉花种植效率，减少棉花种植中高昂的人工成本，提高农户收入。棉花播种封土机的结构设计主要是在满足棉花出苗后封土农艺需求、提高棉花封土效率的基础上进行结构设计。本设计根据实地调查、对农户进行走访和参考新疆棉花种植要求得到了棉花播种封土机的设计需求，通过对棉花播种封土机的设计需求及功能需求进行分析得到了总体设计方案，通过三维软件进行结构设计建模，并针对棉花播种封土机的主要工作部件进行了有限元仿真。关键词：棉花封土；农业机械化；结构设计；仿真；ABSTRACTCottonseedsealerisakindofagriculturalmachineryusedforthesoilsealingoperationduringcottonplanting.Thetraditionalsoilsealingoperationistime-consumingandlabor-intensive,whichgreatlyaffectsthecottonplantingperiodandthusaffectstheoutput,leadingtotheimpactontheincomeoffarmers.Inordertosolvethegapinthewholeprocessofcottonplantingmechanization,thisdesignimprovestheefficiencyofcottonplanting,reducesthehighlaborcostincottonplanting,andimprovestheincomeoffarmers.Thestructuredesignofcottonseedsealerismainlybasedonmeetingtheneedsofcottonsealingagronomyandimprovingtheefficiencyofcottonsealing.Accordingtothefieldsurvey,thevisittothefarmersandthecottonplantingrequirementsinXinjiang,thedesignrequirementsofthecottonplantingsoilsealerareobtained.Theoveralldesignschemeisobtainedbyanalyzingthedesignrequirementsandfunctionalrequirementsofthecottonplantingsoilsealer.Thestructuraldesignmodelingiscarriedoutbythree-dimensionalsoftware,andthefiniteelementanalysisiscarriedoutforthemainworkingpartsofthecottonplantingsoilsealerSimulation.Keywords:cottonsoilsealing;agriculturalmechanization;structuraldesign;simulation;目录TOC\o"1-2"\h\u75881绪论 4150201.1研究背景与意义 4104541.2国内外研究现状 597951.3课题研究内容及方法 6202722棉花播种封土机总体方案设计 9179182.1设计理论 10197812.2设计要求 10294552.3总体设计方案 1248013棉花播种封土机结构设计 14285033.1设计工具 14184493.2机械结构设计 14106503.2.4模型装配 23230394齿轮箱初级受力啮合齿轮校核 24192615运动学仿真 26305306输出轴仿真 27183366.1有限元仿真方法简介 2777297总结与展望 32绪论棉花播种封土机是一种用于棉花铺膜播种后封土的农业机械，随着新疆农业机械化程度的提高，加之人工成本的升高，农业机械这几年发展迅速，农户们需求一种用于播种后封土的农业机械。传统的人工封土存在效率低下、成本较高等诸多问题。本文开篇对棉花播种后封土这一农艺进行探究，对棉花播种封土机的研究背景和意义进行描述，介绍了棉花播种封土机的结构、功能特点和棉花种植农艺的发展历程；根据新疆棉花种植农艺提出了本课题的研究内容和研究方法。研究背景与意义棉花播种封土机的研究背景新疆农林牧可直接利用土地面积10.28亿亩，占全国农林牧宜用土地面积的十分之一以上，后备耕地2.23亿亩，居全国首位。虽然新疆拥有全国占比较多的石油资源、天然气资源、煤炭资源等各类矿产资源，但是独特的气候特征使得农业始终是新疆经济的重要组成部分。新疆深处内陆地区,受到高山阻隔,湿润的海洋气流难以进入,形成了极为干燥的温带大陆性气候,光热资源十分丰富,气温日较差大,适宜于棉花、甜菜、特色林果等农产品的生长。丰富的光热资源显著加强了植物的光合作用,特别是对棉花等喜光农作物的生长、发育具有良好的作用。随着新疆农业的发展，耕地面积增大，需要的劳动力随之增多。加之新疆全区的常驻人口只有两千多万人、外来劳动力减少等因素，进一步加深了劳动力成本的提高，环境问题等多方面因素，提高农业机械化水平就显得十分的重要。农业机械化能够降低农业成本，节约资源，保护环境，节约劳动力，提高农产品质量，有助于实现大规模生产，在我国农业现代化中占据核心地位，具有极其重要的作用，具有广阔的发展前景和巨大的发展前途。图1-1棉花播种新疆耕地400多万公顷是在全国拥有最大的耕地面积的省份（自治区）。棉花在其中占了很大一部分，可以说是新疆的主要作物，且土地一般都是条田，长宽标准化，有利于农业机械化的发展。解决棉花种植机械化对于很大一部分农民来说可以提高收入，降低农业成本等方面的优点，如果解决了棉花种植全程机械化的问题，就是等于解决新疆农业机械化的很重要的一部分，也对于整个新疆的经济建设发展，提高人均收入等方面提供了强有力的保证和支持。棉花播种封土机的研究意义棉花播种封土机的开发具有广阔的应用前景与研究价值，当前棉花播种后封土只能选择人工封土，劳动强度大，人工成本高，耗时长，封土质量不均匀。当土壤条件较差时，人工封土效率极其低下，严重影响了春季播种的进程，而且容易导致棉花出苗后封土不及时，导致影响产量，甚至是死苗坏苗的情况发生，影响农户收入，增加农户经济压力。且现在市场上销售的产品都会有很多问题：一是封土土层厚度难以保证，二是穴播口倾敷的土壤细碎度差，三是碎土在封土传送环境易堵塞输送滚筒等问题，不仅如此这些产品存在着价格高、性能不稳定等问题。为了解决上述问题，本设计根据市场相关产品的实际使用需求设计了一种棉花播种后封土机构用于帮助农户更好更高效的完成棉花播种后封土作业。国内外研究现状新疆的棉花种植采用铺膜精量播种技术，该技术具有具有增温、保墒、改善棉田生态环境、促进棉花早熟、优质、高产等优点，因此该技术被大规模运用于新疆的棉花种植中。在棉花播种后，及时封土可以起到消除板结，淡化盐碱，培根护茎，提高地温，促苗转化，稳健匀发的效果。种植棉花在采用铺膜精量播种技术播种后需要进行封土，棉花苗封土及时封土可以起到消除板结,淡化盐碱,培根护茎,提高地温,促苗转化,稳健匀发的效果。 图1-2棉花出苗后封土新疆的棉花播种早在2004年时就已完成精量点播，现在的棉花播种机械已经非常成熟，可以做到一穴一种，更是铺膜播种联合作业，效率质量都非常高，棉花收获机械近几年的发展也已经非常成熟，普及率也在90%左右，打药机械化的发展更是成熟，除了常规的打药机，近几年更是有无人机打药、直升机打药。施肥追肥也是有相应的成熟机械投入市场。但棉花出苗后封土作业机械化一直是在棉花种植全程机械化中的一个大问题，因为新疆土地条件较差，导致棉花出苗后封土取土难度高，即使可以取土，也达不到高质量的封土作业，导致完全达不到封土作业的要求。低质量的封土作业对棉花出苗的影响是巨大的，棉花的出苗率低自然会影响产量，从而影响农户的收入。在早期确实是有棉花出苗后封土的机械出现，大型机械操作极其繁琐，工作时至少需要两个人才能正常操作机械，操作稍有不慎就会损坏地膜甚至损坏种子，效率十分低下，仅为15亩/小时，同时保养维护极其麻烦，故障率也很高。小型的封土机械在人工需求没有大型机械那么高，操作难度也不大，维护也相对方便，但两者都有共同的问题，一是封土效率极其低下，二是封土质量无法保证，经常会出现封土不均匀，取土质量达不到的问题，农户“一遍机械，二遍人工”成了家常便饭，因为封土时间过长导致错过最好的封土时间的情况比比皆是。随着新疆农业机械化的进步，棉花种植已经迈向全程机械化的时代，棉花种植相关机械是现在也是今后的发展趋势。棉花封土机械相比与其他棉花种植机械来说还是有着诸多的问题，棉花出苗后封土大多还是依靠机械加人工的方式工作。通过对新疆棉花耕地的实地考察发现，微型、小型机械不适合新疆的棉花种植，因为微型、小型机械无法解决效率低下的瓶颈，而新疆棉花耕地面积又是非常大的，从各个方面来看，微型、小型机械都不适合于新疆的棉花种植，中型、大型机械更适合于新疆的棉花耕地，也会是未来新疆农业机械化的发展方向。课题研究内容及方法课题的研究内容本论文课题以新疆棉花种植封土农艺的相关要求为基础，得到棉花播种封土机的设计需求。通过对其他棉花种植机械进行参考（如：中耕机、旋耕机等），最后得到本设计棉花播种封土机的结构设计方案，并依次展开各功能组件的结构设计工作。通过三维建模软件SOLIDWORKS建立棉花播种封土机的整机模型，并将其中的关键受力部件主轴、链条、旋耕刀、绞龙组件模型以特定的格式导入到有限元仿真软件cosmos对驱动轮主轴结构作柔性化处理，进而通过定义相关材料、网格划分、施加载荷等过程最终完成静力结构强度仿真，以静力结构仿真结果验证取土、送土、碎土工作部件理论设计的合理性与否。将主要工作组件以特定格式导入至虚拟样机仿真软件cosmos中进行动力学仿真分析，验证主要工作部件在工作时的强度是否符合新疆土质。本论文的主要研究内容介绍如下：（1）根据对棉花种植封土农艺的相关要求进行分析，结合市面上的棉花种植机械进行参考，得到新型广告清洗机的结构设计方案。（2）根据棉花播种封土机的设计方案，按照各功能模块组成依次对封土机取土组件、送土组件、碎土组件、机架组件等展开机械结构设计。利用SOLIDWORKS建立其三维整机结构模型。（3）为了保证棉花播种封土机能够达到设计要求，对棉花播种封土机的关键受力部件主驱动轮组件进行有限元仿真。检测主要工作部件的设计合理性以及工作强度是否达到要求。课题的研究方法棉花播种封土机欲实现预期的功能，因此需要对各个工作部件分别进行结构设计，首先从技术可行性上进行验证，同时还需要考虑棉花播种封土机某些关键受力部件在封土机工作过程中的强度是否满足使用需求。本课题在对封土机关键受力部件进行了静力结构仿真和运动学仿真分析，通过COSMOS进行运动学仿真。本论文课题综合使用了机械建模设计软件SOLIDWORKS、有限元分析软件COSMOS以此完成棉花播种封土机的各功能组件的结构设计和封土机关键受力部件的静力结构强度仿真和运动学仿真，其基本关系图如1-3所示：图1-3基本关系流程图棉花播种封土机总体方案设计本章首先依据对农户走访调查分析得到清洗机设计需求，通过对市场上已有的棉花种植相关农机具进行功能结构分析，提出了整机总体结构设计方案。对棉花播种封土机相关部件进行了设计。设计理论农业机械设计设计工作是一种极具创新性的脑力劳动，它是借助一种已有的准则方法和实践来达到对某些实际问题的求解过程。然而在各不同领域的工程实践过程中，都是依靠各种实际使用、设计需求和某些限制因素来推动设计工作进行的。其中涵盖了产品的功能需求、隐含的功能需求、设计中的限制因素、时间及成本等资源的限制。随着新疆农业机械化的发展、荒地的开垦以及耕地面积的增大，在农业生产中农机具的使用越来越普遍，从事农业机械行业的设计人员不仅仅需要熟练掌握机械设计相关知识，还需要对作物种植收获等农艺进行学习、了解。农机具的设计因为其作业环境恶劣，所以农机具的设计不能过于复杂，要求结构相对简单，保养维护相对方便。棉花播种封土机就属于农业机械的一种，要求设计人员对棉花种植农艺有着深刻的认识与了解。一般设计方法农业机械设计的的设计步骤一般由以下几个部分组成：（1）功能需求分析。经过了功能需求分析后，确定所设计系统的实现目标所需的预期功能。（2）在功能分析的基础上，选定主要工作机构的工作方式、工作元件（最好是标准件），最后根据主要工作机构设计农机具框体外壳，要求不能影响农田作物。（3）虚拟三维模型建造。根据上述要求建造出三维模型，以便直观的找出设计中不合理的因素并加以修正，也方便后续进行仿真与有限元分析。（4）仿真与有限元分析。验证设计是否达到设计预期实现的目标，主要工作部件强度是否达到设计要求，进一步找出设计中的不合理因素进行修正。棉花播种封土机的设计都将按照这一指导进行设计。设计要求棉花出苗后封土需求分析棉花是新疆的主要农业种植作物，近年来新疆的棉花种植面积已经达到三千七百多万亩，占全国棉花种植面积的80%左右。庞大的种植面积对应着新疆的总人口只有两千多万人，再加之人工成本近年来大幅度提高，农户对于农业机械化非常的渴望，新疆也一直在发展农业机械化。棉花出苗后封土一直采用半人工半机械的方式进行。中大型农机具结构复杂、故障率高且封土质量低；微小型农机具效率低下且封土质量也不高；人工封土质量可以满足但人工成本过高且效率十分低下。棉花出苗后封土一直是农户们在棉花种植中最令他们头疼的问题。经查阅相关资料，走访询问农户得知新疆棉花播种为了提高棉花收获效率，采用迎合采棉机的660mm+100mm行距，即100mm宽度小行，660mm宽度大行。经调查得知棉花铺膜封土模式有正封土与侧封土两种，两者特点不相同各有优劣：正封土模式：正封土就是棉花铺膜播种时，膜上点播后，地膜种孔处机械覆盖土，种孔覆土厚度一般在1～2厘米，覆土宽度一般为5～7厘米。正封土模式优点：（1）低温播种高温出苗，温度起决定性作用。封土保温效果好，升温快，好保墒，苗壮匀。不用担心高温及风大抽墒。（2）封土防风除草效果好，不用出苗后再进行封土。能防除种穴及膜下杂草，封土后杂草在膜下出不来易被闷死、烫死。（3）保墒，有一定的防风作用。（4）正封土棉苗能正常出土减少棉苗带帽出土的数量。（5）正封土出苗后棉苗长势快，缓苗快。正封土模式缺点：（1）对播种机及驾驶员操作技术要求高，难出全苗。（2）错位苗易长偏，造成缺苗断垄，滴水后及下雨后易结壳，破壳不及时会造成苗长偏，出苗困难，需要人工查苗，增加工作量。（3）怕播完后多雨，尤其土质偏粘的地。侧封土模式：侧封土模式与正封土不一样的地方在于覆土位置为地膜种孔的一侧，播种时由正封土用的方嘴点播器改为尖嘴点播器，加深的点播深度，由正封土的1.5CM增加至2.5CM。侧封土模式优点：（1）滴水出苗或遇雨不用破板结。（2）不用人工查苗，不易出现错位苗。（3）棉花出齐苗后，一遍或两遍机械封土快，较易出现一播全苗。侧封土模式缺点：（1）不封洞的确容易跑墒及流失膜下温度。正封土的模式通常春天出苗也就是一水解决问题，侧封土通常是要两个水来达到出苗的目的。（2）保温、保墒，防风，除草效果差，苗出来后长势慢，缓苗时间长，管理难度大。（3）遇前期高温需要及时补水补墒。相比于棉花铺膜封土模式，棉花出苗后封土不需要考虑出苗这个致命的问题，只需要考虑保温、保墒、防风和除草等影响棉花苗生长的因素。因此棉花出苗后封土使用正封土模式较好。设计要求通过分析棉花种植相关农艺要求，并结合实际调查走访农户，综合考虑整机开发的成本、清洁效率、清洁度等因素，得到了以下设计要求：（1）封土机应具有良好封土效率。（2）在进行取土作业时，不能伤苗。（3）拥有较高的设计可靠性，保证其机械结构使用寿命。（4）拥有良好的作业质量，防止大块土砸伤棉花苗。（5）结构设计尽量简单，保证其工作稳定性，便于维修。总体设计思想本设计属于机械结构设计，但需要结合新疆棉花种植情况、棉花种植相关农艺要求，走访种植棉花的农户，通过分析后，确立了棉花播种封土机的总体设计思想包括：（1）整机外框结构设计要合理，不能出现刮伤、刮死棉花苗的情况出现。（2）主要运动机构采用强度较高的部件，保证结构使用寿命。（3）整机成本不能过高，照顾农户收入情况，考虑经济效益。（4）整机故障率不能过高，高故障率影响农户田间作业，降低农户使用成本。整机设计完成后，应具备高效率、工作质量高、故障率低、经济实用等特点。总体设计方案作业流程设计封土机的完整作业流程规划如下：首先检查机器各部件状态是否良好，确定各个部件状态良好之后在齿轮箱动力输入轴处连接拖拉机后置动力输出轴，机器上升驶入待封土农田并调整好位置，机器下降开动拖拉机，随后开始工作，待工作至地头时上升机器掉头并调整好位置后，继续工作以此往复。工作完成后抬起机器关闭拖拉机输出动力即可。取土、送土设计如何取土与送土也是本课题的一项重要设计内容尤其是取土更是重中之重，取土质量的好坏直接影响了最终封土质量的好坏。在查阅大量资料，实地考察了大量农机之后采用了使用旋耕机的旋耕刀取土图2-1为旋耕机与旋耕刀。采用旋耕刀取土主要有以下几点原因：（1）旋耕机机型已经颇为成熟，其工作原理合理性已经过市场检测，单设计取土装置需要经过大量实验实践分析。（2）目前市面上已经有旋耕刀售卖，制作工艺、耐用性等方面可以得到保证，对于封土机制作维修方面是一大便利。（3）考虑到目前新疆大部分小型机械加工工厂工艺可能达不到取土装置设计要求，取土装置是封土机中负荷最重的工作部件，采用成熟产品可保证工作质量。旋耕机旋耕刀图2-1旋耕机与旋耕刀送土设计参考绞龙输送机，由绞龙送土。绞龙机械构造简单，方便维修，操作方便等优点，且绞龙在市面上也有大量售卖，质量、工作原理合理性也都可以得到保证，图2-2为绞龙输送机。 图2-2绞龙输送机机械设计机械本体作为棉花播种封土机最终功能实现的载体，起到了一个平台作用。针对封土机设计部分主要内容包括：（1）封土机主要工作部件设计。这是封土机最重要的地方，确保封土机能够正确高质量的取土送土，满足工作需要。（2）封土机框体机架设计。在设计时框体不能刮伤棉花苗，还要起到支撑作用。（3）齿轮箱的设计。计算齿轮箱的相关数据。（4）关键部件的校核。如：齿轮箱齿轮以及动力输出轴的强度校核。棉花播种封土机结构设计根据第二章的设计方案，分别对封土机的主要工作部件，框体机架，齿轮箱部分分别进行设计工作。设计工具SolidWorks机械设计自动化软件诞生于1995年，是一款基于Windows图形界面的三维造型设计软件，由于非常符合用户的使用习惯，使得其一经问世便得到广大机械设计工程师的喜爱而得到迅速的推广应用。SolidWorks软件强大的设计和建模功能，初学者可迅速上手并熟练应用及具备的技术创新性，大大地提高了应用该软件的工程师设计效率，使得SolidWorks称为主流的三维设计软件之一，在三维软件市场中占有重要的一席之地。机械结构设计主要工作机构设计封土机的主要工作机构分为取土与送土两部分，作为整机最重要的部分，优先设计，工作流程图如图3-1所示。 图3-1封土机工作流程图由图3-1得知主要工作机构由三部分构成，旋耕刀盘，皮带轮部分与前后双绞龙部分。旋耕刀采用市面上已有的225型旋耕刀，该旋耕刀制作时经过热处理，强度可以适应田间劳作，市场检验合格可行可用，封土机采用四组旋耕刀盘进行取土作业，使用Solidworks对旋耕刀进行建模，图3-2为旋耕刀模型，图3-3为双旋耕刀盘模型。图3-2旋耕刀模型图3-3旋耕刀盘模型皮带轮主要作用是带动绞龙旋转送土，不是最主要受力部件，在设计时采用H型同步带轮，规格为21H。使用SolidWorks软件建模，图3-4为皮带轮模型。 图3-4皮带轮模型绞龙是整机的送土部分，采用其市面上现有的绞龙叶片，直径180mm，该叶片与旋耕刀片一样经过市场检验，质量、可靠性方面均有保障。使用SolidWorks建模，图3-5为绞龙模型。 图3-5绞龙模型框体机架设计框体机架的设计要求中因其工作幅宽为2×(660+100)，所以框体机架设计宽度需大于工作幅宽选定2.5米，绞龙槽部分有三个方孔用于封土，因为其旋耕刀不能起到整机支撑作用，因此需要单独设计支撑部分，框体机架材料选用Q235钢材，使用Solideworks对其进行三维模型创建，如图3-6所示。图3-6整机框体机架图齿轮箱设计及相关计算已知拖拉机的动力输出：发动机功率：40kw输出轴转速：720r/min查阅相关资料以及询问相关人员对其经验估算：P额=0.8x40=32KW n=720r/min以此为已知条件对齿轮箱进行设计，齿轮箱传动简图如图3-7所示。图3-7齿轮箱传动简图各传动副效率： 圆锥齿轮传动η1=0.96圆柱齿轮η2=0.96滚柱轴承η3=0.98球轴承η4=0.99万向节η5=0.96第I轴及小锥齿轮Z动率，转速和扭矩：n1=720r/minnZ1=720r/min大锥齿轮Z2的功率轨迹的扭矩为：第II轴功率轨迹和扭矩为：第II轴Z3齿轮功率、转速和扭矩为：第III轴Z4齿轮功率第IV轴Z5齿轮功率刀轴Z6齿轮功率、转速和扭矩刀轴功率，转速和扭矩 统计数据得到表3-1算出传动比。表3-1传动比计算轴次动力Ⅰ轴Ⅱ轴Ⅲ轴Ⅳ轴刀轴输出轴轴Z1轴Z2Z3轴Z4轴Z5轴Z6P功率（KW）29-427.6627.126.0226.5527.7526.6425.5724.324.3N转速（r/min）720720720450450450285285T扭矩（N.m）3.99×1023.91×1025.89×1026.01×1025.89×1028.1×1028.1×102齿数（个）152419302030总传动比查阅相关资料得总变位X=0.80mm、根据类比得X3=0.28mmX4=0.52mm齿轮模数采用国家标准（GB1357-78）取值：分度圆直径压力角啮合角中心距变动系数中心距齿高变动系数齿数比节圆直径齿顶高齿根高全齿高齿顶圆直径齿根圆直径公法线长度跨测齿数k3=2k4=3固定弦齿厚固定弦齿高第二对直齿圆柱齿轮、的主要参数的计算查阅相关资料的总变位X=0.87mm根据类比得X5=X4=0.52mmX6=0.35mm分度圆直径压力角啮合角中心距变动系数中心距齿高变动系数齿数比节圆直径齿顶高齿根高全齿高齿顶圆直径齿根圆直径公法线长度跨测齿数k3=2k4=3固定弦齿厚固定弦齿高计算完成后，使用SolidWorks软件对齿轮箱进行建模，装配后如图3-8所示。图3-8齿轮箱装配图（其中外框只显示线架）其中选用的轴承为分别为GB_T297-1994_30210、GB_T283-2007_NJ207、GB_T283-2007_NJ208、GB_T283-2007_NJ210，类型为圆锥滚子轴承。模型装配全部组件建模完成后，使用SolidWorks软件对模型进行总体装配，由于封土机各部件建模上文已经全部列举完成，在此就不进行举例了。图3-9为虚拟整机装配图。 图3-9虚拟整机装配图齿轮箱初级受力啮合齿轮校核各参数值的确定第二、三轴上的直齿轮、为初级受力啮合直齿轮，其传递的功率和扭矩值都比较大，为此特对直齿轮、进行强度校核，其他齿轮的强度校核l类似，就不再一一赘述了。（1）小齿轮传递的扭矩，由前面计算结果可知扭矩大小为：（2）转速450r/min;（3）查阅相关文献，可取齿宽系数;（4）查阅相关文献知弹性系数;（5）查阅相关文献知节点区域系数;（6）齿数比;直径d=105;（8）传动比1.57；计算载荷系数（1）查阅相关文献查得使用系数。因（2）查阅相关文献查得动载荷系数。（3）查阅相关文献查得齿向载荷分布系数。（4）查阅相关文献查得齿间载荷分配系数。故载荷系数。计算接触疲劳许用应力查阅相关文献，取接触疲劳极限应力、。小齿轮与大齿轮的应力循环次数分别为查阅相关文献查得寿命系数.0。查阅相关文献取安全系数，得故取按齿面接触疲劳强度校核由前面计算知，，，，，，，将它们代入式中计算得故齿面接触疲劳强度满足要求。计算齿根弯曲应力查阅相关文献计算得齿根弯曲应力齿根弯曲疲劳强度满足要求运动学仿真5.1.运动学简介二十世纪八十年代以来，设计工程中首次使用计算机辅助工程（CAE）方法后，有限元分析（FEA）就成了最先被广泛采用的模拟工具。多年来，该工具帮助设计者在研究新产品的结构性能时节约了大量时间。由于机械产品日渐复杂，不断加剧的竞争加快了新设计方案投入市场的速度。设计者迫切感到必须使模拟超出FEA的局限范围，除使用FEA模拟结构性能外，还需要在构建物理原型之前确定新产品的运动学和动力学性能。运动仿真（又称刚性实体动力学）提供了用于解决这些问题的模拟方法，并很快得到了广泛应用。科学技术的飞速发展和学科的相互交叉，极大地促进了机械设计行业的发展和进步，设计的高效化和自动化已经成为今后发展的必然趋势，随着机械产品性能要求的不断提高和计算机技术的广泛应用，作为机械设计强大支撑技术之一的运动仿真技术越来越受到机械设计者的重视和亲睐。机械运动仿真技术是一种建立在机械系统运动学、动力学理论和计算机实用技术基础上的新技术，涉及建模、运动控制、机构学、运动学和动力学等方面的内容，主要是利用计算机来模拟机械系统在真实环境下的运动和动力特性，并根据机械设计要求和仿真结果，修改设计参数，直至满足机械性能指标要求或对整个机械系统进行优化的过程。通过机械系统的运动仿真，不但可以对整个机械系统进行运动模拟，以验证设计方案是否正确合理，运动和力学性能参数是否满足设计要求，运动机构是否发生干涉等，还可及时发现设计中可能存在的问题，通过不断改进和完善，严格保证设计阶段的质量，缩短机械产品的研制周期，提高设计成功率，从而不断提高产品在市场中的竞争力。因此，机械运动仿真当前已经成为机械系统运动学和动力学等方面研究的一种重要手段和方法，并在交通、国防、航空航天以及教学等领域得到广泛应用。机械系统的运动仿真可以采用VB、OpenGL、3Dmax、VC等语言编程实现，也可使用具有运动仿真功能的机械设计软件（如ADMAS、Pro/E、EUCLID、UG、Solidworks、SolidEdge等）实现。随着计算机软件功能的不断强大和完善，用软件进行运动仿真是一种省时、省力、高效的方法，也是运动仿真发展趋势。本次设计机构采用的仿真软件为Solidworks中motion模块，主要对蛟龙的运作进行动力学仿真。5.2.运动仿真过程简述第一步： 打开装配文件，点击Solidworksmotion模块，并点击motion分析。第二步：定义输入轴初始转速285r/min,这时左侧出现特征对话框，可以选择转速类型、位置、方向、速度等选项。位置要选与转轴垂直的面，默认时间5秒，转速285RPM（转/分）正好转一圈。第三步：可以拖动键码点改变时间长短，由于转速较快所有选取合适的时间0.5sec。第四步：点击“结果和图解”按钮，分别选取角位移图图解、角速度图解、角加速度图解进行运算分析出图。5.3仿真结果角位移图解、角速度图解、角加速度图解如下图5.1、5.2、5.3所示：5.1角位移图解5.2角速度图解5.3角加速度图解通过对角位移图解、角速度图解、角加速度图的分析易知角位移呈周期性匀速变化，角速度为恒定值，角加速度为0，整体运行十分平稳，无速度突变的情况整体设计合理。输出轴仿真有限元仿真方法简介有限元法(FiniteElementMethod，FEM)是随着计算机的发展而迅速发展起来的一种计算方法，是一种求解关于场问题的一系列偏微分方程的数值方法。在机械工程中，有限元法已经作为一种常用的方法被广泛使用。凡是计算零部件的应力、应变和进行动态响应计算及稳定分析等都可以用有限元法。Simulation是SolidWorks公司推出的一套有限元分析软件。它作为嵌入式分析软件与SolidWorks无缝集成。运用Simulation，普通的工程师就可以进行工程分析，并可以迅速得到分析结果，从而最大限度地缩短了产品设计周期，降低测试成本，提高产品质量，加大利润空间。其基本模块能够提供广泛的分析工具来检验和分析复杂零件和装配体，它能够进行应力分析、应变分析、热分析、设计优化、线性和非线性分析等。SolidWorksSimulation是一款基于有限元技术的分析软件，通过与SolidWorks的无缝集成，在工程实践中发挥了越来越大的作用。本文通过简单的实例探讨了SolidWorksSimulation的一些基本功能及其使用方法。在工程应用中，用户可以使用SolidWorksSimulation软件对SolidWorks所构建的零件和装配体进行高性能的应力分析和优化分析。Simulation有限元分析的一般步骤不管项目多复杂或应用领域多广，无论是结构、热传导，还是声学分析，对于不同物理性质和数学模型的问题，有限元求解的基本步骤是一样的，只是具体公式推导和运算求解不同。一般有限元求解问题的基本思路为（1）建立数学模型。Simulation对来自SolidWorks的零件或装配体的几何模型进行分析。该几何模型必须能够用正确的适度小的有限单元进行网格划分。通常情况下，需要修改CAD几何模型以满足网格划分的要求。这种修改可以采取特征消隐、理想化或清除等方法。（2）建立有限元模型。通过离散化过程，将数学模型剖分成有限单元，这一过程成为网格划分。离散化在视觉上将几何模型划分为网格。然而，载荷和支撑在网格完成后也需要离散化，离散化的载荷和支撑将施加到有限元网格的节点上。（3）求解有限元模型。创建有限元模型后，使用Simulation的求解器进行求解。（4）结果分析。总体来说，结果分析是最困难的一步。有限元分析提供了非常详细的数据，这些数据可以用各种格式来表达。对结果的正确解释需要熟悉和理解各种假设、简化约定以及在前面三步中产生的误差。以上介绍了Simulation有限元分析的基本思路，在实际应用Simulation进行分析时，一般遵循以下步骤：创建算例、应用材料、添加约束、施加载荷、划分网格、运行分析和分析结果。仿真过程下文来说明使用Simulation旋耕输出轴的结构有限元分析、Simulation进行零件静态分析的基本操作。由于细长轴上有一个通孔，因此用力学的知识求解将会非常复杂，而使用Simulation有限元分析求解则相当容易。建立算例。算例是由一系列参数定义的，这些参数完整地表达了物理问题的有限元分析。当对一个零件或装配体进行分析时，想得到它在不同工作条件下的反应就要运行不同类型的分析。一个算例的完整定义包括分析类型、材料、负荷、约束和网格。在这一步骤中，可以为本算例设定一个名称，并同时设定算例的“类型”为“静态”。应用材料。在运行算例之前，必须定义模型的材料属性。在Simulation中定义材料不会更新已在SolidWorks中为CAD模型分配的材料。在装配体中，每一个零件可以指定不同的材料，如表5-1所示定义材料。表5-1材料定义模型参考属性零部件名称:20CrMnTi模型类型:线性弹性同向性默认失败准则:屈服强度:8.35e+008N/m^2张力强度:1.08e+009N/m^2弹性模量:2.12e+011N/m^2泊松比:0.289质量密度:7860kg/m^3抗剪模量:8.17e+010N/m^2热扩张系数:1.3e-005/KelvinSolidBody1(镜向3)(输出花键轴)曲线数据:N/A添加约束。为了完成一个静态分析，模型必须被正确地约束。Simulation提供了各种夹具来约束模型，一般而言，夹具可以应用到模型的面、边和顶点。单击Simulation工具栏“夹具”下拉菜单的“固定几何体”，完成对零件约束的添加。当某个面添加了约束之后，就可以看到夹具符号出现在该面上。夹具符号分别用箭头和圆角表示各方向的移动和转动自由度的限制。本文中选择“圆柱约束几何体”夹具类型。表5-2为约束表。表5-2约束表夹具名称夹具图像夹具细节在圆柱面上-1实体:1面类型:在圆柱面上转换:0,,0单位:mm合力零部件XYZ合力反作用力(N)24.37022.16597-0.24612724.4675反力