没有之后陕西理工学院毕业设计
陕西理工学院本科毕业论文（设计）任务书
院(系) 机械工程学院专业班级机自学生姓名
一、毕业设计题目打夯机的三维设计
二、毕业设计工作自____2015__年___3_ _月__1_ _日起至_ 2015__年 6 月__5__日止
三、毕业设计进行地点: 校内
四、毕业论文（设计）应完成内容及相关要求：
1. 了解蛙式打夯机的工作原理及主要设计参数及设计过程；
2. 该蛙式打夯机的的输出转数为60r/min，适用于夯实灰土和黄土地基；
3. 进行传动系统所有零部件的结构设计及三维建模工作；并进行运动仿真工作。在装配体结
构的基础之上，绘制装配图、装配爆破图，两张A4。
4.进行有限元分析。利用有限元分析软件（如：ANSYS软件）对其中一个零件进行静应力分析，
确定该其应力应变特性，并能满足设计条件。
5.联系实际进行现代设计方法的训练，完成设计性论文的撰写工作，整个设计说明书内容要连
贯，是整体一致；说明书阐述应段落之间有连贯性，语句之间有逻辑性；说明书摘要要反映所做主要内容。
6.外文参考文献不少2篇，其中一篇附原文（PDF格式），并对该外文资料进行翻译，英文翻译要与原文内容一致，通顺，符合学校的相关规定。
五、毕业论文（设计）应收集资料及参考文献：
利用寒假找到蛙式打夯机实体观察，结合机械设计基础课程弄明白它的工作原理，熟练三维建模。可查找关于结构设计及有限元分析方面的文献资料；并了解打夯机分类，现状。参考文献不能都是教材，应该至少有一半是近几年发表的期刊，硕博士论文，内容应该与你的毕设内容相关。
六、毕业论文（设计）的进度安排：
1）寒假收集相关参考文献并阅读，收集相应有用信息，明确本课题的主要工作；
2）3月5号左右提交开题报告；
3）5月中旬完成课题所有工作；
4）5月底完成论文撰写工作；
5）6月初答辩；
专业负责人签名批准日期
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蛙式打夯机的三维设计
000
（陕理工机械工程学院机械设计制造及及自动化专业000班，陕西汉中723003）
指导老师：000
[摘要]CAE技术因其设计效率高、周期短，能快速占领市场而被越来越多的应用到现代机械设计过程中。蛙式打夯机主要由偏心块、夯架、夯锤、皮带轮、电机等组成，通过偏心块离心力带动夯架工作，本次设计主要采用CAD 技术进行打夯机的三维设计及运动仿真，并在此基础之上进行偏心块的动态特性分析。
[关键词]：蛙式打夯机，结构设计，三维建模，有限元分析
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3D design of tamping machine
000
(Grade00,Class0,Major Mechanical Design and Manufacture and automation,Mechanical
Enginieering Dept,Shaanxi Univetsity of Technology,Hanzhong 723000,Shaanxi)
Tutor:000
Abstract: CAE technology have more and more applied to the modern mechanical design process, because of its high efficiency, short cycle and can quickly occupy the market.Frog hammer is mainly composed of eccentric block, tamper, rammer, pulley, motor and so on, through the frame work of eccentric block centrifugal force to drive ram, this design mainly adopts CAD technology for 3D design and motion simulation of tamping machine, and on this basis to analyze dynamic characteristics of eccentric block.
Keywords: frog rammer, structure design, 3D modeling,finite element analysis
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目录
1绪论 (1)
1.1CAE技术的发展 (1)
1.2蛙式打夯机的概述 (1)
1.3本课题的主要工作 (2)
2蛙式打夯机总体参数设计计算 (3)
2.1确定偏心块质量 (3)
2.2确定电动机功率 (3)
2.3第一对带轮的设计 (4)
2.3.1带传动设计 (4)
2.3.2选取带型 (4)
2.3.3确定带轮的基准直径并验证带速 (4)
2.3.4确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角 (5)
2.3.5确定带的根数z (5)
2.3.6确定带轮的结构和尺寸 (5)
2.3.7计算压轴力 (5)
2.4第二对带轮的设计计算 (6)
2.4.1带传动设计 (6)
2.4.2选取带型 (7)
2.4.3确定带轮的基准直径并验证带速 (7)
2.4.4确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角 (7)
2.4.5确定带的根数z (8)
I
陕西理工学院毕业设计 2.4.6确定带轮的结构和尺寸 (8)
2.4.7计算压轴力 (8)
3轴的设计计算键的选择 (9)
3.1轴1的设计与校核 (9)
3.1.1求作用在带轮上的力 (9)
3.1.2 初步确定轴的最小直径 (9)
3.1.3 轴的结构设计 (10)
3.1.4 求轴上的载荷 (11)
3.1.5 按弯曲扭转合成应力校核轴的强度 (12)
3.1.6 精确校核轴的疲劳强度 (12)
3.2 轴2的设计 (16)
3.2.1初步确定轴的尺寸 (16)
3.2.2 带轮4上轴的整体设计 (16)
4蛙式打夯机的三维建模及运动仿真 (22)
4.1零件建模 (18)
4.1.1偏心块建模 (18)
4.1.2带轮的三维建模 (19)
4.1.3夯头体的三维建模 (20)
4.1.4 其余零件建模 (21)
4.2蛙式打夯机的三维装配 (22)
4.3 蛙式打夯机的运动仿真 (25)
5 ANSYS有限元分析 (26)
II
陕西理工学院毕业设计 5.1有限元分析软件简介 (26)
5.2分析步骤 (26)
5.2.1 导入模型 (26)
5.2.2 网格划分 (26)
5.2.3 建立约束条件 (27)
5.2.4 施加载荷 (27)
5.2.5 分析求解 (28)
5.2.6 结果分析 (29)
III
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1绪论
1.1CAE技术的发展
“CAE即计算机辅助工程是用计算机辅助求解复杂丁程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法”[1]。它的特点是以工程和科学问题为背景，建立计算模型并进行计算机仿真分析。一方面，CAE技术的应用，使许多过去受条件限制无法分析的复杂问题，通过计算机数值模拟得到满意的解答；另一方面，计算机辅助分析使大量繁杂的方程分析问题简单化，使复杂的过程层次化，节省了大量的时间，避免了低水平重复的工作，使工程分析更快、更准确。在产品的设计、分析、新产品的开发等方面发挥了重要作用，同时CAE这一新兴的数值模拟分析技术在国外得到了迅猛发展，又推动了许多相关的基础学科和应用科学的进步。
随着计算机技术的普及和不断提高，CAE系统的功能和计算精度都有很大提高，各种基于产品数字建模的CAE系统应运而生，并已成为结构分析和结构优化的重要工具，同时也是计算机辅助4c系统(CAD，CAE，CAPP／CAM)的重要环节。CAD(计算机辅助设计)、CAM(计算机辅助制造)和CAPP(计算机辅助工艺)等都属于计算机辅助工程(CAE)，而计算流体动力学CFD和有限元分析(FEA)等则是支撑CAE的分析工具和手段。采用CAD技术来建立CAE的几何模型和物理模型。完成分析数据的输入，通常称此过程为CAE的前处理。同样，CAE的结果也需要用CAD技术生成形象的图形输出，如生成位移图、应力、温度、压力分布的等值线图，表示应力、温度、压力分布的彩色明暗图，以及随机械载荷和温度载荷变化生成位移、应力、温度、压力等分布的动态显示图。这一过程叫做CAE的后处理。
CAE的理论基础有限元法：20世纪40年代起源于土木工程和航空工程中的弹性和结构分析问题的研究。它的发展可以追溯到Alexander Hrennikoff(1941)和Richard courant(1942)的工作，他们的方法具有共同的本质特征：利用网格离散化将一个连续区域转化为一族离散的子区域，通常叫做元。HrenfIikofr的丁作离散用类似于格子的网格离散区域；Courant的方法将区域分解为有限个三角形的子区域，用于求解来源于圆柱体转矩问题的二阶椭圆偏。Courant的贡献推动了有限元的发展。1963至1964年Besseling等确认了有限元法是处理连续介质问题的一种普遍方法。而后，随着计算机技术的广泛应用和发展，有限元技术依靠数值计算方法，才迅速发展起来。近10年来，有限元法的应用范围有了大幅度的提高，已由简单的弹性力学的平面问题扩展到空间问题、板壳问题，由静力问题扩展到稳定性问题、动力学问题和波动问题；分析对象从弹性材料扩展到塑性、粘塑性和复合材料，从固体力学扩展到流体力学、传热学、电磁学等连续介质力学领域。将有限元分析技术逐渐由传统的分析和校核扩展到优化设计，并与计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)密切结合，形成了现在CAE技术框架。
1.2蛙式打夯机的概述
轻型压实设备蛙式打夯机是一种简易压实施工机械，其原理就是利用偏心块做圆周运动产生的离心惯性力带动夯架上下振动并且向前运动；建筑行业中打地基用，因其行动方式一步一跳，好象青蛙行走故此得名；其主要部件包括夯锤、夯架、偏心块、皮带轮和电动机等。电动机及传动部分装在底座上，夯架后端与传动轴铰接，在偏心块离心力作用下，夯架可绕此轴上下摆动。夯架前端装有夯锤，当夯架向下方摆动时就夯击土壤，向上方摆动时使橇座前移。因此，蛙式夯夯锤每冲击一次，机身即向前移动一步。
由于蛙式打夯机的整体工作效率低下，而且安全性较差，一般只能进行小面积薄铺层的平整和初步压实工作，并且随着振动平板夯和振动冲击夯技术的日趋成熟，蛙式打夯机也渐渐的被它们所替代，仅在民用小型建筑中发挥着它的余热。
蛙式打夯机的设计较简单，其主要结构为大小减速带轮、支承轴、夯头体、底板、以及支架等构件构成。现在市面上出售的打夯机，其主体部分都是通过焊接完成，这在结构造型上显得很灵活，可以根据不同的工作环境改变其构成，同时，焊接操作方便，简单，也便于以后对机器的改进。其
第1 页共37 页
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第 2 页 共 37 页 采用的材料也主要以钢材为主，这在减小机器结构尺寸，增加机体刚性上取得了很好的效果，使得打夯机工作效率有了较大的提高。
本次设计的蛙式打夯机在造型上较为传统，其体积较庞大，主要原因是它的夯头体和底板分别采用的是整体铸造成型，而在现有的打夯机中，其结构主要是采用型钢焊接，这在减小体积、加强机体总体紧凑性上得到了很好的解决。在本设计中，虽然底板和夯头体采用的是整体造型结构，但它并不影响机器的工作效率和动力特性。
如图1.1所示，“打夯机的工作过程为：电动机1输出的转矩通过V 带3传递给减速大带轮5，在大带轮的支承轴4上有一个二级减速小带轮，转矩再通过V 带传递给输出大带轮6，带轮6是支承在轴7上的，同时通过螺栓将轴承座8和夯头架10连接起来，大带轮在转动的过程中，将带动连接在上的偏心块9一起转动。在离心力的作用下，将带动夯头底板10做上下冲击震动，从而压实物料。同时在离心力的作用下，将抬起底板15的右部分，起作用是减小底板与地面的摩擦力作用，从而使整机前移”[2]。
1、电动机；
2、出轴带轮1；
3、窄V 带（SPZ ）；
4、轴；
5、减速大带轮2；
6、输出大带轮4；
7、轴；8、轴承座；9、偏心块；10、夯头底板；11、连接螺栓；12、支承架；13、张紧螺钉；14、电机支架；15、底板
图1.1 蛙式打夯机结构简图
1.3本课题的主要工作
本课题为打夯机的三维设计，在设计过程中需要完成的工作主要包括：蛙式打夯机总体结构设计，电动机的选择，对蛙式打夯机的传动系统、执行部件及机架设计，对设计零件进行设计计算分析和校核，运用计算机辅助设计软件对设计的零件进行三维建模，运用计算机辅助设计软件对打夯机夯架进行静应力分析，绘制整机装配图及零件图。
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第 3 页 共 37 页 2蛙式打夯机总体参数设计计算
2.1确定偏心块质量
根据本课题要求的设计基本参数：打击次数60次/分 , 打击力：约600N
由于蛙式打夯机工作时的
总离总F F F +=
总在分析偏心块受力时应考虑到：当夯头被抬升至最高位置时，只有偏心块产生的离心力只需要克服夯头重力，即总离G F ≥。才能将夯头带起，并使整机前移。
根据已知条件，n=60 r/min,则
s rad n /22ππω==
假设偏心块厚度为30mm ，其他尺寸如图2.1所示：
