半喂入式花生摘果機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計【含5張CAD圖紙】

喜歡這套資料就充值下載吧。資源目錄里展示的都可在線預(yù)覽哦。下載后都有，請放心下載，文件全都包含在內(nèi)，有疑問咨詢QQ:1064457796 XXXXXX畢業(yè)設(shè)計說明書題 目： 花生摘果機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計學(xué) 院： XXXXXX 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 學(xué) 號： XXXXXX 姓 名： XXXXXX 指導(dǎo)教師： XXXXXX 博士 完成日期： 2012年5月27日 37目 錄中文摘要I1 前言11.1 研究目的意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3 本設(shè)計主要研究內(nèi)容和研究方法21.3.1 研究內(nèi)容21.3.2 研究方法22 總體方案確定22.1 方案的選擇和確定22.2 摘果裝置的總體結(jié)構(gòu)33 傳動方案的確定43.1電動機(jī)的選擇和傳動參數(shù)的設(shè)計53.1.1 釘齒條上的釘齒轉(zhuǎn)速53.1.2釘齒滾筒的轉(zhuǎn)速63.1.3 電動機(jī)的功率63.1.4 電動機(jī)的轉(zhuǎn)速63.2 V帶傳動的設(shè)計73.3 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計114 滾筒裝置的設(shè)計154.1 滾筒軸裝置的設(shè)計154.1.1根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度164.1.2 初步選擇滾筒軸系164.1.3軸的強(qiáng)度校核164.1.4 軸承的校核204.1.5 鍵的校核214.1.6釘齒條的設(shè)計214.1.7 釘齒條的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計214.1.8 釘齒條及釘齒的設(shè)計224.1.9 圓盤的設(shè)計225 箱體246 機(jī)架247總結(jié)248展望25參考文獻(xiàn)25附錄 英文資料翻譯26附錄 英文資料翻譯31摘花生機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計指導(dǎo)老師：XXXXXX中文摘要花生摘果裝置是在傳統(tǒng)的全喂入式摘果裝置的基礎(chǔ)上為降低花生的破碎率，降低能耗等問題上而定型的，與傳統(tǒng)的摘果裝置相比，最大的不同是采用的半喂入方式，這種方式功耗少，可靠性高，摘凈率好，破損少。適合于干花生蔓藤的花生摘果生產(chǎn)，小型方便，較合適家庭作業(yè)。以電動機(jī)為動力源，動力由電動機(jī)輸出軸輸出，再通過傳動帶傳遞到滾筒上，由滾筒摘選桿轉(zhuǎn)動打擊使花生脫離莖桿，果實(shí)及雜物通過凹版孔落下，打碎的莖稈由出料口排出，落到風(fēng)機(jī)吸雜口排雜，選出干凈的果實(shí)從而完成全過程。關(guān)鍵詞：摘果裝置；花生；能耗，結(jié)構(gòu)，設(shè)計；The defloration vital structural designAbstract: Half feeding type peanut picker is rigid in the traditional all feeding type picker device based on the reduce the rate of peanut broken and power consumption. Compared to the traditional picker device, the biggest difference is the use of the half feeding type, and this type have low power consumption ,reliable working process, high picker off, and litter broken peanut. This device is suit for the production of peanut peaking in the humid southern climate , the design relatively small, more suitable foe homework, which is the foundation of study and design effective peanut harvester.Key words: type of half feeding; picker device ;peanut; power consumption; 1 前言1.1 研究目的意義花生是世界上廣泛栽培的主要油料作物。隨著農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展,花生向良種化、機(jī)械化和區(qū)域化種植方向發(fā)展。近幾年,隨著花生種植面積、產(chǎn)量的不斷增加和農(nóng)村勞動力的轉(zhuǎn)移,花生生產(chǎn)機(jī)械化的發(fā)展就顯得尤為重要。目前,要大力發(fā)展花生生產(chǎn)全過程的機(jī)械化,必須結(jié)合中國的國情和適應(yīng)農(nóng)村現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)實(shí)力。大部分花生產(chǎn)區(qū)需要分別解決花生種植過程中主要作業(yè)環(huán)節(jié)的機(jī)械化問題,近期內(nèi)應(yīng)當(dāng)是花生的機(jī)械化播種、收獲和摘果這三個主要環(huán)節(jié)。其中，花生摘果是一項(xiàng)要求嚴(yán)格、耗時較大的作業(yè)。是花生生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié)。機(jī)械化收獲是確保花生豐產(chǎn)豐收的重要保障，摘果系統(tǒng)是花生聯(lián)合收割機(jī)的“心臟”，其工作情況直接影響到聯(lián)合收割機(jī)的性能。隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，農(nóng)業(yè)科學(xué)研究的不斷深入，花生品種必然朝著高產(chǎn)方向發(fā)展，這也給繼續(xù)工作者提出了更高的要求，高產(chǎn)就意味這在同樣收獲作業(yè)工況下增加喂入量。 南方空氣濕度大，氣侯變化無常，花生水分含量高，從以往研究成果看，喂入量和花生水分含量對摘果性能有很大的影響。一般來說，喂入量增加，摘果系統(tǒng)負(fù)荷增大；含水量增加改變理論花生蔓的物理特性，同時也改變了摘果負(fù)荷，這兩種情況都容易增加機(jī)械系統(tǒng)負(fù)荷，降低可靠性。傳統(tǒng)的摘果主要是全喂入式，摘果的主要部件是摘果滾筒，目前國內(nèi)外主要使用的摘果方式還有半喂入式，半喂入式花生摘果對干濕蔓均可使用，主要應(yīng)用在南方地區(qū)，其摘果效率與損失率受花生收獲環(huán)節(jié)植株的整齊程度及摘果機(jī)喂入影響較大，現(xiàn)有機(jī)型在摘果效率、損失率上還不穩(wěn)定，沒有得到很好的推廣。因此，為了改善摘果效果，研究摘果過程的低能耗，摘果率高的摘果裝置，是提高花生產(chǎn)業(yè)化水平的關(guān)鍵。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀傳統(tǒng)的花生摘果方法是用手工摘果，效率低、用工多，嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)效益。近幾年隨著種植花生面積的加大及花生產(chǎn)量的提高，花生摘果機(jī)的應(yīng)用逐漸增多，成為代替手工操作的便利機(jī)械。目前，我國主要推廣應(yīng)用的單功能花生摘果機(jī)可分為全喂入式和半喂入式兩類。全喂入式摘果機(jī)，主要用于從曬干后的花生蔓上摘果。工作時將曬干后的花生蔓喂入摘果室，在高速轉(zhuǎn)動的滾筒作用下，將花生果摘下來。該機(jī)型除了基本上滿足摘果的要求外，普遍存在消耗的功率大、摘果不凈、分離不清、破碎率高的缺點(diǎn)。該機(jī)型的摘果部件有切流式釘齒滾筒、軸流式釘齒滾筒、蓖梳式軸流滾筒以及差動式螺旋滾筒等幾種。半喂入摘果機(jī)工作過程是：當(dāng)摘果機(jī)的夾持輸送鏈將花生蔓夾住，沿滾筒軸向移動，摘果滾筒將花生果摘下。該機(jī)型對于干、濕花生蔓都可使用，具有動力消耗少，摘果后的花生蔓整齊，摘濕果質(zhì)量好、破碎率低等特點(diǎn)。但該機(jī)型工作性能不穩(wěn)定，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高等缺點(diǎn)，僅用在花生聯(lián)合收割機(jī)上。該機(jī)型的工作部件是相向滾動的兩個橡膠滾筒，工作時兩滾筒相向滾動將花生果摘下。國內(nèi)外現(xiàn)有的主要機(jī)型有美國Courtesy of Lilliston M fg .Co.生產(chǎn)的LP-2型花生收獲機(jī)、Kelly Manufacturing 公司生產(chǎn)的PH-2型花生收獲機(jī)，國內(nèi)主要有4HZ95型花生摘果機(jī)，4HZ95型花生摘果機(jī)，5H-5000花生摘果機(jī)，5HZ-2800型花生摘果機(jī)，花生摘果機(jī)980型，5HZ-2800A型花生摘果機(jī) ，5HZ-7000型花生摘果機(jī) ，5HZ-4000型花生摘果機(jī) ，5HZ-4700型花生摘果機(jī) ，自動裝袋花生摘果機(jī) 。但是，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作可靠性等原因推廣應(yīng)用受到了限制。為此，為了改善摘果效果，降低能耗，提高摘果摘凈率，對半喂入花生摘果機(jī)的設(shè)計，為花生聯(lián)合收獲機(jī)的推進(jìn)革新奠定了基礎(chǔ)。本研究結(jié)合國內(nèi)外幾種典型的摘果機(jī)具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理，并通過分析其現(xiàn)狀與存在的問題，結(jié)合實(shí)驗(yàn)探討改進(jìn)方法，以期改善花生摘果效果，為花生的摘果提供切實(shí)可行的機(jī)具。1.3 本設(shè)計主要研究內(nèi)容和研究方法1.3.1 研究內(nèi)容 1) 傳動系統(tǒng)的設(shè)計：大小帶輪的設(shè)計計算、V帶的選取、軸承的選擇電機(jī)選型等內(nèi)容2）摘果滾筒的設(shè)計包括：滾筒的設(shè)計、動刀條的設(shè)計等內(nèi)容 3）夾持輸送結(jié)構(gòu)的設(shè)計：夾持帶的設(shè)計、帶輪的設(shè)計、軸的選取校核等 4) 機(jī)架的設(shè)計1.3.2 研究方法 1)收集資料，進(jìn)行歸納分析 2)按給定的指標(biāo)參數(shù)在指導(dǎo)老師的幫助下完成設(shè)計任務(wù)2 總體方案確定2.1 方案的選擇和確定 摘果裝置是花生收獲機(jī)械的重要工作部件。花生聯(lián)合收獲機(jī)工作性能的優(yōu)劣在很大程度上取決于摘果裝置的工作性能。半喂入式花生摘果裝置能很好的利用喂入環(huán)節(jié)的改善來降低能耗，能夠滿足在干花生蔓的條件下平穩(wěn)作業(yè)。其作業(yè)原理是：花生蔓通過入料口傳送到摘果滾筒，在滾筒不斷的旋轉(zhuǎn)作用下摘果，有動刀條上齒釘將花生蔓和花生分離開來。其特點(diǎn)如下：1)該裝置用于花生果摘取作業(yè)，可以解決晾曬后花生的摘果問題，為設(shè)計聯(lián)合花生收獲機(jī)奠定了基礎(chǔ)。2)該裝置結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性好，可以節(jié)約收獲時間，降低因?yàn)榱罆裨斐傻⒄`農(nóng)時的問題。如果配在聯(lián)合收獲機(jī)上，效果更為顯著。3)由于該裝置采用半喂入式原理，所以其功率消耗少，工作可靠，不會出現(xiàn)莖稈莖稈殘繞或堵塞問題，同時含雜率也較全喂入式明顯少，減輕了后續(xù)花生清選的負(fù)荷。4)但該機(jī)型工作性能不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。2.2 摘果裝置的總體結(jié)構(gòu) 摘果裝置的主要部分為：入料口裝置、摘果滾筒裝置、出口部分、機(jī)架組成。整體組成圖由圖1所示：1) 入料和輸送裝置 入料口和上機(jī)架部分相連接，是用2mm厚的鐵板制成，入料部位與上箱蓋，下箱蓋一起，采用螺栓連接，花生蔓經(jīng)入料口進(jìn)入，由滾筒摘選桿轉(zhuǎn)動打擊使花生脫離莖桿，在傳動軸轉(zhuǎn)動的過程中摘果滾筒進(jìn)行摘果。 2) 摘果裝置 摘果部分主要是由摘果滾筒和齒釘組成的摘果桿組成。兩個滾盤用螺栓連接在焊接在傳動軸的鐵板上，滾盤上接有8條鐵條，在鐵條上相隔22mm均勻分布有長為40mm的直徑為3mm的齒釘33條?；ㄉ麖娜肓峡谌朕D(zhuǎn)動的滾筒中，花生蔓的根部先入，此過程中在摘果滾筒中間完成摘果，摘下的花生下落到下滑板上，由倉口排出出料斗之外，摘果后的打碎的花生根莖在下落的時候由風(fēng)扇機(jī)吹出。3） 出口部分出口部分主要是下滑式鐵皮制造，也是由2mm厚的鐵皮構(gòu)造，花生滑落上面由于鐵板槽的傾斜花生滑出機(jī)體之外。4） 機(jī)架機(jī)架是花生摘果機(jī)的主要支撐，它承擔(dān)著摘果機(jī)的主要重量和動力、負(fù)載和力矩因此它的設(shè)計是只強(qiáng)不弱的部分。機(jī)架的各部分各自穩(wěn)定，而且相對固定，以便做到機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不會產(chǎn)生晃動、歪斜，造成人身危險，因此為了機(jī)架的堅固，此試驗(yàn)臺的設(shè)計采用4mm厚的角鋼制成。5） 花生摘果裝置的總體設(shè)計為了更優(yōu)化花生摘果裝置的機(jī)型和結(jié)構(gòu)設(shè)計，此花生摘果裝置的動力裝置放在機(jī)架的下面，與機(jī)架固定，這樣不僅可以節(jié)省空間，還可以起到穩(wěn)定作用?；ㄉb置從入料到摘果到花生蔓的排除機(jī)體外是花生摘果裝置一體完成的，拿開上箱蓋可以看到整個摘果過程，便于我們收集花生摘果的相關(guān)數(shù)據(jù)。圖1 摘果機(jī)裝配簡圖Fig.1 the figure of the Assembly3 傳動方案的確定根據(jù)花生摘果機(jī)的具體傳動要求，可選電機(jī)與主軸之間用V帶和帶輪的傳動方式傳動，應(yīng)為摘果機(jī)在摘果工作過程中，傳動件V帶是一個撓性件，它賦有彈性，能緩沖和沖擊，吸收震動，因而使花生摘果機(jī)減少震動，噪音小等優(yōu)點(diǎn)。雖然在傳動過程中V帶與帶輪之間存在一些摩擦，導(dǎo)致兩者的相對滑動，使傳動比不精確但不會影響摘果機(jī)的傳動，因?yàn)榛ㄉ麢C(jī)不需要精確的傳動，只要傳動比比較精確就可以滿足需求，而且V帶的彈性滑動對摘果機(jī)的一些重要部件是一種過載保護(hù)，不會造成機(jī)體部件的嚴(yán)重?fù)p壞，還有V帶及帶輪的結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、容易維修和保養(yǎng)、便于安裝，所以，在電機(jī)和摘果機(jī)的傳送帶之間選用V帶輪的傳動配合是很合理的。本設(shè)計中有兩處可以用到V帶的傳動，輸入系統(tǒng)和電機(jī)之間，摘果滾筒和電機(jī)之間，我們來確定輸入系統(tǒng)和電機(jī)之間的帶傳動。方案如下：圖4 傳動方案圖Fig 4 Transmission program figture3.1電動機(jī)的選擇和傳動參數(shù)的設(shè)計根據(jù)4HZ95型花生摘果機(jī)所給相關(guān)設(shè)計的參考數(shù)據(jù)條件，摘果主軸為750850，滾盤半徑150mm，滾筒長890mm，在主軸的滾盤上設(shè)有八條釘齒條，每條釘齒條上均勻分布著30個釘齒，總共240個釘齒呈螺旋均勻安裝，以便玉米芯隨螺旋釘齒的螺旋作用排出機(jī)體之外，釘齒滾筒的直徑為，滾筒上的釘齒長度為40。根據(jù)實(shí)踐測量得知每個釘齒的均勻受力為20，當(dāng)摘果機(jī)正常工作時釘齒滾筒上的釘齒條快速旋轉(zhuǎn)，其中均有兩條釘齒條受玉米所給的切向力，而另外兩個釘齒條是空行程，因此，即玉米脫粒機(jī)正常工作時，受到的切向力為600。其中：釘齒所受的力 參與工作的釘齒個數(shù) 參與工作的釘齒條數(shù)3.1.1 釘齒條上的釘齒轉(zhuǎn)速 當(dāng)摘果機(jī)的釘齒滾筒快速轉(zhuǎn)動時，其上釘齒條的釘齒同樣有一定的轉(zhuǎn)速，這個轉(zhuǎn)速原于主軸的轉(zhuǎn)速和齒釘?shù)陌霃郊矗海?其中：釘齒的轉(zhuǎn)速 脫粒機(jī)主軸的轉(zhuǎn)速 釘齒距軸心的距離3.1.2釘齒滾筒的轉(zhuǎn)速摘果機(jī)所需功率為，應(yīng)由摘果機(jī)的工作阻力和運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)求定，即：，計算求得： 。3.1.3 電動機(jī)的功率電動機(jī)功率由公式來計算，脫粒機(jī)傳動裝置的總效率，應(yīng)由組成傳動裝置的各個部分運(yùn)動副的效率只積，即 ，其中、 分別為每一個轉(zhuǎn)動副的效率，選取傳動副的效率值如下： 滾動軸承（每對）0.980.995 即取 =0.99 V帶傳動 0.940.97 即取 =0.97 滾筒轉(zhuǎn)動 （因?yàn)獒旪X條固定于滾筒上） 即取 =1則 由此可得電動機(jī)的功率：3.1.4 電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 根據(jù)4HZ95型花生摘果機(jī)所給相關(guān)設(shè)計的參考數(shù)據(jù)條件可得主軸的轉(zhuǎn)速在 750850，按機(jī)械設(shè)計指導(dǎo)書中表一所推薦的傳動比合理取值范圍，取V帶的傳動比24，即可滿足電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與主軸的轉(zhuǎn)速相匹配，故電動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍可選為：。 符合這一范圍的同步電動機(jī)轉(zhuǎn)速的有720，1440，2900，根據(jù)容量和相關(guān)轉(zhuǎn)速，由機(jī)械設(shè)計通用手冊查出三種適宜的電動機(jī)型號，因此有三種不同的傳動比方案，如表1： 表1 電動機(jī)的型號和技術(shù)參數(shù)及傳動比 方案電動機(jī)型號額定功率電動機(jī)轉(zhuǎn)速基本參數(shù)P/kW同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速效率（%）電動機(jī)重量（KG）功率因數(shù)1Y160L-87.575072086.01400.802Y132M-47.51500144087.0790.853Y132S2-25.53000290086.2720.88綜臺考慮電動機(jī)和傳動裝置的尺寸、重量以及帶傳動的傳動比，可知方案2比較適合。因此選定電動機(jī)型號為Y132M-4。所選電動機(jī)的額定功率7.5kw，滿載轉(zhuǎn)速=14400rmin，總傳動比適中，傳動裝置結(jié)構(gòu)較緊湊。如表2：表2 其主要參數(shù)如下表型 號 額定功率 KW 滿 載 時 額 定 電 流額 定 轉(zhuǎn) 矩最 大 轉(zhuǎn) 矩轉(zhuǎn)速rmin 電流（380V）效 率 % 功率因數(shù)Y132M-47.5144011.687.00.8572.32.5表 電動機(jī)尺寸列表單位中心高 H 外形尺寸底腳安裝尺寸 地腳螺栓孔直徑 軸伸尺寸 裝鍵部位尺寸 電動機(jī)的輸出軸尺寸 1323.2 V帶傳動的設(shè)計根據(jù)花生摘果機(jī)的具體傳動要求，可選取電動機(jī)和主軸之間用V帶和帶輪的傳動方式傳動，因?yàn)樵诿摿C(jī)的工作過程中，傳動件V帶是一個撓性件，它賦有彈性，能緩和沖擊，吸收震動，因而使花生摘果機(jī)工作平穩(wěn)，噪音小等優(yōu)點(diǎn)。雖然在傳動過程中V帶與帶輪之間存在著一些摩擦，導(dǎo)致兩者的相對滑動，使傳動比不精確但不會影響花生摘果機(jī)的傳動，因?yàn)檎麢C(jī)不需要精確的傳動比，只要傳動比比較準(zhǔn)確就可以滿足要求，而且V帶的彈性滑動對摘果機(jī)的一些重要部件是一種過載保護(hù)，不會造成機(jī)體部件的嚴(yán)重?fù)p壞，還有V帶及帶倫的結(jié)構(gòu)簡單、制造成本底、容易維修和保養(yǎng)、便于安裝，所以，在電動機(jī)與摘果機(jī)機(jī)之間選用V帶與帶輪的傳動配合是很合理的。 選擇V帶和帶輪因當(dāng)從它的傳動參數(shù)入手，來確定V帶的型號、長度和根數(shù)，再來確定導(dǎo)輪的材料、結(jié)構(gòu)和尺寸（輪寬、直徑、槽數(shù)及槽的尺寸等），傳動中心距（安裝尺寸），帶輪作用在軸的壓力（為設(shè)計軸承作好準(zhǔn)備）。 1) 確定計算功率由于機(jī)器工作環(huán)境惡劣，工作時間不超過11個小時，估計算功率 其中: 工作情況系數(shù) 電動機(jī)的功率查機(jī)械設(shè)計書中的表87可知：=1.0 摘果電機(jī)=1.06.1=6.1(KW) 2) 選擇V帶的型號 根據(jù)計算得知的功率和電動機(jī)上的帶輪轉(zhuǎn)速（與電動機(jī)一樣的速度）,查機(jī)械設(shè)計一書88，可以選擇V帶的型號為A型系列。 3) 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑初選電動機(jī)的帶輪基準(zhǔn)直徑：根據(jù)機(jī)械設(shè)計一書，可選 擇V帶的型號參考表84a，選取75mm，取大摘果系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)直徑=100mm，喂入系統(tǒng)=75mm，P0 =6.82KW.計算V帶的速度V: 在1020M/S范圍內(nèi)，速度V符合要求 電動機(jī)與主軸傳動比的計算 計算從動輪的直徑 由表選擇，取=240mm(雖然略有增大，但誤差小于5%,故允許) 確定傳動中心距和帶長 取 即：得： ?。?帶長 即： 得：按機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)一書中查表145，選擇想近的基本長度和 相對應(yīng)的公稱長度（內(nèi)周長）可查得：， 。 實(shí)際的中心距可按下列公式求得： 也可用經(jīng)驗(yàn)公式：求得 ： 驗(yàn)算主動輪上的包角即：=180-15.85求得 ： 滿足V帶傳動的包角要求。 確定V帶的根數(shù)：V帶的根數(shù)由下列公式確定： 其中 ： 單根普通V帶的許用功率值 考慮包角不同大的影響系數(shù)，簡稱包角系數(shù) 考慮的材質(zhì)情況系數(shù)，簡稱材質(zhì)系數(shù)，對于棉簾布和棉線繩結(jié)構(gòu) 的膠帶，取 ，對于化學(xué)線繩結(jié)構(gòu)的膠帶，取 。 計入傳動比的影響時，單根普通V帶所能傳遞的功率的增量，其計算公式如下： 式中：單根普通V帶所能傳遞的轉(zhuǎn)矩修正值 ，從機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)可以查表1410 主動輪的轉(zhuǎn)速 查得： 則： 查表取值： 由 查得： 所以： 即： 取 根 計算帶的最小初拉力 查表的A型帶的單位長度質(zhì)量q=0.1 kg/m 單根V帶適當(dāng)?shù)某趵τ上铝泄角蟮?其中： q傳動帶單位長度的質(zhì)量，kg/m即： =190N根據(jù)查表所得數(shù)據(jù)求得滾筒V帶質(zhì)量 =190N計算壓軸力為了設(shè)計安裝帶輪軸和軸承，必須確定V帶作用在軸上的壓力，它等于V帶兩邊的初拉力之和，忽略V帶兩邊的拉力差，則值可以近似由下式算出: 即: =2xZxcos=2xZxsin 求得得滾筒V帶壓軸力：=644.7N因?yàn)閹л喌霓D(zhuǎn)速V=7.32m/s,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于25m/s，所以材料選定為灰鑄鐵，硬度為HT150.因?yàn)閹л喌霓D(zhuǎn)速V=5.5m/s,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于25m/s，所以材料選定為灰鑄鐵，硬度為HT150.3.3 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑，選擇帶輪的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)帶的型號來確定槽的尺寸，設(shè)計如下：從動帶輪的結(jié)果選擇，因?yàn)楦鶕?jù)主動帶輪的基準(zhǔn)直徑和傳動比來確定，即=240mm，小于300mm,所以從動帶輪采用輪輻式。由下圖5為摘果V帶輪 的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 圖5 大、小帶輪結(jié)構(gòu)圖Fig5 Assumption diagram of the larger and small pulley從動帶輪的參數(shù)選擇：通過查機(jī)械設(shè)計一書，可查的帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)間表，其他一些相關(guān)尺寸可以根據(jù)相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式計算求得。根據(jù)基準(zhǔn)直徑的大小選用不同的帶輪類型，小徑帶輪采用實(shí)心式，大徑帶輪采用輪輻式，主要結(jié)構(gòu)尺寸如下：表1 大小帶輪的基本尺寸Table 1 the size of the basic size pulley單位：mm尺寸類型小帶輪大帶輪D100160基準(zhǔn)寬度1111基準(zhǔn)線上槽深2.752.75基準(zhǔn)線下槽深 8.78.7第一槽對稱面至端面距離f輪緣厚1212帶輪寬B2020外徑105.5165.5極限偏差輪轂長50353224輪輻厚820161364 滾筒裝置的設(shè)計4.1 滾筒軸裝置的設(shè)計傳動軸是花生摘果機(jī)的主要設(shè)計部件之一，它在花生摘果機(jī)正常工作過程中，承擔(dān)主要轉(zhuǎn)矩、扭矩、彎矩和支撐傳動軸上的回轉(zhuǎn)零件，花生摘果工作過程中是很頻繁的沖擊，因此傳動軸的設(shè)計是很關(guān)鍵的一個步驟。它的主要功用是:一是支持軸上所安裝的回轉(zhuǎn)零件，使其有確定的工作位置;二是傳遞軸上的運(yùn)動和動力。軸按照軸線形狀的不同，可以分為曲軸、直軸、軟軸和撓形軸等，根據(jù)花生摘果機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和組成形狀及工作強(qiáng)度和環(huán)境的要求，花生摘果機(jī)的主軸選用直軸形式傳遞，而且選用直軸重的階梯軸。在此設(shè)計中有滾筒的主動軸，和傳動系統(tǒng)的軸，先來對滾筒的軸進(jìn)行設(shè)計： 根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度來初步計算確定其最小直徑，可利用經(jīng)驗(yàn)公式： 其中: 軸常用的幾種材料的的值 P主軸上的功率 kw n主軸上的轉(zhuǎn)速 r/min 軸上的材料由機(jī)械設(shè)計一書中可以查到，應(yīng)選取調(diào)質(zhì)處理的45號鋼，=640MP,書中表152取=118，于是求得: d=13.98mm 取d=15mm輸出軸上的最小直徑顯然是安裝帶輪的內(nèi)孔，必在軸上開有鍵槽，因此，為了開鍵槽又不消耗輸出軸的強(qiáng)度，可以使軸的直徑增加5%以上，這樣增加書輸出軸的尺寸，可以提高軸的工作強(qiáng)度。即 d= d(1+5%) 16mm主輸出軸的最小直徑是安裝帶輪處的直徑，為了使所選的軸直徑與帶輪相配合，故使輸出軸端的軸徑選為16mm。在機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)一書。查表可以得知帶輪的厚度，則取輸出軸的次段軸徑為，其長度為.4.1.1根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度滾筒傳動軸的第一級安裝帶輪，由帶輪直徑查表得知帶輪的厚度A=20mm,其輪轂長度為62mm,則取第一級軸的軸徑d=16mm, 其長度為40mm。該軸的徑向定位由普通的平鍵來完成。選用鍵的型號為普通平鍵，其尺寸為8x8x25。鍵的型號可以通過查機(jī)械設(shè)計一書獲得。第二級安裝軸承座和軸承和套筒，查表的該段直徑為d=50mm，長度為50mm,軸套寬度是32mm,直徑為30mm。并設(shè)一5mm的軸肩，上焊有一鐵板與滾盤螺栓連接，固定滾筒。第三級安裝滾筒，查表的該段直徑d=60mm,由于有旋轉(zhuǎn)件，箱體兩側(cè)留60mm,小于套筒的長度，箱體厚度為2mm，該軸的長度為760mm。4.1.2 初步選擇滾筒軸系由摘果機(jī)的結(jié)構(gòu)和相關(guān)尺寸可知所設(shè)計的軸上裝有帶輪和滾筒，需要選擇軸承，又由d=50mm，初步選取支撐的軸承 深溝球軸承，在機(jī)械設(shè)計手冊查的軸承的型號為63012，它的結(jié)構(gòu)尺寸d*D*B為50、40、12，故取右邊第二段與左邊第一段的直徑相等，即d=50mm.。安裝滾筒帶的直徑為d=30mm，軸承與軸肩用軸端擋圈固定，左右端采用的軸承用軸承座固定，已知滾筒長度為760mm.。滾筒軸的基本結(jié)構(gòu)如下圖6：圖6 軸的結(jié)構(gòu)示意圖 Fig6 the axis of the structure4.1.3軸的強(qiáng)度校核1） 作軸的簡圖如圖6所示2） 求輸出軸上的所收受作用力的大小 根據(jù)公式：T=9550 求得 其中： p輸入功率 kw n傳動軸的轉(zhuǎn)速 r/min即 T=9550=68.5KNm3）滾筒的圓周力 根據(jù)公式：= 求得 其中d輸出軸的軸心到動刀中間的距離 即： =210N 根據(jù)公式： =80% 其中：80%徑向力占圓周力的百分?jǐn)?shù) 即： =168N 根據(jù)公式：=tg 由于摘果機(jī)的主軸軸向不受力, 取=0,圓周力 徑向力 軸向力的方向如圖所示7(a)4) 軸上水平面內(nèi)所收支反力如圖（b） 根據(jù)公式：F = 其中：是輸出軸上左端軸承座的中心到滾筒第一個支撐點(diǎn)的距離60mm 滾筒第一個支撐點(diǎn)到第二個支撐點(diǎn)的距離700mm 即： F =193.4N 根據(jù)公式： F=- F 即： F=210-193.4=16.6N 5) 軸在垂直面內(nèi)所收支反力如圖 由于滾筒重力是均勻分布，滾筒太長，我們將滾筒重看成是一個集中力。作用 點(diǎn)在滾筒中心。取滾筒重為15kg,則重力G=150N 根據(jù)公式： R= 求得 其中：D動刀的頂端到主軸軸心的距離160mm 即 R=275N 根據(jù)公式：R=+G- R=144+150-275=19N 6) 做彎矩圖 在水平面內(nèi)，軸上B、C、D三點(diǎn)的彎矩為: 根據(jù)公式： M=0 M= 求得： M=11.60.0415=0.48Nm 作水平面內(nèi)彎矩如圖（b）所示 在垂直面內(nèi)，軸上BH、C、D三點(diǎn)的彎矩為: 根據(jù)公式： M=M=0 M=R 求得： M=27M50.041.5=11.4Nm 作垂直面內(nèi)彎矩圖如（c）所示 合成的彎矩為： M=0 M=11.41 Nm 作軸的合成彎矩圖如（d）所示。7) 作彎矩圖根據(jù)公式： T=9550=11.7 Nm其中: p輸出軸功率 kw作軸的彎矩圖（e）所示8) 作當(dāng)量彎矩圖 C點(diǎn) ： M=13.4 Nm 式中取0.6，作軸的當(dāng)量彎矩圖（f）所示:：9） 校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大當(dāng)量彎矩的強(qiáng)度。由經(jīng)驗(yàn)公式及上面計算出的數(shù)值可得出。 公式： 式中： W軸的抗彎拋面模量，mm 軸的許用應(yīng)力，MP 按軸實(shí)際所受彎曲應(yīng)力的循環(huán)特性，選取相應(yīng)的數(shù)值，從機(jī)械設(shè)計可以查出。 =9.69MPa 按機(jī)械設(shè)計書中查的，對于=600 MPa碳鋼，承受對稱循環(huán)變應(yīng)力時的許用應(yīng)力55 MPa9.69 MPa。 喂入系統(tǒng)的軸跟上述過程校核一樣，安全。9） 校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大當(dāng)量彎矩的強(qiáng)度。由經(jīng)驗(yàn)公式及上面計算出的數(shù)值可得出。 公式： 式中： W軸的抗彎拋面模量，mm 軸的許用應(yīng)力，MP 按軸實(shí)際所受彎曲應(yīng)力的循環(huán)特性，選取相應(yīng)的數(shù)值，從機(jī)械設(shè)計可以查出。 =9.69MPa 按機(jī)械設(shè)計書中查的，對于=600 MPa碳鋼，承受對稱循環(huán)變應(yīng)力時的許用應(yīng)力55 MPa9.69 MPa。圖7 受力分析圖Fig 7 Force Analyse 喂入系統(tǒng)的軸跟上述過程校核一樣，安全。4.1.4 軸承的校核 由于滾筒兩軸承型號一樣，所以承受力相差不多，所以在這里任選一軸承校核，對深溝球軸承，查機(jī)械設(shè)計一書知徑向基本額定載荷 =由機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計表（61）查的63012深溝球軸承基本額定動載荷C=9.38KN,查表的=1，=1.1，對球軸承，=3，將以上相關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，的 9380= P=693.2N 故在規(guī)定條件下，63012軸承可承受的最大徑向載荷為693.2N，遠(yuǎn)大于軸承的徑向載 荷11.6N和168.4N。故所選軸承合格。4.1.5 鍵的校核 由于載荷在鍵的工作面上大致分布均勻，我們這里可以用校核普通平鍵的方法來校核： 即： =14.6MPa=60 MPa3.1 4.1.6釘齒條的設(shè)計 釘齒條是摘果機(jī)的主要脫離部件，它的設(shè)計關(guān)系到花生摘果的質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到花生摘果機(jī)正常工作時整體的摘果效果以及摘果時后將花生和蔓藤分離的情況，它的功能是采用脫離滾筒上的八條釘齒摘果桿，均勻快速的轉(zhuǎn)動，工作時將干花生蔓藤塞入摘果機(jī)中，主軸的轉(zhuǎn)動帶動固定在釘齒滾筒上的釘齒，釘齒的頂端以一定的速度去對花生摘果（將花生從蔓藤上進(jìn)行強(qiáng)行分離）?；ㄉ诮?jīng)過釘齒條的快速旋轉(zhuǎn)下摘除，八條釘齒條上的釘齒交叉均勻排列，目的在于將花生蔓藤跟釘齒的打動摘除排出機(jī)體之外，同時，每一條釘齒條上的釘齒同樣在進(jìn)行摘果，以便達(dá)到有較高的摘果率?；ㄉ麢C(jī)的主要功能是將花生跟蔓藤分離，將蔓藤打碎。而釘齒條在工作中起到了重要作用，因此，釘齒條的設(shè)計是脫粒機(jī)的設(shè)計的主要部件。4.1.7 釘齒條的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 從釘齒條的功用及其工作要求可以判斷出釘齒的工作強(qiáng)度很大，根據(jù)根據(jù)4HZ95型花生摘果機(jī)得知花生摘果機(jī)的釘齒滾筒上安裝有八條釘齒條，相互之間相差45，而且每條釘齒條上安裝釘齒的個數(shù)范圍在3033個釘齒，每一個釘齒的 ，八條釘齒條均勻安裝在釘齒滾盤上，釘齒在釘齒條上均勻的承螺旋排列方式安裝，兩相鄰的釘齒條之間的釘齒橫向距離為，且承兩條螺旋均勻排列，在釘齒條的兩端分別用一個厚度是，直徑是的圓盤固定，在兩個圓盤上均勻開有釘齒條寬厚的方孔，四個方通孔均勻承分布，然后將八條釘齒條從八個方孔中穿過，同樣，在釘齒條的另一端也用厚度一樣但直徑為的圓盤固定，是釘齒條穿過方孔而且在圓盤的表面漏出23，因?yàn)檫B接時是采用焊接完成，方便焊接。這樣結(jié)構(gòu)更加堅固、穩(wěn)定、可靠。圓盤將釘齒條固定，但由于釘齒條過長（即），因此，在主軸的三分之一處和三分之二處，采用直徑是的鐵柱使釘齒條與主軸相連，它們的連接方式采用焊接式，這樣可以增加釘齒條的剛度，以便釘齒條受到更大的強(qiáng)度時不宜損壞，同時也使軸的扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度有很大的增加，使釘齒條的扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度增加，這樣可以使釘齒滾筒的整體剛度和強(qiáng)度極大增加，主軸和釘齒滾筒之間的固定性好，穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。4.1.8 釘齒條及釘齒的設(shè)計 釘齒條的功用是固定釘齒的相對位置，使釘齒在正常工作過程中能夠持續(xù)的正常工作，釘齒所受的脫粒力直接傳遞到釘齒條上，釘齒條所承受著釘齒的切向力，所以釘齒條應(yīng)該采用足夠強(qiáng)度和剛度的材料制成，根據(jù)根據(jù)4HZ95型花生摘果機(jī)中，可以查得材料選為45鋼，宗上所述，設(shè)計的釘齒條的長寬 為，其上分布著釘齒，每個釘齒條上均勻分布著30-33個釘齒，每個釘齒均穿過釘齒條，然后焊接，其中釘齒條上的通孔設(shè)計為圓柱型，它的直徑為，而且，在釘齒條上通孔的上端開有長為，高為，寬為的小槽，目的是為了在釘齒安裝在釘齒條上時，這個小槽可以和釘齒上的凸楞相配合，這樣可以使釘齒在釘齒條上周向固定，而且在釘齒正常工作時，也同樣使釘齒相對釘齒條固定，不宜使工作時釘齒和釘齒條脫落，其結(jié)構(gòu)如圖8： 圖8釘齒條結(jié)構(gòu)圖4.1.9 圓盤的設(shè)計 圓盤是將釘齒條與主軸固定的主要部件，它不僅起連接作用，而且還可以承擔(dān)釘齒和釘齒條傳遞的力矩和彎曲及扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，它位與釘齒條的兩端，且采用焊接式連接，同時與主軸也要相對固定，采用設(shè)一5*10mm軸肩，將一50mm鐵板焊接在軸肩上，鐵板有孔，與圓盤采用螺栓連接固定。因此，圓盤的設(shè)計也是釘齒滾筒強(qiáng)度高低的要部件。圓盤的材料采用剛度和強(qiáng)度較好的45鋼制成，其直徑，其上均勻分布著八個圓形形的通孔，目的是為了固定安裝釘齒條，其位置在圓盤上固定，長方孔的底線距圓盤的中心為，其圓盤中心應(yīng)裝套在主軸的直徑上（），因此，圓盤的中心應(yīng)設(shè)定為的孔，以便安裝在軸上，圓盤的厚度選為，其上的圓形孔直徑10mm，同樣也是為了安裝其上的釘齒條。結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖9所示： 圖9圓盤結(jié)構(gòu)圖 圖10.三維圖5 箱體 箱體的作用是提供一個封閉的摘果環(huán)境，并對相關(guān)部件起到支撐和定位的作用。 為了便于軸系部件的安裝和拆卸，將箱體做成剖分式，箱體由四周的端板組成，取軸的中心線所在的平面為剖分面。箱座和箱蓋采用普通螺栓連接，用圓柱銷定位。箱體的材料選用HT200，鑄造成型。6 機(jī)架 整個機(jī)架采用角鋼焊接而成，起到其他幾個部件的支撐、定位、連接作用，并將電機(jī)裝配在機(jī)架里面。摘果機(jī)安裝在機(jī)架上面，采用普通螺栓連接，具體結(jié)構(gòu)見裝配圖，如上圖10.7總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計是我們從大學(xué)畢業(yè)生走向未來工程師的重要一步。此次設(shè)計從最初選題、開題到計算、繪畫直到設(shè)計完成，其中需要綜合運(yùn)用這四年來我們所學(xué)到的專業(yè)知識，分析并解決設(shè)計中遇到的問題，是一次理論聯(lián)系實(shí)踐的訓(xùn)練，同時也進(jìn)一步鞏固、加深和拓展了我們所學(xué)的專業(yè)知識，對于我們大學(xué)四年的學(xué)習(xí)起到了總結(jié)作用。通過這次的設(shè)計實(shí)踐，讓我逐步樹立了正確的設(shè)計理想，增強(qiáng)了創(chuàng)新意識熟悉并掌握了機(jī)械設(shè)計中的一般規(guī)律和方法，培養(yǎng)了我的分析問題和解決問題的能力。通過設(shè)計計算、繪圖及運(yùn)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、設(shè)計手冊等有關(guān)設(shè)計資料，我進(jìn)行了較全面的機(jī)械設(shè)計基本技能訓(xùn)練。另外通過本次設(shè)計使我領(lǐng)悟出了機(jī)械設(shè)計的一般進(jìn)程：設(shè)計準(zhǔn)備、傳動裝置總體設(shè)計、傳動零件設(shè)計計算、裝配圖設(shè)計、零件工作圖設(shè)計、編寫設(shè)計說明書。如果隨意打亂這個進(jìn)程，則難免會在設(shè)計中走彎路。同時在整個設(shè)計過程中，我們雖然要獨(dú)立完成，但是也要及時的與指導(dǎo)老師溝通和請教，避免在設(shè)計過程中走彎路。設(shè)計中的每一個環(huán)節(jié)都是相互關(guān)聯(lián)的，因此，每個環(huán)節(jié)完成后我們都要認(rèn)真檢查，對于任何一個錯誤我們都不要放過，認(rèn)真修改，精益求精。同時在每個零件設(shè)計時我們要注意它的結(jié)構(gòu)性、工藝性、經(jīng)濟(jì)型，要盡量采取標(biāo)準(zhǔn)件，在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計出來時要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，要對前階段設(shè)計中的不合理結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行必要的修改，做到既經(jīng)濟(jì)又方便裝配。 畢業(yè)設(shè)計也暴露出自己許多的不足之處。比如缺乏綜合運(yùn)用專業(yè)知識的能力，對材料的不了解等等。這次實(shí)踐是對自己四年所學(xué)知識的一次大檢閱，使我明白自己知識還很淺薄，雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學(xué)之路還很長，以后更應(yīng)該在工作中學(xué)習(xí)，努力使自己成為一個對社會有貢獻(xiàn)的人，為中國機(jī)械行業(yè)添上自己的微薄之力。8展望我國加入WTO以來，國內(nèi)外關(guān)于花生摘果機(jī)械的開發(fā)與推廣應(yīng)用日益增多，針對現(xiàn)有花生摘果機(jī)械存在的有點(diǎn)與不足，在未來的發(fā)展過程中，對花生摘果機(jī)械在生產(chǎn)應(yīng)用中的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，不斷完善其功能，使其呈現(xiàn)良好的發(fā)展勢頭。（1）提高機(jī)械摘果率、降低破損率 對花生摘果機(jī)械的關(guān)鍵技術(shù)與工作部件進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)，改革傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，研究新的脫殼原理，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計；同時在整體裝配上進(jìn)一步改進(jìn)和完善，提高摘果率，降低破損率。 （2）向自動控制和自動化方向發(fā)展大多數(shù)機(jī)具人共喂料和定位，影響了作業(yè)速度和作業(yè)質(zhì)量。因此應(yīng)通過機(jī)電一體化手段，開發(fā)設(shè)計自動喂料、自動定位脫殼裝置，保證均勻喂料與有效定位，實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動化操作，進(jìn)一步提高作業(yè)精確性和作業(yè)速度，提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)率，滿足部分大、中型加工企業(yè)的需要，以開拓國內(nèi)外市場。新技術(shù)原理、新結(jié)構(gòu)材料、新工藝將不斷應(yīng)用于花生機(jī)械的研制開發(fā)中，隨著液壓技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)以及化工、冶金工業(yè)的發(fā)展，許多復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)、動力傳遞、笨重的材料和落后的工藝將逐步被取代，減輕質(zhì)量、減小阻力，簡化操作，減小輔助工作時間，延長使用壽命，降低勞動使用費(fèi)用等將作為主要涉及目標(biāo)應(yīng)用脫殼機(jī)械的設(shè)計制造。隨著國內(nèi)外高新技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，如何將這些高新技術(shù)更好的應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，也是目前花生脫殼機(jī)械需要盡快解決的問題。參考文獻(xiàn)1尚書旗,王方艷,劉曙光,趙忠海,王建春;花生收獲機(jī)械的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢J;農(nóng)業(yè)工 報;2004年01期.2濮良貴 紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計M.北京：高等教育出版社.2005.3吳宗澤 羅勝國.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊M.北京：高等教育出版社.2006.4赴美花生機(jī)械考察組;關(guān)于赴美考察花生機(jī)械的報告J;花生學(xué)報;1980年02期5王智才.我國農(nóng)機(jī)市場需求及發(fā)展前景J.農(nóng)機(jī)質(zhì)量與監(jiān)督 2002.（5）：6-96張智猛，胡文廣，許婷婷，等中國花生生產(chǎn)的發(fā)展與優(yōu)勢分析J.花生學(xué)報，2005.34（3）：6-10.7王智才.我國農(nóng)機(jī)市場需求及發(fā)展前景J.農(nóng)機(jī)質(zhì)量與監(jiān)督 2002.（5）：6-98陳書法,李耀明,孫星釗;花生聯(lián)合收獲機(jī)挖掘裝置的設(shè)計研究J;中國農(nóng)機(jī)化;2005年01期9余泳昌,劉文藝,馮春麗,謝華陽,丁攀;花生收獲機(jī)械發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀J;山東農(nóng)機(jī);2005年06期10胡志超;王海鷗;彭寶良;田立佳;計福來;國內(nèi)外花生收獲機(jī)械化現(xiàn)狀與發(fā)展J;中國農(nóng)機(jī)化;2006年05期11程獻(xiàn)麗、高連興.花生沖擊脫殼的力學(xué)特性試驗(yàn)J. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009（2）:111-113.12尚書旗、劉曙光、王方艷等花生生產(chǎn)機(jī)械的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展分析J農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2005.(03)：143-147附錄 英文資料翻譯一個接口安裝有限元的水平集方法算法，實(shí)施，分析和應(yīng)用1.1移動界面及其數(shù)學(xué)說明移動界面是不同媒介之間分隔的界限，它們一般發(fā)生在科學(xué)工程領(lǐng)域和日常生活中，例如冰和水的邊界溫度變化 、水包油泡沫動作的邊界移動，更多的例子包括晶體生長表面、相固固相變的界限、網(wǎng)站接口區(qū)域界限、以及區(qū)分不同部位的材料界線等。晶界在多晶體、鐵磁材料的磁疇壁中、兩相流體流量、以及在液態(tài)運(yùn)動時大生物分子表面生成。在這里，在廣義上可以理解為：一個接口可以是一個幾何面有沒有厚度或者尖接口，它也可以指一個分散接口，可以有一定的厚度，如幾個原子的直徑。相比與那些固定接觸點(diǎn)，移動接處點(diǎn)的屬性越來越重要，作為尺度越來越小。隨著現(xiàn)代技術(shù)的需求，大量的設(shè)備在規(guī)模要小得多，在移動界面的研究變得越來越重要。一個移動的接處點(diǎn)可以通過一個精確的數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)描述接口，也就是說，一個沒有任何厚度的表面，或通過場函數(shù)的描述，不斷在不同區(qū)域的值與突出的區(qū)域在一個區(qū)間連續(xù)過渡。后者代表一個接口。后者通常被稱為擴(kuò)散描述接口描述。在這篇論文中，我們會研究大幅接口描述移動接口。研究一個移動的接口，有如下方程：V(t) =dx(t)dt這樣一個點(diǎn)的速度（矢量）定義為該接觸點(diǎn)的公式，然后由正常的速度（正常的COM分量速度矢量在每個接口點(diǎn)）方程式去表述，正常的速度通常被稱為移動界面運(yùn)動規(guī)律。因此，就可以在數(shù)學(xué)上確定移動界面某些運(yùn)動規(guī)律管接口的正常速度。在一般情況下，運(yùn)動規(guī)律，從基礎(chǔ)物理、化學(xué)等中得到。如果我們用􀀀=（t）來定義，就可以得到運(yùn)動規(guī)律 Vn = H,其中Vn= Vn的（的x，t）表示正常速度（即正常分量速度矢量）的點(diǎn)x在時間t􀀀中的平均曲率。在許多應(yīng)用中，還涉及到更通常速度的物理量。因此，偏微分方程（PDE）通常必須滿足其中一項(xiàng)某些數(shù)量的接觸點(diǎn)的描述作用，如溫度場。在這種情況下，通過接觸點(diǎn)介紹運(yùn)動關(guān)系公式里的接口一側(cè)偏微分方程的解。作為接口不斷發(fā)展了偏微分方程必須在不斷發(fā)展的領(lǐng)域解決。該接觸點(diǎn)可能是一個復(fù)雜的形狀，比如能隨時間變化合并或分裂的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。計算科學(xué)家面臨的挑戰(zhàn)就是準(zhǔn)確地解決這些問題。圖1.1：與邊界典型域。界面顯示分離􀀀地區(qū) -和+。1.2.1標(biāo)記方法該標(biāo)記方法是一種離散拉格朗日方法，在一個接觸面上設(shè)點(diǎn)的集合。在二維空間的點(diǎn)連鎖與線段在一起，形成一條曲線。在移動界面上，這些標(biāo)記每個點(diǎn)的速度是在每一個時刻決定的，然后該點(diǎn)在時間上向前移動少量（見圖1.2），這種方法的缺點(diǎn)是難以拓?fù)渥兓幚恚硪粋€缺點(diǎn)是接觸面的定位精度取決于密切標(biāo)記粒子沿界面的地方。隨著時間的推移，某些指標(biāo)可能會移動生成到了更遠(yuǎn)的分界面位置附近的更多的錯誤（見圖1.3）。因此，任何算法需要定期檢查安置粒子以確保他們足夠接近以達(dá)到預(yù)期準(zhǔn)確性。此外，如果有太多并攏沿界面，某些標(biāo)記顆?？赡苄枰粍h除或重新分配。另一個有缺點(diǎn)的標(biāo)記的方法是，它可以成為基于曲率運(yùn)動不穩(wěn)定的接口，界面的曲率計算的小錯誤將增長時間。圖1.2：標(biāo)記方法的說明。 （一）標(biāo)記（點(diǎn)）代表界面位置。 （二）在每一個時刻每個標(biāo)記在其指定的移動速度到新的位置。 （三）在其新的位置接口。 1.2.2固體單元的流體方法與此相反的標(biāo)記方法，固體單元的流體的方法跟蹤接口有內(nèi)在的聯(lián)系。它使用計算域的單元格網(wǎng)格，每個單元格中包含一個介于0和1的值。 圖1.3：一個標(biāo)記方法的缺點(diǎn)。 （一）兩個接口接近對方。 （二）標(biāo)記需要刪除后接口重疊。該接口單元經(jīng)過包含一個值介于0和1的接口在某處經(jīng)過該單元格。該接口的位置可以被近似為基礎(chǔ)在單元格中的值，但是許多較小的單元可能需要得到想要的精度（見圖1.4）。如正常量的方向和曲率該接口是很難用這種方法計算準(zhǔn)確。盡管有這樣的缺點(diǎn)，但是這種方法已經(jīng)成功的被用來模擬移動界面，特別是傳播火焰的界面描述。圖1.4：固體體積的流體方法的說明。 （一）接口圍陰影區(qū)。 （二）網(wǎng)格單元格的值由陰影填充單元比例計算地區(qū)。1.2.3水平集方法水平集方法，首先在OS88介紹的是一個通過歐拉方法含蓄地描述了接口。這種方法的出發(fā)點(diǎn)是為了說明一個移動的表面在t時刻，作為一個輔助集的零水平含蓄函數(shù)=（的x，t）。例如，如果是三維表面在任何時間t（如球體），那么該函數(shù)（x，t）是一個函數(shù)的三維空間，即x的定義有三個坐標(biāo)。為方便起見，我們可以假設(shè)函數(shù)正面的有效數(shù)字在一側(cè)的接口以及對方負(fù)值。我們稱為一級別設(shè)置功能。很明顯，這些功能有很大的不確定。水平集功能的進(jìn)化，其零水平集始終代表了這樣一種方式時間接口的位置。對已知的水平集方法的優(yōu)勢之一是使它進(jìn)行移動接口拓?fù)渥兓ㄒ妶D1.5）。水平集函數(shù)的演化是由底層運(yùn)動規(guī)律的運(yùn)動界面正常速度生成，如果水平設(shè)置功能是表示一個點(diǎn)上的X接口和時間t為=，則方程確定水平集函數(shù)為t+ Vn的|=0。其中t表示時間導(dǎo)數(shù)和梯度表示空間。這方程被稱為水平集方程。一個人需要延長正常速度提示（通常只在接口上確定）遠(yuǎn)離接口，這樣的水平集方程可以解決一個適當(dāng)?shù)目臻g域。推導(dǎo)水平集方程和水平集方法的詳細(xì)資料載于第2章。圖1.5：一個例子集函數(shù)的水平隨著時間的推移（左欄）擬訂與零的水平代表著該接口（右相應(yīng)地塊列）。1.3本論文的主要貢獻(xiàn)在這篇論文中的項(xiàng)目，我們開發(fā)了一個新的水平集方法。這是一接口安裝有限元的水平集方法。對這種情況的主要特點(diǎn)方法是：網(wǎng)格：我們使用格點(diǎn)與頂點(diǎn)在一個統(tǒng)一的基礎(chǔ)網(wǎng)格。在每個時間步長的網(wǎng)格細(xì)化到產(chǎn)品的接口貼網(wǎng)而前plicitly定位運(yùn)動界面。雖然它需要額外的時間來完善在每個時間步長網(wǎng)，某些計算變得更加容易。重新初始化的新方法：我們重新初始化水平集函數(shù)求解泊松方程類型的問題。我們保持平穩(wěn)的水平集函數(shù)通過實(shí)施跨梯度跳轉(zhuǎn)條件界面，然后有最小二乘法解決一超定系統(tǒng)。這種方法產(chǎn)生一個新的水平集函數(shù)、平穩(wěn)區(qū)域和整個接口，平穩(wěn)過渡非常重要，因?yàn)樗黾恿藴?zhǔn)確性曲率計算，詮釋了一些例子來演示如何重新初始化工作。新方法的速度擴(kuò)展：水平集方法有賴于速度函數(shù)附近的接口定義，不只是在接口處，因此，如果接口的速度只在接口上已知時，我們需要擴(kuò)大這一速度遠(yuǎn)離流暢的界面。我們解決拉普拉斯的內(nèi)部和外部的接口上使用方程速度接口作為邊界條件，這是一個簡單的方式來擴(kuò)展速度。如果需要，我們可以平滑施加梯度跳到對面的條件接口和解決最小二乘。 （這類似于我們的重新初始化方法。）曲率近似數(shù)值分析：我們也提出了一種新方法計算出的水平集函數(shù)的曲率。這相當(dāng)于美國荷蘭國際標(biāo)準(zhǔn)中有限先和二階導(dǎo)數(shù)差逼近，但這種方法可能在某些應(yīng)用中比較簡單