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摘 要
時代不斷進步，人們的生活水平和工業(yè)水平不斷提高，隨之而來的，就是人們環(huán)保意識以及節(jié)約意識的提高，并且越來越重視可持續(xù)發(fā)展?，F(xiàn)階段，能源緊缺，環(huán)境污染等嚴重危害到了我們。伴隨現(xiàn)代機械工業(yè)的迅速發(fā)展，操作簡單的打包裝置成為一種流行。
報紙雜物的回收打包裝置是可用于家庭、辦公室等場所，能夠?qū)蠹堧s物壓縮后進行打包，便于此類可回收物品的回收處理，是現(xiàn)在辦公場所或者說是家庭生活中所需要的東西?，F(xiàn)階段，辦公室紙簍的廢紙是司空見慣，這不僅影響人們的情緒，更重要的是，如果報紙雜物等廢棄物處理不當，會對環(huán)境造成極大的污染。
本次課題設(shè)計一種報紙或雜物的回收打包裝置，是為了設(shè)計出一種小型的能夠供辦公室應(yīng)用的裝置，這不僅會對環(huán)境有一定的保護，也能鍛煉自己對于機械設(shè)計的知識能力掌握。
關(guān)鍵詞：報紙雜物；回收；打包裝置
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Abstract
With the continuous progress of the times, people's living standards and industrial standards continue to improve, followed by people's awareness of environmental protection and conservation awareness , and pay more and more attention to sustainable development . At this stage, energy shortage, environmental pollution and other serious harm to us. With the rapid development of modern machinery industry, the operation of simple packaging device has become a popular. Recycle newspapers debris packing apparatus can be used for families, offices and other places, can be compressed package paper debris, recycling for such Recyclable goods, is now the office or that is needed in the family life. At this stage, the waste paper in the office waste paper basket is commonplace, which not only affects people's emotion, but more importantly, if the newspapers and other wastes / wasted disposal waste , will cause great pollution to the environment . Recovery of this design a newspaper or sundries packing device , in order to design a device for small office applications , it will not only have the protection for / against the environment , can exercise their own to master the mechanical design knowledge .
Key words: newspaper sundries ；recycling ；packing device
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目 錄
摘 要 III
Abstract IV
1 緒 論 1
1.1本課題的目的及意義 1
1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2.1回收打包裝置國外發(fā)展狀況 1
1.2.2回收打包裝置國內(nèi)發(fā)展狀況 2
1.3研究前景 2
2回收打包裝置的設(shè)計方案 4
2.1 回收打包裝置的工作原理 4
2.2 回收打包裝置簡易結(jié)構(gòu) 5
2.3回收打包裝置方案對比 5
2.4本章的總結(jié) 7
3傳動機構(gòu)的設(shè)計與計算 8
3.1齒輪齒條的設(shè)計計算 8
3.1.1 齒輪齒條參數(shù)設(shè)計 8
3.1.2幾何尺寸的計算 8
3.1.3重合度的校核 9
3.2絲杠相關(guān)參數(shù)的計算以及電機的選擇 10
3.2.1電機型號的選取 10
3.2.2 絲杠副預期額定動載荷 10
3.2.3絲桿在運行中能接受的最大軸向變形量 10
3.2.4 導程精度的選擇 11
3.2.5 確定絲杠型號 11
3.3齒輪傳動的設(shè)計計算 11
3.3.1 齒輪參數(shù)設(shè)計 11
3.3.2幾何尺寸的計算 11
3.3.3重合度的校核 12
3.4本章小結(jié) 13
4 回收打包裝置的三維建模 14
4.1 SolidWorks軟件簡介 14
4.2主要零部件的三維建模 14
4.2.1 壓縮部分的結(jié)構(gòu) 14
4.2.2 回收打包裝置的三維模型 16
4.3裝配體的三維建模 17
4.4本章小結(jié) 18
5回收打包裝置的模態(tài)分析 19
5.1導入三維模型 19
5.1.1簡化零件模型 20
5.2有限元模型建立 20
5.3定義材料和約束 21
5.4計算結(jié)果的分析 21
5.5本章小結(jié) 24
6 結(jié) 論 25
參考文獻 26
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X
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1 緒 論
最近幾年，隨著我國的經(jīng)濟勢頭的迅速發(fā)展以及人民生活水平的日益進步，自2008年以來，我國的造紙產(chǎn)量一直居于世界第一。隨著造紙工業(yè)的快速發(fā)展,人們的物質(zhì)要求和精神要求都得到了滿足，除此之外，造紙業(yè)還是我國的外貿(mào)易很是重要。時代變遷，造紙行業(yè)發(fā)展勢頭愈來愈好，伴隨而來的就是越來越多的能源消耗，尤其是樹木的砍伐日益嚴重，導致環(huán)境日益惡化，這個問題或多或少影響了我國的發(fā)展。人們在日常生活中尤其是在辦公室中所產(chǎn)生的廢紙雜物尤其多，不僅如此，在學校教室里，白花花的紙張更是隨處可見。廢紙以及許多雜物，是十分重要的可回收資源，我國作為一個堅持環(huán)保的國家，是絕對不允許浪費資源的。如果能對這些廢紙雜物進行回收，加以充分利用，這不僅可以節(jié)約大量的樹木資源、大量的能源，還能降低成本，這不僅僅對當代有好處，更是福澤后世。所以，對廢紙雜物的回收打包裝置的地位愈發(fā)重要。
1.1本課題的目的及意義
現(xiàn)階段，我國報紙雜物等廢棄紙質(zhì)垃圾量非常大，伴隨而來的就是回收站等地方的工人工作強度明顯增大，而且效率普遍不高。隨著勞動力成本的提高，市場越來越需求打包設(shè)備來減少工作壓力和強度。本課題將致力設(shè)計出回收打包裝置，用電機帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，并經(jīng)絲桿實現(xiàn) 往復運動，推動進行壓縮空間，施行捆綁功能。如果設(shè)計成功且能付諸生產(chǎn)的話，將對我國的回收打包工業(yè)的發(fā)展都有重要的意義。
報紙雜物的回收打包裝置是可用于家庭、辦公室等場所，能夠?qū)蠹堧s物壓縮后進行打包，便于此類可回收物品的回收處理，是現(xiàn)在辦公場所或者說是家庭生活中所需要的東西。現(xiàn)階段，辦公室紙簍的廢紙是司空見慣，這不僅影響人們的情緒，更重要的是如果廢紙等處理不當，會對環(huán)境造成極大的污染。
本次課題設(shè)計一種報紙或雜物的回收打包裝置，是為了設(shè)計出一種小型的能夠供辦公室應(yīng)用的裝置，這不僅會對環(huán)境有一定的保護，也能鍛煉自己對于機械設(shè)計的知識能力掌握。
1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.1回收打包裝置國外發(fā)展狀況
在翻閱了較多的參考文獻以及很多次網(wǎng)上瀏覽之后，可得出，回收打包裝置的應(yīng)用，最初可追溯到上世紀初期，但快速發(fā)展還得看上世紀中期及后期。像美國的SIGNODE公司等就涉足打包機捆扎行業(yè)，較早的如日本的下島株式會社，日魯工業(yè)株式會社等，這些外國企業(yè)涉足回收打包裝置行業(yè)已久，并根深蒂固。根據(jù)大量的網(wǎng)上資源顯示， 上世紀70年代，國外存在的并且被大量投入市場并使用的且效率高的回收打包裝置就達到了200多種，這種數(shù)據(jù)較國內(nèi)的同類打包裝置來說，可謂有天壤之別。這些年來，國外又研發(fā)出許多新技術(shù)以及新產(chǎn)品，使得國外同類機械水平早已遙遙領(lǐng)先于國內(nèi)的發(fā)展。隨著時代的發(fā)展、技術(shù)的革新，國外的包裝機械的產(chǎn)品，正一步一步朝著理想化發(fā)展?？傮w來說，國外的機械回收打包業(yè)的發(fā)展速度以及發(fā)展的先進化程度都是遙遙領(lǐng)先于中國，因為國外的回收打包裝置結(jié)構(gòu)比較簡單，但功能齊全，而且可靠性高，所以它們在國際市場上占據(jù)了主導地位。世界科技的快速發(fā)展，大量新型新型材料廣泛應(yīng)用到回收打包裝置中，回收打包裝置已然成為未來機械類發(fā)展的主流。由于國外先進的制造技術(shù)，國外的包裝機構(gòu)看到了市場，并積極推出了各種功能的回收打包裝置的設(shè)計。因為有了新型的包裝材料出現(xiàn)，回收打包裝置技術(shù)也隨之有了新的快速發(fā)展。新材料的出現(xiàn)，使得壓縮、捆扎等工序合為一體，操作得以簡化，速度也變得更快了。
1.2.2回收打包裝置國內(nèi)發(fā)展狀況
建國初，我國的回收打包裝置可謂是稀缺設(shè)備，哪怕是后來三大改造完成，這類設(shè)備也并不多見。我國的回收打包裝置真正起步時期是改革開放以后，自改革以來，我國的包裝機械工業(yè)的發(fā)展才有明顯的起色。勢頭雖好，但問題不斷。由于國內(nèi)的回收打包裝置的發(fā)展起步較他國較晚，所以，一開始發(fā)展緩慢，許多技術(shù)不成熟。更有甚者，我國的回收打包裝置內(nèi)部的許多核心技術(shù)都是通過購買外國的同類產(chǎn)品，加以研究并吸收消化得來的所以，我國的回收打包裝置的發(fā)展較他國還是有一定差距的。
現(xiàn)階段，我國在此回收打包裝置行業(yè)的競爭力較一些外國相對較低。因為現(xiàn)階段我國包裝機械產(chǎn)品存在較多問題，比如質(zhì)量不達標、結(jié)構(gòu)相對簡單、能夠?qū)崿F(xiàn)的功能也少、核心技術(shù)要求未達頂尖標準等。盡管我國現(xiàn)階段在回收打包裝置行業(yè)存在比較多的缺點，但是我國也有自己的有點和特點。所以我們應(yīng)該根據(jù)自己的特點，發(fā)揮自身的優(yōu)勢?；厥沾虬b置行業(yè)想要在以后的發(fā)展中占據(jù)一席之地，就應(yīng)該大力地發(fā)展創(chuàng)新，不能墨守成規(guī)，要鉆研出專屬于自己的專利技術(shù)，用更加簡單的操作來實現(xiàn)更多的功能。除此之外，生產(chǎn)能力以及售后服務(wù)的提高也是勢在必行。
回收打包裝置越來越趨向于機電一體化，為的是簡化操作，更好地實現(xiàn)功能。目前，我國售賣的回收打包裝置多為三面封閉，單面進料，利用液壓系統(tǒng)提供壓動力，壓力大，設(shè)有防回彈機構(gòu)，并且許多為手動打包。我國許多同類裝置無需調(diào)試即可使用，安全方便，且耐用，不易損壞，快速壓實，噪音相對較低。
1.3研究前景
隨著我國經(jīng)濟勢頭發(fā)展越來越好，國民環(huán)保的意識越來越重，而廢紙作為“城市中的森林”，其回收打包的意義也就日益突出。除此之外，為了滿足人們的物質(zhì)類和精神類需求，大量的紙質(zhì)刊物必將出世，伴隨而來的就是造紙業(yè)的快速發(fā)展。用廢紙做原料造新紙已經(jīng)成為全球需求。因此，不久以后廢紙回收行業(yè)勢必成為國家重點扶持項目。中國廢紙回收再利用行業(yè)的發(fā)展前景一片光明。作為廢紙回收行業(yè)不可或缺的打包裝置的發(fā)展前景可見一斑。這時，廢紙雜物的打包裝置就起到了很大的作用，人們可以通過這一裝置，將日常生活中的廢紙雜物進行打包，方便相關(guān)機構(gòu)的回收，就可以把一些廢紙再次利用，避免浪費。這種呼吁得到國內(nèi)相關(guān)技術(shù)人員的響應(yīng)，各種新式的回收打包裝置層出不窮?？傊?，回收打包裝置的發(fā)展前景一片光明。
25
第2章 回收打包裝置的設(shè)計方案
2回收打包裝置的設(shè)計方案
2.1 回收打包裝置的工作原理
本次設(shè)計的題目是一種報紙雜物的回收打包裝置的設(shè)計，查閱了大量的書籍以及網(wǎng)上資料的查找后，終于有了結(jié)果。
該打包機主要是分為兩個部分，第一個部分把廢紙，報紙等物料從上部投入加壓口，對報紙等雜物進行加壓，第二部分主要為前部分加壓之后的物料對其進行打包捆綁處理。
第一部分的工作原理：采用電機帶動中間齒輪軸轉(zhuǎn)動，齒輪嚙合傳動，再將運動傳遞給上下的齒輪軸，上下齒輪軸與絲桿螺紋鏈接，繼而將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，作用在壓板上，利用上壓板與絲杠進行向右移動從而實現(xiàn)壓縮運動，壓至一定程度，停機然后抽出右板，將壓縮物送入打包裝置進行打包的機構(gòu)。當報紙放在待打包的區(qū)域后，通過傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)使壓板下降，從而對下面的廢報紙進行壓縮，然后電機停止，將右邊的板抽出，繼續(xù)運轉(zhuǎn)電機，將報紙雜物等壓至捆綁機構(gòu)中。第二部分的工作原理：壓縮好的報紙等物料完成之后，在底板下部分有個導軌，可以使右板抽出，這樣既可以使物料運動到捆扎區(qū)域。在捆扎區(qū)域中，采用捆扎機的結(jié)構(gòu)，捆扎機設(shè)計為齒輪齒條的形式，捆扎機的工作原理如圖2-1所示。
2-1 捆扎機的原理圖
捆扎機的原理：采用齒輪齒條的形式，當窄帶繩子放入捆扎結(jié)構(gòu)的前部，并撥動鐵皮將繩子壓緊，另一端放入手柄下部，亦壓緊，撥動手柄，齒輪在齒條中的移動，使扎帶繩子開始收縮，在收縮到一定位置時候，采用壓力鉗把放在扎帶繩子中間的鐵皮進行壓縮，從而達到捆扎的作用。
2.2 回收打包裝置簡易結(jié)構(gòu)
根據(jù)上述對回收打包裝置進行第一部分壓縮，第二部分的捆綁原理的介紹，對打包機進行簡易結(jié)構(gòu)的初步定性。在簡易結(jié)構(gòu)中初步定性了打包機的放置形式為橫放，并與裝有手動捆綁機構(gòu)的架子相連接，如圖2-2所示。
圖2-2 回收打包裝置的簡易
從圖中可以看出，回收打包裝置中的壓縮部分放置在左側(cè)部分，左側(cè)有大小齒輪軸、軸承座、絲杠，卡簧、電機等一些固定機構(gòu)，右側(cè)為捆扎區(qū)域，捆扎區(qū)域有捆扎結(jié)構(gòu)，框架。
工作原理：按下開關(guān)，電機轉(zhuǎn)動，電機帶動中間齒輪軸轉(zhuǎn)動，中間齒輪軸帶動上下兩齒輪軸轉(zhuǎn)動，上下兩齒輪與絲桿為螺紋連接 （上下齒輪旋向相反），進而可以使壓板向右運動，進行壓縮廢紙等雜物，壓縮到一定程度，電機停止轉(zhuǎn)動，壓板停止壓縮，抓住把手抽出右壓板，繼續(xù)令發(fā)動機轉(zhuǎn)動，讓壓板將廢紙等雜物壓向捆扎機構(gòu)，進行捆扎。
2.3回收打包裝置方案對比
（1）傳動系統(tǒng)的對比
在我設(shè)計的回收打包裝置中，在電機的轉(zhuǎn)動系統(tǒng)中采用齒輪的轉(zhuǎn)動，沒有采用帶輪的轉(zhuǎn)動系統(tǒng)，考慮到以下幾點：
1）齒輪跟帶輪相比傳動效率高
2）傳動比精確，不會出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象
3）齒輪傳動相對于帶傳動來說，相對平穩(wěn)，傳動速度大、結(jié)構(gòu)緊湊。
考慮以上的幾點在回收打包裝置壓縮部分的傳動系統(tǒng)采用齒輪的方式比帶輪更加合理可靠。齒輪轉(zhuǎn)動過程中帶的絲杠的轉(zhuǎn)動，絲杠采用普通絲杠，并用卡簧限制軸向運動，實現(xiàn)自鎖行的功能。
（2）捆扎結(jié)構(gòu)的對比
一開始的想法是：將壓縮機豎著放如圖2-3，想在壓縮機內(nèi)部設(shè)計一種捆綁機構(gòu)，亦或者壓縮前套袋子，設(shè)計一種封口機構(gòu)，但查閱了大量資料之后，苦于找不到合適的機構(gòu)實現(xiàn)打包功能，也沒有恰當?shù)慕Y(jié)構(gòu)能使袋子能封口，所以放棄了這種想法。
圖2-3
接下來的想法是：既然壓縮機構(gòu)豎放找不到與之匹配的打包機構(gòu)，故想將壓縮裝置橫置，并采用全自動捆綁機（如圖2-4）與壓縮機構(gòu)相連，兩步運動實現(xiàn)壓縮打包功能，但考慮到全自動捆綁機內(nèi)部結(jié)構(gòu)過于復雜且體型過大，故棄之。
圖2-4 全自動打包機
最后，鑒于上述方案均不適合，所以決定采用手動捆扎機構(gòu)與橫置壓縮機構(gòu)相連接，形成一體。如圖2-5。捆扎結(jié)構(gòu)采用市面上較為流行的手工捆扎結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)最后的打包功能，這種捆綁機構(gòu)很靈活。其中打包機構(gòu)采用齒輪齒條的形式，當時考慮壓縮后的物料的大小以及設(shè)計的復雜，并沒有直接采購市面人工捆扎器，自己根據(jù)捆扎器的原理設(shè)計了大型號尺寸并簡化版的捆扎器。
圖2-5
2.4本章的總結(jié)
本章主要確定回收打包裝置的結(jié)構(gòu)方案，傳動系統(tǒng)，壓縮機構(gòu)，捆扎結(jié)構(gòu)等。對壓縮打包裝置中兩部分（壓縮機構(gòu)、打包機構(gòu)）的結(jié)構(gòu)進行了原理性的介紹。壓縮機構(gòu)采用絲杠螺母機構(gòu)，絲桿在齒輪（相當于螺母）轉(zhuǎn)動下左右平動，實現(xiàn)對廢紙的壓縮過程。然后將底板側(cè)向抽出，繼續(xù)將壓縮好的廢紙推出進入打包機構(gòu)中。打包機構(gòu)采用手工打包方式，采用齒輪齒條機構(gòu)，并將其固定于底部機架上，于左側(cè)壓縮裝置并排放置。手動捆扎后，人工將打包好的廢紙從最右側(cè)取出。通過查閱相關(guān)資料，對比幾種設(shè)計方案，選擇其中較為合理的方案，最后完成了對廢紙回收打包裝置的總方案設(shè)計。
第3章 傳動機構(gòu)的設(shè)計與計算
3傳動機構(gòu)的設(shè)計與計算
3.1齒輪齒條的設(shè)計計算
3.1.1 齒輪齒條參數(shù)設(shè)計
選材：圓柱直齒輪；材質(zhì)：40Cr；熱處理方式：調(diào)質(zhì)處理；硬度為：300HBS
現(xiàn)設(shè)計齒輪參數(shù)如下表3.1所示：
表3.1齒輪齒條參數(shù)
名稱
符號
齒輪
齒條
模數(shù)（端面模數(shù)）
2
2
齒數(shù)
21
287
壓力角
齒頂高系數(shù)
1
1
頂隙系數(shù)
0.25
0.25
3.1.2幾何尺寸的計算
齒輪參數(shù)：
(1) 分度圓直徑：
(2) 齒頂高：
(3) 齒頂圓直徑：
(4) 齒根圓直徑：
(5) 基圓直徑：
齒條參數(shù)：
端面模數(shù)：2
端面壓力角：20
端面齒距：p=πm=3.14*2=6.28
齒頂高：ha=m*ha=2*1=2mm
齒根高：hf=m*（h+c）=2*（1+0.25）=2.5mm
3.1.3重合度的校核
齒輪齒條傳動機構(gòu)傳動很是平穩(wěn)，傳動效率也很高結(jié)構(gòu)也很緊湊。所以，如果要很好的實現(xiàn)其優(yōu)點，齒輪齒條的重合度的檢測尤為重要。
由上方的的尺寸數(shù)據(jù)，經(jīng)計算得，容易繪制出的齒輪齒條嚙合重合度如圖3.2所示：
圖3.2齒輪齒條嚙合簡圖
計算結(jié)果表明，捆綁機構(gòu)中，齒輪齒條傳動的重合度數(shù)值為1.78（在1.5～2.0之間），滿足要求。
-
3.2絲杠相關(guān)參數(shù)的計算以及電機的選擇
3.2.1電機型號的選取
鑒于手動控制，所以電機的轉(zhuǎn)速不需要高，但功率需稍大因為壓縮所需壓力大。參考機械設(shè)計手冊，選擇YZ180L型號的電機。額定功率10kw，電機轉(zhuǎn)速675r/min。
3.2.2 絲杠副預期額定動載荷
1）按絲杠的軸向理想運行總距離計算可得：
式中：
——絲桿的軸向運動理想距離，一般取為
2) 按絲理想的工作時間計算可得：
式中相關(guān)系數(shù)如下：
-------理想轉(zhuǎn)速，
-------理想工作總時間，一般取1.5萬小時
-------負載常用系數(shù)，在壓縮打包機中取=1
-------絲桿的精度系數(shù)，這里取 =1
-------可靠性系數(shù)，這里取=1
3) 按絲杠軸向運動載荷及壓力計算可得：
其中表示絲杠在運行過程中的最大負載
3.2.3絲桿在運行中能接受的最大軸向變形量
若重復定位精度為X，那么絲桿允許的最大軸向變形量的計算公式為：
系統(tǒng)在運行過程中，軸向運動的重復定位精度X要求為0.04mm，則
0.25*0.004=0.001mm
3.2.4 導程精度的選擇
據(jù)絲桿的軸向運動，定位精度應(yīng)滿足0.08mm/1000mm，則任意500mm，長度的導程精度為0.04mm。
3.2.5 確定絲杠型號
最終，選擇G4010絲桿，精度等級2級。絲桿基本導程Ph=10mm，，螺母外徑40mm。
3.3齒輪傳動的設(shè)計計算
3.3.1 齒輪參數(shù)設(shè)計
三個齒輪，兩兩均為為圓柱直齒輪其中有兩個一致，所以只需要檢驗一對即可，現(xiàn)設(shè)計齒輪參數(shù)如下表3.2所示：
表3.2齒輪齒條參數(shù)
名稱
符號
齒輪1
齒輪2
齒輪3
模數(shù)
2
2
2
齒數(shù)
100
150
150
壓力角
齒頂高系數(shù)
1
1
1
頂隙系數(shù)
0.25
0.25
0.25
3.3.2幾何尺寸的計算
(1) 分度圓直徑：
(2) 齒頂高：
(3) 齒頂圓直徑：
(4) 齒根圓直徑：
(5) 基圓直徑：
3.3.3重合度的校核
齒輪傳動機構(gòu)傳動很是平穩(wěn)，傳動效率也很高結(jié)構(gòu)也很緊湊。所以，如果要很好的實現(xiàn)其優(yōu)點，齒輪的重合度的檢測尤為重要。重合度合適與否直接關(guān)系到嚙合的平穩(wěn)以及傳動的平穩(wěn)。
根據(jù)上述的幾何尺寸經(jīng)計算得，繪出的齒輪嚙合重合度如圖2.1所示：
=1.98
圖3.3齒輪嚙合簡圖
計算結(jié)果表明，壓縮裝置中齒輪傳動的重合度數(shù)值為1.98（在 1.5～2.0之間）。據(jù)此判斷，壓縮裝置中齒輪機構(gòu)的設(shè)計參數(shù)合理，能夠滿足工作要求。
3.4本章小結(jié)
本章重點介紹了傳動機構(gòu)的設(shè)計，主要內(nèi)容包括:
(1) 分析設(shè)計了齒輪機構(gòu)的參數(shù)；
(2) 對齒輪進行了重合度的校核。
(3) 對絲杠的相關(guān)參數(shù)進行的計算。
(4) 對齒輪齒條機構(gòu)的進行重合度的校核。
第4章 打包機的三維建模
4 回收打包裝置的三維建模
4.1 SolidWorks軟件簡介
迄今為止，世界上第一個基于Windows開發(fā)的三維繪圖系統(tǒng)就是SolidWorks軟件了，這款軟件設(shè)計的初衷是為了給機械工程師們提供一種能用電腦繪制三維模型的設(shè)計系統(tǒng)。SolidWorks軟件與其他三維軟件相比，不僅功能強大，而且操作相對簡單，被眾多大學生以及工程師青睞。自其創(chuàng)建以來，工程師們的創(chuàng)新能力和工作效率有了顯著的提高。不僅如此，這款軟件還能將三維圖與二維圖完美結(jié)合。
4.2主要零部件的三維建模
4.2.1 壓縮部分的結(jié)構(gòu)
根據(jù)上文，廢紙打包機分二部分設(shè)計，一部為壓縮部分一部分為打包部，壓縮部分主要對報紙等一些物體進行壓縮，使體積變小，從而為接下來的減少空間。
1左壓板：左壓板主要對報紙等物件進行壓縮的功能，與連接板焊接，而后與絲桿相連，如圖4.1所示：
圖4.1 左壓板
2右蓋板：在壓縮打包機構(gòu)中，左壓板壓縮，右壓板進行支撐作用，右壓板與把手連接，最后抽出，如圖4.2所示：
圖4.2 右蓋板
3上、下齒輪軸：與中間齒輪軸嚙合，傳遞旋轉(zhuǎn)運動，再與絲桿嚙合將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，繼而使得壓板可以運動，如圖4.3所示：
圖4.3 齒輪
4導軌：在回收打包裝置中采用米思米的導軌，其目的是使與蓋板相連接的底板能夠向下移動，從而在打包機壓縮到指定位置之后，可以把底板抽出來。抽出之后廢紙等壓縮物體可以移動到打包區(qū)域如圖4.4所示：
圖4-4 導軌
5：卡簧：卡簧也叫擋圈或扣環(huán)，是使得兩零件固定，防止停止時發(fā)生相對運動，是自鎖結(jié)構(gòu)的一種。常常裝在設(shè)備的軸槽或著孔槽中，能夠阻止軸上零件軸向運動?？ɑ煽ㄔ邶X輪與滾珠絲杠配合的下端，主要目的是使齒輪防止軸向移動如圖4-5所示：
圖4-5卡簧
4.2.2 回收打包裝置的三維模型
在之前回收打包裝置設(shè)計中，該裝置第一步實現(xiàn)的是壓縮功能，等雜物等壓縮完成之后，抽出活動板，開機將雜物運輸?shù)酱虬鼌^(qū)域進行打包，以下為回收打包裝置的零件模型。
框架：其主要目的是使壓縮好的物體進入打包區(qū)域位置，安裝捆綁器的框架如圖4-6所示：
圖4-6 框架
打包器：采用齒輪齒條的形式，當窄帶繩子放入捆扎結(jié)構(gòu)的前部，并撥動鐵皮將繩子壓緊，另一端放入手柄下部，亦壓緊，撥動手柄，齒輪在齒條中的移動，使扎帶繩子開始收縮，在收縮到一定位置時候，采用壓力鉗把放在扎帶繩子中間的鐵皮進行壓縮，從而達到捆扎的作用。如圖所示4-7打包器：
圖4-7打包器
4.3裝配體的三維建模
在各零部件建模完成后，進入SolidWorks裝配環(huán)境。根據(jù)實際情況下的裝配情況，對回收打包裝置進行模擬裝配，過程中使用重合、面面對齊、垂直、平行等裝配約束關(guān)系，將回收打包裝置裝配成一個整體。
本文研究設(shè)計的機構(gòu)是齒輪軸、軸承座、絲桿、壓板、保持架、捆綁器（包含齒輪、齒條、各種壓緊裝置）等組成，其中電動機把力傳遞給中間的齒輪軸，齒輪嚙合傳動，再將運動傳遞給上下的齒輪軸，上下齒輪軸與絲桿螺紋鏈接，繼而將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，作用在壓板上，利用上壓板與絲杠進行向右移動從而實現(xiàn)壓縮運動，壓至一定程度，停機然后抽出右板，將壓縮物送入打包裝置進行打包的機構(gòu)，其詳細裝配體三維圖如圖4-8所示：
圖4-8 回收打包裝置裝配圖
為了論文的完整性，更重要的是為了更加清晰地表達回收打包裝置的裝配體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對其進行了剖視處理，具體如圖4-9所示。
圖4-9 回收打包裝置裝配圖剖視圖
裝配完成后，對利用Solidworks對回收打包裝置進行了干涉分析。干涉分析就Solidworks裝配體中，對模型整體靜止情況以及運行時情況進行了分析，檢查是否干涉。如在檢測過程中出現(xiàn)干涉問題，要進行結(jié)構(gòu)的調(diào)整或者是裝配時出了問題，無論是為了導出二維圖的順利進行還是對整體機構(gòu)的要求完美，都需要對其進行修改以達到預期效果。最終的干涉分析圖，如圖4-10所示；
圖4-10干涉分析圖
經(jīng)Solidworks檢驗，可得壓縮打包裝置的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計沒有干涉，故而結(jié)構(gòu)以及裝配均合理。
4.4本章小結(jié)
本章寫的主要是回收打包裝置的三維建模，將心中所想用Solidworks軟件進行繪制，形象地表達結(jié)構(gòu)模型，也方便心中對結(jié)構(gòu)的進一步設(shè)計。本章節(jié)最終以圖片的形式將部分零件以及整個裝配圖的機構(gòu)外觀展示，并敘述了其相關(guān)作用。其中，裝配圖還從中間截開來，是的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一目了然，便于老師的檢查也彰顯的論文的清晰。最后，用solidworks軟件對回收打包裝置進行了干涉分析并在三維中對裝配圖進行了修改。
第5章 回收打包裝置的模態(tài)分析
5回收打包裝置的模態(tài)分析
當一般的機械結(jié)構(gòu)在實際運用的的時候，尤其是在振動環(huán)境中，是一定會受到動態(tài)載荷的影響的，為了避免這種影響對機構(gòu)有一些不好的影響，所以機構(gòu)系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計是一定要分析的。在這個動態(tài)分析里面，結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析是它最重要的一個環(huán)節(jié)了，在這里是可以通過這個分析來獲得這個結(jié)構(gòu)在振動時候的特性以及可能發(fā)生的共振的情況，在采用了這個振動的故障分析之后，就可以根據(jù)這個結(jié)果來對機構(gòu)做出相應(yīng)的改進。
經(jīng)過對這方面知識的了解，現(xiàn)在對于開展模態(tài)分析主要可以通過采取以下這三種方式：
第一種就是把機構(gòu)的模型進行簡化，伴隨其中的就是在建模過程中的各種計算，將整個機構(gòu)看作一個整體，再進行相應(yīng)的分析。
第二種方法就是通過粘結(jié)各個部位的零部件，這樣就可以利用ANSYS里面的接觸方式來進行對模型間的裝配關(guān)系的具體定義。
最后一種就是可以通過有限元中的耦合技術(shù)來建立相應(yīng)的模型的接觸的裝配關(guān)系。
以上提到的這幾種方法可能會存在一點差異，上訴三中方法求得的結(jié)果有一定差異，當時各處理方式有優(yōu)缺點。第一種方法處理簡單和方便，但是計算時候剛度比較大。第二中方法，能夠很好的反應(yīng)實際的情況，但是在求解有接觸的時候有非線性之間的關(guān)系可能在求解的時候出現(xiàn)沒法收斂的情況。而且，前期處理比較麻煩，花費大量CAE工程師的時間，在很多學生處理模型時候，都是幾個人分工完成。第三種方法是CAE近幾年獨特的方法。由于本人能力有限，在這里只能采用第一種方式來進行模態(tài)分析
5.1導入三維模型
HyperMesh具有UG,Solidworks，proe等等的數(shù)據(jù)接口，現(xiàn)階段CAE工程師通過成熟的CAD軟件建立幾何模型之后導入HyperMesh中構(gòu)造模型。本文對建立好打包機有限元模型之后，通過Hypermesh自帶的RADIOSS求解器進行求解。當然在Hypermesh中有可選擇的求解器，如圖5-1所示選擇RADIOSS為處理器。
5-1選擇處理器
具有中間轉(zhuǎn)換格式的軟件有很多，Igs可以在不同三維軟件與CAE軟件之間進行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。CAD處理的幾何模型，導入CAE軟件當中，出現(xiàn)的間隙等會影響網(wǎng)格質(zhì)量。當處理模型的有限元時候，必須對打包機進行模型的清理和簡化。
5.1.1簡化零件模型
在打包機進行有限元分析時候，進行模型的幾何處理很有必要。對設(shè)計工程師來說在設(shè)計產(chǎn)品的時候都是從工藝，加工，安裝等考慮零件的模型。而對于CAE工程師來說很低工藝孔，安裝孔在不特別說明的或者特殊研究的情況下可以刪除。例如工藝上的倒角在不研究倒角處應(yīng)力應(yīng)變的情況下，一般的處理方式都是刪除這些工藝角，以免在畫網(wǎng)格時出現(xiàn)不好的現(xiàn)象。簡化后的高質(zhì)量圖如圖5-2所示。
圖5-2 簡化之后的幾何模型
5.2有限元模型建立
回收打包裝置的壓縮部分雖然不是一個非常復雜的機械系統(tǒng)，但是考慮部分面的復雜性，選用不同的方法進行有限元模型網(wǎng)格的劃分，得圖5-3。
圖5-3 有限元模型
5.3定義材料和約束
在HyperMesh中定義有限元模型的材料，壓縮部分整體材料為45#，彈性模量：，泊松比：，密度：，轉(zhuǎn)化單位后為
本文采用的基本單位如下：
力的取標準單位牛頓，
距離單位取毫米，
單位面積受力取牛頓平方毫米，
應(yīng)力單位為兆帕，
彈性模量即為應(yīng)力（ε=ΔL/L）與應(yīng)變（σ=F/S）的比值。
所以彈性模量E=σ/ε，單位是取兆帕。
在有限元分析中，約束方面取X,Y,Z三個方向自由度。
5.4計算結(jié)果的分析
在以上軟件處理結(jié)束后，進行模塊分析，觀察模態(tài)分析后的各階模態(tài)的固有頻率和振型的情況。觀察得，前6階固有頻率見表5-1。
表5-1 固有頻率和臨界轉(zhuǎn)速
1
2
3
4
5
6
固有頻率(HZ)
64.5
65.1
170.3
174.1
249.3
283.7
臨界轉(zhuǎn)速(r/min)
3870
3906
10200
10446
14958
17022
根據(jù)以上兩者關(guān)系可知：
根據(jù)有限元算出的臨界轉(zhuǎn)速遠遠低于選用電機的轉(zhuǎn)速，所以不可能出現(xiàn)共振的情況。
以下為回收打包裝置壓縮部分的六階振型圖，如下圖所示。根據(jù)下圖中前四階模態(tài)分析云圖可以看出，在模態(tài)下最大變形地方為壓縮部分的兩側(cè)板子部分。而第五階模態(tài)分析云圖當中，變形最大部分出現(xiàn)在左邊端蓋上。因為端蓋上連接的東西很多，包括軸承座，以及齒輪軸，而且電機也是安在端蓋伸出的支撐板上，所以只要端蓋不出現(xiàn)共振的情況，那么整機就比較合理。
第1階模態(tài)振型
第2階模態(tài)振型
第3階模態(tài)振型
第4階模態(tài)振型
第5階模態(tài)振型
第6階模態(tài)振型
5.5本章小結(jié)
本章對回收打包裝置進行了有限元分析，目的是檢驗回收打包裝置在運行過程中會不會出現(xiàn)共振情況，從而影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。本章對回收打包裝置的部分結(jié)構(gòu)進行了網(wǎng)格處理，并進行分析。將一階臨界轉(zhuǎn)速于理想轉(zhuǎn)速進行比較，最后得出，回收打包裝置壓縮外框達不到第一階臨界轉(zhuǎn)速所以不會出現(xiàn)共振情況。
第六章 結(jié)論
6 結(jié) 論
本文以實現(xiàn)廢紙雜物的壓縮打包裝置的主要功能為目標，首先制訂了廢紙雜物的壓縮打包裝置的總體設(shè)計方案，接著對比了各種能想到的方案，選擇了最適合最合理的一種，然后對廢紙雜物的壓縮打包裝置的各主要零件進行了機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，接著應(yīng)用solidworks軟件對廢紙雜物的壓縮打包裝置進行了三維建模，在三維建?；A(chǔ)上對廢紙雜物的壓縮打包裝置的進行了干涉和有限元分析。
本次設(shè)計完成，自己的二維制圖以及三維制圖的能力明顯有提高。關(guān)于制圖，我總結(jié)了以下幾點經(jīng)驗。首先，關(guān)于三維圖的繪制方面，基準的選擇非常重要，或許在繪制零件圖中，并不能感覺到優(yōu)勢，甚至會給繪制零件圖帶來一定的麻煩，但是在裝配圖中，有統(tǒng)一的基準就顯得十分關(guān)鍵。其次，關(guān)于二維制圖，各種快捷鍵的熟練掌握對制圖的速度起著至關(guān)重要的作用。再者，線條的粗細以及顏色以及需要用到的域與塊要事先準備好，不要在繪圖過程中，再浪費時間繪制。
本次畢業(yè)設(shè)計所完成的主要工作有：首先，闡明了廢紙雜物的壓縮打包裝置的重要性及其研究現(xiàn)狀，指出了廢紙雜物的壓縮打包裝置設(shè)計對現(xiàn)代生活很是重要； 其次，根據(jù)廢紙雜物的壓縮打包裝置所需要滿足的功能，提出了廢紙雜物的壓縮打包裝置的設(shè)計方案；再者，應(yīng)用了大學期間所學知識，對廢紙雜物的壓縮打包裝置中的主要零部件進行了設(shè)計計算；最后，應(yīng)用solidworks對廢紙雜物的壓縮打包裝置進行了三維建模以及干涉分析，并進行了有限元分析檢驗機構(gòu)是否合理。
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