污泥處理船升降機構(gòu)設(shè)計研究

華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）污泥處理船升降機構(gòu)設(shè)計研究學(xué)生姓名張波學(xué)號090302041130學(xué)部（系）機械與電氣工程學(xué)部專業(yè)年級09級機械設(shè)計制造及其自動化指導(dǎo)教師毛寬民職稱或?qū)W位教授2012年月日目錄摘要4關(guān)鍵詞4ABSTRACT5KEYWORDS6前言71論文概述811課題背景和研究意義812國內(nèi)外污泥處理船結(jié)構(gòu)研究的進展8121國內(nèi)研究進展8122國外研究進展913課題研究應(yīng)用前景92污泥處理升降結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計1021污泥處理船總體結(jié)構(gòu)介紹1022污泥處理船升降機構(gòu)的設(shè)計11221確定升降結(jié)構(gòu)方案前期考慮因素11222污泥處理船升降機構(gòu)選擇123偏心曲柄滑塊機構(gòu)參數(shù)計算1431曲柄滑塊機構(gòu)尺寸計算1432曲柄滑塊機構(gòu)力學(xué)特性1533曲柄滑塊的運動學(xué)特性1634實現(xiàn)曲柄運轉(zhuǎn)的電動機參數(shù)1835污泥處理船升降部分材料的選擇194污泥處理船升降機構(gòu)的有限元分析2041有限元分析概述2042有限元法的基本步驟2143彈性力學(xué)基本知識21431彈性力學(xué)基本假設(shè)22432彈性力學(xué)基本變量22433彈性力學(xué)基本方程2444矩形單元26441位移函數(shù)26442單元應(yīng)變27443單元應(yīng)力28444單元剛度矩陣28445單元等效節(jié)點力29446整體平衡方程2945曲柄連桿機構(gòu)ANSYS分析29451曲柄ANSYS分析29452連桿ANSYS分析315曲柄滑塊在PRO/E中的仿真3151建立曲柄滑塊機構(gòu)所需構(gòu)件31511機架32512曲柄的造型32513連桿三維造型32514滑塊三維造型3352裝配3353運動仿真3354生成滑塊速度與時間關(guān)系的運動分析圖36結(jié)束語38參考文獻39致謝40污泥處理船升降機構(gòu)設(shè)計研究摘要我國幅員遼闊,水系發(fā)達,河流、湖泊、水庫極其繁多,擁有很長的海岸線以及大量的港口。但是,就目前來說，這些河流、湖泊的泥沙堆積現(xiàn)象積嚴(yán)重,需要用污泥處理船進行污泥處理,以提高灌溉、防洪以及通航的能力,來進一步改善我們的生態(tài)環(huán)境。所以，污泥處理成為清理河道，提高水質(zhì)量一個重要而又關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，這不僅是對我國資源環(huán)境的保護，又是資源可回收利用的重要保證。本篇論文重點討論了污泥處理升降結(jié)構(gòu)，因為這是保證污泥處理船結(jié)構(gòu)強度及使用能力不可或缺的一部分。首先，根據(jù)污泥處理船的工作環(huán)境，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計的原理，初步確定出機械可實現(xiàn)上下升降的機構(gòu)，再對所初步確定的機構(gòu)進行強度上的校核以及使用性能上的設(shè)計。其次，將所確定的機構(gòu)進行建模，在有限元模型分析中繪制出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型，在進行有限元分析，通過施加載荷以及約束，得出結(jié)構(gòu)的受力變形判斷結(jié)構(gòu)是否滿足材料上的設(shè)計。本文建立了污泥處理船升降結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型,應(yīng)用實時仿真軟件,仿真了不同污泥密度下的動態(tài)特性。，本項研究有助于對學(xué)生進行污泥處理的研究,也有助于工程技術(shù)人員準(zhǔn)確把握設(shè)備性能,確保安全高效疏浚。關(guān)鍵詞污泥處理升降結(jié)構(gòu)有限元分析數(shù)字模型仿真動態(tài)特性THESTUDYONSLUDGETREATMENTLIFTINGSTRUCTUREABSTRACTCHINAHASAWIDETERRITORYANDABUNDANTWATERRESOURCESWITHLONGCOASTLINEANDNUMEROUSHARBORSRIVERS,LAKESANDRESERVOIRSSCATTERALLOVERTHECOUNTRYLIKESTARSINTHESKYBUTCURRENTLYAHUGEAMOUNTOFSEDIMENTDEPOSITEDTHEREHASCAUSEDSEVEREPROBLEMSANDNEEDTOBEDREDGEDDREDGINGISONEOFTHEEFFECTIVEENGINEERINGMEASURESTOCONTROLFLOODSANDIMPROVENAVIGATION,IRRIGATIONCONDITIONSANDENVIRONMENTSLUDGETREATMENT,THEREFORE,BECOMESANIMPORTANTKEYLINKOFCLEARINGCHANNEL,IMPROVINGTHEQUALITYOFWATERTHISISNOTONLYTHEPROTECTIONOFRESOURCESANDENVIRONMENTINOURCOUNTRY,BUTALSOTHEIMPORTANTGUARANTEEOFRESOURCESWHICHCANBERECYCLEDINTHISPAPER,SLUDGETREATMENTLIFTINGSTRUCTUREISMAINLYDISCUSSED,FORITISTOENSURETHATSTRUCTURALSTRENGTHOFTHEDREDGERSANDITISANINTEGRALPARTOFSERVICEABILITYFAILUREFIRSTOFALL,ACCORDINGTOTHEENVIRONMENTTHATTHEDREDGERSWORK,ASWELLASTHEPRINCIPLEOFSTRUCTURALDESIGN,WEPRELIMINARYDETERMINETHEMACHINERYWHICHCANFULFILLUPANDDOWNMOVEMENTSOFTHEBODY,THENCHECKONTHEDESIGNINGSTRENGTHANDUSEOFPERFORMANCESECOND,WEWILLCONSTRUCTMODELOFTHEDESIGN,ANDDRAWTHECORRESPONDINGSTRUCTURE,THENANALYSISTHESTRUCTUREINFINITEELEMENTMODELBYAPPLYINGLOADANDCONSTRAINTS,WEWILLSEEWHETHERITMEETTHEDESIGNONTHEMATERIALINTHISPAPER,THEMATHEMATICALMODELOFDREDGERSSTRUCTUREISPRESENTED,ANDISDEVELOPEDBYAREALTIMESIMULATIONSOFTWARE,SIMULATIONOFDYNAMICCHARACTERISTICSUNDERDIFFERENTSLUDGEDENSITY,THISSTUDYWILLHELPTHESTUDENTTOCARRYONTHERESEARCHOFSLUDGETREATMENT,ITCANALSOHELPENGINEERSACCURATELYGRASPTHEEQUIPMENTPERFORMANCE,TOENSURESAFEANDEFFICIENTDREDGINGKEYWORDSDREDGER,LIFTINGSTRUCTURE,FINITEELEMENTANALYSIS,DIGITALMODEL,SIMULATION，DYNAMICBEHAVIOR前言就污泥處理行業(yè)發(fā)展來說，雖然污泥處理船的發(fā)明已經(jīng)獲得成功，但在很多情況下，都要求污泥船可以隨著污泥的密度變化升降的高度不同，這是由于不同地方污泥在水中的密度會有所不同，例如，在淤泥密度比較小的情況下，這就要求所設(shè)計的污泥處理船能夠運行的深度較大一些，這樣不僅可以保護好船的結(jié)構(gòu)，而且可以更好的使污泥船在污泥中運行，所以，所設(shè)計的污泥處理船升降結(jié)構(gòu)其目的就是為了控制其在污泥中的深度，讓污泥船能夠更加靈活的在污泥中運轉(zhuǎn)，提高污泥船的工作效率，延長污泥處理設(shè)備的使用壽命，保證污泥處理設(shè)備的強度，從而增加污泥船的性能。就污泥處理設(shè)備的設(shè)計這一領(lǐng)域來說，到目前為止，已經(jīng)有各式各樣的污泥處理船被設(shè)計出來并取得不少成果，但是，針對污泥在水中各個地方密度存在差異，前人所設(shè)計出來的污泥處理船其結(jié)構(gòu)不能隨著污泥密度變化而實現(xiàn)上下升降，這也就對污泥處理船本身的結(jié)構(gòu)強度來說，會造成不同程度的損害，這樣便會使得污泥處理船的使用壽命下降，而我們所設(shè)計的污泥處理船升降結(jié)構(gòu)不僅實現(xiàn)了隨污泥密度變化調(diào)節(jié)運行深度，而且在保證材料使用強度情況下，使船體受力更加合理，從而延長了污泥處理船的使用壽命。機械結(jié)構(gòu)設(shè)計是影響機械各個性能的重要指標(biāo)。機構(gòu)的設(shè)計最終能不能完成，并滿足于廣大客戶的需求，在極大程度上取決于機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計。就污泥處理船升降結(jié)構(gòu)研究設(shè)計來說，我國的污泥處理設(shè)計水平還在不斷的發(fā)展當(dāng)中，其設(shè)計的目的就是要設(shè)計出一種最優(yōu)的污泥處理設(shè)備，既能達到預(yù)定要求，又具有性能好、成本低、價值優(yōu)的特點，來滿足市場各方面需求。本篇論文的重點設(shè)計，包括升降結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及ANSYS有限元進行受力分析，然后再進行PRO/E機構(gòu)運動仿真。首先是升降結(jié)構(gòu)的設(shè)計。其設(shè)計因為涉及機械原理，機械設(shè)計，工程材料，材料力學(xué)等各個學(xué)科，所以要綜合考慮。除了升降結(jié)構(gòu)的設(shè)計外，更重要的就是機構(gòu)的有限元分析，分析各個機構(gòu)的受力變形情況。最后采用的是PRO/E進行仿真，通過PRO/E的運動仿真模擬動態(tài)機構(gòu)的運動過程，并生成了其動力學(xué)曲線。因此，本篇論文的設(shè)計，就是為了設(shè)計出一種機構(gòu)實現(xiàn)升降，然后對機構(gòu)進行校核，最終確定所設(shè)計的升降機構(gòu)，更好地實現(xiàn)一種新的功能，保證污泥船可以隨污泥密度變化而上下升降，從而達到控制材料強度所受載荷在允許范圍之內(nèi)，進而延長使用壽命。1論文概述11課題背景和研究意義目前，我國江、河、湖庫很多,泥沙存在嚴(yán)重的淤積問題,污泥處理是提高大江、大河、大湖質(zhì)量的一項工程措施。污泥船的設(shè)計，可用來處理污泥、治理河道、環(huán)保清污,所以其相對而言，具有的市場價值非常廣闊。在中國或者是在國外,特別是水域較大的國家，多年以來，在挖泥船方面得到的發(fā)展很大?？梢詮闹锌闯鰜?在未來的幾年里，挖泥船的發(fā)展前景依然良好。污泥處理船升降部分結(jié)構(gòu)設(shè)計的意義，從性能上來說，可以提高污泥處理船的工作性能，從使用上來說，可以延長污泥處理船的使用壽命，從靈活度上說，使污泥處理設(shè)備在水上運行的更加方便。總之，升降結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計，在污泥船整體結(jié)構(gòu)設(shè)計中，是很重要的一個環(huán)節(jié)。12國內(nèi)外污泥處理船結(jié)構(gòu)研究的進展121國內(nèi)研究進展我國水資源總量豐富,是世界上陸地水域面積最大的國家之一,江河、湖泊、水庫眾多,在世界各國中排名排第6位。前6名的國家為巴西、前蘇聯(lián)、美國、加拿大、印尼、中國。但我國的河流、湖泊、水庫、港口淤積比較嚴(yán)重,大多需要進行處理。新中國成立以來,國內(nèi)的污泥處理行業(yè)得到了快速的發(fā)展。1953年成立了交通部航務(wù)工程總局疏浚公司,這是新中國成立之后第一個全國性的專業(yè)疏浚公司,專門用來負責(zé)國內(nèi)水利工程以及港口航道的污泥處理。20年后,我國在日本建造了46艘各種類型的挖泥船、起重船、打樁船等，而且先后幾次從荷蘭IHC公司引進了總共39艘大中型的現(xiàn)代挖泥船,使得長江和我國沿海的港口碼頭等內(nèi)河航道的污泥處理能力在較短時期內(nèi)得到提高。目前,我國已經(jīng)出現(xiàn)了兩個強大的污泥處理實力群體,這是以水利和交通為主的。除此之外，我國已經(jīng)擁有各類挖泥船和輔助方面的船舶上千艘,潛力非常大,后勁十分足,但這大都是大型河湖的疏浚設(shè)備1。就目前的情況來說，我國雖然有了河道水下的清淤機,而且可以保證河道清淤期間不停灌、不停排、不停航、不影響交通、不影響?zhàn)B殖、不影響正常供水、不影響旅游,水下污泥處理技術(shù)逐漸取代斷水污泥處理技術(shù)而廣泛在河道的污泥處理實踐中起作用,并有望成為以后的發(fā)展趨勢?？偟膩碚f,不管是以前還是現(xiàn)在,我國的污泥處理行業(yè)仍處在持續(xù)發(fā)展階段,我國的水利和水運建設(shè)總是我國污泥處理行業(yè)發(fā)展的推動力,污泥處理始終擁有廣闊的發(fā)展前景。相對于國外疏浚機的發(fā)展概況,國內(nèi)船類還有待發(fā)展,因為很多先進的污泥處理船都依靠進口，不過還是有很多污泥處理船是我國自行研制的。例如,江陰市水利機械施工工程有限公司，根據(jù)氣舉提升工作原理，生產(chǎn)出氣動式深水清淤機,其型號為SSYA型。其抽吸各種徑向尺寸在600MM以下的物料，污泥處理深度10120M，對淤泥的處理能力為50OM3/H，對沙和礫石的污泥處理能力為278M3/H。122國外研究進展由1988年初的有關(guān)資料顯示,美國以及荷蘭等70個國家總共擁有大型污泥處理船2500多艘。與1980年相比，增加了113。到目前，自航絞吸式污泥處理船功率已經(jīng)達2000OKW,其絞刀的功率達440OKW。而耙吸式污泥處理船艙的容積已經(jīng)達11000M3,斗輪式挖泥船生產(chǎn)率達2250M3/H,最大的抓斗鏟斗兩用挖泥船鏟斗船最大斗容38M3、抓斗容量382M3。水陸兩用推土機的成功發(fā)明,能夠在5M到10M的水深下面來進行推松堆積硬粘土,平均的產(chǎn)量為80M3/H，而且可以工作290天。國外在污泥處理設(shè)備操作自動化方向發(fā)展的很快,現(xiàn)已有挖槽剖面監(jiān)測器、絞刀自動控制器、鏈斗自動控制器、耙臂位置監(jiān)測儀、耙頭絞車自動控制器、絞吸式真空釋放閥、耙管自動控制器、挖泥船定位顯示系統(tǒng)等。然后隨著任務(wù)變化以及施工區(qū)域的擴大,出現(xiàn)了斗輪式、吸盤式、噴射式、噴水挖泥船、兩棲式、步移自升平臺絞吸式、對開船體耙吸式、氣動泵式、刮耙式以及能夠破冰的耙吸式等各種新型污泥處理船2。13課題研究應(yīng)用前景目前,我國已經(jīng)擁有各種類型污泥處理船以及輔助方面的船只上千艘,潛力很大,后勁十分足。雖然說我國污泥處理船數(shù)量不少,但是對于城市污泥處理這一塊來說，還遠遠不夠。這就要求城市污泥處理的水平進一步發(fā)展，并能夠促進污泥處理設(shè)備、技術(shù)的提高。污泥處理行業(yè)在我國經(jīng)濟發(fā)展中地位越來越突出,各企業(yè)應(yīng)不斷創(chuàng)新其污泥處理設(shè)備、技術(shù)和管理,這樣才能更好地適應(yīng)社會市場的需求。除此之外，政府和社會都應(yīng)該提高重視，加大污泥處理設(shè)備方面的投入、規(guī)范市場3。正是由于水運和水利建設(shè)一直推動著我國污泥處理行業(yè)，才使得污泥處理行業(yè)還仍在不斷發(fā)展,可以說，污泥處理行業(yè)擁有廣闊的發(fā)展前景，所以，本次的課題研究，其應(yīng)用前景也是相當(dāng)大的。2污泥處理升降結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計21污泥處理船總體結(jié)構(gòu)介紹機械挖泥一般情況下采用絞吸式挖泥船清淤。該方法是通過絞刀把泥漿吸入刀筒內(nèi),然后通過輸泥管把泥漿送入排泥場,處理效果非常顯著。如圖21為實際生活中污泥船的工作圖4。圖21污泥處理船下圖兩種污泥船結(jié)構(gòu)是根據(jù)污泥處理船運動方式不同而分類的，其中，圖22所示的污泥處理船結(jié)構(gòu)是通過葉輪旋轉(zhuǎn)來帶動污泥船在污泥中行走，而圖23所示的污泥處理船結(jié)構(gòu)是由簡單的平面連桿組成一種爬行機構(gòu)，從而來帶動污泥船運行，其使用的是平面連桿機構(gòu)設(shè)計原理，與葉輪式污泥船相比較而言，其設(shè)計簡單，所以本篇論文所設(shè)計的污泥處理升降結(jié)構(gòu)根據(jù)平面連桿機構(gòu)所設(shè)計的。圖22葉輪式污泥處理船圖23爬行式污泥處理船22污泥處理船升降機構(gòu)的設(shè)計221確定升降結(jié)構(gòu)方案前期考慮因素對于結(jié)構(gòu)的設(shè)計，并不是簡單的畫出簡圖、選擇材料，就可以達到預(yù)期設(shè)計的目標(biāo)。機械設(shè)計的實質(zhì)，是在約束存在的前提下力求達到規(guī)定的功能和性能要求的過程，從宏觀上看，這一過程包括總體方案的設(shè)計、參數(shù)設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計等階段。設(shè)計出一種可實現(xiàn)上下升降的機構(gòu)，我們要從以下幾個方面進行考慮A）減少成本的投入也就是說在設(shè)計的過程當(dāng)中，要盡可能少地消耗以材料、能源、勞動力、資金等形式存在的資源，創(chuàng)造出滿足預(yù)先設(shè)想功能要求的物質(zhì)實體。B）強度問題機器及其零部件喪失正常工作能力或其功能參數(shù)降低到限定值以下，稱為失效。所謂強度，就是抵抗這類失效的能力。而強度約束，則是指要求所設(shè)計的零部件，在正常工作條件下，不出現(xiàn)這種類型的失效。C）機械設(shè)計中的摩擦、磨損和潤滑問題兩個接觸表面做相對運動或有相對運動趨勢時，將會有阻止其產(chǎn)生相對運動的現(xiàn)象發(fā)生，這種現(xiàn)象就稱為摩擦。通常，摩擦的大小，可通過摩擦系數(shù)來衡量。磨損是指由于表面的相對運動而使物體工作表面的物質(zhì)不斷損失的現(xiàn)象。潤滑是減少摩擦和磨損的有效措施之一。所謂潤滑，就是向承載的兩個摩擦表面之間引入潤滑劑，以減少摩擦力及磨損等表面破壞的一種措施。D）材料的選擇考慮材料的力學(xué)性能、工藝性能、經(jīng)濟性以及產(chǎn)品的輕型化、高壽命。零件的工作條件是復(fù)雜的，為了便于分析，可將它分為受力狀態(tài)、載荷性質(zhì)、工作溫度、環(huán)境介質(zhì)等幾個方面來考慮。受力狀態(tài)為拉、壓、彎、扭等，載荷性質(zhì)有靜載、沖擊、交變等。工作溫度可分為低溫、室溫、高溫、交變溫度。環(huán)境介質(zhì)是指與零件接觸的潤滑劑。E）使用壽命的分析使用壽命是設(shè)計一個機構(gòu)所必須考慮的，因為它決定了機構(gòu)工作時間的長短，使用壽命的計算，與機構(gòu)運行的循環(huán)次數(shù)以及壽命系數(shù)相關(guān)。222污泥處理船升降機構(gòu)選擇從實現(xiàn)機構(gòu)升降的原理來說，有多種機構(gòu)能夠滿足升降的目的，其中包括曲柄滑塊機構(gòu)、鏈傳動、齒輪齒條機構(gòu)、搖桿滑塊機構(gòu)等。本文對各個機構(gòu)進行比較之后，最終確定實現(xiàn)升降機構(gòu)由曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn)。1）搖桿滑塊機構(gòu)最簡單的連桿機構(gòu)是由四個構(gòu)件和四個低副組成的四桿機構(gòu)。機構(gòu)中必有一個構(gòu)件為機架。與機架相連的構(gòu)件稱為連架桿，其中能繞定軸作整周回轉(zhuǎn)的構(gòu)件稱為曲柄；繞定軸作往復(fù)擺動的構(gòu)件稱為搖桿或擺桿。不與機架相連的構(gòu)件稱為連桿。只作往復(fù)移動的構(gòu)件稱為滑塊。圖24為搖桿滑塊機構(gòu)示意圖。搖桿滑塊是帶有一個移動副的機構(gòu)。一般有作為機架的3個構(gòu)件。構(gòu)件3與構(gòu)件4用移動副相連，又與連桿2用轉(zhuǎn)動副相連，稱為滑塊。構(gòu)件3作為機架，BC成為鉸鏈C擺動的搖桿，AC桿成為滑塊做往返移動。這就是搖桿滑塊機構(gòu)。搖桿滑塊的機構(gòu)原理比較簡單，但在污泥處理船升降結(jié)構(gòu)設(shè)計研究時要求滑塊的循環(huán)運動，這也就是說，搖桿也能實現(xiàn)往復(fù)運動。一般來說，實現(xiàn)搖桿往復(fù)運動還需要用其他機構(gòu)帶動，顯得比較復(fù)雜。所以在升降結(jié)構(gòu)設(shè)計時，不考慮使用搖桿滑塊機構(gòu)。圖24搖桿滑塊機構(gòu)2）鏈傳動圖25為鏈傳動的示意圖。圖25鏈傳動按照用途不同，鏈可分為起重鏈、牽引鏈和傳動鏈三大類。起重鏈主要用于起重機械中提起重物，其工作速度V025M/S；牽引鏈主要用于鏈?zhǔn)捷斔蜋C中移動重物，其工作速度V4M/S；傳動鏈用于一般機械中傳遞運動和動力，通常工作速度V15M/S。鏈傳動時，不會出現(xiàn)彈性滑動和打滑，且能夠保持準(zhǔn)確的平均傳動比；需要的張緊力小，作用于軸的壓力也小，可減少軸承的摩擦損失；結(jié)構(gòu)緊湊；能在溫度較高、有油污等惡劣環(huán)境條件下工作。鏈傳動效率高，軸間距離適應(yīng)范圍較大，能在溫度較高、濕度較大的環(huán)境中使用；但鏈傳動一般只能用作平行軸間傳動，且其瞬時傳動比波動，傳動噪聲較大。由于鏈節(jié)是剛性的，因而存在多邊形效應(yīng)（即運動不均勻性），這種運動特性使鏈傳動的瞬時傳動比變化并引起附加動載荷和振動，在選用鏈傳動參數(shù)時須加以考慮。綜合升降機構(gòu)設(shè)計的要求，不考慮使用鏈傳動實現(xiàn)升降運動5。3）曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)是鉸鏈四桿機構(gòu)的演化形式,由若干剛性構(gòu)件用低副回轉(zhuǎn)副、移動副聯(lián)接而成的一種機構(gòu)。曲柄滑塊機構(gòu)是由曲柄（或曲軸、偏心輪）、連桿、滑塊通過移動副和轉(zhuǎn)動副組成的機構(gòu)。曲柄滑塊機構(gòu)常用于將回轉(zhuǎn)運動變換為往復(fù)直線運動或者將往復(fù)直線運動變換成為回轉(zhuǎn)運動。分析曲柄滑塊機構(gòu)，是為了得到機構(gòu)上各個點的速度、加速度，判斷是否滿足實驗設(shè)計時的要求，判斷機構(gòu)是否發(fā)生運動干涉，以及判斷機構(gòu)的性能等。曲柄滑塊機構(gòu)具有運動副為低副,各元件間為面接觸,構(gòu)成低副兩元件的幾何形狀比較簡單,加工方便,易于得到較高的制造精度等優(yōu)點。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點，將其分成3大類對心曲柄滑塊、偏置曲柄滑塊、偏心輪機構(gòu)。圖26是對心曲柄滑塊的結(jié)構(gòu)簡圖。圖27是偏置曲柄滑塊機構(gòu)。圖28為偏心輪機構(gòu)。圖26對心曲柄滑塊機構(gòu)圖27偏置曲柄滑塊機構(gòu)圖28偏心輪機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)的優(yōu)點面接觸低副，壓強小，便于潤滑，磨損輕，壽命長，傳遞動力大，低副易于加工，可獲得較高精度，成本低，桿可較長，可用作實現(xiàn)遠距離的操縱控制，可利用連桿實現(xiàn)較復(fù)雜的運動規(guī)律和運動軌跡。所以，就設(shè)計簡便而言，本篇論文中污泥處理船的升降結(jié)構(gòu)，就是采用偏心曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn)的。3偏心曲柄滑塊機構(gòu)參數(shù)計算31曲柄滑塊機構(gòu)尺寸計算已知，由船的結(jié)構(gòu)初步估計，本次設(shè)計要求污泥處理升降結(jié)構(gòu)升降范圍為1M，行程變化系數(shù)為15,偏距值為400MM，設(shè)計曲柄長度以及連桿長度6。幾何法求桿長。極位夾角180OK1/（K1）36O。按滑塊的行程作線段C1C2。過點C1作OC1C290O54O,過點C2作OC1C290O54O,則得到交點O,以O(shè)為圓心、OC1或OC2為半徑作圓弧，它與直線C1C2的平行線交于A，如圖31。圖31作圖法比例120根據(jù)圖示幾何關(guān)系從圖上量得LAC2LBCLAB68MM，LAC1LBCLAB25MM，聯(lián)解上式可得LBC465，LAB215。再由于圖示比例為120，故選擇曲柄長度為430MM，連桿長度設(shè)計為930MM，結(jié)構(gòu)如圖32所示。圖32污泥處理升降結(jié)構(gòu)32曲柄滑塊機構(gòu)力學(xué)特性由分析污泥處理船結(jié)構(gòu)可知，船身初次設(shè)計長度為6300MM，高度為1700MM，本次設(shè)計要求污泥處理升降結(jié)構(gòu)升降范圍為1M，選擇曲柄長度為430MM，連桿長度設(shè)計為930MM。取其中的曲柄滑塊進行受力分析7,如圖33所示圖33曲柄滑塊機構(gòu)受力分析圖滑塊長寬高分別為05M、025M、025M。選擇材料為鑄鐵，密度為7250KG/M3。故滑塊自重為GVG725005025025KG9822203N從曲柄R傳到連桿L上的力PC與滑塊發(fā)出的壓力P之間，存在如下關(guān)系PCCOSP（31）曲柄頸A處，沿半徑方向的力PR和PC的關(guān)系PRPCCOS（32）將上2式聯(lián)立，可得到PRPCOS/COS（33）曲柄頸沿圓周方向所受切線力PT與半徑R的乘積，就是轉(zhuǎn)矩T。TPTR（34）根據(jù)上圖可知PTPSIN（35）將（1）、（4）式代入（5）式，則TPSIN/COSR（36）滑塊運動時PFMG（37）取025，所以PF22203024446N故滑塊上升時PC最小值為PCMIN22643N2FP223064PTMINPCMINSIN（38）PRMINPCOS/COS（39）33曲柄滑塊的運動學(xué)特性由曲柄滑塊機構(gòu)運動分析知，曲柄以R/MIN轉(zhuǎn)動時，連桿的速度為移動和轉(zhuǎn)動兩種速度的合成。而實現(xiàn)上下升降的滑塊存在平移的速度，其移動速度是變化的，即存在水平方向上的加速度。圖示34為曲柄滑塊機構(gòu)運動分析簡圖8。圖34曲柄滑塊機構(gòu)運動分析圖取A點為坐標(biāo)原點，X軸水平向右。在任意瞬時T，機構(gòu)的位置如圖。按矢量封閉回路ABCD建立矢量方程和其投影的坐標(biāo)方程HS21L（3INISCO2110）由上式可求S及2（3SINHCOSII12211LL11）上式對T求導(dǎo)得（3221COSCS0INIL12）由上式可得（32S和。TANCOSINS2111211L13）上式再對T求導(dǎo)（3222112COSSINSI0CCOLLIS14）由上式可得S及2315SINCOSSISIN21221112212L34實現(xiàn)曲柄運轉(zhuǎn)的電動機參數(shù)本文設(shè)計的污泥處理船升降結(jié)構(gòu)，在承受壓力方面，主要是推動船運行的爬行機構(gòu)，故所選用的電動機相當(dāng)于起重用電動機。其電動機模型外形如圖35所示。起重用三相異步電動機是用于驅(qū)動各種形式的機械及輔助機械的專用系列產(chǎn)品，它具有較大的過載能力和較高的機械強度，特別適用于短時或斷續(xù)周期運行、頻繁啟動和制動、有時過負荷及有顯著的振動和沖擊的設(shè)備。所以適用于污泥處理升降結(jié)構(gòu)所用電動機。此類型電動機由不同系列組成，YZ系列為籠型轉(zhuǎn)子電動機，YZR系列為繞線轉(zhuǎn)子電動機。對于30KW以下的電動機以及在啟動不是很頻繁的情況下，可選用籠型轉(zhuǎn)子。表31為YZ系列電動機技術(shù)數(shù)據(jù)。由電動機帶動曲柄滑塊機構(gòu)，污泥處理船升降結(jié)構(gòu)速度無需太高，故選擇電動機轉(zhuǎn)速要求不高，最終選擇電動機機座號為160L，功率為75KW，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為750R/MIN。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量為01929。表31YZ系列電動機技術(shù)數(shù)據(jù)圖35電動機安裝外形尺寸35污泥處理船升降部分材料的選擇首先是選材的思路，選材應(yīng)考慮材料的力學(xué)性能，根據(jù)材料的工作條件，分析計算出或測定出材料力學(xué)性能，這是選用材料的基本出發(fā)點。零件的工作條件是復(fù)雜的，為了便于分析，可將它分為受力狀態(tài)、載荷性質(zhì)、工作溫度、環(huán)境介質(zhì)等幾個方面來考慮。對于新設(shè)計的重要零件，還應(yīng)進行失效分析，以確定失效的主要抗力指標(biāo)。根據(jù)該指標(biāo)，再選擇相符合的材料。選材過程中還應(yīng)考慮材料的工藝性能、經(jīng)濟性、以及產(chǎn)品的“輕型化、高壽命”等。從機械零件設(shè)計和制造的一般程序來看,先是按照零件工作條件的要求來選擇材料,然后根據(jù)所選材料的機械性能和工藝性能來確定零件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。在著手制造零件時,也要按所用的材料來制訂加工工藝方案。比如選用的材料是鑄鐵,就只能用鑄造方法去生產(chǎn)了。機械零件選材時,主要是考慮零件的工作條件、材料的工藝性能和產(chǎn)品的成本?，F(xiàn)將有關(guān)選材的一些基本原則分述如下我們設(shè)計所選用的材料應(yīng)該滿足零件各個方面的工作條件零件工作的條件有很多種。例如就拿受力來說，有壓、拉、剪切、彎曲變形、扭轉(zhuǎn)變形等。工作溫度分為高溫、室溫、低溫之分。載荷性質(zhì)分為沖擊、靜載和交變。從上面所說的工作條件來看,載荷性質(zhì)和受力狀態(tài)反映的是機械性能，而工作溫度是屬于使用環(huán)境方面的。屈服極限、疲勞極限、強度極限等是反映材料強度方面的指標(biāo)。因為材料選擇的出發(fā)點是為了滿足零件強度上的要求,所以強度指標(biāo)一般都直接用于零件斷面尺寸的設(shè)計計算。材料的工藝性能也是選材的重要依據(jù)之一。因為零件的生產(chǎn)方法不同,將直接影響其質(zhì)量和生產(chǎn)成本。金屬材料的基本加工方法有鑄造、壓力加工、焊接、切削加工和熱處理等。對于連桿件的選材，連桿所受應(yīng)力都均勻的分布在連桿的整個截面上。在這些應(yīng)力作用下，連桿的損壞形式主要是疲勞斷裂。在制造的行業(yè)中，連桿的材料選擇較多，如45鋼、40CR、40CRNI、40MNB鋼等。實踐證明，40CR鋼能達到各項技術(shù)性能指標(biāo)，是制作連桿較為理想的材料，對于連桿件，其一般加工路線為下料模鍛成形正火粗加工調(diào)質(zhì)精加工。對于滑塊與曲柄的材料選擇，則一般選擇45鋼或40CR，其工藝路線為下料鍛造正火粗加工調(diào)質(zhì)精加工高頻淬火及低溫回火精磨10。4污泥處理船升降機構(gòu)的有限元分析41有限元分析概述隨著現(xiàn)代工業(yè)、生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，不斷要求設(shè)計更高質(zhì)量、高水平的大型、復(fù)雜和精密的機械及工程結(jié)構(gòu)，但是，傳統(tǒng)的方法已經(jīng)難以完成對工程實際問題的分析，因此，需要尋求一種簡單而又精確的數(shù)值計算方法，有限元法正是適應(yīng)這種要求而產(chǎn)生起來的一種十分有效的數(shù)值計算方法?；谟邢拊治鲕浖υO(shè)計的結(jié)構(gòu)進行詳細的力學(xué)分析，并能獲得盡可能真實的結(jié)構(gòu)受力信息，還可以在設(shè)計階段對可能出現(xiàn)的問題進行安全評判和設(shè)計參數(shù)修改。故本次設(shè)計中的曲柄滑塊機構(gòu)力學(xué)分析，采用的正是有限元分析。有限元法是一種接基于變分法而發(fā)展起來的求解微分方程的數(shù)值計算過程，該方法以計算機為手段，采用分片近似，進而逼近整體的研究思想，來求解物理過程。首先是離散化，將原始邊界條件轉(zhuǎn)化為節(jié)點上的邊界條件。其次是分片近似，并按彈性理論中的能量原理建立單元節(jié)點力和節(jié)點位移之間的關(guān)系。最后，把所有單元的這種關(guān)系式集合起來，就得到一組以節(jié)點位移為未知量的代數(shù)方程組，解這些方程組就可以求出物體上有限個節(jié)點的位移。這是有限元法的創(chuàng)意和精華所在。有限元法經(jīng)過幾十年的發(fā)展之后，目前成為一種很普遍的數(shù)值計算方法，其特點表現(xiàn)如下1理論基礎(chǔ)比較簡單，物理概念很清晰。幾何分片和分片插值就是有限元法的基本思想，概念非常清晰，而且很容易理解。之所以說幾何上的近似是因為用離散單元的組合體來逼近原始的結(jié)構(gòu)；而數(shù)學(xué)上的近似是指用近似函數(shù)逼近未知變量在單元內(nèi)的真實解；體現(xiàn)了其明確的物理背景是因為利用與原問題的等效的變分原理建立有限元基本方程。2計算方法通用，應(yīng)用范圍較廣泛。它不僅成功地處理如應(yīng)力分析中的非均勻材料、各向異性材料、非線性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系及復(fù)雜邊界條件等難題，而且隨著其理論基礎(chǔ)和方法的逐步完善，還能成功的用來求解如熱傳導(dǎo)、流體力學(xué)等領(lǐng)域的許多問題。理論上來說，只要是微分方程可以表示的問題，都可以用有限元法來求解。3可以處理任意復(fù)雜邊界的結(jié)構(gòu)。由于有限元法的單元不限于均勻規(guī)則單元，單元形狀可以是任意的，大小也可以不同，邊界也可以是曲線或曲面，不同形狀的單元還可以進行組合，所以，有限元法可以處理任意復(fù)雜邊界的結(jié)構(gòu)。4計算格式規(guī)范，易于程序化。該方法在具體推導(dǎo)運算中，廣泛采用了矩陣方法，矩陣代數(shù)能把繁瑣的分析和運算用矩陣符號表示成非常緊湊簡明的數(shù)學(xué)形式，因而最適合于電子計算機存儲，便于實現(xiàn)程序設(shè)計的自動化。42有限元法的基本步驟將有限元分析的基本步驟分為三大步驟結(jié)構(gòu)離散化、單元分析和整體分析。1）結(jié)構(gòu)離散化結(jié)構(gòu)離散化是有限元法分析的基礎(chǔ)，是進行有限元分析的第一步。所謂結(jié)構(gòu)離散化，就是用假想的的線或面將連續(xù)物體分割成由有限個單元組成的集合體，且單元之間僅在節(jié)點處連接，單元之間的作用僅由節(jié)點傳遞。2）單元分析單元分析包括選擇位移函數(shù)、建立單元平衡方程、計算等效節(jié)點力三個方面的內(nèi)容。連續(xù)體被離散成單元后，每個單元上的物理量的變化規(guī)律，可以用簡單的函數(shù)來近似表達，這樣的簡單函數(shù)為位移函數(shù)，又稱位移模式。在選擇了單元類型和相應(yīng)的位移函數(shù)后，即可按彈性力學(xué)的幾何方程、物理方程導(dǎo)出單元應(yīng)變與應(yīng)力的表達式，最后利用虛位移原理或最小勢能原理建立平衡方程，也是剛度方程，其系數(shù)矩陣為單元剛度矩陣。KEEFE41式中，角標(biāo)E為單元編號，E為單元的節(jié)點位移向量，F(xiàn)E為單元的節(jié)點力向量，KE為單元剛度矩陣。3整體分析其基本任務(wù)是建立整體平衡方程，形成整體剛度矩陣和節(jié)點載荷向量，完成整體方程求解。有限元法的分析過程是先分后和，即先進行單元分析，在進行整體分析。形成整體平衡方程為KF42式中，K為整體節(jié)點位移向量，為整體節(jié)點位移向量，F(xiàn)為整體載荷向量。然后是方程求解，方程求解包括邊界條件引入和數(shù)值計算，一旦利用適當(dāng)?shù)臄?shù)值計算方法求出未知的節(jié)點位移以后，即可按彈性力學(xué)的應(yīng)力、應(yīng)變公式計算出各個單元的應(yīng)變、應(yīng)力等物理量。43彈性力學(xué)基本知識431彈性力學(xué)基本假設(shè)1）連續(xù)性假定假定物體整個體積都被組成該物體的介質(zhì)所填滿，不存在任何空隙2）完全彈性假定假定物體滿足虎克定律；應(yīng)力與應(yīng)變間的比例常數(shù)稱為彈性常數(shù)。彈性常數(shù)不隨應(yīng)力或應(yīng)變的大小和符號而變。由材料力學(xué)已知脆性材料在應(yīng)力未超過比例極限以前，可以認為近似的完全彈性體；而韌性材料在應(yīng)力未達到屈服極限以前，也可以認為是近似的完全彈性體。3）假定物體是各向同性的即認為整個物體在所有各個方向都有相同的物理性質(zhì)。這樣，物體的彈性常數(shù)不隨方向而變。4）假定物體的位移和應(yīng)變是微小的即物體在外力和其他因素的作用下，所有各點的位移都遠遠比物體原來的尺寸要小。5）假定物體是均勻的即認為整個物體在各點都有相同的物理性質(zhì)。432彈性力學(xué)基本變量在彈性力學(xué)中常涉及4個基本物理量外力、應(yīng)力、應(yīng)變和位移。作用在物體上的外力分為體積力和表面力，分別簡稱為體力和面力。應(yīng)力是彈性體內(nèi)某一點作用于某截面單位面積上的內(nèi)力，它反映了內(nèi)力在截面上的分布密度。對于應(yīng)力，與物體的變形及材料強度直接相關(guān)的是應(yīng)力在作用截面的法向與切向的分量，也就是正應(yīng)力和剪應(yīng)力，如圖41所示。顯然，在物體內(nèi)同一點P的不同截面上的應(yīng)力是不同的。如圖42所示為物體中所取出的微小的平行六面體。把每個側(cè)面應(yīng)力分解，其中，垂直的應(yīng)力為正應(yīng)力，用表示，平行于微元體表面的應(yīng)力為剪應(yīng)力，用表示。XY表示法線為X軸的平面上，剪應(yīng)力方向與Y軸平行的應(yīng)力。圖41應(yīng)力概念圖42應(yīng)力分量根據(jù)剪應(yīng)力互等原理，微元體剪應(yīng)力存在如下關(guān)系XYYXYZZYXZZX這樣，在任意點的應(yīng)力只有6個獨立應(yīng)力分量。應(yīng)力的矩陣形式為（43）ZXYXZYXZXYZYX稱為應(yīng)力矩陣或應(yīng)力向量。一般來說，應(yīng)力分量不是常量，而是坐標(biāo)X，Y，Z的函數(shù)。當(dāng)微元體變形時，三個棱邊的長度和它們之間的角度都會發(fā)生變化，其變化分別稱為正應(yīng)變和剪應(yīng)變。正應(yīng)變用表示，X表示X方向的正應(yīng)變，XX/A,如圖43所示。剪應(yīng)變?nèi)鐖D44所示。圖43正應(yīng)變圖44剪應(yīng)變彈性體內(nèi)任意一點的應(yīng)變，可以由6個應(yīng)變分量X，Y，Z，XY，XZ，YZ來表示。應(yīng)變的矩陣形式為稱為應(yīng)變矩陣或應(yīng)變向量。ZXYXZYXZXYZYX而位移的矩陣形式為（44）WU一般而論，彈性體內(nèi)任意一點的體力向量、面力向量、應(yīng)力向量、應(yīng)變向量和位移向量，都是隨該點的位置變化而變化的，是位置坐標(biāo)的函數(shù)。433彈性力學(xué)基本方程彈性力學(xué)基本方程描述彈性體內(nèi)任一點應(yīng)力、應(yīng)變、位移和外力之間的相互關(guān)系，它包括幾何方程、平衡方程、物理方程3類。1）幾何方程對于空間上的問題，應(yīng)變分量與位移分量之間的幾何關(guān)系可以表示為（45）ZUXWYZYXUZYX上式說明空間一點的6個應(yīng)變分量可用該點的3個位移分量來表示，當(dāng)物體的位移分量完全確定時，那么，可求出相應(yīng)的應(yīng)變分量，而反過來卻并不如此，這是因為物體產(chǎn)生位移有兩個原因，一是受力變形引起的位置變化，二是剛體運動產(chǎn)生的位置變化，稱為剛體位移。剛體運動是與變形無關(guān)的位移，有位移并不一定有變形，由此可知，雖然物體的變形已知，那么它可能存在各種剛性位移，所以不能由應(yīng)變分量確定位移分量。2）物理方程物理方程描述應(yīng)力分量與應(yīng)變分量之間的關(guān)系，對于完全彈性體的各向同性體，它們?yōu)閺V義胡克定律。（46）ZXYXYZZXYYX11G式中，E為彈性模量，G為剪切彈性模量，為泊松比。這3個彈性常熟之間的關(guān)系為G（47）12E以上的物理方程用應(yīng)力分量表示應(yīng)變分量。在有限元分析中，常常需要用應(yīng)變分量表示應(yīng)力分量，則可直接由上式得到，并記為矩陣形式ZXYZYXZXYZYX1200012001121E簡記為D（48）式中，D稱為彈性矩陣，由材料彈性模量E和泊松比確定，與坐標(biāo)位置無關(guān)。3）平衡方程當(dāng)物體在外力作用下靜止或等速直線運動時，則物體處于平衡狀態(tài)。彈性內(nèi)任一點滿足平衡方程，在給定表面力的邊界上滿足應(yīng)力邊界條件。體積力一般用單位體積上的力在3個坐標(biāo)軸方向上的投影PX，PY，PZ表示，根據(jù)平衡條件得如下方程（49）0ZYXZZYXYXP平衡方程是彈性體內(nèi)任意一點都必須滿足的條件，它說明6個應(yīng)力向量不是獨立的，它們通過3個平衡方程互相聯(lián)系。4）邊界條件由上訴物理方程式、幾何方程式、平衡方程式可知，足夠的微分方程個數(shù)可求出位置的應(yīng)變、應(yīng)力和位移。靜力學(xué)的定解通常分為位移邊界條件、應(yīng)力邊界條件，而且只包含邊界條件，。物體在邊界上的位移分量已知的的條件稱為位移邊界條件，即在已知邊界U上，有（410）WUU，式中為在邊界U上沿X，Y，Z軸方向的已知位移量。WU，應(yīng)力邊界條件是指物體在邊界上所受的面力分量已知的條件，即在已知邊界P上，有（411）ZYZXXNMLQLY式中，QX，QY，QZ為邊界上一點處單位面積上表面力分量，L，M，N分別表示邊界P上外法線方向的方向余弦。44矩形單元。441位移函數(shù)從離散結(jié)構(gòu)中任取一個矩形單元，設(shè)其單元編號為E，矩形的4個角點作為節(jié)點，逆時針為正向。單元節(jié)點位移為（412）PMJIUUE矩形單元有4個節(jié)點、8個自由度，單元內(nèi)任一點（X，Y）的位移分量為（487654321U13）上式稱為位移函數(shù)。1，2，3，4，5，6，7，8為待定系數(shù)。將4個節(jié)點的的局部坐標(biāo)系代入上式，得到8個方程如下（48765432187654321UUPMJI14）由上述方程求出8個待定系數(shù)1，2，3，4，5，6，7，8，再代入式（413），得到單元內(nèi)任一點的位移U、V用單元4個節(jié)點位移來表示的位移插值公式。（4PMJIIPMJJIIJNNUU,I,IU15）式中的型函數(shù)分別如下（41414PMJIN16）上式合并得（I,J,M,P）417III14將（415）寫成矩陣形式（4ENUF18）其中型函數(shù)矩陣（4PMJJNNNI0019）442單元應(yīng)變應(yīng)變分量的計算公式為（4BUAAUBXYUXXY1120）將其代入（415）得（4EB21）式中B可寫成分塊矩陣形式。（4PMJI22）又（I,J,M,P）（4IIIIIIBAABBI1100423）443單元應(yīng)力根據(jù)彈性學(xué)物理方程可得（4ESDB24）其中（4PMJIS25）（I,J,M,P）426121214IIIIIBAABABES444單元剛度矩陣單元剛度矩陣表示為DXYDBTATKE427寫成分塊形式為PMPJIMJJJJIIPIMIKKE428則每個子塊DXYDBTATJIIJ429將式（423）代入上式，得31BA2121314K2IJJIJIJIJIJIJIJIJIJIJIJIJIABET（430）上式對應(yīng)的是平面應(yīng)力情況，對于平面應(yīng)變，只需將式中的E和進行相應(yīng)的變換即可。445單元等效節(jié)點力單元的體積力和表面力引起的節(jié)點力仍可用等效節(jié)點力列陣和單元等效結(jié)點力進行計算。在目前的情況下，由于位移分量在X為常數(shù)及Y為常數(shù)的直線上是線性變化的，因此，往節(jié)點的移置也符合靜力等效的原則。例如，（1）對于單元的自重W，移置于每一節(jié)點的載荷都是四分之一的自重。2如果單元在一個邊界上受有三角形分布的表面力，在該邊界上一個節(jié)點處為零，而在另一個節(jié)點處為最大，則將總表面力的三分之一移到前一個節(jié)點，三分之二移到后一個節(jié)點。446整體平衡方程當(dāng)各單元的剛度矩陣KE、等效節(jié)點力FE確定以后，與前述三角形常應(yīng)變單元一樣，將各單元的KE、KE和FE都擴大到整個彈性體自由度的維數(shù)，再進行疊加，便可得到整個彈性體的平衡方程，它仍具有如下的形式。K（431）引入位移約束條件，解上述線性方程，可得節(jié)點位移，進而可求得各單元應(yīng)力11。45曲柄連桿機構(gòu)ANSYS分析圖45所示為一曲柄滑塊機構(gòu)，曲柄長度R430MM、連桿長度L930MM、偏距E400MM，曲柄為原動件，其所受力為22643N。根據(jù)機械原理的知識，該問題的解析解十分復(fù)雜，使用不太方便。本例采用單獨分析的原理，對曲柄、連桿進行受力分析，最終得到曲柄、連桿在受力之后的變形，通過所得到的變形，對機構(gòu)進行分析，檢測材料是否滿足強度上的需求。圖45曲柄滑塊機構(gòu)451曲柄ANSYS分析在ANSYS分析曲柄時，所選擇的曲柄材料屬性分別如下材料選擇為45鋼，密度7850KG/M3，泊松比03，彈性模量E21011，長度為430MM，厚為50MM，由于長度與寬度比值約為5，故將曲柄分析采用平面受力分析，而且劃分單元采用四邊形單元1213。創(chuàng)建曲柄的幾何模型如圖46圖46曲柄幾何模型網(wǎng)格劃分如圖47。圖47網(wǎng)格劃分對于曲柄來說，施加的約束在小圓孔處，在另一圓孔內(nèi)施加22643N，方向豎直向下。然后求解。查看變形結(jié)果如圖48所示。圖48曲柄變形曲柄受力分布如圖49。圖49曲柄受力分布452連桿ANSYS分析。連桿長度為930MM，寬100MM，高50MM，材料選擇為45鋼，密度7850KG/M3，泊松比03，彈性模量E21011，由于長度與寬度比值大于5，故連桿分析同樣采用平面受力分析，而且劃分單元采用四邊形單元。由于連桿在受力過程中，所受的力為連續(xù)變化的力，為了簡便起見，在分析連桿時，將在連桿上所施加最大的力，觀測連桿的變形情況。連桿分析的前期處理情況與曲柄相同，只是在施加力上有變化。如圖410為連桿幾何模型圖。圖410連桿幾何模型網(wǎng)格并受力后的圖形如圖411。圖411連桿網(wǎng)格及約束變形后圖形如圖412。圖412連桿受力變形5曲柄滑塊在PRO/E中的仿真51建立曲柄滑塊機構(gòu)所需構(gòu)件圖51曲柄滑塊機構(gòu)如圖51所示，曲柄長度430MM，連桿長度930MM，滑塊長寬高分別為500MM，250MM，250MM14。511機架繪制機架，圖52為機架的立體圖圖52機架立體圖512曲柄的造型繪制曲柄，如圖53，長度430MM，寬100MM，拉伸50MM。53曲柄立體圖513連桿三維造型繪制連桿如圖54所示，連桿長度930MM，寬100MM，拉伸50MM。54連桿立體圖514滑塊三維造型滑塊長500MM，寬250MM，高250MM，如圖55所示。圖55滑塊立體圖52裝配插入機架，位置缺省，然后插入曲柄，約束類型選銷釘，然后插入連桿，同樣選銷釘，把凸臺插入曲柄孔中，再插入滑塊，首先選銷釘，把滑塊凸臺插入連桿孔中，銷釘?shù)钠揭撇荒苓x重合，選偏距，距離計算好后再輸入，要使滑塊孔軸線與機架圓柱軸線在同一基準(zhǔn)平面內(nèi)15。裝配完畢如圖56所示圖56曲柄滑塊裝配53運動仿真1）選擇應(yīng)用程序下面的機構(gòu)，如圖57圖57應(yīng)用程序選擇2）設(shè)置主動件。單擊“伺服電機”按鈕，彈出新窗口。選擇曲柄為主動件，產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運動。如圖58，59。圖58伺服電動機選擇圖59運動軸選擇然后點輪廓，把位置改為速度，A處輸入10，意思為10度/秒，確定。如圖510圖510電機速度選擇點機構(gòu)分析，出現(xiàn)如圖511所示對話框圖511運動學(xué)分析位置改為運動學(xué)，終止時間為72即曲柄運動兩圈，點運行，機構(gòu)開始運動。單擊“回放”，然后單擊“捕獲”，彈出窗口，輸出動畫。如圖512。圖512動畫捕獲54生成滑塊速度與時間關(guān)系的運動分析圖1單擊工具按鈕“生成分析”，彈出如圖513所示對話框圖513測量結(jié)果在彈出的對話框單擊新建按鈕，彈出“測量定義”對話框，如圖514所示圖514測量定義位置改為速度，選擇滑塊移動的運動學(xué)移動軸，點確定，在彈出的對話框中把分別繪制測量圖形打鉤，如圖515圖515測量圖形繪制2在結(jié)果集選擇一結(jié)果，點繪制圖形，即得到滑塊的速度圖，如圖516圖516仿真結(jié)果結(jié)束語經(jīng)過兩個多月的學(xué)習(xí),查找資料，以及在老師的指導(dǎo)下，污泥處理船升降結(jié)構(gòu)設(shè)計最終確定下來了，這是一個比較漫長的過程，在這個時間段內(nèi)，我們通過對結(jié)構(gòu)設(shè)計的比較，終于找到一種合適的機構(gòu)來實現(xiàn)污泥處理船升降，而且所設(shè)計方案是最佳方案，即采用曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn)升降。除此之外，我們并對所設(shè)計的機構(gòu)進行了分析，仿真，完成了機構(gòu)一系列動畫模型，終于，在