茶葉烘干機設(shè)計（含5張CAD圖紙和說明書）

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Tea is originated from China, as the hometown of tea, China's tea area is mainly distributed in the southwest ,Southern China, south of the Yangtze River and other areas where is warm and humid climate. The harvest time of tea is the rainy season, which will lead the tea moldy that if the tea without fast drying. This has seriously affected the economic income of farmers, and as a major of tea exporter which will cause great loss to the national economy. At the same time, if these stale tea flow to the market, it is bound to affect people's health. Therefore, the tea drying machine has great significance to the tea production industry. This paper mainly through access to information, understanding the physical characteristics of the drying technology and drying tea and tea based, designed a kind of drum type tea drying mechanism, and drying machine drive system design, in the design process of the transmission shaft by the finite element method for the design and analysis. The tea drying mechanism has the advantages that the drying system adopts hot air drying, which can ensure the quality of tea, and the structure can be used to prevent the tea from sticking together. In short, the structure is simple and high drying efficiency. Key words: Tea;Drum type drying machine ;drive system I 目錄 1前言 1 1.1進行研究的理由以及意義 1 1.1.1理由 1 1.1.2意義 1 1.2干燥技術(shù)的情況介紹 1 1.2.1干燥的規(guī)律 1 1.2.2干燥技術(shù)目前在國內(nèi)國外的進展情況 2 1.2.3干燥器分類方法 4 1.2.4干燥器的選擇 4 1.3茶葉烘干機的區(qū)分 5 1.3.1依照自動化的程度來區(qū)分 5 1.3.2依照干燥的方式區(qū)分 7 1.4此文的章節(jié)設(shè)計 7 2設(shè)計茶葉烘干機的整體設(shè)計 9 2.1設(shè)計茶葉烘干機的條件 9 2.2茶葉干燥的特性 9 2.2.1茶葉在物理上的特質(zhì) 9 2.2.2茶葉干燥時的特質(zhì) 9 2.2.3茶葉的干燥方法及注意事項 11 2.3設(shè)計茶葉烘干機的選擇 12 2.3.1選擇1 12 2.3.2選擇2 13 2.3.3選擇3 13 2.4設(shè)計茶葉烘干機整體的結(jié)構(gòu) 14 2.4.1設(shè)計滾筒的整體結(jié)構(gòu) 14 2.4.2設(shè)計滾筒里面揚料板 15 2.4.3選出合適的電機型號 15 2.4.4支撐滾輪設(shè)計 16 2.4.5算總傳動比與每一級傳動比關(guān)系 17 2.4.6選取別的配件 18 2.4.7茶葉烘干機全部的構(gòu)造 19 2.5章節(jié)小總結(jié) 20 3傳動機構(gòu)的計算設(shè)計 21 3.1算幾個傳動機構(gòu)的參數(shù) 21 3.1.1計各軸轉(zhuǎn)速 21 3.1.2算每個軸的功率 21 3.1.3算每個軸的轉(zhuǎn)矩 22 3.2 設(shè)計V帶的傳動 22 3.2.1 算設(shè)計的功率 22 3.2.2 設(shè)計帶輪基準(zhǔn)直徑 23 3.2.3 帶速v的驗算 23 3.2.4 初定中心距 24 3.2.5 驗算小帶輪包角 24 3.2.6 V帶根數(shù)z的確定 24 3.2.7 初拉力F0的確定 25 3.2.8 軸上的力Fr的確定 25 3.3 選擇減速器 25 3.4 算滾圈與托輪的相關(guān)數(shù)據(jù) 26 3.4.1 算壓緊力 26 3.4.2 輪寬b的計算 26 3.5 算傳動軸和配件相關(guān)數(shù)據(jù) .27 3.5.1 算聯(lián)軸器的相關(guān)數(shù)據(jù) 28 3.5.2 算傳動軸強度 28 3.5.3 滾動軸承的選擇 35 4幾個零件的裝配和三維建模 36 4.1三維建模出帶輪 36 4.2 三維建模出滾圈的托輪 38 4.3三維建模出托輪的支架 39 4.4三維建模出滾筒 40 4.5三維建模出減速器以及電機 41 4.6進行裝配的流程 41 4.7章節(jié)小總結(jié) 43 5將茶葉烘干機進行運動仿真 44 5.1分解作出爆炸視圖 44 5.2運動仿真 44 5.2.1模型修改 44 5.2.2進行運動副的創(chuàng)建 46 5.3章節(jié)小總結(jié) 48 6技術(shù)經(jīng)濟性分析 49 7總結(jié)展望 50 致謝 51 參考文獻 52 附錄A 53 附錄B 57 畢業(yè)設(shè)計（論文） 1前言 1.1進行研究的理由以及意義 1.1.1理由 茶樹為常綠性灌木，適應(yīng)力非常的強。但是欲求的產(chǎn)量很高、品質(zhì)比較好，除了具有比較優(yōu)良的品種、精湛采制的技術(shù)以外，而且還要擁有優(yōu)越氣候和環(huán)境。一般的亞熱帶及其熱帶地區(qū)氣候比較適合；年降雨量1400毫米至2400毫米均比較適合。溫度在21～26℃生長最旺，海拔從幾十米至兩千米，表土深，土質(zhì)比較疏松，排水情況比較好的砂質(zhì)土壤或者砂質(zhì)黏土最佳。我國多數(shù)的茶區(qū)通常種植在南方地區(qū)或者是氣候較濕潤的地區(qū)。比如說在秦嶺以南的茶區(qū)中，因為它會受到季風(fēng)的影響，所以一般沒有特別干燥期，雨量在1400～3100毫米，祁門茶區(qū)的降雨量在1600～2000毫米，相對的濕度70%～90%，武夷茶區(qū)1800毫米、濕度可達到80%，分布極為的均勻。 通過茶樹生長的環(huán)境來看，茶葉產(chǎn)地一般都是氣候較為濕潤的地區(qū)，因此對于茶葉采摘后進行及時干燥處理是十分必要的。本文主要旨在設(shè)計一種適合茶葉干燥的滾筒式茶葉干燥機，來及時對茶葉進行烘干作業(yè)，以此來減少茶農(nóng)因為氣候原因?qū)е碌牟枞~不能及時干燥所造成的經(jīng)濟損失。 1.1.2意義 由于茶葉內(nèi)含有能夠有益人體健康的兒茶素和咖啡堿還有肌醇、泛酸這些物質(zhì)從而被譽為世界三大飲料之一。茶葉始于中國，作為茶葉的故鄉(xiāng)，我國的茶區(qū)主要分布在西南和華南還有江南這些氣候比較暖而且降水比較充足的地區(qū)。 一般的茶葉的收獲季節(jié)是在江南梅雨的季節(jié)，這就導(dǎo)致了農(nóng)民在收獲之后無法進行干燥而使茶葉發(fā)生發(fā)霉變質(zhì)，這就嚴(yán)重的影響了茶農(nóng)經(jīng)濟收入，作為主要的茶葉出口大國，這會對國家的經(jīng)濟帶來很大損失。而且如果這些發(fā)了霉的茶葉一旦流通到市場，勢必會影響到人們的身體健康。所以茶葉烘干機對于茶葉的生產(chǎn)行業(yè)起著十分重要的意義。 1.2干燥技術(shù)的情況介紹 1.2.1干燥的規(guī)律 干燥通常是指將熱量傳遞給濕料，排出易揮發(fā)性物質(zhì)（多數(shù)干燥工況為水）而得到一定濕含量固體產(chǎn)品的過程。而干燥的過程大致分為兩個過程，過程1通過能量轉(zhuǎn)換，使得周圍環(huán)境的熱能轉(zhuǎn)換為物料內(nèi)易蒸發(fā)物質(zhì)的動能（主要是表面的水分），使其蒸發(fā)掉，過程2是從內(nèi)到外，即內(nèi)部的易揮發(fā)性物質(zhì)傳遞到固體表面在通過能量轉(zhuǎn)換使其揮發(fā)。 1.2.2干燥技術(shù)目前在國內(nèi)國外的進展情況 中國目前現(xiàn)代干燥的技術(shù)是由20 世紀(jì)50年代一步一步的發(fā)展起來的，到了現(xiàn)在為止對于一些常用的干燥設(shè)備，比如說氣流干燥、微波干燥、流化床干燥、紅外干燥、旋轉(zhuǎn)閃蒸干燥、噴霧干燥、冷凍干燥等設(shè)備，我國基本都能生產(chǎn)供應(yīng)了市場，而對于一些比較新型的干燥額技術(shù)比如說脈動燃燒干燥、對撞流干燥、熱泵干燥、沖擊干燥、過熱干燥等等也是都已經(jīng)開發(fā)并研究，而且有的已經(jīng)投入到工業(yè)化的應(yīng)用。 目前來說對于干燥技術(shù)，已經(jīng)有了三項目標(biāo)是被世界的學(xué)者所公認的，即為干燥的操作一定要保證產(chǎn)品的質(zhì)量；干燥的作業(yè)對環(huán)境一定不能造成污染；干燥節(jié)能的研究。國內(nèi)的學(xué)者于過去的30年之內(nèi)于干燥的技術(shù)鉆研之中獲得到了好多的成果，下面就來作出簡單的介紹。 劉登瀛研究員他是在中國的科學(xué)院優(yōu)秀的老師，他在學(xué)校內(nèi)的工程物理研究所中工作。他還對在當(dāng)微時間尺度還有高熱流密度之發(fā)生的超急速的傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象進行了仔細的鉆研，以試驗進行驗證了非傅利葉導(dǎo)熱（非平衡的）效應(yīng)的存在，并且第一次的提出了非傅利葉熱效應(yīng)還有非費克擴散效應(yīng)在干燥過程的影響的趨勢，他還鉆研了多層流化床的干燥機還有對撞流干燥機的非穩(wěn)態(tài)的干燥過程。另外，對于垂直，半環(huán)和其組合對于撞流干燥進行了理論還有試驗的研究。 劉相東教授他是在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的優(yōu)秀的老師，他鉆研探索了多孔的介質(zhì)它內(nèi)部所含有的水分遷移的過程還有孔道網(wǎng)絡(luò)模擬這些手段，他對物料還有干燥介質(zhì)間的熱傳遞的過程找到了完全新穎的解讀，能為干燥技術(shù)驚醒提供理論的支持，而且他還對于脈動燃燒干燥的技術(shù)作出了深入的研究。 張璧光教授他是在中國林業(yè)大學(xué)內(nèi)優(yōu)秀的老師，他也是國內(nèi)干燥木材當(dāng)中的行家，經(jīng)過他認真刻苦的鉆研他發(fā)明出了用來除濕木材的干燥機還有多功能熱泵干燥機這些機器，而且他還在太陽能干燥還有木材的干燥過程中的傳熱還有傳質(zhì)這些研究里面獲得了好多很好的研究成績。 在國內(nèi)著名的噴霧干燥專家中，王喜忠教授是大連理工大學(xué)的優(yōu)秀的老師，他在干燥工程研究室中工作。王寶和教授還有于才淵教授這些都是他在一起工作的同事，他們曾經(jīng)在一塊研究了國內(nèi)噴霧干燥工業(yè)之中的裝置，并且曾經(jīng)設(shè)計出了一年可以達到10000t多生產(chǎn)力的大裝置。 陳國華博士他是在香港科技大學(xué)的優(yōu)秀的老師，他還盡力的鉆研了紙的熱風(fēng)沖擊中的穿透及沖擊還有穿透干燥，而且第一次發(fā)現(xiàn)了有二次升速階段，他應(yīng)用了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼炇侄谓鉀Q出學(xué)者們對此種干燥方面一系列的猜想。他還認真的鉆研了中藥食品這些多孔物料的微波干燥還有微波冷凍干燥等等。 褚治德教授他是天津大學(xué)中優(yōu)秀的老師，他刻苦的鉆研在遠紅外加熱干燥綜合技術(shù)上得到了很好的成績，他在工業(yè)應(yīng)用當(dāng)中獲得了很好的成績于藥飲片還有涂膜薄木板干燥等方面。 潘永康教授是在天津科技大學(xué)中的優(yōu)秀的老師，他還有他的同事李占勇教授和趙麗娟副教授等人發(fā)現(xiàn)了有一些生物物料干燥在對生物活性物料還有蔬果動態(tài)的干燥一旦進風(fēng)的濕球溫度已經(jīng)要達到生物物料發(fā)酵的溫度時候，它就能夠最大限度保存出生物產(chǎn)品的活性（90%以上）在研究時候。這個蔬果切片的動態(tài)急速干燥能夠于半小時之內(nèi)就能讓它從初始水分含量接近到90%達到終水分含量10%，它的有效營養(yǎng)成分達能到最佳保留。他們對于流化床工業(yè)應(yīng)用作出了開發(fā)研究的工作，使得振動流化床布風(fēng)比較均勻，還有它不漏粉料，使得物料于床內(nèi)停留的時間可以在比較大的范圍之內(nèi)進行調(diào)整。設(shè)計各種的特殊的破碎裝置，令受熱之后結(jié)團的物料，比如聚酯顆粒還有吸水樹脂，都能有效地干燥。 東北大學(xué)的徐成海教授他是我國冷凍干方面的專家，近年以來他成功研制出了連續(xù)真空干燥設(shè)備還有連續(xù)真空冷凍干燥設(shè)備，可以冷凍干燥活菌、活毒還有皮膚、骨骼和角膜這些相關(guān)的生物制品等等，這些都在醫(yī)學(xué)的領(lǐng)域起著十分重要的意義。 董鐵友博士他是在河南科技大學(xué)優(yōu)秀的老師，他努力的鉆研了新型微波干燥技術(shù)，他還提出過在微波干燥室內(nèi)的能量分布規(guī)律，其依據(jù)天線輻射應(yīng)該能夠來分布出來瓣型以此確定的理論方法。他還對典型載荷作用下的微波干燥室的能量反射特性還有稻米微波干燥技術(shù)問題方面的研究等等，得到了對于實際應(yīng)用具有了重要的參考價值數(shù)據(jù)，運用了微波冷凍干燥技術(shù)，并且創(chuàng)造性地研究出了中華菜肴食品加工技術(shù)以及基礎(chǔ)工藝參數(shù)。 劉廣文高工是在東北化工設(shè)計院之中工作的，他很深入的刻苦的鉆研了染料干燥的工藝以及其設(shè)備結(jié)合等等問題，他還發(fā)覺了轉(zhuǎn)晶規(guī)律那是在染料進行干燥的時候所存在的，他還出版了《染料加工技術(shù)》還有《噴霧干燥應(yīng)用技術(shù)大全》這些有名的書籍。梁運章教授他是在內(nèi)蒙古大學(xué)里的優(yōu)秀的老師，他鉆研出一種十分獨特的高壓靜電干燥，它能使人參等物品在脫水的時候保證最佳的質(zhì)量。此外還有許許多多的學(xué)者和公司在新設(shè)備的開發(fā)還有舊設(shè)備的改進地方作出了好多的工作，因為篇幅有限，就不在這里進行列舉。 1.2.3干燥器分類方法 干燥設(shè)備中需求量最大的一類是紙的連續(xù)干燥設(shè)備，最常見的是烘缸，但是烘缸是直接對物料進行烘烤干燥，不適合農(nóng)產(chǎn)品的干燥。在農(nóng)產(chǎn)品中最常用的是噴霧干燥和冷凍干燥。通過對比其烘干的過程，可將烘干器分為以下幾類。 以傳熱方式分類：（a）傳導(dǎo)加熱；（b）對流加熱；（c）輻射加熱；（d）微波加熱。 1）干燥容器的類型分類：托盤、滾筒、轉(zhuǎn)鼓、噴霧等等。 2）按產(chǎn)品干燥時間分類：干燥時間小于一分鐘的有閃急、噴霧、轉(zhuǎn)鼓等。干燥時間大于一小時的有隧道、小推車或帶式干燥器。 1.2.4干燥器的選擇 干燥器的選擇需要主要來參考因素有： 1）被干燥物料的一些性質(zhì) 在選擇一種干燥器最初的方法是以被干燥物料的性質(zhì)為基礎(chǔ)的。在選擇干燥器的時候，最先應(yīng)該考慮的是被干燥物料的形態(tài)，物料不一樣的形態(tài)，就應(yīng)該選擇出不一樣的干燥器用來處理干燥物料。 2）濕物料的干燥特性 ? 不同的濕物料，它的干燥特性曲線或者是臨界含水量也都不相同，所以需要的干燥時間可能會相差很多，應(yīng)該要選擇出不同類型的干燥器。所以應(yīng)該去針對濕物料的 ①濕分的類型(結(jié)合水、非結(jié)合水或二者兼有)； ②初始和最終濕含量； ?? ③允許的最高干燥溫度； ?? ④產(chǎn)品的粒度分布； ?? ⑤根據(jù)不同的條件來確定不一樣的種類干燥器，比如說物品的形態(tài)和色還有味道等等。 3）處理量 還有一個在選擇干燥器時要被考慮的主要問題就是被干燥濕物料的量。一般來說，當(dāng)處理量比較小的時候，就最好選用廂式干燥器等間歇操作類型的的干燥器，當(dāng)處理量比較大的時候，進行連續(xù)操作的干燥器就會更加的適合一些。但是操作方式并不是確定生產(chǎn)能力唯一的因素。??? ?4）回收問題 干燥過程的回收問題主要是指： ①粉塵回收；②溶劑回收。 5） 能源價格、安全操作和環(huán)境因素 能源的價格日益上升、進行污染的防止、進行工作條件的改善還有在安全性方面愈加嚴(yán)格的立法，全都直接影響著設(shè)計還有工業(yè)干燥器的選擇。為了能夠節(jié)約能源，在滿足干燥的基本條件之下，應(yīng)該盡量可能地去選擇一些熱效率比較高的干燥器。如果排出來的廢氣之中含對環(huán)境有污染的粉塵和有毒物質(zhì)，就選擇適合的干燥器以此減少排出來的廢氣量，還有就是對排出的廢氣加以利用或者處理。另外，在進行干燥器選擇的時候，還必須要考慮噪音等問題。我們通常對于設(shè)備價格、操作費用和產(chǎn)品質(zhì)量還有安全以及方便安裝等等提出了折中的計劃用來作為干燥器的選擇條件。對于不確定情況，應(yīng)該去作一些初步的試驗用來查明設(shè)計還有操作數(shù)據(jù)和對特殊操作的適應(yīng)性。對于一些干燥器，還要在作幾個比較大型的實驗才能夠建立出可靠設(shè)的計還有操作數(shù)據(jù)。 進行干燥器選擇的步驟：在進行干燥器選擇的時候，第一應(yīng)該根據(jù)濕物料的形態(tài)、干燥特性還有產(chǎn)品的要求和處理量以及所應(yīng)用的熱源作為出發(fā)點，以此來進行干燥的實驗，并且確定出干燥的動力學(xué)以及其傳遞的特性，之后確定出干燥設(shè)備的工藝尺寸結(jié)合環(huán)境的基本要求，來選擇出適合干燥器的型式，如果幾種干燥器都同時適用，就要進行成本的核算還有方案的比較，選擇其中最合適的。 1.3茶葉烘干機的區(qū)分 1.3.1依照自動化的程度來區(qū)分 1）手拉百葉方式的烘干機 圖1.1上可以看出，這整個的機械是由操作手柄、出茶斗、箱體、百葉板、鼓風(fēng)機接口這些部分所組成的。它工作的原理就是在把熱空氣去送入到箱體內(nèi)部進行烘干的時候，用手工的操作來讓茶葉一層一層下落然后烘干最后在出茶斗就得到了干燥好的的茶葉。像此類的茶葉烘干機，它和抽屜式的烘干箱對比起來，它的生產(chǎn)效率會提高十分多，可是由此獲得的茶葉的品質(zhì)還有工人的操作熟練程度以及操作的經(jīng)驗都有著非常大的關(guān)聯(lián)，茶葉烘干的均勻性還有后來得到的水分的含量全都不能夠得到保障。 圖1.1 手拉百葉方式的烘干機 Fig. 1.1 drying machine for hand pulling 2）半自動百葉式烘干機 還有一種和手動百葉式烘干機結(jié)構(gòu)差不多的，那就是半自動百葉式烘干機。不同的是這種烘干機它可以自動的出茶葉。它可以減少由于人工控制不當(dāng)而對茶葉品質(zhì)造成的的影響，通過鏈上所裝有的拔塊，用來拔動連桿并且讓百葉板能定時的自動翻轉(zhuǎn)。缺點是它對于茶葉的干燥出的均勻性會差 。 3）自動板鏈?zhǔn)降暮娓蓹C 自動鏈板式烘干機存在著漏茶還有生產(chǎn)效率低這樣的一些缺點，6CH系列茶葉烘干機是我國農(nóng)機部于20世紀(jì)70年代的時候研發(fā)出來的一種自動鏈板式烘干機。它是含輸送裝置和干燥箱還有傳動裝置與送風(fēng)裝置和熱風(fēng)爐等部分一起構(gòu)成的（可看下圖1.２）。它工作的原理：由干燥的介質(zhì)（空氣）于熱風(fēng)爐里面進行加熱一直到121℃左右，是靠著送風(fēng)裝置把它送入干燥箱內(nèi)，和濕物料（茶葉）所接觸到，于是干燥介質(zhì)里面的熱量就會靠著對流的方發(fā)傳遞給濕物料。濕物料里面水分就會被吸收的熱量所氣化而隨著氣體從干燥箱內(nèi)出去，像這樣一直循環(huán)著，然后就能使?jié)裎锪细稍锏哪康倪_到。這一類機型很好的提高了勞動的生產(chǎn)率，從而大幅度的減小因為人為因素而使茶葉的品質(zhì)受到的影響，這樣也能改善了工人們的工作的環(huán)境。但是這個機械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、成本比較高。 圖1.2 自動板鏈?zhǔn)降暮娓蓹C Figure 1.2 automatic plate chain type dryer 1.3.2依照干燥的方式區(qū)分 依照干燥的方式能夠?qū)⒉枞~烘干機分成熱風(fēng)干燥和金屬傳導(dǎo)干燥以及輻射干燥。不一樣的干燥方法因為傳熱和著熱形式還有葉溫變化以及蒸發(fā)速率等等不相同，所以就會形成了不一樣的品質(zhì)茶葉。 其中大家比較常見的方法就是熱風(fēng)干燥的方法，它的主要的過程就是靠著空氣的導(dǎo)熱為主其傳熱速度比較快速，茶葉的溫度的增加比較平穩(wěn)。在進行干燥的過程，它主要通過熱風(fēng)作為媒介，以此來讓被干燥的物料能夠有著適合的溫度、濕度還有流速與其接觸，來達成能夠均勻干燥。在這之中自動鏈板式烘干機，有著代表性。 鐵鍋是金屬傳導(dǎo)干燥熱量主要傳遞物，它的傳熱比較快速，它還需要不停翻炒著茶葉，而讓茶葉的溫度變化不太穩(wěn)定，最后造成了局部受熱不太均勻，反而影響了茶葉的品質(zhì)，在這種方法之中瓶式炒干機是代表。 輻射干燥是使用紅外線或使用微波用來作為它傳熱的介質(zhì)的干燥方法，這樣也能夠烘干茶葉，可是紅外線的穿透能力比較弱，還有微波的處理能力比較弱，這樣相關(guān)的研究還有所期待能有進展。 1.4此文的章節(jié)設(shè)計 本文第一章主要是介紹了本文的研究目的和意義，并通過整理資料，對茶葉烘干機的分類和原理進行了簡介。 第二章是對茶葉烘干機的整體方案的設(shè)計，從結(jié)構(gòu)組成到各配件的選型，嚴(yán)格參照機械設(shè)計手冊來進行。 第三章主要對茶葉烘干機所用到的傳動機構(gòu)進行了計算和校核。 第四章是根據(jù)第三章的計算結(jié)果對茶葉烘干機的各零件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和三維建模，最終完成烘干機的裝配設(shè)計。 第五章是進行仿真處理。 第六章是進行技術(shù)還有經(jīng)濟性方面的情況作出分析。 第七章則是本次畢業(yè)設(shè)計所進行的展望還有一些總結(jié)。 2設(shè)計茶葉烘干機的整體設(shè)計 2.1設(shè)計茶葉烘干機的條件 已知條件為所設(shè)計茶葉烘干機為滾筒式烘干機，滾筒轉(zhuǎn)速要求為15~22r/min，臺時產(chǎn)量為50~75kg。其內(nèi)部以茶葉被揚料板揚起后以瀑布裝散落，使得熱風(fēng)充分與茶葉接觸最佳。 2.2茶葉干燥的特性 2.2.1茶葉在物理上的特質(zhì) 鮮茶葉的含水百分率比較高，它的含水百分率和茶葉老嫩的程度還有采摘的季節(jié)有關(guān)系，春茶的含水率百分率一般可達75%~78%，秋茶成熟葉片的含水率百分率為65%~70%之間，儲存干茶葉含水百分率應(yīng)該不大于6%。說明了干茶葉干制的過程中損失的重量差不多達到鮮茶葉的3/4。 通過前面對干燥技術(shù)的了解，我們知道了干燥的過程就是能量轉(zhuǎn)換的過程，因此茶葉的含水率應(yīng)該是和茶葉的比熱容有關(guān)系的，二者之間的關(guān)系可用下式來表示。 （2-1） 其中：濕茶葉的比熱容，為干茶坯的比熱容, 為含水率。經(jīng)過試驗測定。則。 而茶葉的熱導(dǎo)率是水、干茶、空氣三相物質(zhì)的熱傳導(dǎo)率與各自的容積成分乘積之和。 2.2.2茶葉干燥時的特質(zhì) 茶葉的平衡含水率同其他的物料一樣，與所處的環(huán)境及相對濕度有關(guān)系。相對濕度大，則平衡含水高，環(huán)境溫度較高，則平衡含水低。在時，測得的茶葉平衡含水的百分率如圖2-1所示。 圖2.1 茶葉平衡含水的百分率 Fig. 2.1 percentage of the tea leaves 從圖中可以明顯的看到，干茶葉暴漏在空氣中時是很容易受潮變質(zhì)的。特別是當(dāng)環(huán)境的水分含量超過50%時，它變質(zhì)的速度就變快。 在一定干燥條件下茶葉中水分與時間之間的曲線稱之為干燥曲線，如圖2.2所示。 圖2.2 茶葉干燥曲線 Fig 2.2 drying curve of tea 從圖中可以看到茶葉干燥初期，其含水率下降較快，而且近似為一條直線，這是恒率干燥過程，也就是上一章節(jié)所說的干燥過程1，而隨著茶葉表面的水分的減少至消失，茶葉中汽化的水分慢慢的靠著和它內(nèi)在的水分向外部的擴散，這時就開始發(fā)生了干燥的過程2。通過觀察曲線，可以明顯的看到干燥過程2中其脫水的速度越來越慢，當(dāng)含水率小于10%時逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。 用來反映茶葉的干燥速度以及含水率之間關(guān)系的曲線被稱之為茶葉的干燥速度曲線，圖2.3所示。 圖2.3茶葉干燥的速度曲線圖 Fig. 2.3 the speed curve of the drying of tea in Figure 2 從圖中可以看出加熱溫度是影響茶葉干燥速度較為重要的因素。但是隨著茶葉含水率的逐漸減少，干燥速度也在逐漸降低，尤其是含水率小于65%時較為明顯。 2.2.3茶葉的干燥方法及注意事項 起初沒有輔助設(shè)備來輔助干燥的時候，茶葉主要是通過鮮葉灘放來輔助干燥的。茶葉灘放的目的是除去葉子表面的附著水，同時可以減少茶葉中混雜的青草味道，通過灘放不僅可以減少制茶的工藝能耗，同時可以在殺青之前使茶葉的含水率基本保持一致，在殺青時可以提高茶葉的品質(zhì)，所謂殺青就是炒茶，通過高溫鍋來破壞茶葉中的酶的活性，增加茶的香氣。但是這樣做會增加茶葉的制作周期，而且南方茶產(chǎn)地氣候濕度較大，如果遇到梅雨天氣，茶葉長時間放置會導(dǎo)致發(fā)霉，因此茶葉的干燥設(shè)備的出現(xiàn)時不可避免的。 茶葉在干燥時，應(yīng)控制葉溫為左右，因此在干燥過程中對于溫度的控制是尤為重要的，否則會破壞茶葉的酶的活性，另外在烘干過程中藥防止茶葉粘結(jié)成團。基于以上原因，我們提出了三種茶葉烘干的方案，對比擇優(yōu)。 2.3設(shè)計茶葉烘干機的選擇 2.3.1選擇1 選擇1如圖2.4所示，主要由電機、減速器、滾輪摩擦傳動組件、傳動軸加熱裝置，為了防止茶葉粘結(jié)在一起，要讓茶葉能夠在桶內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)拋揚，因此在將筒體內(nèi)部設(shè)計為內(nèi)螺旋槽結(jié)構(gòu)，使得滾筒在旋轉(zhuǎn)過程中茶葉能夠被螺旋城拋揚，加熱采用直接加熱的辦法，通?？梢灾苯邮褂脿t火、電爐等直接加熱，滾筒在轉(zhuǎn)動過程中對茶葉進行烘干。該方案的存在的問題是茶葉雖然能夠在桶內(nèi)實現(xiàn)拋揚，但是由于加熱裝置溫度不可控制，會導(dǎo)致桶內(nèi)受熱不均勻，破壞茶葉的品質(zhì)。 圖2.4選擇1 Figure 2.4 select 1 2.3.2選擇2 選擇2如圖2.5所示，其結(jié)構(gòu)組成基本與方案一致，與方案一不同的是加熱采用將電爐絲纏繞在筒體上的辦法，由于電爐絲溫度是恒定，所以保證了桶內(nèi)的均勻受熱，但是由于濕茶葉很容易粘著在一起，所以這種方案雖然實現(xiàn)了使茶葉能夠均勻受熱，但是容易出現(xiàn)炒胡的現(xiàn)象，就方案一和方案二滾筒設(shè)置內(nèi)螺旋槽結(jié)構(gòu)，筒體尺寸較大是沒有辦法直接加工的，而通過焊接加工的話，其螺旋結(jié)構(gòu)也是不好焊接的。 圖2.5選擇2 Figure 2.5 select 2 2.3.3選擇3 考慮到前面兩種方案的缺陷，對其進行改進，并確定最終方案如下圖所示，其加熱裝置采用熱風(fēng)加熱方式，具體是在風(fēng)機前安裝電加熱爐，通過電加熱爐將風(fēng)加熱，后對桶內(nèi)進行熱風(fēng)烘干。在干燥過程中通過變頻器來控制電熱爐的的溫度和風(fēng)機的效率，從而實現(xiàn)對溫度的控制。這樣就避免了茶葉炒焦的現(xiàn)象，同時風(fēng)的吹動也能夠使得桶內(nèi)的茶葉在拋揚過程中均勻受熱。筒體內(nèi)部用鋼板做成的揚料板取代螺旋槽結(jié)構(gòu)，降低加工難度。 圖2.6 選擇3 Figure 2.6 select 3 2.4設(shè)計茶葉烘干機整體的結(jié)構(gòu) 2.4.1設(shè)計滾筒的整體結(jié)構(gòu) 根據(jù)調(diào)研，通常未經(jīng)干燥的茶葉含水量一般為80%,而成品茶葉的含水量一般要求應(yīng)小于或等于4%，而在產(chǎn)品的干燥過程中，產(chǎn)品的表示方法通常有三種，一種是以完全沒有水分的物料（純干物料）來表示的時產(chǎn)量，記作；第二種是以最終產(chǎn)品來表示的時產(chǎn)量，記作；第三種是以需要干燥的原料來表示的時產(chǎn)量，記作[]。在干燥過程中，假定沒有損耗。則純干物料的質(zhì)量是固定不變的，據(jù)此，可得到式2-2 （2-2） 其中表示干燥之后產(chǎn)品的含水量，為原料的含水量。在本設(shè)計中，，。帶入式2-2中，求得茶葉原料。 按每次平均加熱時間為15分鐘計算，一次的出茶量最多應(yīng)為18.75kg。入料茶葉至少應(yīng)為90kg。據(jù)此，假設(shè)茶葉在滾筒內(nèi)所占體積為1/4，根據(jù)現(xiàn)有資料估算茶葉的密度為780kg/m3。跟據(jù)公式2-3計算得到滾筒的體積應(yīng)至少為0.48m3。 （2-3） 取圓筒直徑徑為0.6m,計算得到圓筒長度。最終經(jīng)過圓整，參照文獻5中的理論滾筒式烘干機長度與直徑比為4~10，確定的圓筒參數(shù)為d=600mm，L=2400mm。得到圓筒的體積為，滿足了設(shè)計需求。為了加工和安裝方便，我們將圓筒分成規(guī)格相同的三段，即每一段的規(guī)格為d=600mm，l=800mm。最后在裝配時，將其焊接到一起，由于厚度只有1mm，焊接時。材料選取具有較好焊接性能的Q235，其密度為為7.85g/cm3，厚度選取1mm，因此計算其總重為106kg。 2.4.2設(shè)計滾筒里面揚料板 依據(jù)文獻5選取折彎型揚料板，如圖2.7所示，在此設(shè)計中，BC=2AB=6cm,揚料板也分為三段，每段長度為790mm，厚度為3mm。揚料板為6塊均布，直接焊接在筒體上。材料同筒體一樣為Q235，計算其重量為30kg。 圖2.7 算出揚料板的厚度 Figure 2.7 to calculate the lifting plate thickness 綜上所述，計算得到滾筒的總重量為136kg。 2.4.3選出合適的電機型號 看圖2.8，在滾筒轉(zhuǎn)動的扭矩最高的時候，就是在茶葉都在B的區(qū)域之內(nèi)的時候。茶葉的實際進給量為132kg，因此，計算其扭矩如式2-4。 （2-4） 本設(shè)計中傳動機構(gòu)初步采用般圓柱齒輪減速器和摩擦傳動，查閱機械設(shè)計手冊，查的其傳動效率依次為，計算其總的傳動效率如式2-5所示。 （2-5） 根據(jù)式2-6求得所需功率為： （2-6） 圖2.8茶葉在滾筒內(nèi)的分布 Fig. 2.8 distribution of tea in the drum 另外考慮到摩擦損失及滾筒自重所引起的轉(zhuǎn)矩，查閱機械設(shè)計手冊，選取Y系列三相異步的電動機，選取的型號是Y90L-6，它的額定的功率是1.1KW，它的同步的轉(zhuǎn)速達到1000r/min。 2.4.4支撐滾輪設(shè)計 滾筒式干燥機通常都是利用滾圈和托輪作為一對支撐副。滾筒的重量都是通過滾圈傳遞到托輪。這之中每一個滾圈一般都靠著一對托輪支撐。滾圈還有托輪數(shù)目就是支撐點數(shù)量可以看著滾筒具體的長度來確定，有兩點、三點、四點等。 一般情況下滾圈與托輪的直徑的比應(yīng)該是4~3，可是我知道應(yīng)該盡量減少在托輪之上某一個固定的位置和滾圈之上某一個固定的位置接觸的頻率，要讓托輪的直徑的整數(shù)倍不與滾圈直徑所相等。 在本設(shè)計中，對于傳動尺寸緊湊性要求不高，考慮性價比、噪聲低、能緩沖等條件，對于托輪的摩擦副材料選擇彈膠體與金屬的組合。托輪與滾圈的安裝角度如圖2.9所示。記兩托輪與滾筒中心的夾角為，滾筒的總質(zhì)量為m，托輪對滾筒的支持力為。根據(jù)受力平衡則有 （2-7） 圖2.9確定滾圈和托輪安裝的夾角 Figure 2.9 determine the angle between the rolling ring and the wheel mounting 滾圈與托輪之間單側(cè)依靠摩擦來傳遞動力，因此托輪所提供的扭矩為，其中R為滾圈的半徑。為了保證滾筒達到所需的轉(zhuǎn)速，則橡膠輪所提供的轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于滾筒轉(zhuǎn)動所需的轉(zhuǎn)矩，計算過程見電機選型部分。 （2-8） 通過2-7與2-8，選滾圈與托輪間摩擦系數(shù)為0.8 （2-9） 取安裝角度為，此時托輪所提供的轉(zhuǎn)矩為 （2-10） 從式2-10可以看出設(shè)計的安裝角是能夠滿足傳動動力的。 2.4.5算總傳動比與每一級傳動比關(guān)系 根據(jù)設(shè)計要求，筒體的最大轉(zhuǎn)速為22r/min，而電機的轉(zhuǎn)速為1000r/min，因此求得其總傳動比為： （2-11） 記減速機構(gòu)的傳動比為，托輪和滾圈的傳動比為，依據(jù)上面所設(shè)計的托輪和滾圈的安裝尺寸，考慮結(jié)構(gòu)的緊湊性，初步選定滾圈的直徑為650mm，托輪的直徑為180mm，計算托輪滾圈的傳動比為： （2-12） 所以減速器的傳動比 ，查閱機械設(shè)計手冊，常用減速機構(gòu)的傳動比如圖2.10所示。 圖2.10常用減速機構(gòu)的傳動比 Fig. 2.10 transmission ratio of common gear reducer 通過表可以看出，如果選用單級圓柱齒輪是無法滿足傳動比要求的，而如果選擇蝸桿傳動，傳動效率會變的更低，考慮到結(jié)構(gòu)的緊湊性和經(jīng)濟效益，選擇在單級減速器的輸入端增加效率較高價格低廉的V帶傳動來實現(xiàn)傳動比的合理分配。選取單級圓柱齒輪減速器傳動比為4，記V帶傳動的傳動比為，則。 2.4.6選取別的配件 茶葉烘干機除了上述傳動機構(gòu)，還需配備加熱設(shè)備、風(fēng)機和變頻器。加熱設(shè)備選擇散熱式可直接安裝的U型或W型加熱管，其基本性能參數(shù)如下表： 表2.1選用的加熱管 Table 2.1 selection of heating tube 型號 不銹鋼316散熱式加熱管 電壓 380V 功率 2KW 長度 400mm 管徑 風(fēng)機選擇功率為370W的三相離心式中壓風(fēng)機。由于風(fēng)在桶內(nèi)的傳輸距離較長，因此要使風(fēng)速可調(diào)，同時為了使茶葉在滾筒內(nèi)完全被抄板拋灑，提高干燥速率，實現(xiàn)滾筒轉(zhuǎn)速在15~22r/min范圍內(nèi)可調(diào)，所以選擇變頻器是十分必要的。選擇IG5-4的變頻器，它的性能的參數(shù)在表2-2。 表2-2選用的變頻器的參數(shù) Table 2-2 selection of the parameters of the inverter 型號 IG5-4 電壓 380V 功率 2.2KW 濾波器 內(nèi)置1A濾波器 控制方式 電流矢量 調(diào)節(jié)方式 PWM控制 2.4.7茶葉烘干機全部的構(gòu)造 茶葉烘干機整體結(jié)構(gòu)如圖2.11所示。其主要由風(fēng)機、加熱器、滾筒、滾圈、托輪、電機、減速機構(gòu)、傳動軸、支座等組成。 圖2.11茶葉烘干機全部的構(gòu)造 Fig. 2.11 the whole structure of tea drying machine 2.5章節(jié)小總結(jié) 本章主要通過給定的生產(chǎn)量對滾筒體積進行了初步計算，再依據(jù)滾筒體積對茶葉烘干機整體的結(jié)構(gòu)還有傳動的方法作了分析設(shè)計，而且在所要用的標(biāo)準(zhǔn)件作了初步選型。 3傳動機構(gòu)的計算設(shè)計 在上一章節(jié)中主要完成了整體方案的設(shè)計，也對茶葉烘干機的整體傳動比進行了計算和分配。比較具體傳動的系統(tǒng)流程看圖3-1。 圖3-1 具體的傳動流程 Figure 3-1 specific transmission processes 3.1算幾個傳動機構(gòu)的參數(shù) 3.1.1計各軸轉(zhuǎn)速 記電機轉(zhuǎn)速為，Ⅰ軸轉(zhuǎn)速為，Ⅱ軸轉(zhuǎn)速為，滾筒轉(zhuǎn)速為。 Ⅰ軸： （3-1） Ⅱ軸： （3-2） 滾筒： （3-3） 3.1.2算每個軸的功率 記電動機輸出功率為、Ⅰ軸功率為，Ⅱ軸功率為，滾筒功率為，V帶傳動的效率為，單級圓柱齒輪減速器傳動效率為，滾輪托輪傳動效率為。 Ⅰ軸： （3-4） Ⅱ軸： （3-5） 滾筒： （3-6） 3.1.3算每個軸的轉(zhuǎn)矩 記電動機輸出轉(zhuǎn)矩為，Ⅰ軸功率為，Ⅱ軸功率為，滾筒功率為 （3-7） Ⅰ軸： （3-8） Ⅱ軸： （3-9） 滾筒： （3-10） 將上面計算得到的傳動機構(gòu)的動力和運動參數(shù)列入下表： 表3-1 軸號 Table 3-1 參數(shù) 電機軸 Ⅰ軸 Ⅱ軸 滾筒 轉(zhuǎn)速n(r/min) 1000 333.3 83.3 22 功率P(kw) 1.1 1.056 1.035 0.93 轉(zhuǎn)矩T（N.m） 10.5 30.24 118.5 405.5 傳動比 3 4 3.8 效率 0.96 0.98 0.9 3.2 設(shè)計V帶的傳動 3.2.1 算設(shè)計的功率 查閱機械設(shè)計手冊第三冊第13章，得到V帶的設(shè)計功率計算公式如下式所示： （3-11） 為帶輪的設(shè)計功率，在V帶傳遞的功率，為工況系數(shù)，此處取，計算得到設(shè)計功率 3.2.2 設(shè)計帶輪基準(zhǔn)直徑 根據(jù)V帶的計算功率和小帶輪轉(zhuǎn)速，參照圖3-2來選取V帶的型號及小帶輪基準(zhǔn)直徑。 圖3-2 V帶的選擇 Figure V 3-2 band selection 已知，小帶輪轉(zhuǎn)速為電機輸出轉(zhuǎn)速1000r/min，查得小帶輪的基準(zhǔn)直徑為，V帶型號為Z型普通V帶。 用3-12來算出該大輪的基準(zhǔn)直徑。 （3-12） 由于在一般的帶傳動中滑動率不大，因此可以忽略不計。計算得到，查閱設(shè)計手冊第三卷表13-1-11，將其圓整最終確定大帶輪的基準(zhǔn)直徑。 3.2.3 帶速v的驗算 依據(jù)式子3-13來計算帶速v。帶速不宜過高或過低，一般應(yīng)使，最高不宜超過30m/s，且不小于5m/s。 （3-13） 通過式3-13可以看出所選帶輪對于帶速驗算是符合要求的。 3.2.4 初定中心距 依據(jù)式3-14來初定帶輪之間的中心距，可根據(jù)結(jié)構(gòu)需要進行修改。 （3-14） 將帶輪的基準(zhǔn)直徑帶入到上式中去，得到，初選中心距。以此根據(jù)式3-15來計算相應(yīng)的帶長。 （3-15） 求得，查照設(shè)計手冊第三卷表13-1-4，選取V帶基準(zhǔn)長度。則傳動的實際中心距近似為 （3-16） 因為帶輪制造和帶長誤差以及帶的彈性還有由于帶松弛而產(chǎn)生了補充張緊的要求，所以中心距變動的范圍是 （3-17） 3.2.5 驗算小帶輪包角 顯而易見小帶輪的包角小于大帶輪的包角，因此小帶輪上的總摩擦力相應(yīng)的小于大帶輪上的總摩擦力，因此打滑只可能在小帶輪上發(fā)生，為了提高帶傳動的工作能力，應(yīng)使其值大于120。，至少要大于90。。如式3-18所示。 （3-18） 3.2.6 V帶根數(shù)z的確定 普通V帶的根數(shù)計算公式為： （3-19） 分別查機械設(shè)計手冊第三卷表13-1-19、13-1-22、13-1-23手冊得到，，，帶入求得z=1.3，將其圓整，取z=2。 3.2.7 初拉力F0的確定 單根V帶它的初拉力應(yīng)該是： （3-20） 其中m為單位長度V帶的質(zhì)量，查表13-1-24得到m=0.06kg/m，計算得到初拉力為。 3.2.8 軸上的力Fr的確定 于軸上作用力的公式是： （3-21） 此處已考慮新帶的安裝，考慮的是作用在帶上的最大力。求得。 3.3 選擇減速器 之前我們算出了軸的傳動比還有轉(zhuǎn)速，所以準(zhǔn)備使用的是單級圓柱齒輪減速器型號是ZDY-80的減速器，187~750r/min為他的公稱轉(zhuǎn)速，80mm是它的中心距，9kw輸入的公稱功率。其中熱平衡許用功率還有機械強度著兩個是對于減速器承載的能力的限制。所以一定要算出它的機械強度還有熱平衡許用功率在選擇使用減速器的。 （1）選用減速器的公稱輸入功率，應(yīng)滿足下式： （3-22） 其中為機械強度計算功率，負載功率，為工況系數(shù)，為安全系數(shù)，為減速器公稱輸入功率。第二章中計算出負載功率，查閱機械設(shè)計手冊第四卷表16-2-4~16-2-8，得到，計算得到。 （2）熱平衡許用功率的檢驗核對： （3-23） 其中為計算熱功率，減速器無冷卻裝置熱功率，系數(shù)，查閱表格16-2-10~16-2-12， ，，，查閱表16-2-7選取工況為露天，得到，。。 通過以上計算，公稱輸入功率和熱平衡許用功率都是合格的，故可以選用ZDY-80單級圓柱齒輪減速器。 3.4 算滾圈與托輪的相關(guān)數(shù)據(jù) 依據(jù)傳動功率、傳動比、轉(zhuǎn)速及傳動尺寸的限制，選擇圓柱摩擦輪傳動，摩擦輪采用彈膠體材料的摩擦副，干式絕對不允許有潤滑劑，取拖輪的基準(zhǔn)直徑，滾圈的基準(zhǔn)直徑。其摩擦許用因數(shù)，其相應(yīng)的滑動率取，通過圖3-3查取最大摩擦因數(shù)，以此計算其安全系數(shù)為。 （3-24） 3.4.1 算壓緊力 兩輪之間徑向壓緊力按下式計算： （3-25） 其中工況系數(shù)，傳遞的功率，托輪的直徑，托輪的轉(zhuǎn)速。帶入上式得到。在上面章節(jié)中計算了滾筒對托輪的壓緊力為2274N，因此靠滾筒和物料的自重就能夠?qū)崿F(xiàn)壓緊。 3.4.2 輪寬b的計算 中心距因滿足式3-24。 （3-26） 查表12-2-3，取需用滾壓應(yīng)力，，此處取0.3，計算得到，而本設(shè)計中中心距，是滿足要求的，所以托輪寬度。 綜上，對于托輪和滾圈的計算參數(shù)如下表所示。 表3-2摩擦傳動計算參數(shù) Table 3-2 friction drive calculation parameters 參數(shù) 計算結(jié)果 180mm 650mm a 415mm b 125mm 材料 采用彈性膠體摩擦副 潤滑劑 無 3.5 算傳動軸和配件相關(guān)數(shù)據(jù) 在本設(shè)計中需要設(shè)計的軸為Ⅱ軸。其基本尺寸應(yīng)根據(jù)筒體與托輪之間的裝配關(guān)系來確定。 圖3-3滾筒裝配的簡圖 Fig 3-3 roller assembly 如圖所示，通常取，求得滾圈與托輪的安裝距離。因此托輪的聯(lián)接軸長度至少為1400mm。 3.5.1 算聯(lián)軸器的相關(guān)數(shù)據(jù) 算聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩： （3-27） 其中T是該軸的理論轉(zhuǎn)矩，是動力機系數(shù)，工況系數(shù)，啟動系數(shù)，溫度系數(shù)，取，，，，帶入上式得到。根據(jù)減速器輸出軸的直徑,鍵寬，選取聯(lián)軸器型號為，電機軸端為Y型，軸孔長度為82mm，傳動軸端為J型，軸孔長度為60mm選其公稱轉(zhuǎn)矩為224Nm，滿足了聯(lián)軸器的選用。 3.5.2 算傳動軸強度 （1）按扭轉(zhuǎn)強度估算最小軸的直徑 （3-28） 傳動軸的材料選用40Cr，查閱手冊，取，計算得到，考慮到軸上有一個鍵槽，因此將軸頸增加5%~7%，，圓整后取d=28mm。 （2）分析軸上所受的力 初步設(shè)計周的結(jié)構(gòu)如圖3.4所示，該軸所受的外載荷為轉(zhuǎn)矩和托輪上的作用力。前面已經(jīng)計算得到該軸上的轉(zhuǎn)矩為，托輪上受到的滾筒對其的支反力為,將其分解為圓周力和徑向力得到： （3-29） （3-30） 圖3.4軸的結(jié)構(gòu) Fig. 3.4 axis structure 考慮到其受力較為復(fù)雜，而現(xiàn)在有限元軟件使用非常廣泛，對于軸的強度校核使用有限元計算會十分便利的。 所謂的有限元分析就是我們把比較容易的問題來代替一些比較困難麻煩的問題然后在最后求出它的解。它把每一個單元來假設(shè)出一個比較適合的（比較容易的）比較近似的解，就是把求解域這個問題當(dāng)作它由很多的被稱之是有限元這樣的小的互連子域所組成的，在之后來將這個域的總體應(yīng)該所滿足的條件（比如說結(jié)構(gòu)平衡的條件等）來推導(dǎo)求解，所以能得出這個問題它的解。但是得出的這個解并不是準(zhǔn)確的解，它得到的是近似的解，一些實際的問題它變成了一些比較容易的問題這就是它真實的原因。因為很多的實際的難題都是比較不容易能求出準(zhǔn)確解的，還有就是有限元的計算精度是很高的，它還能將各種各樣的復(fù)雜形狀很好的適應(yīng)，所以在工程分析的方法中它是很有效果的一種手段。有些集結(jié)到了一塊還能夠表示出來實際的連續(xù)域的離散單元是有限元。它的基本的概念早就誕生出了而且還應(yīng)用到了就在幾個世紀(jì)之前，比如說以多邊形（就是有限個直線的單元）來逼近圓以此來求出圓的周長，可是它被當(dāng)成一種方法來提出的時候，那就是最近的事情了。矩陣近似的方法這就是有限元法在最開始的時候的叫法，它能被應(yīng)用到，在計算航空器的結(jié)構(gòu)強度的時候，因為它有著方便性和實用性還有有效性，所以它使在力學(xué)研究方面的科學(xué)家對它很有興趣。在幾十年很短時間的努力之中，還有的就是因為計算機的技術(shù)它的發(fā)展的速度非?？爝€有傳播很遠推廣的很好，使得有限元的方法在結(jié)構(gòu)工程強度的分析之中的計算一下子就用到了差不多其他很多的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域之中，而且它變成了一個內(nèi)容豐富、使用范圍很大還有就是實用的效率數(shù)值分析的方式。 有限元的技術(shù)一直到了現(xiàn)在，它的計算的軟件有很多的樣式，比較通常見到的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC是比較有名的比較大型企業(yè)，此中ADINA和ABAQUS于非線性分析的領(lǐng)域有著很好的效果，而且是在當(dāng)前來說于業(yè)內(nèi)中最被大家所認可的兩個有限元分析的軟件，而ANSYS還有MSC在中國應(yīng)用的時間很靠前因此于國內(nèi)的知名度非常的高并且應(yīng)用十分的廣。在現(xiàn)在的多物理場耦合的多個比較大型的企業(yè)使能夠達到在結(jié)構(gòu)和流體還有熱的耦合的分析，可是于ADINA之外的另外三個一定要和其他的軟件進行搭配以此來迭代分析，只有一個可以做到真正的流固耦合軟件就是ADINA。ANSYS它商業(yè)化時間是很靠前的一種軟件，現(xiàn)在它的企業(yè)收購了好多的別的軟件于自己的下面。ABAQUS它注重在結(jié)構(gòu)的分析現(xiàn)在還無流體的模塊。MSC它現(xiàn)在屬于很老式的一種軟件，而且現(xiàn)在更新的速度還是很慢的。ADINA它屬于于一個體系之下所開發(fā)的一個有結(jié)構(gòu)和流體還有熱分析的一個軟件，它的能力十分的強大可是它來到國內(nèi)的時間還是很晚的所以它的市場并未完全的展開。 雖然能夠進行有限元計算的軟件非常多而且功能很強大，但是這些軟件大多其自身的建模模塊發(fā)展較弱，通常都是利用別的三維軟件來進行建模，然后再轉(zhuǎn)換格式然后倒入到專門的有限元軟件中去，這往往會導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，或者模型的一些細節(jié)問題丟失。而現(xiàn)在很多的三維軟件也開發(fā)了自己的有限元計算模塊，雖然功能還有欠缺，但是對于簡單的模型其計算結(jié)果是準(zhǔn)確的，而且方便快速。本文所有零件三維建模是基于在汽車工業(yè)應(yīng)用非常廣泛的軟件CATIA進行的，而CATIA自身就帶有很強大有限元分析模塊，該有限元模塊式基于ABAQUS平臺研發(fā)，因此直接在CATIA中對傳動軸的受力進行分析，快速而且可靠。有限元分析的步驟一般都是：1建模；2.對模型富裕材料特性；3進行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分時有限元計算的核心，其主要是將大模型、復(fù)雜的模型進行微元話。4.對受力對象添加約束和載荷；5.求解；6結(jié)果分析。本位中對軸的具體分析步驟如下： 首先基于CATIA對軸進行三維建模，建模結(jié)果如下圖所示。 圖3.5 基于Catia 的三維建模 Figure 3.5 three dimensional modeling based on Catia 完成三維建模后查閱材料手冊，軸所選材料40Cr的楊氏模量為，泊松比為0.3 ，密度為，屈服極限為，材料安全系數(shù)選用，則其許用應(yīng)力的大小為138.89MPa。將上述參數(shù)賦予模型，如圖3.6所示。 圖3.6 材料的屬性欄 Figure 3.6 properties of the material bar 接著點擊軟件開始菜單欄，將模型空間切換到分析模擬—Generative Structure Analysis模塊，進行有限元分析。首先對軸進行畫網(wǎng)格，網(wǎng)格劃分越細，計算結(jié)果越準(zhǔn)確，此處設(shè)置網(wǎng)格大小為10mm，結(jié)果如圖3.7所示。 圖3.7 劃分后的網(wǎng)格 Fig. 3.7 grid after division 對軸添加約束，將裝軸承的位置添加固定約束，在裝拖輪的位置添加均布載荷，將滾筒對其產(chǎn)生的支反力的兩分量分別賦給Fx和Fy，對軸添加垂直于Z向的扭矩。參數(shù)設(shè)置如圖3-8所示。 （a）均布載荷設(shè)置 （b）扭矩設(shè)置 (a) uniform load setting (b) torque setting 圖3-8 載荷參數(shù)設(shè)置 Fi