苎麻纤维提取机.doc

毕业设计(论文)海 南 大 学毕 业 论 文（设计）题 目： 苎麻纤维提取机学 号： 20150581310064 姓 名： 陈凌峰 年 级： 2015级 学 院： 机电工程学院 系 别： 机械系 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 袁成宇 完成日期： 2019年 5 月 20 日 摘要本文介绍了试卷装订技术，抱括了苎麻纤维提取的历史发展，技术，应用和未来的发展的趋势。本次苎麻纤维提取机构的设计。主要包括苎麻纤维一次入料机构设计、一次刮杂机构设计、二次入料机构设计、二次刮杂机构设计、出料机构设计、齿轮箱机构设计。也包括支撑框架部分的结构设计，标准零件的选型。设计了主要零件的结构，确定了结构尺寸,零件材料，装配结构，运动分析。用CAD和solidworks设计每个零件，构建三维实体，完成装配，明确各个零部件的关系，最后完成苎麻纤维提取机构的工作仿真。本次的设计内容包括文字文献，图纸解释，运动仿真和动态模拟。设计主要运用的软件有CAD，slidworks.使用CAD软件绘制草图，二维平面图，solidworks进行建模，装配和工作仿真。对于上述问题，本文了解现有苎麻秆纤维提取装置中各部件的结构及其工作原理；分析、细化苎麻秆纤维提取装置各零部件的结构和实现功能，确定整体加工系统的设计方案，并应符合人机工程学相关要求；用相关绘图软件绘制整机装配图和相关零部件图，设计了一种苎麻秆纤维提取设备。关键词 苎麻 纤维 提取；结构设计；SolidWorks三维制图。VAbstractThis paper introduces the paper binding technology, including the historical development, technology, application and future development trend of ramie fiber extraction.The design of ramie fiber extraction mechanism. It mainly includes ramie fiber primary feeding mechanism design, primary scraping mechanism design, secondary scraping mechanism design, secondary scraping mechanism design, discharging mechanism design, gear box mechanism design. It also includes the structural design of the supporting frame part and the selection of standard parts. The structure of the main parts was designed, and the size, material, assembly structure and motion analysis were determined. Using CAD and SolidWorks to design each part, build three-dimensional entity, complete assembly, clarify the relationship between each part, and finally complete the simulation of ramie fiber extraction mechanism.This design includes text documents, drawing interpretation, motion simulation and dynamic simulation. The main software used in the design are CAD, slidworks. Drawing sketches, two-dimensional plans and SolidWorks are used to model, assemble and work simulation. For the above problems, this paper understands the structure and working principle of each component of the existing ramie fiber extraction device; analyses and refines the structure and function of each component of the ramie fiber extraction device, determines the design scheme of the whole processing system, and should meet the relevant requirements of ergonomics; draws assembly drawings and related parts drawings of the whole machine with relevant drawing software, and designs them. The utility model relates to a ramie stalk fiber extraction device.Key words Ramie fiber extraction; Structural design; SolidWorks three-dimensional mapping.目 录摘要IAbstractII目 录III1.绪论11.1 苎麻纤维提取的发展背景及现状11.2 纤维提取设备的概述11.3 苎麻纤维提取设备的发展带来的机遇和挑战21.4 本章小结32. 苎麻纤维提取机的设计思路32.1 简易苎麻纤维提取机材料指标32.2 设计思路及主要问题42.3 设备功能及结构组成42.4 主要的设计工作52.5 确认设计方案52.6 本章小结73. 苎麻纤维提取机各零部件的设计83.1 一次入料机构设计83.2一次刮杂机构结构设计93.3 二次入料机构设计103.4 二次刮杂机构设计113.5 出料机构设计123.6 齿轮箱机构设计123.7 主要零件参数设计计算133.7.1 传动轴的设计计算133.7.2 轴承校核153.7.3 齿轮设计计算164. 标准件设计选型184.1 伺服电机的选型184.2 同步轮的选型184.3 同步带的选取194.4 深沟球轴承的选型205. CAE结构分析225.1 CAE技术225.2 CAE软件225.3 CAE分析对象225.4 Ansys有限元分析过程22结论25参考文献26致谢271.绪论1.1 苎麻纤维提取的发展背景及现状 苎麻（学名：Boehmeria nivea (L.) Gaudich.）荨麻科苎麻属亚灌木 或灌木植物。 苎麻中国古代重要的纤维作物之一。原产于中国西南地区。新石器时代长江中下游一些地方就已有种植。被世界誉为“中国草，中国宝”。苎麻纤维吸湿透气性是棉纤维的3-5倍左右，同时含有叮咛，嘧啶，嘌呤等有益元素，具有抑菌、透气、凉爽、防腐、防霉、吸汗等功能，是世界公认的“天然纤维之王”。最适合做枕套、凉席的面料。 苎麻叶是蛋白质含量较高、营养丰富的饲料。麻根含有“苎麻酸”的药用成份，有补阴、安胎、治产前产后心烦，以及治疔疮等作用。麻骨可作造纸原料，或制造可做家具和板壁等多种用途的纤维板。麻骨还可酿酒、制糖。麻壳可脱胶提取纤维，供纺织、造纸或修船填料之用。鲜麻皮上刮下的麻壳，可提取糠醛，而糠醛是化学工业的精炼溶液剂，又是树脂塑料。 由于苎麻纤维存在强度小、易断裂的缺点，我国的苎麻秆纤维处理设备研究制造比较晚，市场上的加工设备仍处在生产效率低下、纤维提取率普遍不高、杂质含量高的诸多问题。1.2 纤维提取设备的概述 目前，我国对于纤维提取工艺的研究还不完善，大量的研究工作还没有具体展开，就目前所掌握的资料来看，主要有以下两种方式提取纤维：机械法、化学法。机械法 如切割破片机主要由链轮、链推进装置、V型槽、十字刀、出料支撑板等部件组成。其工作原理是：利用链推动装置推动沿其轴向移动，茎秆通过移动方向前方分别垂直和水平安装的两把切刀之后，被沿着其轴向一次性切割成四块。该设备工作效率可达7.5t/h，并且使用起来灵活，操作方便，生产成本低，连续工作性强。 GZ-390型刮麻机采用立式布置，主要由刀轮、定刀、电机、传动带轮和辅助机构等部件组成，如图1-2所示。其工作原理为：在定刀与刀轮刀片间逐渐均匀地被刀片打击和振动，当喂入一般左右拉出，换另一半喂入，从而达到提取纤维的目的，该设备结构简单，轻便，生产效率为100kg/h，杂质含量小于3%，但由于需要人工填料，其危险性大大增强，同时刀轮的打击力大，茎秆纤维的损失量非常大，该设备的自动化、安全程度和连续工作能力尚待改进提高。 我国在此领域的研究刚刚开始，所设计生产的设备在加工效率、纤维提取率、自动化程度等方面仍然存在着不少的问题，同时，国外也没有同类设备来作为参照，所以，需要设计一种污染小、安全性高、自动化程度高、效率高的纤维提取设备。化学法 化学法原理是利用了纤维素对碱表现的高稳定性，而其胶质易被高温碱液溶解的特点。吴雄英等人发明了一种将苎麻韧皮经预酸处理、碱煮、焖煮、漂白、酸洗等流程来提取苎麻纤维的工艺。日本东京都立产技术研究所得木通主任研究开发出能批量生产的加工方法，其方法可以制造100%的纤维，通过这种工艺生产的布料手感和麻类似，可以用来制作咖啡包装袋。化学法加工效率高，但是其成本耗水量大，废水中含有大量的有害化学成分，非常容易造成环境污染。1.3 苎麻纤维提取设备的发展带来的机遇和挑战当前，国内外主要采用机械法和化学法来提取纤维，机械提取法相对化学方提取法，机械提取法具有含杂量小、污染小、加工效率高等优点，因此，研究设计一种低成本、低污染、高效率、高自动化的纤维提取设备是非常有必要的。但是，我国国内由于对纤维的研究起步较晚，暂且还没有成熟的化学工艺和完善的机械设备。苎麻纤维提取设备技术发展比较薄弱，还需要面对很多困难与挑战。其中苎麻纤维提取设备的种类少，结构设计等方面还需要很多研究突破的地方，所以说苎麻纤维提取设备的出现，既要面临很多的困难与问题。随着提取技术的发展，将来会有越来越多的公司和越来越多人使用纤维提取机，让生产和生活更加自动化，企业也减少人力劳动成本。技术成熟的苎麻纤维提取设备，如果投入到一线生产制造中，将增加工作时间和工作的效率，在制造定制个性化产品时也只需要对简单的电脑操作。落后的纤维提取技术使传统企业的生产技术将会面临着较大的压力人力成本的不断上涨。成熟的苎麻纤维提取设备的优势，与传统行业对比劳动力和各方面基本是完胜，利用苎麻纤维提取设备加工、生产的效果和效率都将会提高很多，也会带来提取技术的一次发展。苎麻纤维提取设备的发展也会带动许多其他行业的发展，生产和生活上的变化。1.4 本章小结本章主要介绍了苎麻纤维提取的一些种类，发展过程，应用领域，思考了纤维提取技术存在的问题，展望了苎麻纤维提取设备的发展前景。2. 苎麻纤维提取机的设计思路2.1 简易苎麻纤维提取机材料指标其中苎麻纤维提取设机的主要技术指标有：苎麻形状：长60-150mm，宽40-110mm，高1-3mm苎麻纤维提取的速度：2000份/min苎麻纤维提取机的底座高度：30 mm标准型材的尺寸：20mm×20 mm电机转速度：500 r/min2.2 设计思路及主要问题 本次苎麻纤维提取机的设计，先从苎麻纤维提取机的整体设计入手，从苎麻纤维提取机的支架设计到定位装置，然后再从皮带、带轮设计、电机选型、轴、键、滚刀的设计，从外至内，从下至上一步步的完成苎麻纤维提取机机械结构的设计。 需要解决的主要问题： 设计并确定苎麻纤维提取机的整体外部框架结构，以及选用的板材尺寸规格关键的零件的压应力计算以及非标件材料的选择。 制定苎麻纤维提取机关键零部件的工艺及分析机械结构的合理性。 分析苎麻纤维提取机关键零部件的受应力的情况并校核设计的是否符合设计要求。2.3 设备功能及结构组成 苎麻纤维提取机的功能设计需要做到以下几点基本要求：（1）功能：设备的设计需要可以实现提取苎麻纤维的功能，即纤维和杂质相分离；（2）合理：设备的布局设计合理，主要需做到提取流程工艺合理、设备结构简单轻便、传动组件布局紧凑集中；（3）高效：设备需要在低功耗的条件下，用相对较高的效率提取苎麻纤维，且要做到尽可能提高纤维提取率，降低纤维的杂质含量；（4）安全：设备需要操作简单便捷，安全性高，工作稳定性、连续性高。本节根据以上四点要求，设计了三种不同的提取纤维工艺方案，并针对这三种不同的工艺方案设计了三种不同的苎麻纤维提取设备，经过分析对比选择其中最好的苎麻纤维提取工艺方案来进行苎麻纤维提取设备的结构设计，并且对设备进行主要零部件的加工工艺方案进行拟定和合理性分析，然后对其中轴类零件进行铣削夹具的设计，设计过程还包括动力传动部件和轴承零件的计算选用，最后还要进行主要受力零件进行的受力仿真模拟分析，给出关键受力零件的强度报告。 本论文设计的苎麻纤维提取机是一款结构简单、操作方便、工作效率高、适用范围广的苎麻纤维提取机，主要由以下几个结构组成：支撑结构、入料、刮杂、齿轮传动、水流过滤结构。工作过程如下：把整理好的苎麻送至入料；经过刮杂结构；经过皮带传动结构；通过水流过滤将杂质过滤收集；进行烘干。2.4 主要的设计工作（1） 苎麻纤维提取机的支撑机构；（2） 苎麻纤维提取机的入料机构；（3） 苎麻纤维提取机的刮杂机构；（4） 苎麻纤维提取机的传动机构（5） 苎麻纤维提取机的水流过滤机构。2.5 确认设计方案设计方案如下：使用滚筒式，将苎麻清洗整理，通过入料机构，通过一次入料机构，送入一次刮杂滚筒的作用，对苎麻进行第一次处理，大部分杂质会在此步骤的废料槽中排出，紧接着，半成品会在输送带的作用下进入到传送机构，并会在设备的作用下翻面，二次刮杂装置会对其反面再次进行刮杂处理，这样一来，杂质去除率会得到很大的提高，最后，苎麻纤维和极少量杂质会在输送带中排出。经过水流清洗过滤机构即可得到苎麻纤维成品。针对此方案工艺流程，研究设计了滚筒式苎麻纤维提取机，如图2-3所示，主要由以下组件组成：入料组件、一次刮杂机构、机架、传送机构、二次刮杂机构、动力组件和出料组件等组成，所有组件安装在机架上，设备操作简单，自动化程度高，杂质含量少，纤维提取率高。图2-3 正滚筒式苎麻纤维提取机结构示意图工作时，先将苎麻清洗整理，便于入料和加工。启动电机，电机带动整个设备所有运转部件运转，人工或者输送带自动将苎麻放入皮带上，在传送机构的作用下进入到刮杂机构，在刮杂组件的高速运转的滚筒旋转作用下，苎麻受到了刮杂刀刮削力和打击力，使苎麻纤维和杂质分离，然后由出料槽排出，而后经过第刮杂处理的苎麻翻面还没有经过刮杂刀处理和打击，杂质含量尚有很大的比例，此时，苎麻落入到传送机构上，通过传动带的运输进入到二次刮杂机构的滚筒中，同时，苎麻切片被翻面，二次刮杂滚筒对其未加工的一面再次进行刮杂处理，经过这两个步骤的处理，苎麻所有部位都经过了刮杂处理，杂质含量大大降低，同时，出料口排出的成品的杂质含量也大大减少，最后，只需要经过人工简单收集和筛选即可得到苎麻纤维成品。滚压甩碎式苎麻纤维提取设备优点是工作效率高，灵活性强，可以直接移动到田间进行作业，缺点是能耗较大，所提取的苎麻纤维杂质率高，苎麻纤维极易发生缠绕问题，设备稳定性差；多滚筒式苎麻纤维提取设备优点是能耗低，整体结构简单，操作轻便，缺点是苎麻纤维易在出料口堵塞，导致设备卡死，且杂质和成品一同排出后，后处理工作复杂，需要更多人力完成；正反双向滚筒式苎麻纤维提取设备综合了前两者优点，设备能耗低，效率高，提取率高，不需要太多人工来进行后处理分拣筛选工作，因此，综上所述，确定此设计方案。2.6 本章小结本章介绍了苎麻提取机的总体设计思路，苎麻提取机构实体参数和工作参数，以及苎麻提取机构的零件组成。3. 苎麻纤维提取机各零部件的设计3.1 一次入料机构设计 入料装置主要作用是能够实现平稳入料，所以设计成传送带输送结构，这种结构已经是成熟的方案，具体设计环节就是对标准件和传送带的选用，由于本设计属结构性设计，所以对各个零件和关键尺寸进行初选和拟定，入料组件的三维建模如图3-1所示：图3-1 一次入料整体结构设计 上图中一次入料装置由从动滚筒、主动滚筒、输送带、夹杂滚筒和入料带轮组成，其余为标准件，由于轴承载荷不存在偏载和轴向力，所以轴承暂定为GBT276-94深沟球轴承6205-2Z，下文将对其进行寿命计算。轴承座选用铸造立式轴承座，型号为GBT7809-1995铸造立式座P205。夹杂滚筒水平横向置于上层短柱上，夹杂滚筒通过两端的轴以及固定在上层短柱上的轴承和轴承座与机架连接，主动滚筒水平横向安装在机架上，主动滚筒通过两端的轴承和轴承座与机架构成转动连接，主动滚筒轴线和夹杂滚筒轴线处在同一个竖直平面内，从动滚筒水平安装在机架的前端，通过两端的轴承和轴承座与机架构成转动连接，输送带套在从动滚筒和主动滚筒上构成皮带输送机构，夹杂滚筒和输送带之间存在间隙。3.2一次刮杂机构结构设计刮杂组件主要作用是将苎麻中胶质杂质挤压打碎，以剔除废料，所以滚筒结构设计要求具有较高的强度和刚度，在工作过程中不能大尺寸变形，采用焊接结构，中间加一层加强板用来增加零件强度，滚筒上均匀分布12个刮刀，工作时连续对苎麻纤维进行刮杂处理。三维建模如图3-2所示：图3-2 一次刮杂机构整体结构设计上述结构中刮杂滚筒水平安装在机架上，通过两端的轴承和轴承座和机架构成转动连接，12把刮刀均布在滚筒上，工作时，在皮带的带动下匀速转动，实现对苎麻的连续刮杂。基于本设计的指导思想，在选用轴承和轴承座时，和入料组件选择同样的轴承和轴承座，轴承型号为GBT276-94深沟球轴承6205-2Z，轴承座选用铸造立式轴承座，型号为GBT7809-1995铸造立式座P205。很明显，本结构各个工序受力基本一致，前文已经校核过，故无需再次校核。3.3 二次入料机构设计 入料装置主要作用是能够实现平稳入料，所以设计成传送带输送结构，这种结构已经是成熟的方案，具体设计环节就是对标准件和传送带的选用，由于本设计属结构性设计，所以对各个零件和关键尺寸进行初选和拟定，入料组件的三维建模如图3-3所示：图3-3 二次入料机构示意图 夹杂滚筒水平安装在中间两个方管上，夹杂滚筒通过两端的轴承和轴承座和机架构成转动连接，二次主动滚筒水平安装在机架中层方管上，二次主动滚筒通过两端的轴以及安装在轴两端的轴承和轴承座和机架构成转动连接，二次入料带轮安装在二次主动滚筒轴端部，二次入料从动滚筒水平安装在机架上，通过轴、轴承和两端的轴承座和机架构成转动连接。二次从动滚筒轴线和二次主动滚筒轴线处于同一个竖直平面内。二次入料传送带套在从动滚筒和主动滚筒上，构成皮带传送机构，夹杂滚筒和传动带之间有适当的间隙。3.4 二次刮杂机构设计刮杂组件主要作用是将苎麻中胶质杂质挤压打碎，以剔除废料，所以滚筒结构设计要求具有较高的强度和刚度，在工作过程中不能大尺寸变形，采用焊接结构，中间加一层加强板用来增加零件强度，滚筒上均匀分布12个刮刀，工作时连续对苎麻纤维进行刮杂处理。三维建模如图3-4所示：图3-4 一次刮杂机构整体结构设计上述结构中刮杂滚筒水平安装在机架上，通过两端的轴承和轴承座和机架构成转动连接，12把刮刀均布在滚筒上，工作时，在皮带的带动下匀速转动，实现对苎麻的连续刮杂。基于本设计的指导思想，在选用轴承和轴承座时，和入料组件选择同样的轴承和轴承座，轴承型号为GBT276-94深沟球轴承6205-2Z，轴承座选用铸造立式轴承座，型号为GBT7809-1995铸造立式座P205。很明显，本结构各个工序受力基本一致，前文已经校核过，故无需再次校核。3.5 出料机构设计出料装置主要作用是，将加工好的成品送出设备，要求有稳定的直线运动，并且要和两次的入料组件速度保持一致。基于前期工作对两次入料组件的设计，所用标准件和关键零部件尺寸与前者保持一致，三维建模如下图3-5所示：主料主动滚筒水平安装在机架的最下层，主料主动滚筒通过两端的轴和安装在机架上的轴承座、轴承和机架构成转动连接。出料带轮安装在出料滚筒的轴端部，出料从动滚筒水平安装在机架下层前端，出料从动滚筒通过两端轴和安装在机架上的轴承座和轴承和机架构成转动连接，出料输送带套在出料从动滚筒和出料主动滚筒上构成了皮带输送结构。3.6 齿轮箱机构设计齿轮箱组件主要作用是将电机输出的动力进行分配，同时对电动机转向进行反向处理，以达到协调各部件运转合理，协调运动的目的。本此设计用到了齿轮，设计成齿轮箱传动机构，箱体固定在机架中层的最后端，主动轴，正向从动轴和反向从动轴互相平行一次安装在齿轮箱内，两端用轴承支撑，主动轴端不连接带轮，通过皮带和电机输出轴相连接，正向从动轴和主动轴的转向相同，反向从动轴的转向和主动轴的转向相反，在箱体的左侧壁外，主动带轮安装在主动轴的左端，正向从动带轮安装在正从从动轴的左端，在箱体的右侧壁外，反向从动带轮安装在反向从动轴的右端，电机位于机架的下层后端横向固定在安装板上。三维建模如下图3-6所示：3.7 主要零件参数设计计算3.7.1 传动轴的设计计算 传动轴设计主要完成轴的受力分析，计算最小轴颈并完成校核计算，然后以最小轴径为设计参考根据转子系统结构需求确定转轴的最终结构尺寸。 传动轴受力分析，如图4所示为转子系统结构及受力图，转盘重量对轴产生向下的压力，左侧轴承和右侧轴承产生支撑力，在右侧轴端受驱动扭矩T的作用，转盘产生的正压力与左侧和右侧轴承产生支撑力形成弯矩，该轴为“转轴”。 传动轴是用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩的轴。在苎麻纤维提取设备中，传动轴需要引导转盘做旋转运动，配合紧固装置，以实现苎麻纤维提取设备旋转功能。 由于本设计的简易苎麻纤维提取设备所使用的传动轴按轴的受载分类属于转轴，工作时轴承既受弯矩也承受转矩。 按扭转强度计算：对于传动轴可只按扭矩计算轴的直径；对于转 轴，常用此法估算最小直径，然后进行轴的结构设计，并用弯扭合成强度校核。圆轴扭转的强度条件为：轴的强度计算：式中 T轴的扭转切应力（MPa）； T轴传递的扭矩（N·mm）； WT轴的抗扭截面系数（mm3）； P轴传递的功率（kW）； n轴的转速（rmin）。由上式可得到轴的设计公式式中：A计算常数，与轴的材料和T值有关，可按表确定。 表3-3 轴常用材料的T和A值由于电机功率为55KW，恒功率最高转数8000r/min，不考虑轴传递功率损失。选择轴的材料为40Cr，A选取105，由此可的最小轴径估算值为：由公式可知，只要最小轴颈的直径大于19.91mm就可满足常规加减速的要求， 轴的结构设计初步完成后，通常要对转轴进行弯扭合成强度校核。对于钢制轴可按第三强度理论计算，强度条件为：式中：e当量应力(Nmm2)； Me当量弯矩(N·mm)； M危险截面上的合成弯矩； MH、MV分别为水平面上、垂直面上的弯矩； W轴的抗弯截面系数（mm3）对圆截面轴W0.1d3，目前已选定材料40Cr，调质处理，查表 =75，固安全。根据经验和轴盘尺寸比例，轴颈选择为37mm，其余各段轴颈的尺寸和结构确定主要考虑一下原则：1）轴上零件的轴向、周向定位准确，牢固可靠；2）减少应力集中，提高轴的强度和刚度；3）轴上零件位置合理并易于拆装和调整；4）便于加工，具有良好的工艺性；最终确定的轴结构尺寸如图2-9所示：3.7.2 轴承校核由于本设计选择的深沟球轴承，只承受径向动载荷Fr，根据机械设计手册手册，其径向动载荷P=Fr。其中Fr估算为2000N，轴承两端轴承，单个轴承P=1000N。查机械设计手册，轴承预期寿命计算公式为：其中 温度系数；P当量动载荷kN；n轴承转速r/min；C轴承额定动载荷kN；指数，滚子轴承。查机械设计手册，由于轴承转速为1500r/min，因为工作环境温度低于120，所以。查机械设计手册可得，单列深沟球轴承额定动载荷为4550N。因此轴承预期计算寿命为：查机械设计手册，推荐的轴承预期计算寿命为，由于设备每天工作八个小时，且利用率较高，因此取（20000h-30000h），显然计算出的预期寿命完全满足设计要求。3.7.3 齿轮设计计算本设计中尺寸的作用主要是换向，所以齿数选取一样，为了减小设备空间占用，尽量减小齿数。1） 选取齿轮的材料、热处理方法和硬度 材料45钢，调质处理2） 选取精度等级 初选8级精度，按照GB/T 10095。3） 选取齿数 为了减小空间占用和重量，同时防止跟切，直接选取齿数为17的齿轮。4） 初选齿宽系数5） 确定载荷系数K查的使用系数；估计圆周速度v=4m/s，,查手册得动载系数，查的齿间载荷分布系数，齿向载荷分布系数，所以载荷系数6） 计算转矩7） 查手册得区域系数8） 计算分度圆直径9） 计算模数，圆整成标准值，取m=4mm。10） 分度圆直径11） 计算齿宽，取25mm。4.标准件设计选型4.1 伺服电机的选型 根据2.3节对转盘加速要求中计算的驱动功率，选择2倍的安全系数以便适应调整升速时间的要求，选取电机功率为55KW，额定转数3000r/min,经过多方市场调研，研究各厂商产品的性价比，最终确定选择四川埃姆克伺服科技有限公司，型号为：FDH16-3-175-55KW-4-300JX的伺服电机，该电机额定转矩175Nm，恒功率最高转数8000r/min，电机外形如图2-9所示：图2-9 伺服电机选型结构图4.2 同步轮的选型 同步轮是安装在FDH16-3-175-55KW-4-300JX伺服电机上的元件，可以带动同步带运转，具有传递动力的作用。因为该简易苎麻纤维提取设备属于精加工类型，在选取加工类型精度比较高的同步带轮，依据表2-8，选取合适的同步带轮参数如下：大同步轮： 小同步轮齿距：14mm 齿距：14mm齿数：32 齿数：20槽宽：40 mm 槽宽：40 mmd1 节圆直径：294mm d1 节圆直径：168mmd 内径：60mm d 内径：45mmL总长：86 mmL 总长：70 mm表2-3 MXL,，XL同步轮规格表4.3 同步带的选取 根据同步带轮的选型，在满足啮合的条件下，选择MXL同步带，相关参数如下：齿距：15 mm齿高：10 mm齿厚：25 mm同步带的二维图见图2-10图2-10 同步带的二维图4.4 深沟球轴承的选型 深沟球轴承主要承受纯径向载荷，也能承受轴向载荷，承受纯径向载荷时，接触角为零，结构简单，使用方便，应用广泛。在苎麻纤维提取设备中，该轴承主要是支撑传送带的压应力，所以主要承受的是径向静载荷。由于苎麻纤维提取设备构中，深沟球轴承主要是承受静载荷，所以深沟球轴承的选择可以按额定静载荷计算7，计算公式见式C0=S0P0<C0r 式中 C0基本额定静载荷计算值，N；S0安全因数，安全因数选择见表2-9；P0当量静载荷，N，计算公式见表2-10；C0r轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定静载荷，NC0a轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定静载荷，N根据表2-8，径向当量静载荷载荷P0r的公式: P0r=X0Fr+Y0Fa根据表2-9，S0取2计算深沟球径向当量动载荷时，X0=0.6，Y0=0.5；即P0r=0.6Fr+0.5Fa 且当P0r < Fr时，取P0r = Fr因为苎麻纤维提取设备同步带绷紧时，对深沟球轴承的径向压应力约100N；轴向应力可忽略不计。所以P0r = Fr = 50NC0=S0P0=S0P0r=S0Fr=2×10= 200 N根据基本额定静载荷的计算，查机械设计手册第二卷P1055的深沟球轴承技术参数表（见表2-11），选择合适的深沟球轴承。最后，综合顶框设计以及C0的值，根据表2-11，选择628/8型深沟球轴承作为传送带轴承。5. CAE结构分析5.1 CAE技术 CAE（Computer Aided Engineering）是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定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，它作为一项跨学科的数值模拟分析技术，越来越受到科技界和工程界的重视。8随着计算机辅助技术的推广和进步，CAE系统的功能和计算精度都有着极大地提高，各种基于数字三维建模的CAE系统应运而生，并现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。5.2 CAE软件 CAE软件是迅速发展中的计算力学、计算数学、工程科学、工程管理学与现代计算技术相结合，而形成的一种综合性、知识密集型信息产品。常用的CAE分析软件如Ansys、Abaqus、Adina、MSC等，本次毕业设计所使用的CAE分析软件就是Ansys有限元分析软件。 Ansys是一款功能强大的有限元分析与优化设计系统，可用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。它现在已广泛应用于航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等领域。95.3 CAE分析对象 本毕业设计的简易苎麻纤维提取设备，在所有零件结构中，转盘轴机构的45钢材是最容易出现断裂，折弯的地方，所以本设计主要的CAE分析对象就是转盘轴轴和转盘机构的45钢材。5.4 Ansys有限元分析过程 有限元分析主要要经过前处理、有限元分析、后处理这三大过程，本节主要以校核转盘轴所受的应力和变形为例来介绍说明Ansys分析的整个过程。滚筒为主要受力和工作零件，所以非常有必要对其进行受力的仿真模拟分析，来确定结构强度是否可以达到工作要求。本次仿真用到的软件为SolidWorks 2013的simulation模块，分别对滚筒的单向受力和扭转两种情况进行了分析。分析结果如下：5.1 滚筒的单向受力仿真分析位移云图5.2滚筒受扭矩的仿真分析应力云图由以上彩色云图可知，滚筒在任何受力情况下应力集中部位都没有出现超过屈服强度的情况，也没有出现大变形的出现。结构设计满足刚度和强度要求。 结论 本次毕业设计主要完成了简易苎麻纤维提取设备整体结构的设计并且基于CAE技术完成了简易苎麻纤维提取设备重要结构部件的有限元分析和参数校核，具体结论如下： 确定了简易苎麻纤维提取设备整体结构设计，整体框架为四边型，完成了简易苎麻纤维提取设备底座的设计、转盘机构的设计、输出机构的设计。 确定了设计中所用标准件的规格选型，其中包括：框架型底盘材为PLA材料；转盘及转盘轴为45钢型材料；轴承支撑座为5A06铝型；挤出机及动力元件所使用的伺服电机为FDH16-3-175-55KW-4-300JX的伺服电机；选用的同步带和同步轮为MXL型号；滚动轴承为628/8型深沟球轴承；确定了PLA材料的非标准件，其中包括：电机底座、试验台底座等PLA非标准件。 确定了简易苎麻纤维提取设备的控制系统，通过伺服电机与同步轮、同步带的联动使机构空间上旋转运动，使苎麻纤维提取设备可以在一个150mm×800mm×1600mm空间内完成实验工作。 根据CAE分析所得到的45钢型材料的转盘轴和转盘，发现其所受的应力和变形量都极小，结合他们材料的属性得出设计符合要求。本次毕业设计的简易苎麻纤维提取设备，它的结构简单，操作方，空间友好，即使在比较小的空间下也能够实现苎麻纤维提取设备模型的，这样可以让苎麻纤维提取设备更好地走向在实验室，为工作试验提供了一个新的思路。结合本次毕业设计和苎麻纤维提取设备的发展趋势，对于未来苎麻纤维提取设备的展望，我认为将来可以设计种基于传感器追踪反馈闭环系统的苎麻纤维提取设备，这种可以在试验过程中可以根据所读取的运动信息与现实工况对构进行微调整，使苎麻纤维提取设备的精度再提高一成，得到更加精确实验数据。参考文献1 成雄伟. 我国苎麻纺织工业历史现状及发展J. 中国麻业科学, 2007, 29(B02): 77-85.2 王亚梅, 徐珍珍, 陈军, 等. 高支纯亚麻嵌入式复合纱的工艺探讨J. 河南工程学院学报: 自然科学版,