基于 MATLAB 的旋耕机刀轴优化设计.pdf

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1、第50卷第9期V01．50No．9农业装备与车辆工程AGRICULTURALEQUIPMENT＆VEHICLEENGINEERING2012年9月September2012doi：10．3969／j．issn．1673—3142．2012．09．004基于MATLAB的旋耕机刀轴优化设计张国庆．周新民(650224云南省昆明市西南林业大学机械与交通学院)[摘要】针对旋耕机刀轴传统设计强度过于保守的缺点，采用机械优化设计方法，建立了旋耕机刀轴优化设计的数学模型，用经典力学方法给出初始值，再用Matlab软

2、件进行优化。结果表明效果显著。可大大节约材料和成本。[关键词]旋转耕耘机；数学模型；优化设计[中图分类号]$222[文献标志码]A[文章编号]1673—3142(2012)09-0013—03OptimizationDesignofRotaryTillerShaftBasedonMATLABZHANGGuo—qing，ZHOUXin-min(SchoolofMachineryandTransportation，SouthwestForestryUniversity，KunmingCity，YunnanP

3、rovince650224，China)[Abstract]Aimingattheshortcomingsofmoreconservationintraditionaldesignfortherotarytillershaft，amachineoptimizationdesignmethodisadopted，amathematicalmodelofrotarytillershaftisestablished．ThewayisUsingtheclassicalmechanicstogivetheinit

4、ialvalueandusingMatlabforfurtheroptimization．Theresultshowsthatoptimizationisremarkable，foritcangreatlysavematerialandreducecost．[Keywords]rotarytiller；mathematicalmodel；optimizationdesignO引言旋耕机在切削过程中刀轴是主要承载部件．刀轴承受土壤反力和发动机的驱动力矩产生扭转、弯曲等组合变形。同时产生强烈的冲击．振动。然

5、而使用中发现用传统的设计准则设计出的刀轴强度过于保守．因此本文将对旋耕机刀轴进行优化设计，从而提高设计的合理性，为旋耕机刀轴的改进设计提供理论依据。1旋耕机刀轴的受力分析旋耕机刀轴运转时每把刀片相间入土．承受扭转、弯曲复合载荷作用。就受弯来说，刀轴的力学模型可简化为一受若干集中载荷作用的简支梁(如图1)。集中载荷的角度和位置由刀片的排列方式决定，刀轴任意载面处的弯矩方程为图1旋耕机刀轴力学简化模型Fig．1Simplifiedmechanicsmodelofrotarytillershaft收稿日期：2

6、012—05—21修订13期：2012-05—31M(x、=主竽只戈(嘛≤￡，)i=1L窆毕￡戈一∑t只(戈‘)(L。≤。，澍，2’3．Ⅶ)i=1‘i=1根据此弯矩方程再结合刀片排列方式可推出刀轴中部(J=L／2)为危险截面。2旋耕机刀轴设计的数学模型因刀轴属于既承受弯矩又承受扭矩的转轴，因此应按弯扭合成强度条件进行计算。通过轴的结构设计。其主要的结构尺寸、支反力和轴上零件的位置均已确定，以及外载荷的作用位置，轴上的载荷已可以求得，因此可按弯扭合成强度条件对刀轴进行强度校核计算。2．1轴的计算模型旋耕机

7、刀轴承受的载荷是从轴上零件传来的。运算时从而可将轴上刀片的分布载荷简化为均布载荷Q=[M／L=550．1N／m]，变速机构的自重简化为集中力P，作用位置取在载荷分布段的中点。常常把轴看作放置于铰链支座上的梁。2．2强度校核已知轴的弯矩和扭矩后．可进行弯扭合成强14农业装备与车辆工程2012焦度校核计算。按第三强度理论，计算应力叮c小可爵Q由弯矩产生的弯曲应力盯通常是对称交变应力，而由扭矩所产生的扭转切应力丁则通常不是对称交变应力。对两者交变特性不同影响的考虑，可引入折合系数，因此计算应力为吒。=Vtr‘

8、+4(0[r．)。式中，弯曲应力为对称交变应力。当扭转切应力为对称交变应力时。取t：It一-1：当扭转切应力为静应力时，取a一0．3，当扭转切应力为脉动交变应力时，取a一0．6。对于直径为D的圆轴，弯曲应力盯：可M，扭转切应力r2亩5云r，将∥和丁代入上式，则轴的弯扭合成强度条件为吁＼／(等)+4(劳)：塑掣≤h]。式中，以厂一轴的计算应力，MPa；W——抗弯截面系数，mm3；卜轴所受的扭矩，N·ram；[口一。]——对称交变应力时轴的许用