机械毕业设计开题报告（精选2篇）

机械毕业设计开题报告 篇1

一、本课题研究现状、研究目及意义

1.研究现状：

目前，国内对水果分级装备的研究起步较晚，商品化的水果品质检测分级设备比较少；但是，随着机器视觉技术的发展，有越来越多的学者开始对苹果、柑橘、黄桃等水果的品质特征进行研究，并研制了部分水果检测分级装备。由于国内相关技术的不成熟，现有的检测分级装置检测研究对象多为苹果、芒果、猕猴桃、柑橘等小型水果，而目前针对哈密瓜的分级研究基本上处在理论层面，还没有应用到实际生产中，仍需要进行继续深入的研究。目前，哈密瓜的市场需求量在逐年增加，因此迫切需要一种针对哈密瓜大小分级的设备及技术解决当前的问题。

2.研究目的与意义：

哈密瓜是新疆地区的名优特产，素有“瓜中之王”的美称，含糖量高，奇香袭人，不仅香甜可口，而且营养成分十分丰富，被誉为“水果皇后”.然而，目前哈密瓜采摘后的检测方式主要采用人工分拣方法，效率低下，随意性大，往往带有人的主观因素，造成分选不规范，分选精度低；同时分拣时间长，水果腐烂变质及客户等待时间较长等问题突出，造成资源和时间的双重浪费，致使经济效益下降，最终影响了哈密瓜在市场上的竞争力。因此，对哈密瓜进行自动化分级显得尤为重要。

本研究针对目前新疆哈密瓜主要依靠人工在田间地头进行分级的现状，设计了一种翻转式哈密瓜分级装置。

二、本课题研究内容

1总体设计

1.1总体结构

本装置包括机架、进料口、卸料口、传送系统、承载水果装置、控制系统和分级执行装置。传送系统包含电动机、同步皮带、主动链轮、从动链轮和链条输送带；控制系统包含对射式激光传感器、传感器支撑架、三菱PLC和PLC支撑架；分级执行装置包含分级执行装置支撑架、支撑轴、调速电机、凸轮和棘轮。

1.2工作原理

工作时，电动机带动传送系统工作，传送系统带动承载水果装置工作，哈密瓜由进料口进入承载水果装置。当承载水果装置通过对射式激光传感器区域时，哈密瓜触发对射式激光传感器，按照所触发的对射式激光传感器的对数将哈密瓜分为大、中、小3个等级；对射式激光传感器将信号传给三菱PLC，通过预先设置好的程序使三菱PLC控制相应的调速电机转动，调速电机控制凸轮转动；凸轮通过转动使相应的水果托盘翻转，进而使哈密瓜进入相应的卸料口，实现哈密瓜的分级；拉伸弹簧拉动水果托盘回到初始位置，凸轮继续转动至初始位置后通过与棘轮作用停止转动，等待下一次转动。

2哈密瓜承载装置设计

2.1材料与方法

本次试验材料选用品种为“金皇后（欣源蜜6号）”的成熟哈密瓜样本，样本个数为100个，产地为新疆兵团农六师103团哈密瓜种植基地。根据当地瓜农的经验和哈密瓜的全生育期（85~110天左右），在哈密瓜成熟期对此种哈密瓜进行两批次采收，每次均采收50个，且采收时间间隔不能超过3天，共得到100组有效试验数据。

2.2水果托盘曲线确定

通过对哈密瓜球度的计算，可以看出“金皇后（欣源蜜6号）”品种哈密瓜形状规则，接近于球形，因此需要设计一种类球形的水果托盘。选取哈密瓜理论平均纵径做为椭圆的长轴r1，哈密瓜理论平均横径做为椭圆的.短轴r2，并选定用于设计水果托盘的曲线。

2.3承载水果装置设计

承载水果装置由转动轴、减震弹簧、水果托盘支撑座、水果托盘缓冲垫、装置支撑座、拉伸弹簧和水果托盘组成。其中，装置支撑座与链条长销轴相联，减震弹簧固定在水果托盘支撑座和装置支撑座之间；水果托盘通过转动轴与水果托盘支撑座联接，其缓冲垫固定在水果托盘支撑座上，拉伸弹簧用于联接水果托盘和水果托盘支撑座。承载水果装置是哈密瓜分级装置中的关键部件，该装置中水果托盘的主要作用是实现哈密瓜承载传送和翻转；减震弹簧和水果托盘缓冲垫主要作用是当哈密瓜由进料口传送至水果托盘时实现减震和缓冲，避免哈密瓜出现损伤；拉伸弹簧的主要作用是当水果托盘翻转后将水果托盘拉回原位置。

3分级系统设计

3.1分级执行装置设计

分级执行装置由凸轮、棘轮、支撑轴和调速电机组成。其中，支撑轴固定在分级执行装置支撑架上，棘轮固定在支撑轴上，凸轮绕支撑轴转动。通过固定在分级执行装置支撑架上的调速电机带动凸轮绕支撑轴转动，凸轮在转动过程中通过与水果托盘作用，驱动水果托盘翻转，进而使哈密瓜翻转并实现哈密瓜的分级；凸轮每次工作后都回到初始位置，通过与棘轮的作用实现凸轮静止。

3.2分级控制系统工作原理

分级控制系统由多对对射式光电传感器、三菱PLC和调速电机组成。首先，通过试验获取哈密瓜相关数据建立哈密瓜质量-纵径数学模型，根据所建立的数学模型确定对射式光电传感器的安装位置，并确定哈密瓜经过传感器时触发传感器个数与哈密瓜质量的关系；然后，PLC通过获取传感器被触发个数的信息间接获取哈密瓜的等级信息，并根据间接获取的哈密瓜等级信息控制相应的调速电机转动；调速电机控制凸轮旋转并驱动水果托盘翻转，最后完成哈密瓜的分级。

三、实施方案：

1哈密瓜表面清理及编号。对所采收的哈密瓜使用干毛巾进行表面清洗，用小刀切除果梗，并对哈密瓜进行编号，将编号为1~100的记号纸贴在哈密瓜果梗处。

2哈密瓜外形尺寸测量。对已经编号的哈密瓜样本，使用高度划线游标卡尺测量哈密瓜样本纵向长轴的长度a、横向短轴的两个长度b和c.其中，短轴的两个长度b、c测量方式是短轴处相互垂直的两个位置进行测量，通过公式求出哈密瓜的球度.在测量哈密瓜纵径时需要人工将哈密瓜竖立，由于竖立过程人工参与，可能存在一定的偏差，故此处均采取多次测量取平均值的方法。每个哈密瓜样本的尺寸数据测量3次并详细记录每次所测量的数据，将每个哈密瓜样本的3组试验数据取平均值作为哈密瓜的尺寸数据，并最终以100个哈密瓜的平均横纵经值做为哈密瓜的理论横纵经值。

四、进度安排：

第1-4周实习调研、收集资料；

第5周完成开题报告；

第6-7周完成总体方案设计；

第8-11周完成机械结构、驱动系统、控制系统设计计算；

第12-15周绘制装配机总装配图、零件图；并绘制驱动系统原理图、控制系统原理图；

第16周整理文档图纸完成毕业设计说明书；

第17周校对所有设计内容参加毕业设计论文答辩。

五、已查阅主要参考文献

[1]朱培逸，王引佳，高珏，等.基于PLC和组态王的水果品质分级系统设计[J].农机化研究，-106.

[2]张俊雄，荀一，李伟，等.基于计算机视觉的柑橘自动化分级[J].江苏大学学报:自然科学版，-103.

[3]安爱琴，余泽通，王宏强.基于机器视觉的苹果大小自动分级方法[J].农机化研究，-166.

[4]刘燕德，吴明明，孙旭东，等.黄桃表面缺陷和可溶性固形物光谱同时在线检测[J].农业工程学报.

[5]王运祥，马本学，贾艳婷，等.采用夹持果梗方法的水果检测分级机设计[J].食品与机械，-110.

[6]葛纪帅，赵春江，黄文倩，等.基于智能称重的水果分级生产线设计[J].农机化研究，-130.

[7]吴晓强，黄云战，赵永杰.基于运动控制器的苹果质量分级系统[J].食品与机械，-116.

[8]李晶，张东兴，刘宝.苹果分级机输送与翻转机构设计[J].农业机械学报，-161.

机械毕业设计开题报告 篇2

课题名称：MK2110数控磨床模拟与床身优化设计

课题背景：(标题按小四黑体)

随着全球经济一体化的形成，整个机床行业的市场竞争必将愈演愈烈。目前，国内机床产品的技术水平还相对落后，就设计方法而言，尚处于经验、静态和类比的传统设计阶段，对动力学模拟和结构动态特性考虑得不多，动态优化软件使用率也相对较低。新产品开发缺少结构动力学建模和优化的动态设计方法，就很难提高机床质量和生产效率。中国的机床制造行业的形势将变得更为严峻，将面临更为强大的竞争对手，如果我们的机床制造企业还没有先进的设计制造手段作为技术支撑，仍然抱着传统的设计方法不放，那么靠什么与对手竞争?如何在国外高档机床大举进攻中国市场的严峻形势下，保留住中国机床原有的半壁江山?然而可喜的是，国内己有许多制造企业和科研院所认识到了这一点，高档机床的设计制造是战略行业，中国不能在这种行业上受制于人，必须加快先进动态设计技术向具体产品开发的应用转移。东南大学、天津大学和昆明理工大学等高校在这方面己进行了研究，取得了一定的成果。为此，本毕业设计以MK2110数控磨床的数学模型为基础，着重对磨床的动力学和床身的结构优化设计进行了细致的研究。(小四宋体)

课题内容：

1.提出：对于高速磨床来说，磨削精度是影响磨削质量的关键因数，而电主轴芯在磨削过程中的运动变形又是影响磨削精度(如表面磨削波纹等)的重要因素。用传统的刚性体来模拟电主轴芯的运动难以精确地模拟实际工况下变形情况，若不考虑柔性体的影响，将会存在很大的误差。所以，有必要用柔性体代替刚性体对电主轴芯进行动力学。磨床床身是磨床的重要基础件，起着支撑工件、工作台、床头箱和内圆磨削装置关键部件的作用。它的动态特性和静态特性直接影响磨床的加工精度和工件的表面粗糙度，关系到磨床是否能安全可靠的工作及整机的使用寿命。因此有必要了解床身结构本身具有的刚度特性和动态特性，对其进行优化设计，以提高磨床整体的动静态性能。

2.解决方法：虚拟样机技术是在设计阶段就对设计的产品进行性能测试，从而使生产出来的产品最大可能的满足设计目标。通过运用ADAMS软件对刚性体和柔性体模型整体进行动力学仿真。运用有限元ANSYS软件对床身进行静刚度分析和模态分析，通过改变床身内部筋板布局对其进行结构优化。有限元(Finite Element Analysis)的核心思想是结构的离散化，就是将实际结构假想地离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析。

3.设计内容：针对该磨床进行力学分析，应用动力学分析软件ADAMS进行工作状态下运动学与动力学模拟分析，并应用有限元软件ANSYS进行静刚度分析、模态分析和结构优化。其中静刚度分析主要是研究磨床床身在固定载荷的作用下的变形及应力状况，这对掌握机床的机械特性大有帮助;其次，床身结构的动态特性是影响磨床产品性能的关键因素之一，而研究其动态特性的方法主要是进行模态分析，主要内容是确定磨床床身的震动特性既固有频率和主振型，它们是承受动载荷的重要参数;最后是通过改变磨床床身内部筋板布局，分析各布局的动静态特性，进行结构优化。

课题意义：

建立一个真正反映结构系统动态特性的磨床动力学模型，仅仅是进行结构动态优化设计的先决条件，而不是最终的目的。动态设计的最终目的，是利用系统的动力学模型以期获得一个具有良好的静、动态性能机床结构产品设计方案。通过对磨床进行力学分析，应用动力学分析软件ADAMS进行工作状态下运动学与动力学模拟分析，通过虚拟试验和测试，在产品开发阶段就可以帮助设计者发现设计缺陷，并提出改进方案。应用有限元分析ANSYS，对床身进行静力学分析和模态分析，可以通过变形云图，查看结构的薄弱环节以及结构固有频率，通过对薄弱环节的分析，提出解决方案，优化结构。

文献综述

国内外研究现状：

目前，磨床的动特性分析主要以有限元法为主，随着计算机技术的发展，普遍采用通用的工程有限元软件进行建模、优化与仿真计算，所建的模型由试验数据进行修正。我国机床工业至今仍与国外存在着技术上的差距，不少国外机床在样本中标明他们的床身、立柱等基础件经过了有限元分析，因而具有优异的动、静刚度、热变形等性能，但我国的机床样本中做的很少。不过我国高校、研究所等单位已经拥有了这方面的技术资源。

美国Catholic大学GBiabchi等进行了机床的动态设计与控制相结合的研究，Michigan大学的T.Jiang和M.Chiredast在应用有限元法和动态分析的基础上，利用数学模型来模拟机床结构的联接形式，建立了机床整机的动力学模型，并对机床结合面联接件的位置与数量进行了拓扑优化设计。

陕西理工学院侯红玲等在对机械系统进行运动学分析时，将ANSYS与ADAMS两个软件结合使用，可以精确模拟整个系统的运动，取得动力学仿真结果。ADAMS软件是著名的机械系统动力学仿真分析软件，分析对象主要是刚体，但与ANSYS软件结合使用可以考虑分析零部件的弹性，同样ADAMS的分析结果可为ANSYS分析提供相应的边界条件。这些工作对于支持并加快提升企业的自主技术创新能力具有一定的意义。

东南大学的陈新、孙庆鸿在ANSYS软件上建立高精度内圆磨床M2120A整机结构动力学模型和动力学分析。在建模过程中，分别采用体单元、弹簧—阻尼单元和3D梁单元、三维接触单元模拟主要零部件、转子系统和结合部，该方法采用有限元法，用商品化软件进行建模和分析，全部采用软件中的现有单元，其效率和精度高。

汤文成等对床身结构的静、动态特性进行分析和优化设计，通过分析和研究得出改变床身的筋板类型和布局设计是提高床身床身结构的静、动态特性的有效手段，并且提出了以导轨的振动变形量作为床身结构设计的.主要依据，建立了床身的结构模型，以床身的结构参数为设计变量，各设计变量对床身动态性能贡献加权作为结构优化设计的目标函数，最后得到最优的床身设计方案，同时在机床的参数化设计等方面进行了有益的尝试。

通过以上的综述可以看出，应用ADAMS软件对机床结构动态特性的研究基本以机床单件或部分子结构的组合为对象，从整机的角度建立包括主轴转子系统在内的整机完整的动力学模型进行研究相对较少，而且运用柔性体理论对磨床整体进行动力学仿真分析也不多见，大部分还是刚性体仿真。另外，对床身进行优化设计时还是局限于改变筋板横向或径向数目进行优化设计。

参考文献：

1.陈新，高精度内圆磨床结构动力学建模与优化设计研究[D]，南京:东南大学博士学位论文，2001

2.毛海军，新一代数控内圆磨床的动力学建模与优化[D]，南京:东南大学博士学位论文，2000

3.李增刚，ADAMS入门详解与实例[M]，北京:国防工业出版社，2006

4.张朝晖，ANSYS11.0结构分析工程应用实例解析(第二版)[M]，北京:机械工业出版社，2008.1

5.Biabchi.G，Paolucci.F，Towards Virtual Engineer in Machine Tools Design.Annals of the CIRP，1996，45(1):381～384

6.Jiang.T，Chirehdast.M.A，System Approach to Structural Topology Optimization:Designing Optimal Connections.Journal of Mechanical Design，1998，(12):619～621

7.侯红玲，基于ADAMS和ANSYS的动力学仿真分析[J]，现代机械，2005(4):62～63

8.周德廉，陈新，孙庆鸿，高精度内圆磨床整机动力学建模及优化设计.东南学学报.2001，31(2):35～38

9.陈新，机床结构的动力学模型建立及其动态优化设计[D]，黑龙江:哈尔滨工业大学硕士论文.1987

10.汤文成等，机床大件结构的拓扑优化设计[J]，东南大学学报，1996(5) :35～38

11.汤文成，工程结构分析的现状与应用的若干问题[J]，计算机辅助设计与制造，1996(10):17～19

12.汤文成，板厚对机床床身的动静特性的影响[J]，制造技术与机床，1997(3) :28～31

研究内容:

针对MK2110数控内圆磨床，应用多体动力学分析软件ADAMS进行工作状态下刚性体动力学仿真。将电主轴芯柔性化，进行工作状态下柔性体动力学仿真。应用有限元软件ANSYS对磨床床身进行静力学分析、模态分析和结构优化。其中静力学分析主要是研究磨床床身在最大工作载荷的作用下的变形及应力状况，这对掌握机床的机械特性大有帮助;另外床身结构的动态特性是影响磨床产品性能的关键因素之一，通过模态分析研究其动态特性，确定磨床床身的振动特性和主振型，它们是承受动载荷的重要参数;最后对磨床床身进行结构优化，通过改变床身内部筋板布局，分析各种布局的振动特性和静态特性，选择最优的方案。

研究计划：

第一周：资料收集与文献检索

第二周：英文资料翻译

第三周：编写开题报告

第四周：提交开题报告

第五周：学习软件与建立磨床三维建模

第六周：学习软件与建立磨床三维建模

第九周：动力学分析

第十周：动力学分析

第十一周：结构分析

第十二周：结构优化分析

第十三周：编写论文

第十四周：编写论文

第十五周：编写论文

第十六周：提交论文并完成答辩

特色与创新

1.利用ADAMS软件对MK2110磨床进行动力学仿真，绝大多数研究还是主要应用ANSYS作分析。

2.运用了先进的三维建模软件实现对复杂模型的建立，弥补了有限元分析软件ANSYS建模功能的不足。

3.将电主轴芯柔性化，对整体进行动力学仿真。

4.针对ANSYS软件不适合机械动力学分析，ADAMS软件不适合有限元分析的状况，将ANSYS和ADAMS两种分析软件结合起来对柔性体进行仿真分析。

5.在有限元分析过程中综合运用了静刚度分析，模态分析等常用分析方法。

6.提出新的改变筋板布局的方式，对床身进行优化设计。