毕业设计（论文）JZJ72型饺子机有限元分析.doc

毕业设计（论文）JZJ-72型饺子机有限元分析学 生 姓 名 指 导 教 师 专 业 机械设计制造及其自动化 学 院 轻工学院 2011年06月01日Graduation Project (Thesis) The FEA of JZJ-72-Dumpling MachineStudentSupervisorSpecialtyMachine Design Manufacture And AutomaticSchool Harbin University of Commerce 2011-06-01毕业设计（论文）任务书姓名 学院 轻工学院班级 07-3专业 机械设计制造及其自动化毕业设计（论文）题目： JZJ-72型饺子机有限元分析立题目的和意义： 饺子机是大规模生产的装备，具有省时、省力、效率高的优点，是典型的机电一体化产品。通过本课程设计，学生可以在方案设计、结构设计、理论论证方面得到必要的训练，尤其在计算机辅助工程（CAE）方面得到必要的训练；掌握有限元方法的基本理论与简单应用，有助于学生对设计的合理性的理解，并提高他们综合运用所学知识解决工程实际问题的能力。技术要求与工作计划：技术要求：1生产率为7200(个/小时)；2饺子重量为15-20克/个；3. 功率不超过2千瓦；工作计划：1. 完成总体方案设计（根据技术要求，确定功能原理方案及整体结构）；2. 完成成型机构总装配图；3. 零件图；4. 对重要部件用有限元法进行分析与校核；5. 完成论文； 时间安排：1-3周 毕业实习、调研、搜集毕业设计资料4-5周 总体方案设计（第一阶段检查）6-12周 结构设计、完成装配图设计（第二阶段检查）13周 零件图设计14周 整理说明书(第三阶段检查)15周 评阅、准备答辩16周 答辩 指导教师要求： 按计划、按要求完成毕业设计任务（签字） 年 月 日教研室主任意见：（签字） 年 月 日院长意见：（签字） 年 月 日毕业设计（论文）审阅评语一、指导教师评语：指导教师签字：年 月 日毕业设计（论文）审阅评语二、评阅人评语：评阅人签字：年 月 日毕业设计（论文）答辩评语及成绩三、答辩委员会评语：四、毕业设计（论文）成绩：专业答辩组负责人签字： 年 月 日五、答辩委员会主任单位： （签章） 答辩委员会主任职称： 答辩委员会主任签字： 年 月 日摘 要车床数控化改造研究是提高我国技术装备水平的重要项目。我国目前拥有大量超期服役和技术陈旧的机床急待更新。由于资金受限，相比于添置新的数控车床，对车床进行数控化改造是一条节约资金、快速上马的有效途径。车床的数控化改造具有针对性强、大大节约原材料和资金以及扩大机床应用范围等优点，主要内容包括总体设计方案的确定、对车床导轨进行改造设计和自动回转刀架的选型与安装等。关键词: 车床 改造 数控化 节约Abstract NC lathe research is to improve the level of technical equipment important project. China currently has a large number of extended service and technical obsolescence of the machine urgently updated. Limited because of funding, compared to purchasing new CNC lathe, CNC lathe transformation of a savings is quickly launched an effective way. Transformation of the NC lathe has targeted a significant reduction in raw materials and capital and to expand the scope of application tools, etc. The main contents include the determination of the overall design scheme, designed to transform the rail on the lathe rotary tool holder and automatic selection and installation . Keywords: CNC Lathe savings目 录摘 要IAbstractII1.绪论31.1 课题研究背景31.2 饺子机的现状与未来发展趋势31.2.1饺子机的现状31.2.2 饺子机未来发展趋势51.3 本课题研究的主要内容与技术方案51.4 有限元基本理论71.4.1有限元法发展概述71.4.2有限单元法的基本理论71.4.3线弹性体有限元分析81.4.4 弹性问题基本力学方程92.饺子机有限元分析的理论基础102.1 饺子机的工作原理 基本参数及结构特点102.1.1 饺子机的工作原理102.2 改型后机器的总体方案102.2.1 成型架传动系统的改进122.2.3 饺子机的结构122.3 有限元介绍152.3.1 有限元基本思想152.3.2 有限元分析步骤152.3.3 有限元的优点162.4 计算软件的选择172.4.1 SolidWorks Simulation 软件简介172.5 本章小结173.饺子机的模态分析183.1 关于振动的相关知识：183.1.1根据研究目的不同，可将一般振动问题分为以下基本类型：183.1.2 振动系统的模型分类：193.1.3 根据阻尼模型的不同，振动结构可分为：193.2 模态分析的概述:193.3 模态分析基础：203.3.1 材料属性：203.3.2 频率与模式形态：203.3.3 基本频率：203.4模态分析研究对象：203.4.1 模型参数21图3-1材料参数213.4.2网格划分213.4.3约束213.4.4 箱体模态分析结果评价223.5 本章小结：244. 辊轴的静力学分析264.1 结构静力学分析基础264.2 辊轴的静力学分析264.2.1 模型参数264.2.2 网格的划分264.2.4 静力分析结果评价284.3本章小结314.4有限元分析总结31结 论32参考文献331.绪论1.1 课题研究背景饺子不仅是中华民族的传统每食，更是中国传统文化的象征。饺子好吃却难包，手工包饺子又慢，人们一直在寻求包饺子的快捷方法。解放前中国的工业水平低下，难以设计出什么好的产品，新中国成立以后，百废待兴，人们在这方面进行过长时间的探索 ，终于在仿照日本同类产品的基础上设计生产出一种大型的饺子机，饺子机是一种模拟人工包制饺子的机器，而且更换模具后可生产出各式各样的精美食品，它生产能力大，具有省力、省时、效率高的优点，是典型的机电一体化产品。随着人们生活水平的不断提高，对饮食要求也将越来越高，饺子机的市场需求有也将越来越大。有限元分析可被用来分析比较复杂的、用一般地代数方法无法足够精确地分析的系统，它可以提供使用其它方法无法提供的结果。如今，有限元方法的应用已经不仅仅局限在固体力学领域，可以说，有限元法可解决几乎所有的连续介质和场的问题。在机械工程、土木工程、航空结构、热传导、电磁场、地质力学和生物医学工程等各个领域中得到越来越广泛的应用，因此对于有限元分析的研究具有重要意义。1.2 饺子机的现状与未来发展趋势1.2.1饺子机的现状据国家统计局的资料，全国食品工业总产值1995年为452275亿元，跃居各行业首位；1996年达474143亿元；1997年达606896亿元。据不完全统计1995年食品机械总产值117亿元，是1986年的96倍；“八五”期间全国食品与包装机械销售总额700亿元，1996年总产值200亿元，1997年国内产品销售额225亿元，产品2700多种，进口1824亿美元，已成为机械工业十大产业之一。1995年食品机械出口额1.96亿元，比1994年增长29.04，主要是方便面生产线、果蔬加工设备、饮料加工设备、饺子机等。近10年食品机械年均增长率26，比机械工业21高5个百分点；其产值占食品工业总产值比例从1981年的04，上升到1995年的26。目前食品机械尚未统一分类，通常按食品加工专用设备和通用设备或食物资源基础原料加工和深加工来分类，共28类，1700多种，现有成套设备十几种。从上世纪五十年代到今天，饺子机伴随着人们走够了半个过世纪，与此同时饺子机也得到了长足的发展。其表现就是饺子得到了很好的普及，现在吃饺子已不只是北方人的习俗了，全国各地甚至是全世界人们都能很容易吃到可口的饺子了，这当然离不开对饺子机的推广。自从哈尔滨美乐机械厂生产出第一台饺子机后，饺子机并没有得到长足的推广。就是在二十年前饺子机也只有一两个品种，产品单一；绝大多数是单机，设备不配备，不能形成规模化生产。20世纪80年代中期以后，随着国家对食品工业的逐渐重视，饺子机的生产企业也随之增多，而且扩大了对外交流，每年参加都中国国际食品加工和包装机械展览会，吸引了各国厂商参展，加强国内外技术交流与合作，推动了新产品开发，现有产品中75是近10年开发的。同时与美、日、意等10多个国家的行业协会建立了联系，并先后组织有关企业到国外考察和参展。目前全国生产饺子机的企业有数十家之多，这其中不乏一些具有世界一流水平的企业，饺子机的型号也有十余种之多。饺子机的生产能力从当初的两三千个到现在的两万个左右，适合于各种市场需求。智能化饺子机也伴随着人们生活水平的提高而随之诞生了，智能饺子机不但能大范围地改变生产率，而且能随时改变不同的口味和类型。这样不仅避免了浪费，需要多少就生产多少；而且极大地满足了人们的不同口味和爱好。但是我国饺子机目前还面临着许多问题。产品品种少，成套性不强；虽然目前饺子机的品种和二十年前相比已有了很大的发展，但和国外相比还有一定的差距，有些型号的产品国内还没有能力生产；产品质量和国外相比相对较差；饺子机结构不合理，中小型设备低水平重复生产，供大于求，而大型智能化设备研制缓慢，这样一来在国际上没有竞争力，二来低水平的产品耗能甚多，技术落后的产品未能及时淘汰；饺子机的制造企业大多是中小型企业，产值、效益普遍很低，科技开发能力薄弱；我国食品机械行业是个跨部门的产业，各自为政，形成条块分割局面，难以有效形成全国性统一的行业管理，宏观调控、微观指导均无力。显而易见，发达国家食品工业的发达是依靠先进科学技术和加工机械装备精良而发展的。食品机械工业历史悠久，基础雄厚，早已形成独立完备的工业体系；能根据本国或出口需求提供规格齐全、系列化的成套设备和生产线，例如日本饺子机产品品种，几乎是我国的2倍；产值是我国46倍；出口额占年产值的20以上；科技开发投入高，约占企业销售额的10（我国不足1）。近年来发达国家食品机械产品的主要特征是：高新技术实用化，制造工艺先进化，产品节能化，生产线高度机械化、自动化；外形美观，内在质量精良；不断采用新技术、新工艺，使产品标准化、系列化、通用化日趋提高；食品机械生产能力大，效率高，不仅提高了劳动生产率而且改善了劳动条件，降低成本，增强了食品机械产品的市场竞争力。1.2.2 饺子机未来发展趋势我国食品机械与国外先进水平是有一定的差距，毕竟我国发展机械行业和国外相比晚了半个多世纪。但是我国食品机械具有广阔的市场需求，如果按2010年食机产值占食品工业总产值35来计算，则产值达580756亿元，是2000年的2835倍。由此可见我国今后十几年食品工业发展为食品机械行业的发展提供了难得的契机，国内外拥有极大市场。国家有关资料显示到2010年，我国食品机械主导产品达到发达国家20世纪90年代中期水平的应占80，达到20世纪90年代初水平的应占15，达到国际当时顶尖水平的应占5。饺子机作为食品机械的一部分，前景是相当可喜的。有效的对策是科技进步研究区域分布，促进行业整体协调发展。根据区域自然资源和农业资源制定科学合理的食机发展区划，这是科学预测全国饺子机的品种、数量的发展趋势，促进行业布局合理和整体协调发展的重要依据。深化改革，积极组建发展不同类型的企业集团，积极探索打破部门条块分割界限、加强合作的行业管理路子，使高校和研究所凭借技术优势成为企业集团的课题开发、人才培训中心和试验基地。有计划、有重点地引进国外先进技术与设备，目的不能仅为了生产，而是消化吸收、增强自主开发的能力。大胆利用外资，加快企业改革步伐，建立现代企业制度，学习借鉴国外成功企业的科学管理经验。在大型企业内建立试验中心（或与高校科研所联合），各有侧重地开展基础研究、应用研究、新机型开发，政府给予扶持。饺子机的发展有赖于深化国有企业改革，建立现代企业制度，加强企业科学管理；合理调整优化行业结构、产品结构和地区布局；大力加强基础技术、基础件、基础材料和基础单元操作“四基”工作；提高产品质量，加强产品可靠性研究，提高单机和联线可靠性研究，易损件和关键件使用寿命和外观质量研究；通过引进增强自主开发能力；促进机电一体化和高新技术的产业化、商品化；重点开发我国急需的成套设备，增加品种，以高效、高质量的设备来装备食品工业，提高经济效益，积极扩大出口。健全行业标准，完善质量管理法规和政策。增加智力投资，重视科技人才的培养和科研人员的继续教育，加大员工技能的培训，重视队伍建设。加大企业技改力度，提高食机企业的装备水平，有计划、有重点地开展技术改造，特别是采用高新技术，这是提高产品水平的关键。1.3 本课题研究的主要内容与技术方案 本课题基于有限元分析软件Solidworks Simulation平台，对5B型饺子机关键零部件进行有限元分析。技术方案流程图如图1.1所示： 图1.1 技术方案流程图（1） 研究饺子机的相关技术参数和模型特点，为分析提供相应的理论基础；（2） 利用有限元方法对饺子机成型机构主要零、部件进行模态分析，分析出它的振动特性，找出振动中的危险位置；（3） 存在最大静载荷时，对重要零、部件如辊轴进行静力学分析，分析结构的应力 应变和变形的分布规律，根据分析结果进行强度校核；（4） 基于辊轴的模态分析，对活动部件进行动态时域分析，找出应力最集中的部位应力随时间变化的规律；（5） 对重要部件进行疲劳分析，找出疲劳循环次数，疲劳破坏，安全系数，疲劳灵敏性。分析其能否达到疲劳强度的设计要求；（6） 在静力学分析的基础上，对零部件进行拓扑优化，找出零件能去除多余材料的部位，为饺子机的质量优化提供参考；（7） 综合以上结果，对饺子机结构提出相关的修改方案，以使饺子机的结构趋于合理达到优化的目的； 1.4 有限元基本理论1.4.1有限元法发展概述以有限元法为代表的CAE技术是分析各种结构问题的强有力的工具，它是伴随着电子计算机技术的进步而发展起来的一种新兴数值分析方法。有限元法是一种工程数值计算方法，其适应性很强，可以解决各种各样的复杂工程问题对复杂的结构进行动力学性能的研究及优化设计，有限元方法被证明是一种最为成功，应用最广泛的近似分析方法。他是用有限个单元将连续体离散化，通过对有限个单元作分片插值求解各种力学、物理问题的一种数值方法。早期的有限元法是建立在虚功原理的基础上的。一九六零至一九七零年间，基于各种变分原理的有限元法得到了迅速发展，R.J.Melosh等人应用位能原理建立了有限元位移模型;Pian应用余能原理建立了有限元平衡模型;R.E.JoneS、丫Yamamoto等人应用修正位能原理建立了混合有限元模型;Z.M.EliaS等人应用余能原理建立了有限元平衡模型;L.R.Hermann应用Hellinger一Reissner原理建立薄板弯曲的混合型有限元法;0.C.Zienkiewicz、张佑启等人做了进一步发展与应用。这样有限元法便有了坚实的理论基础。进入80年代以来，随着计算机软硬件技术的飞速发展及计算方法的创新，有限元模型建立的技术和方法日趋丰富和完善，模型的规模也从最初的几十、几百个简单单元发展到如今的几万甚至几十万个混合单元，分析对象已经由静态应力发展到动态响应、噪声、碰撞和优化设计。应用大型有限元软件，建立汽车的有限元模型，进行汽车的动静态分析，完成汽车的优化设计，己是各大汽车公司普遍采用的一种手段。对汽车的零部件和整体结构进行动力学仿真和分析，是研究其可靠性、寻求最佳设计方案的主要手段。1.4.2有限单元法的基本理论在有限元法中，变分原理是有限元法的理论基础，而分片插值法则是有限元法的思想核心16。在变分问题的解法中可以采用里兹法和加权余量法。对于一个泛函要求其变分，首先取试探函数 （3-1） 式中 里兹参数 里兹函数 在加权余量法中若取里兹基函数为权函数时，此时的加权余量法则称为迦辽金法变分问题的里兹法和伽辽金法都有相应的力学背景。里兹法对应于弹性力学中的最小势能原理，伽辽金法对应于虚功原理，一般固体力学有限元法都采用虚功原理。1.4.3线弹性体有限元分析线弹性体的有限元分析是结构有限元分析的重要组成部分，其分析过程概括起来可以分为以下六步:(1)结构的离散化所谓离散化是指将待分析的结构用选定的单元形式划分为有限个单元体，把单元的一些指定点设为连接相邻单元的节点，以单元的集合体来代替原结构。单元划分后，对节点和单元进行编号，为以下的有限元法具体分析准备必要的信息;(2)确定位移模式完成离散化工作后，为对典型单元进行特性分析，必须对单元中的位移分布做出合理的假设，也就是假设单元中任一点的位移可用节点待定位移的一个合理、简单的坐标函数来表示，这一坐标函数称为位移模式或位移函数。位移模式的确定是有限单元法分析的关键。比较常用的做法是以多项式作为位移模式，因为其微积分运算比较简单。从泰勒级数展开的意义上来说，任意光滑函数的局部均可用多项式来逼近，可建立如下的矩阵方程: （3-2）式中u一单元中任一点的位移列阵;N一型函数矩阵，其元素是坐标的函数;一单元的节点位移列阵。(3)单元特性分析确定了单元位移模式后，要对单元做以下三个方面的工作即：a. 利用应变一位移关系将单元中任一点的应变用待定节点位移来表示。b. 利用应力一应变关系导出用单元节点位移表示的单元应力矩阵。c. 利用虚功方程建立作用于单元上的节点力和节点位移之间的关系式。(4)集成所有单元的特性，建立整个结构的节点平衡方程在有限元中单元之间仅在节点处连接，单元之间的力只通过节点传递，外载荷只作用在节点上。但是对于实际的连续体，力是从公共边界传递到另外一个单元的，因此作用在单元上的集中力、体积力以及作用在单元边界上的表面力都必须等效的移到节点上去，形成等效节点载荷。某节点的位移对于共有该节点的相临单元来说是相同的，节点的平衡条件是外界作用在各节点上的力和力矩等于各单元在这些节点上的力和力矩之和，即： （3-3）式中K一结构整体刚度矩阵;一结构整体位移列阵;P一结构综合等效节点载荷列阵。(5)应用位移边界条件应用位移边界条件，消除总体刚度矩阵的奇异性，使得式(3-3)可解;(6)解方程和计算结果输出对线性问题，整体刚度方程式是一个线性代数方程组，对这个方程进行求解，能得到未知节点的位移。求出位移后可以进一步求得单元的应力。1.4.4 弹性问题基本力学方程弹性体在载荷作用下体内任意一点的应力状态可由6个应力分量, , , , 来表示，其中, , 为正应力，, , 为剪应力。应力分析的矩阵表示称为应力列阵或应力向量 （3-4）弹性体在载荷作用下，还将产生位移和变形，即弹性体位置的移动和形状的改变。弹性体内任一点的位移可由沿直角坐标轴方向的3个分量u，v，w，来表示。弹性体内任意一点的应变，可由6个应变分量，来表示。其中，为正应变，为剪切应力。应变的矩阵形式为 （3-5）式(3-9)称作应变列阵或应变向量对于线弹性问题，弹性力学基本方程的建立有三个前提条件即(1)连续介质假设。即假设弹性体所占据的空间区域由连续分布的物资充满，不留空隙;(2)小位移，小变形假设。即假定弹性体在任一点处的位移和应变都很小，以至应变和位移之间的关系是线性的;(3)线性弹性假设。即假定弹性体的应力一应变关系服从广义胡克定律。 2.饺子机有限元分析的理论基础2.1 饺子机的工作原理 基本参数及结构特点2.1.1 饺子机的工作原理 图2-1传动原理图2.2 改型后机器的总体方案传统饺子机只是由一个电机带动输馅、输面、成型三部分，而新型饺子机则是输馅和成型部分分别各由松下变频电机带动，输面也是由单独一个电机控制。规格：最大生产能力7200个/h 总体尺寸：1270 530 720 电机：Y90s-4电机功率：1.1kw 1400n/min 任务书要求生产率为7200个/小时，则成型辊的转速为n=20转/分钟总传动比为：i= =70分配传动比：带传动=1.56，蜗轮蜗杆=11，锥齿轮=2，齿轮=1.45，成型辊=1.4成型机构齿轮设计底辊直齿轮（齿数30）：轴径 =16mm分度圆直径 =30×2=60mm齿顶圆 =60+2×2=64mm齿根圆 55.5mm齿宽 =12mm成型辊直齿轮（齿数42）： 轴径 =16mm分度圆直径 =42×2=82mm齿顶圆 =82+2×2=86mm齿根圆 77.5mm齿宽 =10mm干粉刷直齿轮（齿数26）： 轴径 =14mm分度圆直径 =26×2=52mm齿顶圆 =52+2×2=56mm齿根圆 47.5mm齿宽 =10mm 图 22 总传动系统图1- 电机； 2-减速器； 3-链轮； 4-链； 5-链轮； 6-齿轮； 7-输面铰笼；8-齿轮； 9-辅助压辊； 10-松下变频电机； 11-联轴器； 12、13-轴承； 14、15-链轮； 16-输面铰笼； 17-叶片泵； 18、19-轴承； 20-松下变频电机；21-联轴器； 22-轴承； 23、24-锥齿轮； 25、26、27-直齿轮； 28-成型底辊；29-成型辊； 30-撒粉刷2.2.1 成型架传动系统的改进为了实现机电一体化，成型架的机构也采用变频器控制小功率减速电机直接通过锥齿轮传递距。 图 23 成型机构传动图新型饺子机与传统饺子机相比，在传动系统上有了改进，传动系统不但简单，而且输陷、输面和成型部分都有单独的电机带动，高效节能，而且外面采用不锈钢，非常的卫生安全，而且采用变频电机可已调节速度2.2.3 饺子机的结构 全机工作部位主要由输面、输馅及成型三个部份组成。工作时，将面加入面斗经螺旋推进器（输面饺龙）将面推至出口，形成空心面管；同时，经双级变量叶片泵将馅推入面管内，后经成型模滚压成型。（1）输馅机构 由 图2-4输馅机构 于配置饺子馅料的品种较多，性质差别很大。因此，要求饺子机输馅机构应具有较广的适应性。实践证明，采用铰龙-叶片泵结构不仅供馅量可调节范围较大，可以实现连续准确供馅，还有利于保持馅料的色泽与口味。 饺子机输馅机构与原理与包馅机输馅机构基本相同，其差别在于饺子机输馅机构中的铰龙-叶片泵轴线是垂直布置的，这样便于输馅。输馅机构的核心部件是容积式叶片泵。这种泵除了满足常规要求外，还具有结构简单、适应性强、对输送物料的破损小及自吸能力差等特点。为弥补不足，在泵吸口端设置输送铰龙，而可将面料强制压入吸料腔内。即使是对粘度低，颗粒大，流动性差的松散物料，例如素铰馅等，该机构也能准确稳定地输送。 如上图所示，叶片泵的转子套2上交叉嵌入可滑动的叶片3，泵芯1与转子中心即泵5中心偏心安装。泵芯内腔的定子曲线由两段同心圆弧及两段圆过度曲线组成，定子曲线中心与转子中心的偏心距可通过手柄6转动泵芯来调节。叶片泵工作时，输馅铰龙与转子套2同轴转动。物料在铰龙的推动下，经入料口进入且充满吸入腔4内。受定子腔侧壁制约及曲线形状的影响，叶片3在回转同时又沿自导槽滑动，使由相邻两叶片间组成的工作腔容积由小到大，经封闭腔8后，又由大变小。腔内物料在此变化过程中，受叶片推挤从排压腔7压出。叶片泵流量的调节可由手柄6带动泵芯1转位，即通过改变定子曲线中心和转子中心间的偏心距来实现。 （2）输面机构饺子机的输面机构与包馅机的灌肠成型机类似，主要完成连续挤出符合要求的面管的操作。6 内面嘴 7 外面嘴 8 调节螺母 9 面嘴套 14 固定螺母 13 料筒 33 输面铰龙 图2-5输面机构输面机构的前部有1：10的锥度。其作用在于通过改变螺旋槽容积的大小，逐渐增大输送压力，以满足制成连续均匀面管的工艺要求。输面机构的另一关键构件为设置在铰龙出料端的内面嘴。它的结构直接影响着面管的成型质量。内面嘴大端圆盘上的、开有里外两层各3个均匀错位对称分布的腰行孔。当铰龙输出的旋转面块分散通过内面嘴时，腰行孔可阻止面块的旋转，又使得穿过孔的六条面块均匀交错搭接，汇集成环状面管。而后在后续面块、的推动下，从内，外面嘴合成的环状间隙处挤出所需要的面管。根据实践分析，内面嘴的轴筒长度不宜过长，通常要在2040毫米以内。否则会因摩擦生热影响面的质量，从而影响饺子的口感。输面量的调节，可通过螺母8改变铰龙与料筒的间隙，即调节漏流量来实现。面管壁厚则由紧定螺母调节改变内外面嘴的环行间隙来调节。（3）辊切成型机构辊切成型机构是利用辊切方式将灌肠成型机构构制出的含 馅面管连续加工成单个生坯的机械装置。如图所示，辊切机构主要由成型模辊与底模等组成。成型模辊上设有若干个饺子凹模，其凹模刃口与模底相切。当含馅面管引入回转的成型模辊和底辊之间时，面管边端的馅料先是在饺子凹模感应作用下，被逐渐推挤在饺子坯中心位置。然后受回转的成型模辊圆周刃口与底辊的辊切作用，成型为连续单个饺子生坯。另外，为防止物料与构件间相互粘连，还设有撒粉装置。 图2-6成型机构本文研究的JZJ-72型饺子机，设计时充分考虑到其工况特点以及机架结中的横梁和辊轴的刚度问题，结构合理，变形小，寿命长。2.3 有限元介绍2.3.1 有限元基本思想 有限元的基本思想是：将连续的结构离散成有限的结构单元，并在每个单元中设置有限个节点，将连续体看作是只在节点处连接的有限个单元的集合体，同时选定场函数的节点值作为基本未知量。并在第一个单元中假设一插值函数以求单元中场函数的分布规律，进而将解一个连续域中无限自由度的问题转化为离散域中有限自由度的问题。2.3.2 有限元分析步骤对于不同物理性质和数学模型的问题，有限元求解法的基本步骤是相同的，只是具体公式推导和运算求解不同。有限元求解问题的基本步骤通常为： 第一步：问题及求解域定义：根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。 第二步：求解域离散化：将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离散域，习惯上称为有限元网络划分。显然单元越小（网络越细）则离散域的近似程度越好，计算结果也越精确，但计算量及误差都将增大，因此求解域的离散化是有限元法的核心技术之一。 第三步：确定状态变量及控制方法：一个具体的物理问题通常可以用一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示，为适合有限元求解，通常将微分方程化为等价的泛函形式。 第四步：单元推导：对单元构造一个适合的近似解，即推导有限单元的列式，其中包括选择合理的单元坐标系，建立单元试函数，以某种方法给出单元各状态变量的离散关系，从而形成单元矩阵（结构力学中称刚度阵或柔度阵）。 为保证问题求解的收敛性，单元推导有许多原则要遵循。 对工程应用而言，重要的是应注意每一种单元的解题性能与约束。例如，单元形状应以规则为好，畸形时不仅精度低，而且有缺秩的危险，将导致无法求解。 第五步：总装求解：将单元总装形成离散域的总矩阵方程（联合方程组），反映对近似求解域的离散域的要求，即单元函数的连续性要满足一定的连续条件。总装是在相邻单元结点进行，状态变量及其导数（可能的话）连续性建立在结点处。 第六步：联立方程组求解和结果解释：有限元法最终导致联立方程组。联立方程组的求解可用直接法、选代法和随机法。求解结果是单元结点处状态变量的近似值。对于计算结果的质量，将通过与设计准则提供的允许值比较来评价并确定是否需要重复计算。2.3.3 有限元的优点 有限元发的特点是适用于求解各种形式（几何上，物理上）复杂的问题，精度高，通用性强，对问题的处理既彻底又系统。适用于采用电子计算机方式。它本身是线性问题的解法，但通过迭代法（如牛顿-拉裴森迭代法）也能巧妙地解决非线性问题。其优点如下： （1） 概念浅显，容易掌握。可以在不同的水平上建立起对该法的理解；可以通过非常直观的物理概念来理解；也可以建立在严格的数学分析理论基础之上。 （2）适应性强，应用广泛，几乎适用于所有连续介质和场的问题。 （3）采用矩阵形式表达，便于编制计算机程序，可以充分利用高速计算机提供的方便。2.4 计算软件的选择 本课题采用 SolidWorks Simulation 有限元分析软件。之所以没有采用如ANSYS 、MSC系列等专业的有限元分析软件是因为本次设计不但包括有限元分析还涉及饺子机的三维建模。Solidworks软件的一体化相对方便一些；再者，本次设计的机构实际受载的情况也比较简单。2.4.1 SolidWorks Simulation 软件简介从SolidWorks2009开始，其著名的FEA软件COSMOS-Works改名为SolidWorks Simulation。其为了体现设计仿真一体化的解决方案，在无缝集成界面做了创造性的改变，将仿真界面，仿真流程无缝融入到SolidWorks的设计过程中。SolidWorks Simulation 提供了单一屏幕解决方案来进行应力分析、频率分析、扭曲分析、热分析和优化分析。SolidWorks Simulation 凭借着快速解算器的强有力支持，使得您能够使用个人计算机快速解决大型问题。SolidWorks Simulation 提供了多种捆绑包以满足分析需要。 SolidWorks Simulation 节省了搜索最佳设计所需的时间和精力，可大大缩短产品上市时间。SolidWorks Simulation 的产品系列可提供更多的高级仿真功能，可一步步指导您指定夹具、载荷、材料，进行分析和查看结果。2.5 本章小结 本章主要介绍了饺子机的工作原理，结构特点以及基本参数，同时详细论述了有限元的基本思想、有限元分析步骤、有限元求解步骤及其优点。为饺子机关键零、部件的有限元分析打下基础。 3.饺子机的模态分析3.1 关于振动的相关知识：振动：机械或结构系统在其平衡位置附近的往复运动。为什么要研究振动？ 19世纪后期，人们在制造动力机械、建筑桥梁等工程实践中遇到大量灾害性振动问题以及由此产生的噪声、疲劳问题，这吸引力学家和工程师开始致力于工程振动问题的研究，发展了近似分析方法和实验方法。自20世纪20年代起，振动逐渐成为机械工程师、结构工程师必须了解的知识，成为高等工程教育的重要内容之一。按照振动结构线性程度的大小，可分为线性振动与非线性振动： 工程中多数系统的微振动可以用线性微分方程（组）描述，这样的系统称作线性系统，其振动称为线性振动。