螺旋千斤顶的设计及运动仿真[三维PROE][含CAD图纸和说明书等资料]
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三维PROE
含CAD图纸和说明书等资料
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螺旋千斤顶的设计及其原理1 绪论1.1本课题的研究内容和意义千斤顶是一个在我们平时的生活生产中，经常会使用到的设备。它能够辅助我们完成一些单使用人力很难以完成的工作比如抬起轿车进行维修，移动笨重的设备物品，架设桥梁大墩等等一些列工作。因此千斤顶技术的发展将直接或间接影响到这些行业或部门的正常运作和未来的发展。本次对螺旋千斤顶的结构分析与设计是为了更深入地了解千斤顶的原理与应用。通过查阅大量文献资料，设计和绘制千斤顶各部件图零件图，不仅熟悉了手驱动螺旋千斤顶的工作原理和过程，让我也熟悉和强化了一些绘图软件的使用，同时也加深了对机械基础知识的了解。1.2国内外的发展概况国外发展情况：早在20世纪40年代，卧式千斤顶就开始在汽车维修的行业中得到使用，当由于当时技术和使用的原因，千斤顶设计时尺寸和体积较大，承载量较低，使用不便。后来随着社会需求量的加大以及千斤顶本身技术的发展，在90年代初，国外大部分用户用卧式千斤顶顶取代了立式千斤顶。在90年代后期一些新型的千斤顶也相继出现如充气式千斤顶和便携式千斤顶。充气千斤顶由保加利亚一汽车运输研究所发明的，它由弹性的而又非常坚固的橡胶制成的。使用时，用软管将千斤顶连在汽车的排气管上，经过1520秒，汽车将千斤顶鼓起，成为圆柱体。这种千斤顶可以把115t重的汽车顶起70cm。Power-Riser型便携式液压千斤顶则可以用于所有类型的铁道车辆，包括装运三层汽车的货车、联运车以及高车顶车辆。同时它具有一个将负载定位的机械锁定环，一个三维机械手，一个全封闭构架以及一个用于防止杂质进入液压系统的外置过滤器。另外一种名为Tcuck Jack的便携式液压千斤顶则可以用于对已断裂的货车转向架弹簧进行快速的现场维修。该千斤顶能在现场从侧面对装有70125t级转向架的大多数卸载货车进行维修，并能完全由转向架侧架支撑住。它适用于车间或轨道上无需使用钢轨道碴或轨枕作支承的情况。国内发展情况：我国千斤顶技术发展较晚，由于缺少与国外先进技术的交流，所以直到1979年才接触到类似国外卧式千斤顶这样的产品。但是经过我们重新对产品进行设计改造，在外型美观、使用方便、承载量大、寿命长等方面都已经超过国外同类的产品并且迅速打入欧美市场。经过多年设计与制造的实践，除了卧式千斤顶以外，我国的千斤顶还规格齐全，还研制出了新型折叠式液压千斤顶、新型剪式千斤顶、快速升降千斤顶、多用千斤顶、便携式电动千斤顶等等，形成系列产品。随着我国汽车工业的快速发展，汽车对千斤顶的要求也越来越高；同时随着市场竞争的加剧，用户要求的不断变化，将迫使千斤顶的设计质量要不断提高，以适应用户的需求。用户喜欢的、市场需要的千斤顶将不仅要求重量轻，携带方便，外形美观，使用可靠，还会对千斤顶的进一步自动化，甚至智能化都有所要求。目前我国的汽配企业不仅需要供应国内市场的需要，每年还出口约500万台汽车用千斤顶到世界各地。虽然如此，仔细分析千斤顶设计制造的技术水平，采用先进技术不足，仍存在较大的改进空间。1.3本课题应达到的要求在本次课题研究中，首先要了解螺旋千斤顶的研究现状，以及螺旋千斤顶在国内外的使用情况，以及存在的一些问题。然后要了解螺旋千斤顶的组成以及螺旋千斤顶的详细构造、各个零件的尺寸功能以及组装方法，进行螺旋千斤顶的结构设计与计算。最后通过这次课题设计，熟悉千斤顶的工作原理和使用方法，了解千斤顶各零部件的结构特点，提高自己独立开发与设计的能力，学习设计的基本思路。2螺旋千斤顶的结构和原理2.1螺旋千斤顶的结构螺旋千斤顶由底座、螺杆、螺母、托杯、手柄等零件所组成。螺杆在固定螺母中旋转并上升或下降，把托杯上的重物举起或放下。对这一装置的主要要求是:保证各零件有足够的强度、耐磨性、能自锁、稳定性合格等。2.2螺旋千斤顶的原理千斤顶是利用螺旋传动来顶举重物，是汽车修理和机械安装常用的一种起重或顶压工具，但顶举的高度不能太高。工作中，手柄穿在螺旋杆顶部的孔中，旋动手柄，螺旋杆在螺套中靠螺纹上、下移动，顶垫上的重物随着螺杆的上升而顶起。螺套镶在底座里，用螺钉定位，磨损后便于更换修配，在螺杆的球面型顶部，套一个顶垫，靠螺钉和螺旋杆联接而不固定，使顶垫相对螺杆滑动而不掉落。 *根据查阅资料，初定设计原始参数：螺旋千斤顶的最大起重重量F=65KN，最大起升高度H=240mm3螺杆的设计与计算3.1螺杆螺纹类型的选择螺纹有三角形、矩形、梯形、锯齿形，常用的是梯形螺纹。梯形螺纹牙型是等腰梯形，牙型角=30，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴近不易松动，能够起到传动作用。故选梯形螺纹，它的基本型号按GB/T5796.1-2005的规定。3.2选取螺杆材料 螺杆材料常用Q235、Q275、40钢、45钢、55钢等。螺杆承受重载，可初选螺杆的材料为45钢。最后根据强度条件来验证确定最终材料。由手册查得抗拉强度 ， 屈服强度 。3.3螺杆的直径 螺杆工作时，同时受到压力和转矩的作用。因此它的计算可近似按螺栓联接的计算公式求得螺纹小径，即 许用应力 由手册，取 则 选梯形螺纹 螺纹大径 ，螺纹中径 螺纹小径 螺距 螺纹根部厚度 螺纹工作高度 较核螺杆强度螺纹力矩 螺纹升角 查手册P6表1-10 (钢与铸铁的滑动摩擦系数无润滑)当量摩擦角按第四强度理论较核，压扭组合校核满足要求。图1-1 螺杆受力图3.4自锁性验算自锁条件其中故 ，可用，且，可靠3.5螺杆结构（见图1-2）螺杆上端直径取手柄孔径 式中：则 取 ，取退刀槽直径 取退刀槽宽度螺杆膨大部分长度取，取螺杆长度3.6稳定性计算细长的螺杆工作时受到较大的轴向压力，螺杆可能失稳，为此按下式演算螺杆的稳定性。式中，为螺杆的临界压力。弹性模量。，取。由，为固定支承，（一端固定，一端自由），螺杆可以稳定工作。图1-2螺杆简图4螺母的设计计算4.1螺母的材料 螺母的材料选用HT300 4.2确定螺纹旋合圈数z根据耐磨性旋合圈数z，即 螺母实际圈数螺母旋合长度校核螺母的高径比，不能满足要求。故要重新确定螺母的高度。，则取 紧定螺钉选择参照手册P45 4.3校核螺母的螺牙强度（1） 剪切强度 故满足要求。（2） 弯曲强度式中 故满足要求 4.4螺母其它结构尺寸螺母外径 取螺母凸缘厚度 取螺母 取 4.5螺母外径和凸缘强度的计算及螺母悬置部分拉扭组合校核（1）式中：螺母的许用拉应力 螺母材料的许用弯曲应力，安全。（2） 凸缘与底座接触部分的挤压强度计算，安全螺母上固定螺钉用GB/T 71 M12（3） 凸缘根部的弯曲强度计算，安全。图1-3 螺母简图5托杯的设计计算 5.1验算接触面间的压力强度 螺旋千斤顶起重时，因托杯底与螺杆接触面间相对滑动，所以要验算接触面间的压力强度，直径 直径则 （托杯材料Q235）,故安全5.2托杯的外口径图1-4 托杯简图6手柄的设计计算 6.1手柄材料 手柄的材料选取Q235 6.2手柄长度 1）作用于手柄上的力矩，从而可得2）K为搬动手柄的臂力，起取值为，取3）螺纹力矩摩擦力矩4）手柄长度5） 手柄的实际长度6.3手柄直径按弯曲强度设计则 图1-5 手柄简图7底座的设计计算7.1底座材料 选用HT150，铸铁壁厚，底座外形制成1：5的锥度。7.2其主要结构尺寸高度 取 按挤压强度计算取 图1-6 底座简图8千斤顶的效率计算 可满足自锁条件的要求。 9 基于PRO/E的千斤顶绘制及仿真9.1建模以及千斤顶的各部分绘制设计底座1、首先新建实体零件文件dizuo，选择模板mmns_part_soild。2、用旋转命令创建主体部分，截面图如下，生成主体部分。哈3、用孔命令做出如图所示孔 4、用倒角命令在如下图所示位置倒角。完成后效果如下：螺母1、新建实体零件文件dizuo，选择模板mmns_part_soild。2、用旋转做出主体部分，草绘截面如下图： 3、创建基准平面DTM1，如下图所示：4、选DTM1平面为绘图平面，旋转出如下图所示定位孔，并镜像。5、对需要倒角的位置进行倒角，完成后效果图如下：螺杆1、首先新建实体零件文件luogan，选择模板为mmns_part_soild。2、用旋转命令创建螺杆主体部分，草绘截面如下：3、旋转切除如图所示部分4、用拉伸切除创建出手柄安装孔5、用旋转切除创建如图所示小孔6、用旋转切除创建如图所示孔：7、对螺杆底部进行倒角8、对地5、6步所创建的螺纹孔做螺纹修饰，分别为M6-20，M8-229、用螺旋扫描命令切剪出螺纹部分，完成后效果图如下：手柄1、首先新建实体零件文件shoubing，选择模板mmns_part_soild。2、用拉伸命令创建手柄，完成后如下：3、用孔命令创建如图所示孔，并镜像。4、在手柄2端倒角托杯1、首先新建实体零件文件tuobei，选择模板mmns_part_soild。2、用旋转命令创建主体部分：3、用抽壳命令对上一步所做实体进行抽壳，厚度为10mm。4、用孔命令创建如图所示孔5、用拉伸命令创建如图所示槽6、用轴阵列对上一步槽进行阵列，完成后效果如下图：9.2千斤顶的装备设计应用PROE软件里的装配功能，完成千斤顶的装配，过程如下：1、新建文件qianjinding，类型选组件，子类型选设计，模版选mmns_asm_design。2、装配底座。首先调入底座零件，在缺省位置放置，完成底座的装配。3、装配螺套。调入零件螺套，首先对齐如图所示2个平面然后对齐如图所示2轴（底座中心轴和螺套中心轴），完成。4、装配螺杆。首先调入零件螺杆，选择连接类型为圆柱。选择参考面为2个螺纹部分内圆柱面完成后如图：5、装配手柄。调入零件手柄，先选择对齐，对齐手柄中心轴和螺杆上的手柄安装孔的轴，然后将手柄中间平面和螺杆上如图所示平面对齐。6、装配托杯。调入零件托杯，对齐如图所示2个面将托杯中心轴和螺杆中心轴对齐，完成装配。9.3运动仿真1、应用程序机构，进入运动仿真界面。2、设置伺服电动机。首先定义伺服电动机ServoMotor1，运动轴选中心轴，轮廓速度，设置为10（可根据需要设置）。3、设置伺服电动机ServoMotor2。插入伺服电动机，类型选几何第一个可以选如图所示螺杆最下端孔内的点第二个选如图所示螺套上表面，然后轮廓速度，设置为0.5（可根据需要设置）。4、进行机构分析，检验运动关系。分析机构分析，设置终止时间为20（可根据需要设置）。点运行，就可以看到螺杆在向上做螺旋上升运动了。10结论与展望10.1结论此次设计是基于平时生活应用十分广泛的螺旋千斤顶，使用的参数是螺旋千斤顶中应用较多的轿车用千斤顶，应用广泛，结构简单，适用面广。通过对千斤顶各零件的参数化绘制，大大提高了绘图速度，节省了大量时间，避免了重复劳动，同时做到了图纸的规范统一。对于文中使用到了各个零件参数进行了比较严谨的推演验证，避免了闭门造车出门不合辙的情况的发生。千斤顶设计完成后可以进行运动仿真等等后续研究，由于本人水平有限，只做了设计，及探究了一下其中的简单的原理，在这里只能起一个抛砖引玉的作用了，希望有能力的同学能够做一些更深层次的探究。10.2不足与展望毕业设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会、从事职业工作前一个必不可少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次毕业设计我们深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真地进行毕业设计，学会脚踏实地地迈开这一步，就是为了明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。成败决定于细处。老子曾说：“天下难事，必做于易；天下大事，必做于细”，我们做毕业设计也需要这种精神，千里之堤溃于蚁穴，蚂蚁的巢穴都将会导致千里的河堤崩溃，一点的不足都会导致一个零件的报废。平时看老师们设计类似的设备，我们会想：设计一个设备就是那么简单的一件事。这次到我们亲手设计了，也想应该不会太难吧。事实上每一步我们都步履维艰。面对一堆堆的参数，我们需要逐一去查找，核对，算公式，因为很多地方都没有经验，时间用了不少。人更加疲劳不堪。不知道多少次因为一个数据出错了，而全盘皆输，又要从新做过。所以我们认识到：做毕业设计是件劳力与智力结合的事，一点粗心都会导致前攻尽废，细心方能使万年船。通过这次毕业设计，我也深深感觉到机械这门学科的博大精深,许多平时想当然很简单的知识点，到了要切实应用的时候，明显感到会有一些迟滞，实践果然是检验知识水平的标杆，我会在未来的学习，工作，生活中，不断努力，不断前进，发挥出自己的价值。致谢首先，我要感谢彭勇老师对我的毕业设计指导。在毕业设计中，他给予了我学术和指导性的意见。没有老师的指导，我不可能如此顺利的完成此次毕业设计，我万分的感谢他给我的宝贵的指导意见和鼓励。我也非常感谢我的父母。在学习和生活上，他们一直都很支持我，使我能全身心地投入到学习中。最后，很感谢阅读这篇毕业设计的人们。感谢你们抽出宝贵的时间来阅读这篇毕业设计
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