基于proe螺旋千斤顶三维模拟仿真设计含proe三维及7张CAD图.zip
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基于proe螺旋千斤顶三维模拟仿真设计含proe三维及7张CAD图.zip,基于,proe,螺旋,千斤顶,三维,模拟,仿真,设计,CAD
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I目 录摘摘 要要.IIABSTRACT.III第第 1 章章 绪论绪论 .11.1 课题背景及意义.11.1.1 螺旋千斤顶设计的背景 .11.1.2 螺旋千斤顶设计的意义 .11.2 国内外研究现状.11.3 千斤顶概述.21.3.1 千斤顶的种类 .21.3.2 千斤顶的工作原理 .31.4 主要研究内容.3第第 2 章章 总体方案设计总体方案设计 .42.1 设计要求.42.2 方案设计.42.2.1 螺旋千斤顶分类 .42.2.2 螺旋千斤顶的结构和原理 .42.2.2 螺旋千斤顶类型选择 .5第第 3 章章 螺旋传动的设计螺旋传动的设计 .63.1 螺旋传动的类型.63.2 螺旋传动的运动分析.73.3 滑动螺旋的结构及材料.93.3.1 滑动螺旋的结构 .93.3.2 螺杆与螺母常用材料 .93.4 耐磨性计算理论.93.5 校核计算理论.113.5.1 螺母螺纹牙的强度 .113.5.2 螺杆强度 .113.5.3 螺杆稳定性 .113.5.4 自锁性 .12第第 4 章章 各主要零部件的设计各主要零部件的设计 .144.1 总体参数计算.144.1.1 千斤顶的技术参数 .144.1.2 选择材料 .14II4.1.3 耐磨性计算 .144.1.4 校核计算 .154.2 底座的设计计算.164.2.1 底座材料的选定 .164.2.2 底座尺寸确定 .174.3 手柄的设计计算.174.3.1 手柄的材料选择 .174.4.2 手柄的尺寸确定 .174.4 杯托的设计计算.184.4.1 杯托的材料选择 .184.4.2 杯托的尺寸确定 .184.5 千斤顶的效率计算.18第第 5 章章 基于基于 PRO/E 的三维设计及仿真的三维设计及仿真.195.1 PRO/E 三维设计软件概述.195.2 各零部件的三维设计.205.2.1 螺母 .205.2.2 螺杆 .235.2.3 底座 .245.2.4 手柄 .265.2.5 杯托 .275.3 三维装配.285.4 三维仿真.295.4.1 仿真的简单介绍 .295.4.2 仿真过程 .30总总 结结 .33致致 谢谢 .34参考文献参考文献 .35III摘 要千斤顶在进行起重的时候，没有多高，是一种比较简单的机器，在矿上还有运输部门来对车子进行维修，还有别的进行起重，进行支撑。它的构造是比较轻，并且非常灵活的，非常可靠的，只需要一个人就可以带走了。论文的千斤顶组成有底座，螺杆，螺母等等。一开始对千斤顶现在国内还有国外的状况进行了分析，并且分析了它的构造还有原理，将总方案提了出来；后来，将主要数据都确定了下来，对零件的强度进行校核，用三维软件将千斤顶设计出来，并且对他的运动进行了仿真；之后，将三维软件的装配图还有主要零件的图纸都画出来。完成论文之后，千斤顶的结构是比较合理的，可靠性很高，并且性能还非常不错，这知道在设计千斤顶的时候是按照很么顺序进行，并且有什么办法，这对于将来的设计还有加工来说，是有很大的好处的。关键词：关键词：千斤顶；螺旋传动；设计；Pro/E IVAbstractJack is one of the simplest equipment with small lifting height (less than 1m). It is mainly used in mining and transportation departments as vehicle repair and other lifting and supporting work. The utility model has the advantages of light weight, firmness, flexibility and reliability, and can be carried and operated by one person.The designed jack is made up of base, screw, nut, handle, cup holder and so on. In the design, the research status of Jack at home and abroad and the structure and principle of the screw jack are investigated and the structure and principle of the screw jack are analyzed. Based on the analysis of the structure and principle of the screw jack, the overall structure scheme is put forward on the basis of this analysis. Then, the main technical parameters are selected and the main parts are designed and checked. The main structure and size are calculated, and the strength of the parts is checked by checking calculation. Then, the screw jack is designed by Pro/e 3D design software and the motion simulation is carried out. Finally, the assembly drawing of the screw jack and the main parts drawing are drawn.Through this design, the screw jack with reasonable structure, reliable work and excellent performance has been obtained, and a set of general spiral jack design process and method is formed, which is beneficial to the design and manufacture of the screw jack in the future.Key words: Jack; Screw drive; Design; Pro/E1第 1 章 绪论1.1 课题背景及意义1.1.1 螺旋千斤顶设计的背景对论文进行研究的时候，在现实的生活里面，我们平常都会对车子进行维修，或者是要将车子的轮胎换掉，在没有起重装置的时候，将车子要抬起来，要是通过人来进行操作，还是很有难度的，所以这个时候就需要使用千斤顶。千斤顶跟我们的生活关系很大，比方说对车辆进行维修，装桥梁，在建筑上进行支承等等，这些都是需要千斤顶的。所以说，千斤顶的技术对于这些相关行业的发展有很大的影响。论文设计的时候，用到了机械原理，机械生产，生产工艺等专业知识，将来回复扳动手柄设计出来，这样就可以将举重螺杆进行推动，那螺杆就会转动了，这样就可以得到起升的拉力。查看很多专业资料之后，对千斤顶每一个部件的图纸都画出来，对于螺旋千斤顶的工作原理就非常清楚了，并且对于画图软件我也更加熟悉了，并且对于专业知识理解的更加透彻。1.1.2 螺旋千斤顶设计的意义1）清楚的知道螺旋传动工作原理，对于设计的流程还有办法就都清楚了；2）进行机械设计的时候更加熟练，并且清楚是怎么个流程；3）查看专业资料，对国家标准的规范进行正确的使用。1.2 国内外研究现状（1）国外研究现状在二十世纪，在车辆维修行业里面，用的千斤顶都是卧式的，因为那个时候技术还比较差，所以设计的千斤顶是很大的，承受能力也不是很高，用起来还不方便。 。之后，因为社会上对于千斤顶的需求是越来越多，并且它的技术也是一直在发展的，到了九十年代的时候，国外的人基本上都用卧式千斤顶了，不怎么使用立式千斤顶了。到了九十年代后期的时候，出现了很多新的千斤顶，比方说充气式的，还有便携式的。充气式千斤顶的组成是橡胶，不光有弹性，还非常的坚固。Power-RiserII 型便携式液压千斤顶，可以在全部的铁道车辆上使用，还有一个型号的千斤顶 Tcuck Jack 的便携式液压千斤顶，在有的货车已经断裂的时候，用这种千斤顶将车子支承起来，这样就可以对车辆在原地进行维修了。（2）国内研究状况我们国家的千斤顶研究的没有那么早，并且跟国外的技术没有什么交流，一直到1979 年的时候，我们国家才出现了卧式千斤顶。我们对这种千斤顶再一次的进行改良，2不光外表看上去漂亮，用起来便利，承受能力非常好，使用时间很长等，这些都是比现在国外一样的产品还要好用的，所以欧美市场上现在很多这个产品。这么多年的生产，我们国家不光可以对卧式千斤顶进行生产，还生产了很多别的型号的千斤顶，品种是非常全面的。现在我们国家车辆行业的发展很快，车子对于千斤顶的需求也比原来高了很多；并且现在的市场竞争非常激励，使用者的需求一直在改变，所以设计千斤顶的时候，质量的要求更高。市场上现在需要的千斤顶是质量轻的，带着走的时候便利的，外表看上去漂亮的，用起来非常可靠，千斤顶现在向着自订化，还有智能化。1.3 千斤顶概述千斤顶还有一个名字叫举重器，使用比较小的力气，将非常重的物品顶起来，或者是降下来，或者是移动位置的这么一种起重机，可以对机器安装时候的偏差进行校正，可以对零件的形状改变进行校正。先进定可以用在矿上，运输单位等等，可以在修理车辆的时候用，还有别的起重，支承时候使用。它的构造非常轻，并且很坚固，非常灵敏并且还很可靠，只需要一个人就可以带走，可以使用。千斤顶的工作装置是刚性顶举件用上面的托座，或者是下面的托爪，行程比较小的时候，对重的货物进行举升，这种起重装置是非常小的，千斤顶在进行顶升的时候，高在 400mm，工作的速度是 10-35mm/min，最大起重重量是 500t。1.3.1 千斤顶的种类按照它的构造，还有工作时候的原理不一样，有机械的，还有液压的。机械式的千斤顶有两种，一种是齿条式的，还有一种是螺旋的。在这个里面，用的最多的是螺旋式的还有液压式的。千斤顶是液压式的，构造很紧凑，稳定，并且还可以自己锁起来，所以用的很多。不过它也有不好的地方：(1)因为他会出现漏油的情况，所以运动时候的稳定性，正确性就没有那么好。(2)对于油的温度的改变非常灵敏，温度改变了，那么粘性就改变了，这样一来运动特征就改变了，那么工作时候就没有那么稳定了，所以温度变化大的时候，是没有办法工作的。(3)要想让泄漏少一点，对于性能上的依稀要求进行满足，液压零件的配件生产的时候精度是很高的，生产流程非常复杂。 (4)它在进行传动的时候，能源是单独的，是没有那么便利的。(5)一旦系统有问题出现，想要查出来还是比较难的。要用铬处理螺旋千斤顶的主轴，这样它的使用时间就变长了；因为比较矮，可以在一些非常狭小的地方进行工作，扬程不长，垫高很多次都可以用，人力从螺旋副进行传动，它的构造是很紧凑的，花销也不高，带着走非常便利；可以长时间的对货物进行支承，最大的起重量是 100 吨，用的是很多的。千斤顶工作的时候，油压泵在手动摇把的作用下工作，工作油被压到油室里面去，31.1 螺旋千斤顶那么活塞就可以向上，向下动作，这样就可以将重的货物顶起来，或者降下去。在施工的时候， YQ 型手动液压千斤顶，这种液压系统是内回液双作用的，用的是很多的，它的质量不高，效率也很高，不管是用还是运输，都非常的便利。专用液压千斤顶用的这种张拉机是专用的，对预应力的混凝土零件进行生产的时候，将张力作用在预应力钢筋上。专用的液压千斤顶都是双作用的，他们的形式有两种，一个是穿心的，一个是锥锚式的。很多时候用的都是穿心式的。 张拉钢筋或者是钢丝束都用在穿心式的千斤顶上，这种千斤顶的特征是：有一个穿心孔道顺着拉伸机的轴心上，将钢筋穿进去之后，固定是通过尾部的工具来进行的。螺旋式千斤顶的种类有三种，分别是固定式的，固定式 LQ 型的，还有移动式的。 （1）螺旋千斤顶是固定式的，它有两种，一种是普通的，一种是棘轮的，在工作的时候，没有卸载之前，在平面上没有办法移动；（2）螺旋千斤顶是固定式 LQ 型的，构造是非常紧凑的，非常轻，并且用起来非常便利。在对手柄进行来回搬动的时候，棘轮组因为撑牙的推动，进行间隙的回转，大锥齿轮因为小锥齿轮被带动，这样锯齿形螺杆就进行转动，这样就可以让升降筒向上，或者是向下。因为推力轴承在转动的时候非常灵敏，并且摩擦力不大，用起来非常灵活，工作起来效率是很高的。 （3）移动式螺旋千斤顶，他在进行顶升的时候，是可以进行移动，工作的时候，通过下面的水平螺杆进行转动，那么千斤顶就可以进行移动了，这样就可以将重的货物顶起来，或者是降下来，跟着千斤顶在水平面上进行移动。1.3.2 千斤顶的工作原理千斤顶的种类有很多种，机械的，液压的，原理都是不一样的。液压传动的原理是帕斯卡，在每一个地方液压的压强都是一样的，在平衡系统里面，活塞小的，施加的压力就是很小的，活塞大的，压力也就是比较大的，这样一来可以确保液体液体停着不动。对液体进行传送，那么端不一样，压力也就不一样，这样就可以进行改变了。平时看到的液压千斤顶的原理就是这个，这样就可以对力进行传送。千斤顶是螺旋的，使用来回对手柄进行扳动，棘轮因为拨爪的动作，在缝隙里面进行转动，大的伞齿轮因为小的伞齿轮的动作，就转动了，那么举重螺杆就转动起来了，这样升降套筒就可以向上升，或者是向下降，这样就可以获得起重的拉力，因为人工的作用，螺旋副进行传动，它的构造非常紧凑，花的钱少，并且带着走非常便利；支承重的东西可以很长时间，起重最重在一百吨，现在用的很多。1.4 主要研究内容4（1）对现在国内，还有国外的状况进行了研究，并且对它的结构，原理也进行了研究，这样就将总方案设计出来。（2）对主要数据进行确定（3）将主要零部件的大小还有结构进行设计，并且对他们进行校核。（4）用三维软件对螺旋千斤顶画出来，并且对运动进行仿真。（5）将螺旋千斤顶的装配图画出来，将主要零件的图纸画出来。第 2 章 总体方案设计2.1 设计要求螺旋千斤顶起重的时候，最大重量是 10t，工作的距离是 150mm，一个臂工作。2.2 方案设计2.2.1 螺旋千斤顶分类对螺旋式千斤顶进行划分： （1）螺旋式千斤顶是固定的，那么有两种，一种是普通的，一种是棘轮的，在工作的时候，没有进行卸载那么平面上没有办法移动；（2）LQ 型固定螺旋式千斤顶，它的构造是非常紧凑的，并且很轻，用起来很便利。它的组成有棘轮组，有大锥齿轮，小锥齿轮等等；在来回对手柄进行搬动的时候，棘轮因为撑牙的动作，进行间歇的回转， 、大锥齿轮因为小锥齿轮被带动，这样锯齿形螺杆就进行转动，这样就可以让升降筒向上，或者是向下。因为推力轴承在转动的时候非常灵敏，并且摩擦力不大，用起来非常灵活，工作起来效率是很高的。（3）移动式螺旋千斤顶，他在进行顶升的时候，是可以进行移动，工作的时候，通过下面的水平螺杆进行转动，那么千斤顶就可以进行移动了，这样就可以将重的货物顶起来，或者是降下来，跟着千斤顶在水平面上进行移动。所以移动式的螺旋千斤顶，在对机器进行安装的时候，用起来非常便利。2.2.2 螺旋千斤顶的结构和原理螺旋千斤顶的组成有底座，螺杆，螺母等等。在固定螺母里面，螺杆进行旋转，转到上面，或者转到下面，将托杯上面中的东西举起来，或者是降到下面。主要零部件就是螺杆 7 还有螺杆 6.在底座 8 的上面，通过紧定螺钉 5 将螺母 6 固定在上面。对手柄 4 进行转动的时候，螺杆就跟着转动，并且上下动作。重的物品被托杯 1 直接盯着，不会跟着螺杆进行转动。要想避免托杯脱落通过安全板 3 来实现，安全板 9 可以避免螺杆从螺母里面掉出来。对这个部分，需要让零部件强度，耐磨性都高，并且可以自己锁起来，并且稳定性符合要求等等。5 图 2-1 螺旋千斤顶结构简图想将重的物品用千斤顶举起来，通过螺旋传动来实现，在对车子进行修理，或者是安装机器的时候，用的是很多的，不过举顶的时候，要稍微矮一点。进行工作的时候，在螺旋杆顶上的孔里面，手柄穿在里面，对手柄进行转动，在螺套的里面，螺杆顺着螺纹移动，重的东西摆在顶垫上，顺着螺杆转动到上面，就被顶起来了。在底座里面将螺套镶起来，定位用螺钉来进行，有损耗了换起来也非常便利，螺杆的球面型最上面的时候，将顶垫套在上面，通过螺钉还有螺旋杆进行连接，不过没有进行固定，这样顶垫对于螺杆进行滑动，不过他不会掉下来。2.2.2 螺旋千斤顶类型选择论文设计千斤顶，它在起重的时候，最大的重量是十吨，工作距离是 150mm，起重的重量，还有行程都没有多大，按照上面介绍的这些种类，确定用的是移动式的，图纸里面展示的就是它的结构： 图 2-2 螺旋千斤顶方案简图查看图纸，就可以知道螺旋千斤顶的结构。在进行工作的时候，在杯托的上面将重物摆在上面，手工对手柄进行摇动，这样螺杆就可以在螺母里面进行转动，并且转动的时候，顺着这个螺纹传动向上升动，所以重的物品也就被顶起来了。6第 3 章 螺旋传动的设计3.1 螺旋传动的类型通过螺杆，还有螺母组起来的螺旋副，这样就可以进行传动，这就是螺旋传动。可以将回转动作转换成为直线动作，并且可以对动力还有运动进行传动。它的构造是非常紧凑的，并且转动起来非常匀称，准确性很高，非常稳定，还可以自己锁起来等等好处，在工业上用的是很多的。按照使用的地方不一样，螺旋传动有三种，传力螺旋，传导螺旋还有调整螺旋。传力螺旋主要对动力进行传送，只需要比较小的转矩，这样轴向的推力就很大了，正常工作都是间歇进行的，工作的时候比较慢，正常都需要自己可以锁起来，图纸 3-1,3-2 里面分别是千斤顶还有螺旋压力机，都是传力螺旋。传导螺旋主要对运动进行传送，这一种螺旋基本上在很长的时间里面不间断的进行干工作，并且速度还是非常快的，并且传送的时候精度是非常高的，图纸 3-3 里面，机床上使用的进给部分的螺旋。调整螺旋用来进行调整，并且对零部件所处的地点进行固定，要是在空载的话，那么必须要自己锁起来，比方说带传动张紧部分，机床卡盘等。因为论文里面螺旋千斤顶上用的是螺旋传动，图纸 3-1 里面展示的就是传力螺旋。 图 3-1 螺旋千斤顶 图 3-2 螺旋压力机7图 3-3 传导螺旋根据螺旋副摩擦的性质不一样，对螺旋传动进行分类： 滑动螺旋传动用的地方多，构造不复杂，加工便利，并且花钱少，可以自己锁起来，工作很稳定。不好的是在速度很慢的时候，对运动进行微调的话，有可能出现爬行的情况；摩擦的阻力变大了，传动效率比较小；螺纹的中间在侧边有缝隙，方向反了那么行程有空的，损耗也是很大的。滚动螺旋的特征是摩擦阻力不大，传动时候效率高；转动起来非常稳定，速度慢的时候也不会爬行，开启不会有抖动出现；螺旋副通过调整，预紧之后，它的定位精度是非常高的，并且传动是可逆的，要是使用的地方不能有逆转，那么就要装一个避免逆转的装置；不会有摩擦，使用时间长。不好的是构造非常复杂，加工起来有难度，对冲击的抵抗性不大。滚动螺旋传动效率是很高的，精度也很高，并且启动的时候阻力矩是非常小的，传动的时候非常灵敏，稳定，使用时间是比较长的。滚动螺旋传动根据滚珠循环的办法来进行分类： 内循环：滚珠一直在跟螺杆进行碰触，封闭的循环回路有两个，反向器装了两个，封闭的循环回路有三个，反向器就装了三个。好处是流动性不错，效率跟高，并且径方向上是没有多大的。外循环：在进行分离的时候，工艺是非常不错的，有螺旋的，插管的，挡珠的静压螺旋传动，因为油膜将螺杆跟螺母分下来，不能碰到一起，摩擦阻力是很小的，传动时候效率很高，螺母的构造不简单，运转很稳定，不会出现爬行的情况。传功是可逆的，反向的时候不会有空行程，定位的时候精度是很高的，轴方向上刚力是很大；损耗是不大的，使用时间长。不好的地方是构造没有那么简单，加工起来难度大，要有一个稳定的供油系统。论文设计的千斤顶起重时候最重十吨，工作距离是 150mm，不管是重量，还是距离都是比较小的，只需要用滑动的螺旋就好了，所以论文的螺旋千斤顶用的是滑动螺旋。3.2 螺旋传动的运动分析8前面就已经将论文设计的螺旋千斤顶螺旋传动部分是划定螺旋，在这里对它说说。滑动螺旋副工作，转矩，轴方向拉力作用在上面，因为螺杆还有螺母在进行旋合的时候，螺纹中间的滑动是很大的，所以失效的话主要是螺纹牙坏掉。按照耐磨要求来确定螺旋的基本大小，传动螺旋还需要对危险界面的强度来进行校核，螺母要是青铜的或者是铸铁的，螺旋要进行调整，并且还要对它自锁的性能进行校核；螺旋传动的精度首先要对螺杆的刚度进行校核；螺杆受到压力，那么长径比是非常大，对它的稳定性要进行校核；长螺杆速度很快，那么要对临界转动速度进行校核；需要自锁，那么螺纹都是单线的，需要效率很高的时候，螺纹用多线的。（1）一般螺旋机构在螺杆的转角是 的时候，在轴向上螺母移动的距离是： 2/SL 要是螺杆转动的速度是（r/min） ，那么螺母在移动的时候，速度就是： 60/SnV （2）差动螺旋装置，复式螺旋装置图 2-4 差动螺旋机构2-4 图纸里面是螺旋装置，有 A,B 两段螺旋在螺杆 1 的上面，A 这个地方旋转的距离是 SA（mm） ，B 段旋转的距离 SB（mm） ，他们旋转的方向是一样的，在螺杆转动 角（rad） ，在轴向上螺母移动的距离是 2/)(BASSL要是螺杆转动的速度是（r/min） ，那么螺母行走时候的速度 v（mm/s）为 60/)(nSSVBA2-4 图纸里面观察：在 A,B 他们旋转的距离差不多的时候，螺母位置的移动是非常小的，这个螺旋装置就是差动的，一般用在分度装置上等等。9要是转动的方向是反着的，那么在轴方向上移动的距离是： 2/)(BASSL移动的时候速度是 60/)(nSSVBA这样的螺旋装置是复式的，可以用在很快靠近，很快离开的地方，图纸 2-4 里面展示的就是车钩的很快合起来或者是分下来的装置。3.3 滑动螺旋的结构及材料3.3.1 滑动螺旋的结构螺旋传动的时候刚度还有精度都跟他的结构有很大关系，在螺杆又粗又短，并且是垂直的时候，比方说起重的传力旋转，那么支承的结构用的是螺母。在螺杆又细又长，并且在水平面上，比方说机床的传动螺旋等等，所以要加一个支承在螺杆的两头，这样螺杆工作时候刚度就变强了。螺母的构造有整体的，组合的，还有剖分的等。整体螺母构造不复杂，并且磨损大了自后，轴方向上缝隙没有办法补偿的，精度要求不高的地方用。要是传导螺旋是双向的，那么要想把轴方向的缝隙给消除掉，并且对旋合螺纹的损耗补偿，正常用的都是组合螺母。2-4 里面就是一种组合螺母，通过斜块，那么就让两边的螺母都挤在一起，将螺纹的缝隙变小一点，这样传动精度就变高了。在传动的时候用的螺杆，螺纹正常是向右边转动，比较特别的时候才会向左边旋转。3.3.2 螺杆与螺母常用材料螺杆还有螺母使用的材质耐磨性，还有强度，工艺性都要好。3-1 表格里面就是他们经常使用的材质。表 3-1 螺杆与螺母常用材料螺纹副材料应用场合Q235 Q275 45 50载荷轻，转动速度慢，不需要热处理40Gr 65Mn 20GrMnTi载荷中，速度很快。要进行热处理，这样耐磨性就高螺杆9Mn2V GrWMn 38GrMoAl螺旋传动非常精密，要对材质进行热处理ZcuSn10P1 ZcuSn5Pb5Zn5一般传动螺母ZcuAL10Fe3 载荷重，传动速度慢。很小，10ZcuZn25AL6Fe3Mn并且，载荷轻，传动速度快的时候，螺母用的是钢，里面用青铜来浇注。3.4 耐磨性计算理论算耐磨性的办法现在还没有，算的时候按照对螺纹副上面的压强来进行限制，用下面的式子进行校核 phHdFPhzdFAFp22/在式子的里面：螺纹是矩形的，梯形的，工作的高是 h=0.5P,螺纹是锯齿形的，高是 h=0.75P;z=H/P 代表螺纹工作的时候有多少圈，H 代表螺纹的高(mm)，代表压强p的许用值 (MPa)，表格 3-2 里面展示表 3-2 滑动螺旋传动的许用压强p螺纹副材料滑动副速度/(mmin)许用压强/MPa钢对青铜低速151825111871012钢-耐磨铸铁61268钢-灰铸铁2.4612131847钢-钢低速7.513淬火钢-青铜6121013注：4。临界载荷跟螺杆的柔性还有使用的原材料有很大的关系，用式子可以算。iL/，按照欧拉式子来算：90852/LEIFc在式子里面：FC 代表临界的载荷，E 螺杆原材料弹性模量，钢；MpaE51006. 2I 代表的是危险截面的惯性矩（mm4） ，d1 代表的是螺杆螺纹里面的直径 64/41dI(mm)； 代表的是长度的系数，跟螺杆上面的结构关系不小；L 代表螺杆受力的时候最长的长度 (mm)；i 代表的是螺杆危险截面惯性的大小 (mm)，4/4121ddIi8590；如果是 b380MPa 的碳素钢 4/12. 130421dFc8590，如果是 b470MPa 的优质碳素钢 4/57. 246121dFc40 的时候，稳定性就不需要算了。表 2-4 长度系数 螺杆端部结构两头都固定起来0.5一头固定起来，一头没有完全固定0.6一头固定，一头是自由的2一头固定的，一头是铰支0.7两头都铰支113注：在对螺杆上面的支承状况来进行确定：支承用的都是滑动的采用滑动支承时：lo 为支承长度，do 为支承孔直径，lo/do3 固定。支承用的是滚动的：径向上有约束的时候，用的是铰支；径向上，轴向上进行的约束都是固定的。3.5.4 自锁性要是螺旋传动要进行自锁，那么要看一下自锁的要求有没有符合，也就是： vvarctan表格 2-5 里面展示的就是表 2-5 螺旋传动螺旋副的当量摩擦系数 （定期润滑）螺旋副材料钢和青铜钢和耐磨铸铁钢和铸铁钢和钢淬火钢和青铜0.080.100.100.120.120.150.110.170.060.0814第 4 章 各主要零部件的设计4.1 总体参数计算4.1.1 千斤顶的技术参数螺旋千斤顶通过来回的对手柄进行扳动，螺旋杆将螺母带着工作，这样举重螺杆就跟着转动，这样就会升起或者降下来升降杯托，这样就可以实现起重拉力。螺旋千斤顶的技术有起重重量的额定值，起升的高，手柄作用的力，手柄的长，还有自身的重。接下来确定这些数据。4.1.2 选择材料对螺旋千斤顶进行设计，轴向的载荷已经知道 F=100000N，起重的高是h=150mm，3-1 图纸里面展示的就是，因为滑动螺旋在传动的时候，摩擦是很厉害的，所以需要它的材质耐磨性好，对歪性进行抵抗的性能好。在选用螺杆的材料的时候按照下面来进行： 传动精度比较高的，用的是碳素工具钢；硬度要求高的，使用的材料是铬锰合金钢；在硬度的大小是 3545HRC ，材质用65Mn 钢；正常材料用 45、50 钢。2-1 这个表里面，螺杆用的是 45 号钢，查资料 s=360Mpa；螺母用的材质ZCuSn10P1，2-2 表格里面就查到 p=20Mpa；螺纹是梯形的，单头向右边旋转，螺母是整体的。 30154.1.3 耐磨性计算(1) 确定 =1.7(2) 算出来 d2从 2-9 式子可以知道：mm 4 .432021000008 . 0/8 . 02pFd15d2 已经算出来了，查看资料将螺纹的标准数值确定下来： 外螺纹大径：d=48mm 螺距：P=8mm 牙顶的缝隙：ac =0.5mm- 基本牙型的高:H1=0.5P=4mm 外面螺纹牙的高度：h3= H1+ ac =4.5mm 里面螺纹牙的高度：H4= H1+ ac=4.5mm 牙顶高：Z=0.25P=2mm 外螺纹中径：d2=d-2Z=48-4=44mm 内螺纹中径：D2=d-2Z=48-4=44mm 外螺纹小径：d3=d-2h3=39mm 内螺纹小径：D1=d-2H=40mm 内螺纹大径：D4=d+2ac=49mm 牙根部宽度：b=0.65P=5.2mm 图 4-1 螺纹(3) 将螺母的高 H 算出来mm，确定 H=75mm8 .74447 . 12 dH(4) 将旋合多少圈算出来圈 38. 98/75/PHz(5) 对螺纹副的自锁性能进行校核 因为螺纹是弹头的，距离 S=P=8mm用上面的式子就有：从表格 2-5 就有 fv=0.09，v=arctan0.09=5.14，v，对于自锁的要求是可以符合。4.1.4 校核计算（1）算螺杆的强度将驱动的转矩算出来16mm*334104)14. 531. 3tan(244100000)tan(2/21NfFdTv(1) 查看专业资料，螺杆应力的许用值 Mpas7212053确定 Mpa100(2) MpadTdFca9 .96)392 . 0334104( 33914. 31000004)2 . 01( 3)4(232223223符合要求（2）对螺杆的稳定性进行验证(a) 柔度算出来ih/螺杆的一头是定着的，一头是没有固定的，长的系数 =2,已经知道mm；200h它的危险截面惯性半径的大小mm。75. 94/394/3 di将手柄装在千斤顶螺杆的上面：h1=（1.82）d=86.496mm选定 h1 = 90 mm，所以螺杆工作时候长的最大数值 l=200+90=290mm=59.5Cih75. 92902(b)将临界的载荷算出来113503.19mm643914. 364/443dI4，那么5 .59 NhEIFC368746)2902(19.1135031006. 214. 3)(25222 符合要求5 . 269. 3100000/368746/SFFc（3）对螺纹牙的强度进行校核螺母用 ZCuSn10P1 加工，查看 2-3：弯曲应力的许用值： ，确定 50MpaMpabp6040剪应力的许用值： ，确定 35MpaMpap4030螺母的强度要比螺杆的差，所以只需要对螺母螺纹的强度进行校核。通过之前查看的资料17牙根的宽：b=5.2mm基本牙型的高：H1=4mm放到 2-11,2-12 式子里面：螺母的弯曲强度是：bpbMpazbDFH7 .3038. 92 . 52 . 549410000033241将螺母的剪切强度算出来：pMpazbDF32.1338. 92 . 54910000044.2 底座的设计计算4.2.1 底座材料的选定（1）因为这个千斤顶承受的力没有多大，对于体积还有花销是有所需要的，所以都使用灰铸铁来加工。（2）斜度是 1:15。4.2.2 底座尺寸确定外面螺纹大的直径是 d=48mm 那么： D2=1.5dD3=1.4D2D4=1.4D5 mm10 D5 的确定通过构造来确定 算的时候从梯形来进行：D5=134mm 按照顺序就有：D4=187mm S=（1.52）=1520，取 16mm 对各个大小进行考虑，总的高度是 206mm4.3 手柄的设计计算4.3.1 手柄的材料选择材质用的是 45 号钢4.4.2 手柄的尺寸确定手柄的长就是 350(1)工作时候的转矩是：1820202020232)tan(21dDdDfdFLFTcvHH式子里面：100mm； 70mm， FH=250N。0D0d所以22333858385815. 032)14. 531. 3tan(4410000021250HL就有 LH=963.4mm，因为手柄的长是比千斤顶短，确定 LH=350mm，用的时候要把套筒加上去。(2)手柄直径是 d1=26 原材料 45 号钢 s=360Mpa，弯曲应力的许用值 b= 237178Mpa,确定b=230Mpa。 b2KHHHd32LFWLFHb所以说，确定 26mm8 .2523035025032dK(3)对它的端部进行倒角 C=24.4 杯托的设计计算4.4.1 杯托的材料选择 用 45 钢来加工4.4.2 杯托的尺寸确定式子是：D=（1.31.6）dD1=（0.81.2）dh=（0.40.6）D D=（1.31.6）48=62.476.8 确定 D=70mm D1=（0.81.2）48=38.457.6 确定 D1=50mm(1)算出来杯托的高 h：h=（0.40.6）70 确定：h=32mm(2)杯托里面的直径，外面的直径：外面的直径 70mm 厚 12mm4.5 千斤顶的效率计算杯托，螺杆的顶部轴承都是滑动推力的，效率在 0.95，那么就可以算出： 19 %3 .37)14. 531. 3tan(31. 3tan95. 0)tan(tan0.95 因为千斤顶是手动的，所以螺杆的强度，还有横向上振动是不需要进行验算。第 5 章 基于 Pro/E 的三维设计及仿真5.1 Pro/E 三维设计软件概述Pro/Engineer 这个软件是美国一家公司研发的，是属于 CAD/CAM/CAE 一体化的三维软件。Pro/Engineer 最有名的就是数据，使用数据化技术用的是最早的，现在三维软件里面，它占据的地位是很高的。这个软件是现在机械行业里面可以作为标准的，现在也是用的最多的一种 CAD/CAM/CAE 软件，尤其是在我们国家，在进行设计的时候主要使用的软件。Pro/Engineer 和 WildFire 就是 PTC 对外宣称的软件的名字，不过我们国家的使用者用的这个软件，这么多名字说的都是 Pro/Engineer 软件。Pro/E 对于参数化的设计是第一个提出来的，并且在对这些问题进行解决的时候用的是一个数据库来进行的。下面来介绍： （1）设计参数化对于产品来说，把它们当做是几何模型，不管有多么复杂，都可以将结构进行分解，数量是很多的，不管哪一种结构，约束的时候用有限的参数来进行。在零件的板块下，想要隐藏实体是没有办法的。（2）基于特征建模Pro/E 这个系统是在特征上的实体模型，设计人员用的是一些智能特征将模型生成出来，那么对草图就可以任意的进行勾画了，想将模型改变也是比较简单的。（3）单一数据库（全相关）Pro/Engineer 在同一的几层数据库上进行建立，以前的系统都是在很多个数据库上建立的。什么是单一数据库，就是我们所用的这些资料，全部是从一个库来。换句话来说，在这个设计里面，不管哪里有变化，都会在这个设计流程中体现。这样特别的20数据结构跟工程设计都结合起来，这样就可以跟设计产品进行结合。这个好处就让设计变得更好，产品质量更好，产品在市面上销售的更好，价格也降低了。这Pro/Engineer 是软件包，不是板块，就是系统的组成，它的功能有参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色，实体或线框造型，完整工程图的产生及不同视图展示。Pro/Engineer 这个系统是功能定义的，用不一样的设计功能就可以实现了，这样来对形体进行建立，工程师在用的时候更加自然，更加的质管，不需要使用很复杂的几何设计。它在进行修改的时候非常便利，那么设计就更加好了。在平面上可以看到造型，并且可以发送到绘图机上，还可以对它进行打印。Pro/Engineer 能够把三维还有二维的图纸传送到别的软件上，这样一来软件的功能就更强了。在一个用户使用的时候，它的设计能力是更加多的，可以进行组装，分析运动，分析人机工程，还要能够将工程图纸都画出来，并且打印机，不管是黑白的还是彩色的，不管是三维图纸还是二维图纸，都是可以打印出来的。下面介绍 Pro/Engineer 的作用：（1）可以进行特征的驱动，比方说倒角，腔，还有壳等等；（2）可以实现参数化，参数实际上就是大小，图纸里面的特点，负荷，还有边界的一些要求等等；（3）从这些零部件的特征，载荷的要求跟特征数据之间有什么关系，所以需要设计出来；（4）可以对体型大的，组合件复杂的进行设计。（5）对使用的完全相关性进行连贯，不管什么地方有改变，那么跟他们有关联的地方肯定会有改变。别的辅助板块对于 Pro/ENGINEER 的基本功能进一步进行扩大。5.2 各零部件的三维设计5.2.1 螺母(1)点击旋转的菜单，将草图画出来图 5-1 草绘界面(2)这样实体也就生成出来了，下面图纸里面展示21图 5-2 实体 (3)对里面的孔进行倒角 C5图 5-3 内孔倒角(4)对上面的面进行倒角 C2图 5-4 倒角(5)要将里面的螺纹加工出来，通过“螺纹扫描-切口”的菜单来进行22图 5-5 螺旋扫描(6)下面图纸里面就是切出来的螺纹轨道，这个轨道是梯形的，大小在下面图纸里面图 5-6 扫描轨迹(7)将螺纹切出来23图 5-7 生成螺纹(8)使用“拉伸-切剪”的菜单，加工出来四个孔在螺母的面上图 5-8 孔拉伸5.2.2 螺杆(1)使用菜单“旋转”，在画草图的时候，将螺杆每一个基本大小都画出来，图纸上有所展示图 5-9 草绘界面(2)下面图纸里面就是旋转出来的实体图 5-10 实体(3)使用“拉伸-切剪”菜单，将通孔在螺杆的彭大部分画出来24图 5-11 孔拉伸剪切(4)将外面的螺纹创建出来，使用“螺纹扫描-切口”菜单来进行图 5-12 螺纹扫描5.2.3 底座(1)点击“旋转”菜单，将底座的基本大小画出来图 5-13 草绘界面(2)将实体生成出来25图 5-18 实体(3)点击“倒角”菜单，倒角这个底座的每一个边缘 R5图 5-19 倒角(4)将螺纹孔在上边的面加工出来，要求就跟下面图一样图 5-20 修饰螺纹26(5)阵列命令，之后底座的实体图纸也就生成出来了图 5-21 列阵孔5.2.4 手柄点击“旋转”菜单，将手柄的基本大小画出来图 5-22 旋转5.2.5 杯托(1)进入“旋转”的菜单，那么杯托每一个地方的大小都画出来图 5-24 草绘界面(2) 将实体生成出来27图 5-25 实体(3)点击“孔命令”，将侧边的面限位螺纹孔加工出来做出侧面限位螺纹孔图 5-26 打孔5.3 三维装配将底座的零部件打开来图 5-27 底座在底座的上口里面，将螺母装上去，首先对齐主轴，之后接触面是没有缝隙配合的，之后再把孔轴进行对齐。28图 5-28 装配螺母将螺钉装在螺母还有底座上图 5-29 装配螺钉(4)三维装配对上面介绍的流程再一次进行装配，将螺杆，杯托还有限位螺钉这些零件都装配好之后，这样三维也就装配好了，就像下面图纸里面展示的：29图 5-30 三维装配5.4 三维仿真5.4.1 仿真的简单介绍原来进行设计还有加工过的时候，一开始是设计概念，之后对方案的可行性进行分析，最后才设计产品，要看这个设计对还是不对，一般要生产一个样机，这样对它的性能进行试验，看是不是符合要求，要是有不符合要求的覅昂，那么还需要进行改进。这样一而再再而三的进行设计，试验，修改，这样最终产品才能满足要求。这个流程时间很长，特别是系统的结构非常复杂的，用原来的设计办法肯定是满足不了市场要求的。电脑技术，仿真技术发展的很快， Pro/ENGINEER 对运动仿真提出了一个方案，也就是使用这个软件，对运动进行模拟，在电脑上生成一个模型，那么对于这个产品用了之后会出现哪些状况来进行分析，对产品的性能进行预估，之后对产品进行优化，将产品的技术性能变得更高，按照这个来对实际机器进行设计。对整个产品的性能进行分析，对有关问题进行解决，这就是运动仿真。设计的工作人员，通过这个三维软件提供的有关信息，包括零部件的物理信息，还有几何信息，在进行运动仿真的时候，对零部件之间所存在的联系，并且让他在电脑上进行装配，这样一来就可以在电脑上，就出现了我们设计的虚拟的机器，在这个虚拟的工作环境里面，对于机器的各项动作来进行虚拟的模仿，工作的时候，对于运动的状况，受力的状况进行仿真，进行分析，30对不一样的设计方案来进行试验，将这个系统出现的问题进行改进，这样一来最终设计的方案就是最合理的，之后按照他将物理样机做出来。进行仿真之后，不仅让生产物理样机花费的钱省掉了很多，并且研发产品花费的时间也变短了很多，对于产品在市面上的竞争，也是增强了不少。5.4.2 仿真过程（1）机构仿真(1)将装配图开下来，选择“机构”这个菜单图 5-31 点击“机构”(2)电动机需要建立两个31图 5-32 建立电动机 (3)选用“机构分析”这个菜单，这样它的对话框就跳出来了图 5-33 机构分析(4)选中，就开始动作了（2）取得仿真的动画(1)选中“回放”-点鼠标右键，选中“播放”图 5-34 启动动画(2)选中 “动画”里面“捕获”的菜单32图 5-35 动画(4)对“捕获
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