螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 1 1 緒論緒論 1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 千斤頂是一個(gè)在我們平時(shí)的生活生產(chǎn)中，經(jīng)常會(huì)使用到的設(shè)備。它能夠輔助我們完 成一些單使用人力很難以完成的工作比如抬起轎車進(jìn)行維修，移動(dòng)笨重的設(shè)備物品，架 設(shè)橋梁大墩等等一些列工作。因此千斤頂技術(shù)的發(fā)展將直接或間接影響到這些行業(yè)或部 門的正常運(yùn)作和未來的發(fā)展。本次對(duì)螺旋千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)是為了更深入地了解 千斤頂?shù)脑砼c應(yīng)用。通過查閱大量文獻(xiàn)資料，設(shè)計(jì)和繪制千斤頂各部件圖零件圖，不 僅熟悉了手驅(qū)動(dòng)螺旋千斤頂?shù)墓ぷ髟砗瓦^程，讓我也熟悉和強(qiáng)化了一些繪圖軟件的使 用，同時(shí)也加深了對(duì)機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)的了解。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況國內(nèi)外的發(fā)展概況 國外發(fā)展情況：早在20世紀(jì)40年代，臥式千斤頂就開始在汽車維修的行業(yè)中得到使 用，當(dāng)由于當(dāng)時(shí)技術(shù)和使用的原因，千斤頂設(shè)計(jì)時(shí)尺寸和體積較大，承載量較低，使用 不便。后來隨著社會(huì)需求量的加大以及千斤頂本身技術(shù)的發(fā)展，在90年代初，國外大部 分用戶用臥式千斤頂頂取代了立式千斤頂1。在90年代后期一些新型的千斤頂也相繼出現(xiàn) 如充氣式千斤頂和便攜式千斤頂。充氣千斤頂由保加利亞一汽車運(yùn)輸研究所發(fā)明的，它 由彈性的而又非常堅(jiān)固的橡膠制成的。使用時(shí)，用軟管將千斤頂連在汽車的排氣管上， 經(jīng)過1520秒，汽車將千斤頂鼓起，成為圓柱體。這種千斤頂可以把115t重的汽車頂起 70cm。Power-Riser型便攜式液壓千斤頂則可以用于所有類型的鐵道車輛，包括裝運(yùn)三 層汽車的貨車、聯(lián)運(yùn)車以及高車頂車輛。同時(shí)它具有一個(gè)將負(fù)載定位的機(jī)械鎖定環(huán)，一 個(gè)三維機(jī)械手，一個(gè)全封閉構(gòu)架以及一個(gè)用于防止雜質(zhì)進(jìn)入液壓系統(tǒng)的外置過濾器。另 外一種名為Tcuck Jack的便攜式液壓千斤頂則可以用于對(duì)已斷裂的貨車轉(zhuǎn)向架彈簧進(jìn)行快 速的現(xiàn)場(chǎng)維修。該千斤頂能在現(xiàn)場(chǎng)從側(cè)面對(duì)裝有70125t級(jí)轉(zhuǎn)向架的大多數(shù)卸載貨車進(jìn)行 維修，并能完全由轉(zhuǎn)向架側(cè)架支撐住。它適用于車間或軌道上無需使用鋼軌道碴或軌枕 作支承的情況。 國內(nèi)發(fā)展情況：我國千斤頂技術(shù)發(fā)展較晚，由于缺少與國外先進(jìn)技術(shù)的交流，所以 直到1979年才接觸到類似國外臥式千斤頂這樣的產(chǎn)品。但是經(jīng)過我們重新對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè) 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 計(jì)改造，在外型美觀、使用方便、承載量大、壽命長(zhǎng)等方面都已經(jīng)超過國外同類的產(chǎn)品 并且迅速打入歐美市場(chǎng)。經(jīng)過多年設(shè)計(jì)與制造的實(shí)踐，除了臥式千斤頂以外，我國的千 斤頂還規(guī)格齊全，還研制出了新型折疊式液壓千斤頂、新型剪式千斤頂、快速升降千斤 頂、多用千斤頂、便攜式電動(dòng)千斤頂?shù)鹊?，形成系列產(chǎn)品。隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā) 展，汽車對(duì)千斤頂?shù)囊笠苍絹碓礁?；同時(shí)隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，用戶要求的不斷變化， 將迫使千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)質(zhì)量要不斷提高，以適應(yīng)用戶的需求。用戶喜歡的、市場(chǎng)需要的千 斤頂將不僅要求重量輕，攜帶方便，外形美觀，使用可靠，還會(huì)對(duì)千斤頂?shù)倪M(jìn)一步自動(dòng) 化，甚至智能化都有所要求。目前我國的汽配企業(yè)不僅需要供應(yīng)國內(nèi)市場(chǎng)的需要，每年 還出口約500萬臺(tái)汽車用千斤頂?shù)绞澜绺鞯?。雖然如此，仔細(xì)分析千斤頂設(shè)計(jì)制造的技術(shù) 水平，采用先進(jìn)技術(shù)不足，仍存在較大的改進(jìn)空間2。 1.3 本課題本課題應(yīng)達(dá)到的要求應(yīng)達(dá)到的要求 (1)了解螺旋千斤頂?shù)难芯楷F(xiàn)狀，以及螺旋千斤頂在國內(nèi)外的使用情況，以及存在的 一些問題。 (2)了解螺旋千斤頂?shù)慕M成以及螺旋千斤頂?shù)脑敿?xì)構(gòu)造、各個(gè)零件的尺寸功能以及組 裝方法，工作原理。 (3)進(jìn)行螺旋千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算。并使用 CAD 對(duì)千斤頂各部分零件進(jìn)行繪制裝 配。 (4)使用 PRO/E 對(duì)螺旋千斤頂進(jìn)行仿真分析。 (5)熟悉千斤頂?shù)墓ぷ髟砗褪褂梅椒?，了解千斤頂各零部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提高自己 獨(dú)立開發(fā)與設(shè)計(jì)的能力，學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的基本思路。 螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 3 2 螺旋千斤頂螺旋千斤頂?shù)母攀龊偷母攀龊驮O(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求 千斤頂又叫舉重器、頂重機(jī)、頂升機(jī)等，是一種用比較小的力就能把重物頂升、下 降或移位的簡(jiǎn)單起重機(jī)具，也可用來校正設(shè)備安裝的偏差和構(gòu)件的變形等。千斤頂主要 用于廠礦、交通運(yùn)輸?shù)炔块T作為車輛修理及其它起重、支撐等工作。其結(jié)構(gòu)輕巧堅(jiān)固、 靈活可靠，一人即可攜帶和操作。隨著現(xiàn)在家用汽車的越來越普及，帶動(dòng)了一批與家用 車相關(guān)的行業(yè)，家用車的售后維修就是其中之一，而家用車的維修中，千斤頂又是必備 的工具之一。千斤頂是用剛性頂舉件作為工作裝置，通過頂部托座或底部托爪在小行程 內(nèi)頂升重物的輕小起重設(shè)備，千斤頂?shù)捻斏叨纫话銥?400mm，頂升速度一般為 10- 35mm/min，起重能力最大可達(dá) 500t。 螺旋千斤頂由底座、螺桿、螺母、托杯、手柄等零件所組成。螺桿在固定螺母中旋 轉(zhuǎn)并上升或下降，把托杯上的重物舉起或放下。設(shè)計(jì)時(shí)某些零件的主要尺寸是通過理論 計(jì)算確定的，其它結(jié)構(gòu)尺寸則是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式或制造工藝決定的，必要時(shí)進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算， 對(duì)這一裝置的主要要求是:保證各零件有足夠的強(qiáng)度、耐磨性、能自鎖、穩(wěn)定性合格等。 螺旋式千斤頂分為：固定式螺旋式千斤頂、LQ 型固定式螺旋千斤頂和移動(dòng)式螺旋千 斤頂三大類。 （1）固定螺旋式千斤頂有普通式和棘輪式兩種，在作業(yè)時(shí)，未卸載之前不 能作平面移動(dòng)；（2）LQ 型固定螺旋式千斤頂結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧，使用方便。它有棘輪組、 大小錐齒輪、升降套筒、鋸齒形螺桿、主架等組成；當(dāng)往復(fù)搬動(dòng)手柄時(shí)，撐牙推動(dòng)棘輪 組間歇回轉(zhuǎn)，小錐齒輪帶動(dòng)大錐齒輪，使鋸齒形螺桿旋轉(zhuǎn)，從而使升降套筒上升或下降。 由于推力軸承轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，摩擦力小，因而操作靈敏，工作效率高。 （3）移動(dòng)式螺旋千斤 頂是一種在頂升過程中可以移動(dòng)的千斤頂，在作業(yè)時(shí)，它的移動(dòng)主要是靠其底部的水平 螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使頂起或下降的重物連同千斤頂一同做水平移動(dòng)。因此，移動(dòng)式螺旋千 斤頂在設(shè)備安裝施工中用來就位便很使用。 螺旋千斤頂是利用螺旋傳動(dòng)來頂舉重物，螺旋千斤頂是通過往復(fù)扳動(dòng)手柄，拔爪即 推動(dòng)棘輪間隙回轉(zhuǎn)，小傘齒輪帶動(dòng)大傘齒輪、使舉重螺桿旋轉(zhuǎn)，從而使升降套筒獲得起 升或下降，而達(dá)到起重拉力的功能，是汽車修理和機(jī)械安裝常用的一種起重或頂壓工具， 但頂舉的高度不能太高。工作中，手柄穿在螺旋桿頂部的孔中，旋動(dòng)手柄，螺旋桿在螺 套中靠螺紋上、下移動(dòng)，頂墊上的重物隨著螺桿的上升而頂起。螺套鑲在底座里，用螺 釘定位，磨損后便于更換修配，在螺桿的球 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 面型頂部，套一個(gè)頂墊，靠螺釘和螺旋桿聯(lián)接而不固定，使頂墊相對(duì)螺桿滑動(dòng)而不掉落。 螺旋千斤頂按其結(jié)構(gòu)和使用場(chǎng)所分為： （1）普通型螺旋千斤頂，其代號(hào)的表征字母為 ql。 （2） 普通高型螺旋千斤頂，其代號(hào)的表征字母為 qlg。 （3） 普通低型螺旋千斤頂，其代號(hào)的表征字母為 qld。 （4） 鉤式螺旋千斤頂,其代號(hào)的表征字母為 qlg。 （5） 剪式螺旋千斤頂,其代號(hào)的表征字母為 qlj。 （6） 自落式螺旋千斤頂,其代號(hào)的表征字母為 qlz3。 按螺桿與螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式，螺旋傳動(dòng)有以下四種方式，如圖 2.1。 （1）螺母不動(dòng)。如圖 2.1（a） ，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并且往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)以固定螺母為主要 支撐，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但占據(jù)空間大。 （2）螺母轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖 2.1（b） ，螺桿做支線運(yùn)動(dòng)，螺桿應(yīng)做防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，螺母轉(zhuǎn)動(dòng)要 設(shè)置軸承，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。 （3）螺母轉(zhuǎn)動(dòng)并沿直線運(yùn)動(dòng)。如圖 2.1（c） ，螺桿固定不動(dòng)，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但是精 度不高。 （4）螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖 2.1（d） ，螺母做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這種方式運(yùn)動(dòng)占據(jù)空間小，但是 結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。 圖 2.1 螺旋傳動(dòng)方式 本次設(shè)計(jì)使用的是如圖（a）的第一類結(jié)構(gòu) ，螺旋千斤頂?shù)淖畲笃鹬刂亓?F=65KN， 最大起升高度 H=240mm。 螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 5 3 螺旋千斤頂各部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算螺旋千斤頂各部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1 螺桿的計(jì)算螺桿的計(jì)算 3.1.1 螺桿螺紋類型的選擇螺桿螺紋類型的選擇 螺紋有三角形、矩形、梯形、鋸齒形，常用的是梯形螺紋。梯形螺紋牙型是等腰梯 形，牙型角 =30，梯形螺紋的內(nèi)外螺紋以錐面貼近不易松動(dòng)，能夠起到傳動(dòng)作用。故 選梯形螺紋，它的基本型號(hào)按 GB/T5796.1-2005 的規(guī)定。 3.1.2 選取螺桿材料選取螺桿材料 螺桿材料常用 Q235、Q275、40 鋼、45 鋼、55 鋼等。螺桿承受重載，可初選螺桿的 材料為 45 鋼。最后根據(jù)強(qiáng)度條件來驗(yàn)證確定最終材料。由參考文獻(xiàn)1表 3-1 查得抗拉 強(qiáng)度 ，屈服強(qiáng)度。MPa b 600MPa s 355 3.1.3 螺桿的直徑螺桿的直徑 螺桿工作時(shí)，同時(shí)受到壓力和轉(zhuǎn)矩的作用。因此它的計(jì)算可近似按螺栓聯(lián)接的計(jì)算公 式求得螺紋小徑，即 （3.1） 1 PF d 許用應(yīng)力 （3.2） (35) s 由參考文獻(xiàn)1表 3-2 得 22 315,530 sB N mmN mm 2 315 10563 (35)(35) s N mm 取 80Mpa 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 則 3 1 4 1.3 65 10 36.68 80 dmm 選梯形螺紋 48 8Tr 螺紋大徑 ，48dmm148 149Ddmm 螺紋中徑 22 448444dDdmm 螺紋小徑 mmdd399489 1 1 848840Ddmm 螺距 8pmm 螺紋根部厚度 1 0.6340.634 85.072tpmm 螺紋工作高度 mmh=0. 5p=0. 5 8=4 較核螺桿強(qiáng)度 螺紋力矩 （3.3） 2 1 tan() 2 v d TF 螺紋升角 （3.4）)arctan( 2 d np 2 1 8 arctan()arctan()3.31 44 np d 由參考文獻(xiàn)1表 3-6 (鋼與鑄鐵的滑動(dòng)摩擦系數(shù)無潤(rùn)滑)0.18 當(dāng)量摩擦角 0.18 arctanarctan10.55 cos cos15 v 35 1 44 65 10tan(3.31 10.55)3.53 10 2 TN mm: 按第四強(qiáng)度理論較核，螺桿危險(xiǎn)截面強(qiáng)度校核公式為 （3.5） 22 3ca 22 1 23 11 4 3 0.2 ca TF dd 22 35 23 4 65 103.53 10 374.96 80 390.2 39 ca MpaMpa 滿足要求。 螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 7 圖 3.1 螺桿受力圖 根據(jù)數(shù)據(jù)畫出螺桿受力簡(jiǎn)圖，根據(jù)螺桿受力圖 3.1 可知，螺桿工作時(shí)主要承受轉(zhuǎn)矩及 軸向壓力的作用，因此需要進(jìn)行螺桿強(qiáng)度計(jì)算，此外還要進(jìn)行自鎖性計(jì)算。 3.1.4 自鎖性驗(yàn)算自鎖性驗(yàn)算 自鎖條件 v 其中3.31 故 ，可用，且，可靠。 v 44 30 3.1.5 螺桿結(jié)構(gòu)螺桿結(jié)構(gòu) 螺桿上端直徑(1.7 1.9)(1.7 1.9) 4881.691.2dmm 2 D 取85mm 2 D 手柄孔徑 (0.5 1) kp dd 式中：35 p dmm 則 35(0.5 1)35.536 k dmm 取 36 k dmm ，取 (0.60.7)(0.60.7) 4828.833.6ddmm 30dmm 退刀槽直徑 1 (0.20.5)39(0.20.5)38.838.5dmm c d 取38.6 c dmm 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 退刀槽寬度mmpb1285 . 15 . 1 螺桿膨大部分長(zhǎng)度mmdl 8 . 76 2 . 6748)6 . 14 . 1 ()6 . 14 . 1 ( 取 70lmm ，取 12 (34)13(34)16 17hhmm 1 16hmm 螺桿長(zhǎng)度mmhlHHl4661670140240 1 3.1.6 穩(wěn)定性計(jì)算穩(wěn)定性計(jì)算 細(xì)長(zhǎng)的螺桿工作時(shí)受到較大的軸向壓力，螺桿可能失穩(wěn)，為此按下式演算螺桿的穩(wěn) 定性。 （3.6）2.54.0 cr FF 式中，為螺桿的臨界壓力。彈性模量 cr F 2 2 () cr EI F L 5 2.0 10EMpa 44 54 1 39 1.1 10 6464 d Imm 5(1.4 1.6)LHpd ，取。2405 8(1.4 1.6) 48347.2356.8mm 350Lmm 由，為固定支承，（一端固定，一端自由） 002 140 443.183lddH2 255 5 2 2.0 101.1 10 4.57 10 (2 350) cr FN ，螺桿可以穩(wěn)定工作。 53 4.57 1065 107.032.5 cr FF 3.2 螺母的設(shè)計(jì)計(jì)算螺母的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.2.1 螺母的材料螺母的材料 螺母的材料選用 HT300。 3.2.2 確定螺紋旋合圈數(shù)確定螺紋旋合圈數(shù) 根據(jù)耐磨性旋合圈數(shù) z，即 （3.7） 2 FP pp d hH 2 F z d h p （3.8） 螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 9 由參考文獻(xiàn)1表 6-1 2 mnNp/15 3 65 10 7.84 44 15 4 z 螺母實(shí)際圈數(shù) 1.57.84 1.59.34zz 10, 1.58.5zzz取則 螺母旋合長(zhǎng)度10 880Hz pmm : 校核螺母的高徑比80 441.82 2 =H d 由參考文獻(xiàn)1表 6-1，不能滿足要求。故要重新確定螺母的2.53.5兼做支承的螺母 高度。，則3.2取 2 3.2 44140.8Hdmm 取 140Hmm 3.2.3 校核螺母的螺牙強(qiáng)度校核螺母的螺牙強(qiáng)度 (1）剪切強(qiáng)度 由參考文獻(xiàn)1表 6-1 2 40N mm 3 22 1 65 10 9.8 40 49 5.072 8.5 N mmN mm Dt z F 故滿足要求。 (2）彎曲強(qiáng)度 （3.9） 2 1 3 bb Fh Dt z 式中 mmh=4 由參考文獻(xiàn)1表 6-1 2 4555 b N mm 3 2 2 3 65 104 23.2 49 5.0728.5 bb N mm 故滿足要求。 3.2.4 螺母其它結(jié)構(gòu)尺寸螺母其它結(jié)構(gòu)尺寸 (1)螺母外徑 取MMDD2 .88 4 . 7849)8 . 16 . 1 ()8 . 16 . 1 ( 80Dmm 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 (2)螺母凸緣厚度 取 1 (1.3 1.4)(1.3 1.4) 80104 112DDmm 1 106Dmm (3)螺母凸緣厚度 取 80 26.67 3 mm H a= 3 25amm 3.2.5 螺母外徑和凸緣強(qiáng)度的計(jì)算及螺母懸置部分校核螺母外徑和凸緣強(qiáng)度的計(jì)算及螺母懸置部分校核 （1）螺母外徑 （3.10） 22 (1.2 1.3) 1 () 4 F DD 式中：螺母的許用拉應(yīng)力 0.83 b 螺母材料的許用彎曲應(yīng)力， b 2 4555 b N mm 0.830.83 455537.3545.65 b Mpa 3 2222 (1.2 1.3)(1.2 1.3) 65 10 11 ()(8049 ) 44 F DD 24.826.9 Mpa 安全。 （2）凸緣與底座接觸部分的擠壓強(qiáng)度計(jì)算 （3.11） 22 1 1 () 4 pp F DD (1.5 1.7)(1.5 1.7) (4555)67.593.5 pb Mpa 3 22 65 10 17.1 1 (10680 ) 4 p Mpa ，安全 pp 螺母上固定螺釘用 GB/T 71 M12 （3）凸緣根部的彎曲強(qiáng)度計(jì)算 （3.12） 1 2 1.5 () bb F DD Da 3 2 1.5 65 10 (10680) 16.15 80 25 b Mpa 螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 11 ，安全。 bb 圖 3.2 螺母簡(jiǎn)圖圖 根據(jù)所得數(shù)據(jù)，畫出螺母簡(jiǎn)圖如圖 3.2。 3.3 托杯的設(shè)計(jì)計(jì)算托杯的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.3.1 驗(yàn)算接觸面間的壓力強(qiáng)度驗(yàn)算接觸面間的壓力強(qiáng)度 螺旋千斤頂起重時(shí)，因托杯底與螺桿接觸面間相對(duì)滑動(dòng)，所以要驗(yàn)算接觸面間的壓力 強(qiáng)度， （3.13） 22 45 1 () 4 F pp DD 直徑 42 (24)85(24)83 81DDmm 4 82Dmm取 直徑 5 (1 2)30(1 2)31 32Ddmm 5 31Dmm取 則 3 2 2222 45 65 10 14.4 11 ()(8231 ) 44 F pN mm DD （托杯材料 Q235）,故安全 2 18pN mm pp 3.3.2 托杯的外口徑托杯的外口徑 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 3 (2.42.5)(2.42.5) 48115.2 120Ddmm 3 118Dmm取 圖 3.3 托杯簡(jiǎn)圖 根據(jù)數(shù)據(jù)，作出托杯簡(jiǎn)圖如圖 3.3。 3.4 手柄的設(shè)計(jì)計(jì)算手柄的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.4.1 手柄材料手柄材料 手柄的材料選取 Q235。 3.4.2 手柄長(zhǎng)度手柄長(zhǎng)度 1）作用于手柄上的力矩，從而可得 12 TT P T=KL 12 P TT L K 2）K 為搬動(dòng)手柄的臂力，起取值為，取K=150250N:K=200N 3）螺紋力矩 5 2 1 tan()3.53 10 2 v d TFN mm: 摩擦力矩 3 245 11 ()(8231) 0.07 65 10 44 TDDF: 5 1.28 10 N mm: 2m TrF 45 33 45 22 45 () 4, 1 3 m DDC C r DD DD : : （p為常數(shù)） （p=C ） 螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 13 4）手柄長(zhǎng)度 55 12 3.53 101.28 10 2405 200 P TT Lmm K 1500 P Lmm取 5）手柄的實(shí)際長(zhǎng)度 2 85 (50 150)1500(50 150) 22 P D LL 1592.51692.5mm: 。mm取L=800 3.4.3 手柄直徑手柄直徑 按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) （3.14） 3 0.1 P KL bb P d 則 （3.15） 3 0.1 P KL P b d 2 120N mm b 3200 2405 34.2 0.1 120 mm P d 35mm P 取d 圖 3.4 手柄簡(jiǎn)圖 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，作出手柄簡(jiǎn)圖如圖 3.4。 3.5 底座的設(shè)計(jì)計(jì)算底座的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.5.1 底座材料底座材料 選用 HT150，鑄鐵壁厚，底座外形制成 1：5 的錐度。10mm 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 3.5.2 其主要結(jié)構(gòu)尺寸其主要結(jié)構(gòu)尺寸 240Hmm 高度 1 (14 18)240 140(14 18)HHH 394398mm 取 1 395Hmm 6 (5 10)80(5 10)8590DDmm 6 90Dmm取 761 11 ()90(395 14025)151 55 DDHHamm 7 150Dmm取 按擠壓強(qiáng)度計(jì)算 8 D （3.16） 2 7 4 P F D 8 D 取 2.25 P Mpa 3 2 4 65 10 150243.5 2.25 mm 8 D 240mm 8 取D 螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 15 圖 3.5 底座簡(jiǎn)圖 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，作出底座結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 3.5。 3.6 千斤頂?shù)男视?jì)算及繪制千斤頂?shù)男视?jì)算及繪制 CAD 圖紙圖紙 3 265 108 2200 24050.170.3 p FpkL 可滿足自鎖條件的要求。 經(jīng)過上面的設(shè)計(jì)計(jì)算，使用 CAD 作出螺旋千斤頂主要零件圖 5 張，裝配圖 1 張，使 用 PROE 作出螺旋千斤頂三維零件圖 5 張，裝配圖 1 張。 4 基于基于 PRO/EPRO/E 的千斤頂仿真的千斤頂仿真 4.1 千斤頂主要零件的三維建模千斤頂主要零件的三維建模 4.1.1 底座底座 1、首先新建實(shí)體零件文件 dizuo，選擇模板 mmns_part_soild。見圖 4.1。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 圖 4.1 底座模板 2、用旋轉(zhuǎn)命令創(chuàng)建主體部分，截面圖如下，生成主體部分。見圖 4.2。 圖 4.2 主體部分 3、用孔命令做出如圖所示孔。見圖 4.3。 圖 4.3 底座做孔 4、用倒角命令在如下圖所示位置倒角。見圖 4.4。 螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 17 圖 4.4 底座倒角 5、完成后效果圖。見圖 4.5。 圖 4.5 底座效果圖 4.1.2 螺母螺母 1、新建實(shí)體零件文件 luomu，選擇模板 mmns_part_soild。見圖 4.6。 2、用旋轉(zhuǎn)做出主體部分，草繪截面如下圖 4.7。 圖 4.6 螺母模板 圖 4.7 螺母草圖 3、創(chuàng)建基準(zhǔn)平面 DTM1，如下圖 4.8。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 圖 4.8 創(chuàng)建基準(zhǔn)平面 4、選 DTM1 平面為繪圖平面，旋轉(zhuǎn)出如下圖所示定位孔，并鏡像。見圖 4.9。 圖 4.9 定位孔 5、對(duì)需要倒角的位置進(jìn)行倒角，完成后效果圖如圖 4.10。 螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 19 圖 4.10 效果圖 4.1.3 螺桿螺桿 1、首先新建實(shí)體零件文件 luogan，選擇模板為 mmns_part_soild。 2、用旋轉(zhuǎn)命令創(chuàng)建螺桿主體部分，草繪截面如下圖 4.11。 圖 4.11 螺桿模板 3、旋轉(zhuǎn)切除如圖所示部分，見圖 4.12。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 圖 4.12 旋轉(zhuǎn)切除 4、用拉伸切除創(chuàng)建出手柄安裝孔，見圖 4.13。 圖 4.13 手柄安裝孔 5、用旋轉(zhuǎn)切除創(chuàng)建如圖所示小孔，見圖 4.14。 圖 4.14 打孔第一步 6、用旋轉(zhuǎn)切除創(chuàng)建如圖所示孔：見圖 4.15。 螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 21 圖 4.15 打孔第二部 7、對(duì)螺桿底部進(jìn)行倒角，見圖 4.16。 圖 4.16 螺桿倒角 8、對(duì)地 5、6 步所創(chuàng)建的螺紋孔做螺紋修飾，分別為 M6-20，M8-22，見圖 4.17。 圖 4.17 螺紋修飾 9、用螺旋掃描命令切剪出螺紋部分，完成后效果圖如下：見圖 4.18。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 圖 4.18 效果圖 4.1.4 手柄手柄 1、首先新建實(shí)體零件文件 shoubing，選擇模板 mmns_part_soild。 2、用拉伸命令創(chuàng)建手柄，完成后如下：見圖 4.19。 圖 4.19 手柄創(chuàng)建 3、用孔命令創(chuàng)建如圖所示孔，并鏡像。見圖 4.20。 圖 4.20 手柄打孔 4、在手柄 2 端倒角，見圖 4.21。 螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 23 圖 4.21 手柄倒角 4.1.5 托杯托杯 1、首先新建實(shí)體零件文件 tuobei，選擇模板 mmns_part_soild。 2、用旋轉(zhuǎn)命令創(chuàng)建主體部分：見圖 4.22。 圖 4.22 托杯模板 3、用抽殼命令對(duì)上一步所做實(shí)體進(jìn)行抽殼，厚度為 10mm。見圖 4.23。 圖 4.23 托杯抽殼 4、用孔命令創(chuàng)建如圖所示孔.見圖 4.24。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 圖 4.24 托杯打孔 5、用拉伸命令創(chuàng)建如圖所示槽，見圖 4.25。 圖 4.25 托杯開槽 6、用軸陣列對(duì)上一步槽進(jìn)行陣列，完成后效果如下圖：見圖 4.26。 圖 4.26 效果圖 螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 25 4.2 千斤頂?shù)难b配設(shè)計(jì)千斤頂?shù)难b配設(shè)計(jì) 應(yīng)用 PROE 軟件里的裝配功能，完成千斤頂?shù)难b配，過程如下： 1、新建文件 qianjinding，類型選組件，子類型選設(shè)計(jì)，模版選 mmns_asm_design。 2、裝配底座。首先調(diào)入底座零件，在缺省位置放置，完成底座的裝配。見圖 4.27。 圖 4.27 底座裝配 3、裝配螺套。調(diào)入零件螺套，首先對(duì)齊如圖所示 2 個(gè)平面，見圖 4.28。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 26 圖 4.28 螺套裝配 然后對(duì)齊如圖所示 2 軸（底座中心軸和螺套中心軸） ，完成。見圖 4.29。 圖 4.29 對(duì)軸 4、裝配螺桿。首先調(diào)入零件螺桿，選擇連接類型為圓柱。見圖 4.30。 圖 4.30 裝配螺桿 選擇參考面為 2 個(gè)螺紋部分內(nèi)圓柱面，見圖 4.31,4.32。 圖 4.31 螺紋內(nèi)圓柱面 圖 4.32 螺紋內(nèi)圓柱面 螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 27 完成后如圖：見圖 4.33。 圖 4.33 裝配成果圖 5、裝配手柄。調(diào)入零件手柄，先選擇對(duì)齊，對(duì)齊手柄中心軸和螺桿上的手柄安裝孔的軸， 然后將手柄中間平面和螺桿上如圖所示平面對(duì)齊。見圖 4.34。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 28 圖 4.34 手柄裝配 6、裝配托杯。調(diào)入零件托杯，對(duì)齊如圖所示 2 個(gè)面，見圖 4.35。 圖 4.35 托杯裝配 7、將托杯中心軸和螺桿中心軸對(duì)齊，完成裝配。見圖 4.36。 圖 4.36 對(duì)軸 4. .3 仿真分析仿真分析 計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是世界各國十分重視的一項(xiàng)高新技術(shù)。仿真是以計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)為基礎(chǔ)， 根據(jù)用戶的要求，建立實(shí)際系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并使之轉(zhuǎn)換為仿真模型， 在不同的工況下， 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中運(yùn)行演示，從而真實(shí)地展現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài) 的過程。它是涉及計(jì)算數(shù) 學(xué)、工程控制、各種實(shí)際系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)、計(jì)算機(jī)軟硬 件技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域的一項(xiàng)綜合 性高科技技術(shù)。是科學(xué)工作者、工程技術(shù)人員、 運(yùn)行操作人員進(jìn)行系統(tǒng)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、 性能評(píng)估、運(yùn)行試驗(yàn)、教育培訓(xùn)、操作 訓(xùn)練的有力工具。它在國防、能源、交通、航空 航天等重要的軍事與非軍事領(lǐng)域， 得到了越來越廣泛的應(yīng)用。美國 1992 年提出的 22 項(xiàng)國家重點(diǎn)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)報(bào) 告中，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)被列為第 16 項(xiàng)。同年提出的 21 項(xiàng)國防及軍事重點(diǎn)發(fā)展的 關(guān)鍵技術(shù)報(bào)告中，被列為第 6 項(xiàng)。足見其在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域 螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 29 中的重要地位1。 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是首先在設(shè)計(jì)者頭腦中建立起產(chǎn)品的三維實(shí)體形狀后 借助于正投影方法，把頭腦中的三維實(shí)體投影為多二維視圖。在讀圖時(shí)又需要將各個(gè) 視 圖的信息通過想象加以綜合，在頭腦中恢復(fù)回原來的三維實(shí)體形狀，再進(jìn)行工 藝設(shè)計(jì)、 加工等工作。這樣一個(gè)復(fù)雜的過程，大大降低工作效率，且容易出錯(cuò)。 運(yùn)用 pro/e 系統(tǒng) 進(jìn)行三維實(shí)體設(shè)計(jì)技術(shù)，采用新的三維-二維-三維的新模 式，通過計(jì)算設(shè)計(jì)訓(xùn)練，培養(yǎng) 了空間想象能力和設(shè)計(jì)思想表達(dá)能力5。 在使用 pro/e 進(jìn)行千斤頂裝配的時(shí)，要注意約束類型及約束對(duì)象，在已知約束條件不 滿足的時(shí)候，可以新建基準(zhǔn)以此作為約束對(duì)象，這里會(huì)影響整體的仿真。 根據(jù)上文 pro/e 所作出的千斤頂三維圖，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真研究。 1、應(yīng)用程序，然后選擇機(jī)構(gòu)，再進(jìn)入運(yùn)動(dòng)仿真界面。 2、設(shè)置伺服電動(dòng)機(jī)。首先定義伺服電動(dòng)機(jī) ServoMotor1，運(yùn)動(dòng)軸選中心軸，輪廓速 度，設(shè)置為 10（可根據(jù)需要設(shè)置） 。見圖 4.37。 圖 4.37 ServoMotor1 設(shè)置 3、設(shè)置伺服電動(dòng)機(jī) ServoMotor2。插入伺服電動(dòng)機(jī)，類型選幾何，見圖 4.38。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 30 圖 4.38 ServoMotor2 設(shè)置 第一個(gè)可以選如圖所示螺桿最下端孔內(nèi)的點(diǎn)，見圖 4.39。 圖 4.39 ServoMotor2 設(shè)置 第二個(gè)選如圖所示螺套上表面，然后輪廓速度，設(shè)置為 0.5（可根據(jù)需要設(shè)置） 。見 圖 4.40。 圖 4.40 ServoMotor2 設(shè)置 螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 31 4、進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析，檢驗(yàn)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。分析機(jī)構(gòu)分析，設(shè)置終止時(shí)間為 20（可根據(jù)需要 設(shè)置） 。點(diǎn)運(yùn)行，就可以看到螺桿在向上做螺旋上升運(yùn)動(dòng)了。見圖 4.41。 圖 4.41 設(shè)置完成圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 32 5 結(jié)論與展望結(jié)論與展望 5.1 結(jié)論結(jié)論 辛苦而又充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)完成了，在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我收益匪淺。 此次設(shè)計(jì)目的是根據(jù)螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)出一個(gè)螺旋千斤頂。過程中首先 要對(duì)螺旋千斤頂進(jìn)行結(jié)構(gòu)選擇，總體設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)計(jì)算，參數(shù)分析，數(shù)據(jù)校核，并且使用 CAD 進(jìn)行裝配圖和零件圖的繪制，然后對(duì)總體機(jī)構(gòu)做基于 PRO/E 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析。通 過老師的指導(dǎo)，同學(xué)的幫助，和我自己查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，基本完成了任務(wù)， 達(dá)到了之前預(yù)期的要求。通過設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)螺旋千斤頂工作時(shí)傳動(dòng)效率低，返程慢，并 且螺桿主軸承受壓力較大，可以進(jìn)行強(qiáng)度方面的處理，已達(dá)到更好的工作效果。 5.2 不足與展望不足與展望 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會(huì)、從事職業(yè) 工作前一個(gè)必不可少的過程。 “千里之行始于足下” ，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我們深深體會(huì)到 這句千古名言的真正含義。我今天認(rèn)真地進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地地邁開這一步， 就是為了明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，還有許多缺陷有待改善，如設(shè)計(jì)計(jì)算過程比較繁復(fù)，原理分析不夠 透徹深入，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我也深深感覺到機(jī)械這門學(xué)科的博大精深,許多平時(shí)想當(dāng) 然很簡(jiǎn)單的知識(shí)點(diǎn)，到了要切實(shí)應(yīng)用的時(shí)候，明顯感到會(huì)有一些遲滯，實(shí)踐果然是檢驗(yàn) 知識(shí)水平的標(biāo)桿，我會(huì)在未來的學(xué)習(xí)，工作，生活中，不斷努力，不斷前進(jìn)，發(fā)揮出自 己的價(jià)值。 螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 33 致謝致謝 首先，我要感謝彭勇老師對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，他給予了我學(xué)術(shù)和 指導(dǎo)性的意見。沒有老師的指導(dǎo)，我不可能如此順利的完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我萬分的感 謝他給我的寶貴的指導(dǎo)意見和鼓勵(lì)。 我也非常感謝我的父母。在學(xué)習(xí)和生活上，他們一直都很支持我，使我能全身心地 投入到學(xué)習(xí)中。 最后，很感謝閱讀這篇畢業(yè)設(shè)計(jì)的人們。感謝你們抽出寶貴的時(shí)間來閱讀這篇畢業(yè) 設(shè)計(jì)。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 34 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 王田苗.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008:18-30,51,87,112. 2 黃景一，付榮伯.起重機(jī)械設(shè)計(jì)制造使用手冊(cè)M.安徽：安徽文化出版社，2012:89-92. 3 吳慧媛.零件制造工藝與裝備M.北京：電子工業(yè)出版社，2010:145-152. 4 孫燕華.AutoCAD2000 機(jī)械制圖M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002:34-35. 5 野火科技組.pro/engineer wirdfire 5.0 產(chǎn)品設(shè)計(jì)一體化解決方案設(shè)計(jì)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2011:12-16. 6 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