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The motor is composed of a motor, a belt drive, a turbine vortex rod drive, a screw, a nut, a lifting rod, etc.. This design first, based on the structure and the principle of electric lifting device of high analysis, this analysis based on put forward the overall structure scheme of and then, the design and verification of main technical parameters of the main parts is discussed; then, through the three-dimensional design software Pro / E design the electric lifting device and motion simulation is carried out. Finally, draw the electric lifting device assembly and major parts of the map. Through the design, the consolidation of the University of the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerance and interchangeability theories, mechanical drawing; master the design method of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software, for the future work in life is of great significance. Keywords: Lifting equipment; Turbine; Spiral; Design; Simulation 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 研究背景及意義 1 1.2 國內外研究及發(fā)展現狀 1 1.3主要內容與基本要求 2 第2章 總體方案設計 3 2.1設計要求 3 2.1.1參數要求 3 2.1.2內容要求 3 2.2方案設計 3 第3章 總體參數選擇與計算 4 3.1 選擇電動機 4 3.1.1電動機類型的選擇 4 3.1.2 電動機功率的選擇 4 3.1.3 電動機轉速的選擇 4 3.2 動力參數計算 5 3.2.1傳動比的計算 5 3.2.2各軸的轉速 5 3.2.3各軸的輸入功率 5 3.2.4各軸的輸入轉矩 5 第4章 主要零部件的設計與校核 7 4.1 V帶傳動的設計 7 4.1.1 V帶的基本參數 7 4.1.2 帶輪結構的設計 9 4.2渦輪渦桿設計 9 4.2.1選擇渦輪渦桿的傳動類型 9 4.2.2選擇材料 10 4.2.3按計齒面接觸疲勞強度計算進行設 10 4.2.4渦桿與渦輪的主要參數與幾何尺寸 12 4.2.5校核齒根彎曲疲勞強度 12 4.3軸的設計與校核 13 4.3.1渦桿軸 13 4.3.2渦輪軸 16 4.4軸承的校核 16 4.4.1渦桿軸上的軸承壽命校核 16 4.42渦輪軸上的軸承校核 17 4.5鍵的校核 18 4.5.1渦桿軸上鍵的強度校核 18 4.5.2渦輪軸上鍵的強度校核 18 4.6螺旋傳動設計 18 4.6.1螺旋傳動的類型 18 4.6.2螺旋傳動的運動分析 19 4.6.3滑動螺旋傳動的設計 21 4.6.4滑動螺旋的結構及材料 21 4.6.5耐磨性計算 22 4.6.6校核計算 23 第5章 基于Pro/E的三維設計及仿真 26 5.1 Pro/E三維設計軟件概述 26 5.2各零部件的三維設計 28 5.2.1渦輪、渦桿 28 5.2.2帶輪 28 5.2.3舉升桿 29 5.2.4移動小車 29 5.2.5箱體 29 5.3三維裝配 30 5.4三維仿真 31 5.4.1仿真的簡單介紹 31 5.4.2仿真過程 31 結　論 33 致　謝 34 參考文獻 35 附 錄 36 40 第1章 緒論 1.1 研究背景及意義 在研究本課題時就發(fā)現在現實生活和實際生產中，我們經常會遇到一些汽車需要更換輪胎或者維修，將一些重物在沒有起重裝備的情況下移動或抬起，如果僅僅靠人工進行操作是相當困難的，這個時候就用到了電動舉高器。電動舉高器與我們生活息息相關，比如鐵路車輛檢修、橋梁安裝、礦山、建筑工程的支撐及車輛設備等重物的起重方面都離不開電動舉高器。因此電動舉高器技術的發(fā)展將直接影響到這些行業(yè)或部門的正常運作和未來的發(fā)展。本次通過研究學習機械原理，機械制造基礎，機械加工工藝，工程力學等書籍，設計出以電動驅動舉重螺桿旋轉，從而使伸降套筒獲得起伸或下降達到起重拉力功能的螺旋式電動舉高器。通過查閱大量文獻資料，設計和繪制電動舉高器各部件零件圖，不僅熟悉了移動式電動舉高器的工作原理，讓我也熟悉和強化了一些繪圖軟件的使用，同時加深了對課本中有關傳動與機械基礎理論知識的理解。 本此設計的可移螺旋式汽車電動舉高器。它主要由電動機、渦桿、渦輪箱、螺旋、輪等組成。它改變了習慣建筑地坑和人仰臥鉆在車腹下修車的方式。它工作安全可靠、結構簡單、造價低廉，是維修廠（站）和其它類似舉高作業(yè)的得力器具。 1.2 國內外研究及發(fā)展現狀 （1）國外 早在20世紀40年代，移動式電動舉高器就開始在汽車維修行業(yè)中得到使用，但由于當時技術和使用的原因，電動舉高器設計時的尺寸和體積較大，承載能力較低，使用起來很不不便。后來隨著社會需求量的加大以及電動舉高器本身技術的發(fā)展，在90年代初，國外大部分用戶用移動式電動舉高器取代了立式電動舉高器。在90年代后期一些新型的電動舉高器也相繼出現如充氣式電動舉高器和便攜式電動舉高器。充氣電動舉高器是由保加利亞一汽車運輸研究所發(fā)明的，它由彈性的而又非常堅固的橡膠制成。Power-RiserII型便攜式液壓電動舉高器則可以用于所有類型的鐵道車輛。另外一種名為Tcuck Jack的便攜式液壓電動舉高器則可以用于對已斷裂的貨車轉向彈簧進行快速的現場維修，并能完全由轉向架側架支撐住。 （2）國內 我國電動舉高器技術發(fā)展較晚，由于缺少與國外先進技術的交流，所以直到1979年才接觸到類似國外移動式電動舉高器這樣的產品。但是經過我們重新對產品進行設計改造，在外觀美觀、使用方便、承載能力強、壽命長等方面都超過了國外同類的產品并迅速打入歐美市場。經過多年設計制造的實踐，除了移動式電動舉高器外，我國的電動舉高器還規(guī)格齊全，還研制出了新型折疊式液壓電動舉高器、新型剪式電動舉高器、快速升降電動舉高器、多用途電動舉高器、便攜式電動電動舉高器等等，形成了一套系列產品。隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車對電動舉高器的要求也越來越高；同時隨著市場競爭的加劇，用戶要求的不斷的變化，將迫使電動舉高器的設計質量要不斷提高，以適應用戶的需求。用戶喜歡的、市場需要的電動舉高器不僅要求重量輕，攜帶方便，外形美觀，使用可靠，還會對電動舉高器的進一步自訂化，甚至智能化都有所要求。 1.3主要內容與基本要求 完成電動舉高器的設計，采用三維手段對所設計各零部件進行虛擬裝配，生成整機裝配圖及部裝圖圖紙，編寫設計說明書。 主要內容： （1）電動舉高器的總體結構設計 （2）傳動裝置設計 （3）機架設計 （4）電動控制裝置設計 （5）完成電動舉高器的三維實體裝配 第2章 總體方案設計 2.1設計要求 2.1.1參數要求 已知最大載重為40KN，最大升距280mm，高度調節(jié)范圍0~210mm，最大起重高度約1000mm左右，起升速度2.5mm/s。 2.1.2內容要求 1）查閱文獻資料，了解電動舉高器的工作原理； 2）根據設計要求確定設計方案，完成電動舉高器的總體設計； 3）完成電動舉高器機械部分的具體設計； 4）繪制總裝圖，利用三維軟件繪制三維實體模型、工程圖及零件圖，進行虛擬樣機的裝配和運動仿真； 2.2方案設計 根據設計要求本次采用移動式結構，有電機通過V帶傳動驅動渦輪渦桿帶動螺桿升降實現舉高。螺桿設有兩處，一處用于負載狀態(tài)下有電機帶動實現升降舉高，一處用于空載狀態(tài)下手動旋轉實現高度調節(jié)。結構方案如下圖示。 圖2-1 電動舉高器總體方案簡圖 第3章 總體參數選擇與計算 3.1 選擇電動機 3.1.1電動機類型的選擇 按工作要求和工作條件選用Y系列三相異步電動機。 3.1.2 電動機功率的選擇 標準電動機的容量由額定功率表示。所選電動機的額定功率應該等于或稍大于工作要求的功率。容量小于工作要求，則不能保證工作機的正常工作，或使電動機長期過載、發(fā)熱大而過早損壞；容量過大，則增加成本，并且由于效率和功率因數低而造成電能浪費。 （1）舉升重物所需的功率為： （2）電動機的輸出功率為 ——電動機至渦輪軸的傳動裝置總效率。 V帶傳動效率，渦桿傳動效率，滾子軸承傳動效率，螺旋傳動的效率 則從電動機到舉升桿的總效率為： （3）電動機所需功率為： 考慮到摩擦影響結合現有舉高器查《機械設計手冊》表19-1選取電動機額定功率為1.1kw。 3.1.3 電動機轉速的選擇 取螺桿導程為P=6mm，即螺桿每轉一圈重物上升6mm。 螺桿轉速： 渦輪渦桿傳動比為： 帶傳動的傳動比為： 所以電動機實際轉速的推薦值為： 符合這一范圍的同步轉速為1000、1500、3000r/min。 綜合考慮傳動裝置機構緊湊性和經濟性，選用同步轉速1500r/min的電機。 型號為Y90S-4，滿載轉速，功率1.1。 3.2 動力參數計算 3.2.1傳動比的計算 （1）傳動比為： （2）傳動比 取渦輪渦桿傳動比： 則帶傳動的傳動比為： 3.2.2各軸的轉速 1軸 2軸 ； 3.2.3各軸的輸入功率 1軸 ； 2軸 ； 3.2.4各軸的輸入轉矩 1軸 ； 2軸 ； 將各軸動力參數整理如下表： 軸名 功率 轉矩 轉速 傳動比 電機軸 1.1 7.5 1400 1軸 1.06 13.02 777.8 1.8 2軸 0.78 297.96 25 31 第4章 主要零部件的設計與校核 4.1 V帶傳動的設計 4.1.1 V帶的基本參數 1）確定計算功率： 已知：；； 查《機械設計基礎》表13-8得工況系數：； 則： 2）選取V帶型號： 根據、查《機械設計基礎》圖13-15選用A型V帶, 3）確定大、小帶輪的基準直徑 （1）初選小帶輪的基準直徑： ； （2）計算大帶輪基準直徑： ； 圓整取，誤差小于5%，是允許的。 4）驗算帶速： 帶的速度合適。 5）確定V帶的基準長度和傳動中心距： 中心距： 初選中心距 （2）基準長度： 對于A型帶選用 （3）實際中心距： 6）驗算主動輪上的包角： 由 得 主動輪上的包角合適。 7）計算V帶的根數： ，查《機械設計基礎》表13-3 得：； （2），查表得：； （3）由查表得，包角修正系數 （4）由，與V帶型號A型查表得： 綜上數據，得 取合適。 8）計算預緊力（初拉力）： 根據帶型A型查《機械設計基礎》表13-1得： 9）計算作用在軸上的壓軸力： 其中為小帶輪的包角。 10）V帶傳動的主要參數整理并列表： 帶型 帶輪基準直徑(mm) 傳動比 基準長度(mm) A 2 900 中心距（mm） 根數 初拉力(N) 壓軸力(N) 259 2 85.43 336.64 4.1.2 帶輪結構的設計 1）帶輪的材料： 采用鑄鐵帶輪（常用材料HT200） 2）帶輪的結構形式： V帶輪的結構形式與V帶的基準直徑有關。小帶輪接電動機，較小，所以采用實心式結構帶輪；大帶輪接減速器，，所以采用孔板式結構帶輪。 4.2渦輪渦桿設計 4.2.1選擇渦輪渦桿的傳動類型 傳動參數： 根據設計要求選用阿基米德渦桿即ZA式。 4.2.2選擇材料 設 滑動速度： 渦桿選45鋼，齒面要求淬火，硬度為45-55HRC. 渦輪用ZCuSn10P1,金屬模制造。 為了節(jié)約材料齒圈選青銅，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造 （1）確定許用接觸應力 根據選用的渦輪材料為ZCuSn10P1，金屬模制造，渦桿的螺旋齒面硬度＞45HRC，可從文獻[1]P254表11-7中查渦輪的基本許用應力 應力循環(huán)次數 壽命系數 則 （2）確定許用彎曲應力 從文獻[1]P256表11-8中查得有ZCuSn10P1制造的渦輪的基本許用彎曲應力[]=56MPa 壽命系數 4.2.3按計齒面接觸疲勞強度計算進行設 （1）根據閉式渦桿傳動的設計進行計算，先按齒面接觸疲勞強度計進行設計，再校對齒根彎曲疲勞強度。 式中： 渦桿頭數： 渦輪齒數： 渦輪轉矩： 載荷系數： 因工作比較穩(wěn)定，取載荷分布不均系數；由文獻[1]P253表11-5選取使用系數；由于轉速不大，工作沖擊不大，可取動載系；則 選用的是45鋼的渦桿和渦輪用ZCuSn10P1匹配的緣故，有故有： 查《機械設計》表7.3 得應取渦桿模數： 取渦桿直徑系數： 渦桿分度圓直徑： 渦桿導程角： 渦輪分度圓直徑： 變位系數： 中心距： 渦輪圓周速度： 4.2.4渦桿與渦輪的主要參數與幾何尺寸 （1）渦桿 軸向尺距 直徑系數 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 渦桿螺線部分長度：取70mm （2）渦輪 渦輪齒數 渦輪分度圓直徑 齒頂直徑 齒根圓直徑 咽喉母圓半徑 渦輪外圓直徑取160mm 渦輪寬度取40mm 4.2.5校核齒根彎曲疲勞強度 當量齒數 根據 從圖11-9中可查得齒形系數Y=2.37 螺旋角系數： 許用彎曲應力： 從文獻[1]P256表11-8中查得有ZCuSn10P1制造的渦輪的基本許用彎曲應力[]=56MPa 壽命系數 可以得到：< 因此彎曲強度是滿足的。 4.3軸的設計與校核 4.3.1渦桿軸 (1)材料的選擇 由表16.1 查得 用45號鋼，進行調質處理， 由表16.3得 (2)估算軸的最小直徑 根據表11.6，取=112為取值范圍，估算軸的直徑： 因為軸上開有兩個鍵槽，考慮到鍵槽對軸強度的削落，應增大軸徑，此時軸徑應增大5%~10% 考慮到與聯軸器配合，查設計手冊 軸段①上有聯軸器需要定位，因此軸段②應有軸肩 軸段③安裝軸承，必須滿足內徑標準，故 軸段④ 軸段⑤ 按彎扭合成強度校核軸頸 圓周力 徑向力 水平 垂直 合成 當量彎矩 校核 繪制軸的受力簡圖 繪制垂直面彎矩圖 軸承支反力： FAY=FBY=Fr1/2=540.2N FAZ=FBZ=/2=406.6N 由兩邊對稱，知截面C的彎矩也對稱。截面C在垂直面彎矩為： MC1=FAyL/2=16.9N·m 繪制水平面彎矩圖 截面C在水平面上彎矩為： MC2=FAZL/2=406.6×62.5×=12.7N·m 繪制合彎矩圖 MC=(MC12+MC22)1/2=(16.92+12.72)1/2=21.1N·m 繪制扭矩圖 轉矩：T= TI=20.33N·m 校核危險截面C的強度 ∵由教材P373式（15-5）經判斷軸所受扭轉切應力為脈動循環(huán)應力,取α=0.6, 前已選定軸的材料為45鋼,調質處理,由教材P362表15-1查得,因此<,故安全。 ∴該軸強度足夠。 4.3.2渦輪軸 （1）材料的選擇 由表16.1 查得 用45號鋼，進行調質處理， 由表16.3得 （2）估算軸的最小直徑 根據表11.6，取=110為取值范圍，估算軸的直徑： 因為軸上開有一個鍵槽，考慮到鍵槽對軸強度的削落，應增大軸徑，此時軸徑應增大10% ，取 設計過程同上述輸入軸，此處不再一一復述。 4.4軸承的校核 4.4.1渦桿軸上的軸承壽命校核 在設計渦桿選用的軸承為30206型圓錐滾子軸承,由手冊查得 (1)由滾動軸承樣本可查得,軸承背對背或面對 面成對安裝在軸上時,當量載荷可以按下式計算: 1)當 2)當 ,且工作平穩(wěn),取,按上面式(2)計算當量動載荷,即 (2)計算預期壽命 (3)求該軸承應具有的基本額定動載荷 故選擇此對軸承在軸上合適. 4.42渦輪軸上的軸承校核 （1）求作用在軸承上的載荷 （2）計算動量載荷 在設計時選用的6208型深溝球軸承,查手冊知 根據,查得 查得 所以 （3）校核軸承的當量動載荷 已知,所以 故選用該軸承合適. 4.5鍵的校核 4.5.1渦桿軸上鍵的強度校核 在前面設計軸此處選用平鍵聯接,尺寸為,鍵長為45mm. 鍵的工作長度 鍵的工作高度 可得鍵聯接許用比壓 故該平鍵合適. 4.5.2渦輪軸上鍵的強度校核 在設計時選用平鍵聯接,尺寸為,鍵長度為45mm 鍵的工作長度 鍵的工作高度 得鍵聯接許用比壓 故選用此鍵合適. 4.6螺旋傳動設計 4.6.1螺旋傳動的類型 螺旋傳動是利用螺桿（絲杠）和螺母組成的螺旋副來實現傳動要求的。它主要用于將回轉運動轉變?yōu)橹本€運動，同時傳遞運動和動力。它具有結構緊湊、轉動均勻、準確、平穩(wěn)、易于自鎖等優(yōu)點，在工業(yè)中獲得了廣泛應用。 按照用途不同，螺旋傳動分為傳力螺旋、傳導螺旋和調整螺旋三種類型。傳力螺旋以傳遞動力為主，要求以較小的轉矩產生較大的軸向推力，一般為間歇性工作，工作速度較低，通常要求具有自鎖能力，傳導螺旋以傳遞運動為主，這類螺旋常在較長的時間內連續(xù)工作且工作速度較高，傳動精度要求較高。調整螺旋用于調整并固定零件間的相對位置，一般在空載下工作，要求能自鎖，如帶傳動張緊裝置、機床卡盤、軋鋼機軋滾下壓螺旋等。 按照螺旋副摩擦性質的不同，螺旋傳動又可分為滑動摩擦螺旋傳動（簡稱滑動螺旋）、滾動摩擦螺旋傳動（簡稱滾動螺旋）和靜壓滑動螺旋傳動（簡稱靜壓螺旋）。 滑動螺旋傳動應用較廣，其特點是結構簡單，制造方便，成本低；易于實現自鎖；運轉平穩(wěn)。缺點在于當低速進行運動微調時可能出現爬行現象；摩擦阻力大，傳動效率低（一般為30%~50%）；螺紋間有側向間隙，反向時有空行程；磨損較大。廣泛應用于機床的進給、分度、定位等機構，如壓力機、舉高器的傳力螺旋等。 滾動螺旋也稱滾珠絲杠，其特點是摩擦阻力小，傳動效率高（90%以上）；運轉平穩(wěn)，低速時不爬行，啟動時無抖動；螺旋副經調整和預緊可實現高精度定位精度和重復定位精度；傳動具有可逆性，如果運用于禁止逆轉的場合，需要加設防逆轉機構；不易摩擦，使用壽命長。缺點為結構復雜，制造困難；抗沖擊能力差。應用于精密和數控機床、測試機械、儀器的傳動和調整螺旋，車輛、飛機上的傳動螺旋。 滾動螺旋傳動特點：傳動效率高，傳動精度高，起動阻力矩小，傳動靈活平穩(wěn)，工作壽命長。 滾動螺旋傳動應用于機床、汽車、拖拉機、航空軍工等制造業(yè)。 滾動螺旋傳動按滾珠循環(huán)方式分為： 內循環(huán)：滾珠始終和螺桿接觸，兩個封閉循環(huán)回路有兩個反向器，三個封閉循環(huán)回路有三個反向器。特點：流動性好，效率高，經向尺寸小。 外循環(huán)：分離，工藝性好，分為螺旋式，插管式，擋珠式 靜壓螺旋傳動螺桿與螺母被油膜隔開，不直接接觸。具有摩擦阻力小，傳動效率高（達99%）；螺母的結構復雜；運轉平穩(wěn)，無爬行現象；傳動具有可逆性（不需要時應加設防逆轉機構）；反向時無空行程，定位精度高，軸向剛力大；磨損小，壽命長等優(yōu)點。其缺點為結構復雜，制造較難，需要一套壓力穩(wěn)定，供油系統(tǒng)要求高。應用于精密機床的進給、分度機構的傳動螺旋。 4.6.2螺旋傳動的運動分析 在螺旋傳動中，結構最簡單應用最廣泛的是滑動螺旋，本節(jié)主要介紹這種螺旋傳動的設計。 滑動螺旋副工作時，主要承受轉矩和軸向拉力（或壓力）的作用，由于螺桿和螺母的旋合螺紋間存在著較大的相對滑動，因此，其主要失效形式是螺紋牙破損?；瑒勇菪幕境叽缤ǔ８鶕湍l件確定。對于傳力螺旋還應校核螺桿危險截面的強度；對于青銅或鑄鐵螺母以及承受重載的調整螺旋應校核其自鎖性；對于精度傳動螺旋應該校核螺桿的剛度；對于受壓螺桿，當其長徑比很大時，應校核其穩(wěn)定性；對于高速長螺桿，應校核其臨界轉速；要求自鎖時，多采用單線螺紋，要求高效時，多采用多線螺紋。 （1）一般螺旋機構 一般螺旋機構當螺桿轉Ψ角（rad）時，螺母軸向移動的位移L（mm）為 式中，S為螺旋線導程（mm）。 如螺桿的轉速為ｎ（r/min），則螺母移動速度v（mm/s）為 （2）差動螺旋機構與復式螺旋機構 圖2-4差動螺旋機構 圖2-4中的螺旋機構中，螺桿1上有A、B兩段螺旋，A段螺旋導程為SA（mm），B段螺旋導程為SB（mm），兩者旋向相同，則當螺桿轉Ψ角（rad）時，螺母軸向移動的位移L（mm）為 如螺桿的轉速為ｎ（r/min），則螺母移動速度v（mm/s）為 由圖2-4可知：當A、B兩螺旋的導程SA、SB接近時，螺母可得到微小位移，這種螺旋機構稱為差動螺旋機構（又稱微動螺旋 機構），常用于分度機構、測微機構等。 如兩螺旋的旋向相反，螺母軸向移動的位移L為 移動速度為 這種螺旋機構稱為復式螺旋機構，適合于快速靠近或離開的場合，如圖2-4所示的車鉤快速合攏或分開裝置。 4.6.3滑動螺旋傳動的設計 滑動螺旋傳動工作時，螺桿和螺母主要承受轉矩和軸向載荷（拉力或壓力）的作用，同時在螺桿和螺母的旋合螺紋間有較大的相對滑動。滑動螺旋傳動的主要失效形式是螺紋磨損。因此，通常根據螺旋副的耐磨性條件，計算螺桿中徑及螺母高度，并參照螺紋標準確定螺旋的主要參數和尺寸，然后再對可能發(fā)生的其他失效逐一進行校核。 4.6.4滑動螺旋的結構及材料 （1）滑動螺旋的結構 滑動螺旋的結構包括螺桿、螺母的結構形式及其固定和支承結構形式。螺旋傳動的工作剛度與精度等和支承結構有直接關系，當螺桿短而粗且垂直布置時，如起重及加壓裝置的傳力螺旋，可以采用螺母本身作為支承的結構。當螺桿細長且水平布置時，如機床的傳導螺旋（絲杠）等，應在螺桿兩端或中間附加支承，以提高螺桿工作剛度。 螺母結構有整體螺母、組合螺母和剖分螺母等形式。整體螺母結構簡單，但由磨損而產生的軸向間隙不能補償，只適合在精度要求較低的場合中使用。對于經常雙向傳動的傳導螺旋，為了消除軸向間隙并補償旋合螺紋的磨損，通常采用組合螺母或剖分螺母結構。圖2-4為組合螺母的一種結構形式，利用螺釘可使斜塊將其兩側的螺母擠緊，減小螺紋副的間隙，提高傳動精度。 傳動用螺桿的螺紋一般采用右旋結構，只有在特殊情況下，采用左旋螺紋。 （2）螺桿與螺母常用材料 螺桿和螺母材料應具有較高的耐磨性、足夠的強度和良好的工藝性。螺桿與螺母常用材料見表3-1。 表3-1 螺桿與螺母常用材料 螺紋副 材料 應用場合 螺桿 Q235 Q275 45 50 輕載、低速傳動。材料不熱處理 40Gr 65Mn 20GrMnTi 重載、較高速。材料需經熱處理，以提高耐磨性 9Mn2V GrWMn 38GrMoAl 精密傳導螺旋傳動。材料需經熱處理 螺母 ZcuSn10P1 ZcuSn5Pb5Zn5 一般傳動 ZcuAL10Fe3 ZcuZn25AL6Fe3Mn 重載、低速傳動。尺寸較小或輕載高速傳動，螺母可采用鋼或鑄鐵制造，內空澆鑄巴士合金或青銅 4.6.5耐磨性計算 耐磨性計算尚無完善的計算方法，目前是通過限制螺紋副接觸面上的壓強作為計算條件，其校核公式為 式中，F為軸向工作載荷（N）；A為螺紋工作表面投影到垂直于軸向力的平面上的面積（mm2）；d2為螺紋中徑(mm)；P為螺距(mm)；h為螺紋工作高度(mm)，矩形與梯形螺紋的工作高度h=0.5P,鋸齒形螺紋高度h=0.75P;z=H/P為螺紋工作圈數，H為螺紋高度(mm)，[]為許用壓強(MPa)，見表3-2 表3-2 滑動螺旋傳動的許用壓強[] 螺紋副材料 滑動副速度/(m·min) 許用壓強/MPa 鋼對青銅 低速 <3.0 6~12 >15 18~25 11~18 7~10 1~2 鋼-耐磨鑄鐵 6~12 6~8 鋼-灰鑄鐵 <2.4 6~12 13~18 4~7 鋼-鋼 低速 7.5~13 淬火鋼-青銅 6~12 10~13 注：?<2.5或人力驅動時，[p]可提高20%；螺母為剖分式時，[p]應降低15%-20%。 為便于推導設計公式，令，代入式（2-7）整理后得螺紋中徑的設計公式為 對矩形、梯形螺紋，，則 對鋸齒形螺紋，，則 ?值根據螺母的結構選取。 對于整體式螺母，磨損后間隙不能調整，通常用于輕載或精度要求低的場合，為使受力分布均勻，螺紋工作圈數不宜過多，宜取?=1.2～2.5。 對于剖分式螺母或螺母兼作支承而受力較大，可取?=2.5～3.5； 傳動精度高或要求壽命長時，允許?=4。 根據公式計算出螺紋中徑d2后，按國家標準選取螺紋的公稱直徑d和螺距P。 由于旋合各圈螺紋牙受力不均，故z不宜大于10。 4.6.6校核計算 （1）螺母螺紋牙的強度校核 螺紋牙多發(fā)生剪切與彎曲破壞。由于一般情況下螺母材料的強度比螺桿低，因此只需校核螺母螺紋牙的強度。假設載荷集中作用在螺紋中徑上，可將螺母螺紋牙視為大徑D處展開的懸臂梁（圖2-4），螺紋牙根部aa處的彎曲強度校核公式為 剪切強度校核公式為： 式中，F、h、z同式（1-6）；D為螺母螺紋的大徑(mm)；b為螺母螺紋牙根部寬度(mm)；可由國家標準查得，也可取矩形螺紋，梯形螺紋，鋸齒形螺紋；[σ] 、 [b]、[τ]分別為螺母螺紋牙的許用彎曲應力和許用切應力(MPa)，見表2-3 表2-3 滑動螺旋副材料的許用應力 項目 許用應力/ MPa 鋼制螺桿 [σ]=σS/3~5 σS為材料的屈服極限/ MPa 螺母 材料 許用彎曲應力[σb] 許用切應力[τ] 青銅 40~60 30~40 耐磨鑄鐵 50~60 40 鑄鐵 45~55 40 鋼 （1.0~1.2）[σ] 0.6[σ] 若螺桿與螺母的材料相同，由于螺桿螺紋的小徑d1小于螺母螺紋的大徑D，故應校核螺桿螺紋牙的強度，這時公式中的D應改為d1。 （2）螺桿強度校核 螺桿受軸向力F及轉矩T的作用，危險截面上受拉（壓）應力σ和扭轉切應力τ。根據第四強度理論，τ螺桿危險截面的強度校核公式為 式中，d1為螺桿螺紋的小徑（mm）；[σ]為螺桿材料的許用應力（MPa），見表2-3；T為螺桿所受轉矩(N·m)；可由公式計算。 （3）螺桿穩(wěn)定性校核 對于長徑比大的受壓螺桿，當軸向力F超過某一臨界載荷FC時，螺桿可能會突然產生側向彎曲而喪失穩(wěn)定。因此，對細長螺紋應進行穩(wěn)定性校核。螺桿的穩(wěn)定性條件為 式中，S為穩(wěn)定性安全系數，對于傳力螺旋取S=3.5～5；對于傳導螺旋取S=2.5～4；對于精密螺桿或水平螺桿取S>4。 臨界載荷FC與螺桿的柔度γ及材料有關，根據的大小選用不同的公式計算。 當時，根據歐拉公式計算，即： 式中，FC為臨界載荷（N）；E為螺桿材料的彈性模量（MPa），對于鋼；I為危險截面的慣性矩（mm4），，d1為螺桿螺紋內徑(mm)；μ為長度系數，與螺桿端部結構有關；L為螺桿最大受力長度(mm)；i為螺桿危險截面的慣性半徑(mm)， 當γ<85～90時；對σb≥380MPa的碳素鋼（如Q235、Q275） 當γ<85～90時，對σb≥470MPa的優(yōu)質碳素鋼（如Q355、45） 當γ<40時，無需進行穩(wěn)定性計算。 表2-4 長度系數μ 螺桿端部結構 μ 兩端固定 0.5 一端固定，一端不完全固定 0.6 一端固定，一端自由（如舉高器） 2 一端固定，一端鉸支（如壓力機） 0.7 兩端鉸支（如傳導螺桿） 1 注：用下列辦法確定螺桿端部的支撐情況： 采用滑動支承時： lo為支承長度，do為支承孔直徑，lo/do<1.5鉸支；lo/do=1.5～3不完全固定；lo/do>3固定。 采用滾動支承時：只有徑向約束時為鉸支；徑向和軸向都有約束為固定。 （4）自鎖性校核 對于要求自鎖的螺旋傳動，應校核是否滿足自鎖條件，即 式中，?ν為螺紋副的當量摩擦系數，見表2-5 表2-5 螺旋傳動螺旋副的當量摩擦系數?ν（定期潤滑） 螺旋副材料 鋼和青銅 鋼和耐磨鑄鐵 鋼和鑄鐵 鋼和鋼 淬火鋼和青銅 ?ν 0.08～0.10 0.10～0.12 0.12～0.15 0.11～0.17 0.06～0.08 第5章 基于Pro/E的三維設計及仿真 5.1 Pro/E三維設計軟件概述 Pro/Engineer操作軟件是美國參數技術公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數化著稱，是參數化技術的最早應用者，在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位。Pro/Engineer作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣，是現今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內產品設計領域占據重要位置。 Pro/Engineer和WildFire是PTC官方使用的軟件名稱，但在中國用戶所使用的名稱中，并存著多個說法，比如ProE、Pro/E、破衣、野火等等都是指Pro/Engineer軟件，proe2001、proe2.0、proe3.0、proe4.0、proe5.0、creo1.0\creo2.0等等都是指軟件的版本。 Pro/E第一個提出了參數化設計的概念，并且采用了單一數據庫來解決特征的相關性問題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據自身的需要進行選擇，而不必安裝所有模塊。Pro/E的基于特征方式，能夠將設計至生產全過程集成到一起，實現并行工程設計。它不但可以應用于工作站，而且也可以應用到單機上。Pro/E采用了模塊方式，可以分別進行草圖繪制、零件制作、裝配設計、鈑金設計、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進行選擇使用。 （1）參數化設計 相對于產品而言，我們可以把它看成幾何模型，而無論多么復雜的幾何模型，都可以分解成有限數量的構成特征，而每一種構成特征，都可以用有限的參數完全約束，這就是參數化的基本概念。但是無法在零件模塊下隱藏實體特征。 （2）基于特征建模 Pro/E是基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設計者提供了在設計上從未有過的簡易和靈活。 （3）單一數據庫（全相關） Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數據庫上，不像一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數據庫上。所謂單一數據庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應在整個設計過程的相關環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應在整個三維模型上。這種獨特的數據結構與工程設計的完整的結合，使得一件產品的設計結合起來。這一優(yōu)點，使得設計更優(yōu)化，成品質量更高，產品能更好地推向市場，價格也更便宜。 Pro/Engineer是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數化功能定義、實體零件及組裝造型，三維上色，實體或線框造型，完整工程圖的產生及不同視圖展示（三維造型還可移動，放大或縮小和旋轉）。Pro/Engineer是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設計專用功能來實現，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽殼（Shells）等，采用這種手段來建立形體，對于工程師來說是更自然，更直觀，無需采用復雜的幾何設計方式。這系統(tǒng)的參數比功能是采用符號式的賦予形體尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關系，任何一個參數改變，其他相關的特征也會自動修正。這種功能使得修改更為方便和可令設計優(yōu)化更趨完美。造型不單可以在屏幕上顯示，還可傳送到繪圖機上或一些支持Postscript格式的彩色打印機。Pro/Engineer還可輸出三維和二維圖形給予其他應用軟件，諸如有限元分析及后置處理等，這都是通過標準數據交換格式來實現，用戶更可配上 Pro/Engineer軟件的其它模塊或自行利用 C語言編程，以增強軟件的功能。它在單用戶環(huán)境下（沒有任何附加模塊）具有大部分的設計能力，組裝能力（運動分析、人機工程分析）和工程制圖能力（不包括ANSI， ISO， DIN或 JIS標準），并且支持符合工業(yè)標準的繪圖儀（HP，HPGL）和黑白及彩色打印機的二維和三維圖形輸出。Pro/Engineer功能如下： （1）特征驅動（例如：凸臺、槽、倒角、腔、殼等）； （2）參數化（參數=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）； （3）通過零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數之間（如表面積等）的關系來進行設計； （4）支持大型、復雜組合件的設計（規(guī)則排列的系列組件，交替排列，Pro/PROGRAM的各種能用零件設計的程序化方法等）。 （5）貫穿所有應用的完全相關性（任何一個地方的變動都將引起與之有關的每個地方變動）。其它輔助模塊將進一步提高擴展 Pro/ENGINEER的基本功能。 5.2各零部件的三維設計 5.2.1渦輪、渦桿 渦輪渦桿三維模型如下： 圖5-1 渦輪、渦桿 5.2.2帶輪 帶輪三維模型如下圖 圖5-2 帶輪 5.2.3舉升桿 舉升桿三維模型如下： 圖5-3 舉升桿 5.2.4移動小車 移動小車三維模型如下： 圖5-4 移動小車 5.2.5箱體 箱體三維模型如下： 圖5-5 箱體 5.3三維裝配 打開底座零件逐個進行裝配，結果如下： 圖5-5 三維裝配 5.4三維仿真 5.4.1仿真的簡單介紹 在傳統(tǒng)的設計與制造過程中，首先是概念設計和方案論證，然后進行產品設計,為了驗證設計的合理性，通常要制造樣機進行性能試驗，有時這些試驗是破壞性的。當通過試驗發(fā)現設計缺陷時，又要重新修改設計，并用樣機重新驗證。只有通過周而復始的“設計－試驗—設計”過程，產品才能達到要求的性能。這一過程是冗長的，尤其對于結構復雜的系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的設計開發(fā)思路其設計周期無法縮短，更談不上市場競爭力。 在計算機仿真技術高速發(fā)展的今天，Pro/ENGINEER（以下簡稱Pro/E）為之提供了一套行之有效的運動仿真解決方案，即Pro/E的運動仿真技術是利用Pro/E建立模擬系統(tǒng)的三維實體模型和力學模型，在計算機上建造出產品的整體模型，并針對該產品在投入使用后的各種情況進行仿真分析，預測產品的整體性能，進而改進產品設計、提高產品性能的先進技術，其目的是為物理機樣的設計和制造提供依據。 運動仿真技術是從分析解決產品整體性能及其相關問題的角度出發(fā)，解決傳統(tǒng)的設計與制造過程弊端的高新技術。工程設計人員可以直接利用Pro/E系統(tǒng)所提供的各零部件的物理信息及幾何信息，在運動仿真內定義零部件間的連接關系并進行虛擬裝配，從而獲得機械設計系統(tǒng)的虛擬樣機，在各種虛擬環(huán)境中真實地模擬系統(tǒng)的運動，并對其在各種工況下的運動和受力情況進行仿真分析，仿真試驗不同的設計方案，對整個系統(tǒng)進行不斷改進，直至獲得最優(yōu)設計方案，再做物理樣機。這樣做的意義在于減少了甚至免除了制作物理樣機的經費，縮短了產品開發(fā)周期，提高了市場競爭力。 5.4.2仿真過程 （1）機構仿真 ①打開裝配圖，點擊“機構”命令 ②建立兩個電動機 ③點擊“機構分析”，彈出界面 ④點擊運行 （2）仿真動畫獲取 ①點擊“回放”-右鍵選擇“播放” 圖5-8啟動動畫 ②點擊 “動畫”中“捕獲”命令 ③設置“捕獲”命令參數 設置“捕獲”中動畫放置目錄、圖像大小等參數后，點擊“確定”等待計算機運行捕獲即可得到仿真動畫。 結　論 轉眼畢業(yè)設計接近尾聲，通過這次設計實踐，對機械設計有了更全面的認識。本次畢業(yè)設計填補了以往課堂上只是公式化的解題，對于實踐的工程設計計算沒有具體的概念。 在做畢業(yè)設計期間我不僅復習了以往學過的知識，還進一步提高了很多有關Pro/E，CAD和Word的基本操作，不但我的自學能力也得到了進一步加強 通過對螺旋舉高器的設計及強度校核使對舉高器的工作原理，結構，特點，工藝處理等進一步了解，以前對工藝處理了解很少，現在提高了工藝處理方法的了解，也了解了舉高器的不同結構 查表、計算這些對于還不是很熟練的他們來說很不容易，進度慢，返工多是很普遍的現象，反復的計算、查表使在設計過程中受益匪淺。 在CAD方面也學到了更多的畫法，了解了更多國標的要求和畫圖時容易出錯的地方，同時也學會了粗糙度的和公差的查表方法。 在Pro/E方面學到了更多的畫法，從以前的簡單建模都現在學會了較復雜的建模，例如旋轉桿的建模。 在計算和繪圖的過程中才知道其實有很多專業(yè)知識在課堂上學的不夠扎實。測量時想到繪圖容易，畫圖時想到繪圖容易。這是好高鶩遠的通病。其實很多時候很多事情，只有自己親自動手做過了才知道他的難與易。 總而言之，通過這次畢業(yè)設計，我對自己不久未來將要從事的工作進行了一次很好的適應性的訓練，從中鍛煉了自己獨立分析問題、解決問題的能力，也培養(yǎng)了我嚴肅認真和實事求是的科學態(tài)度，這些都超出了完成畢業(yè)設計本身的意義，也為以后從事的工作鋪墊了基石。 致　謝 大學生活即將結束，在這短短的四年里，讓我結識了許許多多熱心的朋友、工作嚴謹教學相幫的教師。畢業(yè)設計的順利完成也脫離不了他們的熱心幫助及指導老師的精心指導，在此向所有給予我此次畢業(yè)設計指導和幫助的老師和同學表示最誠摯的感謝。 首先，向本設計的指導老師表示最誠摯的謝意。在自己緊張的工作中，仍然盡量抽出時間對我們進行指導，時刻關心我們的進展狀況，督促我們抓緊學習。老師給予的幫助貫穿于設計的全過程，從借閱參考資料到現場的實際操作，他都給予了指導，不僅使我學會書本中的知識，更學會了學習操作方法。也懂得了如何把握設計重點，如何合理安排時間和論文的編寫，同時在畢業(yè)設計過程中，她和我們在一起共同解決了設計中出現的各種問題。 其次，要向給予此次畢業(yè)設計幫助的老師們，以及同學們以誠摯的謝意，在整個設計過程中，他們也給我很多幫助和無私的關懷，更重要的是為我們提供不少技術方面的資料，在此感謝他們，沒有這些資料就不是一個完整的論文。 另外，也向給予我?guī)椭乃型瑢W表示感謝。 總之，本次的設計是老師和同學共同完成的結果，在設計的一個月里，我們合作的非常愉快，教會了大我許多道理，是我人生的一筆財富，我再次向給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W表示感謝！ 參考文獻 [1] 邱宣懷. 機械設計[M]. 第4版. 北京：高等教育出版社，1997 [2] 王明強.機械設計綜合訓練[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2007. 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Pro/Engineer wirdfire 5.0產品設計一體化解決方案.造型+裝配+工程圖設計篇[M].北京：機械工業(yè)出版社,2011 [15] 陸海濤.基于優(yōu)化設計的螺旋舉高器零件庫的建立.起重運輸機械[J].2007 附 錄 如何延長軸承壽命 摘要： 自然界苛刻的工作條件會導致軸承的失效，但是如果遵循一些簡單的規(guī)則，軸承正常運轉的機會是能夠被提高的。在軸承的使用過程當中，過分的忽視會導致軸承的過熱現象，也可能使軸承不能夠再被使用，甚至完全的破壞。但是一個被損壞的軸承，會留下它為什么被損壞的線索。通過一些細致的偵察工作，我們可以采取行動來避免軸承的再次失效。 關鍵詞：軸承 失效 壽命 導致軸承失效的原因很多，但常見的是不正確的使用、污染、潤滑劑使用不當、裝卸或搬運時的損傷及安裝誤差等。診斷失效的原因并不困難，因為根據軸承上留下的痕跡可以確定軸承失效的原因。 然而，當事后的調查分析提供出寶貴的信息時，最好首先通過正確地選定軸承來完全避免失效的發(fā)生。為了做到這一點，再考察一下制造廠商的尺寸定位指南和所選軸承的使用特點是非常重要的。 1 軸承失效的原因 在球軸承的失效中約有40%是由灰塵、臟物、碎屑的污染以及腐蝕造成的。污染通常是由不正確的使用和不良的使用環(huán)境造成的，它還會引起扭矩和噪聲的問題。由環(huán)境和污染所產生的軸承失效是可以預防的，而且通過簡單的肉眼觀察是可以確定產生這類失效的原因。 通過失效后的分析可以得知對已經失效的或將要失效的軸承應該在哪些方面進行查看。弄清諸如剝蝕和疲勞破壞一類失效的機理，有助于消除問題的根源。 只要使用和安裝合理，軸承的剝蝕是容易避免的。剝蝕的特征是在軸承圈滾道上留有由沖擊載荷或不正確的安裝產生的壓痕。剝蝕通常是在載荷超過材料屈服極限時發(fā)生的。如果安裝不正確從而使某一載荷橫穿軸承圈也會產生剝蝕。軸承圈上的壓坑還會產生噪聲、振動和附加扭矩。 類似的一種缺陷是當軸承不旋轉時由于滾珠在軸承圈間振動而產生的橢圓形壓痕。這種破壞稱為低荷振蝕。這種破壞在運輸中的設備和不工作時仍振動的設備中都會產生。此外，低荷振蝕產生的碎屑的作用就象磨粒一樣，會進一步損害軸承。與剝蝕不同，低荷振蝕的特征通常是由于微振磨損腐蝕在潤滑劑中會產生淡紅色。 消除振動源并保持良好的軸承潤滑可以防止低荷振蝕。給設備加隔離墊或對底座進行隔離可以減輕環(huán)境的振動。另外在軸承上加一個較小的預載荷不僅有助于滾珠和軸承圈保持緊密的接觸，并且對防止在設備運輸中產生的低荷振蝕也有幫助。 造成軸承卡住的原因是缺少內隙、潤滑不當和載荷過大。在卡住之前，過大的摩擦和熱量使軸承鋼軟化。過熱的軸承通常會改變顏色，一般會變成藍黑色或淡黃色。摩擦還會使保持架受力，這會破壞支承架，并加速軸承的失效。 材料過早出現疲勞破壞是由重載后過大的預載引起的。如果這些條件不可避免，就應仔細計算軸承壽命，以制定一個維護計劃。 另一個解決辦法是更換材料。若標準的軸承材料不能保證足夠的軸承壽命，就應當采用特殊的材料。另外，如果這個問題是由于載荷過大造成的，就應該采用抗載能力更強或其他結構的軸承。 蠕動不象過早疲勞那樣普遍。軸承的蠕動是由于軸和內圈之間的間隙過大造成的。蠕動的害處很大，它不僅損害軸承，也破壞其他零件。 蠕動的明顯特征是劃痕、擦痕或軸與內圈的顏色變化。為了防止蠕動，應該先用肉眼檢查一下軸承箱件和軸的配件。 蠕動與安裝不正有關。如果