機(jī)械設(shè)計(jì)千斤頂設(shè)計(jì)說明書.doc

長(zhǎng) 春 工 業(yè) 大 學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書課程設(shè)計(jì)名稱 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造課程設(shè)計(jì)專 業(yè) 機(jī)械制造及自動(dòng)化 班 級(jí) 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 范依航 2014年11月25日目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)2二、設(shè)計(jì)分析3 1.螺桿31.1螺桿材料級(jí)牙型選擇31.2耐磨性計(jì)算31.3驗(yàn)算螺紋的自鎖條件41.4螺桿強(qiáng)度校核51.5穩(wěn)定性校核51.6螺桿其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6 2.螺母72.1確定螺母高度H及螺紋工作圈數(shù)u72.2校核螺紋牙強(qiáng)度72.3螺母的其他設(shè)計(jì)要求8 3.托杯8 4.手柄94.1手柄材料94.2手柄長(zhǎng)度Lp94.3手柄直徑dp104.4結(jié)構(gòu)10 5.底座11三、三維設(shè)計(jì)12 1.零件三維造型12 2.裝配三維造型143.裝配體的二維工程圖154.UG加工CAM模塊165.NC代碼24四、設(shè)計(jì)總結(jié)27五、參考文獻(xiàn)27一、設(shè)計(jì)任務(wù) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）課程設(shè)計(jì)是在學(xué)習(xí)三維造型軟件的基礎(chǔ)上，理解并掌握當(dāng)代CAD/CAM技術(shù)的基本理論和基本方法。通過一個(gè)較簡(jiǎn)單的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用實(shí)體建模、曲面建模、混合建模知識(shí)，并結(jié)合前期機(jī)械制造專業(yè)課程知識(shí)，進(jìn)行造型設(shè)計(jì)，了解利用CAM技術(shù)生成刀位代碼的基本過程和方法。 目的是提高綜合運(yùn)用三維造型軟件的實(shí)際操作能力和機(jī)械制造知識(shí)的運(yùn)用能力，鍛煉分析解決實(shí)際工程問題的能力，為后續(xù)其他教學(xué)環(huán)節(jié)和從業(yè)所需專業(yè)技術(shù)打下良好基礎(chǔ)。 設(shè)計(jì)內(nèi)容與步驟如下：1.分析圖紙，拆解零件；2.分析零件形狀，確定基體特征和造型策略；3.造型；4.不同零件之間進(jìn)行裝配，檢查干涉情況，檢查物性；5.選擇一簡(jiǎn)單零部件，進(jìn)入三維軟件CAM模塊，設(shè)置毛坯，選擇合理的刀具、刀路軌跡和切削用量，并進(jìn)行模擬加工，輸出NC代碼；6.保存相應(yīng)各階段的結(jié)果，并撰寫設(shè)計(jì)說明書。設(shè)計(jì)文件提交要求1.產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)三維模型圖； 2.二維工程圖； 3.NC數(shù)控代碼； 4.設(shè)計(jì)說明書；5.上述內(nèi)容的電子文檔。 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單千斤頂（參見教材書圖541）的螺桿和螺母級(jí)其他結(jié)構(gòu)的主要尺寸。起重量為45000N，起重高度為250mm。 千斤頂：梯形螺紋螺旋傳動(dòng)。 螺桿：45# 鋼，采用帶有外螺紋的桿件。 螺母：青銅ZcuSn10P1，帶有內(nèi)螺紋的構(gòu)件。 底座：灰鑄鐵 HT200 帶1：10斜度。 手柄：235，b=125 MPa。二、設(shè)計(jì)分析手動(dòng)螺旋千斤頂主要零件有：1）螺母、2）螺桿、3）底座、4）手柄、5）托杯、等零件及其附件組成。其中螺桿、螺母等主要尺寸要通過理論計(jì)算確定，其他尺寸可以由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)需要和工藝要求來確定，必要時(shí)還需要經(jīng)過相關(guān)驗(yàn)算。千斤頂最大起重量是其最主要的性能指標(biāo)之一。千斤頂在工作過程中，傳動(dòng)螺紋副承受主要的工作載荷，螺紋副工作壽命決定千斤頂使用壽命，故傳動(dòng)螺紋副的設(shè)計(jì)最為關(guān)鍵，其設(shè)計(jì)與最大起重量、螺紋副材料、螺紋牙型以及螺紋頭數(shù)等都有關(guān)系。 1.螺桿1.1螺桿材料級(jí)牙型選擇選用45鋼，螺桿螺紋類型選擇梯形螺紋。梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙形角=300，梯形螺紋的內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動(dòng)；它的基本牙形按GB5796.186的規(guī)定。1.2耐磨性計(jì)算滑動(dòng)螺旋的磨損與螺紋工作面上的壓力、滑動(dòng)速度、螺紋表面粗糙度以及潤(rùn)滑狀態(tài)等因素有關(guān)。其中最主要的是螺紋工作面上的壓力，壓力越大螺旋副間越容易形成過度磨損。因此，滑動(dòng)螺旋的耐磨性計(jì)算，主要是限制螺紋工作面上的壓力p，使其小于材料的許用壓力p。假設(shè)作用于螺桿的軸向力為（N），螺紋的承壓面積（指螺紋工作表面投影到垂直于軸向力的平面上的面積）為A（），螺紋中徑為?。ǎ?，螺紋工作高度為H（），螺紋螺距為 P（），螺母高度為 D（），螺紋工件圈數(shù)為 uH/P 。則螺紋工作面上的耐磨性條件為：令，則代入上式得：d2對(duì)于梯形螺紋，則：d20.8式中，為材料得需用壓力，單位為，取20，。代入計(jì)算得：d20.8根據(jù)梯形螺紋國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（579686），以及螺桿穩(wěn)定性的初步估算，選取以下參數(shù)的梯形螺紋：公稱直徑d=28螺距6；螺紋小徑；由此：螺母高度查閱有關(guān)技術(shù)手冊(cè)知螺桿退刀槽直徑；退刀槽寬度b=7.5螺紋工作圈數(shù)，滿足設(shè)計(jì)要求。1.3驗(yàn)算螺紋的自鎖條件在考慮眾多因素后，實(shí)際應(yīng)滿足的自鎖條件為： 由 n=1，p=7.5mm，=32.375mm得tan=0.07373 當(dāng)量摩擦角=arctan ，在有潤(rùn)滑油情況下=0.1，得=4.574驗(yàn)證結(jié)束，左邊小于右邊，達(dá)到自鎖條件。1.4螺桿強(qiáng)度校核螺桿工作時(shí)承受軸向壓力和扭矩T的作用。螺桿危險(xiǎn)截面上既有壓縮應(yīng)力；又有切應(yīng)力。根據(jù)第四強(qiáng)度理論求出危險(xiǎn)截面的計(jì)算應(yīng)力，其強(qiáng)度條件為：其中螺桿所受的扭矩， 式中：A 螺桿螺紋段的危險(xiǎn)截面面積；（因?yàn)椋释说恫厶帪槲ｋU(xiǎn)面）； 退刀槽直徑，螺桿螺紋段的抗扭截面系數(shù)，螺桿材料的許用應(yīng)力，強(qiáng)度校核：，因此滿足強(qiáng)度要求。1.5穩(wěn)定性校核對(duì)于長(zhǎng)徑比大的受壓螺桿，當(dāng)軸向壓力大于某一臨界值時(shí)，螺桿就會(huì)突然發(fā)生側(cè)向彎曲而喪失其穩(wěn)定性。因此，在正常情況下，螺桿承受的軸向力必須小于臨界載荷，則螺桿的穩(wěn)定性條件為 ：式中：螺桿穩(wěn)定性的計(jì)算安全系數(shù)； 螺桿穩(wěn)定性安全系數(shù)，對(duì)于傳力螺旋（如起重螺桿等），=3.55.0螺桿的臨界載荷；計(jì)算螺桿柔度：，此處，為螺桿的長(zhǎng)度系數(shù)，對(duì)本千斤頂，看做一端固定、一端自有，設(shè)計(jì)時(shí)取2 為螺桿的工作長(zhǎng)度，當(dāng)螺桿一端以螺母支承時(shí)，則以螺母中部到另一端支點(diǎn)的距離，作為工作長(zhǎng)度；為螺桿危險(xiǎn)截面的慣性半徑， ；圖2：螺桿結(jié)構(gòu)示意圖所以，故應(yīng)用歐拉公式計(jì)算臨界載荷：式中：E螺桿材料的拉壓彈性模量，； I螺桿危險(xiǎn)截面的慣性矩， 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得：所以：，滿足穩(wěn)定性要求。1.6螺桿其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)螺桿上端用于支承托杯10并在其中插裝手柄7，因此需要加大直徑。手柄孔徑的大小根據(jù)手柄直徑dp決定，dkdp十0.5mm。為了便于切制螺紋，螺紋上端設(shè)有退刀槽。為了便于螺桿旋入螺母，螺桿下端應(yīng)有倒角或制成稍小于d1的圓柱體。為了防止工作時(shí)螺桿從螺母中脫出，在螺桿下端必須安置鋼制擋圈，擋圈用螺釘固定在螺桿端部。圖2中各參數(shù)的具體設(shè)計(jì)數(shù)值為：；h=48;2. 螺母螺母材料一般可選用青銅，耐磨性較好。2.1確定螺母高度H及螺紋工作圈數(shù)u螺母高度H=d2（H應(yīng)圓整為整數(shù)）螺紋工作圈數(shù)，考慮到螺紋圈數(shù)u越多，載荷分布越不均，故u不宜大于10，否則應(yīng)改選螺母材料或加大d。2.2校核螺紋牙強(qiáng)度螺母的材料強(qiáng)度低于螺桿，故只校核螺母螺紋牙的強(qiáng)度。如圖3所示，如果將一圈螺紋沿螺母的螺紋大徑D處展開，則可看作寬度為D的懸臂梁。假設(shè)螺母每圈螺紋所承受的平均壓力為，并作用在以螺紋中徑為直徑的圓周上，則螺紋牙危險(xiǎn)截面aa的剪切強(qiáng)度條件為 圖3：螺母螺紋圈的受力分析螺紋牙危險(xiǎn)截面aa的彎曲強(qiáng)度條件為式中：b螺紋牙根部的厚度， mm，對(duì)于梯形螺紋，b0.65P, P為螺紋螺距； 彎曲力臂；mm參看圖3 ,； 螺母材料的許用切應(yīng)力，MPa， 圖4：螺母結(jié)構(gòu)螺母材料的許用彎曲應(yīng)力，MPa，其余符號(hào)意義同前。代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： 滿足設(shè)計(jì)要求:螺母的其它尺寸根據(jù)圖中經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)尺寸確定，具體尺寸數(shù)據(jù)如下：58；2.3螺母的其他設(shè)計(jì)要求螺母壓入底座上的孔內(nèi)，圓柱接觸面間的配合常采用配合。為了安裝簡(jiǎn)便，需在螺母下端（圖4）和底座孔上端（圖6）做出倒角。為了更可靠地防止螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，底座與螺母用緊釘螺釘固定，根據(jù)舉重量選取緊定螺釘直徑常為10。3.托杯托杯用來承托重物，選用用Q235鋼模鍛制成，為了使其與重物接觸良好和防止與重物之間出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)，在托杯上表面制有切口的溝紋。為了防止托杯從螺桿端部脫落，在螺桿上端應(yīng)裝有擋板。其經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸見圖5，具體設(shè)計(jì)計(jì)算尺寸如下：；;當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，托杯和重物都不作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。因此在起重時(shí)，托杯底部與螺桿和接觸面間有相對(duì)滑動(dòng)，為了避免過快磨損，一方面需要潤(rùn)滑，另一方面還需要驗(yàn)算接觸面間的壓力強(qiáng)度。p 式中：p許用壓強(qiáng)，應(yīng)取托杯與螺桿材料p的小者。校核：鑄鐵的許用壓強(qiáng)p55a；故p<p,滿足壓力強(qiáng)度要求。4.手柄4.1手柄材料選用Q235為材料4.2手柄長(zhǎng)度Lp板動(dòng)手柄的力矩 FLp=T1+T2 則 式中：加于手柄上一個(gè)工人的臂力，間歇工作時(shí)，約為150250N，工作時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)為100150N。T1螺旋副間的摩擦阻力矩T2托杯與軸端支承面的摩擦力矩由前面計(jì)算知T1； 取200， 則：手柄計(jì)算長(zhǎng)度Lp是螺桿中心到人手施力點(diǎn)的距離，考慮螺桿頭部尺寸及工人握手距離，手柄實(shí)際長(zhǎng)度還應(yīng)加上+（50150）mm。手柄的實(shí)際尺寸，手柄實(shí)際長(zhǎng)度不應(yīng)超過千斤頂，使用時(shí)在手柄上另加套管。4.3手柄直徑dp把手柄看成一個(gè)懸臂梁按彎曲強(qiáng)度確定其直徑dp，按彎曲強(qiáng)度條件，手柄彎曲應(yīng)力 故dp式中：手柄材料許用彎曲應(yīng)力，當(dāng)手柄材料為Q215和Q235時(shí)，=120Mpa??；故4.4結(jié)構(gòu) 手柄插入螺桿上端的孔中，為防止手柄從孔中滑出，在手柄兩端面應(yīng)加上擋環(huán)，并用螺釘或鉚合固定。5.底座 底座材料常用鑄鐵（HT150及HT200）（圖6），鑄件的壁厚不應(yīng)小于812mm，取為10，為了增加底座的穩(wěn)定性，底部尺寸應(yīng)大些，因此將其外形制成110的斜度。圖6：底座設(shè)計(jì)示意圖圖已知外螺紋大徑為d=48mm,有：D2=1.5dD3=1.4D2D4=1.4D5=10mmD5由結(jié)構(gòu)確定（斜度為1：15）所以：=得：D5=134mm依次可得出：D4=1.4D5=1.4x134=180mmS=（1.52）=1520，取S=16mm 。綜合考慮各尺寸關(guān)系，取總的高度為215mm 三、三維設(shè)計(jì)1.零件三維造型墊頂螺釘絞杠螺桿螺套底座2.裝配體三維造型裝配體爆炸圖3.裝配體的二維標(biāo)注工程圖4.UG加工CAM模塊加工絞杠在建模中建立毛坯建立加工環(huán)境創(chuàng)建程序創(chuàng)建刀具創(chuàng)建幾何體指定部件指定毛坯創(chuàng)建方法（粗加工）創(chuàng)建操作（平面銑）指定部件邊界指定毛坯邊界指定底面刀軸、切削模式切削深度進(jìn)給和速度生成后處理（出G代碼）5.NC代碼%N0010 G40 G17 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0:0030 T01 M06N0040 G0 G90 X.4065 Y12.2047 S3000 M03N0050 G43 Z-.7421 H00N0060 Y11.9291N0070 G1 Y11.811 F9.8 M08N0080 X.5424 Z-.624N0090 G2 X.6634 Z-.4934 I-.5424 K.624N0100 G1 X.7815 Z-.3346N0110 Y11.9291N0120 G0 Y12.2047N0130 X.1164N0140 Z-.7421N0150 Y11.9291N0160 G1 Y11.811N0170 X.3359 Z-.624N0180 G2 X.6634 Z-.2492 I-.3359 K.624N0190 G1 X.7815 Z.0651N0200 Y11.9291N0210 G0 Y12.2047N0220 Z.3365N0230 Y11.9291N0240 G1 Y11.811N0250 X.6606 Z.4971N0260 G2 X.5923 Z.5768 I-.6606 K-.4971N0270 G1 X.4697 Z.7028N0280 Y11.9291N0290 G0 Y12.2047N0300 X.7815N0310 Z-.0651N0320 Y11.9291N0330 G1 Y11.811N0340 X.6634 Z.2492N0350 G2 X.4005 Z.5846 I-.6634 K-.2492N0360 G1 X.2281 Z.7028N0370 Y11.9291N0380 G0 Y12.2047N0390 X-.4665N0400 Y11.9291N0410 G1 Y11.811N0420 X-.5846 Z.5846N0430 G2 X-.7421 Z.3644 I.5846 K-.5846N0440 G1 X-.8602 Z.1239N0450 Y11.9291N0460 G0 Y12.2047N0470 Z-.1239N0480 Y11.9291N0490 G1 Y11.811N0500 X-.7421 Z-.3644N0510 G2 X-.5424 Z-.624 I.7421 K.3644N0520 G1 X-.4065 Z-.7421N0530 Y11.9291N0540 G0 Y12.2047N0550 Z.7028N0560 X-.2281N0570 Y11.9291N0580 G1 Y11.811N0590 X-.4005 Z.5846N0600 G2 X-.3359 Z-.624 I.4005 K-.5846N0610 G1 X-.1164 Z-.7421N0620 Y11.9291N0630 G0 Y12.2047N0640 Z.7028N0650 X.0336N0660 Y11.9291N0670 G1 Y11.811N0680 Z.6013N0690 X-.0833 Z.5846N0700 G2 X.0833 I.0833 K-.5846N0710 G1 X.0666 Z.4677N0720 G2 I-.0666 K-.4677N0730 G1 X.1001 Z.7028N0740 Y11.9291N0750 G0 Y12.2047N0760 M02%四、設(shè)計(jì)總結(jié)本次設(shè)計(jì)沒有以實(shí)物作為基準(zhǔn)，尺寸由自己設(shè)定，故必有不足之處，例如尺寸對(duì)材料利用率的影響等沒有納入本次設(shè)計(jì)考慮，故仍有很大提升空間。通過建模，最終獲得了螺旋千斤頂?shù)娜S實(shí)體模型，與普通的螺旋千斤頂造型接近，實(shí)物感強(qiáng)，獲得了各個(gè)部件的工程圖，從外觀上看基本達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的。但是在建模過程中仍存在一定的不足，尤其是對(duì)于螺桿的建模，其造型花費(fèi)了一定的時(shí)間且最終形狀不是十分理想，限于時(shí)間就沒有進(jìn)一步修改，其他部分則如前面所述，在尺寸上由于沒有實(shí)物作為參照，故必存在諸多不合理之處。建模技巧也還有待提高，許多工具還不是很清楚其用途，有待日后慢慢研究。但總的來講，通過這次設(shè)計(jì)，了解了螺旋千斤頂?shù)囊话銟?gòu)造和基本原理，通過一系列的建模，學(xué)會(huì)了協(xié)調(diào)一個(gè)裝置各個(gè)部件之間尺寸的關(guān)系，進(jìn)一步鞏固了三維建模的基本知識(shí)，同時(shí)也練習(xí)了尺寸標(biāo)注等制圖技術(shù)，獲益匪淺。五、參考文獻(xiàn) 1. UG NX 6.0快速入門教程，展迪優(yōu)，機(jī)械工業(yè)出版社，2009.112. UG NX6.0應(yīng)用與實(shí)例教程，周瑋，人民郵電出版社，2012.93. CAD/CAM應(yīng)用技術(shù)-UG NX6.0，史立峰，化學(xué)工業(yè)出版社，2011.3