機械設計千斤頂設計說明書.doc

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長 春 工 業(yè) 大 學課 程 設 計 說 明 書課程設計名稱 計算機輔助設計與制造課程設計專 業(yè) 機械制造及自動化 班 級 學 生 姓 名 指 導 教 師 范依航 2014年11月25日目錄一、設計任務2二、設計分析3 1.螺桿31.1螺桿材料級牙型選擇31.2耐磨性計算31.3驗算螺紋的自鎖條件41.4螺桿強度校核51.5穩(wěn)定性校核51.6螺桿其他結構設計6 2.螺母72.1確定螺母高度H及螺紋工作圈數(shù)u72.2校核螺紋牙強度72.3螺母的其他設計要求8 3.托杯8 4.手柄94.1手柄材料94.2手柄長度Lp94.3手柄直徑dp104.4結構10 5.底座11三、三維設計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、設計總結27五、參考文獻27一、設計任務 計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）課程設計是在學習三維造型軟件的基礎上，理解并掌握當代CAD/CAM技術的基本理論和基本方法。通過一個較簡單的產(chǎn)品設計，綜合運用實體建模、曲面建模、混合建模知識，并結合前期機械制造專業(yè)課程知識，進行造型設計，了解利用CAM技術生成刀位代碼的基本過程和方法。 目的是提高綜合運用三維造型軟件的實際操作能力和機械制造知識的運用能力，鍛煉分析解決實際工程問題的能力，為后續(xù)其他教學環(huán)節(jié)和從業(yè)所需專業(yè)技術打下良好基礎。 設計內(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.不同零件之間進行裝配，檢查干涉情況，檢查物性；5.選擇一簡單零部件，進入三維軟件CAM模塊，設置毛坯，選擇合理的刀具、刀路軌跡和切削用量，并進行模擬加工，輸出NC代碼；6.保存相應各階段的結果，并撰寫設計說明書。設計文件提交要求1.產(chǎn)品的結構三維模型圖； 2.二維工程圖； 3.NC數(shù)控代碼； 4.設計說明書；5.上述內(nèi)容的電子文檔。 設計簡單千斤頂（參見教材書圖541）的螺桿和螺母級其他結構的主要尺寸。起重量為45000N，起重高度為250mm。 千斤頂：梯形螺紋螺旋傳動。 螺桿：45# 鋼，采用帶有外螺紋的桿件。 螺母：青銅ZcuSn10P1，帶有內(nèi)螺紋的構件。 底座：灰鑄鐵 HT200 帶1：10斜度。 手柄：235，b=125 MPa。二、設計分析手動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算確定，其他尺寸可以由經(jīng)驗數(shù)據(jù)、結構需要和工藝要求來確定，必要時還需要經(jīng)過相關驗算。千斤頂最大起重量是其最主要的性能指標之一。千斤頂在工作過程中，傳動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，故傳動螺紋副的設計最為關鍵，其設計與最大起重量、螺紋副材料、螺紋牙型以及螺紋頭數(shù)等都有關系。 1.螺桿1.1螺桿材料級牙型選擇選用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；它的基本牙形按GB5796.186的規(guī)定。1.2耐磨性計算滑動螺旋的磨損與螺紋工作面上的壓力、滑動速度、螺紋表面粗糙度以及潤滑狀態(tài)等因素有關。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，滑動螺旋的耐磨性計算，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，。代入計算得：d20.8根據(jù)梯形螺紋國家標準（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：螺母高度查閱有關技術手冊知螺桿退刀槽直徑；退刀槽寬度b=7.5螺紋工作圈數(shù)，滿足設計要求。1.3驗算螺紋的自鎖條件在考慮眾多因素后，實際應滿足的自鎖條件為： 由 n=1，p=7.5mm，=32.375mm得tan=0.07373 當量摩擦角=arctan ，在有潤滑油情況下=0.1，得=4.574驗證結束，左邊小于右邊，達到自鎖條件。1.4螺桿強度校核螺桿工作時承受軸向壓力和扭矩T的作用。螺桿危險截面上既有壓縮應力；又有切應力。根據(jù)第四強度理論求出危險截面的計算應力，其強度條件為：其中螺桿所受的扭矩， 式中：A 螺桿螺紋段的危險截面面積；（因為，故退刀槽處為危險面）； 退刀槽直徑，螺桿螺紋段的抗扭截面系數(shù)，螺桿材料的許用應力，強度校核：，因此滿足強度要求。1.5穩(wěn)定性校核對于長徑比大的受壓螺桿，當軸向壓力大于某一臨界值時，螺桿就會突然發(fā)生側向彎曲而喪失其穩(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)定性的計算安全系數(shù)； 螺桿穩(wěn)定性安全系數(shù)，對于傳力螺旋（如起重螺桿等），=3.55.0螺桿的臨界載荷；計算螺桿柔度：，此處，為螺桿的長度系數(shù)，對本千斤頂，看做一端固定、一端自有，設計時取2 為螺桿的工作長度，當螺桿一端以螺母支承時，則以螺母中部到另一端支點的距離，作為工作長度；為螺桿危險截面的慣性半徑， ；圖2：螺桿結構示意圖所以，故應用歐拉公式計算臨界載荷：式中：E螺桿材料的拉壓彈性模量，； I螺桿危險截面的慣性矩， 代入數(shù)據(jù)計算得：所以：，滿足穩(wěn)定性要求。1.6螺桿其他結構設計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，螺紋上端設有退刀槽。為了便于螺桿旋入螺母，螺桿下端應有倒角或制成稍小于d1的圓柱體。為了防止工作時螺桿從螺母中脫出，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)的具體設計數(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，否則應改選螺母材料或加大d。2.2校核螺紋牙強度螺母的材料強度低于螺桿，故只校核螺母螺紋牙的強度。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，則螺紋牙危險截面aa的剪切強度條件為 圖3：螺母螺紋圈的受力分析螺紋牙危險截面aa的彎曲強度條件為式中：b螺紋牙根部的厚度， mm，對于梯形螺紋，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力，MPa， 圖4：螺母結構螺母材料的許用彎曲應力，MPa，其余符號意義同前。代入數(shù)據(jù)計算得： 滿足設計要求:螺母的其它尺寸根據(jù)圖中經(jīng)驗設計尺寸確定，具體尺寸數(shù)據(jù)如下：58；2.3螺母的其他設計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，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)相對滑動，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，在螺桿上端應裝有擋板。其經(jīng)驗設計結構尺寸見圖5，具體設計計算尺寸如下：；;當螺桿轉(zhuǎn)動時，托杯和重物都不作相對轉(zhuǎn)動。因此在起重時，托杯底部與螺桿和接觸面間有相對滑動，為了避免過快磨損，一方面需要潤滑，另一方面還需要驗算接觸面間的壓力強度。p 式中：p許用壓強，應取托杯與螺桿材料p的小者。校核：鑄鐵的許用壓強p55a；故pp,滿足壓力強度要求。4.手柄4.1手柄材料選用Q235為材料4.2手柄長度Lp板動手柄的力矩 FLp=T1+T2 則 式中：加于手柄上一個工人的臂力，間歇工作時，約為150250N，工作時間較長時為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算知T1； 取200， 則：手柄計算長度Lp是螺桿中心到人手施力點的距離，考慮螺桿頭部尺寸及工人握手距離，手柄實際長度還應加上+（50150）mm。手柄的實際尺寸，手柄實際長度不應超過千斤頂，使用時在手柄上另加套管。4.3手柄直徑dp把手柄看成一個懸臂梁按彎曲強度確定其直徑dp，按彎曲強度條件，手柄彎曲應力 故dp式中：手柄材料許用彎曲應力，當手柄材料為Q215和Q235時，=120Mpa取；故4.4結構 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），鑄件的壁厚不應小于812mm，取為10，為了增加底座的穩(wěn)定性，底部尺寸應大些，因此將其外形制成110的斜度。圖6：底座設計示意圖圖已知外螺紋大徑為d=48mm,有：D2=1.5dD3=1.4D2D4=1.4D5=10mmD5由結構確定（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 。綜合考慮各尺寸關系，取總的高度為215mm 三、三維設計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、設計總結本次設計沒有以實物作為基準，尺寸由自己設定，故必有不足之處，例如尺寸對材料利用率的影響等沒有納入本次設計考慮，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實體模型，與普通的螺旋千斤頂造型接近，實物感強，獲得了各個部件的工程圖，從外觀上看基本達到了設計的目的。但是在建模過程中仍存在一定的不足，尤其是對于螺桿的建模，其造型花費了一定的時間且最終形狀不是十分理想，限于時間就沒有進一步修改，其他部分則如前面所述，在尺寸上由于沒有實物作為參照，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，通過這次設計，了解了螺旋千斤頂?shù)囊话銟嬙旌突驹?，通過一系列的建模，學會了協(xié)調(diào)一個裝置各個部件之間尺寸的關系，進一步鞏固了三維建模的基本知識，同時也練習了尺寸標注等制圖技術，獲益匪淺。五、參考文獻 1. UG NX 6.0快速入門教程，展迪優(yōu)，機械工業(yè)出版社，2009.112. UG NX6.0應用與實例教程，周瑋，人民郵電出版社，2012.93. CAD/CAM應用技術-UG NX6.0，史立峰，化學工業(yè)出版社，2011.3