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螺旋千斤顶设计


沈 阳 工 程 学 院

课 程 设 计
设计题目: PROE 实训 ----螺旋千斤顶





机械学院 张同芳 郭维城 王炳达

班级 学号 职称

机制专 112 2011541231 副教授 讲师

学生姓名 指导教师



起止日期:2013 年 12 月 16——至 2013 年 12 月 20 止

沈 阳 工 程 学 院 螺旋千斤顶的proe 课程设计成绩评定表
系(部): 机械学院 班级: 机制专112 学生姓名: 张同芳

指 导 教 师 评 审 意 见
评价 内容 调研 论证 工作 能力 态度 工作 量 说明 书的 质量 具 体 要 求 权重 0.1 5 评 4 分 3 2 加权 分

能独立查阅文献,收集资料;能制定课程设计方案 和日程安排。 工作态度认真,遵守纪律,出勤情况是否良好,能 够独立完成设计工作, 按期圆满完成规定的设计任务,工作量饱满,难度 适宜。 说明书立论正确,论述充分,结论严谨合理,文字 通顺,技术用语准确,符号统一,编号齐全,图表 完备,书写工整规范。

0.2

5

4

3

2

0.2

5

4

3

2

0.5

5

4

3

2

指导教师评审成绩 (加权分合计乘以 12) 指 导 教 师 签 名:



加权分合计 年 月 日

评 阅 教 师 评 审 意 见
评价 内容 查阅 文献 工作 量 说明 书的 质量 具 体 要 求 权重 0.2 0.5 评 分 加权 分

查阅文献有一定广泛性;有综合归纳资料的能力 工作量饱满,难度适中。 说明书立论正确,论述充分,结论严谨合理,文字 通顺,技术用语准确,符号统一,编号齐全,图表 完备,书写工整规范。

5 5 5

4 4 4

3 3 3

2 2 2

0.3

评阅教师评审成绩 (加权分合计乘以 8) 评 阅 教 师 签 名: 课 程 设 计 总 评 成 绩



加权分合计 年 月 分 日

PROE 实训任务书

一、实训内容 螺旋千斤顶 PROE 实训,原始数据见图纸。 二、实训要求 1、根据图纸完成零件的建模; 2.完成零部件的装配与运动仿真; 3.生成工程图; 4、对关键零件进行力学分析; 5、选一零件进行 CAM 仿真加工。

三、实训成果 1、实训说明书; 2、所有零件的实体模型文件; 3、装配与运动仿真的动画文件; 4、所有零件图及装配图的文件; 5、力学分析结果; 6、CAM 的加工文件,后置处理程序。 四、进度安排 实体建模 装配与运动仿真 工程图生成 力学分析 CAM 加工 资料整理 答辩 1.5 天 0.5 天 1天 0.5 天 0.5 天 0.5 天 0.5 天

目录

1 螺旋杆的设计与计算 ·································· ··········· ·········· ··········· ·· ·········· ··········· ··········· · 3 1.1 螺旋杆螺纹类型选择 ·······························3 ··········· ·········· ·········· ·········· ··········· ········· 1.2 选取螺旋杆材料 ·································· ··········· ·········· ··········· · 3 ·········· ··········· ··········· · 1.3 确定螺旋杆直径 ·································· ··········· ·········· ··········· · 4 ·········· ··········· ··········· · 1.4 自锁验算 ····································· 4 ··········· ·········· ··········· ····· ·········· ··········· ··········· ····· 1.5 千斤顶结构···································· 4 ··········· ·········· ··········· ···· ·········· ··········· ··········· ···· 1.6 螺旋杆强度计算 ·································· ··········· ·········· ··········· · 5 ·········· ··········· ··········· · 1.7 稳定性计算···································· 6 ··········· ·········· ··········· ···· ·········· ··········· ··········· ···· 1.7.2 稳定性计算 ································· ··········· ·········· ··········· 6 ·········· ··········· ··········· 2 螺套设计与计算 ········································ ······································· 6 ······································· 2.1 选取螺套材料 ··································· ··········· ·········· ··········· ··· ·········· ··········· ··········· ·· 6 2.2 确定螺套高度 H?及 u ······························· ··········· ·········· ········· 6 ·········· ··········· ········· 2.2.1 求螺套高度 H? ······························· 6 ··········· ·········· ·········· ·········· ··········· ·········· 2.2.2 螺纹工作圈数 u······························· ··········· ·········· ········· 7 ·········· ··········· ········· 2.2.3 螺套实际高度 H?······························ 7 ··········· ·········· ········· ·········· ··········· ········· 2.3 校核螺纹牙强度 ·································· ··········· ·········· ··········· · 8 ·········· ··········· ··········· · 2.3.1 螺纹牙的剪切强度和弯曲强度计算 ··················· 8 ··········· ········ ·········· ········· 2.4 安装要求 ····································· 9 ··········· ·········· ··········· ····· ·········· ··········· ··········· ····· 2.4.1 螺套的相关尺寸算 ····························· ··········· ·········· ········ ·········· ··········· ······· 9 3 顶垫的设计与计算··································· 8 ··········· ·········· ··········· ··· ·········· ··········· ··········· ··· 3.1 顶垫的尺寸计算 ·································· ··········· ·········· ··········· · 8 ·········· ··········· ··········· · 4 铰杠设计与计算 ···································· 9 ··········· ·········· ··········· ···· ·········· ··········· ··········· ···· 4.1 铰杠材料 ····································· 9 ··········· ·········· ··········· ····· ·········· ··········· ··········· ····· 4.3 铰杠直径 dp ···································· ··········· ·········· ··········· ···· ·········· ··········· ··········· ··· 9 4.4 结构 ········································ ··········· ·········· ··········· ········ ·········· ··········· ··········· ······· 9 5 底座设计 ········································ ······································· 10 ·········· ··········· ··········· ······· 6 参考文献 ········································ ······································· 11 ·········· ··········· ··········· ·······

螺旋千斤顶设计说明书
1 螺旋杆的设计与计算
1.1 螺旋杆螺纹类型的选择 螺纹有矩形、梯形与锯齿形,常用的是矩形螺纹。 梯形螺纹牙型为等腰梯形, 牙形角 α=30? 梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不 , 易松动。故选梯形螺纹,它的基本牙形按 GB/T5796.1—2005 的规定。此题选用 矩形螺纹。 1.2 选取螺旋杆材料 螺旋杆材料常用 Q235、Q275、40、45、55 等。此题选 45 钢。 1.3 确定螺旋杆直径 按耐磨性条件确定螺旋杆中径 d2。求出 d2 后,按标准选取相应公称直径 d、 螺距 p 及其它尺寸。 d2≥

Fp ?? h? p ?

根据国家规定 ? =1.2~2.5,取 ? =1.4(矩形螺纹) ;h=0.5p;查教材表 6.5, [p]取 23Mpa 故,d2≥

Fp = ?? h? p ?
=

Fp 0.5?? ? p ? 65 ? 10 3 0.5 ? 3.14 ? 1.4 ? 23 ? 10 6

m

查机械设计手册,d 取 40mm, 则 p=7mm, d1=d-8=32mm d4=d1-(0.2~0.5)=32-0.5=31.5mm d2=d-3.5=36.5mm

1.4 自锁验算 自锁条件是?≤?v,式中:?为螺纹中径处升角;?v 为当量摩擦角(当量摩擦 角?v=arctan?v)) ,为保证自锁,螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小 1° 。

查教材表 6.7,?v 取 0.09

? = arctan(n p / ? d2)=arctan(1 ? 7/3.14 ? 36.5) ?v=arctan0.09
故,?=3.5° ?v-1° < 1.5 结构 如下图:

螺旋杆上端用于支承顶垫并在其中插装铰杠, 因此需要加大直径。铰杠孔径 dk 的大小根据铰杠直径 dp 决定,dk≥dp 十 0.5mm。为了便于切制螺纹,螺纹 上端应设有退刀槽。退刀槽的直径 d4 应比螺旋杆小径 d1 约小 0.2~0.5mm。退刀槽的宽度可取为 1.5t。为了

便于螺旋杆旋入螺套,螺旋杆下端应有倒角或制成稍小于 d1 的圆柱体。为了防止工作时螺旋杆从螺套中脱出,在 螺旋杆下端必须安置钢制挡圈(GB/T891-1986),挡圈用 紧定螺钉(GB/T68-2000)固定在螺旋杆端部。 其中:1.5t=10.5mm D13=(1.7~1.9)d=1.8× 40=72mm (1.4~1.6)d=1.5d=60mm H1+H`=260+63=323mm 0.25d=10mm 1.6 螺旋杆强度计算 对受力较大的螺旋杆应根据第四强度理论校核螺旋杆 的强度。强度计算方法参阅教材公式(6.23),

? 4F ? ? T ? ? ? ? ? ? ?d 2 ? ? ? 0.2d 3 ? ≤[?] 1 ? ? 1 ? ?
其中扭矩
T ? F tan( ? ?v ) ? ? d 2 =65× 3tan(5.14° 10 +3.5° × ) ? 10 ?3 2 2

2

2

36 .5

式中:?为螺纹中径处升角,?v 为当量摩擦角。 查手册,45 钢, ? s =355MPa [?]=

?s
3~ 4

=

?s
3

=

355 3

查手册表 3-8,d1=d-8=32mm
? 4 ? 65 ?10 3 故, ? ? 3.14 ? 32 ?10 ?3 ? ? ? 180 .25 ? ?? 2 ? ? ?3 ? ? 0.2 ? 32 ?10
2

?

?

?

?

? ? 3? ?

2

=93.8≤[?]=88.8MPa 1.7 稳定性计算 细长的螺旋杆工作时受到较大的轴向压力可能失稳, 为此应按稳定性条件验

算螺旋杆的稳定性。 Fc
r

/ F ? 2.5 ~ 4

螺旋杆的临界载荷 Fcr 与柔度 λs 有关,λs=? l/i,

?为螺旋杆的长度系数,与螺旋杆的端部结构有关,l 为举
起重物后顶垫底面到螺套中部的高度,可近似取 l=H+5t+(1.4~1.6)d,i 为螺旋杆危险截面的惯性半径, 若危险截面面积 A=?d12/4,则
i? I d1 (I 为螺旋杆危险截面的轴惯性矩) ? A 4

当螺旋杆的柔度 λs<40 时,可以不必进行稳定性校核。计算时应注意正确 确定。 1.7.2 稳定性计算 (1)计算临界载荷 Fcr Fcr=

? 2 EI 3.14 2 ? 200 ? 10 9 ? 10 ?8 ? 2 ??l ?2 2 ? 355 ? 10 ? 3

?

?

(2) 稳定性计算
Fcr 224 .03 ? 103 ? F 65 ? 103

2. 螺套设计与计算
2.1 选取螺套材料 螺套材料一般可选用青铜, 对于尺寸较大的螺套可采用钢或铸铁制造,其内 孔浇注青铜或巴氏合金。 此题选青铜 2.2 确定螺套高度 H?及螺纹工作圈数 u 螺套高度 H?=φd2,螺纹工作圈数 u ?
H? ,考虑退刀槽的影响,实际螺纹圈 p

数 u? = u+1.5(u?应圆整)。考虑到螺纹圈数 u 越多,载荷分布越不均,故 u 不宜大 于 10,否则应改选螺套材料或加大 d。螺套高度由下式计算:H?= u?p。 2.2.1 求螺套高度 H?

H? =φd2 =1.4× 36.5× -3 10 2.2.2 螺纹工作圈数 u
u? H ? 1.4 ? 36.5 ? 10 - 3 = p 7

u? = u+1.5 =7.3+1.5 u?应圆整, u?取 9 2.2.3 螺套实际高度 H? H?= u?p =9× 7=63mm 2.3 校核螺纹牙强度 一般螺套的材料强度低于螺旋杆,故只校核螺套螺纹牙的强度。螺套的其它 尺寸见图 1―3。必要时还应对螺套外径 D3 进行强度验算。
2.3.1 螺纹牙的剪切强度和弯曲强度计算

螺纹牙的剪切强度和弯曲强度条件分别为:
F 3Fh ? ?? ?; ? ?? b ? ?dt1 z ?dt12 z

查表,t1=0.634p(梯形螺纹) ,h=0.5p

?? ? 取 30-40Mpa, ?? b ?取 40-60Mpa
故,
F F = ?dt1 z ?d 0.634 pz

=

65 ? 103 3.14 ? 40 ? 10 ?3 ? 0.634 ? 7 ? 10 ?3 ? 9

=12.3MPa
3Fh 3 F ? 0 .5 p = 2 ?dt1 z ?d ?0.634 p ?2 z

=

3 ? 65 ? 10 3 ? 0.5 ? 10 3

3.14 ? 40 ? 10 ? 3 ? 0.634 ? 7 ? 10 ? 3 ? 9

?

?

2

=3.65Mpa 2.4 安装要求 螺套压入底座上的孔内,圆柱接触面问的配合常采用
H8 H 或 8 等配合。为了安 r7 n7

装简便,需在螺套下端(图 1―3)和底座孔上端(图 1―7)做出倒角。为了更 可靠地防止螺套转动,还应装置紧定螺钉(图 1―1) ,紧定螺钉直径常根据举重 量选取,一般为 6~12mm。 2.4.1 螺套的相关尺寸计算 查手册 D=d+1=41mm 内螺纹小径 D1=d-7=33mm D3= (1.6~1.8)D =1.7× 41 D4= (1.3~1.4)D3 =1.3× 70 H′=63mm a=H′/3=63/3=21mm

3. 顶垫的设计
3.1 顶垫的受力分析 顶垫用来承托重物,可用铸钢铸成,也可用 Q235 钢模锻制成,其结构尺寸 见图 1―4。为了使其与重物接触良好和防止与重物之间出现相对滑动,在顶垫 上表面制有切口的沟纹。 为了防止顶垫从螺旋杆端部脱落,在螺旋杆上端应装有 挡板。 当螺旋杆转动时,顶垫和重物都不作相对转动。因此在起重时,顶垫底部与 螺旋杆和接触面间有相对滑动,为了避免过快磨损,一方面需要润滑,另一方面 还需要验算接触面间的压力强度。

4. 铰杠设计

4.1 铰杠材料 常用 Q235 和 Q215。 铰杠实际长度不应超过千斤顶,使用时可在 铰杠上另加套管。
` 因此,铰杠实际长度 Lp = Lp +

72 +55 2

4.3 铰杠直径 dp 把铰杠看成一个悬臂梁,按弯曲强度确定铰 杠直径 dp,其强度条件为

?F ?

KLp 0.1d 3 p

≤[?]F

(式 1-3)



dp≥ 3

KLp 0.1[? ]F

≥3

230 ? 1.186 0.1 ? 120 ? 10 6

=28.33mm

dp 取 30mm 式中:[?]F——铰杠材料许用弯曲应力, 当铰杠材料为 Q215 和 Q235 时,[?]F=120Mpa。 4.4 结构 铰杠插入螺旋杆上端的孔中,为防止铰杠从孔中滑出,在铰杠两端面应用螺 钉或铆合固定。

图中尺寸:

1 3

dp =10mm

dp+(6~8)= dp+8=38mm

5. 底座设计
底座材料常用铸铁(HT150 及 HT200) ,铸件的壁厚 δ 不应小于 8~12mm, 为了增加底座的稳定性,底部尺寸应大些,因此将其外形制成 1∶10 的斜度。 H1=H+(14~28)mm =240+20=260mm H-a=63-21=42mm D=d+1(查手册) =40+1 D6=D3+(5~10)mm =72+6 D7=D6+ D8 =
H1 260 =78+ 5 5

4F 2 ? D7 π[? ]p

=

4 ? 65 ? 10 3 ? 130 2 3.14 ? 2

式中:[?]p——底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材,取[?]p=2~2.5MPa。
参考文献:PRO/ENGINEER 装配与产品设计(清华大学出版社) 机械设计手册

外圆切削

N5 G71 N10 ( / MFG0002) N15 G0 G17 G99 N20 G90 G94 N25 S1000 M03 N30 G0 Z5.581 N35 X25.5 Y0. N40 G1 Z-137.366 F200. N45 X30.463 N50 X30.526 Z-137.37 N55 X30.588 Z-137.382 N60 X30.648 Z-137.401 N65 X30.705 Z-137.428 N70 X30.758 Z-137.463 N75 X30.807 Z-137.503 N80 X30.85 Z-137.549 N85 X30.887 Z-137.601 N90 X30.917 Z-137.656 N95 X30.939 Z-137.715 N100 X30.955 Z-137.777 N105 X30.962 Z-137.839 N110 X30.963 Z-137.866 N115 Z-183.421 N120 X30.959 Z-183.484 N125 X30.947 Z-183.547 N130 X30.927 Z-183.607 N135 X30.9 Z-183.664 N140 X30.866 Z-183.717 N145 X30.825 Z-183.765 N150 X30.779 Z-183.808 N155 X30.728 Z-183.845 N160 X30.672 Z-183.875 N165 X30.613 Z-183.898 N170 X30.552 Z-183.913 N175 X30.489 Z-183.921 N180 X30.463 N185 X18.461 N190 Z-206. N195 S200 N200 G0 Z0. N205 X30. N210 G1 X25. F200. N215 Z-128. N220 G0 Z0.

N225 X30. N230 M30 %

螺纹切削
N5 G71 N10 ( / MFG0001) N15 G0 G17 G99 N20 G90 G94 N25 S100 M03 N30 G0 Z3.483 N35 X16.7 Y0. N40 G1 X12.5 F100. N45 Z-213. N50 X14.7 N55 G0 Z3.483 N60 G1 X10.5 F100. N65 Z-173.5 N70 X11. N75 X11.109 Z-173.504 N80 X11.218 Z-173.516 N85 X11.326 Z-173.536 N90 X11.432 Z-173.564 N95 X11.536 Z-173.599 N100 X11.636 Z-173.642 N105 X11.734 Z-173.692 N110 X11.827 Z-173.749 N115 X11.916 Z-173.813 N120 X12.001 Z-173.883 N125 X12.08 Z-173.959 N130 X12.153 Z-174.04 N135 X12.22 Z-174.127 N140 X12.28 Z-174.218 N145 X12.334 Z-174.314 N150 X12.38 Z-174.413 N155 X12.419 Z-174.515 N160 X12.451 Z-174.62 N165 X12.475 Z-174.727 N170 X12.491 Z-174.835 N175 X12.499 Z-174.944 N180 X12.5 Z-175. N185 X14.7 N190 G0 Z3.483 N195 G1 X9. F100.

N200 Z-35.5 N205 X9.109 Z-35.504 N210 X9.218 Z-35.516 N215 X9.326 Z-35.536 N220 X9.432 Z-35.564 N225 X9.536 Z-35.599 N230 X9.636 Z-35.642 N235 X9.734 Z-35.692 N240 X9.827 Z-35.749 N245 X9.916 Z-35.813 N250 X10.001 Z-35.883 N255 X10.08 Z-35.959 N260 X10.153 Z-36.04 N265 X10.22 Z-36.127 N270 X10.28 Z-36.218 N275 X10.334 Z-36.314 N280 X10.38 Z-36.413 N285 X10.419 Z-36.515 N290 X10.451 Z-36.62 N295 X10.475 Z-36.727 N300 X10.491 Z-36.835 N305 X10.499 Z-36.944 N310 X10.5 Z-37. N315 X12.7 N320 G0 Z3.483 N325 G1 X7.5 F100. N330 Z-35.5 N335 X14.7 N340 S200 N345 G0 Z0. N350 X7.5 N355 G1 Z-35.5 F200. N360 X9. N365 X9.109 Z-35.504 N370 X9.218 Z-35.516 N375 X9.326 Z-35.536 N380 X9.432 Z-35.564 N385 X9.536 Z-35.599 N390 X9.636 Z-35.642 N395 X9.734 Z-35.692 N400 X9.827 Z-35.749 N405 X9.916 Z-35.813 N410 X10.001 Z-35.883 N415 X10.08 Z-35.959

N420 X10.153 Z-36.04 N425 X10.22 Z-36.127 N430 X10.28 Z-36.218 N435 X10.334 Z-36.314 N440 X10.38 Z-36.413 N445 X10.419 Z-36.515 N450 X10.451 Z-36.62 N455 X10.475 Z-36.727 N460 X10.491 Z-36.835 N465 X10.499 Z-36.944 N470 X10.5 Z-37. N475 Z-173.5 N480 X11. N485 X11.109 Z-173.504 N490 X11.218 Z-173.516 N495 X11.326 Z-173.536 N500 X11.432 Z-173.564 N505 X11.536 Z-173.599 N510 X11.636 Z-173.642 N515 X11.734 Z-173.692 N520 X11.827 Z-173.749 N525 X11.916 Z-173.813 N530 X12.001 Z-173.883 N535 X12.08 Z-173.959 N540 X12.153 Z-174.04 N545 X12.22 Z-174.127 N550 X12.28 Z-174.218 N555 X12.334 Z-174.314 N560 X12.38 Z-174.413 N565 X12.419 Z-174.515 N570 X12.451 Z-174.62 N575 X12.475 Z-174.727 N580 X12.491 Z-174.835 N585 X12.499 Z-174.944 N590 X12.5 Z-175. N595 Z-213. N600 S200 N605 G0 Z-117.389 N610 X22.493 N615 G1 X17.493 F100. N620 X9.1 N625 X17.493 N630 G0 Z-97.786 N635 G1 X9.1 F100.

N640 X17.493 N645 G0 Z-136.991 N650 G1 X7.1 F100. N655 X17.493 N660 G0 Z-78.184 N665 G1 X9.1 F100. N670 X17.493 N675 G0 Z-156.593 N680 G1 X9.1 F100. N685 X17.493 N690 G0 Z-58.582 N695 G1 X9.1 F100. N700 X17.493 N705 G0 Z-176.195 N710 G1 X9.1 F100. N715 X17.493 N745 X17.493 N750 G0 Z-19.377 N755 G1 X9.1 F100. N760 X17.493 N765 G0 Z-215.4 N770 G1 X9.1 F100. N775 X17.493 N780 G0 Z.225 N785 G1 X9.1 F100. N790 X17.493 N795 S100 N800 G0 X11. N805 G1 Z0. F2540. N810 X6. F100. N815 Z-20.509 N820 G0 Z0. N825 X11. N830 X14. N835 Z-37. N840 G1 X9. F100. N845 Z-133. N850 G0 Z-37. N855 X14. N860 M30 %


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