附件4
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
指導(dǎo)教師
姓名
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目
橢圓規(guī)設(shè)計(jì)與制造
職稱
工程師
題目類型
理工類
工程設(shè)計(jì) □科學(xué)實(shí)驗(yàn) □軟件開(kāi)發(fā) □理論研究 □綜合
經(jīng)管文
□理論性研究 □應(yīng)用性研究 □應(yīng)用軟件設(shè)計(jì) □調(diào)查報(bào)告
選題學(xué)生
1、 題目簡(jiǎn)介：（含來(lái)源、目的、意義）
對(duì)于機(jī)械專業(yè)類的學(xué)生和從事機(jī)械工作的人員來(lái)說(shuō)，繪圖是必不可少的經(jīng)常性工作。對(duì)于一般的直線、圓弧或圓，利用直尺、圓規(guī)即可很方便地繪制，但在繪制橢圓的時(shí)候，一般的作法是利用“四弧連接原理”借助圓規(guī)繪制、甚至徒手繪圖，可以近似繪制出來(lái)，但畢竟是近似的，不光滑，又費(fèi)時(shí)。如果有橢圓繪圖儀，就可以方便地進(jìn)行橢圓繪制，而且光滑美觀。于是橢圓規(guī)的設(shè)計(jì)制作應(yīng)運(yùn)而生。橢圓規(guī)機(jī)構(gòu)具有制作簡(jiǎn)單,使用方便,畫出來(lái)的橢圓精確等特點(diǎn)，非常適合橢圓類圖紙的繪制。
通過(guò)本次設(shè)計(jì)，讓學(xué)生掌握查閱參考文獻(xiàn)，綜合運(yùn)用四年所學(xué)知識(shí)、理論聯(lián)系實(shí)際、按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、掌握和熟練應(yīng)用繪圖軟件、力學(xué)分析等，獨(dú)立完成該設(shè)計(jì)。培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為以后工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。。
二、主要任務(wù)：（有實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的要提出主要技術(shù)指標(biāo)要求）
在橢圓規(guī)的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中，需要完成以下幾個(gè)方面的任務(wù)：
1.收集資料，閱讀文獻(xiàn)，提出設(shè)計(jì)思路，確定設(shè)計(jì)方案；
2.橢圓方程的計(jì)算，橢圓規(guī)的底槽設(shè)計(jì)，橢圓規(guī)的連桿設(shè)計(jì)，橢圓規(guī)的制作；
3.橢圓規(guī)裝配圖及主要零件圖（2張）；
4.按照規(guī)范撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。
合理選擇工件所需要的材質(zhì)及工件的結(jié)構(gòu)工藝性，優(yōu)化橢圓規(guī)相關(guān)參數(shù)，提高其繪圖精度和效率。
三、主要內(nèi)容與基本要求：（有實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的要提出主要技術(shù)指標(biāo)要求）
主要內(nèi)容：
1.查閱文獻(xiàn)，整理思路，確定橢圓規(guī)設(shè)計(jì)方案；
2.橢圓規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算；
3.繪制裝配圖及零件圖（2張）；
4.橢圓規(guī)實(shí)物制作。
基本要求：
1.橢圓規(guī)裝配圖；
2.橢圓規(guī)主要零件的零件圖；
3.橢圓規(guī)實(shí)物制作；
4.按時(shí)完成題目要求的內(nèi)容和工作量，撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。
四、計(jì)劃進(jìn)度：（包括時(shí)間劃分和各階段主要工作內(nèi)容，按周次填寫）
第七學(xué)期：
第11～12周：公布導(dǎo)師名單和題目，準(zhǔn)備設(shè)計(jì)題目有關(guān)資料，組織學(xué)生選題。
第13～14周：下達(dá)、檢查、督促《任務(wù)書》落實(shí)情況。讓學(xué)生明確任務(wù)、查閱和收集資料、了解課題、制訂畢業(yè)論文工作計(jì)劃。
第16～19周：檢查，修改、驗(yàn)收學(xué)生的《開(kāi)題報(bào)告》。學(xué)生應(yīng)通過(guò)查找和翻譯資料、分析資料，擬定橢圓規(guī)的設(shè)計(jì)思路、方法及途徑；除此而外，按照題目要求，完成撰寫《開(kāi)題報(bào)告》。
第八學(xué)期：
第1～7周：指導(dǎo)學(xué)生完成論文的初稿撰寫（對(duì)照題目要求，包括中英文摘要、目錄、緒論、正文、結(jié)論、致謝、參考文獻(xiàn)、附件）。
第8周：畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查，加強(qiáng)論文創(chuàng)作的過(guò)程管理，督促學(xué)生至少完成畢業(yè)設(shè)計(jì)全部?jī)?nèi)容的一半以上（包括橢圓規(guī)的論文初稿、裝配圖、完成實(shí)物）。
第9～10周：檢查學(xué)生論文定稿情況。要求最后一次修改，完成定稿。
第11～12周：交叉審閱論文，寫評(píng)語(yǔ)。要求學(xué)生按照規(guī)范打印論文，送指導(dǎo)教師審閱。之后，完善圖紙和論文；準(zhǔn)備答辯PPT。
第13周：組織學(xué)生參加答辯。推薦優(yōu)秀論文，收集整理相關(guān)資料。
第14周：推薦優(yōu)秀論文，歸檔資料。
五、主要參考文獻(xiàn)：(要寫清參考文獻(xiàn)名稱、作者、出版社、出版時(shí)間)
【1】. 陸玉.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2000.5.
【2】. 呂燁.機(jī)械工程材料.北京：高等教育出版社，2000.
【3】. 鄒慧君.機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：高等教育出版社，2000.9.
【4】. 王春燕，陸鳳儀.機(jī)械原理.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.
【5】. 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì). 北京：高等教育出版社，2006.
【6】. 尚文浩.自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì).北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2003.5.
【7】. 孟憲源.現(xiàn)代機(jī)構(gòu)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.6.
【8】. 吳宗澤，羅圣國(guó). 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè). 北京：高等教育出版社，1999.
【9】. 消智清.機(jī)械制造基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.1.
【10】.吳宗澤.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.
【11】.Aguilar R J,Systems Analysis and Design[M].Englewood; CliffN.J.1973[12]Thomas peters.Tolerance fitting and technology of measuring.Publishing house of the mechanical industry 1999.1
【12】.Thring,M.W.,Laithwaith,E.R.,How to Invent.The Macmillan press ltd,1977.
5、 工作量要求
查閱文獻(xiàn)資料不少于12篇，其中外文資料不少于2篇；論文不少于8000字。查閱資料，完成橢圓規(guī)的方案設(shè)計(jì)、傳動(dòng)設(shè)計(jì)；制圖要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；所有設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)必須要有理論計(jì)算作為依據(jù)。要求完成橢圓規(guī)二維裝配圖、二維零件圖（2張）、制作實(shí)物。論文撰寫符合學(xué)校規(guī)范，查重率合格。
指導(dǎo)教師（簽名）：
年 月 日
學(xué) 生 （簽名）：
年 月 日
學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)意見(jiàn)：
學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人：
年 月 日
注：本表一式三份。一份交教學(xué)單位存檔，一份交學(xué)生，一份指導(dǎo)教師自留。
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告
題目： 橢圓規(guī)設(shè)計(jì)及制造
院 系： 機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)：
姓 名：
指導(dǎo)教師：
年 12月
開(kāi)題報(bào)告填寫要求
1.開(kāi)題報(bào)告作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)及所在專業(yè)學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)審查后生效。
2.開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容必須按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）填寫并打?。ń勾蛴≡谄渌埳虾蠹糍N），完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)。
3.開(kāi)題報(bào)告字?jǐn)?shù)應(yīng)在1500字以上，參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于12篇（不包括辭典、手冊(cè)，其中外文文獻(xiàn)至少2篇，漢語(yǔ)國(guó)際教育專業(yè)不做硬性要求），文中引用參考文獻(xiàn)處應(yīng)標(biāo)出文獻(xiàn)序號(hào)，“參考文獻(xiàn)”應(yīng)按照國(guó)標(biāo)GB 7714—87《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》的要求書寫。
4.指導(dǎo)教師意見(jiàn)和所在教學(xué)單位意見(jiàn)用黑墨水筆書寫，并親筆簽名。
5.年、月、日的日期一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫，例：“2010年11月26日”或“2010.11.26”。
1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目背景、研究意義及國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況。
題目背景：
橢圓規(guī)屬于一種畫橢圓的工具，適用于教學(xué)、工程制圖、工程制造以及需要畫橢圓的地方。只要已知橢圓的長(zhǎng)軸、短軸、焦距三個(gè)量中的兩個(gè)量，即可準(zhǔn)確畫出具有準(zhǔn)確焦點(diǎn)位置的橢圓?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中，為了適應(yīng)日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，公司為了快速地占領(lǐng)市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益，必須要使用快速的設(shè)計(jì)方法?，F(xiàn)代公司機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，很多都使用三維軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行調(diào)試，使設(shè)計(jì)出的橢圓規(guī)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，方便，減少設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本。
研究意義:
一直以來(lái)，對(duì)于機(jī)械專業(yè)類的學(xué)生和崗位來(lái)說(shuō)，繪圖是必不可少的經(jīng)常性工作。對(duì)于一般的直線、圓弧或圓，利用直尺、圓規(guī)即可馬上繪制，但在繪制橢圓的時(shí)候，一般的作法是利用“四弧連接原理”，借助圓規(guī)繪制、甚至徒手繪圖，可以近似畫出來(lái)，但畢竟最近似的也不光滑而且難看又費(fèi)時(shí)。如果有橢圓繪圖儀，就可以方便地進(jìn)行橢圓繪制，而且光滑好看。于是便產(chǎn)生了橢圓規(guī)的構(gòu)思和設(shè)想，橢圓規(guī)在我們的日常生活中扮演著重要的角色，繪圖精致美觀。橢圓規(guī)機(jī)構(gòu)具有制作簡(jiǎn)單,使用方便,畫出來(lái)的橢圓精確等特點(diǎn)，非常適合橢圓類圖紙的繪制。本課題應(yīng)用性強(qiáng)，知識(shí)面覆蓋較廣，并且來(lái)自生活，所以容易激發(fā)研究興趣，產(chǎn)品使用前景廣闊。
國(guó)內(nèi)外研究情況:
橢圓規(guī)有著廣泛的應(yīng)用,但其作圖頗為繁瑣,且不易準(zhǔn)確.多年來(lái)國(guó)內(nèi)外有不少人從事這方面的探討和研究。?本設(shè)計(jì)實(shí)用新型具有制作簡(jiǎn)單、使用方便、畫出來(lái)的橢圓精確、應(yīng)用領(lǐng)域廣等特點(diǎn)。?
橢圓規(guī)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)制作涉及原理設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及機(jī)械加工制造等多方面專業(yè)知識(shí)，通過(guò)對(duì)常用結(jié)構(gòu)件或裝置的分析，可以檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)本專業(yè)相關(guān)基礎(chǔ)專業(yè)知識(shí)掌握情況，學(xué)會(huì)理論聯(lián)系實(shí)際，提高綜合知識(shí)應(yīng)用能力，通過(guò)獨(dú)立完成設(shè)計(jì)內(nèi)容，為未來(lái)就業(yè)打下一定基礎(chǔ)。橢圓規(guī)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是其零部件的設(shè)計(jì)制作，所制作零件應(yīng)符合造價(jià)低廉、設(shè)計(jì)及制作簡(jiǎn)易等條件，以便適用于設(shè)計(jì)繪圖等作業(yè)。
?
2.本課題的主要內(nèi)容和擬采用的研究方法或措施。
主要內(nèi)容和思路：
1、考慮到橢圓規(guī)的應(yīng)用，計(jì)算橢圓上各點(diǎn)的方程及橢圓的離心率；
2、以動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的理論知識(shí)為依據(jù)，本設(shè)計(jì)決定采用連桿的連接方式完成橢圓規(guī)的設(shè)計(jì)，所設(shè)計(jì)的連桿機(jī)構(gòu)能夠畫出不同離心率的橢圓；
3、考慮到連桿的設(shè)計(jì)方式為連桿機(jī)構(gòu)，支架的設(shè)計(jì)必須滿足連桿連接的基本需求；
4、專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)等的相關(guān)知識(shí)、繪制出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的圖紙并完成總裝配圖1張，關(guān)鍵零件圖若干張；
5、橢圓規(guī)零部件制作及組裝。
主要研究方法：
1、到圖書館或網(wǎng)上查閱相關(guān)資料，確定設(shè)計(jì)方案；
2、總結(jié)動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的理論知識(shí)計(jì)算；
3、整體設(shè)計(jì)橢圓規(guī)的裝配圖及零件圖；
4、按圖加工實(shí)物，實(shí)測(cè)繪圖效果。
主要
3.預(yù)期成果形式。
1、繪制橢圓規(guī)二維裝配圖及主要零部件圖，不少于三張，需有一張手繪圖；
2、完成橢圓規(guī)實(shí)物的制作；
3、撰寫畢業(yè)論文，不少于8000字；
4、制作畢業(yè)答辯的PPT。
4.本課題的重點(diǎn)及難點(diǎn),前期已開(kāi)展的工作。
本課題重點(diǎn)及難點(diǎn)：
1.熟悉橢圓規(guī)的工作原理，整理設(shè)計(jì)思路，確定設(shè)計(jì)方案；
2.材料結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇與計(jì)算；
3.橢圓規(guī)裝配圖和零件圖。
目前開(kāi)展的工作：
閱讀文獻(xiàn)資料，整理思路，確定橢圓規(guī)的設(shè)計(jì)方案。
主要參考文獻(xiàn)：
【1】. 陸玉.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2000.5.
【2】. 呂燁.機(jī)械工程材料.北京：高等教育出版社，2000.
【3】. 鄒慧君.機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：高等教育出版社，2000.9.
【4】. 王春燕，陸鳳儀.機(jī)械原理.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.
【5】. 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì). 北京：高等教育出版社，2006.
【6】. 尚文浩.自動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì).北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2003.5.
【7】. 孟憲源.現(xiàn)代機(jī)構(gòu)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.6.
【8】. 吳宗澤，羅圣國(guó). 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè). 北京：高等教育出版社，1999.
【9】. 消智清.機(jī)械制造基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.1.
【10】.吳宗澤.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.
【11】.Aguilar R J,Systems Analysis and Design[M].Englewood; CliffN.J.1973[12]Thomas peters.Tolerance fitting and technology of measuring.Publishing house of the mechanical industry 1999.1
【12】.Thring,M.W.,Laithwaith,E.R.,How to Invent.The Macmillan press ltd,1977.
5.指導(dǎo)教師意見(jiàn)（對(duì)課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)）。
指導(dǎo)教師： 年 年 月 日
6.學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)審查意見(jiàn)：
學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人：
年 月 日
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摘 要
本設(shè)計(jì)主要是對(duì)電動(dòng)螺旋千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在原有手動(dòng)螺旋千斤頂?shù)幕A(chǔ)上，通過(guò)對(duì)螺旋千斤頂了解和學(xué)習(xí)，選擇對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)出一套蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，利用電機(jī)帶動(dòng)蝸桿，蝸桿蝸輪傳動(dòng)帶動(dòng)絲杠運(yùn)轉(zhuǎn)，由絲杠螺母形成的滑動(dòng)螺旋副運(yùn)動(dòng)將重物頂起，既發(fā)揮了螺旋副的自鎖性的優(yōu)點(diǎn)又可改善勞動(dòng)條件。同時(shí)提高了市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。
本設(shè)計(jì)根據(jù)承受載荷，設(shè)計(jì)出絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，根據(jù)絲杠傳動(dòng)的工作速度與螺桿所承受的扭矩，來(lái)設(shè)計(jì)蝸桿和蝸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，得出蝸桿傳動(dòng)扭矩來(lái)進(jìn)行電機(jī)的選型，并使用Pro/ENGINEER 5.0和AutoCAD三維建模軟件，設(shè)計(jì)零件并進(jìn)行裝配。用SolidWorks進(jìn)行仿真制作。并對(duì)蝸桿模型通過(guò)ANSYS軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的有限元分析來(lái)完成整個(gè)設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵字：蝸輪蝸桿；有限元分析；絲杠傳動(dòng)；仿真；三維建模
Abstract
The design is mainly for the structural design of screw jacks, screw jacks in the original on the jackscrew through understanding and learning, choose to improve it, to design a worm gear mechanism, the use of motor driven worm and worm gear drive screw operation, the heavy top, both played a spiral lock of the advantages of self but also improve people's deputy of the working conditions. Improve the competitiveness of the market.
The design of the load bearing design of the screw drive mechanism according to the operating speed of the screw drive torque of the screw is exposed to the worm and the worm gear is enough design, draw worm drive torque of the motor to the selection and use Autocad Proe 5.0 and three-dimensional modeling software, design and assembly of parts. With solidworks simulation production. And a simple worm model by ANSYS finite element analysis software to complete the entire design.
Keywords： Worm; Finite Element; Analysis Screw drive; Simulation;
Three-dimensional modeling
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 起重機(jī)械 1
1.2 千斤頂 1
1.3 國(guó)內(nèi)外千斤頂發(fā)展情況 1
1.4 研究目的 1
1.5 設(shè)計(jì)規(guī)格 2
1.6 設(shè)計(jì)原理 2
1.7 使用方法 2
第2章 絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算 3
2.1 絲杠傳動(dòng) 3
2.2 絲杠傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)及材料 4
2.2.1 絲杠傳動(dòng)的結(jié)構(gòu) 4
2.2.2 絲杠傳動(dòng)中常用材料 4
2.3 絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 6
2.3.1 耐磨性與自鎖性計(jì)算 6
2.3.2 螺桿的強(qiáng)度計(jì)算 9
2.3.3 螺母螺紋牙的強(qiáng)度計(jì)算 9
2.3.4 螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算 10
第3章 蝸輪蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算 12
3.1 蝸輪蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn) 12
3.2 蝸桿傳動(dòng)的類型 12
3.2.1 普通圓柱蝸桿傳動(dòng) 12
3.2.2 圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng) 12
3.3 蝸輪蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)參數(shù)選擇 12
3.3.1 蝸桿傳動(dòng)選型 12
3.3.2 選擇蝸輪蝸桿材料 12
3.3.3 蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì) 13
3.3.4 蝸桿與蝸輪的參數(shù)計(jì)算 14
3.3.5 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 14
3.3.6 實(shí)際傳動(dòng)效率 15
3.3.7 精度等級(jí) 15
第4章 螺旋千斤頂電機(jī)的選擇 17
4.1 電機(jī)類型選擇 17
4.2 蝸桿力矩計(jì)算 17
4.3 電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算 17
4.4 電動(dòng)機(jī)選擇 18
第5章 蝸桿的有限元分析 19
5.1 有限元分析 19
5.2 文件的導(dǎo)入 19
5.3 設(shè)置材料常數(shù) 19
5.4 劃分網(wǎng)格 19
5.6 求解計(jì)算 20
5.7 結(jié)論 21
第6章 螺旋千斤頂?shù)娜S建模 23
6.1 蝸桿的三維建模 23
6.2 蝸輪的三維建模 24
6.3 螺桿的三維建模 25
6.4 螺母的三維建模 26
6.5 千斤頂?shù)难b配 27
6.6 千斤頂?shù)姆抡?27
設(shè)計(jì)總結(jié) 29
參考文獻(xiàn) 30
致謝 31
32
西京學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第1章 緒論
1.1 起重機(jī)械
起重機(jī)械是一種通過(guò)重復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)對(duì)物料進(jìn)行起升的機(jī)械，其運(yùn)動(dòng)形式主要有起動(dòng)、制動(dòng)、正向和反向運(yùn)動(dòng)。起重機(jī)械被廣泛用于工業(yè)以及日常生活中。
起重機(jī)械的動(dòng)力來(lái)源為電或人力，電力主要用于重型設(shè)備場(chǎng)合，以人力為動(dòng)力來(lái)源的主要適用于小型和輕型的起重設(shè)備場(chǎng)合。
1.2 千斤頂
螺旋千斤頂屬于起重機(jī)械的一種。起重高度小(小于1m)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，材料堅(jiān)固、運(yùn)動(dòng)可靠性能高，便于攜帶和單人操作。工業(yè)中螺旋千斤頂?shù)墓ぷ鞲叨纫话阍?00mm左右，螺旋副速度為20-60mm/min，最大的起升重量可高達(dá)500t[1]。
根據(jù)工作總類分機(jī)械式和液壓式。還有螺旋千斤頂、齒條千斤頂、油壓千斤頂?shù)炔煌ぷ髟淼脑O(shè)備[2]。是一種在工作生活中不可或缺的起重設(shè)備。同時(shí)千斤頂?shù)募夹g(shù)發(fā)展也影響著各個(gè)行業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)和未來(lái)。
1.3 國(guó)內(nèi)外千斤頂發(fā)展情況
國(guó)外發(fā)展情況： 國(guó)外在20世紀(jì)40年代初，就出現(xiàn)了千斤頂應(yīng)用在汽車行業(yè)中，此時(shí)的千斤頂為臥式，相對(duì)落后笨重。由于技術(shù)和社會(huì)發(fā)展原因，后來(lái)隨著工業(yè)社會(huì)的發(fā)展，在90年代初，被立式千斤頂取代。在90年代后期，陸續(xù)出現(xiàn)充氣式千斤頂和便攜式千斤頂?shù)刃滦驮O(shè)備。開(kāi)始了千斤頂技術(shù)的迅猛發(fā)展[3]。
國(guó)內(nèi)發(fā)展情況：我國(guó)的千斤頂技術(shù)由于社會(huì)關(guān)系與工業(yè)發(fā)展起步晚等因素，直到80年代后期才接觸到國(guó)外初期千斤頂?shù)漠a(chǎn)品。但隨著社會(huì)的飛速發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的提高，在工業(yè)發(fā)展中開(kāi)始對(duì)千斤頂?shù)绕鹬卦O(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，并且經(jīng)過(guò)多年設(shè)計(jì)制造的實(shí)踐，在適用范圍、工業(yè)途徑、材料制作等方面的研究造就了千斤頂技術(shù)的成熟。我國(guó)的千斤頂還開(kāi)始越來(lái)越趨向于簡(jiǎn)單化，環(huán)保化和智能化[4]。
1.4 研究目的
根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活和實(shí)際生產(chǎn)的緊密聯(lián)系，螺旋千斤頂與我們的日常生活息息相關(guān)，在汽車修理時(shí)對(duì)汽車進(jìn)行移動(dòng)或抬起的情況下，此時(shí)人工進(jìn)行操作是不可為的，就有了千斤頂，來(lái)起到四兩撥千斤的作用。但終究是在人力操作的情況下，這樣費(fèi)事費(fèi)力，不安全。因此需要研究找到一種來(lái)使電力驅(qū)動(dòng)的千斤頂技術(shù)，來(lái)改變現(xiàn)狀。
本次通過(guò)研究學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)主要是對(duì)QL20 型螺旋千斤頂進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)將利用電機(jī)通過(guò)蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)帶動(dòng)其運(yùn)轉(zhuǎn)，將重物頂起。QL20型螺旋千斤頂本體固有的絲杠傳動(dòng)是利用梯形螺桿和螺母組成的絲杠傳動(dòng)副來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)要求的。它在通過(guò)螺旋副做螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)將重物頂起。因此本次設(shè)計(jì)的要點(diǎn)就是。深入了解千斤頂?shù)脑砼c應(yīng)用。通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)資料，設(shè)計(jì)出電力驅(qū)動(dòng)的裝配部分，來(lái)達(dá)到使QL20型螺旋千斤頂通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，來(lái)節(jié)省人力物力和財(cái)力。并繪制千斤頂蝸輪蝸桿零件圖，和裝配圖。
1.5 設(shè)計(jì)規(guī)格
本設(shè)計(jì)QL20型固定式螺旋千斤頂技術(shù)規(guī)格為：
起重量20t；頂起高度180mm；螺桿落下最小高度325mm；自重18Kg。
1.6 設(shè)計(jì)原理
電動(dòng)螺旋千斤頂是在手動(dòng)螺旋千斤頂?shù)幕A(chǔ)上改進(jìn)的，通過(guò)微型直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)蝸桿，經(jīng)蝸桿蝸輪傳動(dòng)，同時(shí)由蝸輪與螺桿的花鍵配合，傳遞扭矩與導(dǎo)向，來(lái)帶動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)，形成絲杠傳動(dòng)，從而使重物上升或下降。發(fā)揮了螺旋副的自鎖性的優(yōu)點(diǎn)又大大的改善了勞動(dòng)條件。
1.7 使用方法
1.使用前務(wù)必檢查電動(dòng)螺旋千斤頂?shù)母鞑考?，保證運(yùn)動(dòng)靈活潤(rùn)滑，并預(yù)估起升重物重量和工作高度，切忌超載超程使用。
2.啟動(dòng)電機(jī)提升重物，使用點(diǎn)動(dòng)按鈕，將重物提升到理想高度。切忌不可超過(guò)紅色警戒線。如需下降時(shí)將電機(jī)點(diǎn)動(dòng)反轉(zhuǎn)按鈕，重物即可開(kāi)始下降。
3.對(duì)電機(jī)以及絲杠傳動(dòng)，按時(shí)定期做好保養(yǎng)潤(rùn)滑工作。避免長(zhǎng)期放在潮濕的地方。
第2章 絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算
2.1 絲杠傳動(dòng)
絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由絲杠和螺母組成，它們是形成滑動(dòng)螺旋副來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的。在絲杠與螺母的配合下，呈現(xiàn)絲杠螺旋運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)將重物頂起。
絲杠傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)形式有絲桿傳動(dòng)（螺母固定）和螺母移動(dòng)（絲杠固定）兩種[5]。圖2.1為螺母固定的絲杠傳動(dòng)，在螺旋千斤頂中運(yùn)用較多。圖2.2為絲杠固定螺母?jìng)鲃?dòng)，在機(jī)床的大托板，中托板，小托板中都廣泛運(yùn)用了此種傳動(dòng)。
圖2.1螺旋千斤頂
圖2.2機(jī)床托板上的進(jìn)給絲杠
絲杠傳動(dòng)根據(jù)用途不同，分為三種類型：
（1）傳力螺旋副運(yùn)動(dòng)。主要是通過(guò)承受較大的軸向力來(lái)傳遞動(dòng)力做間歇性工作，在絲杠傳動(dòng)中要求有較好的自鎖能力。
（2）傳導(dǎo)螺旋副運(yùn)動(dòng)。主要運(yùn)動(dòng)形式是在高速環(huán)境下傳動(dòng)，會(huì)承受較大的軸向載荷，對(duì)傳動(dòng)精度要求較高。
（3）調(diào)整螺旋副運(yùn)動(dòng)。一般用于在檢測(cè)和調(diào)整，該項(xiàng)運(yùn)動(dòng)用來(lái)確定零件間的相對(duì)位置，但必須在空載的情況下。
絲杠傳動(dòng)根據(jù)運(yùn)動(dòng)副的摩擦性質(zhì)不同，有滑動(dòng)摩擦、滾動(dòng)摩擦和流體摩擦三種形式[6]。滑動(dòng)摩擦自鎖性好，但運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦大，傳動(dòng)效率只有30%~40%。但其他兩種傳動(dòng)產(chǎn)生的摩擦就比較小，傳動(dòng)效率高達(dá)90%。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是對(duì)傳動(dòng)條件要求特別高。
本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)討論絲杠傳動(dòng)中滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算，對(duì)滾動(dòng)螺旋和靜壓螺旋只做簡(jiǎn)單的介紹。
2.2 絲杠傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)及材料
2.2.1 絲杠傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)
本設(shè)計(jì)中的絲杠傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)主要是指帶有花鍵的螺桿和與本體固定的螺母的結(jié)構(gòu)。絲杠傳動(dòng)中的工作剛度要求與精度要求都要根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于本設(shè)計(jì)中，要求千斤頂進(jìn)行垂直運(yùn)動(dòng)的要求，且運(yùn)動(dòng)高度不是很高的情況下，選擇采用螺母本身與千斤頂本體相結(jié)合作為支承。而螺桿則作為運(yùn)動(dòng)部件，在受到扭矩作用時(shí)，進(jìn)行，螺旋上升運(yùn)動(dòng)，將重物頂起。
絲杠傳動(dòng)中的螺母結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)選擇上有整體螺母和剖分螺母等幾種形式。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的整體螺母比較通用，但也存在軸向間隙在傳導(dǎo)磨損中不能補(bǔ)償?shù)碾[患，造成材料的過(guò)度浪費(fèi)。因此，此種螺母主要在生產(chǎn)實(shí)際中用于在精度要求較低的絲杠傳動(dòng)中。精度要求較高，且傳動(dòng)效率優(yōu)于整體螺母的傳導(dǎo)螺旋主要用于雙向傳動(dòng)。而剖分螺母則是利用調(diào)整契塊來(lái)定期調(diào)整螺旋副的軸向間隙的一種組合形式。
在絲杠傳動(dòng)中的螺桿和螺母的螺紋也分連接螺紋和傳動(dòng)螺紋，牙型也是有矩形、等腰三角形、梯形、不等腰梯形和鋸齒形等多種形狀。梯形和鋸齒形螺紋在工業(yè)應(yīng)用中最常用的傳動(dòng)螺紋。 矩形螺紋的傳動(dòng)效率比其他螺紋傳動(dòng)效率高，但由于牙型角關(guān)系，容易在牙根處產(chǎn)生應(yīng)力集中，磨損后，牙側(cè)間隙修復(fù)困難。傳動(dòng)精準(zhǔn)度因此也會(huì)下降。而梯形螺紋，牙型為牙型角30°的等腰梯形，牙根部的彎曲強(qiáng)度高，對(duì)中性好。在本次設(shè)計(jì)千斤頂中就選中此種右旋梯形螺紋。
2.2.2 絲杠傳動(dòng)中常用材料
絲杠傳動(dòng)的有螺母和螺桿。螺桿材料對(duì)螺紋牙和軸的強(qiáng)度和耐磨性有較高的要求，而螺母材料在與螺桿材料形成絲杠傳動(dòng)的時(shí)候，在對(duì)螺紋牙的彎曲強(qiáng)度，剪切強(qiáng)度等需要滿足許用強(qiáng)度以外，還要求在傳動(dòng)中的摩擦系數(shù)小，并且在傳動(dòng)接觸部位要有較高的耐磨性。絲杠傳動(dòng)常用的材料見(jiàn)表2.1
表2.1 螺桿與螺母常用材料
本次設(shè)計(jì)中，已知絲杠傳動(dòng)中螺桿的軸向載荷F=200000N，千斤頂起重高度為h=180mm，由于千斤頂在絲杠傳動(dòng)中會(huì)因?yàn)槁菁y磨損而導(dǎo)致失效，因此螺旋千斤頂?shù)慕z杠傳動(dòng)副中螺桿和螺母的材料在耐磨性能、抗歪性能要求都要很高。在本次設(shè)計(jì)中，考慮到承受載重頗高，故對(duì)于自鎖性也有很高的要求。
本設(shè)計(jì)中螺母的材料和許用應(yīng)力：
螺母材料采用鑄錫青銅，以ZCuSn10P1最耐磨，但市場(chǎng)價(jià)格較貴，通常在工業(yè)設(shè)計(jì)中主要用于高精度傳導(dǎo)螺旋。而本設(shè)計(jì)電動(dòng)螺旋千斤頂，重載20t，工作速度在微型直流電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)蝸輪蝸桿大減速比之后大約60r/ min，因此在此種重載低速的場(chǎng)合，可選用鑄鋁青銅或鑄鋁黃銅。
綜上,螺母材料選用鑄鋁青銅ZcuAL9Fe4Ni4Mn2，制成帶有內(nèi)螺紋的構(gòu)件。查表2.3可得：
許用彎曲應(yīng)力：σb=40~60N/mm2 ，取55N/mm 2 ；
許用剪切應(yīng)力：τ =30~40N/mm2 ，取35N/mm 2 。
本設(shè)計(jì)電動(dòng)千斤頂螺旋為電動(dòng)低速，由表2.2查得許用壓力：
Pp=18~25 N/mm 2，取25 N/mm 2 。
本設(shè)計(jì)中螺桿的材料和許用應(yīng)力
由于滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)中的磨損嚴(yán)重，要求本設(shè)計(jì)中材料的耐磨性能和抗彎性能都要高。根據(jù)螺桿材料的選用原則：常采用45鋼和50鋼。對(duì)傳動(dòng)的精度有特殊要求時(shí)可采用碳素工具鋼。在45鋼和50鋼中，兩者都屬于中碳鋼，但45鋼的結(jié)合性能更優(yōu)。
本設(shè)計(jì)中，根據(jù)表2.1，螺桿材料選45鋼，帶有外螺紋的桿件，下端軸銑為花鍵。整體不做熱處理，性能等級(jí)為6.8，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表5.8，查閱資料手冊(cè)可得σs=600 MPa 。
根據(jù)表2.4螺桿的許用壓應(yīng)力：σp= =80~140 N/mm 2 。
考慮主要電動(dòng)驅(qū)動(dòng)以及載重要求，因此σp取140 N/mm 2 。
2.3 絲杠傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
絲杠傳動(dòng)工作時(shí)，主要承受轉(zhuǎn)矩及軸向力的作用，在本設(shè)計(jì)中，主要根據(jù)選擇的螺紋嚙合方式，材料，以及所受的軸向載荷大小，和設(shè)計(jì)的尺寸。來(lái)進(jìn)行一系列的校核和驗(yàn)證[7]。
2.3.1 耐磨性與自鎖性計(jì)算
絲杠傳動(dòng)中的磨損與主要是由絲杠所受的載荷、絲杠傳動(dòng)速度、以及嚙合螺紋面粗糙度等因素相關(guān)。
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)可知，螺紋工作面上的耐磨條件為：
(2.1)
式中：F為絲杠上的軸向力（即起重重物的質(zhì)量）
A為絲杠的承壓面積
根據(jù)式2.1在校核計(jì)算中的公式，由，代入式（2.1）中可推導(dǎo)出螺紋中徑的計(jì)算公式
(2.2)
牙型角為矩形、梯形，，則
(2.3)
牙型角為鋸齒形，，則
(2.4)
螺母高度
H= (2.5)
螺紋工作圈數(shù)
u=H/P (2.6)
螺紋自鎖條件為
(2.7)
滑動(dòng)螺旋副的材料許用壓力和摩擦系數(shù)見(jiàn)表2.2
表2.2 滑動(dòng)螺旋副材料的許用壓力[]及摩擦系數(shù)
注：表中摩擦系數(shù)起動(dòng)時(shí)取最大值，運(yùn)轉(zhuǎn)中取最小值。
首先按照耐磨性，根據(jù)螺紋中徑的設(shè)計(jì)公式：
由梯形螺紋， (2.8)
F為軸向壓力200000N，取?=2.1，[p]取25N/mm 2
則可得螺紋中徑d2 49.377mm
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第四篇第1章GB/T5796.3—2005梯形螺紋參數(shù)表，
可選擇d=55,P=9, d2=50.5 ,D4=56,d3=45,D1=46的第二系列梯形螺紋，精度選用中等精度。
由此得出電動(dòng)螺旋千斤頂?shù)幕瑒?dòng)螺旋傳動(dòng)各個(gè)尺寸為：
牙型角α=30°
牙側(cè)角β=α/2=15°
外螺紋大徑：d d=55mm
螺距:P P=9mm
牙頂間隙：ac p=6——12時(shí) ac=0.5 取ac=0.5mm
基本牙型高度：H1 H1=0.5P=0.5x9=4.5mm
外螺紋牙高:h3 h3= H1+ ac=0.5P+ ac=4.5+0.5=5mm
內(nèi)螺紋牙高：H4 H4= H1+ ac=0.5P+ ac=4.5+0.5=5mm
牙頂高：Z Z=0.25P=0.25x9=2.25mm
外螺紋中徑：d2 d2= d-2Z=55-4.5=50.5mm
內(nèi)螺紋中徑:D2 D2= d-2Z=55-4.5=50.5mm
外螺紋小徑：d3 d3= d-2h3=55-2x5=45mm
內(nèi)螺紋小徑：D1 D1= d-2H4=55-2x5=45mm
內(nèi)螺紋大徑：D4 D4=d+2ac =55+2x0.5=56mm
牙根部寬度：b b=0.65P=0.65x9=5.85mm
螺母高度H: H=?d2=2.1x50.5=106.05mm,取H=107mm.
螺紋圈數(shù)n: n=H/P=107/9=11.89圈
對(duì)參數(shù)進(jìn)行列表，見(jiàn)表2.3
表2.3 螺紋參數(shù)列表
名稱
表示
參數(shù)
牙型角
α
30°
牙側(cè)角
β
15°
外螺紋大徑
d
55mm
螺距
P
9mm
牙頂間隙
ac
0.5mm
基本牙型高度
H1
4.5mm
外螺紋牙高
h3
5mm
內(nèi)螺紋牙高
H4
5mm
牙頂高
Z
2.25mm
外螺紋中徑
d2
50.5mm
內(nèi)螺紋中徑
D2
50.5mm
外螺紋小徑
d3
45mm
內(nèi)螺紋小徑
D1
45mm
內(nèi)螺紋大徑
D4
56mm
牙根部寬度
b
5.85mm
螺母高度
H
107mm
螺紋圈數(shù)
n
11.89圈
對(duì)自鎖性進(jìn)行校核：
螺紋升角
= arctan =arctan =3°14′54″ (2.9)
查表2.2得：鋼和青銅的摩擦因數(shù)?=0.08~0.10,取0.09，
根據(jù)公式2.18
=arctan=arctan（0.09/cos（15°））=5°19′23″ (2.10)
由上式可知＜?？梢宰枣i。
2.3.2 螺桿的強(qiáng)度計(jì)算
絲杠工作時(shí)承受軸向載荷F的作用，根據(jù)理論力學(xué)的第四強(qiáng)度理論可求出絲杠的危險(xiǎn)截面的計(jì)算應(yīng)力，所要求的強(qiáng)度條件
(2.11)
或
(2.12)
螺桿材料的許用應(yīng)力見(jiàn)表2.4。
計(jì)算驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩：
螺旋副間的摩擦力矩：由機(jī)械設(shè)計(jì)5.4式知
T1= d2 F tan (+) (2.13)
=（3°14′54″+5°19′23″）=744638.42 N·mm
絲杠強(qiáng)度計(jì)算：
（1） 由手冊(cè)查的螺桿許用應(yīng)力可取。
（2）根據(jù)表2.3可查得：其中為螺紋小徑45。
(2.14)
根據(jù)計(jì)算，絲杠強(qiáng)度滿足要求。
2.3.3 螺母螺紋牙的強(qiáng)度計(jì)算
螺紋嚙合接觸危險(xiǎn)截面的剪切強(qiáng)度校核公式為
(2.15)
螺紋牙根部處的彎曲強(qiáng)度條件為
(2.16)
D表示螺母螺紋大徑，b表示牙根部厚度(mm)；本設(shè)計(jì)中，可由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得，梯形螺紋，。
螺母材料的許用彎曲應(yīng)力，MPa，由表2.4查得。
[τ] 螺母材料的許用切應(yīng)力，MPa，由表2.4查得。
其余符號(hào)的意義和單位同前。
螺母材料選擇ZcuAL9Fe4Ni4Mn2，查表2.4得：
螺母許用彎曲應(yīng)力： ，根據(jù)設(shè)計(jì)選擇50Mpa
螺母許用剪切應(yīng)力： ，根據(jù)設(shè)計(jì)選擇35Mpa
表2.4 滑動(dòng)螺旋副材料的許用應(yīng)力
校核螺母螺紋的彎曲強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度
根據(jù)牙寬b=0.65
P=5.85mm和牙型高：=4.5mm
帶入公式中，得出螺母的彎曲強(qiáng)度
(2.17)
螺母的剪切強(qiáng)度：
(2.18)
經(jīng)檢驗(yàn)校核，螺母的彎曲強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度都滿足要求。
2.3.4 螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算
螺桿的穩(wěn)定性條件為
(2.19)
計(jì)算柔度
絲杠傳動(dòng)中，查表2.5知，可確定千斤頂長(zhǎng)度系數(shù)μ=2，因工作高度mm；螺桿危險(xiǎn)截面慣性半徑mm。
螺桿最大工作長(zhǎng)度為180mm，根據(jù)柔度計(jì)算公式
γ===54.2C (2.20)
計(jì)算臨界載荷
201186.91mm (2.21)
因?yàn)?，因?
(2.22)
(2.23)
所以穩(wěn)定性滿足要求。
表2.5 螺桿的長(zhǎng)度系數(shù)μ
第3章 蝸輪蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算
3.1 蝸輪蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)
蝸輪蝸桿傳動(dòng)屬于交錯(cuò)軸傳動(dòng)，本次設(shè)計(jì)使用正交蝸輪蝸桿副，運(yùn)動(dòng)主要由蝸桿驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)蝸輪旋轉(zhuǎn)組成，蝸桿做為主動(dòng)件，蝸輪做為從動(dòng)件，蝸輪蝸桿傳動(dòng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
（1）傳動(dòng)比大。一般傳動(dòng)比i可以達(dá)到5~80；在分度機(jī)構(gòu)中的傳動(dòng)比更高。
（2）在蝸輪蝸桿傳動(dòng)中，造成的沖擊振動(dòng)小，運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)，降噪效果好。
（3）能自鎖。蝸桿螺旋升角只要小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時(shí)，蝸桿傳動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)自鎖。以提高傳動(dòng)效率。
（4）抗彎性能好。蝸桿和蝸輪的設(shè)計(jì)曲線，保證了它們?cè)趥鬟f運(yùn)動(dòng)和載荷的過(guò)程中抗彎性能較高。
3.2 蝸桿傳動(dòng)的類型
蝸桿傳動(dòng)類型有圓柱蝸桿傳動(dòng)，環(huán)面蝸桿傳動(dòng)等多種傳動(dòng)類型。同時(shí)在圓柱蝸桿傳動(dòng)中，由有兩種傳動(dòng)方式。
3.2.1 普通圓柱蝸桿傳動(dòng)
普通圓柱蝸桿傳動(dòng)包括阿基米德蝸桿（ZA蝸桿）；漸開(kāi)線蝸桿(ZI蝸桿) ；法向直廓蝸桿(ZN蝸桿) ；錐面包絡(luò)圓柱蝸桿(ZK蝸桿)[8]。
本次設(shè)計(jì)，選用蝸桿齒面為漸開(kāi)螺旋面的漸開(kāi)線蝸桿，端面齒廓為漸開(kāi)線。在工業(yè)中應(yīng)用比較廣泛。
3.2.2 圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)
圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)是以線接觸為主要運(yùn)動(dòng)方式的的嚙合傳動(dòng)。效率高達(dá)80%以上。能夠承載較重的載荷。在工業(yè)設(shè)備中越來(lái)越普及適用。
3.3 蝸輪蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)參數(shù)選擇
3.3.1 蝸桿傳動(dòng)選型
查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，由GB/T10085-1988可選用漸開(kāi)線蝸桿（ZI）。
3.3.2 選擇蝸輪蝸桿材料
在蝸桿傳動(dòng)配合中，由于千斤頂?shù)墓ぷ魉俣戎皇堑退?，因此在低速?chǎng)合選擇45鋼做為蝸桿材料；并且對(duì)蝸桿與蝸輪螺旋嚙合的齒面進(jìn)行熱處理，選擇淬火。使蝸桿齒面硬度要求達(dá)到45～50HRC。而蝸輪材料由于要耐磨和強(qiáng)度要求，選擇鑄錫磷青銅ZCuSn10P1。
3.3.3 蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)
根據(jù)蝸輪蝸桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟，先由齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)出蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的參數(shù)，再對(duì)蝸輪的齒根進(jìn)行彎曲疲勞強(qiáng)度的校核計(jì)算[9]。
(3.1)
（1）計(jì)算蝸輪轉(zhuǎn)矩
設(shè)計(jì)蝸桿為雙頭，所以=2，設(shè)計(jì)效率=0.8，
(3.2)
（2）載荷系數(shù)K
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取載荷分布不均系數(shù)=1，使用系數(shù)=1.15，動(dòng)載荷系數(shù)=1.05
則載荷系數(shù)K的計(jì)算為
(3.3)
（3）彈性影響系數(shù)
蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，分別選用鑄錫磷青銅的蝸輪和45鋼蝸桿進(jìn)行嚙合傳動(dòng)，查表可選取=160MPa1/2
（4）接觸系數(shù)
假定/a=0.35，可以根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖11.18查得=2.9。
（5）許用接觸應(yīng)力[]
根據(jù)蝸輪材料和蝸桿齒面硬度，通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表11.7中查得蝸輪的許用接觸應(yīng)力[]′=268MPa。
則蝸輪工作的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
(3.3)
蝸輪工作的壽命系數(shù)
(3.4)
(3.5)
（6）蝸輪與蝸桿的中心距
(3.6)
從機(jī)械設(shè)計(jì)課本表3.2蝸桿參數(shù)選擇中，取中心距為180mm，表中對(duì)應(yīng)模數(shù)為5，選取蝸桿分度圓直徑為50mm?？捎?jì)算出直徑與中心距之比/a等于0.332，從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)圖11.18中可知接觸系數(shù)′=2.7，由此可得：′< =2.9。設(shè)計(jì)無(wú)誤。
3.3.4 蝸桿與蝸輪的參數(shù)計(jì)算
（1）蝸桿的參數(shù)計(jì)算
分度圓直徑 =50mm
直徑系數(shù)q=10；
由機(jī)械制造手冊(cè)查得，我國(guó)規(guī)定的齒高系數(shù)：當(dāng)m大于1，=1，；
c= 。
齒頂圓直徑，=60mm；
齒根圓直徑，=37.5mm；
分度圓導(dǎo)程角γ=11°18′36″； 設(shè)計(jì)為右旋；
蝸桿軸向的齒厚=mm。
（2）蝸輪的參數(shù)計(jì)算
蝸輪齒數(shù)=41；變位系數(shù)；
驗(yàn)算傳動(dòng)比 i=z2/z1=41/2=20.5，這時(shí)傳動(dòng)比誤差為
(20.5-20)/20=0.025=2.5% 誤差在允許范圍內(nèi)。
蝸輪分度圓直徑
蝸輪喉圓直徑
蝸輪齒根圓直徑
蝸輪咽喉母圓半徑
3.3.5 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核
(3.7)
當(dāng)量齒數(shù)
(3.8)
螺旋角系數(shù)
(3.9)
許用彎曲應(yīng)力
(3.10)
鑄錫磷青銅材料的蝸輪基本許用彎曲應(yīng)力′=56MPa.
蝸輪的壽命系數(shù)
(3.11)
(3.12)
(3.13)
因此蝸輪計(jì)算的彎曲強(qiáng)度滿足載荷要求。
3.3.6 實(shí)際傳動(dòng)效率
(3.14)
已知=18°11′36″，=arctan；根據(jù)相對(duì)滑動(dòng)速度可計(jì)算
(3.15)
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課本表11.18中用插值法查得=0.0218，=1.1517；代入式中得=0.86，大于預(yù)先設(shè)定效率0.8。滿足要求。
3.3.7 精度等級(jí)
蝸輪蝸桿傳動(dòng)是由微型直流電機(jī)作為動(dòng)力源的傳動(dòng)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)GB/T 10089-1988中漸開(kāi)線蝸桿傳動(dòng)精度中選擇8級(jí)精度。
表3.1 漸開(kāi)線蝸桿傳動(dòng)基本尺寸和參數(shù)
表3.2 使用系數(shù)KA
表3.3 蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力[σF]
第4章 螺旋千斤頂電機(jī)的選擇
4.1 電機(jī)類型選擇
通過(guò)查閱資料可知，一般電動(dòng)螺旋千斤頂?shù)乃欧妱?dòng)機(jī)，有微型直流電動(dòng)機(jī)，微型交流電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電機(jī)等類型可選擇[10]。
根據(jù)本設(shè)計(jì)，由于選擇在低速場(chǎng)合。選擇微型直流電機(jī)。
微型電動(dòng)機(jī)，是一種體積小、功率?。ㄝ敵龉β试谌偻咭韵拢?，工業(yè)用途廣泛、對(duì)性能和環(huán)境條件要求比較特殊的小型電動(dòng)機(jī)[11]。
微型直流電機(jī)是微型電動(dòng)機(jī)的一個(gè)型號(hào)，效率高，直流電機(jī)相對(duì)交流電機(jī)體積比較小。微型直流電機(jī)相對(duì)比較合適對(duì)安裝位置有特殊要求的場(chǎng)合[12]。
微型直流電機(jī)還有根據(jù)負(fù)載自動(dòng)變速的特點(diǎn)，根據(jù)速度變化來(lái)達(dá)到理想的電機(jī)啟動(dòng)扭矩和自動(dòng)來(lái)滿足載荷的要求。
因此本設(shè)計(jì)電機(jī)選擇微型直流電動(dòng)機(jī)。
4.2 蝸桿力矩計(jì)算
通過(guò)計(jì)算蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 已知T2=
在蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)中可得：
=2，頭數(shù)為兩頭，根據(jù)式（3.14）計(jì)算的效率η=0.86，
則由
(4.1)
(4.2)
(4.3)
可得：
(4.4)
(4.5)
因此：蝸桿所承受力矩
4.3 電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算
因此根據(jù)上式可得：
=0.1566 取0.16
又由于千斤頂工作速度為60rpm
所以蝸輪的工作速度為60rpm
根據(jù)蝸桿計(jì)算可知道蝸桿的轉(zhuǎn)速為1200rpm
故可知：電機(jī)轉(zhuǎn)速1200r/min
根據(jù)式(4.4) 可計(jì)算得：
則可取=200w
故可取200w的電機(jī)。
4.4 電動(dòng)機(jī)選擇
電機(jī)型號(hào)：4GN50K（220GA）微型直流電機(jī)(GA表示中心軸旋轉(zhuǎn))
額定電壓：DC220V
額定功率：200w
空載轉(zhuǎn)速：1500r/min
負(fù)載轉(zhuǎn)速：1200r/min
額定扭矩：50N·m
額定電流：0.1A
產(chǎn)品單重：0.2kg
外形尺寸：L=90mm
第5章 蝸桿的有限元分析
5.1 有限元分析
本次設(shè)計(jì)通過(guò)ANSYS軟件，對(duì)于蝸桿進(jìn)行簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析。在建好模型之后，導(dǎo)入ANSYS中，通過(guò)對(duì)蝸桿模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，設(shè)定設(shè)計(jì)的參數(shù)之后，可以計(jì)算出蝸桿在受載荷狀態(tài)下的應(yīng)力分布，以此來(lái)分析各支點(diǎn)的受力情況。
對(duì)蝸桿的有限元分析用來(lái)分析蝸桿在給定扭矩作用下的具體受力情況。主要是蝸桿在受力之后支點(diǎn)的軸向位移、應(yīng)力矢量圖以及應(yīng)力云圖等參數(shù)。
5.2 文件的導(dǎo)入
參數(shù)在Proe中建立好蝸桿的三維模型，轉(zhuǎn)存為igs格式的文件，導(dǎo)入到ANSYS 中，得到ANSYS 中的蝸桿模型。
模型如圖5-1所示。
圖5.1 蝸桿模型
5.3 設(shè)置材料常數(shù)
選擇Main Menu| Preprocessor| Material Props | Material Model命令選擇材料，蝸桿采用的材料選用45鋼，選擇Structural | Linear | Elastic | Isotropic命令，在對(duì)話框中添加彈性模量、泊松比、材料密度。其物理參數(shù)為：彈性模量EX=210GPa，泊松比PRXY =0.3，質(zhì)量密度為kg/m3。
5.4 劃分網(wǎng)格
在ANSYS上網(wǎng)格劃分方式采用自由劃分網(wǎng)格，選擇Main Menu| Preprocessor| Meshing | Mesh | Volumes | Free 命令和Main Menu | Preprocessor | Meshing | Size Controls | Smart Size | Basic功能進(jìn)行細(xì)化。選擇了均布網(wǎng)格。單元選用10節(jié)點(diǎn)，劃分之后形成33417個(gè)單元,49848個(gè)節(jié)點(diǎn),網(wǎng)格圖如圖5.2所示。
圖5.2劃分網(wǎng)格圖
5.5 邊界條件
保證蝸桿只有一個(gè)繞軸線旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)。符合實(shí)際的運(yùn)動(dòng)情況。并對(duì)蝸桿模型進(jìn)行位移約束和施加載荷。
位移約束：根據(jù)蝸輪蝸桿傳動(dòng)時(shí)的實(shí)際情況，約束軸承安裝部位的兩個(gè)面上的節(jié)點(diǎn)的徑向位移,及其軸承安裝左軸段的面上的節(jié)點(diǎn)的軸向位移。
載荷：根據(jù)傳動(dòng)時(shí)的實(shí)際情況，及模型的尺寸，力作用在蝸桿的傳動(dòng)部位,根據(jù)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式:T=FR,計(jì)算之后,均勻處理,實(shí)際加載在每個(gè)節(jié)點(diǎn)的切向力大小為0.9336N。
位移約束及載荷加載的情況如圖5.3所示
圖5.3施加載荷圖
5.6 求解計(jì)算
選擇通過(guò)ANSYS 軟件計(jì)算出接觸齒在法向的應(yīng)力與應(yīng)變，在ANSYS 求解結(jié)果中蝸桿所受的力會(huì)根據(jù)各部分的顏色進(jìn)行區(qū)分，每部分顏色相對(duì)應(yīng)的數(shù)值，在圖表下方也可以清晰看出?？砂l(fā)現(xiàn)蝸桿接觸點(diǎn)附近的應(yīng)力與應(yīng)變?yōu)榧t色區(qū)域，紅色區(qū)域最大數(shù)值點(diǎn)蝸桿的嚙合齒上。通過(guò)ANSYS求解能得到此點(diǎn)受到的最大應(yīng)力。
節(jié)點(diǎn)解的等效應(yīng)力云圖如圖5.4所示，
圖5.4等效應(yīng)力云圖
同時(shí)等效位移云圖如圖5.5所示，
圖5.5等效位移云圖
5.7 結(jié)論
通過(guò)對(duì)蝸桿的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，最大等效應(yīng)力為93.011Mpa，發(fā)生在約束軸向位移嚙合點(diǎn)的齒面上。最大位移為0.268mm,發(fā)生在蝸輪蝸桿的接觸部位，最小位移為0.962um，發(fā)生在蝸桿的兩端。并且在承受扭矩的情況下運(yùn)動(dòng)，不會(huì)發(fā)生大的位移，可位移量很小，結(jié)構(gòu)很緊湊。
第6章 螺旋千斤頂?shù)娜S建模
6.1 蝸桿的三維建模
蝸桿采用參數(shù)化建模：
參數(shù)根據(jù)之前蝸桿的設(shè)計(jì)參數(shù)如圖6.1所示
圖6.1 蝸桿參數(shù)表
參數(shù)關(guān)系如下圖6.2所示
圖6.2蝸桿參數(shù)圖
生成的蝸桿圖形。如圖6.3所示
圖6.3 蝸桿三維模型
6.2 蝸輪的三維建模
蝸輪同樣采用參數(shù)化建模
參數(shù)關(guān)系，如圖6.4所示
圖6.4 蝸輪參數(shù)關(guān)系表
曲線標(biāo)識(shí)如圖6.5所示
圖6.5 曲線標(biāo)識(shí)草繪圖
曲面標(biāo)識(shí)如圖6.6所示
圖6.6 曲面標(biāo)識(shí)掃描
經(jīng)伸出項(xiàng)標(biāo)識(shí)，倒角，剪切，拉伸之后。形成渦輪。如圖6.7所示
圖6.7 蝸輪三維圖
6.3 螺桿的三維建模
草繪尺寸，如圖6.8所示
圖6.8 螺桿草繪尺寸圖
切剪標(biāo)識(shí)的螺紋截面如圖6.9所示
圖6.9 螺紋牙截面圖
螺旋掃描伸出項(xiàng)并拉伸生成花鍵，完成建模。如圖6.10所示
圖6.10 螺桿三維圖
6.4 螺母的三維建模
旋轉(zhuǎn)草繪尺寸如圖6.11所示
圖6.11 螺母草繪尺寸
切剪標(biāo)識(shí)的掃引軌跡如圖6.12所示
圖6.12 剪切掃引軌跡
螺紋掃描切口完成三維建模如圖6.13所示
圖6.13 螺母三維圖
6.5 千斤頂?shù)难b配
電動(dòng)螺旋千斤頂?shù)难b配：
渦輪與蝸桿之間在生成空間垂直距離為中心距的兩軸之后，進(jìn)行銷釘連接。面約束之后。完成裝配。蝸輪與螺桿之間通過(guò)圓柱配合和滑動(dòng)桿副連接之后，將螺母與螺桿進(jìn)行圓柱約束再形成槽副連接。并固定螺母。即可完成裝配。如圖6.14所示
圖6.14 裝配圖
6.6 千斤頂?shù)姆抡?
千斤頂?shù)姆抡娌捎胹olidworks。
將千斤頂?shù)母髁慵D(zhuǎn)換成igs格式文件之后，在solidworks中識(shí)別生成零件。
然后進(jìn)行裝配，后添加馬達(dá)形成仿真文件。如圖6.15所示
圖6.15 仿真截圖
設(shè)計(jì)總結(jié)
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)在劉老師的精心指導(dǎo)下，終于落下帷幕。在本次設(shè)計(jì)遇到的瓶頸，劉老師給予了我很大的支持和幫助，才有了今天這么完整的作品展示在我的面前。
在設(shè)計(jì)之初，對(duì)于機(jī)構(gòu)的選擇，經(jīng)過(guò)與劉老師仔細(xì)認(rèn)真的探討，才進(jìn)行整體的設(shè)計(jì)，后來(lái)在蝸桿的參數(shù)計(jì)算上，傳動(dòng)比選擇上，也是多虧老師的精心指導(dǎo)，才一步步的突破瓶頸。在三維建模與仿真時(shí)。我也遇到了關(guān)于蝸桿渦輪畫法的不解，以及機(jī)構(gòu)仿真的學(xué)習(xí)空白，導(dǎo)致寸步難行，后通過(guò)自學(xué)和老師的幫助。我也終于順利的解決面前的一切難題。
本次設(shè)計(jì)的電動(dòng)螺旋千斤頂機(jī)構(gòu)，在選用200W功率，50000N·mm轉(zhuǎn)矩的微型直流電機(jī)帶動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)蝸輪蝸桿20:1的傳動(dòng)比產(chǎn)生744638.42N·mm的轉(zhuǎn)矩，通過(guò)花鍵進(jìn)行扭矩的傳遞和導(dǎo)向，使絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，進(jìn)行60r/min的旋轉(zhuǎn)速度和9mm/s的直線上升速度。來(lái)將重物頂起。并通過(guò)ANSYS軟件對(duì)蝸桿進(jìn)行有限元分析中得出，蝸桿的等效最大應(yīng)力為93.011MPa。最大等效軸向位移為0.268mm，最小等效位移為0.962um。均滿足機(jī)構(gòu)要求。
整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，不管是在參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算和后期三維仿真以及簡(jiǎn)單的有限元分析，我都是以一個(gè)學(xué)生的身份和設(shè)計(jì)者的雙重身份在進(jìn)行著畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)。我從中學(xué)會(huì)了很多專業(yè)上的知識(shí)。更加鞏固了自己的學(xué)術(shù)基礎(chǔ)。同時(shí)在劉老師的指導(dǎo)下。學(xué)會(huì)了多方面，多角度去看待問(wèn)題。用一絲不茍的學(xué)術(shù)心態(tài)去處理問(wèn)題。
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Institute, 1848，45（5）：372.
致謝
大學(xué)四年的生活，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束之際即將劃上圓滿的句號(hào)，我的大學(xué)也因?yàn)檫@段豐富的閱歷而倍感充實(shí)。感謝我的導(dǎo)師劉老師，從論文題目的選定到論文寫作的指導(dǎo)，亦師亦友的在我的身邊，給予我最大的鼓勵(lì)和幫助，特別是在論文設(shè)計(jì)期間對(duì)于論文中遇到的瓶頸都能認(rèn)真詳細(xì)的給予我教導(dǎo)，您認(rèn)真的態(tài)度和知識(shí)的深厚，認(rèn)識(shí)問(wèn)題的深刻層次，以及解決問(wèn)題的方法技巧，都讓我深深折服，讓我處在良好的學(xué)術(shù)氛圍和精神氛圍中。順利的完成了此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在整個(gè)畢業(yè)論文過(guò)程中我學(xué)會(huì)了很多。懂得了感恩。撼大摧堅(jiān)，當(dāng)徐徐圖之。在這個(gè)過(guò)程中，我收獲的不僅是自己的學(xué)業(yè)和設(shè)計(jì)成果。更多的是一種生活的態(tài)度。我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)生活中，銘記這段珍貴的回憶。
最后再次感謝在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，給予我?guī)椭耐瑢W(xué)和老師。以及在設(shè)計(jì)制作過(guò)程中所參考的著作的作者。感謝你們！