電動舉高器設(shè)計【移動小車式舉升機(jī)】【三維PROE】【6張CAD圖紙及說明書全套】【YC系列】
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摘 要
舉高器又叫舉重器、頂重機(jī)、頂升機(jī)等,是一種用比較小的力就能把重物頂升、下降或移位的簡單起重機(jī)具,也可用來校正設(shè)備安裝的偏差和構(gòu)件的變形等。電動舉高器是利用螺旋傳動舉升重物的舉高器。其只要由電機(jī)、帶傳動、渦輪渦桿傳動、螺桿、螺母、舉升桿等構(gòu)成。
本次設(shè)計首先,通過對電動舉高器結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行分析,在此分析基礎(chǔ)上提出了總體結(jié)構(gòu)方案接著,對主要技術(shù)參數(shù)各主要零部件進(jìn)行了設(shè)計與校核;然后,通過Pro/e三維設(shè)計軟件設(shè)計了該電動舉高器并進(jìn)行了運(yùn)動仿真;最后,繪制了電動舉高器裝配圖及主要零部件圖。
通過本次設(shè)計,鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識,如:機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、材料力學(xué)、公差與互換性理論、機(jī)械制圖等;掌握了普通機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計方法并能夠熟練使用AutoCAD制圖軟件,對今后的工作于生活具有極大意義。
關(guān)鍵詞:舉高器;渦輪;螺旋;設(shè)計;仿真
Abstract
High lift device called weight lifting device, a top heavy machinery, lifting machine is a with relatively small force can the weight lifting, descending or shift of simple tools, can also be used to correct the deformation of the equipment installation and the deviation of the component such as. Electric lifting device is a lifting device for lifting heavy objects by screw drive. 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(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.3主要內(nèi)容與基本要求 2
第2章 總體方案設(shè)計 3
2.1設(shè)計要求 3
2.1.1參數(shù)要求 3
2.1.2內(nèi)容要求 3
2.2方案設(shè)計 3
第3章 總體參數(shù)選擇與計算 4
3.1 選擇電動機(jī) 4
3.1.1電動機(jī)類型的選擇 4
3.1.2 電動機(jī)功率的選擇 4
3.1.3 電動機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇 4
3.2 動力參數(shù)計算 5
3.2.1傳動比的計算 5
3.2.2各軸的轉(zhuǎn)速 5
3.2.3各軸的輸入功率 5
3.2.4各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 5
第4章 主要零部件的設(shè)計與校核 7
4.1 V帶傳動的設(shè)計 7
4.1.1 V帶的基本參數(shù) 7
4.1.2 帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計 9
4.2渦輪渦桿設(shè)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(qiáng)度計算進(jìn)行設(shè) 10
4.2.4渦桿與渦輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 12
4.2.5校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 12
4.3軸的設(shè)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(qiáng)度校核 18
4.5.2渦輪軸上鍵的強(qiáng)度校核 18
4.6螺旋傳動設(shè)計 18
4.6.1螺旋傳動的類型 18
4.6.2螺旋傳動的運(yùn)動分析 19
4.6.3滑動螺旋傳動的設(shè)計 21
4.6.4滑動螺旋的結(jié)構(gòu)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(shè)計及仿真 26
5.1 Pro/E三維設(shè)計軟件概述 26
5.2各零部件的三維設(shè)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(jié) 論 33
致 謝 34
參考文獻(xiàn) 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(xiàn)在現(xiàn)實生活和實際生產(chǎn)中,我們經(jīng)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(jìn)行操作是相當(dāng)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(guān),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(shè)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(shù)的發(fā)展將直接影響到這些行業(yè)或部門的正常運(yùn)作和未來的發(fā)展。本次通過研究學(xué)習(xí)機(jī)械原理,機(jī)械制造基礎(chǔ),機(jī)械加工工藝,工程力學(xué)等書籍,設(shè)計出以電動驅(qū)動舉重螺桿旋轉(zhuǎn),從而使伸降套筒獲得起伸或下降達(dá)到起重拉力功能的螺旋式電動舉高器。通過查閱大量文獻(xiàn)資料,設(shè)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(qiáng)化了一些繪圖軟件的使用,同時加深了對課本中有關(guān)傳動與機(jī)械基礎(chǔ)理論知識的理解。
本此設(shè)計的可移螺旋式汽車電動舉高器。它主要由電動機(jī)、渦桿、渦輪箱、螺旋、輪等組成。它改變了習(xí)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(jié)構(gòu)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(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀
(1)國外
早在20世紀(jì)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(dāng)時技術(shù)和使用的原因,電動舉高器設(shè)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(shù)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(xiàn)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(yùn)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(zhuǎn)向彈簧進(jìn)行快速的現(xiàn)場維修,并能完全由轉(zhuǎn)向架側(cè)架支撐住。
(2)國內(nèi)
我國電動舉高器技術(shù)發(fā)展較晚,由于缺少與國外先進(jìn)技術(shù)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(chǎn)品。但是經(jīng)過我們重新對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計改造,在外觀美觀、使用方便、承載能力強(qiáng)、壽命長等方面都超過了國外同類的產(chǎn)品并迅速打入歐美市場。經(jīng)過多年設(shè)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(chǎn)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(shè)計質(zhì)量要不斷提高,以適應(yīng)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(jìn)一步自訂化,甚至智能化都有所要求。
1.3主要內(nèi)容與基本要求
完成電動舉高器的設(shè)計,采用三維手段對所設(shè)計各零部件進(jìn)行虛擬裝配,生成整機(jī)裝配圖及部裝圖圖紙,編寫設(shè)計說明書。
主要內(nèi)容:
(1)電動舉高器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
(2)傳動裝置設(shè)計
(3)機(jī)架設(shè)計
(4)電動控制裝置設(shè)計
(5)完成電動舉高器的三維實體裝配
第2章 總體方案設(shè)計
2.1設(shè)計要求
2.1.1參數(shù)要求
已知最大載重為40KN,最大升距280mm,高度調(diào)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(nèi)容要求
1)查閱文獻(xiàn)資料,了解電動舉高器的工作原理;
2)根據(jù)設(shè)計要求確定設(shè)計方案,完成電動舉高器的總體設(shè)計;
3)完成電動舉高器機(jī)械部分的具體設(shè)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(jìn)行虛擬樣機(jī)的裝配和運(yùn)動仿真;
2.2方案設(shè)計
根據(jù)設(shè)計要求本次采用移動式結(jié)構(gòu),有電機(jī)通過V帶傳動驅(qū)動渦輪渦桿帶動螺桿升降實現(xiàn)舉高。螺桿設(shè)有兩處,一處用于負(fù)載狀態(tài)下有電機(jī)帶動實現(xiàn)升降舉高,一處用于空載狀態(tài)下手動旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)高度調(diào)節(jié)。結(jié)構(gòu)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(shù)選擇與計算
3.1 選擇電動機(jī)
3.1.1電動機(jī)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(jī)。
3.1.2 電動機(jī)功率的選擇
標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)的容量由額定功率表示。所選電動機(jī)的額定功率應(yīng)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(jī)的正常工作,或使電動機(jī)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(shù)低而造成電能浪費(fèi)。
(1)舉升重物所需的功率為:
(2)電動機(jī)的輸出功率為
——電動機(jī)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(jī)到舉升桿的總效率為:
(3)電動機(jī)所需功率為:
考慮到摩擦影響結(jié)合現(xiàn)有舉高器查《機(jī)械設(shè)計手冊》表19-1選取電動機(jī)額定功率為1.1kw。
3.1.3 電動機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇
取螺桿導(dǎo)程為P=6mm,即螺桿每轉(zhuǎn)一圈重物上升6mm。
螺桿轉(zhuǎn)速:
渦輪渦桿傳動比為:
帶傳動的傳動比為:
所以電動機(jī)實際轉(zhuǎn)速的推薦值為:
符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為1000、1500、3000r/min。
綜合考慮傳動裝置機(jī)構(gòu)緊湊性和經(jīng)濟(jì)性,選用同步轉(zhuǎn)速1500r/min的電機(jī)。
型號為Y90S-4,滿載轉(zhuǎn)速,功率1.1。
3.2 動力參數(shù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)矩
1軸 ;
2軸 ;
將各軸動力參數(shù)整理如下表:
軸名
功率
轉(zhuǎn)矩
轉(zhuǎn)速
傳動比
電機(jī)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(shè)計與校核
4.1 V帶傳動的設(shè)計
4.1.1 V帶的基本參數(shù)
1)確定計算功率:
已知:;;
查《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》表13-8得工況系數(shù):;
則:
2)選取V帶型號:
根據(jù)、查《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》圖13-15選用A型V帶,
3)確定大、小帶輪的基準(zhǔn)直徑
(1)初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑:
;
(2)計算大帶輪基準(zhǔn)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(zhǔn)長度和傳動中心距:
中心距:
初選中心距
(2)基準(zhǔn)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(shù):
,查《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》表13-3 得:;
(2),查表得:;
(3)由查表得,包角修正系數(shù)
(4)由,與V帶型號A型查表得:
綜上數(shù)據(jù),得
取合適。
8)計算預(yù)緊力(初拉力):
根據(jù)帶型A型查《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》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(shù)整理并列表:
帶型
帶輪基準(zhǔn)直徑(mm)
傳動比
基準(zhǔn)長度(mm)
A
2
900
中心距(mm)
根數(shù)
初拉力(N)
壓軸力(N)
259
2
85.43
336.64
4.1.2 帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計
1)帶輪的材料:
采用鑄鐵帶輪(常用材料HT200)
2)帶輪的結(jié)構(gòu)形式:
V帶輪的結(jié)構(gòu)形式與V帶的基準(zhǔn)直徑有關(guān)。小帶輪接電動機(jī),較小,所以采用實心式結(jié)構(gòu)帶輪;大帶輪接減速器,,所以采用孔板式結(jié)構(gòu)帶輪。
4.2渦輪渦桿設(shè)計
4.2.1選擇渦輪渦桿的傳動類型
傳動參數(shù):
根據(jù)設(shè)計要求選用阿基米德渦桿即ZA式。
4.2.2選擇材料
設(shè)
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(yīng)力
根據(jù)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(xiàn)[1]P254表11-7中查渦輪的基本許用應(yīng)力
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
壽命系數(shù)
則
(2)確定許用彎曲應(yīng)力
從文獻(xiàn)[1]P256表11-8中查得有ZCuSn10P1制造的渦輪的基本許用彎曲應(yīng)力[]=56MPa
壽命系數(shù)
4.2.3按計齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算進(jìn)行設(shè)
(1)根據(jù)閉式渦桿傳動的設(shè)計進(jìn)行計算,先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計進(jìn)行設(shè)計,再校對齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。
式中:
渦桿頭數(shù):
渦輪齒數(shù):
渦輪轉(zhuǎn)矩:
載荷系數(shù):
因工作比較穩(wěn)定,取載荷分布不均系數(shù);由文獻(xiàn)[1]P253表11-5選取使用系數(shù);由于轉(zhuǎn)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(jī)械設(shè)計》表7.3
得應(yīng)取渦桿模數(shù):
取渦桿直徑系數(shù):
渦桿分度圓直徑:
渦桿導(dǎo)程角:
渦輪分度圓直徑:
變位系數(shù):
中心距:
渦輪圓周速度:
4.2.4渦桿與渦輪的主要參數(shù)與幾何尺寸
(1)渦桿
軸向尺距
直徑系數(shù)
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(shù)
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(qiáng)度
當(dāng)量齒數(shù)
根據(jù)
從圖11-9中可查得齒形系數(shù)Y=2.37
螺旋角系數(shù):
許用彎曲應(yīng)力:
從文獻(xiàn)[1]P256表11-8中查得有ZCuSn10P1制造的渦輪的基本許用彎曲應(yīng)力[]=56MPa
壽命系數(shù)
可以得到:<
因此彎曲強(qiáng)度是滿足的。
4.3軸的設(shè)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(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,
由表16.3得
(2)估算軸的最小直徑
根據(jù)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(qiáng)度的削落,應(yīng)增大軸徑,此時軸徑應(yīng)增大5%~10%
考慮到與聯(lián)軸器配合,查設(shè)計手冊
軸段①上有聯(lián)軸器需要定位,因此軸段②應(yīng)有軸肩
軸段③安裝軸承,必須滿足內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn),故
軸段④
軸段⑤
按彎扭合成強(qiáng)度校核軸頸
圓周力
徑向力
水平
垂直
合成
當(dāng)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(zhuǎn)矩:T= TI=20.33N·m
校核危險截面C的強(qiáng)度
∵由教材P373式(15-5)經(jīng)判斷軸所受扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)應(yīng)力,取α=0.6,
前已選定軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,由教材P362表15-1查得,因此<,故安全。
∴該軸強(qiáng)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(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,
由表16.3得
(2)估算軸的最小直徑
根據(jù)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(qiáng)度的削落,應(yīng)增大軸徑,此時軸徑應(yīng)增大10%
,取
設(shè)計過程同上述輸入軸,此處不再一一復(fù)述。
4.4軸承的校核
4.4.1渦桿軸上的軸承壽命校核
在設(shè)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(dāng)量載荷可以按下式計算:
1)當(dāng)
2)當(dāng)
,且工作平穩(wěn),取,按上面式(2)計算當(dāng)量動載荷,即
(2)計算預(yù)期壽命
(3)求該軸承應(yīng)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(shè)計時選用的6208型深溝球軸承,查手冊知
根據(jù),查得
查得 所以
(3)校核軸承的當(dāng)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(qiáng)度校核
在前面設(shè)計軸此處選用平鍵聯(lián)接,尺寸為,鍵長為45mm.
鍵的工作長度
鍵的工作高度
可得鍵聯(lián)接許用比壓
故該平鍵合適.
4.5.2渦輪軸上鍵的強(qiáng)度校核
在設(shè)計時選用平鍵聯(lián)接,尺寸為,鍵長度為45mm
鍵的工作長度
鍵的工作高度
得鍵聯(lián)接許用比壓
故選用此鍵合適.
4.6螺旋傳動設(shè)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(xiàn)傳動要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動,同時傳遞運(yùn)動和動力。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)動均勻、準(zhǔn)確、平穩(wěn)、易于自鎖等優(yōu)點(diǎn),在工業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用。
按照用途不同,螺旋傳動分為傳力螺旋、傳導(dǎo)螺旋和調(diào)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(zhuǎn)矩產(chǎn)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(dǎo)螺旋以傳遞運(yùn)動為主,這類螺旋常在較長的時間內(nèi)連續(xù)工作且工作速度較高,傳動精度要求較高。調(diào)整螺旋用于調(diào)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(jī)床卡盤、軋鋼機(jī)軋滾下壓螺旋等。
按照螺旋副摩擦性質(zhì)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(yīng)用較廣,其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,成本低;易于實現(xiàn)自鎖;運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。缺點(diǎn)在于當(dāng)?shù)退龠M(jìn)行運(yùn)動微調(diào)時可能出現(xiàn)爬行現(xiàn)象;摩擦阻力大,傳動效率低(一般為30%~50%);螺紋間有側(cè)向間隙,反向時有空行程;磨損較大。廣泛應(yīng)用于機(jī)床的進(jìn)給、分度、定位等機(jī)構(gòu),如壓力機(jī)、舉高器的傳力螺旋等。
滾動螺旋也稱滾珠絲杠,其特點(diǎn)是摩擦阻力小,傳動效率高(90%以上);運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),低速時不爬行,啟動時無抖動;螺旋副經(jīng)調(diào)整和預(yù)緊可實現(xiàn)高精度定位精度和重復(fù)定位精度;傳動具有可逆性,如果運(yùn)用于禁止逆轉(zhuǎn)的場合,需要加設(shè)防逆轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu);不易摩擦,使用壽命長。缺點(diǎn)為結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造困難;抗沖擊能力差。應(yīng)用于精密和數(shù)控機(jī)床、測試機(jī)械、儀器的傳動和調(diào)整螺旋,車輛、飛機(jī)上的傳動螺旋。
滾動螺旋傳動特點(diǎn):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(yīng)用于機(jī)床、汽車、拖拉機(jī)、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(nèi)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(diǎn):流動性好,效率高,經(jīng)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(dá)99%);螺母的結(jié)構(gòu)復(fù)雜;運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),無爬行現(xiàn)象;傳動具有可逆性(不需要時應(yīng)加設(shè)防逆轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu));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(diǎn)。其缺點(diǎn)為結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造較難,需要一套壓力穩(wěn)定,供油系統(tǒng)要求高。應(yīng)用于精密機(jī)床的進(jìn)給、分度機(jī)構(gòu)的傳動螺旋。
4.6.2螺旋傳動的運(yùn)動分析
在螺旋傳動中,結(jié)構(gòu)最簡單應(yīng)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(shè)計。
滑動螺旋副工作時,主要承受轉(zhuǎn)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?jù)耐磨條件確定。對于傳力螺旋還應(yīng)校核螺桿危險截面的強(qiáng)度;對于青銅或鑄鐵螺母以及承受重載的調(diào)整螺旋應(yīng)校核其自鎖性;對于精度傳動螺旋應(yīng)該校核螺桿的剛度;對于受壓螺桿,當(dāng)其長徑比很大時,應(yīng)校核其穩(wěn)定性;對于高速長螺桿,應(yīng)校核其臨界轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)
一般螺旋機(jī)構(gòu)當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)Ψ角(rad)時,螺母軸向移動的位移L(mm)為
式中,S為螺旋線導(dǎo)程(mm)。
如螺桿的轉(zhuǎn)速為n(r/min),則螺母移動速度v(mm/s)為
(2)差動螺旋機(jī)構(gòu)與復(fù)式螺旋機(jī)構(gòu)
圖2-4差動螺旋機(jī)構(gòu)
圖2-4中的螺旋機(jī)構(gòu)中,螺桿1上有A、B兩段螺旋,A段螺旋導(dǎo)程為SA(mm),B段螺旋導(dǎo)程為SB(mm),兩者旋向相同,則當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)Ψ角(rad)時,螺母軸向移動的位移L(mm)為
如螺桿的轉(zhuǎn)速為n(r/min),則螺母移動速度v(mm/s)為
由圖2-4可知:當(dāng)A、B兩螺旋的導(dǎo)程SA、SB接近時,螺母可得到微小位移,這種螺旋機(jī)構(gòu)稱為差動螺旋機(jī)構(gòu)(又稱微動螺旋 機(jī)構(gòu)),常用于分度機(jī)構(gòu)、測微機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)稱為復(fù)式螺旋機(jī)構(gòu),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(shè)計
滑動螺旋傳動工作時,螺桿和螺母主要承受轉(zhuǎn)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(jù)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(biāo)準(zhǔn)確定螺旋的主要參數(shù)和尺寸,然后再對可能發(fā)生的其他失效逐一進(jìn)行校核。
4.6.4滑動螺旋的結(jié)構(gòu)及材料
(1)滑動螺旋的結(jié)構(gòu)
滑動螺旋的結(jié)構(gòu)包括螺桿、螺母的結(jié)構(gòu)形式及其固定和支承結(jié)構(gòu)形式。螺旋傳動的工作剛度與精度等和支承結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系,當(dāng)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(jié)構(gòu)。當(dāng)螺桿細(xì)長且水平布置時,如機(jī)床的傳導(dǎo)螺旋(絲杠)等,應(yīng)在螺桿兩端或中間附加支承,以提高螺桿工作剛度。
螺母結(jié)構(gòu)有整體螺母、組合螺母和剖分螺母等形式。整體螺母結(jié)構(gòu)簡單,但由磨損而產(chǎn)生的軸向間隙不能補(bǔ)償,只適合在精度要求較低的場合中使用。對于經(jīng)常雙向傳動的傳導(dǎo)螺旋,為了消除軸向間隙并補(bǔ)償旋合螺紋的磨損,通常采用組合螺母或剖分螺母結(jié)構(gòu)。圖2-4為組合螺母的一種結(jié)構(gòu)形式,利用螺釘可使斜塊將其兩側(cè)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(jié)構(gòu),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(yīng)具有較高的耐磨性、足夠的強(qiáng)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(yīng)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(jīng)熱處理,以提高耐磨性
9Mn2V GrWMn 38GrMoAl
精密傳導(dǎo)螺旋傳動。材料需經(jīng)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(nèi)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(qiáng)作為計算條件,其校核公式為
式中,F(xiàn)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(shù),H為螺紋高度(mm),[]為許用壓強(qiáng)(MPa),見表3-2
表3-2 滑動螺旋傳動的許用壓強(qiáng)[]
螺紋副材料
滑動副速度/(m·min)
許用壓強(qiáng)/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(qū)動時,[p]可提高20%;螺母為剖分式時,[p]應(yīng)降低15%-20%。
為便于推導(dǎo)設(shè)計公式,令,代入式(2-7)整理后得螺紋中徑的設(shè)計公式為
對矩形、梯形螺紋,,則
對鋸齒形螺紋,,則
?值根據(jù)螺母的結(jié)構(gòu)選取。
對于整體式螺母,磨損后間隙不能調(diào)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(shù)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(jù)公式計算出螺紋中徑d2后,按國家標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)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(qiáng)度比螺桿低,因此只需校核螺母螺紋牙的強(qiáng)度。假設(shè)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(qiáng)度校核公式為
剪切強(qiáng)度校核公式為:
式中,F(xiàn)、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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)力和許用切應(yīng)力(MPa),見表2-3
表2-3 滑動螺旋副材料的許用應(yīng)力
項目
許用應(yīng)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(yīng)力[σb]
許用切應(yīng)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(yīng)校核螺桿螺紋牙的強(qiáng)度,這時公式中的D應(yīng)改為d1。
(2)螺桿強(qiáng)度校核
螺桿受軸向力F及轉(zhuǎn)矩T的作用,危險截面上受拉(壓)應(yīng)力σ和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τ。根據(jù)第四強(qiáng)度理論,τ螺桿危險截面的強(qiáng)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(yīng)力(MPa),見表2-3;T為螺桿所受轉(zhuǎn)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(dāng)軸向力F超過某一臨界載荷FC時,螺桿可能會突然產(chǎn)生側(cè)向彎曲而喪失穩(wěn)定。因此,對細(xì)長螺紋應(yīng)進(jìn)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(shù),對于傳力螺旋取S=3.5~5;對于傳導(dǎo)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(guān),根據(jù)的大小選用不同的公式計算。
當(dāng)時,根據(jù)歐拉公式計算,即:
式中,F(xiàn)C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(nèi)徑(mm);μ為長度系數(shù),與螺桿端部結(jié)構(gòu)有關(guān);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(dāng)γ<85~90時;對σb≥380MPa的碳素鋼(如Q235、Q275)
當(dāng)γ<85~90時,對σb≥470MPa的優(yōu)質(zhì)碳素鋼(如Q355、45)
當(dāng)γ<40時,無需進(jìn)行穩(wěn)定性計算。
表2-4 長度系數(shù)μ
螺桿端部結(jié)構(gòu)
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(jī))
0.7
兩端鉸支(如傳導(dǎo)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(yīng)校核是否滿足自鎖條件,即
式中,?ν為螺紋副的當(dāng)量摩擦系數(shù),見表2-5
表2-5 螺旋傳動螺旋副的當(dāng)量摩擦系數(shù)?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(shè)計及仿真
5.1 Pro/E三維設(shè)計軟件概述
Pro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司(PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱,是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者,在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位。Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣,是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一,特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域占據(jù)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(shù)化設(shè)計的概念,并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(guān)性問題。另外,它采用模塊化方式,用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇,而不必安裝所有模塊。Pro/E的基于特征方式,能夠?qū)⒃O(shè)計至生產(chǎn)全過程集成到一起,實現(xiàn)并行工程設(shè)計。它不但可以應(yīng)用于工作站,而且也可以應(yīng)用到單機(jī)上。Pro/E采用了模塊方式,可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計、鈑金設(shè)計、加工處理等,保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。
(1)參數(shù)化設(shè)計
相對于產(chǎn)品而言,我們可以把它看成幾何模型,而無論多么復(fù)雜的幾何模型,都可以分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征,而每一種構(gòu)成特征,都可以用有限的參數(shù)完全約束,這就是參數(shù)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(shè)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(shè)計者提供了在設(shè)計上從未有過的簡易和靈活。
(3)單一數(shù)據(jù)庫(全相關(guān))
Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上,不像一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫,就是工程中的資料全部來自一個庫,使得每一個獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作,不管他是哪一個部門的。換言之,在整個設(shè)計過程的任何一處發(fā)生改動,亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如,一旦工程詳圖有改變,NC(數(shù)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(yīng)在整個三維模型上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計的完整的結(jié)合,使得一件產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)合起來。這一優(yōu)點(diǎn),使得設(shè)計更優(yōu)化,成品質(zhì)量更高,產(chǎn)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(shù)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(chǎn)生及不同視圖展示(三維造型還可移動,放大或縮小和旋轉(zhuǎn))。Pro/Engineer是一個功能定義系統(tǒng),即造型是通過各種不同的設(shè)計專用功能來實現(xiàn),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(fù)雜的幾何設(shè)計方式。這系統(tǒng)的參數(shù)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(shù)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(guān)系,任何一個參數(shù)改變,其他相關(guān)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(shè)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(jī)上或一些支持Postscript格式的彩色打印機(jī)。Pro/Engineer還可輸出三維和二維圖形給予其他應(yīng)用軟件,諸如有限元分析及后置處理等,這都是通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式來實現(xiàn),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(qiáng)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(shè)計能力,組裝能力(運(yùn)動分析、人機(jī)工程分析)和工程制圖能力(不包括ANSI, ISO, DIN或 JIS標(biāo)準(zhǔn)),并且支持符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的繪圖儀(HP,HPGL)和黑白及彩色打印機(jī)的二維和三維圖形輸出。Pro/Engineer功能如下:
(1)特征驅(qū)動(例如:凸臺、槽、倒角、腔、殼等);
(2)參數(shù)化(參數(shù)=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(shù)之間(如表面積等)的關(guān)系來進(jìn)行設(shè)計;
(4)支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)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(shè)計的程序化方法等)。
(5)貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性(任何一個地方的變動都將引起與之有關(guān)的每個地方變動)。其它輔助模塊將進(jìn)一步提高擴(kuò)展 Pro/ENGINEER的基本功能。
5.2各零部件的三維設(shè)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(jìn)行裝配,結(jié)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(shè)計與制造過程中,首先是概念設(shè)計和方案論證,然后進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計,為了驗證設(shè)計的合理性,通常要制造樣機(jī)進(jìn)行性能試驗,有時這些試驗是破壞性的。當(dāng)通過試驗發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷時,又要重新修改設(shè)計,并用樣機(jī)重新驗證。只有通過周而復(fù)始的“設(shè)計-試驗—設(shè)計”過程,產(chǎn)品才能達(dá)到要求的性能。這一過程是冗長的,尤其對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng),采用傳統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)思路其設(shè)計周期無法縮短,更談不上市場競爭力。
在計算機(jī)仿真技術(shù)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(yùn)動仿真解決方案,即Pro/E的運(yùn)動仿真技術(shù)是利用Pro/E建立模擬系統(tǒng)的三維實體模型和力學(xué)模型,在計算機(jī)上建造出產(chǎn)品的整體模型,并針對該產(chǎn)品在投入使用后的各種情況進(jìn)行仿真分析,預(yù)測產(chǎn)品的整體性能,進(jìn)而改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計、提高產(chǎn)品性能的先進(jìn)技術(shù),其目的是為物理機(jī)樣的設(shè)計和制造提供依據(jù)。 運(yùn)動仿真技術(shù)是從分析解決產(chǎn)品整體性能及其相關(guān)問題的角度出發(fā),解決傳統(tǒng)的設(shè)計與制造過程弊端的高新技術(shù)。工程設(shè)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(yùn)動仿真內(nèi)定義零部件間的連接關(guān)系并進(jìn)行虛擬裝配,從而獲得機(jī)械設(shè)計系統(tǒng)的虛擬樣機(jī),在各種虛擬環(huán)境中真實地模擬系統(tǒng)的運(yùn)動,并對其在各種工況下的運(yùn)動和受力情況進(jìn)行仿真分析,仿真試驗不同的設(shè)計方案,對整個系統(tǒng)進(jìn)行不斷改進(jìn),直至獲得最優(yōu)設(shè)計方案,再做物理樣機(jī)。這樣做的意義在于減少了甚至免除了制作物理樣機(jī)的經(jīng)費(fèi),縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期,提高了市場競爭力。
5.4.2仿真過程
(1)機(jī)構(gòu)仿真
①打開裝配圖,點(diǎn)擊“機(jī)構(gòu)”命令
②建立兩個電動機(jī)
③點(diǎn)擊“機(jī)構(gòu)分析”,彈出界面
④點(diǎn)擊運(yùn)行
(2)仿真動畫獲取
①點(diǎn)擊“回放”-右鍵選擇“播放”
圖5-8啟動動畫
②點(diǎn)擊 “動畫”中“捕獲”命令
③設(shè)置“捕獲”命令參數(shù)
設(shè)置“捕獲”中動畫放置目錄、圖像大小等參數(shù)后,點(diǎn)擊“確定”等待計算機(jī)運(yùn)行捕獲即可得到仿真動畫。
結(jié) 論
轉(zhuǎn)眼畢業(yè)設(shè)計接近尾聲,通過這次設(shè)計實踐,對機(jī)械設(shè)計有了更全面的認(rèn)識。本次畢業(yè)設(shè)計填補(bǔ)了以往課堂上只是公式化的解題,對于實踐的工程設(shè)計計算沒有具體的概念。
在做畢業(yè)設(shè)計期間我不僅復(fù)習(xí)了以往學(xué)過的知識,還進(jìn)一步提高了很多有關(guān)Pro/E,CAD和Word的基本操作,不但我的自學(xué)能力也得到了進(jìn)一步加強(qiáng)
通過對螺旋舉高器的設(shè)計及強(qiáng)度校核使對舉高器的工作原理,結(jié)構(gòu),特點(diǎn),工藝處理等進(jìn)一步了解,以前對工藝處理了解很少,現(xiàn)在提高了工藝處理方法的了解,也了解了舉高器的不同結(jié)構(gòu)
查表、計算這些對于還不是很熟練的他們來說很不容易,進(jìn)度慢,返工多是很普遍的現(xiàn)象,反復(fù)的計算、查表使在設(shè)計過程中受益匪淺。
在CAD方面也學(xué)到了更多的畫法,了解了更多國標(biāo)的要求和畫圖時容易出錯的地方,同時也學(xué)會了粗糙度的和公差的查表方法。
在Pro/E方面學(xué)到了更多的畫法,從以前的簡單建模都現(xiàn)在學(xué)會了較復(fù)雜的建模,例如旋轉(zhuǎn)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(xué)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(yuǎn)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(shè)計,我對自己不久未來將要從事的工作進(jìn)行了一次很好的適應(yīng)性的訓(xùn)練,從中鍛煉了自己獨(dú)立分析問題、解決問題的能力,也培養(yǎng)了我嚴(yán)肅認(rèn)真和實事求是的科學(xué)態(tài)度,這些都超出了完成畢業(yè)設(shè)計本身的意義,也為以后從事的工作鋪墊了基石。
致 謝
大學(xué)生活即將結(jié)束,在這短短的四年里,讓我結(jié)識了許許多多熱心的朋友、工作嚴(yán)謹(jǐn)教學(xué)相幫的教師。畢業(yè)設(shè)計的順利完成也脫離不了他們的熱心幫助及指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo),在此向所有給予我此次畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)和幫助的老師和同學(xué)表示最誠摯的感謝。
首先,向本設(shè)計的指導(dǎo)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(jìn)行指導(dǎo),時刻關(guān)心我們的進(jìn)展?fàn)顩r,督促我們抓緊學(xué)習(xí)。老師給予的幫助貫穿于設(shè)計的全過程,從借閱參考資料到現(xiàn)場的實際操作,他都給予了指導(dǎo),不僅使我學(xué)會書本中的知識,更學(xué)會了學(xué)習(xí)操作方法。也懂得了如何把握設(shè)計重點(diǎn),如何合理安排時間和論文的編寫,同時在畢業(yè)設(shè)計過程中,她和我們在一起共同解決了設(shè)計中出現(xiàn)的各種問題。
其次,要向給予此次畢業(yè)設(shè)計幫助的老師們,以及同學(xué)們以誠摯的謝意,在整個設(shè)計過程中,他們也給我很多幫助和無私的關(guān)懷,更重要的是為我們提供不少技術(shù)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(xué)表示感謝。
總之,本次的設(shè)計是老師和同學(xué)共同完成的結(jié)果,在設(shè)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(xué)表示感謝!
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附 錄
如何延長軸承壽命
摘要: 自然界苛刻的工作條件會導(dǎo)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(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)會是能夠被提高的。在軸承的使用過程當(dāng)中,過分的忽視會導(dǎo)致軸承的過熱現(xiàn)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(xì)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(guān)鍵詞:軸承 失效 壽命
導(dǎo)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(dāng)、裝卸或搬運(yùn)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(jù)軸承上留下的痕跡可以確定軸承失效的原因。
然而,當(dāng)事后的調(diào)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(diǎn),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(diǎn)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(chǎn)生的軸承失效是可以預(yù)防的,而且通過簡單的肉眼觀察是可以確定產(chǎn)生這類失效的原因。
通過失效后的分析可以得知對已經(jīng)失效的或?qū)⒁У妮S承應(yīng)該在哪些方面進(jìn)行查看。弄清諸如剝蝕和疲勞破壞一類失效的機(jī)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(chǎn)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(chǎn)生剝蝕。軸承圈上的壓坑還會產(chǎn)生噪聲、振動和附加扭矩。
類似的一種缺陷是當(dāng)軸承不旋轉(zhuǎn)時由于滾珠在軸承圈間振動而產(chǎn)生的橢圓形壓痕。這種破壞稱為低荷振蝕。這種破壞在運(yùn)輸中的設(shè)備和不工作時仍振動的設(shè)備中都會產(chǎn)生。此外,低荷振蝕產(chǎn)生的碎屑的作用就象磨粒一樣,會進(jìn)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(chǎn)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(shè)備加隔離墊或?qū)Φ鬃M(jìn)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(yù)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(shè)備運(yùn)輸中產(chǎn)生的低荷振蝕也有幫助。
造成軸承卡住的原因是缺少內(nèi)隙、潤滑不當(dāng)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(lán)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(xiàn)疲勞破壞是由重載后過大的預(yù)載引起的。如果這些條件不可避免,就應(yīng)仔細(xì)計算軸承壽命,以制定一個維護(hù)計劃。
另一個解決辦法是更換材料。若標(biāo)準(zhǔn)的軸承材料不能保證足夠的軸承壽命,就應(yīng)當(dāng)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(yīng)該采用抗載能力更強(qiáng)或其他結(jié)構(gòu)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(nèi)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(nèi)圈的顏色變化。為了防止蠕動,應(yīng)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(guān)。如果
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