畢業(yè)設(shè)計（論文）-蝸輪絲杠升降機的設(shè)計

設(shè)計任務(wù)書 課題名稱： 蝸輪絲杠升降機的設(shè)計 課題性質(zhì)： 系 名 稱： 專業(yè)： 班級： 指導(dǎo)教師： 學(xué)生姓名： 一、 課題名稱：蝸輪絲杠升降機的仿真設(shè)計二、設(shè)計主要內(nèi)容：本課題要求根據(jù)給定參數(shù)先設(shè)計出一臺蝸輪蝸桿升降機，蝸輪蝸桿升降機是利用蝸輪和蝸桿的大傳動比的特點，盡可能的省力完成升降一定重量的機構(gòu)。升降機包括蝸輪蝸桿的減速部分和絲杠的升降部分。要求學(xué)生根據(jù)參數(shù)設(shè)計出相應(yīng)的蝸輪蝸桿升降機各個部位，然后用UG或ProE完成仿真造型，并作出運動仿真和爆炸圖。三、計劃進度：第8周：準(zhǔn)備資料，查閱相關(guān)資料，完成準(zhǔn)備工作；第9-10周：完成機構(gòu)的方案設(shè)計和工作原理設(shè)計；第11周：完成整體裝配圖和主要零部件圖所有圖紙；第12周：完成仿真設(shè)計和論文初稿；第13周：完成論文；第14 周： 論文答辯。四、設(shè)計結(jié)束應(yīng)提交的材料： 1、圖紙（零件圖、部件圖、裝配圖） 2、畢業(yè)論文指導(dǎo)教師 教研室主任 年 月 日 年 月 日II摘要本課題要求根據(jù)給定參數(shù)先設(shè)計出一臺蝸輪蝸桿升降機，蝸桿傳動機構(gòu)作為一種典型的傳動機構(gòu)被廣泛應(yīng)用。設(shè)計原理是電機帶動蝸桿轉(zhuǎn)動，利用蝸輪蝸桿的傳動，使蝸輪旋轉(zhuǎn)，蝸輪有內(nèi)梯形螺紋，與絲桿配合，蝸輪旋轉(zhuǎn)帶動絲桿做軸向運動。針對蝸輪蝸桿，先確定我所需求的傳動比，跟據(jù)公式算出蝸輪蝸桿的各個數(shù)值，并對其強度，剛度等進行校核。針對絲桿，根據(jù)上升的速度，蝸輪的轉(zhuǎn)速，算出螺距，公稱直徑等。最后還對其進行仿真設(shè)計，利用PROE強大的三維建模功能來實現(xiàn)，其所有模塊都是全相關(guān)的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進行的修改，能夠擴展到整個設(shè)計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：升降機，蝸桿傳動，仿真， AbstractThis issue demands according to the given parameters of the first to design a worm lift Worm Drive institutions as a typical drive mechanism has been widely used. Design principle is the motor driven worm rotation, the use of worm gear transmission, so that worm wheel rotation, an inner trapezoidal thread worm, and screw co-rotating lead screw worm axial movement to do. Against the worm, first I need to determine the transmission ratio, calculated with the formula worm, according to various values, and its strength, stiffness etc. Check. For the screw, according to increase in speed, worm gear speed, calculate the pitch, nominal diameter. Finally the design of their simulation, using PROE powerful 3D modeling capabilities to achieve all of its modules are all related. This means that in the product development process of a Department modifications, can be extended to the entire design, while automatically updating all engineering documentation, including assembly, design drawings, and manufacturing data. Key Words:Left, Worm Drive, Simulation目錄摘要Abstract第一章 緒論11.1. 升降機的發(fā)展史及種類11.2 本課題的研究任務(wù)3第二章 蝸輪蝸桿的設(shè)計52.1蝸輪蝸桿材料的選取52.2 蝸輪蝸桿尺寸的確定62.3蝸輪蝸桿參數(shù)表92.4 校核齒根彎曲疲勞強度102.5本章小結(jié)10第三章 螺紋的傳動113.1 材料的選取113.2 螺紋牙型的選取113.3耐磨性計算123.4驗算絲杠自鎖情況133.5 計算螺桿驅(qū)動轉(zhuǎn)矩133.6計算螺桿的強度143.7 螺紋牙的強度計算153.7.1 螺桿螺紋牙強度校核153.8 螺紋牙穩(wěn)定性的計算153.9 傳遞效率的計算163.10 本章小結(jié)16第四章 軸承的選擇174.1 滾動軸承的選擇174.2 本章小結(jié)18第五章 箱體的設(shè)計195.1箱體尺寸的確定195.2 本章小結(jié)19第六章 仿真設(shè)計206.1 蝸輪的仿真206.2 蝸桿的仿真206.3 螺桿的仿真216.4 箱體的仿真216.5 本章小結(jié)22第七章 課題結(jié)論24總結(jié)25參考文獻(xiàn)26致謝27IV第一章 緒論1.1. 升降機的發(fā)展史及種類 對垂直運送的需求與人類的文明一樣久遠(yuǎn)，最早的升降機使用人力、畜力和水力來提升重量。升降裝置直到工業(yè)革命前都一直依靠這些基本的動力方式。1854年，奧蒂斯把他的試驗臺設(shè)在紐約貿(mào)易展覽會上。當(dāng)有了大批觀眾后，他便跨入升降機，并邀請一位觀眾割斷纜索。升降機僅僅下降了五六厘米。最后，安全升降機停了下來。到19世紀(jì)末，升降機常見于辦公室和套房公寓里。電動的和液壓的兩種機械裝置都用于推動升降廂。經(jīng)過上百年的發(fā)展，升降機技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟了。升降機自由升降的特點目前已經(jīng)廣泛運用于市政維修，碼頭、物流中心貨物運輸，建筑裝潢等，升降機已經(jīng)融入了人們的日常生活。升降機的種類也變得多起來，土木工程的升降機在土木工程施工中，常用的有鋼絲繩或齒輪齒條驅(qū)動兩種。 1 簡易升降機由鋼絲繩驅(qū)動，大多用于運送貨物。由塔架、吊籃、卷揚機等組成。塔架一般為桁架結(jié)構(gòu)，用纜繩拉住，保持直立。吊籃用型鋼焊成，是裝載貨物的容器。卷揚機固定在地面上，鋼絲繩繞過塔架頂部的滑輪與吊籃連接，牽引吊籃上下運行，操作人員在地面上控制。 2 齒輪齒條驅(qū)動升降機可運送人和貨物。主要由塔架、圍欄、機廂、驅(qū)動裝置、控制系統(tǒng)、加節(jié)裝置、安全裝置和起重系統(tǒng)組成。 塔架 由若干標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段組成的管子桁架結(jié)構(gòu)。為了保證塔架的穩(wěn)定，每隔一定高度（約1015米）用附著桿與建筑物連接一次。塔架節(jié)段上裝有齒條和導(dǎo)軌架。 機廂和圍欄 機廂是運載人或貨物的容器，圍欄是圍護機廂和塔架的裝置，設(shè)在塔架的底部。機廂門和圍欄門用機械電氣互鎖。機廂降入圍欄時，門自動打開，上升時門自動關(guān)閉。以確保運行安全。圍欄底部裝有彈簧緩沖裝置。使機廂著地時免受沖擊，確保停機平穩(wěn)。 驅(qū)動裝置 設(shè)在機廂內(nèi)，由電動機、減速器和齒輪齒條組成。減速器輸出軸端的齒輪，伸出機廂，與固定在塔架上的齒條嚙合，帶著機廂上下運行。機廂內(nèi)設(shè)有控制系統(tǒng)，操作人員亦可隨機運行。加節(jié)裝置設(shè)在機廂的頂部，是一臺手動或機動的小型動臂式起重機。加節(jié)時，機廂上升到離塔頂一定距離處，利用起重機把待加標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段吊到塔頂，就位固定后，即完成加節(jié)工序。為了確保升降機的安全運行，設(shè)有限速制動裝置，行程限位開關(guān)，行門保護開關(guān)等。 齒輪齒條驅(qū)動的升降機與簡易升降機相比，具有高度大，架設(shè)速度快，安全可靠，人貨兩用等特點，在建筑施工，特別是高層建筑施工中，廣泛應(yīng)用。3 工業(yè)中的升降機按照升降機構(gòu)的不同分：剪叉式升降機、升縮式升降機、套筒式升降機、升縮臂式升降機、折臂式升降機。按移動的方法不同分：固定式升降機、拖拉式升降機、自行式升降機、車載式升降機、可駕駛式升降機。（1） 固定式升降機 是一種升降穩(wěn)定性好，適用范圍廣的貨物舉升設(shè)備主要用于生產(chǎn)流水線高度差之間貨物運送；物料上線、下線；工件裝配時調(diào)節(jié)工件高度；高處給料機送料；大型設(shè)備裝配時部件舉升；大型機床上料、下料；倉儲裝卸場所與叉車等搬運車輛配套進行貨物快速裝卸等。 根據(jù)使用要求，可配置附屬裝置，進行任意組合，如固定式升降機的安全防護裝置；電器控制方式；工作平臺形式；動力形式等。各種配置的正確選擇，可最大限度地發(fā)揮升降機的功能，取得最佳的使用效果。固定式升降機的可選配置有人工液壓動力、方便與周邊設(shè)施搭接的活動翻板、滾動或機動輥道、防止軋腳的安全觸條、風(fēng)琴式安全防護罩、人動或機動旋轉(zhuǎn)工作臺、液動翻轉(zhuǎn)工作臺、防止升降機下落的安全支撐桿、不銹鋼安全護網(wǎng)、電動或液動升降機行走動力系統(tǒng)、萬向滾珠臺面。（2） 車載式升降機 車載式升降機是為提高升降機的機動性，將升降機固定在電瓶搬運車或貨車上，它接取汽車引擎動力，實現(xiàn)車載式升降機的升降功能。以適應(yīng)廠區(qū)內(nèi)外的高空作業(yè)。 廣泛應(yīng)用于賓館、大廈、機場、車站、體育場、車間、倉庫等場所的高空作業(yè)；也可作為臨時性的高空照明、廣告宣傳等。（3） 液壓升降機 液壓升降機廣泛適用于汽車、集裝箱、模具制造，木材加工，化工灌裝等各類工業(yè)企業(yè)及生產(chǎn)流水線，滿足不同作業(yè)高度的升降需求，同時可配裝各類臺面形式（如滾珠、滾筒、轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)向、傾翻、伸縮），配合各種控制方式（分動、聯(lián)動、防爆），具有升降平穩(wěn)準(zhǔn)確、頻繁啟動、載重量大等特點，有效解決工業(yè)企業(yè)中各類升降作業(yè)難點，使生產(chǎn)作業(yè)輕松自如。（4） 曲臂式升降機 廣泛用于車站、碼頭、公共建筑等需從事高空作業(yè)的行業(yè)和領(lǐng)域。具有移動方便、操作簡單、作業(yè)面大、平衡性能好等特點，在路面不平的情況下，即能四腿同時支撐，也可單腿支撐，便于操作使用套缸式液壓升降機 套缸式液壓升降機為多級液壓缸直立上升，液壓缸高強度的材質(zhì)和良好的機械性能，塔形梯狀護架，使升降臺有更高的穩(wěn)定性。即使身處20米高空，也能感受其優(yōu)越的平穩(wěn)性能。 適用場合：廠房、賓館、大廈、商場、車站、機場、體育場等主要用途：電力線路、照明電器、高架管道等安裝維護，高空清潔等單人工作的高空作業(yè)1.2 本課題的研究任務(wù)本設(shè)計是蝸輪絲杠升降機的設(shè)計。設(shè)計主要針對執(zhí)行機構(gòu)的運動展開。為了達(dá)到要求的運動精度和生產(chǎn)率，必須要求傳動系統(tǒng)具有一定的傳動精度并且各傳動元件之間應(yīng)滿足一定的關(guān)系，以實現(xiàn)各零部件的協(xié)調(diào)動作。該設(shè)計均采用新國標(biāo)，運用模塊化設(shè)計，設(shè)計內(nèi)容主要包括蝸輪蝸桿傳動部分、螺紋傳動部分和箱體是設(shè)計。其主要工作原理是將蝸桿的圓周運動轉(zhuǎn)變?yōu)榻z杠的軸向運動。簡單地講是外力驅(qū)動蝸桿轉(zhuǎn)動，通過蝸輪蝸桿傳動副將傳動傳遞給蝸輪，蝸輪與絲杠旋合，從而帶動絲杠做軸向運動。按照上述的工作原理，從而確定其基本傳動簡圖如圖1-1：圖1-1 升降機原理圖第二章 蝸輪蝸桿的設(shè)計蝸輪蝸桿傳動的兩輪嚙合齒面間為線接觸，能獲得比交錯軸斜齒輪機構(gòu)更好的嚙合效果，傳動比和承載能力也更高。蝸輪蝸桿傳動是一種螺旋式傳動，傳動中主要形式為齒嚙合傳動，因此傳動更為平穩(wěn)、振動小、噪音低，適合需要穩(wěn)固狀態(tài)的機械使用。蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)比其他傳動機構(gòu)突出的優(yōu)點在于其自鎖功能，蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)的蝸桿導(dǎo)程角小于嚙合輪齒間當(dāng)量摩擦角時，蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)就會反向自鎖，這時只能是蝸桿帶動蝸輪，而蝸輪無法帶動蝸桿，即可實現(xiàn)對機械的安全保護。2.1蝸輪蝸桿材料的選取蝸桿材料需要具有一定的強度，良好的磨合與耐磨性能。蝸桿一般由碳鋼或合金鋼制造。常用材料有40號、45號鋼、15Cr、20Cr、40Cr等，具體可查閱機械設(shè)計手冊選擇，表2-1如下：表2-1 蝸輪蝸桿常用材料名稱材料牌號使用特點應(yīng)用范圍蝸桿20、15Cr、20Cr 、20CrNi20MnVB、20SiMnVB20CrMnTi、20CrMnMo滲碳淬火（5662HRC）并磨削用于高速重載傳動45、40Cr、40CrNi35SiMn、42SiMn、35CrMo37SiMn2MoV、38SiNnMo淬火（4555HRC）并磨削45調(diào)質(zhì)處理用于低速輕載傳動蝸輪ZCuSn10Pb1ZCuSn5Pb5Zn5抗膠合能力強，機械強度低，價格較高用于滑動速度較大及長期連續(xù)工作處ZCuAl10Fe3ZCuAl10Fe3Mn2抗交合能力差，機械強度高，與其匹配的蝸桿必須表面硬化處理，價格便宜用于中等滑動速度ZCuZn38Mn2Pb2HT150HT200機械強度低，沖擊韌性差，但加工容易，且價廉用于低速輕載傳動通過查表2-1確定，蝸桿材料為45號鋼，熱處理為調(diào)質(zhì) HBS 220270，蝸輪材料為HT150，時效處理。且蝸輪的選擇符合梯形螺紋絲杠螺母材料的選擇。2.2 蝸輪蝸桿尺寸的確定1.蝸輪蝸桿理論中心距的確定其公式為。1）表示蝸輪所受轉(zhuǎn)矩計算公式為，式中表示蝸輪所受的轉(zhuǎn)矩，表示蝸輪絲杠升降機的輸入功率，其中表示梯形螺紋效率，；表示軸承的效率，軸承效率通常為，?。槐硎疚佪單仐U的傳遞效率，一般為，故取， 表示輸出功率， ，則計算得表示蝸輪轉(zhuǎn)速，（絲杠轉(zhuǎn)速） ， 則計算得代入數(shù)據(jù)計算得2）表示載荷系數(shù)，其中為使用系數(shù)，可查表2-2取其值；為齒向載荷分布系數(shù)，當(dāng)蝸桿傳動在平穩(wěn)載荷下工作時，載荷分布不均勻現(xiàn)象將由工作表面良好的磨合而得到改善，此時可取；當(dāng)載荷變化較大，或有沖擊、振動時，可?。粸閯虞d系數(shù)，由于蝸桿傳動一般較平穩(wěn)，動載荷要比齒輪傳動小的多，故值可取定如下：對于精度制造，且蝸輪圓周速度時，取；時，取。表2-2 使用系數(shù)工作類型載荷性質(zhì)均勻、無沖擊不均勻、小沖擊不均勻、大沖擊每小時啟動次數(shù)>252550>50啟動載荷小較大大11.151.2取，則3）表示彈性影響系數(shù)因選用的是HT150蝸輪與45號鋼蝸桿匹配，故取4）表示接觸系數(shù)先假設(shè)蝸桿分度圓直徑與理論中心距的比值為0.5，查圖2-1，取圖2-1 蝸輪蝸桿傳動的接觸系數(shù)其中上曲線ZI蝸桿（ZA、ZN、ZK蝸桿亦可近似查用），下曲線ZC蝸桿4）表示許用接觸應(yīng)力表2-3 無錫青銅、黃銅及鑄鐵的許用接觸應(yīng)力蝸輪材料蝸桿材料滑動速度Vs(m/s)0.250.5123468ZCuAl10Fe3,ZCuAl10Fe3Mn2鋼經(jīng)淬火鋼經(jīng)淬火滲碳鋼調(diào)質(zhì)或者淬火鋼-160140245210130110225220115902101809070180150-160130-11595-9075-ZCuZn38Mn2Pb2HT200,HT150(HB=120150)HT150(HB=120150)蝸輪的基本許用應(yīng)力 ，查表2-3取壽命循環(huán)次數(shù)，表示蝸輪每轉(zhuǎn)中輪齒一側(cè)吃面嚙合的次數(shù)；表示總工作時數(shù)，代入數(shù)據(jù)計算得，壽命系數(shù)，表示 則，理論中心距最終計算得表2-4 蝸輪蝸桿匹配表（部分）中心距a/mm傳動比i模數(shù)m/mm蝸桿分度圓直徑d1/mm蝸桿頭數(shù)Z1蝸輪齒數(shù)Z2蝸輪變位系數(shù)x21005.177.7510.2513.251520.526.53141536270825543.15543.15543.152.52.5250504031.5504031.5504031.5452535.5644422211111131314153304 153314153627082-0.500-0.500-0.500+0.246-0.500-0.500+0.246-0.500-0.500+0.2460.0000.000+0.125設(shè)計確定傳動比i=15，應(yīng)選擇與之相近的傳動比來確定蝸輪蝸桿的尺寸，故選擇如表2-5表2-5 蝸輪蝸桿參數(shù)中心距a/mm傳動比i模數(shù)m/mm蝸桿分度圓直徑d1/mm蝸桿頭數(shù)Z1蝸輪齒數(shù)Z2蝸輪變位系數(shù)x210015550230-0.500此時故，以上計算結(jié)果可用。2.3蝸輪蝸桿參數(shù)表表2-6 蝸輪蝸桿參數(shù)項目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)中心距a100蝸桿分度圓直徑d150蝸桿頭數(shù)Z12蝸桿齒頂圓直徑da160蝸輪齒數(shù)Z230蝸桿齒根圓直徑df138齒形角20°蝸桿齒頂高h(yuǎn)a15模數(shù)m5蝸桿齒根高h(yuǎn)f16傳動比i15蝸桿齒高h(yuǎn)111齒數(shù)比u15導(dǎo)程角11.31°齒輪變位系數(shù)x2-0.500蝸輪分度圓直徑d2150蝸桿直徑系數(shù)q10蝸輪喉圓直徑da2160蝸桿軸向齒距Pa15.7蝸輪齒根圓直徑df2138蝸桿導(dǎo)程Pz31.4蝸輪齒頂高h(yuǎn)a25蝸輪齒根高h(yuǎn)f26蝸輪齒高h(yuǎn)26蝸輪齒寬b2<0.75da1，取b2=45mm，蝸輪最大外圓直徑da2 max=da2+1.5m=167.5mm，蝸桿螺紋部分長L(11+0.06Z2)m=64mm，取L=64mm，蝸輪輪緣寬度b=(0.670.75)da1，取b=40mm2.4 校核齒根彎曲疲勞強度蝸輪輪齒因彎曲不足而失效的情況，多發(fā)生在蝸輪齒數(shù)（如Z>90）或開式傳動中。因此，對閉式蝸桿傳動通常只做彎曲強度的校核，這種計算是必須的。由于蝸輪輪齒的形狀較為復(fù)雜，離中間平面越遠(yuǎn)的平行截面上輪齒越厚，故其齒根的彎曲強度高于斜齒輪，但欲精確的計算卻很難，通常按照斜齒輪的計算方法近似計算。校核計算公式為，式中表示蝸輪齒形系數(shù)，可由蝸輪的當(dāng)量齒數(shù)及蝸輪的變位系數(shù)從表2-6中查得。， 螺旋角影響系數(shù)，代入數(shù)據(jù)計算得，表示許用應(yīng)力，式中：表示壽命系數(shù)，表示許用應(yīng)力，取則許用應(yīng)力，因為，故蝸輪彎曲疲勞強度符合要求。2.5本章小結(jié) 本章主要是通過計算確定蝸輪蝸桿的材料，數(shù)據(jù)，并且進行校核，和前一章相似，但它是在前一章的基礎(chǔ)上確定的尺寸，所需設(shè)計的蝸輪蝸桿要合理且符合傳動需求，在做蝸輪蝸桿設(shè)計的時候，最大的問題就是傳動比，要從整體考慮，這樣要計算的也就相對多一點。最后再進行疲勞強度的校核，對閉式蝸桿傳動通常只做彎曲強度的校核，這些計算都是必須的。第三章 螺紋的傳動螺旋傳動是利用螺桿和螺母的螺旋副來實現(xiàn)傳動要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，同時傳遞運動和動力。3.1 材料的選取1.對材質(zhì)的要求根據(jù)任務(wù)書可知，螺桿是在低速、強烈磨損、扭矩不大的工作環(huán)境下工作的，因此螺桿必須要耐磨損，壽命長；強度剛度適中；具有良好的切削加工性能；熱處理后，殘余應(yīng)力小，熱變形小等。2.常用材料及熱處理目前我國常用的螺桿材料有45號鋼、40Cr、氨化鋼、38CrMoAl等。1）45號鋼便宜，加工性能好，但耐磨耐腐蝕性能差。熱處理的方式先調(diào)質(zhì)處理，洛氏硬度達(dá)到220270，再采用高頻淬火，硬度達(dá)到4548根據(jù)我所設(shè)計的傳動需求，選擇45號鋼作為螺桿的材料。3.2 螺紋牙型的選取螺旋傳動按其螺旋副的摩擦性質(zhì)不同，可分為滑動螺旋、滾動螺旋和靜壓螺旋?；瑒勇菪Y(jié)構(gòu)簡單，便于制造，易于自鎖，但是其主要缺點是摩擦阻力大，傳動效率低（一般為30%40%），磨損快，傳動精度低等。相反，滾動螺旋和靜壓螺旋的摩擦阻力小，傳動效率高（一般為90%以上），但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是靜壓螺旋還需要供油系統(tǒng)，因此只在高精度、高效率的主要傳動中才用。對于蝸輪絲杠升降機中的傳動，用滑動螺旋傳動即可。滑動螺旋傳動采用的牙型有矩形、梯形和鋸齒形，其中梯形和鋸齒形螺紋應(yīng)用最廣。1.梯形螺紋螺紋的一種，牙型為等腰梯形，牙型角為30。內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動。與矩形螺紋相比，傳動效率略低，但工藝性好，牙根強度高，對中性好。如用剖分螺母，還可以調(diào)整間隙。梯形螺紋是最常用的傳動螺紋。我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定30°梯形螺紋代號用“Tr”及公稱直徑×螺距表示，左旋螺紋需在尺寸規(guī)格之后加注“LH”，右旋則不注出。例如Tr36×6；Tr44×8LH等。另外，其傳動效率較低，但自鎖能力好，螺紋牙可以雙向受力，螺紋牙的強度較高，并且磨損后可以對其間隙進行補償，螺紋徑向跳動對運動精度的影響不大，車削，銑削，磨削均可加工，且加工精度高，加工工藝性較好，其可以在較差的環(huán)境下工作。2.矩形螺紋在傳動上，矩形螺紋處了效率上略高于梯形螺紋外，其余的幾乎沒有什么優(yōu)點，精確制造困難，螺紋副磨損后，間隙難以補償與修復(fù)；對中精度低，牙根強度弱。矩形螺紋比梯形螺紋加工,測量方便, 使用時摩擦力小，且其傳動效率高，但自鎖性能較差，螺紋牙可以雙向受力，但螺紋牙的強度較低，且磨損后無法對間隙進行補償，螺紋徑向跳動對運動沒有影響。只能車削加工，不能銑削或者磨削，且加工精度不高，加工也較為困難，多用于較好的環(huán)境下工作。根據(jù)任務(wù)書分析，該蝸輪絲杠升降機傳動效率要求不高，但螺紋要具有自鎖性，并有一定的強度，綜合以上考慮和分析，選擇梯形螺紋最好。3.3耐磨性計算耐磨性又稱耐磨耗性。材料的耐磨損性能，用磨耗量或磨耗指數(shù)表示。要先進行耐磨性的計算，得到螺紋磨損失效的數(shù)據(jù)，才能由此確定螺桿的直徑，從而確定螺桿的具體尺寸。計算要用到這樣一公式式中表示螺桿分度圓直徑，表示梯形螺紋牙側(cè)角，表示軸向力， ，表示整體式螺母取，取，表示許用壓強，查表取表3-1 滑動螺旋副材料的許用應(yīng)力鋼鑄鐵2.4131861247代人數(shù)據(jù)計算得到結(jié)果選取梯形螺紋如表3-2表3-2梯形螺紋選取公稱直徑d2螺距P中經(jīng)d2=D2大徑D4小徑d3D148844494041通過計算，故螺紋選擇符號要求。3.4驗算絲杠自鎖情況根據(jù)任務(wù)書要求，梯形螺紋絲杠要求具有自鎖能力，所以必須對絲杠的自鎖情況進行驗算。所需用到的公式式中表示梯形螺紋螺旋升角，表示螺紋導(dǎo)程，表示梯形螺紋牙型角，代入數(shù)據(jù)計算得到螺紋升角約為3.312°，通常使用值小于這個度數(shù)。 2）式中表示當(dāng)量摩擦角，表示螺旋副的摩擦系數(shù)， 查表，取表3-3 滑動螺旋副的摩擦系數(shù)螺桿螺母的材料摩擦系數(shù)f鋼青銅淬火鋼青銅鋼鋼鋼鑄鐵0.080.100.060.080.110.170.120.15代入數(shù)據(jù)計算得，由于，故滿足自鎖條件。3.5 計算螺桿驅(qū)動轉(zhuǎn)矩計算螺桿的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，主要是為計算螺桿強度服務(wù)的，此計算是必須的。所需用到這樣一個公式式中表示蝸桿的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，其他參數(shù)同上代入數(shù)據(jù)計算得T=334104N·mm3.6計算螺桿的強度螺桿強度的計算是一種校核計算，主要驗證所選擇的螺桿（包括材料和尺寸）是否符合要求，該計算是至關(guān)重要的。所需公式式中表示外螺紋小徑，表示螺桿所受應(yīng)力，表示螺桿材料的許用應(yīng)力，查表3-4，選取表3-4 滑動螺旋副材料的許用應(yīng)力螺旋副材料許 用 應(yīng) 力（）螺桿鋼此處為材料屈服極限，穩(wěn)定載荷時，許用應(yīng)力取大值。表3-5 螺紋常用材料的力學(xué)性能鋼號抗拉強度屈服點疲勞極限彎曲拉壓10340420210160220120150Q215340420220Q235410470240170220120160355403202203001702204561036025034019025015MnVB1000120080040Cr750100065090032044020024030CrMnSi10801200900代入數(shù)據(jù)計算得結(jié)果96.9N/mm·mm，由于，故螺桿的強度符合要求。3.7 螺紋牙的強度計算3.7.1 螺桿螺紋牙強度校核1）許用切應(yīng)力校核校核公式為，式中表示公稱直徑，d=48，表示軸向力， ，表示螺紋牙底寬度， b=0.65P=5.2，表示旋合全數(shù)，表示螺母材料許用應(yīng)力，取，值選擇見表3-4，代入數(shù)據(jù)計算得T大約為4MPa，由于，故符合要求。2）許用彎曲應(yīng)力校核校核公式為式中表示螺紋工作高度，表示螺母材料的許用彎曲應(yīng)力，查表，見表3-5。其他參數(shù)同上。代入數(shù)據(jù)計算：得到結(jié)果約為9.13，由于，故符合要求。3.8 螺紋牙穩(wěn)定性的計算細(xì)長螺桿在受到較大的軸向壓力時候可能會喪失穩(wěn)定性，其主要與臨界載荷、螺桿材料和長度系數(shù)有關(guān)。所需用到以下公式，式中表示臨界載荷，表示穩(wěn)定性安全校核系數(shù)，取，螺桿的柔度，表示螺桿最大工作長度，l=100cm，表示螺桿危險界面慣性半徑，故i=10，表示長度系數(shù)，查表3-6，取表3-6 螺桿的長度系數(shù)端部支承情況長度系數(shù)兩端固定一端固定，一端不完全固定一端鉸支，一端不完全固定兩端不完全固定兩端鉸支一端固定，一端自由0.500.600.700.751.002.00代入數(shù)據(jù)計算得FC大約為464128，符合FC/F>S的要求，因此螺桿穩(wěn)定性符合要求。3.9 傳遞效率的計算傳遞效率的計算公式為，式中表示螺紋傳動的效率，表示梯形螺紋螺旋升角，表示當(dāng)量摩擦角，代入數(shù)據(jù)計算得3.10 本章小結(jié)本章主要是為后續(xù)的設(shè)計做好準(zhǔn)備，對于材料的選取，絲桿自鎖情況的驗算以及驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，螺桿的強度，螺紋牙強度的一些計算。并且進行強度校核、主要通過查表及對照資料確定設(shè)計數(shù)據(jù)，這章在整體的設(shè)計中起著領(lǐng)導(dǎo)位置，在構(gòu)思好后，要有正確且合理的數(shù)據(jù)才能為后面的設(shè)計打好基礎(chǔ)。 第四章 軸承的選擇4.1 滾動軸承的選擇各種結(jié)構(gòu)類型軸承由于不同的結(jié)構(gòu)特性，可適應(yīng)于不同的使用條件，通常選擇軸承類型時應(yīng)綜合考慮下列各主要因素：1. 載荷情況載荷是選擇軸承最主要的依據(jù)，通常應(yīng)根據(jù)載荷的大小、方向和性質(zhì)選擇軸承。         1）載荷大小一般情況下，滾子軸承由于是線接觸，承載能力大，適于承受較大載荷；球軸承由于是點接觸，承載能力小，適用于輕、中等載荷。各種軸承載荷能力一般以額定載荷比表示。    2）載荷方向純徑向力作用，宜選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承，也可考慮選用調(diào)心軸承。純軸向載荷作用，選用推力球軸承或推力滾子軸承。徑向載荷和軸向載荷聯(lián)合作用時，一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，這兩種軸承隨接觸角。增大承受軸向載荷能力提高。若徑向載荷較大而軸向載荷較小時，也可選用深溝球軸承和內(nèi)、外圈都有擋邊的圓柱滾子軸承。若軸向載荷較大而徑向載荷較小時，可選用推力角接觸球軸承、推力圓錐滾子軸承。    3）載荷性質(zhì)有沖擊載荷時，宜選用滾子軸承。2. 高速性能一般摩擦力矩小、發(fā)熱量小的軸承高速性能好。球軸承比滾子軸承有較高的極限轉(zhuǎn)速，故高速時應(yīng)優(yōu)先考慮選用球軸承。徑向載荷小時，選用深溝球軸承:徑向載荷大時，選用圓柱滾子軸承。對聯(lián)合載荷，載荷小時，選用角接觸球軸承；載荷大時，選用圓錐滾子軸承或圓柱滾子軸承與角接觸球軸承組合。在相同內(nèi)徑時，外徑越小，滾動體越輕越小，運轉(zhuǎn)時滾動體作用在外圈上的離心力也越小，因此更適于較高轉(zhuǎn)速下工作。在一定條件下，工作轉(zhuǎn)速較高時，宜選用直徑系列為8，9，0，1的軸承。保持架的材料與結(jié)構(gòu)對軸承轉(zhuǎn)速影響很大。實體保持架比沖壓保持架允許的轉(zhuǎn)速高。高速重載的軸承需驗算其極限轉(zhuǎn)速。3. 軸向游動性能一般機械工作時，因機械摩擦或工作介質(zhì)的關(guān)系而使軸發(fā)熱，從而有熱脹冷縮產(chǎn)生。在選擇軸承結(jié)構(gòu)類型時，應(yīng)使其軸有鈾向游動的可能性。因此，常在軸的某一端選用一內(nèi)圈或一外圈無擋邊的圓柱滾子軸承或滾針軸承，以適應(yīng)由于熱脹冷縮而引起軸的伸長或縮短。當(dāng)軸兩端軸承孔同軸性差（制造誤差或安裝誤差所致）或軸的剛度小，變形較大，以及多支點軸，均要求軸承調(diào)心性好，這時應(yīng)選用調(diào)心球軸承或調(diào)心滾子軸承。4. 允許的空間在機械設(shè)計中，一般都是先確定軸的尺寸，然后根據(jù)軸的尺寸來確定軸承的尺寸。小軸選用球軸承，大軸選用滾子軸承；在內(nèi)徑尺寸（即軸尺寸）已確定，若徑尺寸受限，可選用滾針軸承或直徑系列為8，9，0，回的軸承；若寬度尺寸受限，可選用寬度系列為8，0的軸承。5. 安裝與拆卸方便對于軸承使用壽命一般都難以等同主機使用壽命，在實際使用中軸承作為易損件要經(jīng)常裝拆。因此，在選用軸承結(jié)構(gòu)類型時應(yīng)要求裝拆方便?？煞蛛x型的角接觸球軸承、圓柱滾子軸承。圓錐滾子軸承、推力軸承和內(nèi)圈為錐孔、帶緊定套或退卸套的調(diào)心滾子軸承、調(diào)心球軸承等均具有裝拆方便性能。根據(jù)以上的選用要求，選擇圓錐滾子軸承。按照國家標(biāo)準(zhǔn)，選擇30308、30313軸承。4.2 本章小結(jié) 本章主要就是對軸承的選擇，其實在蝸輪蝸桿確定完后，軸承就已經(jīng)確定下來，軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，選取通過查表選擇適合的尺寸就可以，本章對軸承的種類、用途有個概括性的描述，以便了解及選取。本章在整篇論文中起著補充的作用。第五章 箱體的設(shè)計5.1箱體尺寸的確定參照蝸輪減速機的箱體設(shè)計，蝸輪絲杠升降機箱體尺寸如下：表5-1 箱體主要尺寸底座厚度42.45箱體壁厚20底座長度323.45底座寬度240箱體高度250.94地腳螺栓M14箱蓋緊固螺栓M10軸承蓋螺栓M6蝸輪最大圓距箱壁距離6.2510注油塞M205.2 本章小結(jié) 通過前面幾章螺桿，蝸桿，蝸輪的確定，這一章箱體的設(shè)計，形象的說就是設(shè)計一個容器把它們放進去。但是要做到盡量少用材料。同樣計算是必不可少的，可以說這一章比較容易，沒有復(fù)雜的公式供我們計算，要求也相對較低，形狀尺寸也沒有固定的值，通過簡單的運算便可得出。本章在整篇論文中起到囊括的作用。第六章 仿真設(shè)計仿真設(shè)計是利用UG或ProE完成仿真造型，并作出運動仿真和爆炸圖。我采用的是利用ProE進行仿真設(shè)計，在這里我要說明下ProE的特點：Pro/ENGINEER的所有模塊都是全相關(guān)的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進行的修改，能夠擴展到整個設(shè)計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵在開發(fā)周期的任一點進行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級出現(xiàn)，提供了邏輯選項和預(yù)先選取的最普通選項，同時還提供了簡短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學(xué)習(xí)和使用。所以我綜合自身能力與知識基礎(chǔ)，選擇了ProE。6.1 蝸輪的仿真按照蝸輪尺寸設(shè)計出一個基圓，利用拉伸命令設(shè)計出階臺，階臺的作用是限制軸承的位置。選擇基圓在草繪界面下按照數(shù)據(jù)畫出漸開線，接著利用拉伸命令做出一個齒，可以利用軸陣列做出初體，最后從側(cè)面選擇一個基準(zhǔn)面，按照咽喉母圓半徑，畫出圓，旋轉(zhuǎn)剪切。 另外蝸輪有內(nèi)梯形螺紋與螺桿配合，根據(jù)螺桿的尺寸，先確定內(nèi)螺紋的尺寸，利用螺紋掃描中的切口功能進行掃描，蝸輪仿真如圖6-1。 圖 6-1 蝸輪的仿真6.2 蝸桿的仿真同樣用拉伸或者旋轉(zhuǎn)命令按照尺寸設(shè)計出一個柱體，在預(yù)留的螺紋部分同樣是利用螺紋掃描中的切口功能，根據(jù)數(shù)據(jù)代入進行掃描，鍵槽是建立在蝸桿最細(xì)的那一端，根據(jù)配合公差確定鍵槽，利用拉伸剪切功能可以實現(xiàn)。蝸桿的仿真如圖6 -2所示。 圖6-2 蝸桿的仿真6.3 螺桿的仿真對于螺桿，就顯得更為簡單，就一個圓柱體，所以用拉伸比旋轉(zhuǎn)要方便，其實兩者皆可，我比較習(xí)慣于用拉伸，因為旋轉(zhuǎn)命令一不小心就會出現(xiàn)草繪截面不完整的錯誤命令。圓柱體畫好后，同樣還是利用螺紋掃描的切口命令進行設(shè)計。螺桿仿真如圖6-3 圖6-3 螺桿的仿真6.4 箱體的仿真對于箱體基本命令都要用到，我做到這里時也是比較頭疼，第一，箱體要精確到哪里；第二，要用兩個實體組合必然要剪切，這時拉伸剪切命令就極其重要；第三，設(shè)計的箱體要足夠讓前面的蝸輪，蝸桿放進去，而且還不能太大，要配合軸承的尺寸，先利用旋轉(zhuǎn)命令做出放蝸輪的那一部分，然后選擇界面拉伸出一個放蝸桿的樣子，這個按照設(shè)計好的尺寸來就行，主要是兩者之間要有蝸輪與蝸桿配合的空間，按照尺寸拉伸剪切就行。最后利用倒角功能進行倒角。箱體仿真如圖6-4，裝配圖仿真如圖6-5. 圖6-4 箱體的仿真裝配總圖6-5 圖6-5 裝配的仿真6.5 本章小結(jié) 本章是利用PROE的三維建模功能進行設(shè)計，主要介紹各個部分的大概設(shè)計方法。拉伸，剪切，旋轉(zhuǎn)，陣列，鏡像，螺紋掃描等等，都顯示出PROE獨特的一面。和UG比起來，更適合我們。本章在整篇文章算是對前面的一個總結(jié)設(shè)計，用實體表示出來，以更清晰地方式展現(xiàn)設(shè)計的內(nèi)容。第七章 課題結(jié)論本設(shè)計是蝸輪絲杠升降機的設(shè)計。設(shè)計主要針對執(zhí)行機構(gòu)的運動展開。為了達(dá)到要求的運動精度和生產(chǎn)率，必須要求傳動系統(tǒng)具有一定的傳動精度并且各傳動元件之間應(yīng)滿足一定的關(guān)系，以實現(xiàn)各零部件的協(xié)調(diào)動作。該設(shè)計均采用新國標(biāo)，運用模塊化設(shè)計，設(shè)計內(nèi)容主要包括蝸輪蝸桿傳動部分、螺紋傳動部分和箱體是設(shè)計。其主要工作原理是將蝸桿的圓周運動轉(zhuǎn)變?yōu)榻z杠的軸向運動。簡單地講是外力驅(qū)動蝸桿轉(zhuǎn)動，通過蝸輪蝸桿傳動副將傳動傳遞給蝸輪，蝸輪與絲杠旋合，從而帶動絲杠做軸向運動。首先是對材料的選取，以及耐磨性的計算，對螺桿驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，強度的一些計算，并對其進行校核。從而對照表格進行材料的最終確定。對于蝸輪蝸桿，首先設(shè)計出傳動所需求的傳動比，對照參數(shù)表確定所需求的尺寸。軸承的選擇則通過查表，按照國家標(biāo)準(zhǔn)確定。確定好蝸輪蝸桿，根據(jù)其尺寸設(shè)計出適合的箱體。最后是仿真的設(shè)計，利用PROE的三維建模功能進行設(shè)計，通過拉伸，剪切，旋轉(zhuǎn)，陣列，鏡像等功能進行設(shè)計，和UG相比，Pro/ENGINEER的所有模塊都是全相關(guān)的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進行的修改，能夠擴展到整個設(shè)計中，同時自動更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵在開發(fā)周期的任一點進行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。總結(jié)本文通過對蝸輪絲杠升降機的結(jié)構(gòu)形狀進行分析，得出總體方案。按總體方案對各零部件的運動關(guān)系進行分析得出蝸輪絲杠升降機的整體結(jié)構(gòu)尺寸，然后以各個系統(tǒng)為模塊分別進行具體零部件的設(shè)計校核計算，得出各零部件的具體尺寸，再重新調(diào)整整體結(jié)構(gòu)，整理得出最后的設(shè)計圖紙和說明書。此次設(shè)計通過對蝸輪絲杠升降機的設(shè)計，使我對成型機械的設(shè)計方法、步驟有了較深的認(rèn)識。熟悉了蝸輪、軸等多種常用零件的設(shè)計、校核方法；掌握了如何選用標(biāo)準(zhǔn)件，如何查閱和使用機械設(shè)計手冊，如何繪制零件圖、裝配圖；以及設(shè)計非標(biāo)準(zhǔn)零部件的要點、方法。通過設(shè)計可以知道：蝸輪絲杠升降機傳遞的效率較低，但是其具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便等優(yōu)點；梯形螺紋傳動較矩形螺紋和鋸齒形螺紋在升降機中更適合；低速傳動的潤滑較為簡單，成本較低等基本結(jié)論。這次設(shè)計貫穿了所學(xué)的專業(yè)知識，綜合運用了各科專業(yè)知識，從中我學(xué)習(xí)了很多平時在課本中未學(xué)到的或未深入的內(nèi)容。我相信這次設(shè)計對以后的工作學(xué)習(xí)都會有很大的幫助。由于自己所學(xué)知識有限，而機械設(shè)計又是一門非常深奧的學(xué)科，設(shè)計中肯定存在許多的不足和需要改進的地方，希望老師指出，在以后的學(xué)習(xí)工作中去完善它們。參考文獻(xiàn)1 吳宗澤，機械設(shè)計實用手冊，第二版，化學(xué)工業(yè)出版社，2003年10月，91168頁，560562頁，916918頁，13021339頁；2 陳庭吉，機械設(shè)計基礎(chǔ)，機械工業(yè)出版社，2006年8月，146160頁；3 濮良貴、紀(jì)名剛，機械設(shè)計，第六版，高等教育出版社，1996年5月，246277頁；4 金大鷹，機械制圖，機械工業(yè)出版社，2005年10月，159172頁，183187頁；5 許菊若，機械設(shè)計，化學(xué)工業(yè)出版設(shè)，2005年6月，101106頁，197216頁；致謝經(jīng)過五周的努力，本次設(shè)計已經(jīng)接近尾聲。五周里，當(dāng)我接到這個課題，從沒有一點思路，到現(xiàn)在的基本成形心里有種自豪感，當(dāng)我能從一個專科生，在基礎(chǔ)知識并不豐富的前提下能做到這樣，最要感謝的是我的指導(dǎo)老師婁老師！婁老師平日工作比較忙，但仍然抽出時間來看我們設(shè)計的進度。婁老師認(rèn)真負(fù)責(zé)，從中期檢查到后期詳細(xì)檢閱，每個過程都給我以悉心指導(dǎo)。沒有他想完成這個畢業(yè)設(shè)計是難以想象的。我還要感謝大學(xué)三年中所有老師，正因有你們的悉心教導(dǎo)，才為我們打下基礎(chǔ)；還要感謝所有的同學(xué)，正因有你們的支持和幫助，此次畢業(yè)設(shè)計才能順利完成。我還要感謝在最后方支持我的爸爸，媽媽。最后，感謝學(xué)院三年來對我的大力栽培。在這里請接受我最誠摯的謝意！28