電動(dòng)舉高器設(shè)計(jì)【移動(dòng)小車(chē)式舉升機(jī)】【三維PROE】【6張CAD圖紙及說(shuō)明書(shū)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(jiǎn)單起重機(jī)具，也可用來(lái)校正設(shè)備安裝的偏差和構(gòu)件的變形等。電動(dòng)舉高器是利用螺旋傳動(dòng)舉升重物的舉高器。其只要由電機(jī)、帶傳動(dòng)、渦輪渦桿傳動(dòng)、螺桿、螺母、舉升桿等構(gòu)成。
本次設(shè)計(jì)首先，通過(guò)對(duì)電動(dòng)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(duì)主要技術(shù)參數(shù)各主要零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)與校核；然后，通過(guò)Pro/e三維設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)了該電動(dòng)舉高器并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真；最后，繪制了電動(dòng)舉高器裝配圖及主要零部件圖。
通過(guò)本次設(shè)計(jì)，鞏固了大學(xué)所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，如：機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、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(jì)方法并能夠熟練使用AutoCAD制圖軟件，對(duì)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(jì)；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(guó)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(jì) 3
2.1設(shè)計(jì)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(jì) 3
第3章 總體參數(shù)選擇與計(jì)算 4
3.1 選擇電動(dòng)機(jī) 4
3.1.1電動(dòng)機(jī)類(lèi)型的選擇 4
3.1.2 電動(dòng)機(jī)功率的選擇 4
3.1.3 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇 4
3.2 動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 5
3.2.1傳動(dòng)比的計(jì)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(jì)與校核 7
4.1 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 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(jì) 9
4.2渦輪渦桿設(shè)計(jì) 9
4.2.1選擇渦輪渦桿的傳動(dòng)類(lèi)型 9
4.2.2選擇材料 10
4.2.3按計(jì)齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)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(jì)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(dòng)設(shè)計(jì) 18
4.6.1螺旋傳動(dòng)的類(lèi)型 18
4.6.2螺旋傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)分析 19
4.6.3滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 21
4.6.4滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)及材料 21
4.6.5耐磨性計(jì)算 22
4.6.6校核計(jì)算 23
第5章 基于Pro/E的三維設(shè)計(jì)及仿真 26
5.1 Pro/E三維設(shè)計(jì)軟件概述 26
5.2各零部件的三維設(shè)計(jì) 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(dòng)小車(chē) 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(jiǎn)單介紹 31
5.4.2仿真過(guò)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(shí)就發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)生活和實(shí)際生產(chǎn)中，我們經(jīng)常會(huì)遇到一些汽車(chē)需要更換輪胎或者維修，將一些重物在沒(méi)有起重裝備的情況下移動(dòng)或抬起，如果僅僅靠人工進(jìn)行操作是相當(dāng)困難的，這個(gè)時(shí)候就用到了電動(dòng)舉高器。電動(dòng)舉高器與我們生活息息相關(guān)，比如鐵路車(chē)輛檢修、橋梁安裝、礦山、建筑工程的支撐及車(chē)輛設(shè)備等重物的起重方面都離不開(kāi)電動(dòng)舉高器。因此電動(dòng)舉高器技術(shù)的發(fā)展將直接影響到這些行業(yè)或部門(mén)的正常運(yùn)作和未來(lái)的發(fā)展。本次通過(guò)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(shū)籍，設(shè)計(jì)出以電動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(dòng)舉高器。通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)資料，設(shè)計(jì)和繪制電動(dòng)舉高器各部件零件圖，不僅熟悉了移動(dòng)式電動(dòng)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(shí)加深了對(duì)課本中有關(guān)傳動(dòng)與機(jī)械基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解。
本此設(shè)計(jì)的可移螺旋式汽車(chē)電動(dòng)舉高器。它主要由電動(dòng)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(chē)腹下修車(chē)的方式。它工作安全可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，是維修廠（站）和其它類(lèi)似舉高作業(yè)的得力器具。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀
（1）國(guó)外
早在20世紀(jì)40年代，移動(dòng)式電動(dòng)舉高器就開(kāi)始在汽車(chē)維修行業(yè)中得到使用，但由于當(dāng)時(shí)技術(shù)和使用的原因，電動(dòng)舉高器設(shè)計(jì)時(shí)的尺寸和體積較大，承載能力較低，使用起來(lái)很不不便。后來(lái)隨著社會(huì)需求量的加大以及電動(dòng)舉高器本身技術(shù)的發(fā)展，在90年代初，國(guó)外大部分用戶用移動(dòng)式電動(dòng)舉高器取代了立式電動(dòng)舉高器。在90年代后期一些新型的電動(dòng)舉高器也相繼出現(xiàn)如充氣式電動(dòng)舉高器和便攜式電動(dòng)舉高器。充氣電動(dòng)舉高器是由保加利亞一汽車(chē)運(yùn)輸研究所發(fā)明的，它由彈性的而又非常堅(jiān)固的橡膠制成。Power-RiserII型便攜式液壓電動(dòng)舉高器則可以用于所有類(lèi)型的鐵道車(chē)輛。另外一種名為T(mén)cuck Jack的便攜式液壓電動(dòng)舉高器則可以用于對(duì)已斷裂的貨車(chē)轉(zhuǎn)向彈簧進(jìn)行快速的現(xiàn)場(chǎng)維修，并能完全由轉(zhuǎn)向架側(cè)架支撐住。
（2）國(guó)內(nèi)
我國(guó)電動(dòng)舉高器技術(shù)發(fā)展較晚，由于缺少與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的交流，所以直到1979年才接觸到類(lèi)似國(guó)外移動(dòng)式電動(dòng)舉高器這樣的產(chǎn)品。但是經(jīng)過(guò)我們重新對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，在外觀美觀、使用方便、承載能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等方面都超過(guò)了國(guó)外同類(lèi)的產(chǎn)品并迅速打入歐美市場(chǎng)。經(jīng)過(guò)多年設(shè)計(jì)制造的實(shí)踐，除了移動(dòng)式電動(dòng)舉高器外，我國(guó)的電動(dòng)舉高器還規(guī)格齊全，還研制出了新型折疊式液壓電動(dòng)舉高器、新型剪式電動(dòng)舉高器、快速升降電動(dòng)舉高器、多用途電動(dòng)舉高器、便攜式電動(dòng)電動(dòng)舉高器等等，形成了一套系列產(chǎn)品。隨著我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展，汽車(chē)對(duì)電動(dòng)舉高器的要求也越來(lái)越高；同時(shí)隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，用戶要求的不斷的變化，將迫使電動(dòng)舉高器的設(shè)計(jì)質(zhì)量要不斷提高，以適應(yīng)用戶的需求。用戶喜歡的、市場(chǎng)需要的電動(dòng)舉高器不僅要求重量輕，攜帶方便，外形美觀，使用可靠，還會(huì)對(duì)電動(dòng)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(dòng)舉高器的設(shè)計(jì)，采用三維手段對(duì)所設(shè)計(jì)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(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
主要內(nèi)容：
（1）電動(dòng)舉高器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（2）傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
（3）機(jī)架設(shè)計(jì)
（4）電動(dòng)控制裝置設(shè)計(jì)
（5）完成電動(dòng)舉高器的三維實(shí)體裝配
第2章 總體方案設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)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(dòng)舉高器的工作原理；
2）根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定設(shè)計(jì)方案，完成電動(dòng)舉高器的總體設(shè)計(jì)；
3）完成電動(dòng)舉高器機(jī)械部分的具體設(shè)計(jì)；
4）繪制總裝圖，利用三維軟件繪制三維實(shí)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(dòng)仿真；
2.2方案設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)要求本次采用移動(dòng)式結(jié)構(gòu)，有電機(jī)通過(guò)V帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)渦輪渦桿帶動(dòng)螺桿升降實(shí)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(dòng)實(shí)現(xiàn)升降舉高，一處用于空載狀態(tài)下手動(dòng)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)高度調(diào)節(jié)。結(jié)構(gòu)方案如下圖示。
圖2-1 電動(dòng)舉高器總體方案簡(jiǎn)圖
第3章 總體參數(shù)選擇與計(jì)算
3.1 選擇電動(dòng)機(jī)
3.1.1電動(dòng)機(jī)類(lèi)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(dòng)機(jī)。
3.1.2 電動(dòng)機(jī)功率的選擇
標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)的容量由額定功率表示。所選電動(dòng)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(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過(guò)載、發(fā)熱大而過(guò)早損壞；容量過(guò)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(dòng)機(jī)的輸出功率為
——電動(dòng)機(jī)至渦輪軸的傳動(dòng)裝置總效率。
V帶傳動(dòng)效率，渦桿傳動(dòng)效率，滾子軸承傳動(dòng)效率，螺旋傳動(dòng)的效率
則從電動(dòng)機(jī)到舉升桿的總效率為：
（3）電動(dòng)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(jì)手冊(cè)》表19-1選取電動(dòng)機(jī)額定功率為1.1kw。
3.1.3 電動(dòng)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(dòng)比為：
帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為：
所以電動(dòng)機(jī)實(shí)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(dòng)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(hào)為Y90S-4，滿載轉(zhuǎn)速，功率1.1。
3.2 動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
3.2.1傳動(dòng)比的計(jì)算
（1）傳動(dòng)比為：
（2）傳動(dòng)比
取渦輪渦桿傳動(dòng)比：
則帶傳動(dòng)的傳動(dòng)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(dòng)力參數(shù)整理如下表：
軸名
功率
轉(zhuǎn)矩
轉(zhuǎn)速
傳動(dòng)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(jì)與校核
4.1 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
4.1.1 V帶的基本參數(shù)
1）確定計(jì)算功率：
已知：；；
查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表13-8得工況系數(shù)：；
則：
2）選取V帶型號(hào)：
根據(jù)、查《機(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)算大帶輪基準(zhǔn)直徑：
；
圓整取，誤差小于5%，是允許的。
4）驗(yàn)算帶速：
帶的速度合適。
5）確定V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和傳動(dòng)中心距：
中心距：
初選中心距
（2）基準(zhǔn)長(zhǎng)度：
對(duì)于A型帶選用
（3）實(shí)際中心距：
6）驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角：
由
得
主動(dòng)輪上的包角合適。
7）計(jì)算V帶的根數(shù)：
，查《機(jī)械設(shè)計(jì)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(hào)A型查表得：
綜上數(shù)據(jù)，得
取合適。
8）計(jì)算預(yù)緊力（初拉力）：
根據(jù)帶型A型查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表13-1得：
9）計(jì)算作用在軸上的壓軸力：
其中為小帶輪的包角。
10）V帶傳動(dòng)的主要參數(shù)整理并列表：
帶型
帶輪基準(zhǔn)直徑(mm)
傳動(dòng)比
基準(zhǔn)長(zhǎng)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(jì)
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(dòng)機(jī)，較小，所以采用實(shí)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(jì)
4.2.1選擇渦輪渦桿的傳動(dòng)類(lèi)型
傳動(dòng)參數(shù)：
根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用阿基米德渦桿即ZA式。
4.2.2選擇材料
設(shè)
滑動(dòng)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(jì)齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算進(jìn)行設(shè)
（1）根據(jù)閉式渦桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)，再校對(duì)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(dòng)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(jì)》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(zhǎng)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(jì)與校核
4.3.1渦桿軸
(1)材料的選擇
由表16.1 查得 用45號(hào)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?yàn)檩S上開(kāi)有兩個(gè)鍵槽，考慮到鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削落，應(yīng)增大軸徑，此時(shí)軸徑應(yīng)增大5%~10%
考慮到與聯(lián)軸器配合，查設(shè)計(jì)手冊(cè)
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(jiǎn)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(duì)稱(chēng)，知截面C的彎矩也對(duì)稱(chēng)。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(xiǎn)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(dòng)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(hào)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?yàn)檩S上開(kāi)有一個(gè)鍵槽，考慮到鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削落，應(yīng)增大軸徑，此時(shí)軸徑應(yīng)增大10%
，取
設(shè)計(jì)過(guò)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(jì)渦桿選用的軸承為30206型圓錐滾子軸承,由手冊(cè)查得
(1)由滾動(dòng)軸承樣本可查得,軸承背對(duì)背或面對(duì) 面成對(duì)安裝在軸上時(shí),當(dāng)量載荷可以按下式計(jì)算:
1)當(dāng)
2)當(dāng)
,且工作平穩(wěn),取,按上面式(2)計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷,即
(2)計(jì)算預(yù)期壽命
(3)求該軸承應(yīng)具有的基本額定動(dòng)載荷
故選擇此對(duì)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(jì)算動(dòng)量載荷
在設(shè)計(jì)時(shí)選用的6208型深溝球軸承,查手冊(cè)知
根據(jù),查得
查得 所以
（3）校核軸承的當(dāng)量動(dòng)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(jì)軸此處選用平鍵聯(lián)接,尺寸為,鍵長(zhǎng)為45mm.
鍵的工作長(zhǎng)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(jì)時(shí)選用平鍵聯(lián)接,尺寸為,鍵長(zhǎng)度為45mm
鍵的工作長(zhǎng)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(dòng)設(shè)計(jì)
4.6.1螺旋傳動(dòng)的類(lèi)型
螺旋傳動(dòng)是利用螺桿（絲杠）和螺母組成的螺旋副來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)分為傳力螺旋、傳導(dǎo)螺旋和調(diào)整螺旋三種類(lèi)型。傳力螺旋以傳遞動(dòng)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(dòng)為主，這類(lèi)螺旋常在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)連續(xù)工作且工作速度較高，傳動(dòng)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(duì)位置，一般在空載下工作，要求能自鎖，如帶傳動(dòng)張緊裝置、機(jī)床卡盤(pán)、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(dòng)又可分為滑動(dòng)摩擦螺旋傳動(dòng)（簡(jiǎn)稱(chēng)滑動(dòng)螺旋）、滾動(dòng)摩擦螺旋傳動(dòng)（簡(jiǎn)稱(chēng)滾動(dòng)螺旋）和靜壓滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)（簡(jiǎn)稱(chēng)靜壓螺旋）。
滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)應(yīng)用較廣，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，成本低；易于實(shí)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(dòng)微調(diào)時(shí)可能出現(xiàn)爬行現(xiàn)象；摩擦阻力大，傳動(dòng)效率低（一般為30%~50%）；螺紋間有側(cè)向間隙，反向時(shí)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(dòng)螺旋也稱(chēng)滾珠絲杠，其特點(diǎn)是摩擦阻力小，傳動(dòng)效率高（90%以上）；運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，低速時(shí)不爬行，啟動(dòng)時(shí)無(wú)抖動(dòng)；螺旋副經(jīng)調(diào)整和預(yù)緊可實(shí)現(xiàn)高精度定位精度和重復(fù)定位精度；傳動(dòng)具有可逆性，如果運(yùn)用于禁止逆轉(zhuǎn)的場(chǎng)合，需要加設(shè)防逆轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；不易摩擦，使用壽命長(zhǎng)。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(cè)試機(jī)械、儀器的傳動(dòng)和調(diào)整螺旋，車(chē)輛、飛機(jī)上的傳動(dòng)螺旋。
滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)特點(diǎn)：傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)精度高，起動(dòng)阻力矩小，傳動(dòng)靈活平穩(wěn)，工作壽命長(zhǎng)。
滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)應(yīng)用于機(jī)床、汽車(chē)、拖拉機(jī)、航空軍工等制造業(yè)。
滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)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(gè)封閉循環(huán)回路有兩個(gè)反向器，三個(gè)封閉循環(huán)回路有三個(gè)反向器。特點(diǎn)：流動(dòng)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(dòng)螺桿與螺母被油膜隔開(kāi)，不直接接觸。具有摩擦阻力小，傳動(dòng)效率高（達(dá)99%）；螺母的結(jié)構(gòu)復(fù)雜；運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象；傳動(dòng)具有可逆性（不需要時(shí)應(yīng)加設(shè)防逆轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)）；反向時(shí)無(wú)空行程，定位精度高，軸向剛力大；磨損小，壽命長(zhǎng)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(dòng)螺旋。
4.6.2螺旋傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)分析
在螺旋傳動(dòng)中，結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單應(yīng)用最廣泛的是滑動(dòng)螺旋，本節(jié)主要介紹這種螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)。
滑動(dòng)螺旋副工作時(shí)，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(duì)滑動(dòng)，因此，其主要失效形式是螺紋牙破損。滑動(dòng)螺旋的基本尺寸通常根據(jù)耐磨條件確定。對(duì)于傳力螺旋還應(yīng)校核螺桿危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度；對(duì)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(duì)于精度傳動(dòng)螺旋應(yīng)該校核螺桿的剛度；對(duì)于受壓螺桿，當(dāng)其長(zhǎng)徑比很大時(shí)，應(yīng)校核其穩(wěn)定性；對(duì)于高速長(zhǎng)螺桿，應(yīng)校核其臨界轉(zhuǎn)速；要求自鎖時(shí)，多采用單線螺紋，要求高效時(shí)，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(shí)，螺母軸向移動(dòng)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(dòng)速度v（mm/s）為
（2）差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)與復(fù)式螺旋機(jī)構(gòu)
圖2-4差動(dòng)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(shí)，螺母軸向移動(dòng)的位移L（mm）為
如螺桿的轉(zhuǎn)速為ｎ（r/min），則螺母移動(dòng)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(shí)，螺母可得到微小位移，這種螺旋機(jī)構(gòu)稱(chēng)為差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)（又稱(chēng)微動(dòng)螺旋 機(jī)構(gòu)），常用于分度機(jī)構(gòu)、測(cè)微機(jī)構(gòu)等。
如兩螺旋的旋向相反，螺母軸向移動(dòng)的位移L為
移動(dòng)速度為
這種螺旋機(jī)構(gòu)稱(chēng)為復(fù)式螺旋機(jī)構(gòu)，適合于快速靠近或離開(kāi)的場(chǎng)合，如圖2-4所示的車(chē)鉤快速合攏或分開(kāi)裝置。
4.6.3滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)工作時(shí)，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(shí)在螺桿和螺母的旋合螺紋間有較大的相對(duì)滑動(dòng)?；瑒?dòng)螺旋傳動(dòng)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(jì)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(duì)可能發(fā)生的其他失效逐一進(jìn)行校核。
4.6.4滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)及材料
（1）滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)
滑動(dòng)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(dòng)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(shí)，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(zhǎng)且水平布置時(shí)，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(jiǎn)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(chǎng)合中使用。對(duì)于經(jīng)常雙向傳動(dòng)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(dòng)精度。
傳動(dòng)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(jiàn)表3-1。
表3-1 螺桿與螺母常用材料
螺紋副
材料
應(yīng)用場(chǎng)合
螺桿
Q235 Q275 45 50
輕載、低速傳動(dòng)。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(dòng)。材料需經(jīng)熱處理
螺母
ZcuSn10P1 ZcuSn5Pb5Zn5
一般傳動(dòng)
ZcuAL10Fe3 ZcuZn25AL6Fe3Mn
重載、低速傳動(dòng)。尺寸較小或輕載高速傳動(dòng)，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(jì)算
耐磨性計(jì)算尚無(wú)完善的計(jì)算方法，目前是通過(guò)限制螺紋副接觸面上的壓強(qiáng)作為計(jì)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(jiàn)表3-2
表3-2 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的許用壓強(qiáng)[]
螺紋副材料
滑動(dòng)副速度/(m·min)
許用壓強(qiáng)/MPa
鋼對(duì)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(dòng)時(shí)，[p]可提高20%；螺母為剖分式時(shí)，[p]應(yīng)降低15%-20%。
為便于推導(dǎo)設(shè)計(jì)公式，令，代入式（2-7）整理后得螺紋中徑的設(shè)計(jì)公式為
對(duì)矩形、梯形螺紋，，則
對(duì)鋸齒形螺紋，，則
?值根據(jù)螺母的結(jié)構(gòu)選取。
對(duì)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(chǎng)合，為使受力分布均勻，螺紋工作圈數(shù)不宜過(guò)多，宜取?=1.2～2.5。
對(duì)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(dòng)精度高或要求壽命長(zhǎng)時(shí)，允許?=4。
根據(jù)公式計(jì)算出螺紋中徑d2后，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選取螺紋的公稱(chēng)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(jì)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(kāi)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(guó)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(jiàn)表2-3
表2-3 滑動(dòng)螺旋副材料的許用應(yīng)力
項(xiàng)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(shí)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(xiǎn)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(xiǎn)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(jiàn)表2-3；T為螺桿所受轉(zhuǎn)矩(N·m)；可由公式計(jì)算。
（3）螺桿穩(wěn)定性校核
對(duì)于長(zhǎng)徑比大的受壓螺桿，當(dāng)軸向力F超過(guò)某一臨界載荷FC時(shí)，螺桿可能會(huì)突然產(chǎn)生側(cè)向彎曲而喪失穩(wěn)定。因此，對(duì)細(xì)長(zhǎng)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(duì)于傳力螺旋取S=3.5～5；對(duì)于傳導(dǎo)螺旋取S=2.5～4；對(duì)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(jì)算。
當(dāng)時(shí)，根據(jù)歐拉公式計(jì)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(duì)于鋼；I為危險(xiǎn)截面的慣性矩（mm4），，d1為螺桿螺紋內(nèi)徑(mm)；μ為長(zhǎng)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(zhǎng)度(mm)；i為螺桿危險(xiǎn)截面的慣性半徑(mm)，
當(dāng)γ<85～90時(shí)；對(duì)σb≥380MPa的碳素鋼（如Q235、Q275）
當(dāng)γ<85～90時(shí)，對(duì)σb≥470MPa的優(yōu)質(zhì)碳素鋼（如Q355、45）
當(dāng)γ<40時(shí)，無(wú)需進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。
表2-4 長(zhǎng)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(dòng)支承時(shí)：
lo為支承長(zhǎng)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(dòng)支承時(shí)：只有徑向約束時(shí)為鉸支；徑向和軸向都有約束為固定。
（4）自鎖性校核
對(duì)于要求自鎖的螺旋傳動(dòng)，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(jiàn)表2-5
表2-5 螺旋傳動(dòng)螺旋副的當(dāng)量摩擦系數(shù)?ν（定期潤(rùn)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(jì)及仿真
5.1 Pro/E三維設(shè)計(jì)軟件概述
Pro/Engineer操作軟件是美國(guó)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(chēng)，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(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(chēng)，但在中國(guó)用戶所使用的名稱(chēng)中，并存著多個(gè)說(shuō)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(gè)提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)解決特征的相關(guān)性問(wèn)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(jì)至生產(chǎn)全過(guò)程集成到一起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。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(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、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(jì)
相對(duì)于產(chǎn)品而言，我們可以把它看成幾何模型，而無(wú)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(wú)法在零件模塊下隱藏實(shí)體特征。
（2）基于特征建模
Pro/E是基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)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(huà)草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過(guò)的簡(jiǎn)易和靈活。
（3）單一數(shù)據(jù)庫(kù)（全相關(guān)）
Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫(kù)上，不像一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中的資料全部來(lái)自一個(gè)庫(kù)，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個(gè)部門(mén)的。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)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(huì)自動(dòng)更新；組裝工程圖如有任何變動(dòng)，也完全同樣反應(yīng)在整個(gè)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(jì)的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)。這一優(yōu)點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場(chǎng)，價(jià)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(shí)體零件及組裝造型，三維上色，實(shí)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(dòng)，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)）。Pro/Engineer是一個(gè)功能定義系統(tǒng)，即造型是通過(guò)各種不同的設(shè)計(jì)專(zhuān)用功能來(lái)實(shí)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(lái)建立形體，對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)是更自然，更直觀，無(wú)需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計(jì)方式。這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號(hào)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(gè)參數(shù)改變，其他相關(guān)的特征也會(huì)自動(dòng)修正。這種功能使得修改更為方便和可令設(shè)計(jì)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(guò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式來(lái)實(shí)現(xiàn)，用戶更可配上 Pro/Engineer軟件的其它模塊或自行利用 C語(yǔ)言編程，以增強(qiáng)軟件的功能。它在單用戶環(huán)境下（沒(méi)有任何附加模塊）具有大部分的設(shè)計(jì)能力，組裝能力（運(yùn)動(dòng)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(dòng)（例如：凸臺(tái)、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(guò)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(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)；
（4）支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計(jì)（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(jì)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(gè)地方的變動(dòng)都將引起與之有關(guān)的每個(gè)地方變動(dòng)）。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(jì)
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(dòng)小車(chē)
移動(dòng)小車(chē)三維模型如下：
圖5-4 移動(dòng)小車(chē)
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(kāi)底座零件逐個(gè)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(jiǎn)單介紹
在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中，首先是概念設(shè)計(jì)和方案論證，然后進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì),為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，通常要制造樣機(jī)進(jìn)行性能試驗(yàn)，有時(shí)這些試驗(yàn)是破壞性的。當(dāng)通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷時(shí)，又要重新修改設(shè)計(jì)，并用樣機(jī)重新驗(yàn)證。只有通過(guò)周而復(fù)始的“設(shè)計(jì)－試驗(yàn)—設(shè)計(jì)”過(guò)程，產(chǎn)品才能達(dá)到要求的性能。這一過(guò)程是冗長(zhǎng)的，尤其對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)思路其設(shè)計(jì)周期無(wú)法縮短，更談不上市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
在計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)高速發(fā)展的今天，Pro/ENGINEER（以下簡(jiǎn)稱(chēng)Pro/E）為之提供了一套行之有效的運(yùn)動(dòng)仿真解決方案，即Pro/E的運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)是利用Pro/E建立模擬系統(tǒng)的三維實(shí)體模型和力學(xué)模型，在計(jì)算機(jī)上建造出產(chǎn)品的整體模型，并針對(duì)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(cè)產(chǎn)品的整體性能，進(jìn)而改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、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(jì)和制造提供依據(jù)。 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)是從分析解決產(chǎn)品整體性能及其相關(guān)問(wèn)題的角度出發(fā)，解決傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程弊端的高新技術(shù)。工程設(shè)計(jì)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(dòng)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(jì)系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)，在各種虛擬環(huán)境中真實(shí)地模擬系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，并對(duì)其在各種工況下的運(yùn)動(dòng)和受力情況進(jìn)行仿真分析，仿真試驗(yàn)不同的設(shè)計(jì)方案，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行不斷改進(jìn)，直至獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)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(kāi)發(fā)周期，提高了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
5.4.2仿真過(guò)程
（1）機(jī)構(gòu)仿真
①打開(kāi)裝配圖，點(diǎn)擊“機(jī)構(gòu)”命令
②建立兩個(gè)電動(dòng)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(dòng)畫(huà)獲取
①點(diǎn)擊“回放”-右鍵選擇“播放”
圖5-8啟動(dòng)動(dòng)畫(huà)
②點(diǎn)擊 “動(dòng)畫(huà)”中“捕獲”命令
③設(shè)置“捕獲”命令參數(shù)
設(shè)置“捕獲”中動(dòng)畫(huà)放置目錄、圖像大小等參數(shù)后，點(diǎn)擊“確定”等待計(jì)算機(jī)運(yùn)行捕獲即可得到仿真動(dòng)畫(huà)。
結(jié) 論
轉(zhuǎn)眼畢業(yè)設(shè)計(jì)接近尾聲，通過(guò)這次設(shè)計(jì)實(shí)踐，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)有了更全面的認(rèn)識(shí)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)填補(bǔ)了以往課堂上只是公式化的解題，對(duì)于實(shí)踐的工程設(shè)計(jì)計(jì)算沒(méi)有具體的概念。
在做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間我不僅復(fù)習(xí)了以往學(xué)過(guò)的知識(shí)，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(guò)對(duì)螺旋舉高器的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核使對(duì)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(duì)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(jì)算這些對(duì)于還不是很熟練的他們來(lái)說(shuō)很不容易，進(jìn)度慢，返工多是很普遍的現(xiàn)象，反復(fù)的計(jì)算、查表使在設(shè)計(jì)過(guò)程中受益匪淺。
在CAD方面也學(xué)到了更多的畫(huà)法，了解了更多國(guó)標(biāo)的要求和畫(huà)圖時(shí)容易出錯(cuò)的地方，同時(shí)也學(xué)會(huì)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(huà)法，從以前的簡(jiǎn)單建模都現(xiàn)在學(xué)會(huì)了較復(fù)雜的建模，例如旋轉(zhuǎn)桿的建模。
在計(jì)算和繪圖的過(guò)程中才知道其實(shí)有很多專(zhuān)業(yè)知識(shí)在課堂上學(xué)的不夠扎實(shí)。測(cè)量時(shí)想到繪圖容易，畫(huà)圖時(shí)想到繪圖容易。這是好高鶩遠(yuǎn)的通病。其實(shí)很多時(shí)候很多事情，只有自己親自動(dòng)手做過(guò)了才知道他的難與易。
總而言之，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)自己不久未來(lái)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(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，也培養(yǎng)了我嚴(yán)肅認(rèn)真和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，這些都超出了完成畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)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(jì)指導(dǎo)和幫助的老師和同學(xué)表示最誠(chéng)摯的感謝。
首先，向本設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師表示最誠(chéng)摯的謝意。在自己緊張的工作中，仍然盡量抽出時(shí)間對(duì)我們進(jìn)行指導(dǎo)，時(shí)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(jì)的全過(guò)程，從借閱參考資料到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際操作，他都給予了指導(dǎo)，不僅使我學(xué)會(huì)書(shū)本中的知識(shí)，更學(xué)會(huì)了學(xué)習(xí)操作方法。也懂得了如何把握設(shè)計(jì)重點(diǎn)，如何合理安排時(shí)間和論文的編寫(xiě)，同時(shí)在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，她和我們?cè)谝黄鸸餐鉀Q了設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的各種問(wèn)題。
其次，要向給予此次畢業(yè)設(shè)計(jì)幫助的老師們，以及同學(xué)們以誠(chéng)摯的謝意，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，他們也給我很多幫助和無(wú)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(méi)有這些資料就不是一個(gè)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(jì)是老師和同學(xué)共同完成的結(jié)果，在設(shè)計(jì)的一個(gè)月里，我們合作的非常愉快，教會(huì)了大我許多道理，是我人生的一筆財(cái)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(zhǎng)軸承壽命
摘要： 自然界苛刻的工作條件會(huì)導(dǎo)致軸承的失效，但是如果遵循一些簡(jiǎn)單的規(guī)則，軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)會(huì)是能夠被提高的。在軸承的使用過(guò)程當(dāng)中，過(guò)分的忽視會(huì)導(dǎo)致軸承的過(guò)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(gè)被損壞的軸承，會(huì)留下它為什么被損壞的線索。通過(guò)一些細(xì)致的偵察工作，我們可以采取行動(dòng)來(lái)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(jiàn)的是不正確的使用、污染、潤(rùn)滑劑使用不當(dāng)、裝卸或搬運(yùn)時(shí)的損傷及安裝誤差等。診斷失效的原因并不困難，因?yàn)楦鶕?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(shí)，最好首先通過(guò)正確地選定軸承來(lái)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(huì)引起扭矩和噪聲的問(wèn)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(guò)簡(jiǎn)單的肉眼觀察是可以確定產(chǎn)生這類(lèi)失效的原因。
通過(guò)失效后的分析可以得知對(duì)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(lèi)失效的機(jī)理，有助于消除問(wèn)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(guò)材料屈服極限時(shí)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(huì)產(chǎn)生剝蝕。軸承圈上的壓坑還會(huì)產(chǎn)生噪聲、振動(dòng)和附加扭矩。
類(lèi)似的一種缺陷是當(dāng)軸承不旋轉(zhuǎn)時(shí)由于滾珠在軸承圈間振動(dòng)而產(chǎn)生的橢圓形壓痕。這種破壞稱(chēng)為低荷振蝕。這種破壞在運(yùn)輸中的設(shè)備和不工作時(shí)仍振動(dòng)的設(shè)備中都會(huì)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(huì)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(rùn)滑劑中會(huì)產(chǎn)生淡紅色。
消除振動(dòng)源并保持良好的軸承潤(rùn)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(dòng)。另外在軸承上加一個(gè)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(duì)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(rùn)滑不當(dāng)和載荷過(guò)大。在卡住之前，過(guò)大的摩擦和熱量使軸承鋼軟化。過(guò)熱的軸承通常會(huì)改變顏色，一般會(huì)變成藍(lán)黑色或淡黃色。摩擦還會(huì)使保持架受力，這會(huì)破壞支承架，并加速軸承的失效。
材料過(guò)早出現(xiàn)疲勞破壞是由重載后過(guò)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(jì)算軸承壽命，以制定一個(gè)維護(hù)計(jì)劃。
另一個(gè)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(gè)問(wèn)題是由于載荷過(guò)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(dòng)不象過(guò)早疲勞那樣普遍。軸承的蠕動(dòng)是由于軸和內(nèi)圈之間的間隙過(guò)大造成的。蠕動(dòng)的害處很大，它不僅損害軸承，也破壞其他零件。
蠕動(dòng)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(dòng)，應(yīng)該先用肉眼檢查一下軸承箱件和軸的配件。
蠕動(dòng)與安裝不正有關(guān)。如果
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