完整版基于SolidWorks伸缩式螺旋千斤顶造型设计毕业设计论文.docx
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完整版基于SolidWorks伸缩式螺旋千斤顶造型设计毕业设计论文
优秀论文归档资料
未经允许切勿外传
一、绪论
在生产实践中我们经常会遇到一些将重物如机床、笨重的箱子、井下的轨道等在没有起吊设备的情况下移动或抬起，仅靠人工操作是很困难的，这就需要用到千斤顶来帮助我们。
千斤顶与我们的生活密切相关，在建筑、铁路、汽车维修等部门均得到广泛的应用，因此千斤顶技术的发展将直接或间接影响到这些部门的正常运转和工作。
目前在生产实践中使用着各种各样的千斤顶：
（a）．在建筑领域中应用的千斤顶主要有钢绞线千斤顶、松卡式千斤顶、穿心式千斤顶、掩护支架平衡千斤顶、预应力前卡式千斤顶、预应力张拉千斤顶、窄空间小吨位千斤顶等等；
（b）．在汽车运输维修部门应用的千斤顶有螺旋千斤顶、液压千斤顶、充气千斤顶等许多种类；
（c）．在医疗卫生部门应用的有x线刀机械微调千斤顶。
（d）．除此以外还有应用在其他领域的一些千斤顶。
根据动力装置的不同，可分为电动千斤顶、手动千斤顶和电动手动两用千斤顶。
根据传动类型的不同，可分为机械传动千斤顶和液压传动千斤顶。
螺旋千斤顶作为一种传统的机械式千斤顶，广泛应用于起重、运输、装卸、安装及某些特殊的工艺操作。
它通过齿轮传动，使螺杆旋转，带动套筒或举臂升降，从而达到起重或顶压的目的。
其特点为：
起重高度小，起重量大。
本论文所设计的伸缩式螺旋千斤顶是一种新型螺旋千斤顶，它具有结构简单，起重重量大且稳定的优点。
汽车千斤顶是汽车保养、维修不可缺少的主要举升工具。
随着我国国民经济和汽车工业的发展，小轿车的产量逐年递增，轿车普遍进入平民百姓的家庭生活将成为社会发展的趋势，这使得千斤顶的需求量日益增大。
因此对千斤顶技术的进一步研究，生产出外形美观、安全可靠、使用方便的高性价比产品显得尤为重要。
伸缩式螺旋千斤顶做为一种新型的汽车千斤顶，对此进一步的研究也是不能忽视的。
二、系统结构
图1千斤顶结构简图
1.摇杆2.螺杆3.支臂4.承重台5.齿轮6.底座7.螺栓
三、设计计算
在设计计算时，取支臂夹角250较好，以这个角度设计的支臂，螺杆和销轴的横截面尺寸比较合理。
但在实际使用中，起初起重位置取角度为400开始承重比较好。
随着起重过程在各个构件上作用的载荷逐渐减小，然而主操作力也逐渐减小。
（一）主要构件受力分析
计算垂直载荷，支臂的载荷，螺杆的载荷：
区域安全系数k=（1.1～1.3）,取k=1.2。
垂直载荷Gk=100001.2=1.2N。
支臂载荷T=
。
螺杆载荷F=
。
（二）选择材料和许用应力
起重螺旋为传力螺旋,主要特点是能承受较大的轴向力,通常要求自锁,螺杆材料应具有较高的强度,较高的耐磨性,螺母材料出要求有较高的强度外,还应有较好的减磨性.因此螺旋副选用梯形螺纹.右旋单线。
材料选取钢-铸铁,螺杆选用45号钢，调质处理=360Nmm2，
==12072Nmm2手动可取=100Nmm2，
螺母材料选铸铁=4555Nmm2取50Nmm2，
=40Nmm2，
千斤顶螺旋手动低速查表取Pp=1825Nmm2取20Nmm2。
（三）按耐磨性计算螺纹中径
螺纹受力范围是F=Tcot～cot去F最大值为3.7104N，
对于梯形螺纹===7.35取整n=8H=nP=58=40。
（四）自锁性验算
由于系单头螺纹，导程S=P=5mm，钢对铸铁f=0.10.12取f=0.11可得螺纹升角为：
==，
==，
故自锁可靠。
（五）螺杆强度计算
螺杆工作是受轴向压力（拉力）F和扭矩T的作用，螺杆危险截面上既有压缩（拉伸）的应力，又有切应力，因此校核螺杆强度时应根据第四强度理论求危险截面的计算应力：
Mt==
=46252N*mm
=
=89.2<
F:
螺杆承受的轴向载荷；
d3：
螺杆螺纹的小径；
Wt:
螺杆螺纹段的抗扭截面系数；
（六）螺母螺纹强度计算
螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆的材料，故只需校核螺母螺纹强度，螺纹牙危险截面的剪切强度条件为：
，
弯曲强度条件为：
，
b：
螺纹牙根的厚度对于梯形螺纹b=0.65P=.655=3.25mm；
H1:
螺纹的基本牙型高H1=0.5P=0.55=2.5mm；
（七）螺杆的稳定性计算
螺杆的有效长度L为450mm，
i=，
，
查表得a=461b=2.56，
，
所以临界载荷
故稳定性条件满足。
（八）设计支臂
设计支臂宽度为b=25mm,厚度为t=4mm,材料为A3钢，许用压应力
＝160MPa,横截面积：
A＝2.5＝1验算支臂的工作压缩力，
强度满足。
设计支臂的长度千斤顶的全升程为252mm支臂长度L1
2L1=252L1==130.56取整L1=135mm。
（九）计算销轴直径D
材料为钢，许用剪切应力＝0.60.8取，
，
由得
，
圆整取D=14。
四、虚拟设计及装配
（一）虚拟装配的概念及内涵
随着计算机软硬件技术的发展，机械零件的计算机辅助设计和加工技术也发生了很大的变化。
然而，在装配环节上，人工操作历来都作为一个生产要素出现,依赖于人的技巧和判断能力来进行复杂的操作，具有很强的智能性和复杂性,因而在设计技术、加工技术快速发展的今天，装配工艺成为薄弱环节,成为先进制造技术发展的瓶颈；同时以往的装配过程被局限在“设计制造（装配）评价”和“实物验证”的封闭时空模式中，装配关系的滞后检验，带来成本的巨大浪费，同时也不符合快速反映市场的需要虚拟装配是新兴的虚拟产品开发研究的重要内容。
采用虚拟装配技术可在设计阶段验证零件之间的配合和可装配性，保证设计的正确性，随着社会的发展，虚拟制造成为制造业发展的重要方向之一，而虚拟装配技术作为虚拟制造的核心技术之一也越来越引人注目。
虚拟装配的实现有助于对产品零部件进行虚拟分析和虚拟设计,有助于解决零部件从设计到生产出现的技术问题，以达到缩短产品开发周期、降低生产成本及优化产品性能等目的。
在许多世界级大企业中被广泛应用的计算机辅助三维设计（CAD）的软件SolidWorks的装配模块就采用了虚拟装配技术，即便是在产品设计的初期阶段，所产生的最初模型也可放入虚拟环境进行实验，可在虚拟环境中创建产品模型，使产品的外表、形状和功能得到模拟，而且有关产品的人机交互性能也能得到测试校验，产品的缺陷和问题在设计阶段就能被及时发现并加以解决本文是对直齿轮传动减速器应用SolidWorks三维设计软件进行参数化设计和虚拟装配设计工作的介绍。
（二）实体建模
实体建模是SolidWorks设计技术的基础。
实体模型又称主模型，SolidWorks虚拟装配、工程制图、机构运动分析、有限元分析、编制加工程序等均须直接应用已建立的主模型。
如在SolidWorks机构运动分析模块中，直接应用主模型进行二维或三维机械系统的复杂运动分析和设计仿真，并可完成大量的装配分析工作，如最小距离、干涉检查、反作用力、图解合成位移、速度和加速度、绘制运动轨迹包络等。
SolidWorks三维设计直接从三维模型入手，省去三维与二维之间的转化。
设计者可以方便的通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵列、钻孔等操作不断改变其结构，最终完成全部零部件的设计，直观易学，操作方便，实现了设计方法的变革。
建立模型时，SolidWoks对每个特征尺寸自动赋值，这些数值可随时更改。
由于SolidWorks的参数设计功能，实体模型将随特征尺寸数值的变化重新生成，因此修改非常方便。
螺杆的三维造型（图2）
图2螺杆三维实型
SolidWorks实体建模模块提供了能满足多种设计需求的建模工具：
（1）可进行实体、特征、曲面、线框和参数化建模等；
（2）支持和建立编辑孔、槽、型腔、圆柱、体、块、球体、管、杆、倒圆和倒角等各种标准的设计特征；
（3）既可以先画草图，根据特定要求生成参数化的实体模型，又可根据产品的特征直接进行实体建模；
1.螺杆实体造型与设计参数
螺杆是伸缩式螺旋千斤顶的力传动件，主要通过螺杆把旋转运动变为直线运动，同时进行能量和力的传递，从而达到升降的效果。
螺杆螺纹部分采用梯形牙型的螺纹，属于滑动螺旋，这样的结构简单，加工方便，成本低廉；当螺纹升角小于摩擦角时，能自锁，通过螺杆进行位移传动具有传动稳定和承受力大的优点。
螺杆的三维造型如图2，二维工程如图3。
螺杆的二维参数（图3）
图3螺杆CAD参数
图4螺纹套三维实型
2螺纹套实体造型与设计参数
伸缩式螺旋千斤顶螺杆的螺纹传动将角位移转换到螺纹套和光套的线位移，螺纹套和光套与支臂相连，从而带动支臂的转动达到升降效果。
为了和螺杆配合完成螺纹传动，就设计成图4结构的螺纹导向套，这样的结构既满足了和螺杆的螺纹配合，有可以起到固定支臂的效果。
两侧的螺纹轴采用焊接的方法联接，这样减少零件的加工难度。
螺纹套的三维实体如图4和二维参数如图5。
二维参数（图5）：
图5螺纹套CAD参数
在做螺纹套实体造型是不能单一用扫描或者扫描切除做螺纹，这样做出来的螺纹不够完整，用下边的方法即可得到较好效果的螺纹，如图6和图7：
用扫描做出图6的造型，
图6扫描效果
接着用下图的放样参数完善螺纹的开头和尾部如图7：
图7放样特征
3辅助齿轮造型
齿轮在千斤顶中起到一个辅助作用。
连接在底座和承重台的支臂一端头各
图8齿轮及部分参数
装有两对齿轮，它在起重过程中能使支臂的旋转运动保证左右对称，使承重台保证平稳，也保证了整个千斤顶系统的稳定。
辅助齿轮的参数如图8和图9。
辅助齿轮二维参数
图9辅助齿轮二维参数
4承重底座造型
支撑底座是千斤顶的主要部件，主要起在地面的支撑作用。
支撑底座的三维模型及二维参数如图10和11。
图10支撑底座实型
底座二维CAD参数如图11
图11支撑底座二维图
千斤顶其余零件如图12
图12千斤顶其他零件
（三）模拟装配的实施方案
对机械设计结果进行模拟需要建立实体模型，并要求该实体模型能够随设计参数的改变而改变，还要保证参数的准确性，使模拟结果最接近零件的真实状态。
SolidWorks是以三维模型为基础的CAD软件。
它以三维模型显示零部件实体结构形状及装配关系。
SolidWorks的模拟装配功能即：
将三维造型设计中构建的零件模型依据零部件之间的连接方式、装配关系，添加相应装配约束（如同轴、平行、重合等）进行模拟装配。
在此过程中随时检查零部件之间是否有干扰和碰撞，并及时修改相关零件的结构、尺寸。
具体方法是首先要建立一个新的装配体文件；将装配体中用到的零部件文件依次插入到装配体文件中。
然后，通过移动、旋转等操作调整零部件方位以便于装配。
最后，添加配合关系使零部件有序排列成装配体。
具体操作时可以将所需零部件全部或部分插入后依次装配，也可以插入一个装配一个。
根据装配实体的形状特点在Solidworks中创建实体模型，并把这些模型按照装配关系进行装配，得到装配体的三维实体模型。
在Solidworks中建立实体，需要先分析实体的结构特征，确定这些特征建立的先后顺序，以及每个特征的建立方法，使所建立的特征尽可能简单，参数尺寸尽可能少。
在进行了上述分析之后，就可以利用Solidworks提供的拉伸、旋转、切割等建模功能创建出三维实体模型。
实体模型建立之后，就产生了包括描述特征形状大小的定形尺寸和确定特征位置的定位尺寸，这些尺寸都称为特征尺寸，也就是要用来驱动实体的驱动尺寸。
在建立模型时，Solidworks对每个特征尺寸自动赋值，这些数值随时都可以更改。
由于Solidworks的参数设计功能，实体模型将随特征尺寸数值的变化重新生成，因此，确定了驱动参数，也就确定了实体。
Solidworks对这些特征尺寸也有默认的名称，这些尺寸名称可以更改成表达该尺寸作用的名称，以便在以后的设计和更改过程中识别。
在装配时需先确定一个零件作为固定件，其他的零件在固定件上按照装配关系依次进行装配；各零件之间可加上所需的约束关系，如同轴、两平面平行、两面重合等，这些约束都得到的装配体更接近实际装配体
（四）伸缩式螺旋千斤顶组件装配
零件图表达的是单个的零件，而装配体是由若干个零件所织成的部件。
它表达部件（或机器）的工作原理和装配关系，在进行设计、装配、调整、检验、安装、使用和维修过程中都是非常重要的。
零件的装配在设计中有着非常重要
的地位，一般来说一个物体总是电多个零件组成的。
在各个零件设计完成之后就必须对零件进行装配。
在So1idWorks中可从在零件与零件之间、零件与子装配之间、子装配与于装配之间进行重合配合、同轴配合、垂直配合、相切配合、平行配合、距离配合、角度配合等。
在进行装配过程午还可以对装配体进行干涉检查。
伸缩式螺旋千斤顶中零件包括底座、顶、螺杆、螺纹套、光套、支臂、齿轮、盖型螺母、摇杆、螺栓、螺母、弹性垫圈。
所有零件及装配如图13和图14。
图13千斤顶全部零件
（五）三视图的建立
目前，大多数企业的零部件设计和加工仍是以二维视图来表达，这也是国际标准的默认形式，二维设计方法其整个过程可以表示为:
工程师三维概念设计手工二维工程图工人读图将二维视图转换为三维实体加工制造。
由于受设计手段的限制，设计师很难设计出复杂、精确的产品，致使新产品开发速度缓慢，对于复杂的产品，开发极为困难。
对制造业来说，三维模型转化为工程图才能更好的指导产品的制造。
Solidworks可以利用已建立的装配体模型，经投影生成其二维工程图标准视图、剖面图等．系统可根据三维模型的尺寸自动生成二维尺寸，并可灵活调整尺寸的种类和位置．由装配体转化的二维工程图如图15。
图14千斤顶三维装配实体
直接以三维概念进行产品的设计，具有现代设计方法的优越性；SolidWorks的设计输出是“所见即所得”的三维实体模型，可非常直观地表现产品的实际情况，提高产品的可信度和竞争力；SolidWorks由三维零件产品可以实现产品的虚拟装配，进行产品的结构验证、运动分析，提高设计的准确性；用SolidWorks软件设计的零件、装配体、工程图具有全相关性，可大大减轻设计修改的工作量，缩短产品研发周期；SolidWmks与加工编程软件CAMWorks、有限元分析软件CosMosWorks、流体力学分析软件FloWorks软件直接结合，使SolidWorks更加如虎添翼，功能更加强大，再借助于SolidWorks本身丰富的数据接口在机械设计和制造方面进行产品的虚拟样机测试、仿真分析和快速制造，可大幅度缩短产品研发周期，降低开发成本。
六、结论
本次设计共完成了伸缩式螺旋千斤顶的设计，三维造型装配和运动模拟仿真。
伸缩式千斤顶的设计主要包括由技术要求和结构简图进行受力分析，设计计算主要零件的结构尺寸，并进行强度校核。
三维模型的创建是基于solidworks进行的。
在solidworks中进行模拟装配和运动仿真，其中部分标准零件可以利用其外挂标件库生成。
基于现在计算机技术的广泛运用，千斤顶的设计更加方便快捷，比如千斤顶的参数化设计和系列化设计。
心得体会：
设计时应将整个设计过程看成一个有机体，考虑到各部分之间的联系。
充分运用手册，优化自己的设计，更要运用软件使设计简单合理。
图15千斤顶工程图
致谢
经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个专科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师杜老师的督促指导，以及同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。
在这里首先要感谢我的导师蔡老师。
老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。
我的设计较为复杂烦琐，但是蔡老师仍然细心地纠正图纸中的错误。
除了敬佩蔡老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。
其次还要感谢大学四年来关心过、指导过、给予我以帮助的老师，为我打下机械专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，实习单位的师傅,正是因为有了你们的支持和鼓励。
此次毕业设计才会顺利完成。
通过这次毕业设计，不但使我能够将大学期间所学的专业知识再次回顾学习，而且也使我学到了专业领域中一些前沿的知识。
在此，请允许我再次向曾直接给予我多次指导的蔡老师表示最忠诚的敬意！
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