板式塔设计计算说明书

第一篇：板式塔设计计算说明书

板式精馏塔的设计原则与步骤

板式精馏塔的设计原则与步骤 1 设计原则

总的原则是尽可能多地采用先进的技术，使生产达到技术先进、经济合理的要求，符合优质、高产、安全、低能耗的原则，具体考虑以下几点。

⑴ 满足工艺和操作的要求 所设计出来的流程和设备能保证得到质量稳定的产品。由于工业上原料的浓度、温度经常有变化，因此设计的流程与设备需要一定的操作弹性，可方便地进行流量和传热量的调节。设置必需的仪表并安装在适宜部位，以便能通过这些仪表来观测和控制生产过程。

⑵ 满足经济上的要求 要节省热能和电能的消耗，减少设备与基建的费用，如合理利用塔顶和塔底的废热，既可节省蒸汽和冷却介质的消耗，也能节省电的消耗。回流比对操作费用和设备费用均有很大的影响，因此必须选择合适的回流比。冷却水的节省也对操作费用和设备费用有影响，减少冷却水用量，操作费用下降，但所需传热设备面积增加，设备费用增加。因此，设计时应全面考虑，力求总费用尽可能低一些。

⑶ 保证生产安全 生产中应防止物料的泄露，生产和使用易燃物料车间的电器均应为防爆产品。塔体大都安装在室外，为能抵抗大自然的破坏，塔设备应具有一定刚度和强度。 2 设计步骤

板式精馏塔的设计大体按以下步骤进行： ⑴ 确定设计方案;

⑵ 平衡级计算和理论塔板的确定; ⑶ 塔板的选择; ⑷ 实际板数的确定; ⑸ 塔体流体力学计算;

⑹ 管路及附属设备的计算与选型; ⑺ 撰写设计说明书和绘图。 3 设计方案的内容

设计方案包括精馏流程、设备的结构类型和操作参数等的确定。例如组分的分离顺序(多组分体系)、塔设备的形式、操作压力、进料热状态、塔顶蒸气的冷凝方式、余热利用的方案、安全、调节机构和测量控制仪表的设置等。限于篇幅，仅对其中一些内容作些阐述，其他内容可见参考文献。 3.1 操作压力

塔内操作压力的选择不仅牵涉到分离问题，而且与塔顶和塔底温度的选取有关。根据所处理的物料性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性来综合考虑，一般有下列原则： ⑴ 压力增加可提高塔的处理能力，但会增加塔身的壁厚，导致设备费用增加;压力增加，组分间的相对挥发度降低，回流比或塔高增加，导致操作费用或设备费用增加。因此如果在常压下操作时，塔顶蒸气可以用普通冷却水进行冷却，一般不采用加压操作。操作压力大于1.6MPa才能使普通冷却水冷却塔顶蒸气时，应对低压、冷冻剂冷却和高压、冷却水冷却的方案进行比较后，确定适宜的操作方式。

⑵ 考虑利用较高温度的蒸气冷凝热，或可利用较低品位的冷源使蒸气冷凝，且压力提高后不致引起操作上的其他问题和设备费用的增加，可以使用加压操作。

⑶ 真空操作不仅需要增加真空设备的投资和操作费用，而且由于真空下气体体积增大，需要的塔径增加，因此塔设备费用增加。 3.2 进料状态

进料状态有5种，可用进料状态参数q值来表示。进料为过冷液体：q>1;饱和液体(泡点)：q=1;气、液混合物：0

⑴ 进料预热的热源温度低于再沸器的热源温度，可节省高温热源时，对进料预热有利，但会增加提馏段的塔板数;

⑵ 当塔顶冷凝器采用冷冻剂进行冷却，又有比较低的冷量可利用时，对进料预冷有利。 泡点进料时的操作比较容易控制，且不受季节气温的影响;此外，泡点进料时精馏段和提馏段的塔径相同，设计和制造时比较方便。 3.3 加热方式

塔釜一般采用间接蒸汽加热，但对塔底产物基本是水，且在低浓度时的相对挥发度较大的体系，也可采用直接蒸汽加热。直接蒸汽加热的优点是：可利用压力较低的蒸汽加热，塔釜只须安装鼓泡管，一般可节省设备费用和操作费用。 3.4 回流比

影响精馏操作费用的主要因素是塔内蒸气量V。对于一定的生产能力，即馏出量D一定时，V的大小取决于回流比。实际回流比总是介于最小回流比和全回流两种极限之间。由于回流比的大小不仅影响到所需理论板数，还影响到加热蒸汽和冷却水的消耗量，以及塔板、塔径、蒸馏釜和冷凝器的结构尺寸的选择，因此，适宜回流比的选择是一个很重要的问题。 适宜回流比应通过经济核算决定，即操作费用和设备折旧费之和为最低时的回流比为适宜回流比。但作为课程设计，要进行这种核算是困难的，通常根据下面3种方法之一来确定回流比。

⑴ 根据本设计的具体情况，参考生产上较可靠的回流比的经验数据选定;

⑵ 先求出最小回流比Rmin，根据经验取操作回流比为最小回流比的1.1∽2倍，即R=(1.1∽2)Rmin;

⑶ 在一定的范围内，选5种以上不同的回流比，计算出对应的理论塔板数，作出回流比与理论塔板数的曲线，如图1-1所示。当R= Rmin时，塔板数为∞;R>Rmin后，塔板数从无限多减至有限数;R继续增大，塔板数虽然可以减少，但减少速率变得缓慢。因此可在斜线部分区域选择一适宜回流比。上述考虑的是一般原则，实际回流比还应视具体情况选定。 3.5 产品纯度或回收率

产品纯度通常是根据客户的要求决定的。若客户对精馏塔顶和塔底产品的纯度都有要求，则产品的回收率也已确定;若用户仅指定其中一种产品的纯度，设计人员则可根据经济分析决定产品的回收率。提高产品的纯度意味着提高产品的回收率，可获得一定的经济效益。但是产品纯度的提高或者是通过增加塔板数或者是增加回流比来达到的，这意味着设备费用或操作费用的增加，因此只能通过经济分析来决定产品的纯度或回收率。 3.6 热能的利用

精馏过程的热效率很低，进入再沸器的能量的95%以上被塔顶冷凝器中冷却介质带走，仅约5%的能量被有效地利用。采用热泵技术可使塔顶蒸气温度提高，提高了温度的蒸气再用于加热釜液，使釜液蒸发的同时，塔顶蒸气冷凝。该方法不仅可节省大量的加热蒸汽，而且还节省了大量的冷却介质。当然，塔顶蒸气可用作低温系统的热源，或通入废热锅炉产生低压蒸汽，供别处使用。在考虑充分利用热能的同时，还应考虑到所需增加设备的投资和由此给精馏操作带来的影响。

第二篇：法兰盘设计计算说明书

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制定输出连接法兰数控加工工艺

摘

要

本课题完成法兰盘工艺设计与数控加工。法兰盘是使管子与管子相互连接的零件，连接于管端。法兰上有孔眼，两个法兰盘之间，加上法兰垫，用螺栓紧固在一起，完成了连接。

本次设计主要完成以下设计内容：法兰盘的零件图纸与技术要求分析、零件二维图绘制及三维建模;制定数控加工工艺卡片文件;零件的夹具设计并进行夹具图二维图绘制;对零件进行加工仿真。根据锻件的形状特点、零件尺寸及精度，选定合适的机床设备以及夹具设计，通过准确的计算并查阅设计手册，确定了法兰盘的尺寸及精度，在材料的选取及技术要求上也作出了详细说明，并在结合理论知识的基础上，借助于计算机辅助软件绘制了各部分零件及装配体的工程图,以保障法兰盘的加工制造。

在夹具的设计过程中，主要以可换圆柱销、可换菱形销、定位心轴和支承钉来定位，靠六角厚螺母来夹紧。首先在数控车床上，完成零件的外圆及端面加工;再在数控铣床上，完成零件端面上侧槽及顶部6-M12螺纹孔的加工;最后采用专用夹具以侧槽、底部圆环以及6-M12螺纹孔其中两孔定位进行外圆上Φ22孔的加工。

关键字：法兰盘，数控加工工艺，数控编程，夹具设计， 仿真加工

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法兰盘工艺设计与数控加工

0 引言

0.1 概述

本课题起源于装配制造业法兰盘工艺设计与数控技术，通过此次毕业设计，可以初步掌握对中等复杂零件进行数控加工工艺规程的编制，学会查阅有关资料，能合理编制数控加工过程卡片、数控加工工序卡片、数控加工刀具卡片、数控编程等工艺文件，能合理的确定加工工序的定位与夹紧方案。

能使用AutoCAD正确绘制机械零件的二维图形，能通过使用UGNX7.0软件对零件进行三维图的绘制，可以提高结构设计能力及建模能力。

编写符合要求的设计说明书，并正确绘制有关图表。在毕业设计工作中，学会综合运用多学科的理论知识与实际操作技能，分析与解决设计任务书中的相关问题。在毕业设计中，综合运用数控加工刀具和数控工艺、工装夹具的设计等专业知识来分析与解决毕业设计中的相关问题。

依据技术课题任务，进行资料的调研、收集、加工与整理和正确使用工具书;掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范;掌握实验、测试等科学研究的基本方法;以及与解决工程实际问题的能力。 0.2 本设计的主要工作内容

本次对于法兰盘工艺设计及数控加工的主要任务是： (1)分析零件图纸与技术要求;

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(2)三维建模。根据零件二维视图建立三维视图;

(3)制定机械加工工艺文件。根据产品技术资料、 生产条件与生产纲领，制定零件机械加工工艺规程，编写工艺规程卡片;

(4)夹具设计。绘制工件夹具图;

(5)编制数控加工程序、仿真加工与课题制作

(6)工件检验。选用合理的测量工具与设备检验工件的加工质量。 在这整个过程中，综合运用多学科的理论、知识与技能，分析与解决实际相关问题。

1 零件分析

1.1 零件图分析

图1.1所示为法兰盘零件二维图，其结构形状较复杂，中批量生产1000件。图1.2为零件的三维图。

图1.1 法兰盘零件二维图

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图1.2 法兰盘三维图

该零件材料为45钢，毛坯为锻件，主要应用于装配管子，起管子的连接及固定作用，为中批量生产类型产品。该零件为由外圆、内圆、沉孔、内孔、倒斜角等表面组成，加工表面较多且都为平面及各种孔，因此适合采用加工中心加工。 1.2 技术要求分析 (1)结构分析

零件由外圆、内圆、沉孔、内孔、倒斜角等构成。 (2)尺寸精度分析

加工精度是指零件在加工后的几何参数的实际值和理论值符合的程度。尺寸精度是指实际尺寸变化所达到的标准公差的等级范围。

如图1.1所示，加工要求较高的尺寸列出如下表格，如表1.1所示。

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(3)形位公差分析

加工后的零件不仅有尺寸误差，构成零件几何特征的点、线、面的实际形状或相互位置与理想几何体规定的形状和相互位置还不可避免地存在差异，这种状上的差异就是形状误差，而相互位置的差异就是位置误差，统称为形位误差。 (4)毛坯加工余量分析

工件粗加工的余量为0.8，半精加工为0.5，精加工为0.2。 (5)粗糙度分析

表面粗糙度，是指加工后的零件表面上具有的较小间距和微小峰谷所组成的微观几何形状特征，一般是由所采取的加工方法和(或)其他因素形成的。表面粗糙度高度参数有3种：轮廓算术平均偏差Ra，微观不平度十点高度Rz以及轮廓最大高度Ry。

该零件主要由外圆、内圆、沉孔及内孔组成，具体表示为φ55外圆、φ52外圆、φ90外圆、6-φ11沉孔、3-φ5内孔、φ10内孔、φ32内圆、φ16内圆。粗糙度皆为Ra3.2。

表1.1尺寸精度

结构 Φ10mm的孔 Φ11mm的沉孔 C1.5mm倒角 Φ5mm内孔

尺寸 Φ10mm Φ11mm 1.5mm×45° Φ5mm

形状 孔 沉孔 倒角 内孔

位置 Φ90mm圆柱面 Φ90mm圆柱面 Φ32mm圆柱面内侧 Φ10mm圆柱面 湖南科技大学潇湘学院专业模块课程设计

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2 零件的数控加工工艺设计

2.1 选定毛坯

根据零件的加工前尺寸及考虑夹具方案的设计，选择的毛坯材料牌号为45钢，毛坯种类为锻件，毛坯外形尺寸为Φ95mm×45mm。如图1.3所示。

图1.3 法兰盘加工前三维图

2.2 选择定位基准

选择定位基准时，首先是从保证工件加工精度要求出发的，因此，选择定位基准时先选择粗基准，再选择精基准。 2.2.1 粗基准的选择：

按照粗基准的选择原则，为保证不加工表面和加工表面的位置要求，

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应选择不加工表面为粗基准，故在加工Φ16mm内圆、Φ90外圆及Φ55外圆时，选择Φ95mm毛坯外圆作为粗基准。 2.2.2 精基准的选择：

按照精基准的选择原则，为符合基准重合原则以及基准统一原则，故在加工Φ700外圆、Φ440外圆、Φ340外圆、Φ224内孔、12-Φ22孔及6-M12内孔时，选择Φ700外圆及Φ224内圆作为精基准。 2.3 工艺路线的设计

(1)工艺路线的设计

为保证几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术要求，必须判定合理的工艺路线。

由于生产纲领为成批生产，所以XH714立式加工中心配以专用的工、夹、量具，并考虑工序集中，以提高生产率和减少机床数量，使生产成本下降。

针对零件图样确定零件的加工工序为： 工序一：(Φ700毛坯外圆定位) 1)粗车外圆及端面。

2)精车外圆至尺寸要求，留总厚余量2mm。 3)钻Φ140孔中心孔。 4)粗钻扩Φ140孔。

5)精钻扩Φ140孔至尺寸要求。 6)倒圆角R2。

工序二：(Φ224圆柱面定位) 1)粗车外圆及端面。

2)精车外圆及端面至尺寸要求。

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3)钻Φ224孔中心孔。 4)粗钻铰锪Φ224孔。

5)精钻铰锪Φ224孔至尺寸要求。 6)倒角C1.5。

工序三：(Φ22孔及工件下平面定位) 1)钻12-Φ22孔。 2)粗钻铰12-Φ22孔。

3)精钻铰12-Φ22孔至尺寸要求。 工序四：(Φ22孔及工件上平面定位) 1)钻6-M12螺纹孔。 2)粗铰6-M12螺纹孔。

3)精铰6-M12螺纹孔至尺寸要求。 4)所有面去锐边毛刺。 2.4 确定切削用量和工时定额

切削用量包括背吃刀量、进给速度或进给量、主轴转速或切削速度(用于恒线速切削)。其具体步骤是：先选取背吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度。(参考资料《数控加工工艺及设备》)

工时定额包括基本时间、辅助时间、地点工作服务时间、休息和自然需要时间以及准备终结时间。 2.4.1 背吃刀量ap的确定

根据零件图样知工件表面粗糙度要求为全部3.2，故分为粗车、半精车、精车三步进行。

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因此选择粗车的背吃刀量为3.5mm，半精车的背吃刀量取1.5mm，精车时背吃刀量取0.35mm。 2.4.2 进给量f的确定

由文献[10]表2.4-73，选择粗车时：fz=0.20mm/z;精车时：fz=0.5mm/z

2.4.3 切削速度vc的确定

由文献[10]表3.1-74，选择粗车时：主轴转速n=900r/min;精车时：主轴转速n=1000r/min。

因此，相应的切削速度分别为： 粗铣时：vc精铣时：vcdn10001690010001000m/min45.2m/min m/min62.8m/min

dn10002010002.4.4 工时定额的确定

根据夹具的设计，下面计算工序四中Φ10mm孔的时间定额。 (1)基本时间 由文献[8]得，钻孔的计算公式为： T基本式中：L1DcotKy(1~2); 2LL1L2 nf L21~4，钻盲孔时，L2=0; L=17，L2=0，f=0.3，n=1000;

101181.57.

5因此 L1cot22 所以 T基本177.500.082min

0.31000(2)辅助时间 文献[8]确定

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开停车 0.015min 升降钻杆 0.015min 主轴运转 0.02min 清除铁屑 0.04min 卡尺测量 0.10min 装卸工件时间由文献[8]取1min

所以辅助时间

T辅助=(0.015+0.015+0.02+0.04+0.10+1)min=1.19min (3)地点工作服务时间 由文献[8]确定

取3%，

(0.0821.19)3%min0.03815min

则T服务(T基本T辅助)(4)休息和自然需要时间 由文献[8]确定

取3%，

(0.0821.19)3%min0.03815min

则T休息(T基本T辅助)(5)准备终结时间 由文献[8]，部分时间确定

简单件 26min 深度定位 0.3min 升降钻杆 6min 由设计给定1000件，则

min

T准终/n(260.36)/1000min0.0323(6)单件时间

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T总T基本T辅助T休息T服务T准终0.038150.0323)min

(0.0821.190.038151.381min(7)单件计算时间

)min1.4129min

T单件T总T准终/n(1.3810.0323

2.5 各工序的设备、刀具、量具的设计

(1) 选择NC加工机床

根据2.3 工艺路线的设计的工序安排，由于零件的复杂性及加工部位多，故选择立式加工中心。加工内容有：车外圆、钻孔、铰孔及倒角等，所需刀具不超过20把。选用立式加工中心即可满足上述要求。

本设计选用FANUC 18i-MateMC系统XH714立式数控加工中心，如图1所示。

图1 XH714立式数控加工中心

(2) 机床主要技术参数

工作台面积(长×宽) 900×400 mm

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工作台左右行程(X向) 630 mm 工作台前后行程(Y向) 400 mm 主轴上、下行程(Z向) 500 mm 工作台最大承重 600 kg 主轴端面至工作台面距离 250—760 mm 主轴锥孔 MAS403 BT40 刀库容量 ≥12 把 刀具最大尺寸 φ100×250 mm 主轴最高转速 8000 rpm 进给速度 5-8000 mm/min 快速移动速度 20000 mm/min 主电机功率 7.5/11KW 定位精度 X:0.016 mm，Y、Z：0.014 mm全程 重复定位精度 X:0.010 mm，Y、Z:0.008mm全程 进给电机扭矩 FANUC 8 N.m 数控系统 FANUC 0i-MateMC 插补方式 直线插补、圆弧插补 (3)机床性能

XH714为纵床身，横工作台，单立柱立式加工中心机床;可以实现X、Y、Z任意坐标移动以及三坐标联动控制;X、Y、Z三坐标轴伺服进给采用交流伺服电机，运动平稳;X、Y、Z三轴采用进口精密滚珠丝杠副，及进口滚珠丝杠专用轴承支承;主轴采用交流伺服调速电机，其额定功率

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11KW;主轴最高转速为8000rpm。主轴轴承采用高速、高精度主轴轴承，油循环冷却;采用蝶形弹簧夹紧刀具，气压松刀;刀库为20把刀的斗笠式刀库，无机械手换刀。 2.6 工艺文件的设计

根据2.3 工艺路线的设计的工序安排，编出机械加工工艺过程卡片及工序卡片。见附表1~3：机械加工工艺过程卡片;附表4~7：数控加工工序卡;附表11~16：数控加工进给路线图。 2.7 数控加工刀具卡片的设计

根据2.3 工艺路线的设计的工序安排，编出机械加工刀具卡片。见附表8~10：机械加工刀具卡片。 2.8 数控编程

根据2.3 工艺路线的设计的工序安排，编出数控加工程序。见附表17：数控加工程序。

3 法兰盘钻Φ10孔夹具工序工艺装备的设计

3.1 夹具设计方案的设计

根据法兰盘的特点对夹具提出了两个基本要求：一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定。二是要能协调法兰盘零件与机床坐标系的尺寸。除此之外，重点考虑以下几点：

1、在成批生产时，才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。

2、夹具上个零件部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要敞开，其定位。夹紧原件不能影响加工中的走刀。

根据课题要求，批量生产1000件法兰盘零件，故需要设计专用夹具

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进行装夹。

3.1.1 夹具的定位方案的设计

工件定位方案的确定，首先应考虑满足加工要求。按基准重合原则，选用Φ18孔以及工件底平面作为定位基准，定位方案如图3-1所示。

平面机构自由度计算公式为：F3n2PLPH， 其中：n 为活动构件，n=N-1，N为构件; PL — 低副;

PH — 高副;

所以：F3n2PLPH322300

即2个支承钉及定位心轴限制工件的x、y方向的转动度以及z方向的移动度，可换圆柱销及可换菱形销限制工件的x、y方向的的移动度以及z方向的转动度。

图3-1 法兰盘的定位方案

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3.1.2 夹具的夹紧方案的确定

工件夹紧方案的确定，取工件的Φ55圆柱端面进行夹紧，采用六角厚螺母夹紧机构，如图3-2所示。采用六角厚螺母夹紧机构，在夹具设计过程中，以考虑工件的受力情况，故在Φ55圆柱端面与六角厚螺母之间增加平垫圈，平垫圈在此处起到缓冲、平衡受力及保护端面不受伤害的作用。采用六角厚螺母通过平垫圈将工件在侧面夹紧，其结构紧凑、操作方便。

图3-2 法兰盘的夹紧方案

3.1.3 夹具对刀装置方案的确定

因考虑零件的复杂性，故将夹具本次零件加工选择机床对刀点在工件

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坐标系的Φ95外圆上，这有利于保证精度，减少误差。

采用试切的对刀方法：具体步骤为该零件选择Φ95外圆为编程零点，本次试切首先选择零件的右侧面为试切点，左右拨动主轴，手轮移动X轴，使刀具微碰零件，此时记下X的机械坐标输入到G54或G55的X中，本次试切再选择零件的外圆顶点为试切点，上下拨动主轴，手轮移动Y轴，使刀具微碰零件，此时记下Y的机械坐标输入到G54或G55的Y中，至此，X，Y轴对刀完成;Z轴的对刀，如以工件外圆顶点为0点，将铣刀擦到工件表面，记下此时Z轴的机械坐标，输入到G54或G55中。 3.1.4 夹具与机床连接方案的设计

因考虑零件的加工复杂性，本套夹具选择孔系夹具，它的元件以孔定位，螺纹连接，元件定位精度高，夹具的组装简便，刚性好，又便于数控机床编制加工程序。

3.2 夹具的结构设计

在选择夹具体的毛坯的结构时，从结构合理性、工艺性、经济性、标准化的可能性以及工厂的具体条件为依据综合考虑。在《机床夹具设计手册》表1-9-1为各种夹具体毛坯结构的特点和应用场合。则选铸造结构，因为其可铸造出复杂的结构形状。抗压强度大，抗振性好。易于加工，但制造周期长，易产生内应力，故应进行时效处理。材料多采用HT15-30或HT20-40。在夹具体上还进行倒角，以便增加夹具的强度及刚度。

3.3 夹具的理论计算

3.3.1 定位误差的分析与计算

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本套夹具是定位误差主要是一面两孔定位所产生的，因此只需计算两定位销的定位误差即可。

1)确定定位销中心距及尺寸公差 取LdLD0.12mm0.04mm1313

故两定位销中心距为71±0.02mm 2)确定圆柱销尺寸及公差

取Φ11H8=Φ1

10.0060.017mm 3)参考文献[8]中表4-3选取菱形销的b1及B值

取b1=4mm，B=d-2=(11-2)mm=9mm 4)确定菱形销的直径尺寸及公差

取补偿值：a=Ld+LD=(0.06+0.02)mm=0.08mm，则

X2min2ab120.084mm0.053mmD2min12

所以d2maxD2minX2min(110.053)mm10.947mm

菱形销与孔的配合取h6，其下偏差为-0.011mm，故菱形销直径为

0.053 Φ10.94700.011mm=Φ110.064mm 0.053 所以d2maxΦ110.064mm 5) 计算定位误差

基准位移误差为：

YD1d1X1min[0.027(0.0060.017)(00.006)]mm0.044mm

转角误差为： arctanX1maxX2max(0.0270.017)(0.0270.064)0.135arctanarctan

2L271142 则314，双向转角误差为628。

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3.3.2 夹紧力的分析与计算

本套夹具靠六角厚螺母实现夹紧。因此，夹紧力的计算则在于六角厚螺母所需的力。

六角厚螺母夹紧力P按3.2公式计算：

TQrtanf ……………………………………………(3.2)

Q — 夹紧力，;

 — 螺纹升角，M16选229;

 — 螺纹摩擦角，=10;

 — 支撑表面摩擦力矩的计算力臂，选择d0155; f — 螺母支撑面的摩擦因素，选择f=0.178;

1313通过计算，M16孔定位的螺钉所需夹紧力为：T=180N 因为六角厚螺母需在两端进行夹紧，故夹紧力为双倍。 因此总共所需夹紧力为：T总=2T=180N×2=360N

3.4 夹具的使用操作说明

本夹具用于加工法兰盘的∅11孔(工件材料45钢)。工件以∅32和∅16孔、∅11孔分别在定位心轴

8、可换定位销7及可换定位销9上定位，通过在定位心轴8上旋动六角厚螺母4使平垫圈3接触工作，从而达到夹紧工件的效果。

18 湖南科技大学潇湘学院专业模块课程设计

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4 数控加工零件的三维仿真图

图4-1 钻6-M12螺纹孔

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制定输出连接法兰数控加工工艺

4 数控加工零件的三维仿真图

图4-4 铰12-Φ22孔

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制定输出连接法兰数控加工工艺

4 数控加工零件的三维仿真图

图4-6铣侧槽

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5 结论

(1)通过对零件和夹具的三维造型，实战练习了UG三维造型软件的造型模块和AtuoCAD工程图模块，加深了AutoCAD二维软件的操作和理解。

(2)通过对夹具的理论计算，证明本套夹具具有可行性。 (3)通过对零件的加工仿真，证明数控加工程序具有可行性。 (4)通过对夹具的三维建模，证明夹具的设计具有可行性。 (5)对使用Office办公软件时，还需要多加熟练。

(6)在进行UG三维建模时，了解了计算机辅助制图编程软件的功能及使用方法。

(7)在用Auto CAD、UGNX7.0等软件时，还需要多熟练快捷键的使用，从而提高效率。

(8)设计过程中应用到的材料力学、机械原理、机械设计、数控编程等方面的知识。通过设计，加深了对所学知识在脑海中的印象，并提高了在实际中应用所学知识的能力。

同时，也认识到数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，是制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国际民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。

22 湖南科技大学潇湘学院专业模块课程设计

制定输出连接法兰数控加工工艺

参考文献

[1] 洪如瑾.UG NX4 CAD快速入门指导.清华大学出版社，2006. [2] 毕承恩等.现代数控机床(上、下册).北京：机械工业出版社，1993. [3] 数字化手册编委会.机床夹具设计手册.机械工业出版社，2004. [4] 李福生等.实用数控机床技术手册.北京：北京出版社，1993. [5] 于华等.数控机床的编程及实例.北京：机械工业出版社，1996. [6] 朱耀祥等.现代夹具设计手册.北京：机械工业出版社，2009. [7] 夏伯雄.数控机床的产生发展及其趋势[J].精密制造与自动化.2008. [8] 赵长明等.数控加工工艺及设备.北京：高等教育出版社，2008. [9] AMT Statistical Department.1998-1999 Economic Handbook of the Machine Tool Industry.1998. [10] 李洪等.机械加工工艺手册.北京.北京出版社，1990.

23 湖南科技大学潇湘学院专业模块课程设计

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附录

附录1.机械加工工艺过程卡片 附录2.机械加工工艺过程卡片 附录3.机械加工工艺过程卡片 附录4.数控加工工序卡 附录5.数控加工工序卡 附录6.数控加工工序卡 附录7.数控加工工序卡 附录8.数控加工刀具卡片 附录9.数控加工刀具卡片 附录10.数控加工刀具卡片 附录11.数控加工进给路线图 附录12.数控加工进给路线图 附录13.数控加工进给路线图 附录14.数控加工进给路线图 附录15.数控加工进给路线图 附录16.数控加工进给路线图 附录17.数控加工程序 附录18.法兰盘二维图及三维图

附录19.法兰盘钻Φ10孔专用夹具装配图 附录20.专用夹具中夹具体二维图 附录21.专用夹具中可换圆柱销二维图 附录22.专用夹具中可换菱形销销二维图 附录23.专用夹具中定位心轴二维图

24

第三篇：螺旋千斤顶设计计算说明书

精04 张为昭 2010010591

目录

一、 基本结构和使用方法-----------3

二、 设计要求---------------------3

三、 基本材料选择和尺寸计算-------3

(一)螺纹材料和尺寸---------3

(二)手柄材料和尺寸---------8

(三)底座尺寸---------------9

四、 主要部件基本尺寸及材料-------9

五、 创新性设计-------------------9

2

一、 基本结构及使用方法

要求设计的螺旋千斤顶主要包括螺纹举升结构、手柄、外壳体、和托举部件几个部分，其基本结构如下图所示：

AA

该螺旋千斤顶的使用方法是：将千斤顶平稳放在木质支承面上，调整千 斤顶托举部件到被托举重物合适的托举作用点，然后插入并双手或单手转动 手柄，即可将重物举起。

二、 设计要求

(1) 最大起重量：Fmax25kN; (2) 最大升距：hmax200mm; (3) 可以自锁;

(4) 千斤顶工作时，下支承面为木材，其许用挤压应力：[p]3MPa; (5) 操作时，人手最大可以提供的操作约为：200N。

三、 基本部件材料选择及尺寸计算

(一)螺纹材料和尺寸

考虑到螺旋千斤顶螺纹的传力特性选择的螺纹类型为梯形螺纹。 (1) 材料选择

千斤顶螺杆的工作场合是：经常运动，受力不太大，转速较低，故材料选用不热处理的45号钢。千斤顶螺母的工作场合是：低速、手动、不重要，故材料选用耐磨铸铁HT200。 (2) 螺杆尺寸设计

螺旋副受力如下图所示：

1、耐磨性设计

由上图螺旋副的受力分析可知，螺纹传动在旋合接触表面的工作压力为：

pFPF d2hHZd2h其中，轴向载荷：F=25kN。螺纹高：h，由选择螺纹的公称直径确定。

为了方便满足自锁性要求，采用单头螺旋，一般旋合圈数：Z10。

为方便计算，设螺纹参数中间变量：高径比耐磨性的要求是：

p[p]

H。 d2其中[p]为满足耐磨性条件时螺纹副的许用压力。对于钢-铸铁螺纹螺母材料，由于千斤顶的工作速度较低，可认为滑动速度不大于3m/s。千斤顶中螺母为整体结构，螺母磨损后不能调整，但螺母兼作支承作用，故设计时可先认为 f=2.5，则可取此时的许用压力[p]为17MPa。

由螺旋副接触表面压力公式及耐磨性公式得到耐磨性设计公式：

d2FP h[p]对梯形螺纹，

h0.5，代入上式求得： Pd2³19.352mm

查国标选梯形螺纹为公称直径d为Tr36，导程P为10mm，中径d2=31mm满足要求。代入高径比计算公式：

f=HZP==2.5 d2d2求得实际旋和圈数Z=7.75。

故暂定螺纹尺寸是公称直径d为Tr36，导程P为10mm，旋合 圈数Z=7.75。

2、强度设计

已知最大载荷为25kN，则在载荷最大时，螺杆受到扭矩：

dTmax=Fmax2tan(g+rn)

2其中螺纹中径：d2=31mm; 螺纹升角：g=arctannP»5.863°; pd2当量摩擦角：rn=arctanfn; 当量摩擦系数：fn=fcosa。

2由于螺杆-螺母为钢-铸铁材料，考虑到千斤顶既有稳定自锁，又有上升运动过程，故取摩擦系数f=0.14。又由于采用梯形螺纹，故牙型角a=30°。

联立以上各式解得螺杆受到的最大扭矩：

Tmax»97.408N×m

已知小径：d1=25mm，则由第四强度理论，危险截面应力：

sca=(4Fmax2Tmax2)+3()»74.220MPa 23pd10.2d1 已知45号钢屈服强度为355MPa，载荷稳定故取许用当量应

力：

[s]=ss4=88.75MPa

则有：sca<[s]，即已选定螺纹可以达到强度条件。

3、自锁性设计

千斤顶由于其用途，要求具有自锁功能。由于自锁是针对停止状态所说，故摩擦系数f可取较大值0.14，由强度设计中的计算结果，此时当量摩擦角：rn»8.247°大于螺旋升角：g=arctan

nP»5.863°，所以自锁性条件可以满足。 pd25

4、稳定性设计

稳定性条件：

Sc=Fcr³[S] Fmax由于千斤顶为传力螺旋，故取安全系数[S]=3.5。

由千斤顶结构，螺杆端部结构为一端固定，一自由式支承，长度 系数m为2.0。要求最大升距hmax为200mm，由装配图测量得到此 时从支承螺母中心到千斤顶顶部的等效长度L为325mm，螺杆的 柔度：

4L104 d1已知使用45号钢且不做热处理，则临界载荷：

2EIa2Ed12Fcr89.585kN (L)2(L)264Sc3.583.5故稳定性条件可以满足。

综上所述，螺杆选择Tr36，导程P=10mm即可满足设计条件。

(3) 螺母尺寸设计

由螺杆中的设计，将旋和圈数Z定为7.75。一般来说螺母只需校核螺纹牙即可，而且由于螺母材料为铸铁，强度小于螺杆材料，故只需要校核螺母螺纹牙的剪切强度、弯曲强度和抗挤压强度即可，螺杆上的螺纹牙强度则不用校核。螺母螺纹牙受力如下图所示：

1、剪切强度校核

剪切强度条件：

t=Fmax£[t] Zpdb其中旋合圈数：Z为7.75; 螺纹公称直径：d=36mm; 螺纹牙根部厚度：b=0.65P=6.5mm。 耐磨铸铁许用剪切应力取为：[t]=40MPa。

代入各项数据得上述剪切强度不等式成立，即剪切强度满足要求。

2、弯曲强度校核

弯曲强度条件：

sb=其中牙高：h=5.5mm;

3Fmaxh£[sb] 2Zpdb耐磨铸铁许用弯曲应力取为：[sb]=50MPa。

代入各项数据得上述弯曲强度不等式成立，即弯曲强度满足要求。

3、抗挤压强度校核

由螺母螺纹牙受力图可得平均挤压应力：

a2=Fmax»6.023MPa sp=aZpd2hZpd2h/cos2Fmax/cos 已知螺母许用挤压应力：[sp]»1.5[sb]=75MPa，显然满足

sp<[sp]的抗挤压强度准则。

4、螺母外部尺寸设计

由基本结构图可以看到，螺母的外部形状可以看作是两个半径不同的同心圆柱连接在一起，这样设计的目的是保证螺母的定位。为了保证千斤顶的正常工作，需要设计这两个圆柱的尺寸以使其在工作中不会失效。

由前述计算已知的螺母尺寸为：H=ZP=77.5mm，圆整后高度H=78mm，内螺纹大径D4=37mm。设螺母外部形状：小圆柱外径为D1=60mm，大圆柱外径为D2及小圆柱的高度为H1未知待求。

为防止大圆柱与千斤顶壳体的接触面被压坏，需要满足：

Fmax

sp=£[s]p2p(D2-D12)/4

对耐磨铸铁HT200，许用的抗压应力[sp]=设计大圆柱外径为：

1.5sb=100MPa,最后 3D280mm

为了防止大圆柱突出部分被剪断，需要满足：

t=Fmax£[t]

pD1(H-H1)对耐磨铸铁许用剪切应力为40MPa，最后设计小圆柱高度为：

H1=60mm

7 综上所述，螺旋千斤顶的螺纹选为公称直径d为Tr36,导程P=10mm。此

时螺母高度H=78mm，螺母外部小圆柱外径60mm，高60mm，大圆柱外径80mm。 小圆柱表面与外壳体之间有基轴制配合关系，故选其公差带为h7。查标准 得：所选螺纹配合为中等旋合长度。由于千斤顶为中等精度机械设备，故查 标准得内螺纹公差带为6H，外螺纹公差带为6g。螺母外部小圆柱装配时对 精度要求不高，圆柱度公差取为9。螺母外部小圆柱与内部螺孔需要有一定 同轴度以保证千斤顶工作正常，但形位度要求不高，取同轴度公差为9。螺 母外部小圆柱轴线与大圆柱和外壳体的接触面还有垂直度的要求，也取公差 为9。整个螺母接触面都较重要，表面粗糙度Ra值选为3.2，未接触面Ra 可选为12.5以降低加工成本。

(二)手柄材料及尺寸 (1) 材料选择

综合考虑成本和强度，手柄的材料选用普通未经热处理的45号钢。 (2) 长度设计

由螺杆的强度设计可知，手柄需要提供最大97.408Nm的扭矩，则 手柄的有效作用长度应为：

TL=max»488mm

200N在实际设计中，由于手柄还要满足插入螺杆上部接头的要求，同时考虑 到千斤顶本身运动部件具有摩擦力，因此实际设计长度还要在此长度上 加上一部分，最终应设计长度为520mm。 (3) 直径设计

手柄在操作时会受到剪力和弯矩的作用，最大操作力为200N,最大扭矩为97.408Nm，则力的分布图如下所示：

剪力图

弯矩图

可见，危险截面在手柄与螺杆接头处。

8 手柄的材料选为未经热处理的45号钢，设计手柄直径为D，则危险截面最大剪应力：

4200N t=23pD/4 危险截面最大弯曲正应力：

97.408N×m s=30.1D由第四强度理论，要使手柄正常工作，需要满足条件：

sca=s2+3t2£[s]

当安全系数为2时，许用应力[s]=600MPa=300MPa,代入第

s2 四强度理论计算式，并联立剪应力、切应力计算公式，求得手柄直径：

D=15mm 综上所述，手柄长520mm，直径15mm。

(三)底座尺寸

千斤顶使用时的下支承面为木材，许用挤压应力为3MPa，则由抗击压强度准则：

Fsp=max£[sp]=3MPa

S=其中S为下支承面尺寸，解上述不等式，得S³8334mm2，为满足易于组

sb装及各方向受力均匀的要求，选择下支承面为环形结构，内径尺寸为100mm可以满足准则要求，综合考虑到千斤顶本身具有的重量、体积和使用时的稳定性，将外径尺寸设计为180mm。

综上所述，下支承面设计为环形，内径100mm，外径180mm。

四、 主要部件基本尺寸及材料

(1) 螺杆螺纹：Tr36´10-6g，45号钢;

(2) 螺母螺纹：Tr36´10-6H，HT200耐磨铸铁; (3) 手柄：长度500mm，直径15mm，45号钢;

(4) 底座：外径180mm，内径100mm，HT200灰铸铁。

五、 创新性设计

(1) 手柄加上橡胶手柄球而非普通塑料手柄球，既节约成本，又易于拆卸，减少千斤顶存放的体积;

(2) 为了携带方便，给千斤顶外壳加上把手; (3) 为提高外壳强度，给外壳加上肋板;

(4) 为了使用过程中省力，在托举部分和旋转的螺杆间加入推力轴承51105，并在相关旋转部件处涂润滑油以减小使用阻力; (5) 为了增强千斤顶对托举点形状的适应能力，将托举部件顶部由杯状改成平顶，同时为了减小对被托举物的损害，给托件部分加上橡胶保护套;

9 (6) 在千斤顶底部设计成密封用的橡胶盖，使千斤顶在存放时，螺旋运动部件免受灰尘侵扰。

第四篇：儿童板式凳子设计

家具设计与模型制作

板式家具造型设计实践

学业报告书

儿童板式凳子设计

一、作品名称

蝴蝶板式凳子设计

二、设计目标

1、美观，孩子喜欢

2、便于孩子使用

三、前期调研(网络)

调研内容：

1. 搜集儿童凳子资料

2. 孩子们喜欢小板凳的类型。孩子们通常喜欢颜色鲜艳切平时生活中见过或者是电视上卡通人物 3. 3~6岁幼儿身高体重参考标准： 3~4岁 男孩：身高：94.9-111.7厘米 体重：12.7-21.2公斤 女孩：身高：94.1-111.3厘米 体重：12.3-21.5公斤 4~5岁 男孩：身高：100.7-119.2厘米 体重：14.1-24.2公斤 女孩：身高：99.9-118.9厘米 体重：13.7-24.9公斤 5~6岁 男孩：身高：106.1-125.8厘米 体重：15.9-27.1公斤 女孩：身高：104.9-125.4厘米 体重：15.3-27.8公斤

4.了解制作凳子的过程 5.凳子的尺寸

四、设计灵感

孩子们通常喜欢颜色鲜艳切平时生活中见过的小动物或者是电视上卡通人物。所以我设计了一款小动物蝴蝶的凳子，既有可爱的图案又没有棱角，美观，安全且实用。

五、设计方案

1、功能设计

用于孩子平时玩耍累了休息，没有棱角可以站立，板面和腿之间还有一层隔板，可以放置东西。

2、色彩设计

蝴蝶主要是由粉红色构成，板面是棕色的，板腿是浅棕色的。蝴蝶面中间还加入了青蛙的造型

3、材料设计

木板凳的使用素材为原色木材。木材的加工性能好，可以锯、刨、铣、车、雕，是一种具有优良造型特征的工程材料，对于强调形态艺术特征的家具来说，无疑是首选材料。人造板除具有木材所有的加工特征外，还具有幅面大、可进行表面二次加工的特点，从而赋予了人造板材料表面更大的可塑造性，丰富了家具产品形态类型。

4、 结构设计

采用榫卯结构。凳身轻而小，结构简单，稳固。易于制作成本低。

家具设计与模型制作

板式家具造型设计实践

学业报告书

六、设计过程

1、设计草图

2、手绘效果图

造型

颜色

3、3D效果图

家具设计与模型制作

板式家具造型设计实践

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4、CAD尺寸图

家具设计与模型制作

板式家具造型设计实践

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5、使用场景图 家具设计与模型制作

板式家具造型设计实践

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七、设计特色

随着生活条件的改善，椅子、沙发在每个人家中都可以见到且种类繁多，小孩子是哟用的小板凳似乎已不见踪影。不过相对沙发、椅子来说，小板凳更加灵活，而且可以随意活动小孩子也可以搬动。本方案的板凳简单小巧，结构简单，稳固。易于制作成本低。颜色鲜艳，容易吸引孩子的目光从而使孩子喜欢。

八、心得体会

1、收获

经过本次设计我有了初次设计家具的体验和设计家具的经验，进一步了解和消化人体工程学所涉及的内容，还懂得了孩子们喜欢的类型，以及3到6岁的孩子身高体重的变化，心里等等。

2、心得体会

板凳的设计由构想到实物，需要多次构思并记录构思内容画出草图，然后从中挑出好的想法去深化处理。我通过网络，书籍和课上所学完成了此次方案。过程很挫折，有些软件长时间没有使用生疏了许多，经过几次尝试才做出模型，从而完成最初的设计。完成了这次设计感触颇多，设计不是说设计就设计的，而是需要前期的构思中、中期的深化构思及处理、后期的建模处理和优化处理。所以做好设计不仅需要有好的构思，还要有熟练地软件操作能力。还有就是板凳的长，宽，高或某一布局的实际尺寸，在使用中要以人体工程学为主。

3、作品展望

随着经济的发展，家长越来越重视儿童用品并随着儿童家具市场的进一步增长，儿童家具越来越多样话，首先，安全问题是儿童家具首要考虑的问题，由于儿童好动的天性，板凳在设计上棱角之处被处理得比较圆滑，以防孩子在奔跑中碰伤。健康环保也是目前儿童家具最为重要的一个关注点，板凳使用的木制材料既环保又健康。还有就是儿童板凳的造型上的要求，随着时代的变迁板凳家具设计与模型制作

板式家具造型设计实践

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早造型也要随着时代而进步，也要有突破。板凳的功能除了可以使孩子得到休息，还可以进行其他方面功能的突破。希望我的小板凳可以给孩子们带来健康，安全的生活。

第五篇：螺旋千斤顶设计计算说明书PB12009032-杜文文

《精密机械设计基础》大作业

螺旋千斤顶 设计计算说明书

PB12009032 杜文文

目录

1.设计题目......................................................2 2.设计任务......................................................2 3.设计要求......................................................2 4.工作原理及结构简图............................................3 5.螺杆设计......................................................4 6.螺母设计......................................................7 7.手柄设计......................................................8 8.底座设计......................................................9 9.托盘设计......................................................9 10.参考资料.....................................................10

一.设计题目

螺旋千斤顶

最大起重量：

Qmax=10kN， 最大升距：

Hmax=200mm

二.设计任务

1.设计计算说明书一份(10页，3000字)。 2.装配图一张(1号)，主要零件图。

(螺杆、螺母、支座等)

3.选择螺旋材料，设计螺旋尺寸，

校核螺旋自锁条件、强度和稳定性。 4.选择螺母材料，

设计螺纹圈数和螺母其它部分尺寸。 5.确定手柄的截面尺寸和长度。 6.要求运动轻便灵活。

7.设计其它部分的结构和尺寸。

三.设计要求

1.装配图

a.视图符合国家标准，装配关系正确，结构布置合理，能满足设计要求。

b.正确标注装配尺寸及轮廓尺寸，主要配合尺寸要标注配合精度。

c.列出零件明细表及标题栏，提出必要的装配技术要求。 2.零件图

a.零件图表达完整合理，比例合适，尺寸形状与装配图一致。

b.尺寸标注完整合理，标注粗糙度、尺寸公差、材料、热处理和技术要求等。 3.写出设计计算说明书(16开纸10页3000字左右)应包括:

a.设计任务和设计原始数据;

b.结构方案的分析和选择(结构,牙形,材料,强度,失效,安装,工艺,标准化等);

c.设计计算应参考有关资料按步骤进行，写明计算公式，代入原始数据，写出结果和单位。计算公式和设计参数标明来源[1],[2]...。 d.列出参考资料[1],[2]...。

四.工作原理及结构简图

从图中可以看出，千斤顶的工作原理是：通过螺杆和螺母组成的螺旋副来实现将物体有低处向高处的传送的，并使托杯中的物体做直线运动，从而实现我们的传动要求。其中，螺母固定，当手柄旋动的时候，螺杆通过与螺母的螺旋副的运动，螺纹之间产生自锁，使装有重物的托杯往上运动。

从其工作原理中可以看出，这对螺杆与螺母螺纹的耐磨性、稳定性等要求较高，同时对底座及其他相应材料的强度也有一定的要求。

其机构特点是简单易操作，便宜制造。

五.螺杆设计

1.材料选择

螺杆材料常用Q2

35、Q27

5、40、

45、55等。这里我选45钢。

2.螺杆结构选择

(1)螺旋传动选择：螺旋传动按其螺旋副的摩擦性质不同，分为滑动螺旋副，滚动螺旋副和静压螺旋副。滑动螺旋副结构简单，便于制造，易于自锁，所以螺旋千斤顶选择滑动螺旋副。

(2)滑动螺旋采用的螺纹类型有矩形、梯形和锯齿形。其中以梯形和锯齿形螺纹应用最广。本设计中千斤顶的螺纹选择梯形螺纹，并为右旋的方式。因为其内外螺纹以锥面贴紧不易松动，对中性好，并牙根强度高，同时采用单线螺纹，螺纹的自锁性也比较高。

3.螺杆尺寸设计及校核

(1)按耐磨性计算螺纹中径

利用教材表9-1，由螺旋副材料得许用压强[P]=18～25 Mpa，取为均值18Mpa;螺距为P;螺纹工作高度为h=0.5P;ζ=H/d2;采用整体式螺纹，ζ=1.2-2.5，则取ζ=1.4;而千斤顶载荷10KN，Fa=10000N;则：

d2≥FP = hζp10000FP =15.9mm;

0.53.141.4181060.5Pζp根据计算得的错误!未找到引用源。选择螺纹及螺杆的尺寸(GB/T 5796.2-2005，GB/T 5796.3-2005，)：

螺距(外螺纹)P=4mm;公称尺寸d=20mm;中径错误!未找到引用源。=18mm;外螺纹小径d3=15.5mm; 查询机械设计手册(第五版)12篇第一章螺旋传动，依次计算得轴的径向尺寸：

D=32mm; D1=14mm; D2=30mm;

(2)螺杆轴向尺寸设计(参考 图12-1-2)

工作行程为200mm;

则轴向从上依次取：l1=12mm;h1=26mm; 螺母高度H=ζ*d2=25.2mm,取26mm; 此时螺母螺纹圈数Z=H/P=6.5;

则轴的螺纹部分长度l2200+24mm,取230mm; 螺纹退刀槽取2mm;

螺杆轴端螺钉为标准件，取M610， (3)螺纹自锁校核

自锁条件是v，式中：为螺纹升角;v为螺旋副当量摩擦角，v=arctanfv，当螺旋副材料为钢对青铜时取f0.08～0.10,n=1;fv1.155f0.104;

=arctan(n*P / d2)=arctan(1*4/3.14/18)4.05°

v=arctan0.1045.94° <5.94°，所以满足自锁条件. =4.05°

(4)螺杆强度校核

由机械设计手册(第五版)表12-1-3，螺纹摩擦力矩： 45号钢屈服极限S355Mpa;

Mt1=1/2*d2*Ftan(+V)=0.5×18×10000×tan(4.05°+5.94°)=15853 N·mm; 带入表12-1-2中式4：

4FT cad230.2d311对45号钢： 22故 s3~5s435588.75MPa4

ca88.75Mpa符合强度要求。 (5)稳定性校核

在正常情况下，螺杆承受的轴向力

410103158533F必须小于临界载荷Fcr。则螺杆稳3.1415.520.215.5364.56MPa定性条件为：

22Ssc 又临界载荷可按欧拉公式计算，即

FcrSs F2EIa FscL2d化简为：Facm32;

L4d344同时，m2mm ，取m2.510; 644Fac36075N 又螺杆的稳定性安全系数Ss为：2.5-4，则：

SscFsc360753.6Ss F10000由上式可知，本设计满足螺杆的稳定性设计。

六.螺母设计

1.螺母材料选择为铸锡青铜

则：许用应力b40～60Mpa，30～40Mpa; 其挤压许用应力为：1.4b56～84Mppa，取其平均值为70Mpa; 拉伸许用应力为：0.832b32.28～49.92 Mpa，取其平均值为41.1Mpa。

2.螺母尺寸设计：

根据图12-1-2：H=26mm;D2=30mm;D3=42mm;b=6mm;内螺纹大径D4=20.5mm;D1=16mm;

3.强度校核

(1)螺纹牙强度校核

梯形螺纹的螺纹牙根部宽度b0.65P0.6542.6mm 青铜螺母的30~40MPa 考虑剪切强度

F101039.19MPa，所以满足条件 33D4bZ3.1420.5102.6106.5

(2)螺母凸缘拉伸强度校核 拉伸应力：  1.2FD422d21.210000(3010432)(20103)230.56Mpa，满足条件

螺母凸缘与底座接触表面的挤压强度：

pF42(D3D2)242104101033230103214.7MPap，

满足条件;

七.手柄设计

1.手柄材料

由于螺旋千斤顶是手动产生力矩，普通碳素钢即可满足强度要求，这里手柄材料选择Q235,许用弯曲应力120Mpa; 2.由前面知道，驱动螺旋运动的驱动力矩

T1=Mt1=1/2*d2*Ftan(+V)=0.5×18×10000×tan(4.05°+5.94°)=15853 N·mm; 同时考虑托杯与螺杆间的摩擦力矩

1D3D1;其中f取0.1-0.12; T2Ff223DD11323143312087Nmm 则T210100.123321423而通常人手施加的力Fb取100N;

故手柄长度L(T1T2)Fb(1585312087)100279.4mm，取280mm; 3.手柄直径设计 考虑手柄弯曲应力：

aTWaa32TT (材料力学第6章) 3132d13227940d13312010613.3mm，取15mm; 4.锁定手柄的球状螺钉

为方便手持，球直径取25mm，螺钉M48;; 八.底座设计

1.材料

底座需要较好的抗压强度，选用灰口铸铁即可 2.尺寸设计

由于该千斤顶为最大起重10KN，壁厚一般取8-10mm，取10mm; 斜度取1:10;底座下底D5取80mm;则各部分尺寸可以计算得到：

D41.4D598mm，取112mm

螺母凸缘直径D3=42mm;底座上底宽度取60mm则底座高度 底座厚度S(1.52)15mm;

HdD5D3斜度SHb(8060)1015266235mm;

九.托盘设计

1.材料

托盘相对比较薄，需要承受较大的弯曲应力及压应力，且与载重接触面间摩擦很大，需要有较低缺口灵敏性，因此选择铸钢ZG230-450;

2.尺寸

由前面的参数的托盘参数：

厚度1取8mm;D1=14mm;h=D=32mm;底面直径Df=螺杆D直径除去倒角， 取30mm;

为了增加稳定性，斜度取1:4，则支撑面直径DWDf2h1; 446mm在工作面上开槽减少加工面大小：槽数取4;宽度取10mm;

参考资料

1.《精密机械设计》.庞振基、黄其圣.机械工业出版社 2.《Mechanics of materials fifth eddition》R.C.HIBBELER. 3.《工程材料及成型技术》.林建榕.高等教育出版社. 4.《机械设计手册(第五版)》第3卷. 5.《金属工艺学》.邓文英.郭晓鹏.