I本科畢業(yè)設計（論文）題 目 起重機壓繩機構設計 姓 名 專 業(yè) 學 號 指導教師 鄭州科技學院電氣工程學院二○一六年五月II摘要起重機械是一種間歇作業(yè)方式對物料進行起升、下降和水平移動的搬運機械。起重機械作業(yè)通常是重復循環(huán)的，一個完整的作業(yè)循環(huán)一般包括取物起升、平移、下降、卸載等環(huán)節(jié)。經(jīng)常起動、制動、正反向運動是起重機械的基本特點。由于起重機工況復雜，為了防止意外事故發(fā)生，所以急需設計壓繩機構。近些年來，伴隨著我國固定資產(chǎn)投資的飛速增長、基礎設施建設和大型項目的不斷上馬，使得我國工程機械行業(yè)獲得了空前的發(fā)展，也受到了人們越來越多的關注。我國的起吊機制造商與歐美的競爭對手相比在技術上還存在著差距，在產(chǎn)業(yè)鏈條，產(chǎn)品結構方面也存在著一定的劣勢，但這并非遙不可及。更主要的是，我國在這一領域從未放棄過自主研發(fā)，而且已經(jīng)具備了相當大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，創(chuàng)造了幾個蜚聲全球的知名品牌。 本課題研究的主要內(nèi)容有：起重機壓繩機構方案的擬定與選擇、起升機構總體設計、壓繩機構類型選擇、緩沖器的選用，另外，本課題還從性價比等方面的因素來選擇或設計了電動機、帶的類型、壓繩機構的設計、緩沖器等一些部件和機構。 關鍵詞:起重機械,起重機壓繩機構,總體設計,壓繩機構IIIAbstractLifting is an intermittent job of materials lifting way down and horizontally moving handling machinery. Lifting operations are usually repeated cycles, a complete operating cycle generally includes extracts lifting, translation, down, unloading and other links. Often starting, braking, forward and backward movement is the basic characteristics of lifting machinery.In recent years, with the rapid growth of China's fixed asset investment, we continue to be launched infrastructure and large-scale projects, so that China's construction machinery industry achieved unprecedented development, but also by the people more and more attention. Our lifting machine manufacturer compared to European and American competitors in technology, there are still gaps in the industrial chain, product structure there are also some disadvantages, but it is achievable. More important it is that China has never given up in this area of independent research and development, and already has a fairly large industrial scale, created several world renowned brands.The main contents of the research are: to develop and select vertical lifting body of the program, the overall design of the lifting mechanism, reducer type selection, the choice of the buffer, in addition, this issue also be selected or designed from factor cost and other aspects of the electric motor type belt, gear design, buffer and some other components and agencies.Keywords: lifting machinery, lifting machines, general design, speed reducer目錄摘要 IIAbstract.III第 1 章 緒論 .11.1 起 重 機 概 念 及 知 識 11.2 起 重 機 發(fā) 展 及 存 在 問 題 .11.3 未 來 發(fā) 展 趨 勢 .11.4 起 重 機 的 結 構 組 成 21.5 性 能 參 數(shù) .4第 2 章 初 步 計 算 .72.1 鋼 絲 繩 的 選 擇 .72.2 滑 輪 壓 繩 機 構 的 計 算 7第 3 章 壓 繩 機 構 計 算 93.1 solidwork 三維軟件介紹 93.2 三維零件效果圖 .133.3 三維總裝配效果圖 .173.4 彈簧設計計算 .18第 4 章 卷 筒 軸 的 計 算 234.1 初定卷筒軸的最小直徑 .234.2 卷筒軸的結構設計 .234.3 卷筒軸的結構布置 .244.4 受力分析、彎距的計算 .244.5 作受力、彎距和扭距圖 .254.6 按彎扭合成應力校核卷筒軸的強度 .254.7 校核卷筒軸承和計算壽命 .26第 5 章 鍵 連 接 的 選 擇 和 計 算 .27第 6 章 滾 動 卷 筒 軸 承 的 選 擇 和 計 算 28總論 .31參考文獻 .32致謝 .331第 1 章 緒論1.1 起 重 機 概 念 及 知 識二十世紀以來，由于鋼鐵、機械制造業(yè)和鐵路、港口及交通運輸業(yè)的的發(fā)展，促進了起重運輸機械的發(fā)展。對起重運輸機械的性能也提出了更高的要求?，F(xiàn)代起重運輸機械擔當著繁重的物料搬運任務，是工廠、鐵路、港口及其他部門實現(xiàn)物料搬運機械化的關鍵。因而起重機的金屬結構都用優(yōu)質(zhì)鋼材制造，并用焊接代替鉚接，不僅簡化了結。橋式起重機的橋架沿鋪設在兩側高架上的軌道縱向運行，起重小車沿鋪設在橋架上的軌道橫向運行，構成一矩形的工作范圍，就可以充分利用橋架下面的空間吊運物料，不受地面設備的阻礙。橋式起重機泛地應用在室內(nèi)外倉庫、廠房、碼頭和露天貯料場等處?？s短了工期，而且大大地減輕了自重，焊接結構是現(xiàn)代金屬結構的特征。我國是應用起重機械最早的國家之一，古代我們祖先采用杠桿及轱轆取水，就是用起重設備節(jié)省人力的例子。幾千年的封建統(tǒng)治年代，工業(yè)得不到發(fā)展，我自行設計制造的起重機很少，絕大多 70 年代，起重機的類型、規(guī)格、性能和技術水準獲得了很大的發(fā)展，除了滿足國內(nèi)經(jīng)濟建設對起重機日益增長的需要外，還向國外出口各種類型的高性能。1.2 起 重 機 發(fā) 展 及 存 在 問 題上個世紀 70 年代以來，隨著生產(chǎn)和科學技術的發(fā)展，起重機械在品種及質(zhì)量上都得到了極其迅速的發(fā)展。隨著國名經(jīng)濟的快速發(fā)展，特別是國家加大基礎工程建設的結構件和機器設備的重量也越來越大，特別是大型水電站、石油、化工、路橋、冶煉、航天以及公用民用高層建筑的安裝作業(yè)的迫切需要，極大的促進了起重機、特別是大型起重機的發(fā)展，起重機的設計制造技術得到了迅速發(fā)展。隨著起重機的使用頻率、起重量的增大，對其安全性能、經(jīng)濟性能、效率及耐久性性等問題，也越來越引起人們的重視，并對設計理念、方法及手段的探討也日趨深入。由于在起重機設計中采取常規(guī)設計方法時，許多構件存在不合理性，進而影響整個設備性能。計算機技術的應用在很大范圍內(nèi)解決了起重機的設計問題，尤其是有限元分析方法與計算機技術的結合，為起重機結構的準確分析提供了強力的有效手段，在實際工程已日益普及，且今后的結構分析從孤立的單獨構件轉變到結構系統(tǒng)的整體空間分析。1.3 未 來 發(fā) 展 趨 勢由于生產(chǎn)發(fā)展提出新的使用要求，起重機的種類、形式也需要相應地發(fā)展和創(chuàng)新，性能也需要不斷變化與究善。由于現(xiàn)代化設計方法的建立和計算機輔助設2計等現(xiàn)代設計手段的應用，使起重機設計思維觀念和方法有了進一步的更新，其它技術領域和相鄰工業(yè)部門不斷取得的新科技成果在起重機上的滲透、推廣應用等，更使起重機的各方面不斷地豐富更新。因此，起重機向現(xiàn)代化、智慧化、更安全。今后的發(fā)展主要表現(xiàn)在如下幾個方面：（1）產(chǎn)品大型化，高速化和專用化。由于工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，生產(chǎn)效率日益提高，以及產(chǎn)品生產(chǎn)過程中物料裝卸搬運費用所占比例逐漸增加，促使大型或高速起重機的需求量不斷增長，起重量越來越大，工作速度越來越高，并對能耗和可靠性提出更高的要求。目前世界上最大的履帶起重機起重量 3000t，最大的橋式起重機起生日一 1200t，集裝箱岸連裝卸橋小車的最大運行速度已達 350m/min，堆垛起重機級最大運行速度240m/min，垃圾處理用起重機的起升速度達 100m/min。（5）產(chǎn)品組合成套化、集成化和柔性化在起重機單機自動化的基礎上，通過計算機把各種起重運輸機械組成一個物料搬運集成系統(tǒng)，通過中央控制室的控制，與生產(chǎn)設備有機結合，與生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合。（6）產(chǎn)品構造新型化、美觀化和實用化結構方面采用薄壁型材和異形鋼、減少結構的拼接焊縫，提高抗疲勞性能。采用各種高強度低合金鋼新材料，提高承載能力，改善受力件，減輕自重和增加外形美觀。（3）通用產(chǎn)品小型化、輕型化和多樣化有相當批量的起重機是在通用的場合使用，工作并不很繁重。這類起重機批量大、用途廣，考慮綜合效益，要求起重機盡量降低外形高度，簡化結構，減小自重和輪壓，整個建筑物高度下降，建筑結構輕型化，降低造價。（4）產(chǎn)品性能自動化、智能化和數(shù)字化起重機的更新和發(fā)展，在很大程度上取決于電氣傳動與控制的改進。機械技術和電子技術相結合，先進的計算機技術、微電子技術、電力電子技術、光纜技術、液壓技術、模糊控制技術應用到機械的驅(qū)動和控制系統(tǒng)，實現(xiàn)起重機的自動化和智能化。大型高效起重機新一代電氣控制裝置已發(fā)展為全電子數(shù)字化控制系統(tǒng)。（2）系列產(chǎn)品模塊化、組合化和標準化用模塊化設計代替?zhèn)鹘y(tǒng)的整機設計方法，起重機上功能基本相同的構件、部件和零件制成有多種用途，有相同聯(lián)接要素和可互換的標準模塊，通過不同模塊的相互組合，形成不同類型和規(guī)格的起重機。31.4 起 重 機 的 結 構 組 成1．起重機的起升機構 起升機構的驅(qū)動裝置采用電力驅(qū)動時為電動機,其中葫蘆起重機多用交流異步鼠籠式電動機,其他電動起重機多采用繞線式異步電動機或直流電動機.履帶、鐵路起重機的起升驅(qū)動裝置為內(nèi)燃機.汽車、輪胎起重機的起升機構驅(qū)動裝置是由原動機帶動的液壓泵、液壓油缸或液壓電機. 2．起重機的運行機構 起重機的運行機構可分為軌行式運行機構和無軌行式運行機構（輪胎、履帶式運行機構）,這里只介紹軌行式運行機構,以下簡稱運行機構. 軌行式運行機構除了鐵路起重機以外,基本都為電動機驅(qū)動型.為此,起重機的運行機構是由驅(qū)動裝置——電動機,制動裝置—— 制動器,傳動 裝置——壓繩機構 和車輪裝置四部分組成. 1.組成結構工作機構包括：起升機構、運行機構、變幅機構和旋轉機構，被稱為起重機的四大機構。（1）起升機構，是用來實現(xiàn)物料的垂直升降的機構，是任何起重機不可缺少的部分，因而是起重機最主要、最基本的機構。（2）運行機構，是通過起重機或起重小車運行來實現(xiàn)水平搬運物料的機構，有無軌運行和有軌運行之分，按其驅(qū)動方式不同分為自行式和牽引式兩種。（3）變幅機構，是臂架起重機特有的工作機構。變幅機構通過改變臂架的長度和仰角來改變作業(yè)幅度。（4）旋轉機構，是使臂架繞著起重機的垂直卷筒軸線作回轉運動，在環(huán)形空間運移動物料。起重機通過某一機構的單獨運動或多機構的組合運動，來達到搬運物料的目的。2.驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置是用來驅(qū)動工作機構的動力設備的。常見的驅(qū)動裝置有電力驅(qū)動、內(nèi)燃機驅(qū)動和人力驅(qū)動等。電能是清潔、經(jīng)濟的能源，電力驅(qū)動是現(xiàn)代起重機的主要驅(qū)動型式，幾乎所有的在有限范圍內(nèi)運行的有軌起重機、升降機、電梯等都采用電力驅(qū)動。對于可以遠距離移動的流動式起重機（如汽車起重機、輪胎起重機和履帶起重機）多采用內(nèi)燃機驅(qū)動。人力驅(qū)動適用于一些輕小起重設備，也用作某些設備的輔助、備用驅(qū)動和意外（或事故狀態(tài)）的臨時動力。3.取物裝置取物裝置是通過吊、抓、吸、夾、托或其他方式，將物料與起重機聯(lián)系起來進行物料吊運的裝置。根據(jù)被吊物料不同的種類、形態(tài)、體積大小，采用不同種類的取物裝置。例如，成件的物品常用吊鉤、吊環(huán)；散料（如糧食、礦石等）常4用抓斗、料斗；液體物料使用盛筒、料罐等。也有針對特殊物料的特種吊具，如吊運長形物料的起重 架空單軌系統(tǒng) 橫梁，吊運導磁性物料的起重電磁吸盤，專門為冶金等部門使用的旋轉吊鉤，還有螺旋卸料和斗輪卸料等取物裝置，以及集裝箱專用吊具等。合適的取物裝置可以減輕作業(yè)人員的勞動強度，大大提高工作效率。防止吊物墜落，保證作業(yè)人員的安全和吊物不受損傷是對取物裝置安全的基本要求。4.起重機械基本機構各種起重機械的用途不同，構造上有很大差異，但都具有實現(xiàn)升降這一基本動作的起升機構。有些起重機械還具有運行機構、變幅機構、回轉機構或其他專用的工作機構。物料可以由鋼絲繩或起重鏈條等撓性件吊掛著升降，也可由螺桿或其他剛性件頂舉。起重機械是一種空間運輸設備，主要作用是完成重物的位移。它可以減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率。起重機械是現(xiàn)代化生產(chǎn)不可缺少的組成部分，有些起重機械還能在生產(chǎn)過程中進行某些特殊的工藝操作，使生產(chǎn)過程實現(xiàn)機械化和自動化。起重機械幫助人類在征服自然改造自然的活動中，實現(xiàn)了過去無法實現(xiàn)的大件物件的吊裝和移動，如重型船舶的分段組裝，化工反應塔的整體吊裝，體育場館鋼屋架的整體吊裝等。使用起重機械有巨大的市場需求和良好的經(jīng)濟性，近幾年起重機械制造行業(yè)發(fā)展迅速，年均增長約 20%。因為從原材料到產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，利用起重運輸機械對物料的搬運量常常是產(chǎn)品重量的幾十倍，甚至數(shù)百倍。據(jù)統(tǒng)計，機械加工行業(yè)每生產(chǎn) 1 噸產(chǎn)品，在加工過程中要裝卸、搬運 50 噸物料，在鑄造過程中要搬運 80 噸物料。在冶金行業(yè)每冶煉 1 噸鋼，需要搬運 9 噸原料，車間之間的轉運量為 63 噸，車間內(nèi)部的轉運量達 160 噸。 起重運輸費用在傳統(tǒng)行業(yè)中也占有較高比例，如機械制造業(yè)用于起重運輸?shù)馁M用占全部生產(chǎn)費用的 15～30%，冶金行業(yè)用于起重運輸?shù)馁M用占全部生產(chǎn)費用的 35～45%，交通運輸行業(yè)貨物的裝卸儲存都要依靠起重運輸機械，據(jù)統(tǒng)計海運費用中裝卸費用占總運費的 30～60%。1.5 性 能 參 數(shù)表征起重機械基本工作能力的最主要的性能參數(shù)是起重量和工作級別。①起重量是指在規(guī)定工作條件下允許起吊的重物的最大重量，即額定起重量。一般帶有電磁吸盤（見起重吸盤）或抓斗的起重機，其起重量還應包括電磁吸盤或抓斗的重量。臂架型起重機的起重量還包括吊鉤組的重量。②工作級別是反映起重機械總的工作狀況的性能參數(shù)，是設計和選用起重機械的重要依據(jù)。它由起重機械在要求的使用期間內(nèi)需要完成的工作循環(huán)總次數(shù)和載荷狀態(tài)來決定。國際標準化組織(ISO)規(guī)定將起重機械工作級別劃分為 8 級。中國只規(guī)定將起重機劃分為 8 級,輕5小型起重設備、升降機、架空單軌系統(tǒng)還沒有劃分級別。對于作業(yè)程序規(guī)律性強、重復性大的起重機械，例如碼頭上裝卸船舶貨物的起重機、高架倉庫用的堆垛起重機和為高爐送料的料斗升降機，工作周期也是一個重要參數(shù)。工作周期指完成一個工作循環(huán)所需要的時間，它取決于機構的工作速度，并與搬運距離有關。上述起重機有時也用生產(chǎn)率作為重要參數(shù)，通常以每小時完成的吊運量來表示。（一）起重量 G起重量 G（過去常用字母 Q 表示） ，是指被起升重物的質(zhì)量，單位為千克（kg）或噸（t） 。一般分為額定起重量、最大起重量、總起重量、有效起重量等。1.額定起重量 Gn（不含起重鋼絲繩、吊鉤和滑輪組 的質(zhì)量） ，是指起重機能吊起的重物或物料連同可分吊具或?qū)倬撸ㄈ缱ザ?、電磁吸盤、平衡梁等）質(zhì)量的總和。對于幅度可變的起重機，其額定起重量是隨幅度變化的。2.最大起重量 Gmax，是指起重機正常工作條件下，允許吊起的最大額定起重量。對于幅度可變的起重機，是指最小幅度時，起重機安全工作條件下允許提升的最大額定起重量，也稱名義額定起重量。3.總起重量 Gt，是指起重機能吊起的重物或物料，連同可分吊具和長期固定在起重機上的吊具或?qū)倬撸òǖ蹉^、滑輪組、起重鋼絲繩以及在臂架或起重小車以下的其他起吊物）的質(zhì)量總和。4.有效起重量 Gp，是指起重機能吊起的重物或物料的凈質(zhì)量。如帶有可分吊具抓斗的起重機，允許抓斗抓取物料的質(zhì)量就是有效起重量，抓斗與物料的質(zhì)量之和則是額定起重量。（二）跨度 S橋架型起重機支撐中心線之間的水平距離稱為跨度，用字母“S”表示，單位為米（m） 。（三）軌距 k對于小車，為小車軌道中心線之間的距離。（四）基距 B基距也稱卷筒軸距，是指沿縱向運動方向的起重機或小車支承中心線之間的距離。（五）幅度 L起重機置于水平場地時，空載吊具垂直中心線至回轉中心線之間的水平距離稱為幅度 L。幅度有最大幅度和最小幅度之分。（六）起重力矩 M起重力矩是幅度 L 與其相對應的起吊物品重力 G 的乘積，M=G·L。（七）起重傾覆力矩 MA起重傾覆力矩，是指起吊物品重力 G 與其至傾覆線距離 A 的乘積。6（八）輪壓 P輪壓是指一個車輪傳遞到軌道或地面上的最大垂直載荷。單位為 N。（九）起升高度 H 和下降深度 h起重高度，是指起重機水平停機面或運行軌道至吊具允許最高位置的垂直距離，單位為 m。（十）起升速度 Vn起升（下降）速度 Vn，是指穩(wěn)定運動狀態(tài)下，額定載荷的垂直位移速度（m/min ） 。（十一）小車運行速度 Vt是指穩(wěn)定運動狀態(tài)下，帶額定載荷的小車在水平軌道上運行的速度（m/min） 。（十二）起重機工作級別起重機工作級別是考慮起重量和時間的利用程度以及工作循環(huán)次數(shù)的工作特性。它是按起重機利用等級（整個設計壽命期內(nèi)，總的工作循環(huán)次數(shù)）和載荷狀態(tài)劃分的。起重機載荷狀態(tài)按名義載荷譜系分為輕、中、重、特四級；起重機的利用等級分為 U0～U9 十級。起重機工作級別，也就是金屬結構的工作級別，按主起升機構確定，分為A1～A8 級。 （工作繁忙程度和滿載程度） 。7第 2 章 初 步 計 算2.1 鋼 絲 繩 的 選 擇根據(jù)起重機的額定起重量，選擇雙聯(lián)起升機構滑輪組倍率為 1.（1）鋼絲繩所受最大靜拉力：（N ）組η2mGQS???絲ax式中 ——額定起重量； =3kN(起重重量 300kg)Q——吊鉤組重量， =0.12kN（吊鉤掛架的重量一般約占額絲G絲定起重量的 2～4%，這里去吊鉤掛架重量為 0.12kN） ；——滑輪組倍率， =1；mm——滑輪組效率， =0.98.組η組η=1.59KNax30.1298s???（2）鋼絲繩的選擇：所選擇鋼絲繩的破斷拉力應滿足：???絲絲絲 SanSmaxn 繩——鋼絲繩安全系數(shù)，對于小型工作類型 n 繩=2由上式可得：=3.74ax1.592=08nS????繩絲 （ ）根據(jù)查鋼絲繩產(chǎn)品目錄可選用：鋼絲繩 6W(19)-20-185-I-光-右順(GB1102-74)，不松散瓦林吞型鋼絲繩直徑 d=5mm。2.2 滑 輪 壓 繩 機 構 的 計 算（1）滑輪、壓繩機構的最小直徑的確定為了確保鋼絲繩具有一定的使用壽命，滑輪、壓繩機構的直徑（自繩槽底部算起的直徑）應滿足：D≥（e-1 ） 絲d式中 e——系數(shù)，對起重機，取 e=25。8取壓繩機構直徑和滑輪直徑 D=620mm。（2）壓繩機構長度和厚度的計算而 tnDHmL)(00???式中 ——最大起升高度， =4m；maxHmaxn——鋼絲繩安全圈數(shù)，n≥1.5，取 n=2；t——繩槽節(jié)距，t= d 繩+ （2～4）=7～11，取 t=10mm；， ——空余部分和固定鋼絲繩所需要的長度， = =3t；1L2 1L2——壓繩機構的計算直徑（按纏繞鋼絲繩的中心計算） ，0D=625mm0=+65A——壓繩機構左右繩槽之間不刻槽部分長度，根據(jù)鋼繩允許偏斜角確定：絲L23tanαHLmi??絲其中 ——吊鉤組兩側滑輪繩槽中心線之間的距離， =103mm；3 3L——當?shù)蹉^滑輪組位于上部極限位置時，壓繩機構卷筒軸和minH滑輪卷筒軸之間的距離， =400mmminα2——壓繩機構上繞出的鋼絲繩分支相對于鉛垂線的允許偏斜角 α2≤5°～6° ，取 tanα2=tan6°=0.1.2tan?=80mm=240.1L?光——壓繩機構半邊的繩槽部分長度09=107mm041=+03.25L?（ ）第 3 章 壓 繩 機 構 計 算壓繩機構主要防止鋼絲繩在下降或者上升過程中發(fā)生偏離軌道，松掉導致意外事故的發(fā)生，其設計的總圖 3-1 如下：主要由壓繩機構，左右側板，壓繩機構卷筒軸，固定板，壓桿和彈簧組成。圖 3-1 總圖3.1 solidwork 三維軟件介紹起重機壓繩機構三維采用 SW 軟件進行繪制，介紹一下 SW 軟件的知識，純屬湊個字數(shù)，SolidWorks 為達索系統(tǒng)（Dassault Systemes S.A）下的子公司，專門負責研發(fā)與銷售機械設計軟件的視窗產(chǎn)品。達索公司是負責系統(tǒng)性的軟件供應，并為制造廠商提供具有 Internet 整合能力的支援服務。該集團提供涵蓋整個產(chǎn)品生命周期的系統(tǒng)，包括設計、工程、制造和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等各個領域中的最佳軟件系統(tǒng)，著名的 CATIAV5 就出自該公司之手，目前達索的 CAD 產(chǎn)品市場占有率居世界前列。SolidWorks 公司成立于 1993 年，由 PTC 公司的技術副總裁與 CV 公司的副總裁發(fā)起，總部位于馬薩諸塞州的康克爾郡（Concord,Massachusetts） 內(nèi)，當10初的目標是希望在每一個工程師的桌面上提供一套具有生產(chǎn)力的實體模型設計系統(tǒng)。從 1995 年推出第一套 SolidWorks 三維機械設計軟件至今至 2010 年已經(jīng)擁有位于全球的辦事處，并經(jīng)由 300 家經(jīng)銷商在全球 140 個國家進行銷售與分銷該產(chǎn)品。1997 年，Solidworks 被法國達索 （Dassault Systemes）公司收購，作為達索中端主流市場的主打品牌。SolidWorks 軟件是世界上第一個基于 Windows 開發(fā)的三維 CAD 系統(tǒng)，由于技術 創(chuàng)新符合 CAD 技術的發(fā)展潮流和趨勢，SolidWorks 公司于兩年間成為CAD/CAM 產(chǎn)業(yè)中獲利最高的公司。良好的財務狀況和用戶支持使得 SolidWorks每年都有數(shù)十乃至數(shù)百項的技術創(chuàng)新，公司也獲得了很多榮譽。該系統(tǒng)在 1995-1999 年獲得全球微機平臺 CAD 系統(tǒng)評比第一名；從 1995 年至今，已經(jīng)累計獲得十七項國際大獎，其中僅從 1999 年起，美國權威的 CAD 專業(yè)雜志 CADENCE 連續(xù)4 年授予 SolidWorks 最佳編輯 獎，以表彰 SolidWorks 的創(chuàng)新、活力和簡明。至此，SolidWorks 所遵循的易用、穩(wěn)定和創(chuàng)新三大原則得到了全面的落實和證明，使用它，設計師大大縮短了設計時間，產(chǎn)品快速、高效地投向了市場。由于 SolidWorks 出色的技術和市場表現(xiàn)，不僅成為 CAD 行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對象。終于在 1997 年由法國達索公司以 三億一千萬美元的高額市值將 SolidWorks 全資并購。公司原來的風險投資商和股東，以一千三百萬美元的風險投資，獲得了高額的回報，創(chuàng)造了 CAD 行 業(yè)的世界紀錄。并購后的 SolidWorks 以原來的品牌和管理技術隊伍繼續(xù)獨立運作，成為 CAD 行業(yè)一家高素質(zhì)的專業(yè)化公司，SolidWorks 三維 機械設計軟件也成為達索企業(yè)中最具競爭力的 CAD 產(chǎn)品。由于使用了 Windows OLE 技術、直觀式設計技術、先進的 parasolid 內(nèi)核（由劍橋提供）以及良好的與第三方軟件的 集成技術，SolidWorks 成為全球裝機量最大、最好用的軟件。資料顯示，目前全球發(fā)放的 SolidWorks 軟件使用許可約 28萬，涉及航空航天、 機車、食品、機械、國防、交通、模具、電子通訊、醫(yī)療器械、娛樂工業(yè)、日用品/消費品、離散制造等分布于全球 100 多個國家的約 3萬 1 千家企業(yè)。在教育市 場上，每年來自全球 4，300 所教育機構的近 145，000名學生通過 SolidWorks 的培訓課程。據(jù)世界上著名的人才網(wǎng)站檢索，與其 它 3D CAD 系統(tǒng)相比，與 SolidWorks相關的招聘廣告比其它軟件的總和還要多，這比較客觀地說明了越來越多的工程11師使用 SolidWorks，越來越多 的企業(yè)雇傭 SolidWorks 人才。據(jù)統(tǒng)計，全世界用戶每年使用 SolidWorks 的時間已達 5500 萬小時。在美國，包括麻省理工學院（MIT） 、斯坦福大學等在內(nèi)的著名大學已經(jīng)把SolidWorks 列為制造專業(yè)的必修課，國內(nèi)的一些大學（教育機構）如哈爾濱工業(yè)大學、清華大學、中山大學、中南大學、重慶大學、浙江大學、華中科技大學、北京航空航天大學、大連理工大學、北京理工大學、武漢理工大學等也在應用SolidWorks 進行教學。Solidworks 軟件功能強大，組件繁多。 Solidworks 有功能強大、易學易用和技術創(chuàng)新三大特點，這使得 SolidWorks 成為領先的、主流的三維 CAD 解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks 不僅提供如此強大的功能，而且對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用。對于熟悉微軟的 Windows 系統(tǒng)的用戶，基本上就可以用 SolidWorks 來搞設計了。SolidWorks 獨有的拖拽功能使用戶在比較短的時間內(nèi)完成大型裝配設計。SolidWorks 資源管理器是同 Windows 資源管理器一樣的 CAD 文件管理器，用它可以方便地管理 CAD 文件。使用 SolidWorks ，用戶能在比較短的時間內(nèi)完成更多的工作，能夠更快地將高質(zhì)量的產(chǎn)品投放市場。在目前市場上所見到的三維 CAD 解決方案中，SolidWorks 是設計過程比較簡便而方便的軟件之一。美國著名咨詢公司 Daratech 所評論：“在基于 Windows平臺的三維 CAD 軟件中，SolidWorks 是最著名的品牌，是市場快速增長的領導者?！痹趶姶蟮脑O計功能和易學易用的操作（包括 Windows 風格的拖/放、點/擊、剪切/粘貼）協(xié)同下，使用 SolidWorks ，整個產(chǎn)品設計是可百分之百可編輯的，零件設計、裝配設計和工程圖之間的是全相關的。1.用戶界面★SolidWorks 才提供了一整套完整的動態(tài)界面和鼠標拖動控制?！叭珓痈械摹钡挠脩艚缑鏈p少設計步驟，減少了多余的對話框，從而避免了界面的零亂?！?嶄新的屬性管理員用來高效地管理整個設計過程和步驟。屬性管理員包含所有的設計數(shù)據(jù)和參數(shù)，而且操作方便、界面直觀?！镉?SolidWorks 資源管理器可以方便地管理 CAD 文件。SolidWorks 資源管理器是唯一一個同 Windows 資源器類似的 CAD 文件管理器。12★ 特征模板為標準件和標準特征，提供了良好的環(huán)境。用戶可以直接從特征模板上調(diào)用標準的零件和特征，并與同事共享?！颯olidWorks 提供的 AutoCAD 模擬器，使得 AutoCAD 用戶可以保持原有的作圖習慣，順利地從二維設計轉向三維實體設計。2.配置管理配置管理是 SolidWorks 軟件體系結構中非常獨特的一部分，它涉及到零件設計、裝配設計和工程圖。配置管理使得你能夠在一個 CAD 文檔中，通過對不同參數(shù)的變換和組合，派生出不同的零件或裝配體。3.協(xié)同工作★SolidWorks 提供了技術先進的工具，使得你通過互聯(lián)網(wǎng)進行協(xié)同工作。★通過 eDrawings 方便地共享 CAD 文件。eDrawings 是一種極度壓縮的、可通過電子郵件發(fā)送的、自行解壓和瀏覽的特殊文件?！锿ㄟ^三維托管網(wǎng)站展示生動的實體模型。三維托管網(wǎng)站是 SolidWorks 提供的一種服務，你可以在任何時間、任何地點，快速地查看產(chǎn)品結構?！颯olidWorks 支持 Web 目錄，使得你將設計數(shù)據(jù)存放在互聯(lián)網(wǎng)的文件夾中，就像存本地硬盤一樣方便?！镉?3D Meeting 通過互聯(lián)網(wǎng)實時地協(xié)同工作。3D Meeting 是基于微軟 NetMeeting 的技術而開發(fā)的專門為 SolidWorks 設計人員提供的協(xié)同工作環(huán)境。4.裝配設計★在 SolidWorks 中，當生成新零件時，你可以直接參考其他零件并保持這種參考關系。在裝配的環(huán)境里，可以方便地設計和修改零部件。對于超過一萬個零部件的大型裝配體，SolidWorks 的性能得到極大的提高?！颯olidWorks 可以動態(tài)地查看裝配體的所有運動，并且可以對運動的零部件進行動態(tài)的干涉檢查和間隙檢測。★用智能零件技術自動完成重復設計。智能零件技術是一種嶄新的技術，用來完成諸如將一個標準的螺栓裝入螺孔中，而同時按照正確的順序完成墊片和螺母的裝配?！镧R像部件是 SolidWorks 技術的巨大突破。鏡像部件能產(chǎn)生基于已有零部件（包括具有派生關系或與其他零件具有關聯(lián)關系的零件）的新的零部件。13★SolidWorks 用捕捉配合的智能化裝配技術，來加快裝配體的總體裝配。智能化裝配技術能夠自動地捕捉并定義裝配關系。5.工程圖★SolidWorks 提供了生成完整的、車間認可的詳細工程圖的工具。工程圖是全相關的，當你修改圖紙時，三維模型、各個視圖、裝配體都會自動更新?！飶娜S模型中自動產(chǎn)生工程圖，包括視圖、尺寸和標注。★增強了的詳圖操作和剖視圖，包括生成剖中剖視圖、部件的圖層支持、熟悉的二維草圖功能、以及詳圖中的屬性管理員。★使用 RapidDraft 技術，可以將工程圖與三維零件和裝配體脫離，進行單獨操作，以加快工程圖的操作，但保持與三維零件和裝配體的全相關?！镉媒惶嫖恢蔑@示視圖能夠方便地顯示零部件的不同的位置，以便了解運動的順序。交替位置顯示視圖是專門為具有運動關系的裝配體而設計的獨特的工程圖功能。3.2 三維零件效果圖1.右板，材質(zhì)選 HT200.圖 3-2 右板2.滾動軸承14圖 3-3 滾動軸承3.軸圖 3-4 軸4.鍵15圖 3-5 鍵5. 滾筒圖 3-6 滾筒6.左板16圖 3-7 左板7.固定板圖 3-8 固定板8.彈簧17圖 3-9 彈簧3.3 三維總裝配效果圖圖 3-10 總圖三維效果183.4 彈簧設計計算彈簧選擇圓柱螺旋壓縮彈簧 [30]，具體設計方法和步驟1) 工作時，假設彈簧所受最大工作載荷為 600N，工作環(huán)境有腐蝕性，故選擇材料為 1Cr18Ni9， 類彈簧，許用切應力 ，許用彎曲應?a???40][?力 ， 彈性模量 ，切變模量 ，ab???50][?aE??1970aG730此種材料耐腐蝕，耐高溫，有良好的工藝性，適用于小彈簧。2) 選擇旋繞比 ，暫取 ，C8則根據(jù)公式 K615.04???計算出曲度系數(shù) 1848??3）根據(jù)安裝空間，初定彈簧中徑 ，mD2則根據(jù)公式 dC?計算出 m4）計算彈簧絲直徑 mKCF4.54081.6.1][6.1max' ??????取 d6?5）工作圈數(shù)根據(jù)公式 計算3max8FGdn?實際工作中正常情況下 ，為保證檢測時鉆m1.2/)7.149(???桿過度偏向一邊時的儀器的安全，這里取 4ax?彈簧內(nèi)徑 dD681彈簧外徑 m5242???彈簧節(jié)距 p.198.0.?彈簧自由長度 mdnH6.125.2.5. ???因在實際安裝中，允許的空間滿足不了所設計的彈簧自由高度值，也即過大，不符合實際應用要求，需重新設計。0H19重新設計如下:重選 6?C則 曲度系數(shù)： 25.16.04????K彈簧絲直徑： 取mCFd 96.40][6.1max' ????md5?彈簧中徑： D30?彈簧內(nèi)徑： d25301??彈簧外徑： m2?彈簧節(jié)距： Dp123040??彈簧工作圈數(shù)： 取 5.8687?n.8n彈簧自由長度： 取 mdpH5.109.12.0 ?????mH10?7）驗算穩(wěn)定性：細長比 符合兩端固定彈簧的選擇3.567.30??Db標準，故不需要進行穩(wěn)定性驗算。8）疲勞強度和靜應力強度的驗算疲勞強度驗算公式 23max8FdK???已知： NF602?N10.1 m24??由 可得 21?8.4adKD?????7.216053.83max??F3.8.133in對于變應力作用下的普通圓柱螺旋壓縮彈簧，疲勞強度安全系數(shù)值按公式 計算， FcaSS???maxin075.?20式中：--彈簧疲勞強度的設計安全系數(shù)，當彈簧的設計計算和材料的力學性能數(shù)caS據(jù)精確性高時，取 ；7.1~3?FS--彈簧材料的脈動循環(huán)剪切疲勞極限，按變載荷作用次數(shù) N，由下表查?。??表 3-1 彈簧參數(shù)表變載荷作用次數(shù) N 4105106107a??/0? B?5.B3.B?3.B.取 5.1?FSaB????6308.30??5.12.7.416??ca故設計合理。1）選材：1Cr18Ni9 NF60max?Mp40][?pb50][??MpE97?G732）旋繞比 ：取 ， 則 C2.16.4???K3）彈簧中徑 ：D0?4）彈簧絲直徑 ： 取d mCF96.4051][6.1max' ?????md5?5）對于壓縮彈簧工作圈數(shù)根據(jù)公式 計算，其中 3max8CFGdn?aG??730在實際工作中正常情況下 15.02/)9.814(????這里取 m15.30ax??則 取 6.0685.3783ax?CFdn .n216）計算彈簧內(nèi)徑，外徑，節(jié)距，自由長度：彈簧內(nèi)徑 mdD25301???彈簧外徑 32?彈簧節(jié)距 p90.3.0?彈簧自由長度 取mdpnH105.135. ?????mH10?7）驗算穩(wěn)定性：細長比 符合兩端固定彈簧的選.67.30??Db擇標準，故不需要進行穩(wěn)定性驗算。8）疲勞強度和靜應力強度的驗算 疲勞強度驗算公式 23max8FdK???NF602?1.2382?由 可得 21?m8.31??aFdKD???7.421605.833max????5.32.1833in對于變應力作用下的普通圓柱螺旋壓縮彈簧，疲勞強度安全系數(shù)值按公式 演算 FcaSS??maxin075.?5.16.4316.axin0 ??????ca即 故彈簧設計合理。FcS?彈簧的有關參數(shù)如下表： 表 3-2 彈簧參數(shù)表22參數(shù)名稱及代號 計算公式 結果中徑 CdD?30mm內(nèi)徑 1D?1 25mm外徑 2 d??2 35mm旋繞比 DC/ 6長細比 bHb0 3.67自由長度 0Hdpn5.1??110mm工作長度 n nn???0 30.15mm有效圈數(shù) max3a8CFGd11.5 圈總圈數(shù) 1n21??n13.5 圈節(jié)距 pDp3.09mm卷筒軸向間距 ?d??4mm展開長度 L??cos1nL?1277.5mm螺旋角 ?Dpart 5.458°質(zhì)量 0m??Ldms42?0.203Kg23第 4 章 卷 筒 軸 的 計 算4.1 初定卷筒軸的最小直徑選卷筒軸的材料為４５鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表１５－３，取 12??A（以下卷筒軸均取此值） ，于是由式１５－２初步估算卷筒軸的最小直徑33min1/2.4/56021.dAPm???輸出卷筒軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)卷筒軸器處卷筒軸的直徑 .為了使12d?所選的卷筒軸直徑 與聯(lián)卷筒軸器的孔徑相適應,故需同時選取聯(lián)卷筒12d?軸器型號.聯(lián)卷筒軸器的計算轉矩 Tca=KAT1,查表 14-1,考慮到轉矩的變化很小 ,故取KA=1.3,則，41.328603589.caATNm????查《機械設計手冊》 ，選用 HL１型彈性柱銷聯(lián)卷筒軸器，其公稱轉矩為160000N·ｍｍ。半聯(lián)卷筒軸器的孔徑 ，故取 半聯(lián)卷12d12dm?筒軸器長度 L＝42mm，半聯(lián)卷筒軸器與卷筒軸配合的轂孔長度 。'30?4.2 卷筒軸的結構設計1）擬定卷筒軸上零件的裝配方案（見下圖）2）根據(jù)卷筒軸向定位的要求確定卷筒軸的各段直徑和長度（1）為滿足半聯(lián)卷筒軸器的卷筒軸向定位要求，１卷筒軸段右端需制處一卷筒軸肩，卷筒軸肩高度半聯(lián)卷筒軸器與卷筒軸配合的轂孔長度=30mm.，為了保證卷筒軸端擋圈只壓在半聯(lián)卷筒軸器上而不壓在1L卷筒軸的端面上，故 的長度應該比 略短一點，現(xiàn)取1l1L128lm?(3)取壓繩機構左端面與箱體內(nèi)壁間留有足夠間距，取 。為減小應49l力集中,并考慮右卷筒軸承的拆卸,卷筒軸段 4 的直徑應根據(jù)６００５的深溝球卷筒軸承的定位卷筒軸肩直徑 確定ad31a?（4）卷筒軸段 5 上安裝壓繩機構,為便于壓繩機構的安裝, 應略大與 ,可5d4取 .壓繩機構左端用套筒固定,為使套筒端面頂在壓繩機構左端3dm?面上,即靠緊,卷筒軸段 5 的長度 應比壓繩機構轂長略短,若轂長與齒寬相5l同,已知齒寬 ,故取 。壓繩機構右端用肩固定,由此可確0b48m?24定卷筒軸段 6 的直徑, 卷筒軸肩高度 ,取 ,dh1.0~7.?640m?,故取61.4lh?5lm為減小應力集中,并考慮右卷筒軸承的拆卸,卷筒軸段 7 的直徑應根據(jù)６００５的深溝球卷筒軸承的定位卷筒軸肩直徑 確定,即ad，731ad72l?（5）取壓繩機構齒寬中間為力作用點,則可得 , ，15.Lm?215.348.Lm?(6)參考表 15－2，取卷筒軸端為 ，各卷筒軸肩處的圓角半徑見 CAD014?圖。4.3 卷筒軸的結構布置4.4 受力分析、彎距的計算（１）計算支承反力25在水平面上3275.8tAXFLN???972.5BXtAXFN??0Ya（２）在垂直面上 132, 5.3raBAZdLMFN????故 50.8.90.Zr?總支承反力 222223715.348.AXAYZ N????950BBF??２）計算彎矩并作彎矩圖（１）水平面彎矩圖237.81.4762.9AXMLNm???BAX（２）垂直面彎矩圖250.AZF?39485193BZL???（３）合成彎矩圖22276.0.45.6AXAZMNm???4198391BB???3）計算轉矩并作轉矩圖128.46TNm?4.5 作受力、彎距和扭距圖聯(lián)卷筒軸器:由式６－１， 1 9446847.(253)10TMPapdhl?????查表６－２，得 ，鍵校核安全MPa20~][ ][p??壓繩機構: 1 948.64.37(45)1TPapdhl????查表 6－2，得 ，鍵校核安全[] ][p264.6 按彎扭合成應力校核卷筒軸的強度由合成彎矩圖和轉矩圖知，C 處左側承受最大彎矩和扭矩，并且有較多的應力集中，故 c 截面為危險截面。根據(jù)式１５－５，并取 ，卷筒軸的計算6.0??應力 221()/4.7caAMTWMPa?????由表１５－１查得 ， ，故安全60][??][1???c4.7 校核卷筒軸承和計算壽命（１）校核卷筒軸承 A 和計算壽命徑向載荷 22215.37.843.1rZAXFN????卷筒軸向載荷 aN由 ，在表１３－５取 X＝0.56。相對卷筒軸向載荷為/0.78Aare?，在表中介于 0.040－0.070 之間，對應的 e 值為0342C?0.24－0.27 之間，對應 Y 值為 1.8－1.6，于是，用插值法求得，故 。(1.86)(0.742)1.78Y????0.56,1.782XY?由表１３－６取 則，A 卷筒軸承的當量動載荷1.pf?，校核安全()ApArarPfXFYNC??該卷筒軸承壽命該卷筒軸承壽命663 310040()()671.rAhACL hn??（２）校核卷筒軸承 B 和計算壽命徑向載荷 2229.5.105.BrZXFN???當量動載荷 ，校核安全1.08pBr rPf C???該卷筒軸承壽命該卷筒軸承壽命 663 3104()()17562.rBhBCL hn?