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幫幫我吧!誰知道螺旋式千斤頂?shù)脑O(shè)計說明書啊!

我的學(xué)校要我們交課程設(shè)計，是螺旋式千斤頂?shù)脑O(shè)計說明書!有誰有啊!給我看看!: 問提問者：網(wǎng)友 | 2017-10-24

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螺旋式千斤頂螺優(yōu)化設(shè)計摘要:采用非傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法，以螺旋千斤頂螺紋副體積最小為目標(biāo)函數(shù), 用MATLAB語言優(yōu)化工具對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，并給出了計算實例。關(guān)鍵詞:優(yōu)化設(shè)計;千斤頂;傳動螺紋副 1 數(shù)學(xué)模型的建立手動螺旋千斤頂主要包括底座、棘輪、圓錐齒輪副、托杯、傳動螺紋副等部分。千斤頂最大起重量是其最主要的性能指標(biāo)之一。千斤頂在工作過程中，傳動螺紋副承受主要的工作載荷，螺紋副工作壽命決定千斤頂使用壽命，故傳動螺紋副的設(shè)計最為關(guān)鍵，其設(shè)計與最大起重量、螺紋副材料、螺紋牙型以及螺紋頭數(shù)等都有關(guān)系。 1.1 目標(biāo)函數(shù)與設(shè)計變量手動螺旋千斤頂在滿足設(shè)計性能和要求的前提下，從結(jié)構(gòu)緊湊、減輕重量、節(jié)省材料和降低成本考慮。在給出千斤頂最大起重量、傳動螺紋副材料及其屈服應(yīng)力、螺紋頭數(shù)等基本設(shè)計要求和圓錐齒輪副等已定的情況下，可從螺紋副設(shè)計著手考慮，使螺紋副所用材料最少，即在滿足設(shè)計性能的情況下，傳動螺桿、螺母所占體積最少。螺桿的體積為:v1=πd22L/2 螺母的體積為:v2=π(D′2-D22)H/4 式中:d2--螺桿中徑，mm; D′--螺母外徑(虛擬)，mm; D2--螺母中徑，mm; L--螺桿總長，mm; H--螺母高度，mm. 考慮到傳動效率要求較高和螺紋受力較大等因素，千斤頂一般采用鋸齒形螺紋傳動，其大徑、中徑、小徑之間有如下關(guān)系: d2=d-0.75P d1=d-1.736P 且內(nèi)、外螺紋有如下關(guān)系:D=d;D2=d2; 式中，D2、d2為內(nèi)、外螺紋中徑;P為螺距;D、d為內(nèi)、外螺紋大徑;d1為內(nèi)螺紋小徑。則目標(biāo)函數(shù)(即傳動螺紋副體積之和)為: V=V1+V2=πL(d-0.75P)2-/4+π〔D′2--(d-0.75P)2-〕H/4 從目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式中可以看出，L、D′均為常量，而螺距P取值雖為整數(shù)，但其取值隨螺紋公稱直徑而變化，這里將其作為變量。故變量有d、H、P 三個，記作: X=〔x1,x2，x3〕T=〔d,H，P〕T 目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式為: V(x)=πL(x1-0.75x3)3/4+π〔D′2-(x1-0.75x3)2〕x2/4 1.2 優(yōu)化約束條件 1.2.1 約束條件分析 (1)耐磨性條件鋸齒形螺紋工作高度h:h=0.75P 根據(jù)手動螺旋千斤頂傳動螺紋副滑動速度較低，及螺母和螺桿材料等條件，查取許用比壓〔p〕: 計算比壓為:p=FP/[(d-0.75P)πhH]＜〔p〕 (2) 螺紋的自鎖條件螺旋升角ψ:ψ=arctanP/πd2=arctanP/[π(d-0.75P)] 當(dāng)量摩擦角ρv=arctanuv，uv為螺紋副當(dāng)量摩擦系數(shù)。自鎖條件為:ψ＜ρv-(1°~1.5°),即 arctanP/[π(d-0.75P)]＜ρv-(1°~1.5°) (3)螺桿的強度條件螺紋危險截面面積A為:A=π(d-1.736P)2/4 螺桿所受轉(zhuǎn)矩T:T=F·tan(ψ+ρv)(d-0.75P)/2 當(dāng)量應(yīng)力為:式中，F(xiàn)為千斤頂最大起重量，單位為N. 查表,確定許用應(yīng)力〔σ〕. 當(dāng)量應(yīng)力應(yīng)小于許用應(yīng)力，即:σca＜〔σ〕 (4) 螺紋牙剪切強度條件按機械性能較弱的螺母材料進(jìn)行計算: 螺母的外徑D等于螺桿外徑d:D=d 螺紋牙根厚b:b=0.75P 螺紋旋合圈數(shù)z:z=H/P 查表取得許用剪切應(yīng)力〔τ〕. 按剪切強度進(jìn)行計算:τ=F/(πDbz)=F/(πd·0.75P·H/P)，τ＜〔τ〕. (5)螺紋牙彎曲強度條件同樣，取機械性能較弱的螺母材料進(jìn)行計算。按彎曲強度進(jìn)行計算:σb=3F(D-D2)/(πDb2z)=3F(d-d2)/(πDb2z)=3F〔d-(d-0.75P)〕/(πDb2z) σb＜〔σb〕. 對靜載，許用應(yīng)力應(yīng)取較大值。 (6)螺桿的穩(wěn)定性條件確定螺桿的柔度λ值:λ=μL/i 式中，μ為螺桿的長度系數(shù)，L為螺桿的總長度，i為螺桿危險截面慣性半徑，i=d1/4. 螺桿的長度系數(shù)根據(jù)螺紋副固定形式取值。 λ值小于許用值〔λ〕，即:λ＜〔λ〕. (7)螺桿公稱直徑取值范圍查《機械設(shè)計手冊》，取d值范圍為:20mm≤d≤650mm. (8)螺母最大高度(螺紋嚙合長度)范圍:30 mm≤H≤280 mm. (9)螺紋螺距取值范圍查《機械設(shè)計手冊》，得P值范圍為2 mm≤P≤24 mm. 1.2.2 約束條件約束條件表達(dá)式如下: g1(x)=F-〔0.75π(x1-0.75x3)x2〕〔p〕≤0 g2(x)=arctanx3/[π(x1-0.75x3)]-ρv+(1°~1.5°)≤0 g4(x)=F/(0.75πx1x2)-〔τ〕≤0 g5(x)=3F/(0.75πx1x2)-〔σb〕≤0 g6(x)=4μL/(x1-1.736x3)-〔λ〕≤0 g7(x)=30-x2≤0 g8(x)=x2-280≤0 g9(x)=20-x1≤0 g10(x)=x1-650≤0 g11(x)=2-x3≤0 g12(x)=x3-24≤0 2 優(yōu)化方法本問題有三個變量12個約束條件，采用MATLAB優(yōu)化工具對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。 3 優(yōu)化設(shè)計實例某廠生產(chǎn)一種手動螺旋千斤頂，最大設(shè)計起重量為40 kN，螺紋為鋸齒形，螺桿材料采用40Cr，熱處理HRC45~50，σs=785Mpa，螺母用ZCuAl10Fe3，螺紋副當(dāng)量摩擦系數(shù)為μv=0.13,千斤頂最大起重高度為130 mm,圓錐齒輪厚為30 mm,軸承固定端l0/d0=7/18。試設(shè)計傳動螺紋副，使其結(jié)構(gòu)緊湊、所用材料最省。根據(jù)前面的數(shù)學(xué)建模，我們先通過查表或計算，得到約束條件的各個相關(guān)參數(shù)，然后再將其代入上述建模的約束條件，從而得到螺紋副的最優(yōu)設(shè)計方案。現(xiàn)將原設(shè)計與優(yōu)化設(shè)計結(jié)果加以對照(表1)，可以看出，優(yōu)化設(shè)計后螺紋副體積比原設(shè)計減少12.51%。采用優(yōu)化設(shè)計方法，不僅節(jié)省材料，降低工廠生產(chǎn)成本，而且節(jié)省設(shè)計時間。這有助于改革傳統(tǒng)的設(shè)計方法，為新產(chǎn)品開發(fā)改進(jìn)提供了有力的依據(jù)。: 回答者：網(wǎng)友

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