机械毕业设计论文螺旋压力机设计全套图纸

1、本科毕业设计论文 题 目 螺旋压力机设计 毕业任务书一、题目：螺旋压力机设计二、指导思想和目的要求：1）设计者应在规定时间内圆满完成要求的设计内容。设计成果包括：设计说明书一份（按规范格式，不少于1.5万字），设计图纸一套（文本版+电子版，不少于2张A0，鼓励用三维软件建模和装配并生成二维图纸）；另外还应翻译与课题有关的外文资料，译文字数不少于5000字。设计者必须充分重视和熟悉原始资料，明确设计任务，在学习和参考他人经验的基础上，发挥独立思考能力，创造性地完成设计任务；合理利用标准零件和标准部件，非标准件应满足工艺性好、操作方便、使用安全等要求，降低成本提高效益；绘制图纸应符合国家标准，各项

2、技术要求和尺寸标注应符合规范，说明书论述要充分，层次清楚，文字简洁，计算步骤正确。三、主要技术指标4、 进度和要求：1. 熟悉题目背景、查阅相关资料、复习有关知识；查找与课题相关的英文资料并翻译成中文；完成开题报告。 寒假2.绘制总体方案示图； 第1-2 周3.第 3-4 周4.绘制总体装配草图，并 第5-6 周5.绘制传动部件装配图（鼓励用三维软件）； 第7-8 周6.绘制零件图（鼓励用三维软件）； 第9-11周7.撰写说明书初稿； 第12-13周8.修改说明书，准备答辩。 第 14 周五、主要参考书及参考资料 机械设计手册（重点是传动部分）、机械原理、机械设计、三维软件应用、机械制图、互换

3、性技术、机械制造等，以及与题目背景相关的其他资料。摘 要 螺旋压力机具有，结构简单、调整和维护简便、能保证工件精度的稳定性。广泛应用于金属模锻、精压等加工。本论文主要叙述了电动螺旋压力机的发展概况及工作原理，并与其他类型的螺旋压力机进行对比，表现出了电动螺旋压力机的结构简单、操作方便，精度高，工艺性好，可靠性好等优点。文中通过对本次设计采用的开关磁阻电动机工作原理的介绍和性能的分析，突出变现了本次设计中电动螺旋压力机的优越性。经过对螺旋传动装置的选材和各项性能校核，确定了传动装置的基本尺寸，设计出符合车间用于压力校正和压力装拆的电动螺旋压力机，其操作简便，结构简单，符合本次设计要求。关键词：开

4、关磁阻电动机，传动装置，压力校正和压力装拆。全套图纸，加153893706ABSTRACTScrew press with large capacity, simple structure, easy adjustment and maintenance, can guarantee the stability of the workpiece precision. Widely used in metal forging, sizing processing, etc. This paper mainly introduces the general situation of the dev

5、elopment of the electric screw press and working principle, and compared with other types of screw press, showed the electric screw press the advantages of simple structure, convenient operation. The electric screw press has a simple structure, convenient operation; High precision, good in usability

6、, good reliability, etc. In this paper, through to this design adopts the working principle of the switched reluctance motor is introduced and the performance analysis, highlight to liquidate the superiority of the design of the electric screw press. After the material and the performance of the hel

7、ical gear, and the final choice of prime mover types, design conforms to the workshop for pressure correction and demolition of the electric screw press, its easy operation, simple structure, meet the design requirements. KEYWORDS：Switch reluctance motor, transmission device, pressure calibration an

8、d installation 目录第一章 绪论41.1 螺旋压力机概述41.2 螺旋压机的发展史41.3 螺旋压力机的特点41.4 螺旋压力机发展趋向51.5 本设计的主要内容和步骤6第二章 螺旋压力机驱动类型选择72.1 摩擦螺旋压力机72.2 液压螺旋压力机82.3 离合器式螺旋压力机82.4 电动螺旋压力机92.4.1 电动螺旋压力机的分类92.4.2 电动螺旋压力机的特点102.5 性能分析10第三章 螺旋传动主要参数计算123.1 螺旋传动的应用和类型123.2 螺旋传动的设计133.3 设计计算步骤:153.3.1 螺旋机构耐磨性的计算153.3.2 螺母螺纹牙的计算183.3.3

9、 螺杆强度的校核213.3.4 螺杆稳定性的校核223.3.5 自锁性的校核24第四章 开关磁阻电动机254.1 开关磁阻电动机简述254.2 开关磁阻电动机机结构特点254.3 电动机功率计算264.4 开关磁阻电动机发展前景27第五章 电动螺旋压力机结构设计285.1 电动螺旋压力机工作原理285.2 螺杆的设计295.3 螺母的设计305.4 机身设计30第六章 全文总结32参考文献33致 谢34毕业设计小结35第一章 绪论1.1 螺旋压力机概述 螺旋压力机（Screw Press），是指通过使一组以上的外螺栓与内螺栓在框架内旋转产生加压力形式的压力机械的总称。螺旋压力机起源于公元15世

10、纪的德国，有个叫约翰·唐地贝格的人发明了一种活字印刷机，涂上油墨的活字板通过螺旋装置被压摁在纸上。这种机器被当作榨葡萄和橄榄油的木制螺栓压榨机来使用，可以说是所有压力机械的起源。它采用的是逐步花时间压缩的施加静压方式。在欧洲的博物馆中，同样陈列有通过静压进行热锻造的螺旋压力机。据推测是在中世纪，用于制造城市及教会的钢制门窗及五金部件的。1.2 螺旋压机的发展史 最早用于现代工业化大生产的螺旋压力机靠摩擦盘传递动力，简称摩擦压力机，它在19世纪初开始使用，1877年德国公布了摩擦压力机的首个专利。由于结构简单，工作可靠，摩擦压力机至今仍在广泛应用。其最大的缺点是摩擦传动效率低，约为50

11、%-55%，其总效率仅为20%至25%。近百年来，人们一直在寻求改进的方法，主要目标是:提高传动效率，降低能耗;加大设备吨位，提高工作能力;提高打击能量的控制精度和操作的自动化程度。20世纪是螺旋压力机大发展的时期，20年代，人们开始研制液压螺旋压力机，40年代末期投入工业应用。30年代，前苏联开始电动螺旋压力机研制，50年代末期德国开始生产，到70年代末，德国辛佩坎公司研制成功离合器式螺旋压力机。20世纪末期，日本Enomoto公司开发研制成功伺服驱动电动螺旋压力机。进入21世纪，螺旋压力机这一古老的成形设备仍在蓬勃发展，已经形成品种多样，规格齐全，自动化程度高的特色，为人类文明的发展继续作

12、出贡献。 1.3 螺旋压力机的特点 螺旋压力机在锻压生产中的应用已有近二百年的历史。这种古老的锻压设备，结构经不断改进，使用性能日益完善，获得越来越广泛的应用，特别是近二十年来发展很快。螺旋压力机能够得到发展，主要由于具有以下特点:工艺适应性好，万能性强。下死点不固定，机器受力件的弹性变形不会影响工件精度;导向精度好。由于可以装顶出器，锻件拔模斜度小，因此最适用于作精锻。模具安装和调整方便，模具材料消耗低。机器结构简单，成本低，基建投资费用少，动力消耗和维修费用低。有较高的生产率。劳动条件好，对环境危害小。 螺旋压力机不足之处是:行程次数低，模锻时制坯不便，往往要配备制还设备，承受偏载能力较差

13、，生产率较低。 1.4 螺旋压力机发展趋向1. 基本参数系列化 目前很多国家或公司都制订了螺旋压力机的系列参数标准。一般情况按系列生产，但也为满足用户要求，提供变型或专用产品。西德是世界上制造螺旋压力机品种数量最多的国家，其驱动型式多样，性能结构先进，工艺用途广泛我国目前已制订了双盘摩擦压力机参数标准J B 25.E 7-79和液动螺旋压力机参数标准JB2474-790。2.螺旋压力机大型化随着航空、交通和电力等工业的发展，需要大型螺旋压力机。目前常用规格为40008000吨。我国正在研制40006300吨液动螺旋压力机。3.扩大工艺用途工业的发展，需要研制技术经济指标高，工艺用途广泛的螺旋压

14、力机。国外除通用型外，还按照体积模锻、精锻、压印和拉伸等不同工艺，发展各种类型的机器。目前我国产品系列单一，与工业发展不适应。需尽快发展餐具、医疗器具和压制耐火材料生产所急需的品种系列。4.加快滑块行程次数，提高打击速度近代化工业生产要求螺旋压力机加快行程次数，提高打击速度。所得效果为:生产率提高，可与其他锻压设备配套组织机械化及自动化生产，模锻充填效果好，模具寿命提高，大吨位设备减轻机重显著。5.机械化与自动化近年来在螺旋压力机上装设了更换模具机构，实现了自动化操纵，打击力能自动控制，模具的自动冷却、润滑及清除氧化皮等。在一些中小件的大批量生产过程中，螺旋压力机也能够排入一线中参加自动化生产

15、。随着科技发展，变频技术和电子数控技术的不断提高，电动螺旋压力机的开发创新、生产制造已全面展开，电动螺旋压力机已成为目前最具生命力的螺旋压力机产品。 进一步提高螺旋压力机的自动化程度，使打击力、速度、位置等参数的控制更加准确、方便、将是螺旋压力机今后继续发展的方向。1.5 本设计的主要内容和步骤 本设计介绍了螺旋压力机的发展状况，经过与摩擦螺旋压力机、离合器式螺旋压力机、液压式螺旋压力机进行对比，突出体现了电动螺旋压力机独特的性能优势和结构特点。主要思路如下：1. 通过对几种典型的螺旋压力机的对比，确定螺旋压力机的驱动类型为电动机驱动；2. 电动螺旋压力机螺旋传动类型的选择及传动装置的计算；3

16、. 本设计所采用的开关磁阻电动机的概述及功率选择；4. 电动螺旋压力机的结构设计。第二章 螺旋压力机驱动类型选择 螺旋压力机是最古老的成形设备之一，具有十分悠久的发展历史。很久以前，欧洲就有木制螺旋压力机，用以压制葡萄汁和橄榄油。15世纪德国人Johann Gensleisch （1400-1468)在木制螺旋压力机的基础上制成了螺旋印刷机，它可以说是螺旋压力机和其他机械压力机的老祖宗。16世纪初，意大利人采用螺旋压力机压制金属艺术品和硬币。直到19世纪中叶才出现了由蒸气驱动的机械压力机。下面这里介绍几种典型的螺旋压力机。2.1 摩擦螺旋压力机摩擦压力机是现代工业最早出现的螺旋压力机，它具有结

17、构简单，价格低廉的优点，迄今已有近二百年的历史并仍在广泛使用。除了在锻压行业外亦用于建材行业。摩擦压力机的主要问题是电机需带动摩擦盘始终高速旋转，而飞轮在一个循环中还需改变旋转方向，在换向时飞轮和摩擦盘产生严重打滑。这不但降低了传动效率，也加剧了摩擦带的磨损。为解决这一问题，上世纪就有人进行了改进，先后开发了三盘式和双电机独立驱动的摩擦压力机。由于摩擦盘和飞轮间相对滑动速度得以降低，设备性能得到一定改善。但是由于增加了结构和操作的复杂性，从而增加了制造和维修费用，未能得到广泛应用。 压力机效率低，打击力控制不精确，不适于大吨位。但由于造价方面的优势，中小吨位，尤其小吨位螺旋压力机目前仍以摩擦压

18、力机为主。目前，这类螺旋压力机的发展主要方向有:提高控制水平。一些先进的摩擦压力机甚至装有码盘检测飞轮速度。提高自动化程度。 摩擦压力机虽然能耗高，控制精度不高，但具有结构简单，价格低廉的优点，在我国应用十分广泛，而且仍具有很大的市场。但从节能考虑，其发展应得到一定控制，尤其应当限制大吨位的摩擦压力机的发展。2.2 液压螺旋压力机与摩擦传动相比，液压传动有更高的效率。油泵的总效率在70%-80%左右，而柱塞泵更可达到90%以上，还可利用蓄能器储存减速制动时的能量。 液压螺旋压力机按驱动方式有两种：液压缸驱动(推缸式)和液压马达驱动(副螺杆式)。液压螺旋压力机的效率大大提高，其加速传动效率可达6

19、0%-70%。此外，系统工作寿命大大提高， 液压螺旋压力机性能优于摩擦压力机，但是存在以下问题：1 液压系统复杂，管道敷设工作量大，液压泄漏对环境有污染；2 维修技术水平要求高，一般锻造工厂维修困难；3 价格远高于摩擦压力机且结构复杂，维修成本也更高些。2.3 离合器式螺旋压力机具有很大惯性飞轮的频繁正反转是螺旋压力机效率不高的主要原因，因为在加速减速及制动过程中会消耗大量能量。如果能像曲柄压力机一样，飞轮无需换向，效率就可以大大提高了。离合器式螺旋压力机中（图2.1），在飞轮与螺杆之间靠离合器来连接，与曲柄压力机相似。飞轮在工作过程中始终向一个方向旋转，无须停止和反向，其尺寸和转动惯量可远大

20、于普通摩擦压力机。当需打击时，离合器结合，由于离合器靠螺杆一边的部件转动惯量极小(只有飞轮的10% ，在极短的时间(约全程的5% )即可达到额定速度。成形过程中，和曲柄压力机类似，靠飞轮减速释放能量，直至离合器打滑，然后离合器迅速脱开，油缸推动滑块螺杆快速上升返同原位，打击力和能量由离合器控制。一般当飞轮减速达12.5%即可达到最大打击力。 离合器式螺旋压力机具有效率高、打击能量大、控制精度高等一系列优点，是当前螺旋压力机尤其是大吨位螺旋压力机的发展方向，但还是存在以下问题：1 机器结构十分复杂，既有机械离合器传动，又有用于滑块回程的液压传动。2 常用的滑块回程方式是采用液压缸推动滑块，同时使

21、螺杆作反向运动。在锻击和回程时，主螺杆和螺母的螺牙为同一受力面，润滑液不易补充，导致螺母螺牙容易损坏。图2.1 离合器式螺旋压力机结构原理图2.4 电动螺旋压力机2.4.1 电动螺旋压力机的分类由于电动螺旋压力机具有结构简单，机械部分制造容易，传动链短，传动效率较高，机械部分零件损耗少等优点故不断得到发展。现有交流伺服驱动电动螺旋压力机，楔型电动螺旋压力机，多击式电动螺旋压力机等型式。按照电机的驱动方式，电动螺旋压力机分为直接用电动机驱动和电动机传动机构驱动两大类。 （一）、电动机直接传动式 这种电动螺旋压力机无单独的电动机，定子固定在压力机机架的顶部，电动机的转子就是压力机的飞轮或飞轮的一部

22、分，利用定子的旋转磁场，在转子（飞轮）外缘表面产生感应电动势和电流，由此产生电磁力矩，驱动飞轮、螺杆转动。定子与飞轮间有空气间隙，主要传动部件之间是无接触传递能量，所以称为无接触式传动。（二）、电动机机械传动式 特殊电动机的功率大于 500kw时，结构庞大，造价高，当电动螺旋压力机公称压力大于40MN后，采用电机-齿轮传动，由一台或几台异步电动机通过小齿轮带动有大齿圈的飞轮旋转，飞轮只起传动和蓄能作用，飞轮和螺杆只作旋转运动，通过装在滑块上的螺母，使滑块作上下直线运动。电动机直接驱动多用于小型的螺旋压力机，它具有结构简单，体积小，效率高等优点。本论文所研究的螺旋压力机为小型的的螺旋压力机，由于

23、适用范围有限，所以采用电动机直接驱动飞轮的传动方式。2.4.2 电动螺旋压力机的特点（一）优点 1）传动方式简单，除PZS系列以外，直接传动的电动螺旋压力机定子和转子（带飞轮）之间不直接接触，无机械磨损，因此，检修工作量（包括备件的更换量）很小，节约劳动力和维修费用。 2）便于电控，力能参数调节方便可靠，动作平稳，传动噪声很小。 3）传动链短，部件少，结构简单，设备体积小，外形美观，一般无传动部件暴露于机器外因此，在电力充分、工资高的国家颇受欢迎。（二）缺点最大缺点是每次行程要换向旋转而起动两次，下行程时电机转速由零增加到储能结束时电机转速，回程逆转，又要从零增，每启动一次，均产生启动能量耗损

24、。2.5 性能分析电动螺旋压力机是利用冲击力使工件变形的设备，工艺适用性极强，既能用于板料的冷态冲压、压印、校平、弯曲等，又能用于精锻、精整，既能适用于不锈钢复底锅压力焊接工艺，又能适用于曲轴、钛合金叶片及其它叶片的精密锻造。它操作便捷，运行安全，维修工作量小，生产率高，没有摩擦粉屑的吸入，保障工人健康。打击能量可准确设置，可根据成型精度调节能量、打击力，以减少模具的机械应力和热接触时间，延长模具寿命。电动螺旋压力机的价格一般约为相当能力的热摸锻压力机的0.75倍，故有其良好的性能价格比。电动螺旋压力机与摩擦螺旋压力机相比，不需要转动的横轴、摩擦盘、两个支臂，与液压螺旋压力机相比，不需要复杂的

25、、要求较高的液压系统。因此，电动螺旋压力机零部件少，结构简单，设备体积小，动作平稳，传动噪声很小，传动链短，制造容易，重量轻，便于安装，造价低，传动方式简单，检修工作量很小，便于维护和修理，不需要中间传动链，无复杂的液压系统和电气控制设备，摩擦螺旋压力机上的摩擦材料易损件， 不存在摩擦传动中的摩擦损耗和磨损问题，零件损耗小。 由于电力电子、电机、计算机控制技术的飞跃发展，为电动螺旋压力机注入了新的活力，它不但可以使控制更加精确，而且可将离合器、制动器等耗能部件去除，进一步减少能耗，具有极大的发展前途，应予足够地重视。进一步提高螺旋压力机的自动化程度，使输出力、速度、位置等参数的控制更加准确、方

26、便、将是螺旋压力机今后继续发展的方向。 由于本次设计的螺旋压力机主要用于第三章 螺旋传动主要参数计算3.1 螺旋传动的应用和类型 螺旋传动是利用螺杆（丝杠）和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力。它具有结构紧凑、转动均匀、准确、平稳、易于自锁等优点，在工业中获得了广泛应用。 （1）按螺杆与螺母的相对运动方式，螺旋传动可以有以下四种运动方式：螺母固定不动，如图3.1 (a) 螺杆转动并往复移动，这种结构以固定螺母为主要支承，结构简单，但占据空间大。常用于螺旋压力机、螺旋千斤顶等。螺母转动，如图3.1 (b) 螺杆做直线移动，螺杆应设防转机构，螺

27、母转动要设置轴承均使结构复杂，且螺杆行程占据尺寸故应用较少。螺母旋转并沿直线移动，如图3.1 (c) 由于螺杆固定不动，因而二端支承结构较简单，但精度不高。螺杆转动，如图3.1 (d) 螺母做直线运动，这种运动方式占据空间尺寸小，适用于长行程螺杆。螺杆两端的轴承和螺母防转机构使其结构较复杂。车床丝杠、刀架移动机构多采用这种运动方式。 (a) (b) (c) (d)图3.1 运动方式本次设计的螺旋压力机是运用了图3.1（d）的运动方式，即螺杆固定不动。（2）按照用途不同，螺旋传动分为三种类型。传力螺旋以传递动力为主，要求以较小的转矩产生较大的轴向推力，一般为间歇性工作，工作速度较低，通常要求具有

28、自锁能力。 传导螺旋以传递运动为主，这类螺旋常在较长的时间内连续工作且工作速度较高，传动精度要求较高，下图3.2为机床进给机构的螺旋。图3.2 传导螺旋调整螺旋用于调整并固定零件间的相对位置，一般不经常转动，要求能自锁，有时也要求很高精度，如带传动张紧装置、机床卡盘和精密仪表微调机构的螺旋等。本次设计的螺旋压力机就是运用了传力螺旋这种传动类型。3.2 螺旋传动的设计 在螺旋传动中，结构最简单应用最广泛的是滑动螺旋，本节主要介绍这种螺旋传动的设计。滑动螺旋副工作时，主要承受转矩和轴向拉力（或压力）的作用，由于螺杆和螺母的旋合螺纹间存在着较大的相对滑动，因此，其主要失效形式是螺纹牙破损。滑动螺旋的

29、基本尺寸通常根据耐磨条件确定。对于传力螺旋还应校核螺杆危险截面。滑动螺旋的结构包括螺杆、螺母的结构形式及其固定和支承结构形式。螺旋传动的工作刚度与精度等和支承结构有直接关系，当螺杆短而粗且垂直布置时，如起重及加压装置的传力螺旋，可以采用螺母本身作为支承的结构。当螺杆细长且水平布置时，如机床的传导螺旋（丝杠）等，应在螺杆两端或中间附加支承，以提高螺杆工作刚度。螺母结构有整体螺母、组合螺母和剖分螺母等形式。整体螺母结构简单，但由磨损而产生的轴向间隙不能补偿，只适合在精度要求较低的场合中使用。对于经常双向传动的传导螺旋，为了消除轴向间隙并补偿旋合螺纹的磨损，通常采用组合螺母或剖分螺母结构。利用螺钉可

30、使斜块将其两侧的螺母挤紧，减小螺纹副的间隙，提高传动精度。传动用螺杆的螺纹一般采用右旋结构，只有在特殊情况下采用左旋螺纹。螺杆和螺母材料应具有较高的耐磨性、足够的强度和良好的工艺性。表3.1 螺杆与螺母常用的材料螺纹副材料应用场合螺杆Q235 Q275 45 50轻载、低速传动。材料不热处理40Gr 65Mn 20GrMnTi重载、较高速。材料需经热处理，以提高耐磨性9Mn2V GrWMn 38GrMoAl精密传导螺旋传动。材料需经热处理螺母ZcuSn10P1 ZcuSn5Pb5Zn5一般传动ZcuAL10Fe3 ZcuZn25AL6Fe3Mn重载、低速传动。尺寸较小或轻载高速传动，螺母可采用

31、钢或铸铁制造，内空浇铸巴士合金或青铜3.3 设计计算步骤: 3.3.1 螺旋机构耐磨性的计算耐磨性计算尚无完善的计算方法，目前是通过限制螺纹副接触面上的压强作为计算条件，其校核公式为： PP （式3.1）式中，F为轴向工作载荷（N）；A为螺纹工作表面投影到垂直于轴向力的平面上的面积（mm²）；d2为螺纹中径(mm)；P为螺距(mm)；h为螺纹工作高度(mm)，矩形与梯形螺纹的工作高度h=0.5P,锯齿形螺纹高度h=0.75P；z=H/P为螺纹工作圈数，H为螺纹高度(mm)，p为许用压强(MPa)。表3.2 滑动螺旋传动的许用压强螺纹副材料滑动副速度/(m·min-1)许用压

32、强/MPa钢对青铜低速<3.0612>151825111871012钢-耐磨铸铁61268钢-灰铸铁<2.4612131847钢-钢低速7.513 淬火钢-青铜6121013注：ø<2.5或人力驱动时，p可提高20%；螺母为剖分式时，p应降低15%-20%。为便于推导设计公式，令ø =H/d2，代入整理后得螺纹中径的设计公式为： d2 （式3.2）对矩形、梯形螺纹，h=0.5P，则： d20.8 （式3.3）对锯齿形螺纹，h=0.75P，则 d20.65 （式3.4）ø值根据螺母的结构选取。对于整体式螺母，磨损后间隙不能调整，通常用于轻载或

33、精度要求低的场合，为使受力分布均匀，螺纹工作圈数不宜过多，宜取ø=1.22.5；对于剖分式螺母或螺母兼作支承而受力较大，可取ø=2.53.5；传动精度高或要求寿命长时，允许ø=4。根据公式计算出螺纹中径 d2 后，按国家标准选取螺纹的公称直径d和螺距P。由于旋合各圈螺纹牙受力不均，故z不宜大于10。考虑到转速较低，单个作用面受力不大，螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。由上表3.1（螺杆与螺母常用的材料）选材料为45钢，由手册查=360Mpa；为了提高耐磨性，螺母选较软的材料锡青铜为ZCuSn10P1。按耐磨性条件确定螺杆中径d2。求出d2后，按标

34、准选取相应公称直径d2、螺距P及其它尺寸（图3.3）。 根据规定，对于整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，为使受力比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故取=1.22.5，此处取=1.5。螺杆-螺母材料分别为钢-青铜，滑动速度为低速，得许用压力P为1825MPa。P取18MPa。（摩擦系数起动时取大值，校核是为安全起见，应以起动时为准，由f 值0.080.1，应取f =0.1）。图3.3 螺杆简图（1）取 计算d2 d2=2.67 (式3.5)由于d2 10，不便于设计。为了方便设计与计算，据GB/T 5796.3-2005，取： d=30mm，D=31.00mm由d2=D2=dH1=d0.5P推得P

35、=6.66mm，则P=6.00mmd1=23.00mm，D1=24.00mmd2=D2=d-0.5P=27.00mm已知工作行程， 同时，取为， 3.3.2 螺母螺纹牙的计算螺纹有矩形、梯形与锯齿形，常用的是梯形螺纹。梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角=30º，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动。矩形螺纹牙根强度低，锯齿形螺纹牙型为不等腰梯形，加工成本高。从实用性考虑，故选梯形螺纹，它的基本牙形按GB/T5796.12005的规定，如图3.4所示。图3.4 螺杆和螺母的螺纹配合图螺纹牙多发生剪切与弯曲破坏。由于一般情况下螺母材料的强度比螺杆低，因此只需校核螺母螺纹牙的强度。假设载荷集中

36、作用在螺纹中径上，可将螺母螺纹牙视为大径D处展开的悬臂梁，螺纹牙根部的弯曲强度校核公式为： = 3Fh/Db²z （式3.6）剪切强度校核公式为： =F/zDb （式3.7）式中D为螺母螺纹的大径(mm)；b为螺母螺纹牙根部宽度(mm)；可由国家标准查得，也可取矩形螺纹b=0.5P，梯形螺纹b=0.65P，锯齿形螺纹b=0.74P； 、分别为螺母螺纹牙的许用弯曲应力和许用切应力(MPa)。表3.3 滑动螺旋副材料的许用应力项 目许用应力/ MPa钢制螺杆=S/35 S为材料的屈服极限/ MPa螺 母材料许用弯曲应力b许用切应力青铜40603040耐磨铸铁506040铸铁455540钢

37、（1.01.2）0.6注：静载荷许用应力取大值。若螺杆与螺母的材料相同，由于螺杆螺纹的小径小于螺母螺纹的大径D，故应校核螺杆螺纹牙的强度，这时公式中的D应改为。(1) 计算螺母高度H： H=40 （式3.8） (2）计算旋合圈数z： =6.7 取 （式3.9）本设计采用铸锡青铜材料,螺母的结构简图如图3.5所示。1. 根据其材料为青铜，则其许用应力，则：其挤压许用应力为：，取其平均值为，拉伸许用应力为： ，取其值为。图3.5 螺母的结构简图 2、凸缘拉伸强度计算确定直径 根据公式 得： 45.24 （式3.10）取凸缘的外直径为46. 3、凸缘环面挤压强度计算确定直径 根据公式 得： （式3.

38、11）可确定螺母的环面直径为51。4、 凸缘根部弯曲强度计算确定凸缘厚度 根据公式 ， 得： 6.00 （式3.12）（6）螺母螺纹牙强度校核： 由上表查得青铜螺母螺纹牙许用弯曲应力=4060MPa,许用剪切应力=3040MPa；梯形螺纹螺纹牙根宽度b=0.65p=0.65×6=3.9mm；梯形螺纹螺纹牙工作高度h=0.5p=0.5×6=3。则：弯曲强度校核： =26.05MPa 合格； （式3.13）剪切强度校核： MPa 合格； （式3.14）综上，所选定的螺旋传动杆材料和直径，在假设的30KN的输出压力下，能达到螺杆和螺母的各项强度校核。所以设计题目所要求的30Kg的

39、输出压力肯定在强度范围之内。3.3.3 螺杆强度的校核螺杆受轴向力F及转矩T的作用，危险截面上受拉（压）应力和扭转切应力。根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度校核公式为：= （式3.15）式中d1为螺杆螺纹的小径（mm）；为螺杆材料的许用应力（MPa），T为螺杆所受转矩(N·m)T=；由上表查得螺杆许用应力 （式3.16）螺杆所受转矩：60889.03 （式3.17）螺杆强度校核：74.46MPa120MPa 合格；（式3.18）3.3.4 螺杆稳定性的校核对于长径比大的受压螺杆，当轴向力F超过某一临界载荷FC时，螺杆可能会突然产生侧向弯曲而丧失稳定。因此，对细长螺纹应进行稳定性校核

40、。螺杆的稳定性条件为： （式3.19）式中S为稳定性安全系数，对于传力螺旋取S=3.55；对于传导螺旋取S=2.54；对于精密螺杆或水平螺杆取S>4。临界载荷FC与螺杆的柔度及材料有关，根据=的大小选用不同的公式计算。当8590时，根据欧拉公式计算，即： （式3.20）当<8590时；对b380MPa的碳素钢（如Q235、Q275）=(304/1.12) （式3.21）当<8590时，对b470MPa的优质碳素钢（如355、45）=(461/2.57) （式3.22）已知：，并可查得：，螺杆危险截面的惯性矩：，同时，其中，为螺旋杆的揉度。经计算得出：，则 ， （式3.23）又

41、螺杆的稳定性安全系数为：3.55.0，则： （式3.24）由上式可知，本设计满足螺杆的稳定性设计。表3.4 长度系数的选择螺杆端部结构两端固定0.5一端固定，一端不完全固定0.6一端固定，一端自由（如千斤顶）2一端固定，一端铰支（如压力机）0.7两端铰支（如传导螺杆）1注：用下列办法确定螺杆端部的支撑情况：采用滑动支承时：lo为支承长度，do为支承孔直径，lo/do<1.5铰支；lo/do=1.53不完全固定；lo/do>3固定。采用滚动支承时：只有径向约束时为铰支；径向和轴向都有约束为固定。注：用下列办法确定螺杆端部的支撑情况：采用滑动支承时：lo为支承长度，do为支承孔直径，l

42、o/do<1.5铰支；lo/do=1.53不完全固定；lo/do>3固定。采用滚动支承时：只有径向约束时为铰支；径向和轴向都有约束为固定。3.3.5 自锁性的校核 对于要求自锁的螺旋传动，应校核是否满足自锁条件，即： （式3.25）式中，fV为螺纹副的当量摩擦系数表3.5 螺旋传动螺旋副的当量摩擦系数（定期润滑）螺旋副材料 钢和青铜钢和耐磨铁 钢和铸铁钢和钢淬火钢和铜0.080.100.100.120.120.15 0.110.170.060.08（4） 校核螺旋副自锁性： 4.05° （式3.26）由上表查得，满足自锁条件。 综上，所选定的螺旋传动杆材料和直径，在假设的

43、30KN的输出压力下，能达到螺杆和螺母的各项强度校核。所以设计题目所要求的30Kg的输出压力肯定在强度范围之内。第四章 开关磁阻电动机 4.1 开关磁阻电动机简述 开关磁阻电机是一种新型调速电机，调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点，是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统的最新一代无极调速系统。它的结构简单坚固，调速范围宽，调速性能优异，且在整个调速范围内都具有较高效率，系统可靠性高。主要由开关磁阻电机、功率变换器、控制器与位置检测器四部分组成。近年来，开关磁阻电机的应用和发展取得了明显的进步，已成功地应用于电动车驱动、通用工业、家用电器和纺织机械等各个领域，功率范围从10W到5MW，最

44、大速度高达100,000 r/min。4.2 开关磁阻电动机机结构特点 在图4.1 中，开关磁阻电动机的定子 转子均由硅钢片叠压而成，转子上既无绕组也无永磁体，定子极上绕有集中绕组，径向相对的两个绕组串联构成一个两极磁一相。开关磁阻电动机可设计成多种不同的相数以及极数结构，且定子、转子的极数总是不相同，有多种不同的搭配，这种特殊的组合形式在螺旋压力机上可得到充分的应用。在图4.1中， 电动螺旋压力机的开关磁阻电动机工作过程是 以定子、转子的相对位置作为起始位置，依次给Dabc相绕组通电,转子即会逆着励磁顺序以逆时针方向连续旋转,反之, 依次给BAdc相通电,则电动机会顺时针旋。可见，开关磁阻电动机的转向与相绕组的电流方向无关，而取决于相绕组通电的顺序。通过控制与电动机每相绕组相串接的各组S1S2的开关工作状态，就可以改变电动机的转向、转矩、转速。 图4.1 开关磁阻电动机结构示意图电动螺旋压力机由于采用先进的开关磁阻电动机关键技术,普通交流电动机空载时的功率因数为0.20.4，满载时为0.80.9；而开