钢丝绳张紧装置设计讲解

摘要果园双轨运输机的钢丝绳张紧装置设计摘要随着我国现代农业机械设备的逐步发展与应用，不仅一般的平地农业生产机械化程度得到较大提高，而且山地机械化的发展也渐渐被提上了日程。山地是我国南方水果的主要种植区，物资和果实运输一般采用人力搬运，既耗费劳力，又增加成本，在很大程度上制约着山地果园的发展。面对山地地形不适宜轮式车辆直接运行的实际情况，长距离、大运量的轨道输送机便得到了广泛的应用。通常情况下，钢丝绳在长时间牵引轨道运输机后会发生变长、松弛等问题，本次设计的果园双轨道运输机钢丝绳张紧装置的作用就是有效保持钢丝绳的张紧状态。所以，它的性能好坏与否将直接关系到运输机的整体运输性能。本文通过对国内外现有的张紧装置进行分析，从技术角度探讨了各类主要张紧装置的优缺点，遵从技术适用、经济合理的原则，筛选出螺旋张紧装置作为本次设计对象。参照任务设计书，通过分析、计算、校核等工作得出了张紧装置各主要结构尺寸。另外，在此基础上通过三维软件PRO/E进行建模、装配、仿真，然后用二维绘图软件CAD绘制二维工程图纸，得出设计结论。研究结果对双轨运输机张紧以及其他各种平台的张紧技术的应用具有参考价值。该课题研究的果园双轨道运输机钢丝绳张紧装置不仅适应当前实际应用要求，而且具有易于操作、灵活性强、体积小、重量轻、能耗低等优点，能有效的解决果园双轨道运输机钢丝绳张紧应用要求，因而获得越来越多的重视。关键词：双轨运输机，张紧装置，设计，运动仿真DESIGNOFSTEELWIREROPETENSIONDEVICEOFDOUBLERAILTRANSPORTINORCHARDABSTRACTWiththedevelopmentandapplicationofChina'sagriculturalmechanizationtechnologyindustry,notonlythegenerallevelofmechanizationofagriculturalproductionhasbeengreatlyimprovedgroundandmechanizationofmountainareashasgraduallybeenputontheagenda.However,richinfruitsoftheSouth,whichbelongstomountainousterrain,transportationofthefruitharvestgenerallyusethemanualpickingandtransport,notonlythecostofmanpower,butalsoincreasedthecost,inagreatextent,restrictstheorchardofagriculturaleconomicdevelopment.Inthefaceofthefactthatthemountainterrainisnotsuitableforthedirectoperationofthevehicle,thelongdistanceandlargecapacityoftherailconveyorhasbeenwidelyused.Orcharddoubletrackconveyorwireropetensioningdeviceroleisdeformedintherope,slack,effectivelyguaranteetheropetension.So,itsperformanceisgoodornotdirectlyrelatedtotheoverallperformanceofthetransportconveyor.Inthispaper,theexistingdomesticandinternationalresearchandanalysiscarriedouttensioningdevice.First,fromatechnicalpointofresearchanddiscussestheapplicabilityofeachprimarymaintensioningdevice.Thenscreenedoutaccordingtothetechnicalapplicationoftheprincipleofreasonableeconomicspiraltensioningdevice.AndAccordingtothedesigntaskbook,byanalysis,calculation,checkingandsocometothemajorstructuraldimensionsoftensioningdevice.Second,onthisbasis,performedusingthree-dimensionalsoftwarePRO/Emodeling,assembly,simulation,andthendrawingtwo-dimensionalengineeringdrawingswithatwo-dimensionaldrawingsoftwareCAD,designdrawconclusions.Theresultsofthestudyhaveareferencevaluefortheapplicationofthetensioningtechnologyofthetworailtransportandotherplatforms.Inaddition,theorcharddoubletrackconveyorwireropetensioningdevicethatresearchisnotonlytomeetthecurrentrequirementsofpracticalapplication,butalsoeasytooperate,flexible,smallsize,lightweight,lowpowerconsumptionadvantages.Keywords:doubletracktransport,tensioningdevice,design,motionsimulation目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章绪论 1\o"CurrentDocument"1.1引言 1\o"CurrentDocument"1.2研究的目的与意义 1\o"CurrentDocument"1.3运输机张紧装置国内外研究概况 1\o"CurrentDocument"1.4张紧装置的分类 2\o"CurrentDocument"1.5本设计的主要内容和重点 3\o"CurrentDocument"1.6研究方法与技术路线图 3\o"CurrentDocument"第二章整体结构设计与关键参数确定 5\o"CurrentDocument"2.1设计方案的比较与选择 5\o"CurrentDocument"2.2张紧装置的螺旋传动机构设计与参数确定 62.2.1 螺旋传动的概述 62.2.2螺旋装置的结构设计 7螺杆螺母的选择 7螺杆的受力分析 7\o"CurrentDocument"2.2.5螺旋传动设计与计算 82.2.6螺旋副自锁性校核 10螺杆的强度校核 10\o"CurrentDocument"螺母螺纹牙的强度校核 11\o"CurrentDocument"螺杆稳定性校核 12\o"CurrentDocument"第三章张紧装置三维实体建模 14\o"CurrentDocument"3.1三维建模基本思路 14\o"CurrentDocument"3.2创建机架实体 14\o"CurrentDocument"3.3创建可活动底板实体 17\o"CurrentDocument"创建螺杆实体 18\o"CurrentDocument"3.5手轮及螺栓螺母的三维造型 18\o"CurrentDocument"3.6轨道及小车的实体建模 19\o"CurrentDocument"第四章 张紧装置装配与运动仿真 20\o"CurrentDocument"4.1张紧装置的总体装配 20\o"CurrentDocument"4.2仿真动画 214.2.1张紧装置爆炸动画制作 21\o"CurrentDocument"4.2.2机构仿真动画制作 23\o"CurrentDocument"第五章总结 25\o"CurrentDocument"5.1主要工作回顾 25\o"CurrentDocument"5.2本课题今后需进一步研究的地方 25\o"CurrentDocument"参考文献 26\o"CurrentDocument"致谢 27附录A外文翻译原文 错误！未定义书签。附录B外文翻译译文 错误！未定义书签。第一章绪论1.1引言我国盛产水果区主要集中于长江中上游带，但该区域山地地形起伏不平，果园果品、化肥等物资的运送因此成为果园产业发展中的瓶颈问题。近年来，我国农业行业机械化技术的逐步发展与应用，不但一般的平地农业生产机械化程度得到较大提高，而且山地地区的机械化发展也渐渐被提上了日程。在技术水平上，我国已生产出了山地果园钢丝绳双向牵引双轨运输机［5］。其克服了单向牵引运输机，货运车上行依靠驱动装置的牵引，下行完全依靠货运滑车的自重，当遇到较平坦的地形时，货运滑车无法顺利下滑的缺点，并具有结构简单、操作简便、作业灵活、双向牵引、生产效率高及节约人工等优点⑸。然而作为双向牵引运输机，其在启动、停止及一些复杂情况时钢丝绳会发生蠕变现象，导致钢丝绳松弛变长而无法张紧，进而无法顺利运输物资的问题［4,5,6］。故，运输机的张紧装置在双向牵引式运输机中所起的作用尤其重要。1.2研究的目的与意义目的：本课题是对果园双轨道运输机钢丝绳张紧装置设计，其目的是能够较好的解决该类型运输机钢丝绳变长松弛无法正常运行等问题。意义：钢丝绳张紧装置是双向牵引式果园双轨运输机的核心部分，张紧装置的好坏将直接整个运输机的性能，所以，对其研究具有非常重要的意义。另外，本课题适应当前实际应用要求，具有结构简单、易操作、能耗低等优点，对其它各装备张紧技术的应用具有参考价值。1.3运输机张紧装置国内外研究概况现阶段我国在农业轨道运输方面的研究应用还比较少，特别在山地轨道运输方向，发展速度还落后不上国际水平很远，依旧处于低水平层次，并且对其的大部分研究还在试验方面⑺，不过，我们可以借鉴其他的轨道运输的发展来研究推进山地果园的轨道运输机的发展。如近年来，我国对山地果园运送机械的研究，研发了固定式双轨运输机、单轨运输机和无轨运输机、自走式大坡度双轨运输机、链式循环索道运输机等⑹。但是,国内外系列机型均需按果园实际坡型试制、户外施工难度大、制作周期较长、难以实现企业标准化批量生产［6］。另外，该系列运输机无法搬移，且设备利用率较低。针对这些问题，目前有一种可拆装、操作简单和质量轻便的拆装双向牵引式双轨运输机，但针对此种双向牵引式双轨道运输机，在运输机启动、稳定运行、制动过程及各种复杂路况下钢丝绳发生蠕变，使钢丝绳变长而松弛，故，张紧装置就显得异常重要。由于对各式运输机而言，其张紧装置都非常重要，所以已经有许多专家学者对它进行了充分的研究，并将其发展概况大致归纳为下面几个阶段［3］：第1阶段，属于纯机械式张紧阶段。这个阶段的张紧装置有：螺旋式张紧、重锤式张紧、固定绞车式张紧。其中，重锤式张紧主要由滑轮组和重锤块组成的系统拉动整个驱动装置实现对绳变长松弛的补偿而达到拉紧目的。特点是当绳伸长时，能够很好的自动吸收绳的伸长。而螺旋式张紧和固定绞车式张紧其在运输机工作过程中它的位置是不变的。因此，当绳发生张紧力下降而松弛时，只能通过人工调节张紧。［3］第2阶段，张紧力半自动式。机械绞车张紧装置则是这个阶段的主要产物，但其只能在运输机稳定工作时自动张紧，使稳定工作时的牵引绳张力维持恒定，而在启动、制动及其他不稳定情况下张紧力则不能调节。其特点是在结构上带闸开关，张紧与停止时分别对应闸松开与闸关紧。机械绞车张紧装置工作的时间较短，主要是其停车等待状态占据大部分时间。［3］第3阶段，属于张紧力自动可调阶段。该阶段主要有：液压缸自动张紧和液压绞车自动张紧，如国内外常用的KJ2029型矿用运输机自动张紧装置、YZL型液压绞车自动张紧装置、澳大利亚ACE公司生产的APW型自动张紧装置等，这类张紧装置能根据各种情况自动调整牵引绳的张紧力，特点是其结构上不带闸，但不能停机，故其耗能大，不经济。液压缸式张紧则是蓄能器和液压泵一起运行的原理。［3］1.4张紧装置的分类运输机张紧装置据其工作方式的异同可分为：①固定式张紧、②重锤式张紧、③自动式张紧⑶。（1） 螺旋式张紧装置和固定绞车式张紧装置均属于固定式张紧。其中，螺旋张紧装置其组成由螺母螺杆的螺旋副拉动整个驱动装置实现对钢丝绳变长松弛的补偿。当螺杆转动时，固定螺母与可动机架同时前行或后退，使牵引绳张紧或松弛。其优点是结构简单，缺点是张紧行程过小，可用于较短距离的运输机。螺旋张紧时，牵引绳拉长松弛后，其不能实现自动张紧；螺杆和滑道之间可能会被灰尘堵塞或因螺杆生锈，导致螺杆转动不灵敏或无法调节；而长时间使用容易磨损，发生弯曲等问题，所以调节螺杆不能太长，故，影响张紧行程的调节；而固定绞车张紧装置，其的绞车通常依靠蜗轮蜗杆减速器带动卷筒缠绕钢丝绳从而实现对运输机的张紧。固定绞车张紧装置虽体积小但张紧力大，因此被广泛用于煤矿井下的运输机中；缺点是只能依据需求进行调节，而且调节好以后其张紧力不能改变。所以，当胶带或牵引绳由于绞车或控制系统发生问题产生时，张紧力不能得到及时的调节，故其安全可靠性功能方面相对较低。［3,8,9］（2） 垂直重锤和重锤车式均属于重锤式。而垂直重锤式又包括单重锤式和多重锤式［3］。它们都是靠重锤块自重张紧，故可以及时使牵引绳重新张紧。但其建塔花费较高，而且对空间要求也大；此外，张紧装置若下方堆满杂物，不能及时清理，重锤块将会被托起而实现不了张紧；因靠人工增减重锤来调节牵引绳张力，故调节操作不方便且不太准确⑵。而重锤式小车张紧，则靠重锤块通过绳索牵引小车实现张紧，它也有占据空间大、现场管理不方便等缺陷。（3）自动式张紧。随着科技的日益发展，在近代运输机机中被广泛应用的是更好用的自动式张紧，其既可以使运输机方便布置，又能自动及时补偿牵引绳的拉长松弛。自动式张紧根据其驱动形式的异同，可将其分为电驱动绞车张紧和液压驱动油缸张紧。电驱动绞车张紧装置特点是配有张力传感器，检查牵引绳的张力，当牵引绳张力变化超过运输机正常工作的范围时，装置快速响应进行调节以保证运输机的正常工作；由于受传感器质量、机械系统惯性及信号延迟等因素影响，自动式张紧有误操作情况，其使用效果受一定影响。而液压驱动油缸张紧是根据油缸对张紧卷筒施加张力，可依据运输机工作的需要及时对张紧力的大小进行调节，但需要液压站和油缸一直处于运行状态，这将使功耗加大。［3,9］1.5本设计的主要内容和重点本设计主要是研究果园双轨道运输机钢丝绳张紧装置基本原理和设计，以山地双轨道运输机为对象，并根据运输机对张紧装置的要求，设计出符合要求的张紧装置。论文主要包含以下内容：（1） 阐述果园双轨道运输机、张紧装置的基本原理；（2） 选择张紧方式（手动、半自动、自动）和选择张紧装置（重锤式、绞车式、螺旋式）；（3） 分析运输机对张紧装置的要求；（4） 结构设计与分析；（5） 三维建模并生成二维图纸；（6） 动画仿真；其中重点研究内容为：（1） 结构设计与分析；（2） 三维建模。1.6研究方法与技术路线图（1）文献研究法通过查阅大量文献资料，从而了解果园双轨道运输机钢丝绳张紧装置发展历史和国内外研究现状，以此确定研究方向；并且形成对园双轨道运输机钢丝绳张紧装置的一般认识；了解张紧系统的结构；对比各种不同的应用平台张紧装置

的特点。软件分析法利用PRO/E、CAD等相关软件进行仿真实验、辅助建模和分析。技术路线图如图1-1所示。图1-1技术路线图第二章整体结构设计与关键参数确定果园双轨道运输机是一种新型的农用机器设备，它的主要功能是实现偏远坡地果园农资、果品的省力化运送。众所周知，我国南方许多山区地形复杂，有时坡地倾斜角度大、土质松散，加之果树种植较多，农用车辆行驶其中非常困难，而且果农在如此复杂地形操作车辆兼具危险性。所以，轨道运输机的出现便应运而生。它的轨道不仅不受地形、坡度、土质的影响可以实现自由铺设，而且配合所设计的轨道运输车，既保证果农的安全性，又可以很方便的使各种运输难题迎刃而解。果园双轨道运输机钢丝绳张紧装置主要作用是实现在运输机在开始启动、正常运行、紧急制动等过程及各种复杂路况下钢丝绳发生蠕变，使钢丝绳变长而松弛时，保证保证钢丝绳的张紧状态，所以它的性能好坏将直接影响运输机的整体运输性能。本章主要对张紧装置的构成、原理及其运行系统进行计算和设计。2.1设计方案的比较与选择设计方案一：张紧方式采用重锤式，其组成由滑轮组和重锤块拉动整个驱动装置实现对钢丝绳变长松弛的补偿。设计方案二：张紧方式采用螺旋式，其组成由螺母螺杆的螺旋副拉动整个驱动装置实现对钢丝绳变长松弛的补偿。方案比较：（1） 重锤式张紧方式是利用重锤块自重进行张紧，所以能自动抵偿钢丝绳的拉长，但其基建费用高，经济性较差，对空间要求大，不太便于现场管理和布置；而且考虑到张紧装置下方如果被杂物堆积不及时清除，杂物会将重锤托起而起不到对运输机张紧的作用；由于是依靠人工手动增减重锤来调节钢丝绳张紧力，所以调节不太准确且操作相对困难。（2） 螺旋式张紧方式是通过将电机、减速器、滚筒等整个驱动装置安装在可移动架子上，整个驱动机架又可在导轨上滑动。其原理是当旋转螺杆时，机架上的螺母与机架一起前进或后退，实现张紧或放松。其特点是结构简单，易操作且经济性好，其缺点式螺杆和滑道之间偶尔会被杂物堵塞或因螺杆生锈，导致螺杆旋转调节不太灵敏；但好在果园双轨运输机的张紧不需像皮带张紧那样要求严格，手动调节即可。方案的确定：综合以上的特点及重锤式张紧的缺点再结合运输机工作的地点在较偏远的山村，考虑到经济性占较大比重，故在本次设计中，选择螺旋式作为张紧装置的选择方案。2.2张紧装置的螺旋传动机构设计与参数确定2.2.1螺旋传动的概述螺旋传动的原理是通过螺杆和螺母所组成的螺旋副来达到传动要求的mi。其作用是把回转运动巧妙地变为线性运动，于此同时，将运动形式和力传递出去。依据螺杆和螺母的运动情况，可将螺旋传动的运动方式，大致分为下面两种：（1）如图2-1（a）所示，螺杆原地转动，螺母实现直线移动，多见于机床的进给系统中；（2）如图2-1（b）所示，螺母固定，螺杆转动并实现直线移动，多见于螺旋起重器（千斤顶，图2-2）和螺旋压力机中。［11,12］又，按其用途不同分类，可分为如下类别。图2-1螺旋传动的运动形式 图2-2螺旋起重器（1） 传力螺旋它以传递动力为主。该传力螺旋，其在工作时其螺杆会承受较大的轴向力，通常是间歇工作，工作速度不高，而且每次工作时间亦短，一般本身需要具备自锁能力［11］。（2） 传导螺旋传导螺旋用于传递运动，偶尔也要求能够经受轴向载荷。它需要连续工作较长时间，对速度要求也较高，所以传动精度需求也高。（3） 调整螺旋仪器、机床或测试系统中用的就是调整螺旋，它只用于调整零件位置不常转动，空载荷下才调整。依据螺旋副磨擦性质，螺旋传动还可分成：①滚动螺旋；②滑动螺旋；③静压螺旋三类。滑动螺旋的构成最为简单，易于制造，又便于自锁，应用范围最广，但它的首要缺点是由于磨擦阻力太大，导致其传动效率很低，传动精度不高，磨损加快等[11]。与此相比，滚动螺旋和静压螺旋就更好，它们的摩擦阻力小，传动效率高，但缺点在于结构过于繁杂，对技术要求高，尤其是静压螺旋，还需用到供油系统。所以，滚动螺旋和静压螺旋一般只在要求高效率、高精度的重要螺旋传动中才会采用，如精密机床，自动控制等系统中的螺旋传动。2.2.2螺旋装置的结构设计本次设计的螺旋装置主要起张紧作用，它由螺杆，螺母的固定以及支持部分构成，其中，固定的螺母部分，其结构采用的是整体螺母，即支撑机架上加工内螺纹，这样的优点是简洁美观。2.2.3螺杆螺母的选择针对螺旋装置，为了保证螺杆的耐用性，其材料要有足够的强度和耐磨性，而螺母材料除了上述要求外，还需要考虑其在配合螺杆运动时的摩擦因数，当然，摩擦系数越小越好。故，查阅螺旋传动常用材料表，本次螺杆材料选用65Mn，螺母材料选择铸铝青铜mi。2.2.4螺杆的受力分析根据整体卷扬机的总重250kg，对螺杆的受力分析如下图图2-3螺杆受力分析图故，根据受力分析，有螺杆所受的轴向力为F=f=umg=0.18x250x9.8=441N其中，u为导轨和滑槽的摩擦系数，见表2-4。表2-4常用材料的摩擦因数摩擦副材料静摩擦因数动摩擦因数无润滑有润滑无润滑有润滑钢-钢0.150.1〜5〜0.1钢-软钢0.20.1〜0.2钢-铸铁5〜0.15钢-青铜0.150.1〜〜0.15软钢-铸铁5〜0.15软钢-青铜7〜0.15铸铁-铸铁7〜0.12铸铁-青铜0.15〜0.20.07〜0.15青铜-青铜7〜0.1皮革-铸铁0.3〜0.15橡皮-铸铁0.80.5木材-木材0.4〜〜0.50.07〜螺旋传动设计与计算滑动螺旋在它工作的时候，会经受较大转矩和轴向压力（或拉力），此时螺杆和螺母的旋合螺纹间也会有较大的相对滑动。它主要的失效形式是螺玫的磨损。所以，滑动螺旋的基本尺寸，一般由其耐磨条件来确定。对受力大的传力螺旋，还应校核其危险截面和螺母螺纹牙强度，以防止变形和断裂；对有要求自锁的螺杆校核它的自锁性是必须的；对精密的传导螺旋需要校核螺杆的刚度（螺杆的直径要依靠其刚度的条件来确定），防止受力后引起传动精度的下降；对长径比较大的螺杆，校核其稳定性，以免螺杆受压后失稳⑶；对于高速的长螺杆还要校核它的临界转速，以免发生过度的横向振动等。设计时，应该根据旋转传动的类型、工作条件及失效形式等，选择不同的设计准则，不必逐项进行校核。[11,12]根据耐磨性条件P=—=F<[p] （2-1）A兀d2龙"其中，F——螺杆轴向压力（拉力），N；A 螺纹的承压面积，mm2;d2 螺纹中径，mm;h 螺纹工作高度，mm;

u——螺纹工作线圈数，u=H；P令曜Hd2，则H=9d2。将H代入上述公式整理后，如下d2>「^5p］ (2-2)对于300锯齿形螺纹，h=0.75P，则d>0.65 (2-3)2 叫LpJ螺母高度H=^d2 (2-4)式中，［P］为材料的需用压力，单位为MPa，如下表2-3；9值一般取1.2〜3.5.对于本次设计中的涉及的整体螺母来说，由于螺母磨损后成永久性损伤，无法调整间隙，故，为使螺母受力均匀，螺纹工作圈数不能超过10，取9=1.2〜2.5；表2-3 滑动螺旋副材料的需用压力Lp］及摩擦因数f螺杆-螺母的材料滑动速度/m•min-1许用压力/MPa摩擦因数f铜-青铜低速18〜250.08〜0.10<3.011〜186〜127〜10>151〜2淬火钢-青铜6〜1210〜130.06〜0.08钢-铸铁<2.413〜180.12〜0.156〜124〜7钢-钢低速7.5〜130.11〜0.17注：1.表中许用应力只适用于⑦=2.5〜4的情况。当⑦<2.5时可提高20%；若为部分螺母时应降低为15%〜20%。2.表中摩擦因数启动时取大值，运转中取小值。故，根据设计要求有(2-5)d>0.65：-^=0.65j^41(2-5)2 邱Lp] \2x12所以，根据机架大小，对比国家螺纹标准件，取螺杆公称直径D=24，螺距P=3,口作圈数"=H=?T0，满足螺纹口作圈数不宜超过10圈的要求。

2.2.6螺旋副自锁性校核依据螺旋副的自锁条件，如下/0.07(2-6)（2-7）=arctan—(2-6)（2-7）履2P平=P平=arctan 兀d2=arctan =2.48<4.623.14x22.051经校核，所选旋螺旋副符合自锁条件。2.2.7螺杆的强度校核对于受力大的螺杆我们需要对其强度校核。螺杆在工作时会承受轴向压力（或拉力）尸和扭矩T的作用，校核螺杆强度时，应按照第四强度理论求出危险截面的计算应力气，根据强度条件［11，12］，1：―°/4一、b= F2+3（二）2<laj （2-8）caA\dT 1其中，F——螺杆轴向力，N；兀-A 螺纹段危险截面面积；A=—d12，mm2；WT一抗扭截面系数，WT二汽=Ad1，mm3；d1 螺杆螺纹小径，mm；T——螺杆所受的扭矩，T=Ftan（p+p）dr，N-mm；v2［5］——螺杆材料的许用应力，MPa，见表2-5。表2-5滑动螺旋副材料的需用应力螺旋副材料["]［叫[t]螺杆钢螺母青铜40〜6030〜40铸铁45〜5540钢(1.0〜1.2)[气]0.6叫注：1.b,为材料屈服极限；2.载荷稳定则许用应力取大。

故，根据本次设计要求和所选螺纹参数有F=4413.14A= x20.7522=338.075420.752W=338.075x =1753.8T 4、22.051T=441tan（2.48+4.6） =603.92中尸arctan（1.155x0.07）=4.602[d= =^85=157〜261.673~53~5将上述数据代入校核公式，则b广打上b广打上\745421+1<.[b]，故满足强度要求。2.2.8螺母螺纹牙的强度校核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，故只需要校核螺母螺纹牙的强度m】。根据螺纹牙剪切强度要求，（2-9）（2-10）（2-9）（2-10）兀Dbu根据危险截面弯曲强度条件，史<[b]兀Db2u b式中，b为螺纹牙牙根部的厚度，mm，对于矩形螺纹，b=0.5P，对于梯形螺纹，b=0.65P，对于300锯齿形螺纹，b=0.75P，P为螺距；、…一 D—Dl 弯曲力臂，mm（l=—）；[t]——螺母材料许用应力，MPa，见表2-5；[ob]——螺母材料的许用弯曲应力，MPa，见表2-5；根据所选螺母螺杆的参数和上述公式，算得，441t= / =0.26<ItJ3.14x24x（0.75x3）x10 ，式中，[t]为30〜40，所以符合校核要求。

6x441x(24-22.051、2七一3.14x24x(0.75x6x441x(24-22.051、2式中，［川为40〜60,故满足弯曲强度要求。2.2.9螺杆稳定性校核对长径比大的螺杆，要对其进行稳定性校核。故，要求在一般条件下，螺杆所承受的轴向力（单位为N）必须要小于其临界载荷Fcr（单位为N），稳定性要求须满足公式，（2-10）式中，Ssc——计算稳定性的安全系数；Ss——稳定性安全系数，传导螺旋为Ss=2.5〜4.0；精密或水平螺杆为Ss>4；传力螺旋为Ss=3.5〜5.0；Fcr为螺杆临界载荷，单位为N；根据螺杆的柔度七值选择不同的计算公式，人广以。此时，u为螺杆的长度系数，见表2-6；l是螺杆工作时长度，单位mm；若螺杆为两端支承，则取两支点的距离作为螺杆工作长度I；若螺杆危险截面积A=4d2，那么F=d。表2-6螺杆的长度系数端部支承情况长度系数两端固定0.5一端固定，一端不完全固定0.6一端铰支，一端不完全固定0.7两端不完全固定0.75两端铰支1.0一端固定，一端铰支2.0Fcr兀2EI(Fcr兀2EI(pl》其中，E为拉压弹性模量，MPa，E=2.06x105MPa；I为惯性矩，I= ，mm4；64当勾＜40时，可以不进行校核。如果验算结果与稳定性要求不符，则应适当加大螺根据上述公式，有峰半=57.8>40s20.75故，64I=J】4420.7524=9098.91645002腭*x2®Wx嘛95002$=73922.37HE

sc441式中，Ss为3.5〜5.0，因此符合校核条件。综上所述，所选螺杆螺母的螺纹参数经校核都符合要求。至此，果园双轨运输机张紧装置结构分析计算完成。第三章张紧装置三维实体建模本次三维建模用的软件是Pro/E，该软件是由PTC公司研发的一款三维造型软件，它包括了工业产品从概念设计、三维建模设计、工业造型设计、运动学分析与工程图的输出乃至加工成产品的全过程。产品设计师可以利用该软件的实体建模、自由造型等功能轻松实现构思机创意；结构设计师使用该软件的虚拟装配、运动学仿真、运动学分析快速实现产品的优化设计［15。3.1三维建模基本思路由于整个果园双轨运输机张仅装置是由好几个部分的零件组成，所以不可能将其一次性造型，要各个零件分别造型，然后再把各个零件装配成一个整机。本次设计的张紧装置各部件有机架、导轨滑槽、底板、螺杆、螺栓、螺母、手把等，接下来分别讲述如何具体造型各个零件，并实现零件的装配。3.2创建机架实体(1)新建文件图3-2公制模板对话框启动Pro/E，鼠标左键单击工具栏中的工具，或单击菜单中“文件”-“新建”命令，弹出如图3-1所示的“新建”对话框。选择系统“零件”类型，右侧“实体”类型，名称自行修改，同时不不使用“使用缺省模板”的勾选，再单击“确定”按钮。在弹出的的对话框中，选择公制mmns_part_solid模板，如图3-2所示，单击确定按钮，进入实体设计建模环境。图3-2公制模板对话框口新建点口口耕回□□¥点口口耕回□□¥日3草绘I•实体零件O复合组件C版金件制造IO主体绘图格式布局标记名称 :布局标记名称 :扣兑圳一公用名称I 图3-1新建对话框(2)创建机架三维模型

单击“特征”工具栏中的拉伸工具，窗口下方弹出如图3-3所示“拉伸”特征操作面板并选择方式实体。IjO|P面］1况31 EZ4匚诫置迭项.属性图3-4“草绘放置”操作面板图3-3图3-4“草绘放置”操作面板单击操控面板中的“放置”-“定义”，弹出如图3-4所示“草绘放置”面板，进行平面的选择。在工作窗口中选择FRONT基准平面作为草绘平面，接受系统自动捕捉到与其垂直的RIGHT平面作为草绘方向参考平面，方向为右，如图3-4。自动添加尺寸参照，TOP平面作为水平尺寸参照，RIGHT平面作为垂直尺寸参照。FRONT图3-5草绘环境图3-6草绘截面接着上一步骤，单击“自动添加尺寸参照，TOP平面作为水平尺寸参照，RIGHT平面作为垂直尺寸参照。FRONT图3-5草绘环境图3-6草绘截面图3-8图3-8拉伸三维图草绘截面。单击“草绘”工具栏中的草绘矩形工具，或单击主菜单中的 “草绘”-“矩形”命令，在草绘空间按要求会出截面形状如图3-6所示。草绘完成后，单击确认按钮，退出二维草绘环境，进入三维实体模式。根据设计要求输入拉伸长度1600，如图3-7所示，回车，再单击确认按钮，或按鼠标中键，生成如图3-8所示的拉伸特征。g取选取一?■草绘.即果首选内部草蹬.可在瞄面极中典"锅"选项。可口四"1观呻 E/西匚株置迭项属性图3-7拉伸控制面板点击拉伸工具，利用拉伸命令，进入草绘空间，画出如图3-9所示的草绘截面，选中切除图标并单击确认按钮完成截面草绘进入实体拉伸空间，选择打通按钮进行全部切除后按鼠标中键确认。再选取拉伸切除实体，然后单击镜像工具，接着按提示选

取镜像面，选择RIHHT平面，最后在要镜像的一侧按鼠标中键或确认键确认，完成镜像如图3-10图所示。图3-9草绘拉伸切除截面 图3-10拉伸切除及镜像三维图拉伸机架横梁。点击拉伸工具，选择RIHHT平面为放置平面，草绘横梁截面如图3-11所示，按中键确认，点选两侧按钮进行两侧拉伸，长度为1000mm，按中键确认，再点击〃出现如图3-12所示创建平面对话框，选择FRONT为参照平面，偏移800mm，创建DTM1平面，再选取刚拉伸的横梁实体，单击镜像工具，然后按提示选中刚创建的平面，在另一侧按中键确认，完成横梁的创建，如图3-13所示。图3-11草绘横梁截面图平移（300.003-12图3-11草绘横梁截面图平移（300.003-12创建平面对话框图口基准平面放置属性3-13横梁创建三维图拉伸机架支撑柱。点击拉伸工具壬，选择槽钢底面为放置平面，画出如图3-14草绘截面，按中键确认，输入长度250mm，确认，再选择刚拉伸的圆柱面为放置平面，草绘拉伸出直径为300厚度为10的底面支撑盘。然后选择此两个实体，分别镜像四个支撑柱，如图3-15所示。再选择横梁外侧为放置平面，拉伸切除一个直径为20的圆柱孔，如图3-16,为之后螺旋切除创建螺纹提供基础。图3-14草绘支撑柱截面图 3-15支撑柱三维图 3-16圆柱孔创建切螺纹孔。单击菜单栏“插入”-“螺旋扫描-“切口”，弹出螺旋扫描对话框，设置属性，螺距如图3-17，扫引轨迹如图3-18，截面如图3-19，完成螺纹创建。元素信息性引距面料属扫螺截材图3-17螺旋扫描对话框图参照不变的螂距.右手定则.穿过轴草绘平面-特征二的曲面EIGHT元素信息性引距面料属扫螺截材图3-17螺旋扫描对话框图参照不变的螂距.右手定则.穿过轴草绘平面-特征二的曲面EIGHT节距=3已定义截面内刨3-18扫引轨迹图3-19扫描截面到这里，设计的的机架实体模型已创建完成，如图3-20的三维机架图。图3-20图3-20机架三维图3.3创建可活动底板实体单击新建工具，选择好零件类型，创建一个新实体文件。与3.1节所讲的类似，利用拉伸工具，草绘拉伸底板实体，再用拉伸切除命令切除底板一部分如图3-20图3-21减速器三维示意图图3-21减速器三维示意图点击工具，在底板上拉伸减速器示意实体图，如图3-21所示。图3-22电动机拉伸三维图图图3-22电动机拉伸三维图图3-22轨道轮子三维图继续拉伸操作，根据设计要求，拉伸电机示意实体图，然后点击倒圆角修饰，最后成图如图3-22所示。用拉伸、拉伸切除命令，根据设计要求，拉伸底板轮子三维图如图3-22。到这里，可活动底板三维模型完成造型。3.4创建螺杆实体用拉伸操作，先进行圆柱拉伸，之后再切螺纹。单击菜单栏“插入”-“螺旋扫描”-“切口”，进行切螺纹操作，其属性，节距设置，如图3-33，扫引轨迹如图3-34所示，按提示进行扫描截面绘制，如图3-35所示。□切靠:®Esats性小距面料属扫螺截材fill信息不变的螺距，右手定则，穿过轴草绘平面-特征=的曲面MGHT□切靠:®Esats性小距面料属扫螺截材fill信息不变的螺距，右手定则，穿过轴草绘平面-特征=的曲面MGHT节距=3已定义截面内例图3-33螺旋扫描对话框 图3-34扫引轨迹图 3-35扫描截面绘制再用拉伸工具拉伸螺杆的连接部分，并用拉伸去除材料和镜像工具完成螺栓孔的创建，如图3-36所示，最后用拉伸及螺旋扫描工具切最末端螺纹，最后完成螺杆的三维实体创建，如图3-37所示。图3-37螺杆三维图图图3-37螺杆三维图3.5手轮及螺栓螺母的三维造型单击旋转工具，创建旋转实体如图3-38，再用拉伸工具，倒圆角工具及镜像工具绘制手轮其它部分，点击确认完成绘制，如图3-39所示。图3-39手轮三维图图3-40螺栓三维图3-41图3-39手轮三维图图3-40螺栓三维图3-41螺母三维图图3-38旋转三维图然后用拉伸旋转工具先创建螺栓螺母实体，再用，螺旋扫描切口命令创建螺纹，确认完成螺杆螺母的实体造型，如图3-40,3-41图所示。然后3.6轨道及小车的实体建模到这里，我们的运输机张紧装置实体零件全部造型完成。到这里，我们的运输机张紧装置实体零件全部造型完成。第四章张紧装置装配与运动仿真Pro/E是一款功能强大的中高端CAD软件，方便快捷是其最大的特色，特别是Pro/E中内置的装配、机构及动画仿真的功能，可以方便制作成演示动画，用最简单的办法实现了产品功能的展示，让人更加直观的对设计产品有所了解。4.1张紧装置的总体装配创建装配组件文件。打开Pro/E，点击新建工具口，选择 组件，创建组件文件，确定，进入组件装配工作空间。添加组件机架。点击乌'工具添加组件，选择坐标系，分别选取组件坐标系与零件坐标系，式他们重合，方便以后的组装。然后点击 二按钮，完成第一个组件的装图4-3螺杆装配图配。如图4-1。图4-3螺杆装配图曰Coiiiiection_l（圆柱）1+轴对齐 '倒LU0GE二:轴;:?5:拉伸—

旨JCA0GA5GHfACA0:A9f轴）:F23｛拉伸6）Q平移轴0旋转轴ITCotmectioii^:槽）图4-1机架组件图图4-1机架组件图图4-2新建集对话框继续点击添加螺杆组件，选择圆柱连接，然后分别选取螺杆轴线和机架螺母轴线对齐，再点击放置添加新建集如图4-2,选择槽连接如图4-3,按照提示分别在机架上选取点在螺杆上选取内螺纹槽，完成螺杆的连接。同理，添加可活动底板，按照装配关系，将其装配到机架上，如图4-4所示。再添加组件螺母，使螺母与机架连接螺杆连接，这样当螺母随着螺杆运动时，与螺母连接的可活动底板亦前进或后退。添加组件手把和螺栓，使手把通过螺栓与螺杆固定，如图4-5。这样可以达到省力的效果，当摇动手把式，就可达到张紧的目的。

图4-4活动底板装配 图4-5张紧装置装配图装配轨道。点击W工具，弹出选择组件对话框，选择文件“guidao”，进入轨道装配空间，根据要求装配好轨道，如图4-6所示。图4-6轨道装配图小车的装配。同理点击官工具，选择小车三维零件，按确认进入小车装配工作空间，按装配要求，装配小车置于轨道上，如图4-7所示。图4-7小车装配图到这里，集轨道-小车-张紧装置为一体的总装配图装配成功。4.2仿真动画4.2.1张紧装置爆炸动画制作进入张紧装置装配界面，单击菜单栏“应用程序”-“动画”进入爆炸动画制作窗口。在窗口下的时间栏点击右键出现选项如图4-12，选择编辑时域，进入时域调整对话框如图4-13，根据需要输入终止时间，单位为秒，按确认。图4-12编辑时域图图4-12编辑时域图4-13时域调整对话框点击右侧工具栏工具匕主体按钮，弹出对话框如图4-14所示，单击每个主体一个零件，点击“关闭”个零件，点击“关闭”完成每一个零件的创建。图4-14主体对话框点击菜单栏上的Q按钮，弹出拖动对话框，如图4-15，在弹出的对话框中点开“高级拖动选项”如图4-16，选择根据需要选择不同的拖动方向，每拖动一个零件，点击一次宫按钮，进行快照的拍摄，拖动完成后确认即可。图4-16高级拖动选项单击右侧工具栏正关键帧序列按钮，弹出设要的顺序选择快照，之后确认。点击幽I启动动画，然后根据具体动画效果，自行修改时域，快照等动画影响因素，使之达到较好的动画效果。点击”回放按钮，弹出设置框如图4-18所示，通过动画效果调整动画速度，然后单击“捕获”按钮，进入动画捕获对话框，如图4-19，自行修改要输出动画的属性，放置位置等，单击确认，等待生成动画。

图4-18回放对话框图图4-18回放对话框图4-19捕获对话框当Pro/E用户对话框显示动画的所有帧数生成完成则说明动画制作成功，根据之前捕获对话框中所设置动画视频放置的目录和名称，找到所制作的动画，单击播放，选择相应的播放软件播放即可。至此，动画仿真完成，装配爆炸图如图4-20.图2-20图2-20装配爆炸图4.2.2机构仿真动画制作在张紧装置组件的总装配界面，单击菜单栏“应用程序”-“机构”，进入机构仿真操作空间，点击右侧工具栏工具，添加电动机，弹出如图4-8对话框，装配窗口选择螺杆轴，再单击弹出的对话框“轮廓”选项，进入轮廓设置对话框，如图4-9.点击“位置”下拉框，选择“速度”，“A”框改为70.图4-8伺服机定义对话框图5-9图4-8伺服机定义对话框图5-9轮廓定义对话框单击右侧工具栏分析工具，弹出分析工具对话框如图5-10，根据自己的需求修改终止时间，帧数等数据，继续点击对话框中的电动机，选择其下电动机如图5-11，然后确定运行，就可以看到机构运动起来了。回分析定义 - •» »•回分析定义 - •» »• ・.• ，名称|AnalysisDefinition2|airax」--初始酣置 簿当前C•快照：［图5-10图5-11电动机选择对话框综上运动仿真可知，该螺旋装置的设计，符合