机械设计-千斤顶-设计计算说明书

1、机械设计-千斤顶-设计计算说 明书主要结果计算及说明#一、传动方案的确定螺旋千斤顶由螺杆、底座、螺母、手柄和托杯等组成。通过转 动手柄使螺杆在固定的螺母中边旋转、边相对底座上升或下降，从 而能把托杯上的重物举起或放落。装在螺杆头部的托杯应能自由转动，螺杆下端设置安全挡圈，以防止螺杆全部旋出。螺旋千斤顶应 具有可靠的自锁性能。二、主要设计参数主要设计参数为A5，即最大起重重量F=26kN，最大起重高度 L=160mm。三、确定螺纹牙型及螺纹基本尺寸3.1螺纹牙型的选择梯形螺纹的工艺性好，牙根强度高，对中性好。所以选择梯形 螺纹牙型。螺杆螺母材料选择钢一青铜。3.2螺纹基本尺寸螺纹中径按螺母螺纹牙

2、面的耐磨性计算，对于梯形螺纹，h =0.5P，则有式中值一般取1.22.5，此处取1.2，许用压力pl经查表得Ip 1 = 13 MPa。3则 d2 _0.826 1031.2 13 1060.033m 二 33mm。取螺杆标准中径d2 =33 mm选用梯 形螺纹 牙型查表可得螺距P=6mm，牙顶间隙a 0.5mm螺杆大径 d =d2 0.5p =33 0.5 6 =36 mm。螺杆小径 d3 二 d -2h3 二 d -2 0.5p ac = 29mm。螺母的标准中径D2 = d2 =33mm。螺母大径 D4 =d 2ac =36 2 0.5 = 37mm。螺母小径 Di =d - P =3

3、6-6 =30 mm。d2 =33 mmd =36 mmd3 = 29 mmD2 =33 mmD4 =37 mmDi =30 mm5主要结果计算及说明7四、螺杆的设计计算4.1材料螺杆的常用材料为 Q235、Q275、35钢和45钢。此处考虑成 本与耐磨性要求，选用经正火或淬火处理的45钢。螺杆选用45钢4.2螺杆结构螺杆上端需用于支承托杯和插装手柄，故此处需要加大直径。 其结构如图1所示，图中L为最大起重高度，H为螺母高度，手柄 孔径dK的大小应根据手柄直径dp决定，一般取dK dp 0.5mm。由3.2结论知螺杆小径 d3 =29 mm，中径d2 =33 mm，螺距P=6mm，为了便于切制

4、螺纹，应设退刀槽，退刀槽处的直径dc要比螺纹小径d3小0.20.5mm，这里取0.5mm。则 dc = d3 0.5 = 29 -0.5 = 28.5mm。退刀槽的宽度b_1.5P=1.5 6=9mm。故此处取b =9mm。 为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应制有倒角，如图1(a)所示。或制成稍小于小径d3的短圆柱体，如图1(b)所示。9dc=28.5 mmb = 9 mm计算及说明114.3自锁性校核自锁性条件为 - V螺纹升角屮 =arctan -nP = arctan* 6 叱 3.3nd 2n x 33经查表，摩擦因数f取0.08，螺纹牙侧角0取15 ，当量摩擦屮=3.3角-V=arct

5、anarctan：4.7。cos ：cos15由于影响摩擦因数f的因素很多，其值并不稳定，为保证螺旋起重器有可靠的自锁能力，可取 - V -1 o由上述计算可得V =4.73.3乜4.7丄1 ,所以自锁性满足要求。4.4强度校核螺杆工作时，扭矩产生剪应力，轴向力产生正应力，升至最高 位置时，载荷分布如图2所示。图2计算及说明T = 60.3 103Nmm螺杆所受扭矩T=Ftan：v : ：-V ；2 =26 103 tan 3.34.733 : 60.3 103 N m m。危险剖面的强度J =4F23 16T33 +4x26x10兀：292,VVHd3丿1闵3丿16 60.3 103兀汽29

6、345 MPa查表得45钢的屈服强度可取二$=355 MPa，故螺杆材料的需用许用应力乩罟=警71 MPa。按照第四强度理论，危险剖面的强度按二ca乞上校核。这里45MPa空71MPa。所以强度满足4.5稳定性校核螺杆危险界面惯性半径i二d3 = 29 = 7.25 mm。由3.2知44d =36mm,则螺杆头部高度取 B=1.5d=1.5 36 = 54mm,螺杆最大工作长度l = L B H =160 54 54 =241 mm，长度系数J = 2， 2 2贝U柔度九=巴 =2 X 241拓66 mm85mm，故i 7.25F cr490.21 0.0002：da24%a =45 MPa八

7、 71 MPai =7.25 mm d =36 mm b mm1 241 mm=66 mm490 兀 x 2921 0.0002 6624 172.97 103=173kNF 173故cr-二3 : 6.65 _ 4，所以满足稳定性条件。F 26五、螺母的设计计算5.1材料螺母和螺杆旋合工作时，应具有较高的耐磨性和较低的摩擦因 数，通常选用螺母材料比螺杆材料硬度低。耐磨性较好的螺母材料 有：铸锡青铜 ZCuSn10Pb1、铸锡锌铅青铜 ZCuSn5Pb5Zn5和铸 铝铁青铜ZCuAI10Fe3;当低速、轻载或不经常使用时，也可选用 耐磨铸铁或铸铁。这里我们选用铸铝铁青铜，即ZCuAI10Fe3

8、。主要结果螺母选 用铸铝 铁青铜ZCuAII0Fe3计算及说明175.2螺纹牙工作圈数z螺纹牙工作高度h=0.5P=0.5 6 = 3mm，螺纹牙工作圈数26 103z6.43。考虑到螺纹牙工作圈数ndzhlp兀 x33d3越多，载荷分布越不均匀，故螺纹牙工作圈数不宜大于10,故6.43岂z乞10。取z=7.5。考虑到螺纹杆退刀槽的影响，螺母螺纹牙 实际圈数应取z=z -1.5 =9。5.3螺母的结构尺寸螺母的结构如图3所示，螺母的高度H二zP = 9 6 =54 mm；螺母外径D =1.8D4 =1.8 37 =66.6 mm ；螺母的凸缘外径D1 =1.4D =1.4 66.6 =93.2

9、4 mm；螺母的凸缘厚度螺母装入底座孔内，配合选取需。为防止螺母转动，设置紧定螺钉，其直径取M6。z = 7.5z = 9h =54 mmD = 66.6mmD1 =93.24 mma w mm计算及说明5.4螺纹牙强度校核对于梯形螺纹，螺纹牙根部厚度b=0.65P=0.65 6 = 39 mm ;D _ D 37 _33弯曲力臂I = 5 - D2 =37 一33 =2mm。螺纹牙根部的弯曲应力2 23FIz 二 D4b23 26 103 27.5： 37 3.911.76MPa，查表得螺母材料的许用弯曲应力 t J-40 MPa。由于11.76MPa 40 MPa，故螺纹牙根部抗弯强度满足

10、条件。螺纹牙根部的剪切应力Fz：D4b26 1037.5n“37 3.9b=3.9 mmi 2mmb 1.76 MPa7.65 MPa查表得螺母的许用剪切应力!. 1-30 MPa。由于7.65 MPa 66.6(1810)，查表得螺母材料的需用弯曲应力 tj=40 MPa。由于15.33MPa乞40MPa，故螺母凸缘根部弯曲强度满足条件。 螺母凸缘根部的剪切应力14 MPap77 MPab 15.33 MPa23计算及说明F二 Da326 10二 66.6 18:6.9 MPa,查表得!. .1-30 MPa。由于=6.9 MPa6.9MPa乞30MPa，故螺母凸缘根部的剪切强度满足条件。六

11、、托杯的设计计算托杯用以承托重物的，可选用铸铁、铸钢或Q235,此处我们选用Q235。具体结构如图4所示。为防止托杯与重物相对滑动， 托杯上表面应制有切口和沟纹。为防止托杯从螺杆端部脱落，螺杆 端部应装有挡圈。为防止接触面过快磨损，应校验接触面的压力，首先托杯的尺寸 D7 = D6 _2 =1.7d - 2 =1.7 36 - 2 = 59.2 mm ；D0 = 0.6d0.5 =0.6 36 0.5 =22.1 mm。接触面的压力p=4F-：d72 -D024 26 103二 59.22 -22.1210.98MPa托杯选用Q235AD7=59.2 mmD=22.1 mmp =10.98 M

12、Pa主要结果计算及说明21查表得许用压力pl-13 MPa。由于10.98MPa岂13MPa，所以接触面间的压力满足条件。七、手柄的设计计算7.1材料手柄材料选用Q235A。7.2手柄长度 螺旋副的摩擦阻力距T, =F tan； ! : iV-26 tan 3.3 4.7 33 60.3 kN mm。螺杆端面与托杯之间的摩擦阻力矩1fF0.08x26疋 223,59.2 -22.1：45.21kN mm手柄长度LpT1 T2Fp60.3 45.21150 10=703.4 mm。手柄的计算长度Lp是螺杆中心至人手施力点间的距离。考虑到 螺杆头部尺寸及手握的距离，手柄的实际长度应为D61.7dL

13、p 二 Lp 6 50 =703.450 =784 mm2 2为减小千斤顶的存放空间，一般取实际手柄长度Lp不大于千斤顶的高度。当举重量较大的时候，可在手柄上套一长套管，以增大 力臂达到省力的目的。7.3手柄直径把手柄看成一个悬臂梁，按抗弯强度设计，即dP150 703.420.79 mm0.1烤7.4手柄结构为防止手柄从螺杆中滑出，在手柄两端应设有挡圈，如图5所示，并用螺钉固定或铆合。手柄材料选用Q235AT 60.3 kNmmt 45.21 kNmmLp =703.4 mm23Lp = 784mdp =20.79主要结果计算及说明25心+(870)图5八、底座的设计计算8.1材料底座材料常

14、选用铸铁HT150、HT200,当起重量大时可选用铸 钢。此处我们选用HT150。8.2底座结构底座铸件的厚度：不应小于810mm;为增加底座的稳定性， 故需将外形制成1： 10的斜度，如图6所示，图中6底座选用HT15027主要结果计算及说明#出=L 15=160 15 =175 mm；h175 mH2=H -a =54 -18 =36 mm ;= D 5 =66.6 5 =71.6 mm；Dg=D8 2 H1.=71.6 2 175 =106.6 mm；10 10D104F 2二 丨 D94 26 103 V兀汉2汇106+(106.6如0, f167 mm;取 D10 =167 mm。九、螺旋起重器效率计算 当螺旋转过一圈后，效率为FS2二FpLp2-6亍：0.235 二 23.5% 辽 30%2 二 150 703.4 10mH2,6 mmD8=71.6 m mD9 =106.6 mmD10 =167 mm符合千斤顶的一般要求。十、设计小结经过紧张而辛苦的几周的课程设计结束了，看着自己的设计。 即高兴又担忧