螺旋起重器(千斤顶)设计任务书

1、螺旋起重器（千斤顶）设计任务书螺旋起重器的设计学生姓名： 学 号: 指导教师： 专王欣12125736傅燕鸣机械工程与自动化二海大学机电工程与自动化学院设计期限：2014年9月18日-2014年10月16日1目录设计目的 1 设计步骤及注意事项 1.螺杆的设计与计算 1.1 螺杆螺纹类型的选择 1.2 选取螺杆的材料 1.3 确定螺杆直径 1.4 自锁验算 3 1.5 结构 3 1.6 螺杆强度计算 1.7 稳定性计算2. 螺母的设计与计算2.1. 选取螺母材料 52.2. 确定螺母高度及螺纹工作圈数 2.3.校核螺纹牙强度 2.4.螺母外径的计算3. 托杯的设计与计算4. 手柄的设计与计算

2、4.1.手柄材料4.2. 手柄长度4.3. 手柄直径5. 底座的设计及计算 6.其他 9 7.效率计算99设计过程及说明设计结果设计目的(1)熟悉螺旋传动的工作原理，掌握螺旋传动的设计过程和方法，培养机械结构设计能力，初步了解机械设计的一般程序。(2)学会综合运用所学知识，培养独立解决工程实际问题的能力。(3)培养查阅机械设计手册及有关技术资料和正确使用国家标准、一般规范的能力，为课程设计及解决机械设 计的实际问题打下一定基础。r-设计步骤及注意事项n iff-< I?Hlr=77- V图1 螺旋千斤顶1托杯；2 螺钉；3 手柄；4 档环；5 螺母;6紧定螺钉；7 螺杆；8 底座； 9

3、档环如上图所示，螺旋起重器（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。螺杆千斤顶应具有可 靠的自锁性能。在进行螺旋起重器设计时，有些零件（如螺杆和螺母） 的主要尺寸是通过理论计算确定的；有些零件的尺寸是根据 经验数据、结构需要和工艺条件决定的；还有一些零件是按 照标准规格选出的。后两种情况，必要时要进行相应的强度 校核。1螺杆的设计与计算1.1螺杆螺纹类型的选择螺纹有矩形、梯形与锯齿形，千斤顶常用的是梯形螺纹。 梯形

4、螺纹牙型为等腰梯形，牙形角a =300,梯形螺纹的内外 螺纹以锥面贴紧不易松动；它的基本牙形按GB/T5796.1 2005的规定。千斤顶的自锁行能要好，所以用单线螺纹。因 此选用的螺杆螺纹是牙形角a =30 O的单线梯形螺纹。螺杆材料常用 Q235、Q275、40、45、55等。在此选用 的是Q275。1.2选取螺杆的材料螺纹中径按螺母螺纹牙面的耐磨性计算，对于梯形螺纹（F或矩形螺纹，h=0.5P,则有d2为.8 J。式中，=1.5，螺V P母材料为铸铝青铜，故取 P =20M Pa。对于梯形螺纹，可根据d2的计算值查表4-5及表4-6确定螺杆的标准中径d2、大 径d、小径d3，螺母的标准中

5、经 D2（ =d2）、大径D4、小径 D1、以及螺距P。1.3确定螺杆直径螺杆螺纹中径d20.虬 譽0；。31. 156mm,根据求得的此螺纹中径，查表GB/T5796.3 2005 取:螺杆的标准中径d232. 5mm，大径 d36mm,小径牙形角a =30。的单线梯形螺纹螺杆材料：Q275s 275 Mpa=1.5p =20 MPa螺杆尺寸:dd2d336mm32. 5mm29mm螺母尺寸:D437 mmD232. 5mmD130mmP=6mmd329mmo螺母的标准中径D2（ d?）32.5mm,大径D437mm 小径 D 30 mm 螺距 P6mm)1.4自锁验算自锁条件是入W

6、9; v式中：入为螺纹中径处升角；©v为摩擦角（非矩形螺纹 应为当量摩擦角© v=tan'fv,为保证自锁，螺纹中径处升角至 少要比摩擦角小1°,即© v-X> I °。f取0.0 8。入arctan竺d2arctan 163 3633. 1432. 5/2150.083. 363f arcta n cos0.08arctan4.73cos154.73符合自锁条件I符合自锁条件。1.5结构imCL螺杆上端用于支承托杯 并在其中插装手柄 3，因此需要 加大直径。手柄孔径 dk的大小 根据手柄直径dp决定，dk> dp 十0.5

7、mm。由后面的计算可知 手柄的直径dp=24mm，所以dk 24 0.524 5mm为了便于切制螺纹，螺纹 上端应设有退刀槽。退刀槽的 直径d4应比螺杆小径 d1小。 d428. 5mmo退刀槽的宽度可取为dkd424. 5mm28. 5mmb=9mmb=1.5P=9mm。为了便于螺杆旋入螺母， 螺杆下端应有倒角或制成稍小母中脱出，在螺杆下于d1的圆柱体。为了防止工作时螺杆从螺 端必须安置钢制挡5mm ,挡圈用紧定螺(GB/T891-1986) D 50mm, H (GB/T68-2000) M 8 20固定在螺杆端部。1.6螺杆强度计算螺杆工作时，扭矩产生剪应力，轴向力产生正应力。按第四强度

8、 理论，危险剖面的强度按下式进行校核：caJ辛尸3培尸其中，F为螺杆所受的轴向压力 （N）;螺杆所受的扭矩（N - mm）T F tan(）d2，式中 为螺纹中径处升角,2为当量摩擦角；Q275 ,查表得其屈服强度S 275MPa,所以其许用应力S3 5，由于千斤顶的载荷是稳定的，许用应力取最大值有275391.7MPa。91.7MPa为螺杆材料的许用应力（MPa）,由前面可知螺杆的材料是计算:F tan(do)y32 545500 tan( 3.3634.73 ) 丁T=105136.5N mm105136. 48N ? mm则有:ca(刍2 3阿)2 V df 3 dfI 4 455002

9、 C Z 16 105136. 48 2,()2 3 (3)229272. 3MPa293ca72.3 MPaca ，符ca ，符合强度计算的条件。合强度计算的条 件1.7稳定性计算细长的螺杆工作时受到较大的轴向压力可能失稳，为此应按稳定性条件验算螺杆的稳定性，计算时应注意正确确定螺杆长度系数卩。当螺杆的柔度入SV 40时，可以不必进行稳定性校核。 长度系数 =2,螺杆危险截面的惯性半径id347. 25mm螺杆工作长度i=7.25mm200 + 54 +24.5 = 278.5mm ,则柔度l=278.5mm-76. 83mm因此螺杆s<8590 ,为中柔度压杆，其失稳s 76.83m

10、m时的临界载荷按欧拉公式计算如下:未淬火刚：Fcr 134010.00013( s)2120678. 44N淬火刚:Fcr 249010.00002( S)2d324139233 83NFcr1F2. 65Fcr22. 4 4. 0且F3. 062. 4 4. 0 ,满足稳定性要求H=49mm满足稳定性要求2.螺母的设计与计算2.1.选取螺母材料螺母材料选用ZCuAI i0Fe3o2.2.确定螺母高度及螺纹工作圈数u=8.17=1.5 H= d2=1.532.5=48.75mm，取整数 H=49mm，螺纹工H 49作圈数计算u=H = 49=8.17 oP 62.3.校核螺纹牙强度螺纹牙多发生

11、剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆, 故只需校核螺母螺纹的强度。由螺纹牙危险面的剪切强度条件为D4bu4550030 40MPa12.29MPa3. 1437 0. 65 68. 17螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为6FlbDbU3.14 37 0.6 62 8.17 厶25 卩*40 60MP上式中，b为螺纹牙根部的厚度，对于梯形螺纹, 弯曲力臂，I D一D1。2b=0.65P, L 为强度满足条件2.4.螺母外径的计算螺母的外径置部分抗拉强度计算，考虑螺 旋副中摩擦转矩的存在，将轴 向载荷增大30%，则拉伸强度 校核公式为D，按螺母悬1. 3FD2d24拉应力,=0.83式中,为螺母

12、材料的许用b为许用弯曲应力，见表21-3。D为螺母外径。解之求得 D> 56.42mm，圆整之后取D=60mm。D=60mm螺母凸缘支承面上的挤压强度条件为4F(D2 - D2)式中，P为螺母材料的许用挤压应力,P =1.51.7 bb为许用弯曲应力，见表21-3。D1为螺母凸缘外径。 所以近似取D1=76mm。解之求得 D1 > 75.89mm,Di=76mm螺母凸缘根部的弯曲强度条件为MF( D1 D) / 4P WDa2 / 61.5F(D1 D)bDa2式中，a为螺母凸缘厚度。解之求的a> 15.23nm ,所以近似取a=16mm。a=16mm螺母凸缘根部的剪切强度条

13、件为Da 式中，为螺母材料的许用剪切应力。由该公式计算得45500Da60 1615.09M Pa30 - 40MPa强度条件完全符合。3.托杯的设计与计算托杯用来承托重物，可用铸铁铸成，也可用 螺杆转动时，托杯和重物都不作相对转动。因此, 与螺杆和接触面间有相对滑动，另一方面还需要验算接触面间的压力强度，Q235钢模锻成，当 在起重时托杯底部 为了避免过快磨损，一方面需要润滑， 托杯的主要尺寸按经验公 式计算并圆整。强度符合条件D5$n?aC30.6C3 取 23mmD61.7Ds 取 65mmDs2.4D5 取 90mmDD6C7 取 62mmD0D30. 7 dmmi1.9dmm2. 5

14、 dmni2 4 mm0. 5mmD0取23. 5mmB 1. 4 1. 6 dmmD3=23mmD6=65mmD5=90mmD7=62mmD0=23.5mmB=54mm=10mmS=9mmB 54mm.8 10 mm这里取10mmS=1.5P=9mm。托杯下端面的设计应满足:4FD2 D217. 48M Pa P强度符合445500P 3.140.06220.023524. 手柄的设计与计算4.1.手柄材料常选用碳素结构钢 Q235或Q275。42手柄长度扳动手柄的力矩应与阻力矩平衡，即FpLpT1 T2。式中，Fp为扳动手柄的里，通常取 150200N之间；T1,T2分别为螺旋副，螺杆端面

15、与托杯之间的摩擦阻力矩，按下式计算T1 Ftand2v 2105 .14N mT2fF23d3 DD2 d0. 12455000.062"0.0235 N0. 062_0.0236)m62.3N则Lp105. 14622m956. 8mm175考虑螺杆头部直径及手握的长度，手柄的实际长度为L/L =pp 2Lp 取1090mm50 150 mmLp ''=1090mm为了减少起重器的存放空间，一般取实际手柄长度不大于起重器的高度，当起重量较大时，可在手柄上套一长套管以增大力臂，达到 省力的目的。4.3.手柄直径手柄直径dp按弯曲强度设计，即式中,p为手柄材料的许用弯曲应力，按计算,1.5 2150 MPa。1751090dpdp=24mm3忖而23. 34mm圆整之后取24mm5. 底座的设计及计算mgDSTD?'777,D10D2)十式中，P为接触面材料的许用挤压应力,底座材料选用HT150 , 铸铁壁厚10mm。其主要尺寸根据经验公式求得。Hi=L+(1520)=220mmD 8=D+(510)=65mmD9=D8+H i/5=109mm直径Di0由底面的挤压强度确定:1092202.1mm