螺旋千斤顶设计

《螺旋千斤顶》设计计算说明书PAGE12螺旋千斤顶设计计算说明书院系工程技术学院专业年级2009级机制2班设计者肖先华学号222009322210154指导教师杨玲成绩2011年螺旋千斤顶设计任务书学生姓名肖先华专业年级2009级机械设计制造及其自动化设计题目：设计螺旋千斤顶设计条件：1、最大起重量F=35kN；2、最大升距H=180mm。设计工作量：绘制出总装配图一张，标注有关尺寸，填写标题栏及零件明细表；编写设计计算说明书一份。指导教师签名：年月日目录1螺杆的设计与计算 31.1螺杆螺纹类型的选择 31.2选取螺杆材料 31.3确定螺杆直径 31.4自锁验算 41.6螺杆强度计算 51.7稳定性计算 51.7.1计算柔度 61.7.2计算稳定性 62螺母设计与计算 72.1选取螺母材料 72.2确定螺母高度H及螺纹工作圈数u 72.2.1求螺母高度H 72.2.2螺纹工作圈数u 72.2.3螺母实际高度H 82.3校核螺纹牙强度 82.4结构要求 83托杯的设计与计算 94手柄设计与计算 104.1手柄材料 104.3手柄直径dp 114.4结构 125底座设计 12螺旋千斤顶设计计算及说明结果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，常用的是梯形螺纹。梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角α=30º，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动。故选梯形螺纹，它的基本牙形按GB/T5796.1—2005的规定。1.2选取螺杆材料螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。1.3确定螺杆直径按耐磨性条件确定螺杆中径d2。求出d2后，按标准选取相应公称直径d、螺距p及其它尺寸。d2≥根据国家规定=1.2~2.5，取=1.5（梯形螺纹）；h=0.5p；查教材表5-12，[p]取20Mpa，又由于φ=1.5<2.5,则[P]可提高20%，所以[P]=(1+20%)×20=24MPa。故，d2≥=24.5查机械设计手册，d取28mm则p=5mm，d1=22.5mmd2=25.5mm1.4自锁验算自锁条件是≤v，式中：为螺纹中径处升角；v为当量摩擦角（当量摩擦角v=arctanv，但为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1°。查教材表5-12，f取0.09=arctan(np/d2)=arctan[16/(3.1425.5)]=4.285°v=arctan（f/cosβ）=arctan[0.09/cos(30°/2)]=5.323°故，<v-1°满足自锁条件1.5结构如下图（1-2）:螺杆上端用于支承托杯10并在其中插装手柄7，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十0.5mm。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约小0.2~0.5mm。退刀槽的宽度可取为1.5t。为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应有倒角或制成稍小于d1的圆柱体。为了防止工作时螺杆从螺母中脱出，在螺杆下端必须安置钢制挡圈(GB/T891-1986)，挡圈用紧定螺钉(GB/T68-2000)固定在螺杆端部。其中：1.5t=1.5p=7.5mmd4=22mmD13=(1.7~1.9)d=1.8×28=50.4mm(1.4~1.6)d=1.5×28mm=42mm0.25d=0.25×28mm=7mmd+(6~10)=28+8=36mm 1.6螺杆强度计算对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度。强度计算方法参阅教材公式(5-47)，ca=≤[]其中扭矩 =35×103×tan(4.285°+5.323°)×25.5/2N·mm=75541N·mm式中：为螺纹中径处升角，v为当量摩擦角。A=QUOTEπd²/4=3.14×QUOTE22.5²/4=430.3QUOTE查手册表2-7，45钢，=355MPa[]====101.42MPa故，ca==87.12MPa≤[]=101.42MPa满足强度条件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。Fcr/F2.5~4螺杆的临界载荷Fcr与柔度λs有关，λs=l/i，为螺杆的长度系数，与螺杆的端部结构有关，l为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取l＝H+5t+(1.4~1.6)d，i为螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积A=d12/4，则(I为螺杆危险截面的轴惯性矩)当螺杆的柔度λs＜40时，可以不必进行稳定性校核。计算时应注意正确确定。1.7.1计算柔度（1）计算螺杆危险截面的轴惯性矩I和iI===12574.1QUOTE==5.625mm（2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度ll＝H+5t+(1.4~1.6)d=180+5×5+1.5×28=247mm(3)计算柔度查教材表5-14，μ取2(一端固定，一端自由)λs=l/i==87.8240，所以需要进行稳定性校核。1.7.2计算稳定性（1）计算临界载荷Fcr查教材公式5-51，E=2.06×105MPaFcr==104652.5N(2)稳定性计算=32.5~4满足稳定性条件2螺母设计与计算2.1选取螺母材料螺母材料一般可选用青铜，对于尺寸较大的螺母可采用钢或铸铁制造，其内孔浇注青铜或巴氏合金。2.2确定螺母高度H及螺纹工作圈数u螺母高度H=φd2，螺纹工作圈数，考虑退刀槽的影响，实际螺纹圈数u=u+1.5(u应圆整)。考虑到螺纹圈数u越多，载荷分布越不均，故u不宜大于10，否则应改选螺母材料或加大d。螺母高度由下式计算：H=up。2.2.1求螺母高度HH=φd2=1.5×25.5=38.25mm2.2.2螺纹工作圈数u==7.65<10，符合要求u=u+1.5=7.65+1.5=9.15u应圆整,u取92.2.3螺母实际高度HH=up=9×5=45mm2.3校核螺纹牙强度一般螺母的材料强度低于螺杆，故只校核螺母螺纹牙的强度。螺母的其它尺寸见图1―3。必要时还应对螺母外径D3进行强度验算。查教材公式5-48,5-49，螺纹牙的剪切强度和弯曲强度条件分别为：；式中：b为螺纹牙根部的厚度，对于梯形螺纹，b=0.65p=3.25mm;为弯曲力臂，=（D-D2）/2=1.5;查手册表3-8，D=d+0.5=28.5mm,D2=25.5mm查表5-13，取35Mpa,取50Mpa故，==13.37MPa<35Mpa==37.02Mpa<50Mpa满足强度条件2.4结构要求螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面问的配合常采用或等配合。为了安装简便，需在螺母下端（图1―3）和底座孔上端（图1―7）做出倒角。为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉（图1―1），紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为6～12mm。螺母的相关尺寸计算查手册表3-8，D=d+0.5=28.5mmD3=(1.6~1.8)D=1.7×28.5mm=48.45mmD4=(1.3~1.4)D3=1.4×48.45mm=67.83mmH′=45mma=H′/3=45/3=15mm3托杯的设计与计算托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用Q235钢模锻制成，其结构尺寸见图1―4。为了使其与重物接触良好和防止与重物之间出现相对滑动，在托杯上表面制有切口的沟纹。为了防止托杯从螺杆端部脱落，在螺杆上端应装有挡板。当螺杆转动时，托杯和重物都不作相对转动。因此在起重时，托杯底部与螺杆和接触面间有相对滑动，为了避免过快磨损，一方面需要润滑，另一方面还需要验算接触面间的压力强度。≤[p]（式1-1）式中：[p]——许用压强，应取托杯与螺杆材料[p]的小者。[p]取23.6MpaD10=(2.4~2.5)d=2.428=67.2mmD11=(0.6~0.7）d=0.6528=18.2mmD13=(1.7~1.9)d=1.828=50.4mmD12=D13-(2~4)=50.4-3=47.4mm故≤[]==23.27Mpa<23.6Mpa4手柄设计与计算4.1手柄材料常用Q235和Q215。4.2手柄长度Lp板动手柄的力矩：K·Lp=T1+T2则（式1-2）式中：K——加于手柄上一个工人的臂力，间歇工作时，约为150～250N，工作时间较长时为100～150N。T1——螺旋副间的摩擦阻力矩， T1=35×103×tan(4.285°+5.323°)×25.5/2N·mm=75541N·mmT2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩，T2=(D12+D11)fF/4。(查教材表5-5摩擦因数f=0.09)=(47.4+18.2)×0.09×35/4=51660N·mm则(K取200)==636mm手柄计算长度Lp是螺杆中心到人手施力点的距离，考虑螺杆头部尺寸及工人握手距离，手柄实际长度还应加上+（50～150）mm。手柄实际长度不应超过千斤顶，使用时可在手柄上另加套管。因此，手柄实际长度=++100=636+25.2+100=761.2mm4.3手柄直径dp把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径dp，其强度条件为≤[]F（式1-3）故dp≥=23.32mm式中：[]F——手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q215和Q235时，[]F=120Mpa。4.4结构手柄插入螺杆上端的孔中，为防止手柄从孔中滑出，在手柄两端面应加上挡环（图1―6），并用螺钉或铆合固定。图中尺寸：dp=5.83mmdp+(6~10)=dp+8=23.32+8=31.32mm取整为325底座设计底座材料常用铸铁（HT150及HT200），铸件的壁厚δ不应小于8～12mm，为了增加底座的稳定性，底部尺寸应大些，因此将其外形制成1∶10的斜度。底座结构及尺寸如图1―7图中δ取10mm，r取5mm，R取8mm；H1=H+（14～28）mm=180+20=200mmH-a=39.5mmD6=D3+（5～10）mm=56.1+7=63.1mmD7=D6+=63.1+=103.1mmD8===190mm式中：[]p——底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取[]p=2~2.5MPa。参考资料：[1]蒲良贵纪明刚.机械设计[M].8版.北京:高等教育出版社,2006.[2]吴宗泽.机械设计课程设计手册[M].3版.北京:高等教育出版社,2006[3]孙维连.工程材料[M].中国农业大学出版社，2005[4]孙恒等.机械原理[M].7版.北京：高等教育出版社，2006选梯形螺纹选45钢d=28mmp=5mmd1=22.5mmd2=25.5mm=4.285°v=5.323°<v-1°满足自锁条件1.5t=7.5mmd4=22mmD13=50.4(1.4~1.6)d=42mm0.25d=7mmd+(6~10)=36mmT=75541N·mm=355Mpa[]=101.42MPaca=87.12MPaca＜[]满足强度条件I=12574.1QUOTEi=5.625mml=247mmμ=2E=2.06×105MPaλs=87.82Fcr=104652.5N=32.5~4满足稳定性条件