《螺旋千斤頂》設(shè)計計算說明書

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1、各專業(yè)全套優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計圖紙 螺旋千斤頂 設(shè)計計算說明書 院 系 工程技術(shù)學院 專業(yè)年級 2009 級機制 2 班 設(shè) 計 者 肖 先 華 學 號 222009322210154 指導教師 楊 玲 成 績 2011 年 12 月 1 日 螺旋千斤頂設(shè)計計算說明書 1 螺旋千斤頂設(shè)計任務(wù)書 學生姓名 肖先華 專業(yè)年級 2009 級機械設(shè)計制造及其自動化 設(shè)計題目：設(shè)計螺旋千斤頂 設(shè)計條件： 1、最大起重量 F =35kN； 2、最大升距 H =180 mm。 設(shè)計工作量： 繪制出總裝配圖一張，標注有關(guān)尺寸，填寫標題欄及零件明細表； 編寫設(shè)計計算說明書一份。 指導教師簽名： 年 月 日 螺旋千斤頂設(shè)

2、計計算說明書 2 目錄 1 螺桿的設(shè)計與計算 .3 1.1 螺桿螺紋類型的選擇 .3 1.2 選取螺桿材料 .3 1.3 確定螺桿直徑 .3 1.4 自鎖驗算 .4 1.6 螺桿強度計算 .5 1.7 穩(wěn)定性計算 .5 1.7.1 計算柔度 .6 1.7.2 計算穩(wěn)定性 .6 2 螺母設(shè)計與計算 .7 2.1 選取螺母材料 .7 2.2 確定螺母高度 H及螺紋工作圈數(shù) U.7 2.2.1 求螺母高度 H.7 2.2.2 螺紋工作圈數(shù) U.7 2.2.3 螺母實際高度 H.8 2.3 校核螺紋牙強度 .8 2.4 結(jié)構(gòu)要求 .8 3 托杯的設(shè)計與計算 .9 4 手柄設(shè)計與計算 .10 4.1 手

3、柄材料 .10 4.3 手柄直徑 DP.11 4.4 結(jié)構(gòu) .12 5 底座設(shè)計 .12 螺旋千斤頂設(shè)計計算說明書 3 螺旋千斤頂設(shè)計 計算及說明 結(jié)果 1 螺桿的設(shè)計與計算 1.1 螺桿螺紋類型的選擇 螺紋有矩形、梯形與鋸齒形，常用的是梯形螺紋。 梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙形角 =30，梯形螺紋的內(nèi)外螺 紋以錐面貼緊不易松動。故選梯形螺紋，它的基本牙形按 GB/T5796.12005 的規(guī)定。 1.2 選取螺桿材料 螺桿材料常用 Q235、Q275、40、45、55 等。 1.3 確定螺桿直徑 按耐磨性條件確定螺桿中徑 d2。求出 d2 后，按標準選取相 應(yīng)公稱直徑 d、螺距 p 及其它尺寸

4、。 d2 hF 根據(jù)國家規(guī)定 =1.22.5，取 =1.5（梯形螺紋） ； h=0.5p； 查教材表 5-12， p取 20Mpa，又由于 =1.52.5, 則P可提高 20%，所以 P=(1+20%)20=24MPa。 故，d 2 =24.5phF 查機械設(shè)計手冊，d 取 28mm 則 p=5mm， d1=22.5mm d2=25.5mm 選梯形螺紋 選 45 鋼 d=28mm p=5mm d1=22.5mm d2=25.5mm 螺旋千斤頂設(shè)計計算說明書 4 1.4 自鎖驗算 自鎖條件是 v，式中： 為螺紋中徑處升角； v 為當量摩 擦角（當量摩擦角 v=arctanv，但為保證自鎖，螺紋中

5、徑處升角 至少要比當量摩擦角小 1。 查教材表 5-12，f 取 0.09 = arctan(n p / d2)=arctan 1 6/(3.14 25.5) =4.285 v=arctan（f/cos）=arctan 0.09/cos(30/2)=5.323 故， v-1 滿足自鎖條件 1.5 結(jié)構(gòu)如下圖（1-2）: 螺桿上端用于支承托杯 10 并在其 中插裝手柄 7，因此需要加大直徑。手 柄孔徑 dk 的大小根據(jù)手柄直徑 dp 決定，d kdp 十 0.5mm。為了便于切 制螺紋，螺紋上端應(yīng)設(shè)有退刀槽。退刀 槽的直徑 d4 應(yīng)比螺桿小徑 d1 約小 0.20.5mm。退刀槽的寬度可取為 1

6、.5t。為了便于螺桿旋入螺母，螺桿下 端應(yīng)有倒角或制成稍小于 d1 的圓柱體。 為了防止工作時螺桿從螺母中脫出，在 螺桿下端必須安置鋼制擋圈(GB/T891- 1986)，擋圈用緊定螺釘(GB/T68-2000) 固定在螺桿端部。 其中：1.5t=1.5p=7.5mm d4=22mm D13=(1.71.9)d=1.828=50.4mm =4.285 v=5.323 v-1 滿足自鎖條件 1.5t=7.5mm d4=22mm D13=50.4 (1.41.6)d =42mm 0.25d=7mm d+(610) =36mm 螺旋千斤頂設(shè)計計算說明書 5 (1.41.6)d=1.528mm=42m

7、m 0.25d=0.2528mm=7mm d+(610)=28+8=36mm 1.6 螺桿強度計算 對受力較大的螺桿應(yīng)根據(jù)第四強度理論校核螺桿 的強度。強度計算方法參閱教材公式(5-47)， ca= 212431dTFA 其中扭矩 =35103tan(4.285+5.323) 25.5/2 Nmm =75541Nmm 式中： 為螺紋中徑處升角， v 為當量摩擦角。 A=d/4=3.14 22.5/4=430.3 查手冊表 2-7，45 鋼， =355MPas = = = =101.42MPa53s4. 故， ca= 225.74130.1 =87.12MPa=101.42MPa 滿足強度條件

8、1.7 穩(wěn)定性計算 細長的螺桿工作時受到較大的軸向壓力可能失穩(wěn)， 為此應(yīng)按穩(wěn)定性條件驗算螺桿的穩(wěn)定性。 T=75541Nmm =355Mpas =101.42MPa ca=87.12MPa ca 滿足強度條件 2)tan(Tv 螺旋千斤頂設(shè)計計算說明書 6 Fcr / F 2.5 4 螺桿的臨界載荷 Fcr 與柔度 s 有關(guān)， s=l/i， 為螺桿的長度系數(shù)，與螺桿的端部結(jié)構(gòu)有關(guān)，l 為舉 起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取 lH+5t+(1.41.6)d，i 為螺桿危險截面的慣性半徑， 若危險截面面積 A=d12/4，則 (I 為螺桿危險截面的軸慣性矩)4Ai 當螺桿的柔度 s40

9、時，可以不必進行穩(wěn)定性校核。計算時 應(yīng)注意正確確定。 1.7.1 計算柔度 （1）計算螺桿危險截面的軸慣性矩 I 和 i I= = =12574.164d5.2.3 4 = =5.625mm1AIi. （2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度 l lH+5t+(1.41.6)d =180+55+1.528=247mm (3)計算柔度 查教材表 5-14， 取 2(一端固定，一端自由) s=l/i = =87.8240，所以需要進行穩(wěn)定性校核。625.47 1.7.2 計算穩(wěn)定性 （1）計算臨界載荷 Fcr 查教材公式 5-51，E =2.06105MPa I=12574.1 i=5.625mm

10、 l=247mm =2 E=2.06105MPa s=87.82 螺旋千斤頂設(shè)計計算說明書 7 Fcr= =104652.5N2 522471.06.1.3lEI (2) 穩(wěn)定性計算 =3 2.5 450.146Fcr 滿足穩(wěn)定性條件 2 螺母設(shè)計與計算 2.1 選取螺母材料 螺母材料一般可選用青銅，對于尺寸較大的螺母可采用鋼或 鑄鐵制造，其內(nèi)孔澆注青銅或巴氏合金。 2.2 確定螺母高度 H及螺紋工作圈數(shù) u 螺母高度 H=d2，螺紋工作圈數(shù) ，考慮退刀槽的影pH 響，實際螺紋圈數(shù) u = u+1.5(u應(yīng)圓整) ?？紤]到螺紋圈數(shù) u 越多， 載荷分布越不均，故 u 不宜大于 10，否則應(yīng)改選

11、螺母材料或加大 d。螺母高度由下式計算：H= up。 2.2.1 求螺母高度 H H =d2 =1.525.5=38.25mm 2.2.2 螺紋工作圈數(shù) u = =7.6510，符合要求pu52.38 u = u+1.5 =7.65+1.5=9.15 Fcr=104652.5N =3 2.5 4cr 滿足穩(wěn)定性條 件 選青銅 u=7.65 u=9 螺旋千斤頂設(shè)計計算說明書 8 u應(yīng)圓整, u取 9 2.2.3 螺母實際高度 H H= up =95=45mm 2.3 校核螺紋牙強度 一般螺母的材料強度低于螺桿，故只校核螺母螺紋牙的強度。 螺母的其它尺寸見圖 13。必要時還應(yīng)對螺母外徑 D3 進行

12、強度 驗算。 查教材公式 5-48,5-49，螺紋牙的剪切強度和彎曲強度條件分別為： ；DbuFbuDFl26 式中：b 為螺紋牙根部的厚度，對于梯形螺紋，b=0.65p=3.25mm; 為彎曲力臂， =（D-D 2）/2=1.5;ll 查手冊表 3-8，D=d+0.5=28.5mm, D 2=25.5mm 查表 5-13， 取 35Mpa, 取 50Mpab 故， =buF925.3814.0 =13.37MPa35 Mpa =uDbl26925.3814.10 =37.02Mpa50Mpa 滿足強度條件 2.4 結(jié)構(gòu)要求 螺母壓入底座上的孔內(nèi)，圓柱接觸 H=45mm 13.37Mpa 37

13、.02Mpa 滿足強度條件 螺旋千斤頂設(shè)計計算說明書 9 面問的配合常采用 或 等配合。78rHn 為了安裝簡便，需在螺母下端 （圖 13）和底座孔上端 （圖 17）做出倒角。 為了更可靠地防止螺母轉(zhuǎn)動， 還應(yīng)裝置緊定螺釘（圖 11） ， 緊定螺釘直徑常根據(jù)舉重量選取，一般為 612mm。 螺母的相關(guān)尺寸計算 查手冊表 3-8， D=d+0.5=28.5mm D3= (1.61.8)D =1.728.5mm=48.45mm D4= (1.31.4)D3 =1.448.45mm=67.83mm H=45mm a=H/3=45/3=15mm 3 托杯的設(shè)計與計算 托杯用來承托重物，可用鑄鋼 鑄成，

14、也可用 Q235 鋼模鍛制成， 其結(jié)構(gòu)尺寸見圖 14。為了使其與 重物接觸良好和防止與重物之間出 現(xiàn)相對滑動，在托杯上表面制有切 口的溝紋。為了防止托杯從螺桿端 部脫落，在螺桿上端應(yīng)裝有擋板。 當螺桿轉(zhuǎn)動時，托杯和重物都不作相對轉(zhuǎn)動。因此在起重時， 托杯底部與螺桿和接觸面間有相對滑動，為了避免過快磨損，一 倒角 C2 D=28.5mm D3=48.45mm D4=67.83mm a=15mm 螺旋千斤頂設(shè)計計算說明書 10 方面需要潤滑，另一方面還需要驗算接觸面間的壓力強度。 p（式 1-1）4)D(21Fp 式中：p 許用壓強，應(yīng)取托杯與螺桿材料p 的小者。 p取 23.6Mpa D10=(

15、2.42.5)d=2.4 28=67.2mm D11=(0.60.7）d=0.65 28=18.2mm D13=(1.71.9)d=1.8 28=50.4mm D12= D13-(24)=50.4-3=47.4mm 故 4)(21Fpp = )2.8.7(.305 3 =23.27Mpa23.6Mpa 4 手柄設(shè)計與計算 4.1 手柄材料 常用 Q235 和 Q215。 4.2 手柄長度 Lp板動手柄的力矩： KLp=T1+T2 則 （式 1-2）K21 式中：K 加于手柄上一個工人的臂力，間歇工作時，約為 150250N，工作時間較長時為 100150N。 D10=67.2mm D11=18

16、.2mm D13=50.4mm D12=47.4mm =23.27MPap 滿足壓力強度 條件 選 Q235 螺旋千斤頂設(shè)計計算說明書 11 T1螺旋副間的摩擦阻力矩， T1=35103tan(4.285+5.323) 25.5/2 Nmm =75541Nmm T2托杯與軸端支承面的摩擦力矩， T2 = (D12+D11) fF/4。 (查教材表 5-5 摩擦因數(shù) f=0.09) =(47.4+18.2)0.0935 /4=51660Nmm310 則 (K 取 200)KL21p = =636 mm05674 手柄計算長度 Lp 是螺桿中心到人手施力點的距離，考慮螺 桿頭部尺寸及工人握手距離，

17、手柄實際長度還應(yīng)加上 +（50 150）mm。手柄實際長度不應(yīng)超過千斤頂，使用時2D13 可在手柄上另加套管。 因此，手柄實際長度 = + +100=636+25.2+100=761.2mmpL24.50 4.3 手柄直徑 dp 把手柄看成一個懸臂梁，按彎曲強度確定手柄直徑 dp，其強 度條件為 F（式 1-3）3pFd1.0KL 故 dp 3Fp1.0 =23.32mm 32.76 T1=75541Nmm T2=51660Nmm =636mmpL =761.2mmpL 螺旋千斤頂設(shè)計計算說明書 12 式中： F手柄材料許用彎曲應(yīng)力， 當手柄材料為 Q215 和 Q235 時， F=120Mp

18、a。 4.4 結(jié)構(gòu) 手柄插入螺桿上端的孔中，為防止手柄從孔中滑出，在手柄 兩端面應(yīng)加上擋環(huán)（圖 16） ，并用螺釘或鉚合固定。 圖中尺寸： dp =5.83mm41 dp+(610)= dp+8=23.32+8=31.32mm 取整為 32 5 底座設(shè)計 底座材料常用鑄鐵（HT150 及 HT200） ，鑄件的壁厚 不應(yīng) 小于 812mm，為了增加底座的穩(wěn)定性，底部尺寸應(yīng)大些，因 此將其外形制成 110 的斜度。底座結(jié)構(gòu)及尺寸如圖 17 dp=23.32mm dp =5.83mm41 dp+(610) =32mm 螺旋千斤頂設(shè)計計算說明書 13 圖中 取 10mm，r 取 5mm，R 取 8m

19、m； H1=H+（14 28）mm =180+20=200mm H-a=39.5mm D6=D3+（510）mm =56.1+7=63.1mm D7=D6+ =63.1+ =103.1mm120 D8= 27p4F = 2 31.014. =190mm 式中： p底座下枕墊物的許用擠壓應(yīng)力。對于木材，取 p=22.5MPa。 參考資料： 1蒲良貴 紀明剛.機械設(shè)計M.8 版.北京:高等教育出版社,2006. 2吳宗澤.機械設(shè)計課程設(shè)計手冊M.3 版.北京:高等教育出版社,2006 3孫維連.工程材料M.中國農(nóng)業(yè)大學出版社，2005 4孫恒等.機械原理M.7 版.北京：高等教育出版社，2006 H1=200mm H-a=39.5mm D6=63.1mm D7=103.5mm D8=190mm