螺旋千斤頂設(shè)計計算說明書.docx

1、螺旋千斤頂設(shè)計計算說明書精04 張為昭 2010010591目錄一、 基本結(jié)構(gòu)和使用方法-3二、 設(shè)計要求-3三、 基本材料選擇和尺寸計算-3（一） 螺紋材料和尺寸-3（二） 手柄材料和尺寸-8（三） 底座尺寸-9四、 主要部件基本尺寸及材料-9五、 創(chuàng)新性設(shè)計-9一、 基本結(jié)構(gòu)及使用方法要求設(shè)計的螺旋千斤頂主要包括螺紋舉升結(jié)構(gòu)、手柄、外殼體、和托舉部件幾個部分，其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示：該螺旋千斤頂?shù)氖褂梅椒ㄊ牵簩⑶Ы镯斊椒€(wěn)放在木質(zhì)支承面上，調(diào)整千斤頂托舉部件到被托舉重物合適的托舉作用點，然后插入并雙手或單手轉(zhuǎn)動手柄，即可將重物舉起。二、 設(shè)計要求（1） 最大起重量：；（2） 最大升距：；（3）

2、 可以自鎖；（4） 千斤頂工作時，下支承面為木材，其許用擠壓應(yīng)力：；（5） 操作時，人手最大可以提供的操作約為：。三、 基本部件材料選擇及尺寸計算（一） 螺紋材料和尺寸 考慮到螺旋千斤頂螺紋的傳力特性選擇的螺紋類型為梯形螺紋。（1） 材料選擇千斤頂螺桿的工作場合是：經(jīng)常運(yùn)動，受力不太大，轉(zhuǎn)速較低，故材料選用不熱處理的45號鋼。千斤頂螺母的工作場合是：低速、手動、不重要，故材料選用耐磨鑄鐵HT200。（2） 螺桿尺寸設(shè)計螺旋副受力如下圖所示：1、 耐磨性設(shè)計由上圖螺旋副的受力分析可知，螺紋傳動在旋合接觸表面的工作壓力為：其中，軸向載荷：。螺紋高：，由選擇螺紋的公稱直徑確定。為了方便滿足自鎖性要求

3、，采用單頭螺旋，一般旋合圈數(shù)：。為方便計算，設(shè)螺紋參數(shù)中間變量：高徑比。耐磨性的要求是：其中為滿足耐磨性條件時螺紋副的許用壓力。對于鋼-鑄鐵螺紋螺母材料，由于千斤頂?shù)墓ぷ魉俣容^低，可認(rèn)為滑動速度不大于3m/s。千斤頂中螺母為整體結(jié)構(gòu)，螺母磨損后不能調(diào)整，但螺母兼作支承作用，故設(shè)計時可先認(rèn)為，則可取此時的許用壓力為17MPa。由螺旋副接觸表面壓力公式及耐磨性公式得到耐磨性設(shè)計公式：對梯形螺紋，代入上式求得：查國標(biāo)選梯形螺紋為公稱直徑d為Tr36，導(dǎo)程P為10mm，中徑滿足要求。代入高徑比計算公式：求得實際旋和圈數(shù)Z=7.75。 故暫定螺紋尺寸是公稱直徑d為Tr36，導(dǎo)程P為10mm，旋合圈數(shù)Z=

4、7.75。2、 強(qiáng)度設(shè)計 已知最大載荷為25kN，則在載荷最大時，螺桿受到扭矩：其中螺紋中徑：；螺紋升角：；當(dāng)量摩擦角：；當(dāng)量摩擦系數(shù)：。由于螺桿螺母為鋼鑄鐵材料，考慮到千斤頂既有穩(wěn)定自鎖，又有上升運(yùn)動過程，故取摩擦系數(shù)f=0.14。又由于采用梯形螺紋，故牙型角。聯(lián)立以上各式解得螺桿受到的最大扭矩：已知小徑：，則由第四強(qiáng)度理論，危險截面應(yīng)力： 已知45號鋼屈服強(qiáng)度為355MPa，載荷穩(wěn)定故取許用當(dāng)量應(yīng)力： 則有：，即已選定螺紋可以達(dá)到強(qiáng)度條件。3、 自鎖性設(shè)計 千斤頂由于其用途，要求具有自鎖功能。由于自鎖是針對停止?fàn)顟B(tài)所說，故摩擦系數(shù)f可取較大值0.14，由強(qiáng)度設(shè)計中的計算結(jié)果，此時當(dāng)量摩擦角

5、：大于螺旋升角：，所以自鎖性條件可以滿足。4、 穩(wěn)定性設(shè)計穩(wěn)定性條件：由于千斤頂為傳力螺旋，故取安全系數(shù)S=3.5。由千斤頂結(jié)構(gòu)，螺桿端部結(jié)構(gòu)為一端固定，一自由式支承，長度系數(shù)為2.0。要求最大升距為200mm，由裝配圖測量得到此時從支承螺母中心到千斤頂頂部的等效長度L為325mm，螺桿的柔度：已知使用45號鋼且不做熱處理，則臨界載荷：故穩(wěn)定性條件可以滿足。 綜上所述，螺桿選擇Tr36，導(dǎo)程P=10mm即可滿足設(shè)計條件。（3） 螺母尺寸設(shè)計由螺桿中的設(shè)計，將旋和圈數(shù)Z定為7.75。一般來說螺母只需校核螺紋牙即可，而且由于螺母材料為鑄鐵，強(qiáng)度小于螺桿材料，故只需要校核螺母螺紋牙的剪切強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)

6、度和抗擠壓強(qiáng)度即可，螺桿上的螺紋牙強(qiáng)度則不用校核。螺母螺紋牙受力如下圖所示：1、 剪切強(qiáng)度校核剪切強(qiáng)度條件：其中旋合圈數(shù)：Z為7.75；螺紋公稱直徑：;螺紋牙根部厚度：b=0.65P=6.5mm。耐磨鑄鐵許用剪切應(yīng)力取為：。代入各項數(shù)據(jù)得上述剪切強(qiáng)度不等式成立，即剪切強(qiáng)度滿足要求。2、 彎曲強(qiáng)度校核彎曲強(qiáng)度條件：其中牙高：h=5.5mm；耐磨鑄鐵許用彎曲應(yīng)力取為：。代入各項數(shù)據(jù)得上述彎曲強(qiáng)度不等式成立，即彎曲強(qiáng)度滿足要求。3、 抗擠壓強(qiáng)度校核由螺母螺紋牙受力圖可得平均擠壓應(yīng)力： 已知螺母許用擠壓應(yīng)力：，顯然滿足 的抗擠壓強(qiáng)度準(zhǔn)則。4、 螺母外部尺寸設(shè)計由基本結(jié)構(gòu)圖可以看到，螺母的外部形狀可以看

7、作是兩個半徑不同的同心圓柱連接在一起，這樣設(shè)計的目的是保證螺母的定位。為了保證千斤頂?shù)恼９ぷ鳎枰O(shè)計這兩個圓柱的尺寸以使其在工作中不會失效。由前述計算已知的螺母尺寸為：H=ZP=77.5mm，圓整后高度H=78mm，內(nèi)螺紋大徑。設(shè)螺母外部形狀：小圓柱外徑為，大圓柱外徑為及小圓柱的高度為未知待求。為防止大圓柱與千斤頂殼體的接觸面被壓壞，需要滿足：對耐磨鑄鐵HT200，許用的抗壓應(yīng)力,最后設(shè)計大圓柱外徑為： 為了防止大圓柱突出部分被剪斷，需要滿足：對耐磨鑄鐵許用剪切應(yīng)力為40MPa，最后設(shè)計小圓柱高度為： 綜上所述，螺旋千斤頂?shù)穆菁y選為公稱直徑d為Tr36,導(dǎo)程P=10mm。此時螺母高度H=7

8、8mm，螺母外部小圓柱外徑60mm，高60mm，大圓柱外徑80mm。小圓柱表面與外殼體之間有基軸制配合關(guān)系，故選其公差帶為h7。查標(biāo)準(zhǔn)得：所選螺紋配合為中等旋合長度。由于千斤頂為中等精度機(jī)械設(shè)備，故查標(biāo)準(zhǔn)得內(nèi)螺紋公差帶為6H，外螺紋公差帶為6g。螺母外部小圓柱裝配時對精度要求不高，圓柱度公差取為9。螺母外部小圓柱與內(nèi)部螺孔需要有一定同軸度以保證千斤頂工作正常，但形位度要求不高，取同軸度公差為9。螺母外部小圓柱軸線與大圓柱和外殼體的接觸面還有垂直度的要求，也取公差為9。整個螺母接觸面都較重要，表面粗糙度Ra值選為3.2，未接觸面Ra可選為12.5以降低加工成本。（二）手柄材料及尺寸（1） 材料選

9、擇 綜合考慮成本和強(qiáng)度，手柄的材料選用普通未經(jīng)熱處理的45號鋼。（2） 長度設(shè)計由螺桿的強(qiáng)度設(shè)計可知，手柄需要提供最大97.408Nm的扭矩，則手柄的有效作用長度應(yīng)為：在實際設(shè)計中，由于手柄還要滿足插入螺桿上部接頭的要求，同時考慮 到千斤頂本身運(yùn)動部件具有摩擦力，因此實際設(shè)計長度還要在此長度上加上一部分，最終應(yīng)設(shè)計長度為520mm。（3） 直徑設(shè)計手柄在操作時會受到剪力和彎矩的作用，最大操作力為200N,最大扭矩為97.408Nm，則力的分布圖如下所示：剪力圖彎矩圖可見，危險截面在手柄與螺桿接頭處。手柄的材料選為未經(jīng)熱處理的45號鋼，設(shè)計手柄直徑為D，則危險截面最大剪應(yīng)力： 危險截面最大彎曲正

10、應(yīng)力：由第四強(qiáng)度理論，要使手柄正常工作，需要滿足條件： 當(dāng)安全系數(shù)為2時，許用應(yīng)力,代入第 四強(qiáng)度理論計算式，并聯(lián)立剪應(yīng)力、切應(yīng)力計算公式，求得手柄直徑：D=15mm 綜上所述，手柄長520mm，直徑15mm。（三）底座尺寸千斤頂使用時的下支承面為木材，許用擠壓應(yīng)力為3MPa，則由抗擊壓強(qiáng)度準(zhǔn)則：其中S為下支承面尺寸，解上述不等式，得，為滿足易于組裝及各方向受力均勻的要求，選擇下支承面為環(huán)形結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑尺寸為100mm可以滿足準(zhǔn)則要求，綜合考慮到千斤頂本身具有的重量、體積和使用時的穩(wěn)定性，將外徑尺寸設(shè)計為180mm。綜上所述，下支承面設(shè)計為環(huán)形，內(nèi)徑100mm，外徑180mm。四、 主要部件基本尺寸及材料（1） 螺桿螺紋：，45號鋼；（2） 螺母螺紋：，HT200耐磨鑄鐵；（3） 手柄：長度500mm，直徑15mm，45號鋼；（4） 底座：外徑180mm，內(nèi)徑100mm，HT200灰鑄鐵。五、 創(chuàng)新性設(shè)計（1） 手柄加上橡膠手柄球而非普通塑料手柄球，既節(jié)約成本，又易于拆卸，減少千斤頂存放的體積；（2） 為了攜帶方便，給千斤頂外殼加上把手；（3） 為提高外殼強(qiáng)度，給外殼加上肋板；