螺旋千斤頂課程設(shè)計

1、螺旋千斤頂設(shè)計計算說明書院系工程技術(shù)學(xué)院專業(yè)年級2010級機(jī)制4班設(shè)計者羅歡指導(dǎo)教師楊玲成績2012年12月 1日螺旋千斤頂設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名羅歡專業(yè)年級2010級機(jī)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 = 65 kN；2、最大升距H =240 mm。設(shè)計工作量：1、 繪制出總裝配圖一張，標(biāo)注有關(guān)尺寸，填寫標(biāo)題欄及零件明細(xì)表；2、 編寫設(shè)計計算說明書一份。指導(dǎo)教師簽名： 20 年 月 日目錄1螺桿的設(shè)計與計算31.1螺桿螺紋類型的選擇31.2選取螺桿材料31.3確定螺桿直徑31.4自鎖驗(yàn)算41.6螺桿強(qiáng)度計算51.7穩(wěn)定性計算5計算柔度6計算穩(wěn)定性62螺母設(shè)

2、計與計算72.1選取螺母材料72.2確定螺母高度H¢及螺紋工作圈數(shù)u7求螺母高度H¢7螺紋工作圈數(shù)u7螺母實(shí)際高度H¢82.3校核螺紋牙強(qiáng)度82.4 結(jié)構(gòu)要求83托杯的設(shè)計與計算94 手柄設(shè)計與計算104.1手柄材料104.3手柄直徑dp114.4 結(jié)構(gòu)125 底座設(shè)計12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=30º，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

3、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(biāo)準(zhǔn)選取相應(yīng)公稱直徑d、螺距p及其它尺寸。d2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=1.5<2.5,則P可提高20%，所以P=(1+20%)×20=24MPa。故，d2 =34mm查機(jī)械設(shè)計手冊，d取40mm則p=7mm， d1=32mmd2=36.5mm1.4自鎖驗(yàn)算自鎖條件是yrv，式中：y為螺紋中徑處升角；jv為當(dāng)量摩擦角，當(dāng)量摩擦角jv=arctanfv，但為保證自鎖，螺紋中徑處升角至少要比當(dāng)量摩擦角

4、小1°。查教材表5-12，f取0.09y =arctan(n p /p d2)=arctan 17/(3.1436.5) =3.493jv=arctan（f/cos）=arctan 0.09/cos(30°/2)=5.323°故，y<jv-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，dkdp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1.5t。為了便于螺桿旋入螺母，螺

5、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=10.5mm d4=31.5mm D13=(1.71.9)d=1.8×40=72mm(1.41.6)d=1.5×40mm=60mm0.25d=0.25×40mm=10mmd+(610)=40+8=48mm1.6螺桿強(qiáng)度計算對受力較大的螺桿應(yīng)根據(jù)第四強(qiáng)度理論校核螺桿的強(qiáng)度。強(qiáng)度計算方法參閱教材公式(5-47)，sca=s其中扭矩=65×103

6、5;tan(3.493°+5.323°) ×36.5/2 N·mm =183980N·mm式中：y為螺紋中徑處升角，jv為當(dāng)量摩擦角。A=d²/4=3.14×32²/4=804.25查手冊表2-7，45鋼，=355MPas=118.3MPa故，sca=94.79MPas=118.3MPa滿足強(qiáng)度條件1.7穩(wěn)定性計算細(xì)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(yàn)算螺桿的穩(wěn)定性。Fcr / F³ 2.5 4螺桿的臨界載荷Fcr與柔度s有關(guān)，s=ml/i，m為螺桿的長度系數(shù)，與螺桿的端部結(jié)構(gòu)有

7、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=pd12/4，則(I為螺桿危險截面的軸慣性矩)當(dāng)螺桿的柔度s40時，可以不必進(jìn)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iI=51471.9=8mm（2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度llH+5t+(1.41.6)d =240+5×7+1.5×40=335mm(3)計算柔度查教材表5-14，取2(一端固定，一端自由)s=ml/i=83.75>40，所以需要進(jìn)行穩(wěn)定性校核。1.7.2計算穩(wěn)定

8、性（1）計算臨界載荷Fcr查教材公式5-51，E=2.06×105MPaFcr=233124.3N(2) 穩(wěn)定性計算=3.59³ 2.5 4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)，考慮退刀槽的影響，實(shí)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)改選螺母材料或加大d。螺母高度由下式計算：H¢= u&

9、#162;p。2.2.1求螺母高度H¢H¢ =d2 =1.5×36.5=54.75mm2.2.2螺紋工作圈數(shù)u=7.82<10，符合要求u¢ = u+1.5 =7.82+1.5=9.32u¢應(yīng)圓整, u¢取92.2.3螺母實(shí)際高度H¢H¢= u¢p=9×7=63mm2.3校核螺紋牙強(qiáng)度一般螺母的材料強(qiáng)度低于螺桿，故只校核螺母螺紋牙的強(qiáng)度。螺母的其它尺寸見圖13。必要時還應(yīng)對螺母外徑D3進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。查教材公式5-48,5-49，螺紋牙的剪切強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度條件分別為：；式中：b為螺紋牙根部的

10、厚度，對于梯形螺紋，b=0.65p=4.55mm;為彎曲力臂，=（D-D2）/2=2;查手冊表3-8，D=d+0.5=40.5mm, D2=36.5mm查表5-13，取35Mpa, 取50Mpa故，= =12.48MPa<35 Mpa=32.9Mpa<50Mpa滿足強(qiáng)度條件2.4 結(jié)構(gòu)要求螺母壓入底座上的孔內(nèi)，圓柱接觸面問的配合常采用或等配合。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=40.5mmD3=

11、(1.61.8)D =1.7×40.5mm=68.85mmD4= (1.31.4)D3=1.4×68.85mm=96.39mmH=45mm a=H/3=63/3=21mm3托杯的設(shè)計與計算托杯用來承托重物，可用鑄鋼鑄成，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(dāng)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，一方面需要潤滑，另一方面還需要驗(yàn)算接觸面間的壓力強(qiáng)度。p（式1-1）式中：p

12、許用壓強(qiáng)，應(yīng)取托杯與螺桿材料p的小者。p取23.6MpaD10=(2.42.5)d=2.440=96mmD11=(0.60.7）d=0.6540=26mmD13=(1.71.9)d=1.840=72mmD12= D13-(24)=72-3=69mm故 =20.26Mpa<23.6Mpa4 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：K·Lp=T1+T2則（式1-2）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。T1螺旋副間的摩擦阻力矩，T1=65×103×tan(3

13、.493°+5.323°) ×36.5/2 N·mm =183980N·mmT2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) =(69+26)×0.09×65/4=138937.5N·mm則 (K取200) =1614.6 mm手柄計算長度Lp是螺桿中心到人手施力點(diǎn)的距離，考慮螺桿頭部尺寸及工人握手距離，手柄實(shí)際長度還應(yīng)加上+（50150）mm。手柄實(shí)際長度不應(yīng)超過千斤頂，使用時可在手柄上另加套管。因此，手柄實(shí)際長度=+100=1614.6+36+10

14、0=1750.6mm4.3手柄直徑dp把手柄看成一個懸臂梁，按彎曲強(qiáng)度確定手柄直徑dp，其強(qiáng)度條件為sF（式1-3）故dp=30.79mm 式中：sF手柄材料許用彎曲應(yīng)力，當(dāng)手柄材料為Q215和Q235時，sF=120Mpa。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 =7.7mmdp+(610)= dp+8=30.79+8=38.79mm 取整為395 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)

15、及尺寸如圖17圖中取10mm，r取5mm，R取8mm；H1=H+（1428）mm =240+20=260mm H¢-a=42mm D6=D3+（510）mm =68.85+7=75.85mmD7=D6+=75.85+=127.85mmD8= =240mm式中：sp底座下枕墊物的許用擠壓應(yīng)力。對于木材，取sp=22.5MPa。參考資料：1蒲良貴 紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計M.8版.北京:高等教育出版社,2006.2吳宗澤.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊M.3版.北京:高等教育出版社,20063孫維連.工程材料M.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，20054孫恒等.機(jī)械原理M.7版.北京：高等教育出版社，2006選梯形螺

16、紋選45鋼d=40mmp=7mmd1=32mmd2=36.5mmy=3.493°jv=5.323°y<fv-1°滿足自鎖條件1.5t=10.5mmd4=31.5mmD13=72mm(1.41.6)d=60mm0.25d=10mmd+(610)=48mmT=183980N·mm=355Mpas=118.3MPasca=94.79MPascas滿足強(qiáng)度條件I=51471.9i=8mml=335mm=2E=2.06×105MPas=83.75Fcr=233124.3N =3.59³ 2.5 4滿足穩(wěn)定性條件選青銅u=7.82u¢=9H¢=63mm12.48Mpa 32.9Mpa滿足強(qiáng)度