螺旋千斤頂課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、 螺旋千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)螺旋千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)學(xué)生姓名專業(yè)年級(jí)2012級(jí)車(chē)輛工程1班設(shè)計(jì)題目： 設(shè)計(jì)螺旋千斤頂設(shè)計(jì)條件：1、最大起重量FQ = 20 kN；2、最大升距h =150 mm。設(shè)計(jì)工作量：1、 繪制出總裝配圖一張，標(biāo)注有關(guān)尺寸，填寫(xiě)標(biāo)題欄及零件明細(xì)表；2、 編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)一份。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 說(shuō)明：1.此表由指導(dǎo)教師完成，用計(jì)算機(jī)打?。ˋ4紙）。2.請(qǐng)將螺旋千斤頂設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)裝訂在螺旋千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)的第一頁(yè)。目錄1螺桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算3 1.1螺桿螺紋類(lèi)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(yàn)算4 1.6螺桿強(qiáng)度計(jì)算5 1.7穩(wěn)定性計(jì)

2、算51.7.1計(jì)算柔度61.7.2計(jì)算穩(wěn)定性62螺母設(shè)計(jì)與計(jì)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)U72.2.1求螺母高度H¢72.2.2螺紋工作圈數(shù)u72.2.3螺母實(shí)際高度H¢8 2.3校核螺紋牙強(qiáng)度8 2.4 結(jié)構(gòu)要求83托杯的設(shè)計(jì)與計(jì)算94手柄設(shè)計(jì)與計(jì)算10 4.1手柄材料10 4.3手柄直徑DP11 4.4 結(jié)構(gòu)125底座設(shè)計(jì)12螺旋千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算及說(shuō)明結(jié)果1螺桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算1.1螺桿螺紋類(lèi)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(dòng)。

3、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(biāo)準(zhǔn)選取相應(yīng)公稱直徑d、螺距p及其它尺寸。最大起重量FQ = 20 kN；最大升距h =150 mm。d2根據(jù)國(guó)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 =24.5查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，d取28mm則p=5mm， d1=22.5mmd2=25.5m

4、m1.4自鎖驗(yàn)算自鎖條件是yrv，式中：y為螺紋中徑處升角；rv為當(dāng)量摩擦角（當(dāng)量摩擦角rv=arctanmv，但為保證自鎖，螺紋中徑處升角至少要比當(dāng)量摩擦角小1°。查教材表5-12，f取0.09y =arctan(n p /p d2)=arctan 16/(3.1425.5) =4.285°rv=arctan（f/cos）=arctan 0.09/cos(30°/2)=5.323°故，y<rv-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

5、，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(shí)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=1.8×28=50.4mm(1.41.6)d=1.5×28mm=42mm0.25d=0.25×28mm=7mmd+(610)=28+8

6、=36mm1.6螺桿強(qiáng)度計(jì)算對(duì)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(jì)算方法參閱教材公式(5-47)，sca=s其中扭矩=35×103×tan(4.285°+5.323°) ×25.5/2 N·mm =75541N·mm式中：y為螺紋中徑處升角，rv為當(dāng)量摩擦角。A=d²/4=3.14×22.5²/4=430.3查手冊(cè)表2-7，45鋼，=355MPas=101.42MPa故，sca=87.12MPas=101.42MPa滿足強(qiáng)度條件1.7穩(wěn)定性計(jì)算細(xì)長(zhǎng)的螺桿工作時(shí)受到較大的軸向壓力

7、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(zhǎng)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(xiǎn)截面的慣性半徑，若危險(xiǎn)截面面積A=pd12/4，則(I為螺桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩)當(dāng)螺桿的柔度s40時(shí)，可以不必進(jìn)行穩(wěn)定性校核。計(jì)算時(shí)應(yīng)注意正確確定。1.7.1計(jì)算柔度（1）計(jì)算螺桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩I和iI=12574.1=5.625mm（2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度llH+5t+(1.41.6)d =180+5×

8、;5+1.5×28=247mm(3)計(jì)算柔度查教材表5-14，取2(一端固定，一端自由)s=ml/i=87.82>40，所以需要進(jìn)行穩(wěn)定性校核。1.7.2計(jì)算穩(wěn)定性（1）計(jì)算臨界載荷Fcr查教材公式5-51，E=2.06×105MPaFcr=104652.5N(2) 穩(wěn)定性計(jì)算=3³ 2.5 4滿足穩(wěn)定性條件2螺母設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1選取螺母材料螺母材料一般可選用青銅，對(duì)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

9、2; = 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(jì)算：H¢= u¢p。2.2.1求螺母高度H¢H¢ =d2 =1.5×25.5=38.25mm2.2.2螺紋工作圈數(shù)u=7.65<10，符合要求u¢ = u+1.5 =7.65+1.5=9.15u¢應(yīng)圓整, u¢取92.2.3螺母實(shí)際高度H¢H¢= u¢p=9×5=45mm2.3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

10、螺母螺紋牙的強(qiáng)度。螺母的其它尺寸見(jiàn)圖13。必要時(shí)還應(yīng)對(duì)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為螺紋牙根部的厚度，對(duì)于梯形螺紋，b=0.65p=3.25mm;為彎曲力臂，=（D-D2）/2=1.5;查手冊(cè)表3-8，D=d+0.5=28.5mm, D2=25.5mm查表5-13，取35Mpa, 取50Mpa故，= =13.37MPa<35 Mpa=37.02Mpa<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(wèn)的配合常采用或等配合。為了安裝簡(jiǎn)便，需在螺母下端（圖13）和底座孔上端（圖17）做出倒

11、角。為了更可靠地防止螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，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(jì)算 查手冊(cè)表3-8，D=d+0.5=28.5mmD3= (1.61.8)D =1.7×28.5mm=48.45mmD4= (1.31.4)D3=1.4×48.45mm=67.83mmH=45mm a=H/3=45/3=15mm3托杯的設(shè)計(jì)與計(jì)算托杯用來(lái)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(jiàn)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(duì)滑動(dòng)，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

12、轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，托杯和重物都不作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。因此在起重時(shí)，托杯底部與螺桿和接觸面間有相對(duì)滑動(dòng)，為了避免過(guò)快磨損，一方面需要潤(rùn)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=2.428=67.2mmD11=(0.60.7）d=0.6528=18.2mmD13=(1.71.9)d=1.828=50.4mmD12= D13-(24)=50.4-3=47.4mm故 =23.27Mpa<23.6Mpa4 手柄設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1手柄材料常用Q235和Q215。4.2手柄長(zhǎng)度Lp板動(dòng)手柄的力矩：K·Lp

13、=T1+T2則（式1-2）式中：K加于手柄上一個(gè)工人的臂力，間歇工作時(shí)，約為150250N，工作時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)為100150N。T1螺旋副間的摩擦阻力矩，T1=35×103×tan(4.285°+5.323°) ×25.5/2 N·mm =75541N·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) =(47.4+18.2)×0.09×35/4=51660N·mm則 (K取200) =636 mm手柄計(jì)算長(zhǎng)度Lp是螺桿中心到人手施

14、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(zhǎng)度還應(yīng)加上+（50150）mm。手柄實(shí)際長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)千斤頂，使用時(shí)可在手柄上另加套管。因此，手柄實(shí)際長(zhǎng)度=+100=636+25.2+100=761.2mm4.3手柄直徑dp把手柄看成一個(gè)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=23.32mm 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(shí)，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 =5.83mmdp+(610)= dp+8=23.32

15、+8=31.32mm 取整為325 底座設(shè)計(jì)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圖中取10mm，r取5mm，R取8mm；H1=H+（1428）mm =180+20=200mm H¢-a=39.5mm D6=D3+（510）mm =56.1+7=63.1mmD7=D6+=63.1+=103.1mmD8= =190mm式中：sp底座下枕墊物的許用擠壓應(yīng)力。對(duì)于木材，取sp=22.5MPa。6 參考資料：1蒲良貴 紀(jì)明剛.機(jī)械設(shè)計(jì)M.8版.北京:高等教育出版社,2

16、006.2吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)M.3版.北京:高等教育出版社,20063孫維連.工程材料M.中國(guó)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，20067 附A2裝配圖 選梯形螺紋選45鋼d=28mmp=5mmd1=22.5mmd2=25.5mmy=4.285°rv=5.323°y<rv-1°滿足自鎖條件1.5t=7.5mmd4=22mmD13=50.4(1.41.6)d=42mm0.25d=7mmd+(610)=36mmT=75541N·mm=355Mpas=101.42MPasca=87.12MPascas滿足強(qiáng)度條件I=12574.1i=5.625mml=247mm=2E=2.06×105MPas=87.82Fcr=104652.5N =3³ 2.5 4滿足穩(wěn)定性條件選青銅u=7.65u¢=9H¢=45mm13