螺旋千斤頂設(shè)計(jì)

《螺旋千斤頂》設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書PAGE12螺旋千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書院系工程技術(shù)學(xué)院專業(yè)年級(jí)2009級(jí)機(jī)制2班設(shè)計(jì)者肖先華學(xué)號(hào)222009322210154指導(dǎo)教師楊玲成績(jī)2011年螺旋千斤頂設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名肖先華專業(yè)年級(jí)2009級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化設(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F=35kN；2、最大升距H=180mm。設(shè)計(jì)工作量：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；編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書一份。指導(dǎo)教師簽名：年月日目錄1螺桿的設(shè)計(jì)與計(jì)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(jì)算 51.7穩(wěn)定性計(jì)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 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)u 72.2.1求螺母高度H 72.2.2螺紋工作圈數(shù)u 72.2.3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(jì)與計(jì)算 94手柄設(shè)計(jì)與計(jì)算 104.1手柄材料 104.3手柄直徑dp 114.4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α=30o，梯形螺紋的內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動(dòng)。故選梯形螺紋，它的基本牙形按GB/T5796.1—2005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。d2≥根據(jù)國(guó)家規(guī)定=1.2~2.5，取=1.5（梯形螺紋）；h=0.5p；查教材表5-12，[p]取20Mpa，又由于φ=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=25.5mm1.4自鎖驗(yàn)算自鎖條件是≤v，式中：為螺紋中徑處升角；v為當(dāng)量摩擦角（當(dāng)量摩擦角v=arctanv，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0.09=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°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，dk≥dp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0.2~0.5mm。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=7.5mmd4=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)，ca=≤[]其中扭矩 =35×103×tan(4.285°+5.323°)×25.5/2N·mm=75541N·mm式中：為螺紋中徑處升角，v為當(dāng)量摩擦角。A=QUOTEπd2/4=3.14×QUOTE22.52/4=430.3QUOTE查手冊(cè)表2-7，45鋼，=355MPa[]====101.42MPa故，ca==87.12MPa≤[]=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/F2.5~4螺桿的臨界載荷Fcr與柔度λs有關(guān)，λs=l/i，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l＝H+5t+(1.4~1.6)d，i為螺桿危險(xiǎn)截面的慣性半徑，若危險(xiǎn)截面面積A=d12/4，則(I為螺桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩)當(dāng)螺桿的柔度λs＜40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===12574.1QUOTE==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)計(jì)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=32.5~4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=φd2，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(jì)算：H=up。2.2.1求螺母高度HH=φd2=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HH=up=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，故只校核螺母螺紋牙的強(qiáng)度。螺母的其它尺寸見(jiàn)圖1―3。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<35Mpa==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1―3）和底座孔上端（圖1―7）做出倒角。為了更可靠地防止螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，還應(yīng)裝置緊定螺釘（圖1―1），緊定螺釘直徑常根據(jù)舉重量選取，一般為6～12mm。螺母的相關(guān)尺寸計(jì)算查手冊(cè)表3-8，D=d+0.5=28.5mmD3=(1.6~1.8)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1―4。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?！躘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=(2.4~2.5)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=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150～250N，工作時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)為100～150N。T1——螺旋副間的摩擦阻力矩， T1=35×103×tan(4.285°+5.323°)×25.5/2N·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)==636mm手柄計(jì)算長(zhǎng)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(zhǎng)度還應(yīng)加上+（50～150）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≤[]F（式1-3）故dp≥=23.32mm式中：[]F——手柄材料許用彎曲應(yīng)力，當(dāng)手柄材料為Q215和Q235時(shí)，[]F=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1―6），并用螺釘或鉚合固定。圖中尺寸：dp=5.83mmdp+(6~10)=dp+8=23.32+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δ不應(yīng)小于8～12mm，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1∶10的斜度。底座結(jié)構(gòu)及尺寸如圖1―7圖中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——底座下枕墊物的許用擠壓應(yīng)力。對(duì)于木材，取[]p=2~2.5MPa。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,2006.[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,2006[3]孫維連.工程材料[M].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2005[4]孫恒等.機(jī)械原理[M].7版.北京：高等教育出版社，2006選梯形螺紋選45鋼d=28mmp=5mmd1=22.5mmd2=25.5mm=4.285°v=5.323°<v-1°滿足自鎖條件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＜[]滿足強(qiáng)度條件I=12574.1QUOTEi=5.625mml=247mmμ=2E=2.06×105MPaλs=87.82Fcr=104652.5N=32.5~4滿足穩(wěn)定性條件