上海大学机械设计大作业螺旋起重器(千斤顶)设计.pdf

百度文库-让每个人平等地提升自我螺旋起重器螺旋起重器(千斤顶千斤顶)设计任务书设计任务书设计题目：螺旋起重器（千斤顶）的设计设计题目：螺旋起重器（千斤顶）的设计学学院院机电工程与自动化学院机电工程与自动化学院专专业业机械工程及其自动化机械工程及其自动化学学号号设设 计计 者者指导教师指导教师完成日期完成日期上海大学机电工程与自动化学院设计期限：2014 年 10 月 12 日 2014 年 10 月 28 日目目录录1百度文库-让每个人平等地提升自我一、确定螺纹牙型及螺纹基本尺寸.3螺纹牙型的选择.3螺纹基本尺寸.3二、螺杆的设计计算.3材料.3螺杆结构.3自锁性校核.4强度校核.5稳定性校核.6三、螺母的设计计算.7材料.7螺纹牙工作圈数 z.7螺母的结构尺寸.7螺纹牙强度校核.8螺母悬置部分强度和螺母凸缘强度校核.9四、托杯的设计计算.10五、手柄的设计计算.11材料.11手柄长度.12手柄直径.12手柄结构.12六、底座的设计计算.13材料.13底座结构.13七、螺旋起重器(千斤顶)效率.14八、装配工作图.152百度文库-让每个人平等地提升自我计算及说明主 要 结 果牙形角=30的单线梯形螺纹一、确定螺纹牙型及螺纹基本尺寸一、确定螺纹牙型及螺纹基本尺寸螺纹牙型的选择螺纹牙型的选择滑动螺旋的牙型可以采用梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿形螺纹。其中传动时使用梯形螺纹或矩形螺纹。梯形螺纹的工艺性好，牙根强度高，对中性好。矩形螺纹效率高但其牙根强度低，加工精度低，目前已经被梯形螺纹所逐渐代替。故在此设计中，采用牙形角 30的梯形螺纹。1.5,P18MPa螺杆尺寸：螺纹基本尺寸螺纹基本尺寸螺纹中径按照螺母螺纹牙面的耐磨性计算，对于梯形螺纹和矩形螺纹，h=,则有d2 0.8Fpd 36mmd2 33mmd3 29mm螺母尺寸：对于整体螺母式中值一般取,许用压力可查表。对于梯形螺纹可根据d2的计算值查表确定螺杆的中径、大径、小径，螺母的标准中径、大径、D4 37mm小径以及螺距 P。大径d d20.5P取1.5,P18MPaD2 33mmD1 30mmP 6mm螺杆材料：45 钢F41103查表得公称d2 0.8 0.81000 31.3mm6p1.51810直径（大径）d 36mm，螺距P 6mm，小径d3 29mm，中径d2 D2 33mm，内螺纹大径D4 37mm，内螺纹小径D1 30mm。二、螺杆的设计计算二、螺杆的设计计算材料材料s 355Mpa螺杆的常用材料为 Q235、Q275、35 钢和 45 钢。对于重要传动，要求较高的耐磨性，需进行热处理，可选用 40Cr 或 65Mn。故在此设计中，选用 45 钢。螺杆结构螺杆结构螺杆上端需用于支撑托杯和插装手柄，故此处需要加大直径，结构3百度文库-让每个人平等地提升自我如图 2-2 所示。图中 L 为最大起重高度，H 为螺母高度，手柄孔径大小应根据手柄直径dk的dp决定，一般取dk dp0.5mm。为了便于切制dk 27mm10mm螺纹，应设退刀槽，退刀槽直径为dc要比螺纹小径小。退刀槽的宽度B 50.4mm应取b 1.5P。为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应制有倒角，如图，或制成稍小雨小径的短圆柱体。D3 31.2mmD686.4mm10mmB 1.4d 1.436 50.4mmD3 0.65d 0.6548 31.2mmD61.8d 1.848 86.4mmH d21.544 66mm自锁性校核自锁性校核自锁条件为vnP式中-螺纹升角，arctg；d24百度文库-让每个人平等地提升自我f arctgfv；v-当量摩擦角，v arctgcos-螺纹牙侧角；f-摩擦系数，见表；fv-螺纹副的当量摩擦因数。由于影响摩擦因数的因素很多，其值并不稳定，为保证千斤顶有可靠的自锁能力，可取v1因此，在本设计中；/2 15f 0.10 3.3 5.7v1符合自锁条件nP16 arctan arctan 3.3d233f0.10 arctan 5.7coscos153.35.71 4.7v1v arctan所以，满足自锁条件。强度校核强度校核螺杆工作时，扭矩产生剪应力，轴向力产生正应力，升至最高位置时载荷分布如图 2-4 所示，按照第四强度理论，危险剖面的强度按照下式校核4F16Tca(2)23(3)3d3d3式中F-螺杆所受轴向压力（N）；d3-螺纹小径（mm）；dT-螺杆所受扭矩（Nmm），T F tan(v)22-螺杆材料的许用压力（MPa）5百度文库-让每个人平等地提升自我T=88.75MPaca符合强度计算的条件在本设计当中，3dT F tan(v)2233 41tan(3.35.7)107.1KN mm2ca4F16T(2)23(3)2d3d34411016107.11022)3()3232(2910)(2910)3(62.1MPa355s88.75MPa44则ca所以，满足强度条件。i 7.25mml 267.4mm稳定性校核稳定性校核细长的螺杆升至最高位置时，可视为直径为d3的下端固定上端自由的压杆，为了防止失稳，按照下式校核其稳定性73满足稳定性要求Fcr 2.4 4.0F临界轴向载荷Fcr与螺杆的材料、柔度有关，其中柔度计算式为li式中，l-螺杆的最大工作长度（mm），按螺杆升至最高位置时托杯底面到螺母中部的高度计算，即l L B H/2；-长度系数，取 2；6百度文库-让每个人平等地提升自我i-螺杆危险截面的惯性半径（mm），若螺杆危险截面截面积，A 4d23，轴惯性矩I d3464，则i Id3。A4在本设计当中，l L B H/2 19050.454/2 267.4mmd29i 3 7.25mm44l2267.4故 73i7.25对于淬火钢，85时d49010.000224249029156.7N10.00027324Fcr23Fcr156.7 4.0 2.4 4.0F39.5所以，稳定性满足要求。三、螺母的设计计算三、螺母的设计计算材料材料螺母和螺杆旋合工作时，应有较高的耐磨性和较低的摩擦因数，通常选用螺母材料比螺杆材料硬度低。耐磨性较好的螺母材料有：注锡青铜 ZCuSn10Pb1、注 锡 锌 铅 青 铜 ZCuSn5Pb5Zn5 和 铸 铝 铁 青 铜ZCuAl10Fe3；当低速、轻载或不经常使用时，也可选用耐磨铸铁或者铸铁。故在本设计中，千斤顶选择ZCuAl10Fe3 制造此零件。H 54mm螺纹牙工作圈数螺纹牙工作圈数 z z螺纹牙的工作圈数z可按耐磨性计算获得，即z z 9F10d2hp式中h-螺纹牙工作高度，对于梯形和矩形螺纹，h 0.5P。考虑到螺纹牙工作圈数z不宜大于 10，否则应改选螺母的材料或加大螺纹直径。考虑螺杆退刀槽的影响，螺母螺纹牙的实际圈数应取z z 1.5。工作圈数F41103z 7.3310336d2hp33100.561018107百度文库-让每个人平等地提升自我H=z P=96=54mm，取整数 H=54mm，螺纹工作圈数计算 z=H54=9。P6取z 7.5z z 1.5 9螺母的结构尺寸螺母的结构尺寸螺母的结构如图 3-3 所示，螺母高度H zP；螺母外径D （1.6 1.8）D4，D4为内螺纹大径，D4 d 2ac，式中d为外螺纹大径，ac为牙顶间隙，落幕的凸缘外径D1(1.31.4)D；螺母凸缘高度a D4 49mmD 83.3mmH。3D1112.455mm因此，在本次设计当中，H zP 96 54mmD4 d 2ac 3620.5 37mmD 1.6D41.637 59.2mmD11.3D 1.359.2 77.0mmH54a 18mm33a 22mmb 40MPab b12.04MPa 满足强度条件螺纹牙强度校核螺纹牙强度校核螺母材料的强度低于螺杆时，只需要校验螺母的螺纹牙强度。螺纹牙根部抗弯强度条件为b3Flb2zD4b31.8MPa8百度文库-让每个人平等地提升自我螺纹牙根部抗剪强度条件为满足强度条件33FzD4b式中b-螺纹牙根部厚度，对于梯形螺纹，b 0.65P，P为螺纹的螺距l-弯曲力臂，l D4 D2；2z-螺杆与螺母旋合圈数b-螺母材料的许用弯曲应力-螺母材料的许用剪切应力在本设计当中：D D23733l 4 2mm,22b 0.65p 0.656 3.9mm;b3Fl34110 2.510zD4b27.3337103(3.9103)2 23.73MPa b 40MPaF4110312.04MPazD4b7.33371033.9103 30MPa所以，螺纹牙满足强度条件。螺母悬置部分强度和螺母凸缘强度校核螺母悬置部分强度和螺母凸缘强度校核螺母下端悬置，承受拉力；螺母凸缘支撑面会发生挤压破坏；凸缘根部可能会因抗弯强度不够而破坏。因此，必要时应对螺母悬置部分德尔抗拉强度、螺母凸缘支撑面的挤压强度以及螺母凸缘根部的抗弯强度进行校核计算。（1）螺母悬置部分横截面上的抗拉强度条件为1.3F424(D D)2式中-螺母材料的许用拉应力，=bD-螺母外径在本设计当中：p 21.54MPap 60MPa9百度文库-让每个人平等地提升自我1.3F1.34110344 0.83b 0.8340 33.2MPa31.8MPa 33.2MPa所以，螺母悬置部分横截面满足强度条件。（2）螺母凸缘支撑面上的挤压强度条件为2(D2 D4)31.8MPa(59.22372)pp 满足强度条件b 20.7MPap4Fp(D12 D2)b 40MPap-螺母材料的许用挤压应力，p=bD1-螺母凸缘外径在本设计当中：bb满足强度条件4F441103p 21.54MPa(D12 D2)(77259.22)p1.5b1.540 60MPa21.54MPa 60MPapp 12.3MPa所以，螺母凸缘支撑面满足强度条件。（3）螺母凸缘根部的弯曲强度条件为 30MPaM1.5F(D1 D)bbWDa2式中a-螺母凸缘厚度在本设计当中：满足剪切条件1.5F(D1 D)Da21.541103(7759.2)18.2MPa59.2182109b 40MPab18.2MPa 40MPabb所以，螺母凸缘根部满足强度条件。（4）螺母凸缘根部的剪切条件为10百度文库-让每个人平等地提升自我FDa式中-螺母材料的许用剪切应力本设计当中：4110312.3MPa59.218 30MPa12.3MPa 30MPa所以，螺母凸缘根部满足剪切条件。综上，经检验，螺母满足各强度条件。D3=D6=四、四、托杯的设计计算托杯的设计计算托杯是用来承托重物的，可选铸铁、铸钢或 Q235，具体结构如图 4-1。D5=90mm为了防止托杯和重物之间产生相对滑动，在托杯上表面制有切口和沟纹。为了防止托杯从螺杆端部脱落，在螺杆上端应该装有挡圈。当螺杆D7=转动时，托杯和被起重物均不转动。因此在举重时，托杯底部与螺杆的接触面间有相对滑动。为了防止接触面过快的磨损，一方面要润滑接触D0=面，另一方面还要校核期间压力，即B=4Fpp 22(D7 D0)=10mm式中p-许用压力D7、D0-托杯结构尺寸p 12.8MPap 18MPaP P满足强度条件11百度文库-让每个人平等地提升自我D3 0.6d 0.636 21.6mmD5 2.5d 90mmD61.7d 1.736 61.2mmD7 D62 59.2mmD0 D30.5 22.1mmB 1.4d 1.436 50.4mm10mm选用钢作为托杯材料。4F441103p 17.3MPa(D72 D02)(59.2222.12)p18MPa17.3MPa 18MPaP P所以，满足条件。取Lp1269.5mm五、手柄的设计计算五、手柄的设计计算材料材料手柄材料选择碳素结构钢Q235。手柄长度手柄长度由图 2-4 可知，扳动手柄的力矩应该和阻力矩平衡，即FpLpT1T2，则dp 32.4mm12百度文库-让每个人平等地提升自我T T2Lp1Fp式中Fp-扳动手柄的力，通常取 150200NT1-螺旋副的摩擦阻力矩T2-螺杆端面与托杯之间的摩擦阻力矩33T1 F tan(v)取f 0.12T23727d2107.1KN mm2D D1fF()3D D3020159.2 22.10.1241103()106.9N mm359.2222.12LpT1T2107.1106.91188.9mmFp180手柄计算长度Lp是螺杆中心至人手施力点间的距离。考虑到螺杆头部尺寸及手握的距离，手柄实际长度为D6(50 150)mm261.21188.950 1269.5mm2Lp Lp为了减小千斤顶的空间，一般取实际手柄长度不大于千斤顶的高度。当举重较大时，可在手柄上套一长套管，以增大力臂达到省力的目的。手柄直径手柄直径把手柄看成一个悬臂梁，按抗弯强度设计，即dp3FpLp0.1b式中，b-手柄材料许用弯曲应力，bs1.5 2bs1.5 2235117.5MPa213百度文库-让每个人平等地提升自我3200 1188.9 10dp3327.25mm0.1b0.1 117.5 106FpLp手柄结构手柄结构为了防止手柄从螺杆中滑出，在手柄两端应设有挡圈，如图所示，并用螺钉固定或铆合。H1245mmH244mmD888.3mmD9137.3mm六、底座的设计计算六、底座的设计计算材料材料底座材料常选用铸铁 HT150、HT200，当起重较大时可选用铸钢。故选用 HT200。D10216mm底座结构底座结构底座铸件的厚度不应该小于 810mm，为了增加底座的稳定性，故须将外形制成 1:10的斜度，如图 6-2所示14.4%30%符合效率条件14百度文库-让每个人平等地提升自我H1 L(15 20)mm，H2 H a，D8 D(5 10)mm，D9 D82D10H1mm，直径D10由下式决定104F D92mmp在本设计当中：H1 L(15 20)mm 19015 205mmH2 H a 54-18 36mmD8 D(5 10)mm 59.25 64.2mmD9 D82H1205mm 64.22105.2mm10104F4411032D10 D9mm(105.2103)2192.8mm6p210取D10 216mm七、螺旋起重器七、螺旋起重器(千斤顶千斤顶)效率效率当螺旋转过一周后，输入功W1 2FpLp，此时举升重物的有效功为W2 FS15百度文库-让每个人平等地提升自我故FS2FpLp式中 S-螺纹的导程在本设计当中：FS41103616.5%30%2FpLp22001188.9所以，符合效率条件。八、装配工作图八、装配工作图16