螺旋千斤顶课程设计西南大学(共16页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上螺旋千斤顶设计计算说明书院 系 工程技术学院 专业年级 2012级机械设计制造及其自动化 设 计 者 指导教师 成 绩 2014年 11 月 7 日专心-专注-专业目录设计计算说明书1设计任务书1.1 设计题目：设计螺旋千斤顶（参考下图a）1.2 原始数据最大起重量F=40kN最大升程 H=190mm1.3 设计工作量1.3.1 绘制出总装配图一张(参考下图b)，标注有关尺寸，填写标题栏及零件明细表。1.3.2 编写设计计算说明书一份(包括封面、目录、设计任务书、计算内容和设计步骤、参考资料等)。 （a） （b）计 算 及 说 明结 果2.计算内容和设计步骤2.1螺杆

2、的设计与计算2.1.1 螺杆螺纹类型的选择选择梯形螺纹，牙型角=30,梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动；它的基本牙型按GB/T5796.1-2005的规定。2.1.2选取螺杆材料螺杆材料的选择螺杆材料常用的有Q235、Q275、40、45、55钢，由于是承受轻载荷，选择45钢，查手册表2-7得 ；查表5-13取安全系数S=4，则；与其相旋合的螺母材料选为ZCuSn10P1铸锡青铜，因为千斤顶的螺杆与螺母的相互运动是低速滑动，螺杆材料为45钢，螺母材料为青铜，查表5-12可知，许用压力p介于1825MPa之间，在此取20MPa。 2.1.3确定螺杆直径按耐磨性条件确定中径计算过程： 滑动螺旋

3、的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力p，使其小于材料的许用压力p。由于，所以有；对于等腰梯形螺纹，有，一般取1.23.5,所以此处取1.5。带入设计公式，得 按国家标准查手册表3-7和3-8选择公称直径和螺距为：公称直径d=36mm螺距P=6mm螺杆小径 =d-7=29mm螺杆中径=d-3=33mm29.212mm2.1.4自锁验算自锁验算条件是y为螺纹中径处升角；:当量摩擦系数；：摩擦系数；rv为当量摩擦角：牙侧角，。摩擦系数由查表5-12可知，由于千斤顶的运动速度是很低的，所以摩擦系数按起动时取最大值0.10。=arctan=3.3140经验算，满足自锁条件。2.1.5结构设计根据图

4、1-2进行螺母的结构设计（1）螺杆上端用于支承托杯10并在其中插装手柄7，因此需要加大直径。手柄孔径dk的大小根据手柄直径dp决定，dkdp十0.5mm。（2）为了便于切制螺纹，螺纹上端应设有退刀槽。退刀槽的直径d4应比螺杆小径d1约小0.20.5mm。退刀槽的宽度可取为1.5P，取d4=d1-0.5=28.5mm；退刀槽宽度1.5P=9mm（3）为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应有倒角或制成稍小于d1的圆柱体。（4）为了防止工作时螺杆从螺母中脱出，在螺杆下端必须安置钢制挡圈(GB/T891-1986)，挡圈用紧定螺钉(GB/T68-2000)固定在螺杆端部。2.1.6螺杆强度计算对受力较大的螺

5、杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度，强度计算公式为：或其中扭矩（上式中为螺纹中径处升角，为当量摩擦角）由已知：F=40kN T=Ftan(+v)d2/2=40000*tan(3.3140+5.9110)*33/2=.229NmmA=660.520mm2则有：60.582MPa2.1.7稳定性计算细长螺杆工作时受到较大的轴向压力可能失稳，为此应按稳定性条件验算螺杆的稳定性。螺杆的临界载荷与柔度有关其中；当螺杆的柔度s40时，可以不必进行稳定性校核。该千斤顶一螺母座位支承时，作不完全固定支承，另一端有径向和轴向约束，为固定支承，所以端部职称情况是一端固定，一端不完全固定。故取l为举起重物后托杯底面

6、到螺母中部的高度，可近似取lH+5P+(1.41.6)d，故按下式计算：l=H+5P+1.5d=190+5*6+1.5*36mm=274mm 螺杆危险截面的惯性矩，=3.14*294/64mm=34700.974mm4则7.25mm将以上数据代入柔度计算公式，得2*274/7.25=75.58640故应进行稳定性校核。螺杆选为淬火钢，当85时由公式知：临界载荷=.1 N3.77螺杆稳定性安全系数=2.54所以，螺杆稳定性合格。2.2螺母设计计算2.2.1选取螺母材料螺母材料一般可选用青铜，对于尺寸较大的螺母可采用钢或铸铁制造，其内孔浇注青铜或巴氏合金。此题中选择螺母材料选为ZCuSn10P1铸

7、锡青铜。2.2.2确定螺母高度及工作圈数螺母高度，螺纹工作圈数，考虑退刀槽的影响，实际螺纹圈数u = u+1.5(u应圆整)。考虑到螺纹圈数u越多，载荷分布越不均，故u不宜大于10，否则应改选螺母材料或加大d。螺母高度由下式计算：H= ut具体计算过程如下：螺母高度：H=d2=1.5*33mm=49.5mm螺纹工作圈数：u=H/P=49.5/6mm=8.25mm考虑退刀槽的影响，取实际工作圈数为=u+1.5=8.25+1.5mm=9.75mm应当圆整，又考虑到螺纹圈数u越多，载荷分布越不均，故u不宜大于10，故取=10（圈）HP=10*6mm=60mm2.2.3校核螺纹牙强度根据GB/T579

8、6.32005得螺母基本尺寸如下：螺母大径：D=d+1=36+1mm=37mm螺母小径：D1=d-6=36-6mm=30mm螺母中径：D2=33mm由图13得：D3=（1.61.8）D=1.7*37mm=62.9mmD4=（1.31.4）D3=1.35*62.9mm=84.915mm =60/3mm=20mm螺母的其它尺寸见图13，螺纹牙多发生剪切与弯曲破坏。由于螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹牙的强度。（1） 剪切强度校核假设螺母每圈螺纹 所承受的平均压力为，并作用在螺纹中径为直径的圆周上，则螺纹牙危险截面的剪切强度条件为： 对于梯形螺纹，查表得：b=0.65P=0.65*6mm=

9、3.9mm则剪切强度为：故满足剪切强度条件。（2）弯曲条件校核螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为；弯曲力臂：螺母材料的许用弯曲应力，查表得：；将数据带入弯曲强度条件公式，得：=27.163MPa经验算，符合弯曲强度条件。 图132.2.4螺母与底座孔配合（1）采用配合；（2）为了安装简便，需在螺母下端（图13）和底座孔上端（图17）做出倒角；（3）为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉，紧定螺钉选择的是（GB/T711985）。2.3托环的设计与计算2.3.1托杯材料的选择选择托环材料为钢。2.3.2结构设计托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用Q235钢模锻制成，其结构尺寸见图14。为了使其

10、与重物接触良好和防止与重物之间出现相对滑动，在托杯上表面制有切口的沟纹。为了防止托杯从螺杆端部脱落，在螺杆上端应装有挡板。2.3.3接触面强度校核当螺杆转动时，托杯和重物都不作相对转动。因此在起重时，托杯底部与螺杆和接触面间有相对滑动，为了避免过快磨损，一方面需要润滑，另一方面还需要验算接触面间的压力强度。由图1-4计算各尺寸：厚度； D11=(0.60.7)d=0.65*36mm=23.4mmD10=2.5d=2.5*36mm=90mmD13=1.8d=1.8*36mm=64.8mmD12=D13-4mm=60.8mm 图14为避免工作时过度磨损，接触面间的压强应满足将数据代入得：MPa=1

11、6.172MPa计算许用压强p，取托杯和螺杆材料p中较小的一个：螺杆p=88.75MPa，托杯p=235Mpa；取p=88.75Mpa；经验算：，接触面压强满足要求，选材合理。2.4手柄的设计计算2.4.1手柄材料的选择常用Q235和Q215。本题中，该千斤顶手柄采用的材料是Q2352.4.2计算手柄长度扳动手柄的力矩：，则K加于手柄上一个工人的臂力，间歇工作时，约为150250N，工作时间较长时为100150N。本题中选择； =40*tan（3.3140+5.9110）*33/2 Nm =107.194 Nm =（60.8+23.4）*0.1*40/4 Nm =84.2Nm=（107.194

12、+84.2）/200m=956.97mm手柄计算长度Lp是螺杆中心到人手施力点的距离，考虑螺杆头部尺寸及工人握手距离，手柄实际长度还应加上+（50150）mm。故手柄的实际长度是： =956.97+64.8/2+100mm=1089.37mm为减小起重器的存放空间，一般手柄不得大于起重器的高度，可取，使用时加套筒。手柄参考图1-5（见下页）2.4.3手柄直径 的确定把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径dp，其强度条件为sF 故得设计公式为式中：sF手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q215和Q235时，sF=120Mpa。dpmm=26.28mm取 dp=27mm则dk=dp+1mm=

13、28mm2.4.4结构手柄插入螺杆上端的孔中，为防止手柄从孔中滑出，在手柄两端面应加上挡环（图16），并用螺钉或铆合固定。因为手柄的精度要求不高，如图计算选用的螺钉为（GB/T68-2000）,挡圈尺寸D=60，H=6.2.5底座设计2.5.1选择底座材料底座材料常用铸铁（HT150及HT200），此题中底座材料选为HT200；2.5.2结构设计铸件的壁厚不应小于812mm，此题中选择；为了增加底座的稳定性，底部尺寸应大些，因此将其外形制成110的斜度。2.5.3底座设计计算由图1-7可得底座的相应尺寸：H1=H+20mm=210mmD6=D3+8mm=62.9mm+8mm=70.9mmD7=

14、D6+H1/5=(70.9+210/5)mm=112.9mm =195.477mm =60mm-20mm=40mm 式中：sp底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取 ，此题中取 ； 图1-7选则材料：45钢；取=20MPa取=1.5中径计算初值：=29.21mm螺杆尺寸：d=36mmP=6mm=29mm=33mm取：牙侧角：摩擦系数：=3.3140v=5.9110退刀槽直径：d4=28.5mm退刀槽宽度：1.5P=9mmD=40mmH=5mmT=.229NmmA=660.520mm2螺杆计算强度：=60.582MPal=H+5P+1.5d=274mmI=34700.974mm47.25mm柔

15、度：75.58640 =.1N3.77螺母材料：ZCuSn10P1铸锡青铜H=49.5mmu=8.25mm圆整后，=10H=60mm螺母大径： D=d+1=37mm螺母小径：D1=d-6=30mm螺母中径：D2 =33mmD3=62.9mmD4=84.915mm=20mmb=4.55mm剪切强度验算：弯曲力臂：l=2 mm强度条件验算：紧定螺钉： 托杯材料：Q235D11=23.4mmD10=90mmD13=64.8mmD12=60.8mmP=16.172MPa手柄采用的材料是Q235K=200NT1=107.194NmT2=84.2NmLp=956.97mmLp=1089.37mmdp=27

16、mmdk =28mm螺钉：挡圈： D=38，H=5底座材料：HT200；厚度：斜度： 底座尺寸：H1= 210mmD6=70.9mmD7=112.9mmD8=195.477mmH2=40mm3.关于螺旋千斤顶结构设计等的补充说明（1） 螺母与底座的配合常用或等；（2） 为防止螺母转动，应设紧定螺钉，直径常取M6M12，根据起重大小决定；（3） 为防止托杯脱落和螺杆旋出螺母，在螺杆上下两端安装安全挡圈；（4） 连接螺钉，挡圈，挡环的规格尺寸按结构需要选取或设计；（5） 为减少摩擦、磨损及托杯工作时不转动，螺旋副及托杯与螺杆的接触面均需润滑；（6） 装配图尺寸标注应包括特性尺寸（如最大起落高度）、

17、安装尺寸、外形尺寸（总厂、总宽、总高）和派和尺寸等；（7） 图面应注明技术特性及技术要求；（8） 图纸规格应符合之徒规定，绘图要按国家标准，标题栏和明细表的格式应符合要求，详见课程设计教材，或采用学生用标题栏及明细表格式；（9） 设计计算说明书应在全部计算及图纸完成后进行整理编写。参考文献：1杨 玲.螺旋千斤顶作业指导书.西南大学工程技术学院,2009.2濮良贵，纪名刚.机械设计（第八版）.高等教育出版社,2006.3邱宣怀.机械设计（第四版）.高等教育出版社,1997.4大连理工大学工程画教研室.机械制图. 高等教育出版社,2003.8.5吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册(第三版). 高等教育出版社,2006.