课程设计-螺旋千斤顶.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date课程设计-螺旋千斤顶辽宁信息职业技术学院辽宁信息职业技术学院装备制造系课程设计论文题目： 螺旋千斤顶 班级： 姓名： 学号： -目录：论文题目第2页正 文第3页第 19 页评语及成绩第20页论文题目：附 图：结 果设计要求：设计一个人力驱动的螺旋千斤顶，示意图如下：一、千斤顶的概述千斤顶是一种起重高度小(小于1)的最简单的起重设备。它有机械式和液压式两种。机械式千斤顶

2、又有齿条式与螺旋式两种。千斤顶按工作原理分为：螺旋千斤顶、齿条千斤顶、油压千斤顶。二、螺旋传动的设计和计算1、螺旋传动的应用和类型螺旋传动是利用螺杆（丝杠）和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力。它具有结构紧凑、转动均匀、准确、平稳、易于自锁等优点，在工业中获得了广泛应用。（1）按螺杆与螺母的相对运动方式，螺旋传动可以有以下四种运动方式：螺母固定不动，如图螺杆转动并往复移动，这种结构以固定螺母为主要支承，结构简单，但占据空间大。常用于螺旋压力机、螺旋千斤顶等。螺母转动，如图螺杆做直线移动，螺杆应设防转机构，螺母转动要设置轴承均使结构复杂，且螺

3、杆行程占据尺寸故应用较少。螺母旋转并沿直线移动，如图由于螺杆固定不动，因而二端支承结构较简单，但精度不高。有些钻床工作台采用了这种方式。螺杆转动，如图螺母做直线运动，这种运动方式占据空间尺寸小，适用于长行程螺杆。螺杆两端的轴承和螺母防转机构使其结构较复杂。车床丝杠、刀架移动机构多采用这种运动方式。本次设计的螺旋千斤顶是运用了上图（a）的运动方式，即螺母固定不动。（2）按照用途不同，螺旋传动分为三种类型。传力螺旋以传递动力为主，要求以较小的转矩产生较大的轴向推力，一般为间歇性工作，工作速度较低，通常要求具有自锁能力。如图：传导螺旋以传递运动为主，这类螺旋常在较长的时间内连续工作且工作速度较高，传

4、动精度要求较高，如图：调整螺旋用于调整并固定零件间的相对位置，一般不经常转动，要求能自锁，有时也要求很高精度，如带传动张紧装置、机床卡盘和精密仪表微调机构的螺旋等。本次设计的螺旋千斤顶就是运用了传力螺旋这种传动类型。2、螺旋传动的计算按照螺旋副摩擦性质的不同，螺旋传动又可分为滑动摩擦螺旋传动（简称滑动螺旋）、滚动摩擦螺旋传动（简称滚动螺旋）和静压滑动螺旋传动（简称静压螺旋）。在螺旋传动中，结构最简单应用最广泛的是滑动螺旋，滑动螺旋副工作时，主要承受转矩和轴向拉力（或压力）的作用，由于螺杆和螺母的旋合螺纹间存在着较大的相对滑动，因此，其主要失效形式是螺纹牙破损。滑动螺旋的基本尺寸通常根据耐磨条件

5、确定。对于传力螺旋还应校核螺杆危险截面的强度；对于青铜或铸铁螺母以及承受重载的调整螺旋应校核其自锁性；对于精度传动螺旋应该校核螺杆的刚度；对于受压螺杆，当其长径比很大时，应校核其稳定性；对于高速长螺杆，应校核其临界转速；要求自锁时，多采用单线螺纹，要求高效时，多采用多线螺纹。（1）一般螺旋机构的计算一般螺旋机构当螺杆转角（rad）时，螺母轴向移动的位移L（mm）为: L=S/2 （式3.1）则式中S为螺旋线导程（mm）。如果螺杆的转速为n(r/min)时，则螺母移动速度v(mm/s)为:V=Sn/60 （式3.2） （2）差动螺旋机构与复式螺旋机构的计算1-机架 2-螺杆 3-螺母 4-导向杆

6、图3.4 差动螺旋机构上图的螺旋机构中，螺杆1上有A、B两段螺旋，A段螺旋导程为SA（mm），B段螺旋导程为SB（mm），两者旋向相同，则当螺杆转角（rad）时，螺母轴向移动的位移L（mm）为： L=（SA-SB）/2 （式3.3） 如果螺杆的转速为n(r/min)时，则螺母移动速度v(mm/s)为： L=（SA-SB）n/60 （式3.4）由上式可知：当A、B两螺旋的导程SA、SB接近时，螺母可得到微小位移，这种螺旋机构称为差动螺旋机构（又称微动螺旋机构），常用于分度机构、测微机构等。如果两螺旋的旋向相反，则螺母轴向移动的位移L为：L=（SA-SB）/2 （式3.5）移动速度为： V（SA-

7、SB）n/60 （式3.6）这种螺旋机构称为复式螺旋机构，适合于快速靠近或离开的场合。滑动螺旋传动工作时，螺杆和螺母主要承受转矩和轴向载荷（拉力或压力）的作用，同时在螺杆和螺母的旋合螺纹间有较大的相对滑动。滑动螺旋传动的主要失效形式是螺纹磨损。因此，通常根据螺旋副的耐磨性条件，计算螺杆中径及螺母高度，并参照螺纹标准确定螺旋的主要参数和尺寸，然后再对可能发生的其他失效逐一进行校核。3、螺旋传动的设计和选材滑动螺旋的结构包括螺杆、螺母的结构形式及其固定和支承结构形式。螺旋传动的工作刚度与精度等和支承结构有直接关系，当螺杆短而粗且垂直布置时，如起重及加压装置的传力螺旋，可以采用螺母本身作为支承的结构

8、。当螺杆细长且水平布置时，如机床的传导螺旋（丝杠）等，应在螺杆两端或中间附加支承，以提高螺杆工作刚度。螺母结构有整体螺母、组合螺母和剖分螺母等形式。整体螺母结构简单，但由磨损而产生的轴向间隙不能补偿，只适合在精度要求较低的场合中使用。对于经常双向传动的传导螺旋，为了消除轴向间隙并补偿旋合螺纹的磨损，通常采用组合螺母或剖分螺母结构。利用螺钉可使斜块将其两侧的螺母挤紧，减小螺纹副的间隙，提高传动精度。传动用螺杆的螺纹一般采用右旋结构，只有在特殊情况下采用左旋螺纹。螺杆和螺母材料应具有较高的耐磨性、足够的强度和良好的工艺性。表3.1 螺杆与螺母常用的材料螺纹副材料应用场合螺杆Q235 Q275 45

9、 50轻载、低速传动。材料不热处理40Gr 65Mn 20GrMnTi重载、较高速。材料需经热处理，以提高耐磨性9Mn2V GrWMn 38GrMoAl精密传导螺旋传动。材料需经热处理螺母ZcuSn10P1 ZcuSn5Pb5Zn5一般传动ZcuAL10Fe3 ZcuZn25AL6Fe3Mn重载、低速传动。尺寸较小或轻载高速传动，螺母可采用钢或铸铁制造，内空浇铸巴士合金或青铜4、螺旋机构耐磨性的计算耐磨性计算尚无完善的计算方法，目前是通过限制螺纹副接触面上的压强作为计算条件，其校核公式为：PP （式3.7）式中，F为轴向工作载荷（N）；A为螺纹工作表面投影到垂直于轴向力的平面上的面积（mm）；

10、d2为螺纹中径(mm)；P为螺距(mm)；h为螺纹工作高度(mm)，矩形与梯形螺纹的工作高度h=0.5P,锯齿形螺纹高度h=0.75P；z=H/P为螺纹工作圈数，H为螺纹高度(mm)，p为许用压强(MPa)。表3.2 滑动螺旋传动的许用压强螺纹副材料滑动副速度/(mmin-1)许用压强/MPa钢对青铜低速151825111871012钢-耐磨铸铁61268钢-灰铸铁2.4612131847钢-钢低速7.513 淬火钢-青铜6121013注：4。临界载荷FC与螺杆的柔度及材料有关，根据=的大小选用不同的公式计算。当8590时，根据欧拉公式计算，即 式15式中，FC为临界载荷（N）；E为螺杆材料的

11、弹性模量（MPa），对于钢E=2.06105；I为危险截面的惯性矩（mm4），I=，d1为螺杆螺纹内径(mm)；为长度系数，与螺杆端部结构有关，见表1.9；L为螺杆最大受力长度(mm)；i为螺杆危险截面的惯性半径(mm)，I=。表1.9 长度系数螺杆端部结构两端固定0.5一端固定，一端不完全固定0.6一端固定，一端自由（如千斤顶）2一端固定，一端铰支（如压力机）0.7两端铰支（如传导螺杆）1注：用下列办法确定螺杆端部的支撑情况：采用滑动支承时：lo为支承长度，do为支承孔直径，lo/do3固定。采用滚动支承时：只有径向约束时为铰支；径向和轴向都有约束为固定。当8590时；对b380MPa的碳素

12、钢（如Q235、Q275）Fc=(304-1.12) 式16当8590时，对b470MPa的优质碳素钢（如355、45）Fc=(461-2.57) 式17 当40时，无需进行稳定性计算。8、自锁性校核对于要求自锁的螺旋传动，应校核是否满足自锁条件，即 式18式中，为螺纹副的当量摩擦系数，见表1.10表1.10 螺旋传动螺旋副的当量摩擦系数（定期润滑）螺旋副材料钢和青铜钢和耐磨铸铁钢和铸铁钢和钢淬火钢和青铜0.080.100.100.120.120.150.110.170.060.08三、千斤顶的工作原理和设计1、千斤顶的工作原理千斤顶有机械千斤顶和液压千斤顶等几种，原理各有不同。从原理上来说，

13、液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。螺旋千斤顶是通过往复扳动手柄，拔爪即推动棘轮间隙回转，小伞齿轮带动大伞齿轮、使举重螺杆旋转，从而使升降套筒获得起升或下降，而达到起重拉力的功能，但不如液压千斤顶简易。 2、千斤顶的设计设计螺旋千斤顶，已知轴向载荷F=10000N，起重高度为l=124mm，方案图3.1所示。

14、图3.1千斤顶结构图1. 选择材料由表1.2选材料为45钢，由手册查=355Mpa；螺母材料锡青铜为ZCuSn10P1，由表1.3查得p=11Mpa；取单头右旋梯形螺纹，=30，=15，螺母为整体螺母。2. 耐磨性计算(1) 取=2(2) 计算d2d20.8=0.8=17.06由计算出的d2查手册确定螺纹的标准值为 d=24 mm、D=24.5 mm d1=18.5 mm，D1=19 mm d2（D2）=21.5 P=5 mm(3) 计算螺母高HH=d2=221.5=43mm(4) 计算旋合圈数z z=8.610(5) 校核螺纹副自锁性=arctan=4.23由表1.5查得fv=0.01,v=

15、arctan0.10=5.71,v,满足自锁条件。1） 螺母螺纹牙强度校核由表1.4查得青铜螺母螺纹牙许用弯曲应力=4060Mpa、许用剪切应力=3040Mpa；梯形螺纹的螺纹牙根宽度b=0.65P=0.655=3.25mm；梯形螺纹的螺纹牙工作高度h=0.5P=0.55=2.5mm。(1) 弯曲强度校核=10.72 合格(2) 剪切强度校核=4.65 合格2） 螺杆强度校核(1) 由表1.4查得螺杆许用应力=71Mpa(2) 螺杆所受转矩T=Ftan(+)=10000 tan(4.23+5.71)=18955Nmm(3) ca=40.13 合格3. 螺母外部尺寸计算a) 计算D3螺母悬置部分

16、受拉伸和扭转联合作用，为计算简单，将F增大30%，按拉伸强度计算得= 式中，为螺母材料的许用拉伸应力，可取=0.83b，由表1.4取b=50Mpa，因此=0.83b=41.5Mpa。故 D3=31.5mm取D3=35 mmb) 确定D0和a按经验公式D0=（1.31.4）D3及a=确定。D0=（1.31.4）35=45.549mm 取D0=48 mma=14.3 取a=15 mmc) 校核凸缘支承表面的挤压强度，强度条件为p=p 合格d) 校核凸缘根部弯曲强度p=7.88 Mpab=50 Mpa 合格e) 校核凸缘根部剪切强度，强度条件为=式中，螺母材料的许用切应力=35Mpa 故 =6 Mp

17、a 合格4. 手柄设计计算拖杯与手柄的结构a) 确定手柄长度手柄上的工作转矩为T=FHLH=T1+T2=式中，T1、T2分别为螺纹副摩擦力矩及拖杯与接触面摩擦力矩（Nmm）；fc=0.15为拖杯与支承面的摩擦系数；D0为托杯底座与支承面接触部分外径（mm），由经验公式D0=（1.61.8）d确定，取D0=45mm；d0为托杯底座与支承面接触部分内径（mm），取d0=18mm,FH为手作用在手柄上的力（N）,如一人连续工作，手作用力通常取FH=150200N,取FH=180N；LH为手柄有效长度（mm）。故 180 LH= 得 LH=246 mm 取LH=350 mmb) 确定手柄直径dk选手柄

18、材料为45钢，S=355MPa,许用弯曲应力=237178 Mpa，取b=200 Mpa。手柄的弯曲强度条件为b=因此，dK=147.75mm, dK =20mm。托杯其他部分尺寸为托杯高h=(0.81)Do=3645mm 取h=36 mm铰支头高h1=(1.82) dK =3640mm 取h1=36mm5. 螺杆稳定性校核(1) 计算柔度=螺杆一端固定，一端自由，长度系数=2；螺杆最大受力长度L由起重高度l、螺母高H、铰支头高h1及螺杆轴向预留余量决定，因L=l+H+h1+=124+43+36+12=215mm；螺杆危险截面惯性半径i=4.625mm 。 =92.97(2) 计算临界载荷I=5749.9mm4因为=92.978590，因此FC=63161.13N =6.3S=4 合格四、螺旋千斤顶图形的绘制千斤顶的轴测图：指导教师评语： 指导教师签字：指导教师推荐意见：指导教师签字：论文成绩答辩组长签字