螺旋千斤顶机械设计大作业.pdf

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1、螺旋千斤顶机械设计大作业千斤顶一般由底座 1，螺杆 4、螺母 5、托杯 10，手柄 7 等零件所组成（见图 11）。螺杆在固定螺母中旋转，并上下升降，把托杯上的重物举起或放落。设计时某些零件的主要尺寸是通过理论计算确定的，其它结构尺寸则是根据经验公式或制造工艺决定的，必要时才进行强度验算。设计的原始数据是：最大起重量 F=30KN 和最大提升高度 H=170mm。螺旋千斤顶的设计步骤如下：螺旋千斤顶的设计步骤如下：-1-计算项目计算项目1.螺杆的 设计与计算1.1 螺杆螺纹类型的选择计算及说明计算及说明计算结果计算结果螺纹有矩形、梯形与锯齿形，千斤顶常用的是梯形螺纹。牙形角=30的的材料1.3

2、 确定螺杆直径梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角=30，梯形螺纹的内单线梯形螺纹外螺纹以锥面贴紧不易松动；它的基本牙形按 GB/T5796.12005 的规定。千斤顶的自锁行能要好，所以用单线螺纹。因此选用的螺杆螺纹是牙形角=30 的单线梯形螺纹。在此选用的是 55 钢。螺杆材料：55 钢1.2 选取螺杆螺杆材料常用 Q235、Q275、40、45、55 等。按耐磨性条件确定螺杆中径 d2。求出 d2后，按标准选取相应公称直径 d、螺距 t 及其它尺寸。计算过程：p，使其小于材料的许用压力p。p FAFFP p滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力d2hud2hHF(KN):作用域螺杆

3、的轴向力A(mm)螺纹承压面积d2（mm）螺纹的中径2h（mm）螺纹的高度P（mm）螺纹的螺距H（mm）螺母的高度由于Hd2，所以有d2FPh p；F对于等腰梯形螺纹，h 0.5P，有d2 0.8一般取 1.23.5,所以此处取 2.5 p，=2.5p=10MPa因为千斤顶的螺杆与螺母的相互运动是低速滑动，所以两者的材料均选为钢，由查表可知，许用压力p取为 10MPa。-2-计算项目计算项目1.4 自锁验算u 计算及说明计算及说明螺杆螺纹中径d2 0.830000计算结果计算结果 27.7128 mm，2.5 10根据求得的此螺纹中径，查表GB/T5796.22005 和表GB/T5796.3

4、2005 有：公称直径d 36 mm，螺距P 10 mm，螺杆小径螺杆尺寸：d1 d 11 25mm，螺杆中径P=10mmd 36 mmP 10 mmd2 d 5 36 5 31mm 27.7128 mm，螺母大径D d 1 36 1 37 mm，螺，螺螺母旋母母小中径d1 25mmd2 31mmD 37 mmD1 d 10 36 10 26mmD2 d2 31mm径螺母尺寸：度，高合圈D1 26 mmD2 d2 31mmH 77.5mmu 8H d2 2.5 31 77.5mmHP77.510数 7.75 8(圈)10（圈）。自锁条件是v式中：为螺纹中径处升角；v为当量摩擦角（当量摩擦角v=

5、arctanv，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小 1）。fcos arctanf arctan：牙侧角，f:当量摩擦系数；f：摩擦系数；/2 15。摩擦系数f由查表可知，f 0.11 0.17，由于千斤顶的运动速度是很低的，所以摩擦系数按起动时区最大值 0.17。/2 15 f 0.17 arctannPd2 arctan1103.14 31 5.86 arctanfcos arctan0.1715 5.86 9.98 9.98 符合自锁条件至少为8，所以有 5.86 9.98，符合自锁条件。-3-计算项目计算项目1.5 结构（见图12）计算及说明计算及说明螺杆上端用于支承托杯

6、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。由后面的计算可知手柄的直径dp=30mm，所以dk 33 0.8 33.8mm。计算结果计算结果dv 30 mmdk 33.8mm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。d4 d1 0.4 24.6mm。d4 24.6mm1.5P=15mm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。为了防止工作时螺杆从螺母中脱出，在螺杆下端必须退刀槽的宽度可取为 1.5P=15mm。安置钢制挡圈(GB

7、/T891-1986)D 50 mm,H 5mm，挡圈用紧定螺钉(GB/T68-2000)M 6 16固定在螺杆端部。M 6 16D 50mm,H 5mm-4-计算项目计算项目1.6 螺杆强度计算计算及说明计算及说明对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度。强 度计算 方法 参阅教 材公 式(6.23)，其中 扭矩T F tan()d22计算结果计算结果，式中为螺纹中径处升角，为当量摩擦角。对受力较大的螺杆应根据第四强度理论交合螺杆强度：ca1A2 32(FA)3(2TWT)2 或caF2 3(4Td1)2 F（N）螺杆所受的轴向压；A（mm2）：螺杆螺纹的危险截面面积；WT（mm2）

8、：螺杆螺纹段的抗扭截面系数；d1（mm）螺杆螺纹小径；T（N mm）；(MPa)：螺杆材料的许用应力，由前面可知螺杆的材料是 55 号钢，查表得其屈 服强度s 380 MPa，所以其 许用应 力s 380 MPa s3 5，由于千斤顶的载荷是稳定的，许用应力取 126.667 MPa。126.667 MPa最大值有 计s33803d31T F tan()2 30000 tan(5.86 9.98)22 131932.431 N mm则有：算：ca1AF2 3(4Td1)2 104.904 MPaca，符合强度ca 96.396 MPa 126.667 MPa，符合强计算的条件。度计算的条件。-

9、5-计算项目计算项目1.7 稳定性计算计算及说明计算及说明细长的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。Fcr/F 2.5 4。螺杆的临界载荷 Fcr与柔度s有关，s=l/i，为螺杆的长度系数，与螺杆的端部结构有关，l 为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取 lH+5P+(1.41.6)d，i为螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积 A=d1/4，则i IAd142计算结果计算结果(I 为螺杆危险截面的轴惯性矩)，当螺杆的柔度s40 时，可以不必进行稳定性校核。计算时应注意正确确定。临界载荷FcrEI(l)22，E（MPa）：螺杆材料的拉压E 2.06

10、 10MPa5弹性模量，E 2.06 105MPa;I（mm4）：螺杆危险截面的惯性矩，I d1464。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。因此 0.60。l H (1.5)d 5P 170 5 10 1.5 36 274 mm 0.60l 274 mm；Fcr31.4 2.06 10 3.14 25/64(0.6 274)2254 144032.473 NF 144032.47 N，SscFcrF 48 2.5 4 Ss，所以经过计算螺杆稳Ssc Ss，所以螺杆定。稳定。2.螺母设计与螺母材料一般可选用青

11、铜，对于尺寸较大的螺母可采计算螺母材料：45 钢用钢或铸铁制造，其内孔浇注青铜或巴氏合金。该千斤顶2.1 选取螺母螺母材料采用 45 号钢。材料-6-计算项目计算项目2.2 确 定 螺母高度 H及螺纹工作圈数 u计算及说明计算及说明螺母高度 H=d2，螺纹工作圈数u H P计算结果计算结果，考虑退H 77.5mm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。2.3 校核螺纹牙强度H d2 2.5 31 77.5mmu，HP77.510u 7.75(圈)7.75(

12、圈)，实际螺纹圈数u 9(圈)u u 1.5 7.75 1.5 9.25 9(圈)，实际螺母高度H u P 9 10 90 mm。一般螺母的材料强度低于螺杆，故只校核螺母螺纹牙的强度。螺母的其它尺寸见图 13。必要时还应对螺母外径 D3进行强度验算。如图有：D3(1.6 1.8)D 1.7 37 62.9 63mmD4(1.3 1.4)D3 1.35 62.9 84.915 85 mmH 90 mmD3 63mmD4 85mma H/3 90/3 30 mma 30 mm螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，股只需校核螺母的螺纹牙强度。F假设螺母每圈螺纹 所承受的平均压力为，

13、并作用u再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条件为部的厚度，对于梯形螺纹b 0.65 P 0.65 10 6.5mm;l(mm):弯曲力臂，l D D2237 292 4mm；FDbu6Fl2，螺纹牙危险截面的弯曲强度 b。式中：b（mm）：螺纹牙根b 6.5mmDb ul 4mm（MPa）螺母材料的许用切应力，螺母材料为 45 号钢，-7-计算项目计算项目查表计算及说明计算及说明可知3553计算结果计算结果：s 355 MPa 0.6 0.6 s3 5 0.6 70.998 MPa；70.998 MPab 144.367 MPa：螺母材料的许用弯曲应力，查表可知：b（M

14、Pa）b (1.0 1.2)1.2 s3 5 144.367 MPa。符合剪切强，度条件。符合弯曲 b，计F30000算：4.414 Mpa ，符Dbu3.14 37 6.5 9合剪切强度条件；Db u3.14 37 6.5 9，符合弯曲强度条件。6Fl26 30000 42 16.298 MPa b强度条件。-8-计算项目计算项目计算及说明计算及说明计算结果计算结果2.4 螺母与底螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面问的配合常采用H8r7座孔配合H或8等配合。为了安装简便，需在螺母下端（图 13）3.托 杯 的 设计与计算托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用Q235 钢模锻制成，其结构尺寸见图

15、 14。为了使其与重物接触n7和底座孔上端（图 17）做出倒角。为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉（图11），紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为 612mm。紧定螺钉选择的是（GB/T711985）M 8 20.紧定螺钉：M 8 20托杯材料：Q235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。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。p p F F 10 mm螺杆：p=380MPa托杯：p=235

16、MPaD11 22 mmD12 26 mm(D1212 D1111)4 42 22 2p如图计算各尺寸：厚度 10 mm；p为许用压强，取托杯和螺杆材料p中较小的一个，螺杆p=380MPa，托杯p=235MPa；D11(0.6 0.7)d 0.6 36 21.6 22mmD124F p D112 25.428 26 mm根据结构D12 60 mm，所以进行强度计算有：p FD12 60 mm2(D212 D)42114 300003.14 (602 22)38.511 MPa p 235 Mpap p，满足强度条件。满足强度条件。-9-计算项目计算项目计算及说明计算及说明常用 Q235 和 Q

17、215。该千斤顶采用的是 Q215。板动手柄的力矩：K Lp=T1+T2，则LpT1 T2K计算结果计算结果手柄材料：Q2154.手 柄 设 计与计算4.1 手柄材料4.2 手柄长度Lp式中：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。T1螺旋副间的摩擦阻力矩，T1 F tan(v)d22。T2托杯与轴端支承面的摩擦力矩，T2=(D12+D11)fF/4。-10-计算项目计算项目1060.54 计算及说明计算及说明T1螺旋副间的摩擦阻力矩，T1 F tan(v)d22。计算结果计算结果T2托杯与轴端支承面的摩擦力矩，T2=(D12+D11)f

18、 F/4。d22T1 F tan()312 150908.2774 N mmT1150908.277 N mmT262100 N mm30000 tan(8 9.98)T2(D12 D11)fF/4(26 22)0.17 30000/4 61200 N mm150908.2774 61200200Lp 1061 mmLp 1060.54 1061 mmLp 1175 mm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D132+（50150）mm。手柄实际长度不应超过千斤顶，使用时可在手柄上另加套管。手柄的实际长度是Lp LpD132302(

19、50 150)100 1175 mm4.3手柄直径dp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-11-计算项目计算项目4.4 结构计算及说明计算及说明FKLp0.1d3p计算结果计算结果F或为dp3KLp0.1F式中：F手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为F=120Mpa。Q215 和 Q235 时，F=120Mpa。计算：dpKL3p0.1F3200 11750.1120 26.95 mmdp 30 mm所以手柄的直径dp 30 mm。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

20、用的螺钉为（GB/T68-2000）M 8 44,而挡环尺寸为 D=38mm，厚H=5mm。螺钉：M 8 44当环尺寸：D=38mm，厚 H=5mm。-12-计算计算项目项目5.座计设计算及说明计算及说明计算结果计算结果底底座材料常用铸铁（HT150 及 HT200）（图 17），铸件的壁厚不应小于 812mm，为了增加底座的稳定性，底部尺寸应大些，10 mm因此将其外形制成 110 的斜度。图中：H1 H (14 28)60 20 80 mmH1 80 mmD6D3(5 10)63 7 70 mmH15805D6 70 mmD7 86 mmD7 D64F 70 86mmD8p D7（p为底座下枕垫物的许用挤2p 2.5MPa压应力。对于木材，取p 2 2.5MPa）计算：D8 150 mmD84 Fp D724 300003.14 2.5 862 150.607mm 150mm-13-14-