【精编】螺旋千斤顶设计大作业.pdf

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1、螺旋千斤顶设计任务书学生姓名陈嵩专业年级10 级车辆工程设计题目：设计螺旋千斤顶设计条件：1、最大起重量F=40 kN；2、最大升距H=190 mm。设计工作量：1、绘制出总装配图一张，标注有关尺寸，填写标题栏及零件明细表；2、编写设计计算说明书一份。指导教师签名：2012年月螺旋千斤顶设计计算说明书院系工程技术学院专业年级 2010 级车辆工程设 计 者陈嵩指导教师李华英成绩2012 年 12 月 13 日目录1螺杆的设计与计算 21.1 螺杆螺纹类型的选择2 1.2 选取螺杆材料2 1.3 确定螺杆直径2 1.4 自锁验算 3 1.5 结构 31.6 螺杆强度校核5 1.7 螺杆的稳定性计

2、算6 2.螺母设计与计算 7 2.1 选取螺母材料72.2 确定螺母高度 H及螺纹工作圈数u 7 2.3 校核螺纹牙强度8 2.4 结构要求 9 3.托杯的设计与计算 94.手柄设计与计算114.1 手柄材料11 4.2 手柄长度 Lp 11 4.3 手柄直径 dp 12 4.4 结构12 5.底座设计13 设计与说明结果1 螺杆的设计与计算1.1 螺杆螺纹类型的选择螺纹有矩形、梯形与锯齿形，常用的是梯形螺纹。螺纹选用梯形螺纹。梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角=30o，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动；它的基本牙形按GB/T5796.1 2005 的规定。1.2 选取螺杆材料螺杆材料常用Q2

3、35、Q275、40、45、55 等。选择 45 钢。1.3 确定螺杆直径根据教材式（5-42)得2phFPd对于梯形螺纹，h=0.5P，则8.02pFd对于整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，为使受力分布比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故取5.22.1，此处取2.1。因为千斤顶的螺杆和螺母的相对滑动速度为低速，查表5-12，取p=18MPa。故mmmmd43.34182.110408.032由课程设计手册，查标准GB/T 5796.2-2005与 GB/T 5796.3-2005，得公称直径d=40mm螺距 P=7mm内螺纹大径D=41mm螺纹：梯形螺纹螺杆材料：45钢d=40mmP=7mmD

4、=41mm外螺纹小径d1=32mm内螺纹小径D1=33mm内外螺纹中径d2=D2=36.5mm1.4 自锁验算对传力螺旋传动来说，一般应确保自锁性要求，以避免事故。螺旋副的自锁条件为vvffarctancosarctan式中：为螺纹升角；v为当量摩擦角；vf为螺旋副的当量摩擦系数，f为摩擦系数，为牙侧角。根据材料和滑动速度查表5-12，取09.0f，对于牙型角30的等腰梯形螺纹，其牙侧角152，则49.35.3671arctanarctan2dnP32.515cos09.0arctancosarctanfv因为32.4149.3v，所以自锁性可以保证。1.5 结构螺杆上端用于支承托杯10 并在

5、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，由后计算可知dp=27mm，所以取dk=28mm。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，取 d4=d1-0.5=31.5mm。退刀槽的宽度可取为1.5p。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。d1=32mmD1=33mmd2=36.5mmD2=36.5mm49.332.5

6、vdk=28mmd4=31.5mm如图 1-2，则有退刀槽宽度1.5P=10.5mmD13=(1.71.9)d=6876mm，取 D13=70mm(1.41.6)d=5664mm，取 1.5d 即 60mmH+H=190+56=246mm(H 为后面计算得）螺钉外径 0.25d=10mm挡圈外径 d+(610)=4650mm1.5P=10.5mmD13=70mm1.5d=60mmH+H=246mm根据 GB/T891-1986，选取挡圈GB/T891 B50，公称直径 D=50mm，H=5mm根据 GB/T68-2000，选取螺钉GB/T68 M616，螺纹规格d=M6，公称长度l=16mm1

7、.6 螺杆强度校核对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度。其强度条件为212431dTFAca其中扭矩挡圈：GB/T891 B50螺钉：GB/T68 M6 16。2)tan(2dFTv式中：为螺纹中径处升角，v为当量摩擦角。mmNmmNT4.11314025.36)32.549.3tan(40000因为 45 钢的屈服强度MPas350，取安全系数S=4，故：MPaMPaSs5.874350222212.8043244mmmmdA则3.58324.11314043400002.804122MPaca满足强度条件。1.7 稳定性计算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

8、定性条件验算螺杆的稳定性。scrscSFFS/式中：scS 为螺杆稳定性的计算安全系数；sS 为螺杆稳定性安全系数，对于传导螺旋0.45.2scS；crF为螺杆的临界载荷，N。螺杆的临界载荷crF与柔度ss有关ils/式中：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dpHl)6.14.1(5；i为螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积4/21dA，则41dAIi（I 为螺杆危险截面的轴惯性矩）当螺杆的柔度40s时，可以不必进行稳定性校核。T=113140.4NmmMPas350MPa5.87MPaca3.58mml285螺杆一端固定，一端自由，则长

9、度系数00.2mmmml28928140)6.14.1(75190，取mml2854444185.51471643264mmmmdImmmmdi843241则，4025.7182852il所以需要进行稳定性校核。临界载荷crF可按欧拉公式计算，即22lEIFcr式中：E为螺杆材料的拉压弹性模量，MPaE51006.2。所以有NNFcr26.322097285285.514711006.2252405.84000026.322097scS所以，满足稳定性条件。2 螺母的设计与计算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。这里选用螺

10、母材料为ZCuSn10Pl。2.2 确定螺母高度 H及螺纹工作圈数u 螺母高度mmmmdH8.435.362.12NFcr26.32209705.8scS螺母材料：ZCuSn10Pl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。螺纹工作圈数1026.678.43PuH考虑退刀槽的影响，实际螺纹圈数u=u+1.5(u应圆整)。所以，u=u+1.5=6.26+1.5=7.76圆整得，u=8螺母高度 H=uP=87mm=56mm2.3 校核螺纹牙强度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。螺纹牙危险截面的剪切强度条件为D

11、buF螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为62buDbFl式中：b 为螺纹压根部的厚度，mm，对于矩形螺纹，对于梯形螺纹，b=0.65P，P为螺纹螺距；l为弯曲力臂，mm，22DDl；为螺母材料的许用切应力，MPa；b为螺母材料的许用弯曲应力，MPa。因为螺母材料为青铜，查表知其=3040MPa，b=4060MPa，取=35MPa，b=50MPa。mmmmmmlmmb25.225.364155.4765.0带入校核公式：u=8H=56mmMPaMPa31.2553.831.25855.44125.240000653.8855.4414000022bMPammmmmmNMPammmmN满足强度条件。2

12、.4 结构螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面问的配合常采用78rH或78nH等配合，这里选择78rH配合。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。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。选用紧定螺钉GB/T 71 M6 25。mmammmmHaDmmDDmmDmmDD1967.183/563/mm959891)4.13.1(708.736.65)8.16.1(43433，取，取，取配合：78rH紧定螺钉：GB/T 71 M625mmD703mmD954mma19托杯材料：Q235钢3 托杯的设计与计算托杯用

13、来承托重物，可用铸钢铸成，也可用Q235钢模锻制成，此处选用 Q235钢。托杯的结构尺寸见图14。为了使其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。由图 14 可得：托杯厚度mm128，取mm10杯底厚度为mm133.1沟纹宽度mm155.1沟纹深度mm52/托杯高度mmd7260)8.15.1(，取托杯高度为70mm挡圈选用 GB/T892 B32，其公称直径D=32mm，H=5mm；挡圈用GB/T67 M616 的开槽盘头螺钉固定。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

14、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。4)DD(211212pFp式中：p 为许用压强，应取托杯与螺杆材料p 的小者。查表得，Q235 钢的许用压强p 为 225MPa，45 钢的许用压强p 为570MPa，故用托杯材料来进行压力强度校核，即取p=225MPa。根据图 1-4，相关尺寸为mm666866)42(mm252824)7.06.0(10010096)5.24.2(12131211111010DmmmmDDDmmdDmmDmmdD，取，取，取所以mm10杯底厚度：mm133.1沟纹宽度：mm155.1沟纹深度：mm52/托杯高度：70mm挡圈

15、：GB/T892 B32螺钉：GB/T67 M6 16mmDmmDmmD6625100121110MPap65.13挡圈与托杯间隙：3mm65.134)2566(400004)DD(22211212pMPaMPaFp满足接触面的压力强度要求。为保证托杯可以转动，螺杆顶端的挡圈与托杯底部留有间隙，间隙值为34mm，因承受力不大，故取值为3mm。4 手柄的设计与计算4.1 手柄材料常用 Q235和 Q215。这里选用Q235钢。4.2 手柄长度 Lp板动手柄的力矩：KLp=T1+T2则KTTL21p式中：K为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100 150N

16、。T1为螺旋副间的摩擦阻力矩，T2为托杯与轴端支承面的摩擦力矩，T2=(D12+D11)f F/4。因一般情况下为间歇工作，工作时间较长的情况不多，故取K=200N。mmNmmNT4.11314025.36)32.549.3tan(40001查设计手册得，钢钢的摩擦因数1.0f，所以mmNmmNT910004400001.025662则mmmmLp7.1020200910004.113140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手柄材料：Q235钢。2)tan(21dFTv2D13+（50150）mm。故mmLp7.12057.110

17、5)15050(2707.1020取手柄长度mmLp1150。由于手柄实际长度不应超过千斤顶，因此取mmLp400，使用时可在手柄上另加套管。4.3 手柄长度 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FKLd1.03ppF故3Fp 1.0KLdp式中：F为手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q235 时，F=120Mpa。mmmmdp76.261201.011502003取mmdp27。4.4 结构mmLp400mmdp27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。因手柄直径mmdp27，所以由 GB/T891-

18、1986，选取挡圈 GB/T891 B35，其公称直径D=35mm，H=5mm；螺钉选用GB/T68 M616 的开槽沉头螺钉。5 底座设计底座材料常用铸铁（HT150及 HT200）（图 17），此处选用HT200，铸件的壁厚不应小于8 12mm，选取 15mm，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。图中挡圈：GB/T891 B35螺钉：GB/T68 M616底座材料：HT200mm15mmRmmrmmDmmDmmDmmH10520012078210876127p8167361D45DDmm)10(5DDmm)28(14HHFDH式中：p为底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取 p=22.5MPa。这里取 2MPa。所以有mmmmaHmmDmmDmmmmDmmDmmDmmHmmH37)1956(20066.1991202400004120)521078(78807521021820482876611，取，取，取同时取mmRmmr10,4