千斤顶课程设计机械制造机械仪表工业_机械制造-机械、仪表工业.pdf
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1、千斤顶 设计说明书 院系 班级 学号 设计人 指导教师 完成日期 螺旋千斤顶设计过程 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 1 1)。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。柄等零件所组成见图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结果螺纹有矩形梯形与锯齿形千斤顶常用的是梯
2、形螺纹梯形螺纹牙型为等腰梯形牙形角梯形螺纹的内牙形角的单线梯形螺纹选取螺杆的材料确定螺杆直径外螺纹以锥面贴紧不易松动它的基本牙形按的规定千斤顶的自锁行能要好所以件确定螺杆中径求出后按标准选取相应公称直径螺距及其它尺寸计算过程滑动螺旋的耐磨性计算主要是限制螺纹工作面上的压力使其小于材料的许用压力文献机械设计由于所以有计文献机械设对于等腰梯形螺纹有一般取所以此处取设计的原始数据是:最大起重量 F=20KN 和最大提升高度 H=150 mm.螺旋千斤顶的设计步骤如下:1.螺杆的设计 与计算 2005 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=30o的单线梯形螺纹。螺杆
3、材料:55 钢 1.2 选 取 螺 杆 的材料 螺杆材料常用 Q235、Q275、40、45、55 等。在此选用的是 55 钢。1.3 确 定 螺 杆 直径 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:滑动螺旋的耐磨性计算,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。F pA F FP p(文献:机械设计)d2hu d2hH 由于 计)H,所以有 d2 d2 FP;(文献:机械设 h p 对于等腰梯形螺纹,h 0.5P,有d2 0.8 p 一般取 1.23.5,所以此处 取 1.9 因为千斤顶的螺杆与螺母的相互
4、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。=1.9 p=10MPa 计算项目 计算及说明 计算结果 1.1 螺杆螺纹 类型的选择 螺纹有矩形、梯形与锯齿形,千斤顶常用的是梯形螺纹。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 牙形角=30o 的 单线梯形螺纹 GB/T5796.1 柄等零件所组成见图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结果螺纹有矩形梯形与锯
5、齿形千斤顶常用的是梯形螺纹梯形螺纹牙型为等腰梯形牙形角梯形螺纹的内牙形角的单线梯形螺纹选取螺杆的材料确定螺杆直径外螺纹以锥面贴紧不易松动它的基本牙形按的规定千斤顶的自锁行能要好所以件确定螺杆中径求出后按标准选取相应公称直径螺距及其它尺寸计算过程滑动螺旋的耐磨性计算主要是限制螺纹工作面上的压力使其小于材料的许用压力文献机械设计由于所以有计文献机械设对于等腰梯形螺纹有一般取所以此处取 1.4 自锁验算 螺杆螺纹中径 d2 0.8 22.0200100 25.955mm,根据求得的此螺纹中径,查表 GB/T5796.2 2005 和表 公称直径 d 32mm,螺距 P 10mm,螺杆小径 d1 d
6、11 21mm,螺 杆 中 径 d2 d 5 32 5 27mm 25.955mm,螺母大径 D d 1 32 1 33mm,螺 母小 径 D1 d 10 32 10 22mm,螺 母中 径 D2 d2 27mm,螺 母 高 度 H d2 1.9 27 51.3mm,旋 合圈 数 u H 5.13 6(圈)10(圈)。P 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 GB/T5796.3 2005 有:(文献:机械设计手册)摩擦角 v=arctan v,为保证自锁,螺纹中径处升角至少要 比当量摩擦角小 1)。螺杆尺寸:P=10mm d 32mm d1 21mm d
7、2 27mm 螺母尺寸:D 33mm D1 22mm D2 d2 27mm H 51.3mm u6 arctan cos arctan f(文献机械设计)f:当量摩擦系数;f:摩擦系数;:牙侧角,/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。nP arctan d2 1 10 arctan 7.26 3.14 25 arctan cos arctan 0.97 9.98/2 15 f 0.17 7.26 9.98 符合自锁条件 至少为 8,所以有 7.88 9.98,符 合自锁条件。柄等零件所组成见图螺杆
8、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结果螺纹有矩形梯形与锯齿形千斤顶常用的是梯形螺纹梯形螺纹牙型为等腰梯形牙形角梯形螺纹的内牙形角的单线梯形螺纹选取螺杆的材料确定螺杆直径外螺纹以锥面贴紧不易松动它的基本牙形按的规定千斤顶的自锁行能要好所以件确定螺杆中径求出后按标准选取相应公称直径螺距及其它尺寸计算过程滑动螺旋的耐磨性计算主要是限制螺纹工作面上的压力使其小于材料的许用压力文献机械设计由于所以有计文献机械设对于等腰梯形螺纹有一般取所以此处取1.5 结构(见
9、图 螺杆上端用于支承托杯 10 并在其中插装手柄 7,因 1 2)此需要加大直径。手柄孔径 dk 的大小根据手柄直径 dp 决 d 30mm 定,dkdp 十 0.5mm。由后面的计算可知手柄的直径 d p=25mm,所以 dk 26 0.8 26.8mm。dk 26.8mm 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 20.6mm。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。安置钢制挡圈(GB/T891-1986)D 45mm,H 5mm,挡 圈用紧定螺钉(GB/T68
10、-2000)M6 16固定在螺杆端部。d4 20.6mm 退刀槽的宽度可取为 1.5P=15mm。1.5P=15mm 为了防止工作时螺杆从螺母中脱出,在螺杆下端必须 D 45mm,H 5mm 柄等零件所组成见图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结果螺纹有矩形梯形与锯齿形千斤顶常用的是梯形螺纹梯形螺纹牙型为等腰梯形牙形角梯形螺纹的内牙形角的单线梯形螺纹选取螺杆的材料确定螺杆直径外螺纹以锥面贴紧不易松动它的基本牙形按的规定千斤顶的自锁行能要好所以件确
11、定螺杆中径求出后按标准选取相应公称直径螺距及其它尺寸计算过程滑动螺旋的耐磨性计算主要是限制螺纹工作面上的压力使其小于材料的许用压力文献机械设计由于所以有计文献机械设对于等腰梯形螺纹有一般取所以此处取 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:2 N)螺杆所受的轴向压;A(mm2):螺杆螺纹的 危险截面面积;WT(mm2):螺杆螺纹段的抗扭截面系 数;d1(mm)螺杆螺纹小径;T(N?mm);(MPa):算的条件。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
12、屈服强度 s 900MPa,所以其许用应 900 MPa 35 s,由于千斤顶的载荷是稳定的,许用应力取 最大值有 900 300MPa。300MPa)d2)22 83785.57N?mm T F tan(20000 tan(7.26 9.98 27 2 ca 2 4T 2 A F2 3(4dT1)2 206.802MPa ca ,符合强度 ca 206.802MPa 300MPa,符合强度计 计算的条件。1.6 螺 杆 强 度 计算 T F tan()d2,式中 为螺纹中径处升角,2 ca 或 柄等零件所组成见图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
13、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结果螺纹有矩形梯形与锯齿形千斤顶常用的是梯形螺纹梯形螺纹牙型为等腰梯形牙形角梯形螺纹的内牙形角的单线梯形螺纹选取螺杆的材料确定螺杆直径外螺纹以锥面贴紧不易松动它的基本牙形按的规定千斤顶的自锁行能要好所以件确定螺杆中径求出后按标准选取相应公称直径螺距及其它尺寸计算过程滑动螺旋的耐磨性计算主要是限制螺纹工作面上的压力使其小于材料的许用压力文献机械设计由于所以有计文献机械设对于等腰梯形螺纹有一般取所以此处取计算及说明 计算结果 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
14、杆的稳定性。Fcr/F 2.5 4。螺杆的临界载荷 F cr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=d12/4,则 i I d1(I 为螺杆危险截面的轴惯性矩),当螺杆的 A4 柔度 s 40 时,可以不必进行稳定性校核。计算时应注 意正确确定。2 EI 临界载荷 Fcr 2,E(MPa):螺杆材料的拉压 cr(l)2 5 4 5 弹性模量,E 2.06 10 5 MPa;I(mm4):螺杆危险截 E 2.06 105 MPa
15、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。0.60 Ssc FFcr 13.9 2.5 4 Ss,所以经过计算螺杆 稳定。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。该千斤顶 螺母材料采用 45 号钢。计算项目 1.7 稳 定 性 计 算 面的惯性矩,I d14 64 lH(1.5)d 5P 150 1.5 32 5 10 248mm l 248mm Fcr 3.142 2.06 105 214/64 2(0.6 248)2 278751.9146
16、N 278751.9146N 2.螺母设计与 计算 2.1 选 取 螺 母 Ssc Ss,所以螺杆 稳定。螺母材料:45 钢 柄等零件所组成见图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结果螺纹有矩形梯形与锯齿形千斤顶常用的是梯形螺纹梯形螺纹牙型为等腰梯形牙形角梯形螺纹的内牙形角的单线梯形螺纹选取螺杆的材料确定螺杆直径外螺纹以锥面贴紧不易松动它的基本牙形按的规定千斤顶的自锁行能要好所以件确定螺杆中径求出后按标准选取相应公称直径螺距及其它尺寸计算过程滑动螺
17、旋的耐磨性计算主要是限制螺纹工作面上的压力使其小于材料的许用压力文献机械设计由于所以有计文献机械设对于等腰梯形螺纹有一般取所以此处取 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,所以只需校核螺母的螺纹牙强度。假设螺母每圈螺纹 所承受的平均压力为 F,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 MPa)螺母材料的许用切应力,螺母材料为 45 号钢,计算项目 2.2 确 定 螺 母高度 H 及螺 纹工作圈数 u H 螺母高度 H=d2,螺纹工作圈数 u,考虑退 P 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,
18、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=H d2 2.5 27 67.5 mm H u 67.5 6.75(圈),实际 螺纹圈数 P 10 u u 1.5 6 .75 1.5 8.25 9(圈),实际螺母高度 H 90mm 2.3 校 核 螺 纹 牙强度 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 1 3。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 33 56.1 56mm D3 56mm D4(1.3 1.4)D3 1.35 56.1 75.735 76mm D4 76mm a H
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