螺旋千斤顶设计计算说明书.doc

螺旋千斤顶设计计算说明书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级机制3班 设 计 者 学 号 指导教师 成 绩 2012年 12 月 10 日螺旋千斤顶设计任务书学生姓名专业年级10机械设计制造及其自动化设计题目： 设计螺旋千斤顶设计条件：1、最大起重量F = 30 kN；2、最大升距H =170mm。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 12月 10 日目录1螺杆的设计与计算4 1.1螺杆螺纹类型的选择 4 1.2选取螺杆材料 4 1.3确定螺杆直径 4 1.4自锁验算 5 1.5结构 6 1.6螺杆强度计算 7 1.7螺杆的稳定性计算 82. 螺母设计与计算9 2.1选取螺母材料 9 2.2确定螺母高度H及螺纹工作圈数u 9 2.3校核螺纹牙强度 9 2.4结构要求 103. 托杯的设计与计算114. 手柄设计与计算12 4.1手柄材料12 4.2手柄长度Lp 13 4.3手柄直径dp 13 4.4结构145 底座设计15 参考文献15螺旋千斤顶设计计算内容及设计步骤计 算 及 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。梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角=30，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动；它的基本牙形按GB/T5796.12005的规定。 故选用梯形螺纹，因为千斤顶要求有自锁性能，故采用单线螺纹1.2选取螺杆材料螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。这里选用45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。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，使其小余材料的需用压力p。螺纹工作面上的耐磨性条件为：由，则： 对于梯形螺纹，则： 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；这里取1.5。因为千斤顶的螺杆和螺母的相对运动为低速滑动，材料分别为钢和青铜，故取许用压力p=20Mpa。故 根据此结果，查国家标准GB/T 5796.1-2005取： d=28mm P=5mm d=22.5mm d=25.5mm1.4自锁验算自锁条件是yjv式中：y为螺纹中径处升角；rv为当量摩擦角（当量摩擦角rv=arctanmv，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1）。:当量摩擦系数；：摩擦系数；：牙侧角，。摩擦系数由查表可知，由于千斤顶的运动速度是很低的，所以摩擦系数按起动时区最大值0.17。至少为，所以有，符合自锁条件。1.5结构（见图1-2）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。由后面的计算可知手柄的直径=24mm，所以。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=7.5mm。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)B型，公称直径D=50mm，H=5mm的挡圈，挡圈用M616的开槽沉头螺钉(GB/T68-2000)固定在螺杆端部。 取。螺纹上端的高度： 1.6螺杆强度计算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 式中：y为螺纹中径处升角，rv为当量摩擦角。因为45钢的屈服强度，取安全系数S=3，故： 带入：满足强度条件。1.7螺杆的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=m l/i，m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=pd12/4，则(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。 将千斤顶看做一端固定，一段自由的情况，故取因为，所以需要进行稳定性校核。临界载荷可按欧拉公式计算，即 式中为螺杆材料的拉压弹性模量，, 。所以： 所以满足稳定性条件。2. 螺母设计与计算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ZCuSn10Pl。2.2确定螺母高度H及螺纹工作圈数u螺母高度H=d2，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= uP。.15圆整为9。 2.3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。必要时还应对螺母外径D3进行强度验算。螺纹牙危险截面的剪切强度条件为; 螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为： 式中：b为螺纹压根部的厚度，mm，对于矩形螺纹，b=0.5P，对于梯形螺纹，b=0.65P，对于30的锯齿形螺纹，b=0.75P，P为螺纹螺距； 为弯曲力臂，mm，；为螺母材料的许用切应力，MPa；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=35MPa，=50MPa。 带入校核公式： 满足强度条件。2.4结构要求螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面问的配合常采用或等配合，这里选择配合。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（GB/T 71-1985）M820的紧定螺钉。 由图中计算式可知： 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。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 （式1-1）式中：p许用压强，应取托杯与螺杆材料p的小者。因为托杯材料Q235钢的许用压强p为225MPa，螺杆材料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。由图中所给计算式可知： 带入公式1-1：满足压力强度条件。因为18.2mm，故选取钢制挡圈(GB/T892-1986)B型，公称直径D=28mm，H=4mm的挡圈，挡圈用M512的开槽盘头螺钉(GB/T67-2000)固定在螺杆轴顶部。图中其他尺寸： ，圆整取48mm4. 手柄设计与计算4.1手柄材料常用Q235和Q215。4.2手柄长度Lp板动手柄的力矩：KLp=T1+T2 则 （式1-2）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。这里认为是200N。T1螺旋副间的摩擦阻力矩， T2托杯与轴端支承面的摩擦力矩， T2 = (D12+D11) f F/4。与螺杆强度计算中的扭矩T相同，都为92183.23Nmm。计算：因为托杯与螺杆材料均为钢，从设计手册查得钢与钢之间的摩擦系数，因此： 则： 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。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。故手柄实际长度 可取手柄长度L为300mm，套管长度为1200mm。4.3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sF （式1-3）故 dp （式1-4）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。 取。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。因为手柄的直径为24mm，故选取钢制挡圈(GB/T891-1986)B型，公称直径D=32mm，H=5mm的挡圈，挡圈用M612的开槽沉头螺钉(GB/T68-2000)固定在螺杆端部。5.底座设计底座材料常用铸铁（HT150及HT200）（图17），选用HT200，铸件的壁厚不应小于812mm，取为14mm，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 H1=H+（1428）mm D6=D3+（510）mmD7=D6+D8=式中：sp底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取sp=22.5MPa。这里取做2.25MPa。所以： 取。 图中取选择牙型为等腰梯形，牙型角为30的单线梯形螺纹螺杆材料选用：45钢p=20Mpad=28mmP=5mmd=22.5mmd=25.5mm符合自锁条件dk=24.8mmd4=22.1mm退刀槽的宽度为7.5mm挡圈：GB/T891-1986D=50mm，H=5mm开槽沉头螺钉：GB/T68-2000M616满足强度条件需进行稳定性校核满足稳定性条件螺母材料选用：ZCuSn10Pl=35MPa=50MPa满足强度条件选择配合选择M820的紧定螺钉GB/T 71-1985选用Q235钢满足压强度条件挡圈：GB/T892-1986D=28mmH=4mm开槽盘头螺钉：GB/T67-2000M512，圆