《螺旋千斤顶》设计计算说明书.doc

螺旋千斤顶螺旋千斤顶 设计计算说明书设计计算说明书 院 系 工程技术学院 专业年级 2009 级机制 2 班 设 计 者 肖 先 华 学 号 222009322210154 指导教师 杨 玲 成 绩 2011 年 12 月 1 日 螺旋千斤顶设计计算说明书 1 螺旋千斤顶设计任务书 学生姓名肖先华专业年级2009 级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 =35kN； 2、最大升距 H =180 mm。 设计工作量： 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； 编写设计计算说明书一份。 指导教师签名： 年 月 日 螺旋千斤顶设计计算说明书 2 目录目录 1 螺杆的设计与计算螺杆的设计与计算.3 1.1 螺杆螺纹类型的选择螺杆螺纹类型的选择.3 1.2 选取螺杆材料选取螺杆材料 .3 1.3 确定螺杆直径确定螺杆直径 .3 1.4 自锁验算自锁验算.4 1.6 螺杆强度计算螺杆强度计算 .5 1.7 稳定性计算稳定性计算.5 1.7.1 计算柔度.6 1.7.2 计算稳定性.6 2 螺母设计与计算螺母设计与计算.7 2.1 选取螺母材料选取螺母材料 .7 2.2 确定螺母高度确定螺母高度 H 及螺纹工作圈数及螺纹工作圈数 U.7 2.2.1 求螺母高度 H.7 2.2.2 螺纹工作圈数U.7 2.2.3 螺母实际高度 H.8 2.3 校核螺纹牙强度校核螺纹牙强度.8 2.4 结构要求结构要求.8 3 托杯的设计与计算托杯的设计与计算.9 4 手柄设计与计算手柄设计与计算.10 4.1 手柄材料手柄材料.10 4.3 手柄直径手柄直径 DP.11 4.4 结构结构.12 5 底座设计底座设计 .12 螺旋千斤顶设计计算说明书 3 螺旋千斤顶设计 计算及说明结果 1 螺杆的设计与计算螺杆的设计与计算 1.1 螺杆螺纹类型的选择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。故选梯形螺纹，它的基本牙形按 GB/T5796.12005 的规定。 1.2 选取螺杆材料选取螺杆材料 螺杆材料常用 Q235、Q275、40、45、55 等。 1.3 确定螺杆直径确定螺杆直径 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 p 及其它尺寸。 d2 ph Fp 根据国家规定=1.22.5，取=1.5（梯形螺纹） ；h=0.5p； 查教材表 5-12，p取 20Mpa，又由于 =1.52.5,则P可提高 20%，所以P=(1+20%)20=24MPa。 故，d2 =24.5 ph Fp 查机械设计手册，d 取 28mm 则 p=5mm， d1=22.5mm d2=25.5mm 选梯形螺纹 选 45 钢 d=28mm p=5mm d1=22.5mm d2=25.5mm 螺旋千斤顶设计计算说明书 4 1.4 自锁验算自锁验算 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=arctanv，但为保证自锁，螺纹中径处升角 至少要比当量摩擦角小 1。 查教材表 5-12，f 取 0.09 =arctan(n p / d2)=arctan 16/(3.1425.5) =4.285 v=arctan（f/cos）=arctan 0.09/cos(30/2)=5.323 故，v-1 满足自锁条件 1.5 结构结构如下图（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。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 1.5t。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。 其中：1.5t=1.5p=7.5mm d4=22mm D13=(1.71.9)d=1.828=50.4mm =4.285 v=5.323 v-1 满足自锁条件 1.5t=7.5mm d4=22mm D13=50.4 (1.41.6)d =42mm 0.25d=7mm d+(610) =36mm 螺旋千斤顶设计计算说明书 5 (1.41.6)d=1.528mm=42mm 0.25d=0.2528mm=7mm d+(610)=28+8=36mm 1.6 螺杆强度计算螺杆强度计算 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(5-47)， ca= 2 1 2 4 3 1 d T F A 其中扭矩 =35103tan(4.285+5.323) 25.5/2 Nmm =75541Nmm 式中：为螺纹中径处升角，v为当量摩擦角。 A=d/4=3.1422.5/4=430.3 查手册表 2-7，45 钢，=355MPa s =101.42MPa 53 s 4 s 5 . 3 355 故，ca= 2 2 5 . 22 755414 335000 3 . 430 1 =87.12MPa=101.42MPa 满足强度条件 1.7 稳定性计算稳定性计算 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。 T=75541Nmm =355Mpa s =101.42MPa ca=87.12MPa ca 满足强度条件 2 )tan( 2 d FT v 螺旋千斤顶设计计算说明书 6 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+5t+(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 为螺杆危险截面的轴惯性矩) 4 1 d A I i 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。 1.7.1 计算柔度计算柔度 （1）计算螺杆危险截面的轴惯性矩 I 和 i I=12574.1 64 4 1 d 64 5 . 2214. 3 4 =5.625mm 4 1 d A I i 4 5 . 22 （2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度 l lH+5t+(1.41.6)d =180+55+1.528=247mm (3)计算柔度 查教材表 5-14， 取 2(一端固定，一端自由) s=l/i =87.8240，所以需要进行稳定性校核。 625.5 2472 1.7.2 计算稳定性计算稳定性 （1）计算临界载荷 Fcr 查教材公式 5-51，E=2.06105MPa I=12574.1 i=5.625mm l=247mm =2 E=2.06105MPa s=87.82 螺旋千斤顶设计计算说明书 7 Fcr=104652.5N 2 52 2 2 2472 1 . 125741006 . 2 14 . 3 l EI (2) 稳定性计算 =3 2.5 4 35000 5 . 104652 F Fcr 满足稳定性条件 2 螺母设计与计算螺母设计与计算 2.1 选取螺母材料选取螺母材料 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。 2.2 确定螺母高度确定螺母高度 H 及螺纹工作圈数及螺纹工作圈数 u 螺母高度 H=d2，螺纹工作圈数，考虑退刀槽的影 p H u 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。 2.2.1 求螺母高度求螺母高度 H H =d2 =1.525.5=38.25mm 2.2.2 螺纹工作圈数螺纹工作圈数 u =7.6510，符合要求 p u H 5 25.38 u = u+1.5 =7.65+1.5=9.15 Fcr=104652.5N =3 2.5 4 F Fcr 满足稳定性条 件 选青铜 u=7.65 u=9 螺旋千斤顶设计计算说明书 8 u应圆整, u取 9 2.2.3 螺母实际高度螺母实际高度 H H= up =95=45mm 2.3 校核螺纹牙强度校核螺纹牙强度 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。 查教材公式 5-48,5-49，螺纹牙的剪切强度和弯曲强度条件分别为： ； Dbu F b uDb Fl 2 6 式中：b 为螺纹牙根部的厚度，对于梯形螺纹，b=0.65p=3.25mm; 为弯曲力臂，=（D-D2）/2=1.5;ll 查手册表 3-8，D=d+0.5=28.5mm, D2=25.5mm 查表 5-13，取 35Mpa, 取 50Mpa b 故，= Dbu F 925. 3 5 . 2814 . 3 1035 3 =13.37MPa35 Mpa = uDb Fl 2 6 925 . 3 5 . 2814. 3 5 . 110356 2 3 =37.02Mpa50Mpa 满足强度条件 2.4 结构要求结构要求 螺母压入底座上的孔内，圆柱接触 H=45mm 13.37Mpa 37.02Mpa 满足强度条件 螺旋千斤顶设计计算说明书 9 面问的配合常采用或等配合。 7 8 r H 7 8 n H 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。 螺母的相关尺寸计算 查手册表 3-8， D=d+0.5=28.5mm D3= (1.61.8)D =1.728.5mm=48.45mm D4= (1.31.4)D3 =1.448.45mm=67.83mm H=45mm a=H/3=45/3=15mm 3 托杯的设计与计算托杯的设计与计算 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 倒角 C2 D=28.5mm D3=48.45mm D4=67.83mm a=15mm 螺旋千斤顶设计计算说明书 10 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） 4 )DD( 2 11 2 12 F p 式中：p许用压强，应取托杯与螺杆材料p的小者。 p取 23.6Mpa D10=(2.42.5)d=2.428=67.2mm D11=(0.60.7）d=0.6528=18.2mm D13=(1.71.9)d=1.828=50.4mm D12= D13-(24)=50.4-3=47.4mm 故 4 )DD( 2 11 2 12 F pp = 4 ) 2 . 18 4 . 47(14 . 3 1035 22 3 =23.27Mpa23.6Mpa 4 手柄设计与计算手柄设计与计算 4.1 手柄材料手柄材料 常用 Q235 和 Q215。 4.2 手柄长度手柄长度Lp板动手柄的力矩： KLp=T1+T2则（式 1-2） K TT L 21 p 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。 D10=67.2mm D11=18.2mm D13=50.4mm D12=47.4mm =23.27MPap p 满足压力强度 条件 选 Q235 螺旋千斤顶设计计算说明书 11 T1螺旋副间的摩擦阻力矩， T1=35103tan(4.285+5.323) 25.5/2 Nmm =75541Nmm T2托杯与轴端支承面的摩擦力矩， T2 = (D12+D11) fF/4。 (查教材表 5-5 摩擦因数 f=0.09) =(47.4+18.2)0.0935/4=51660Nmm 3 10 则 (K 取 200) K TT L 21 p =636 mm 200 5166075541 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 2 D13 可在手柄上另加套管。 因此，手柄实际长度 =+100=636+25.2+100=761.2mm p L p L 2 4 . 50 4.3 手柄直径手柄直径 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 F（式 1-3） 3 p p F d1 . 0 KL 故 dp3 F p 1 . 0 KL =23.32mm 3 1201 . 0 761200 T1=75541Nmm T2=51660Nmm =636mm p L =761.2mm p L 螺旋千斤顶设计计算说明书 12 式中：F手柄材料许用弯曲应力， 当手柄材料为 Q215 和 Q235 时，F=120Mpa。 4.4 结构结构 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