课程设计——手驱动螺旋千斤顶.doc

1 机械设计基础课程设计机械设计基础课程设计 手动式螺旋千斤顶手动式螺旋千斤顶 专专 业 业 农业机械化及其自动化 班班 级 级 09 农机一班 姓姓 名 名 周少军 学学 号 号 200940615127 指导老师 指导老师 杨文敏 农业机械化及其自动化专业 完成时间 2011 年 12 月 3 日 螺旋式千斤顶设计说明书 2 目录目录 目录目录 2 第一章第一章 千斤顶结构设计千斤顶结构设计 3 1 1 结构设计的意义结构设计的意义 3 1 2 千斤顶的结构千斤顶的结构 3 1 2 1 螺旋传动选择螺旋传动选择 4 1 2 2 螺纹类型选择螺纹类型选择 4 千斤顶选择梯形螺纹 右旋 因为要求有自锁性所以选择单线螺纹以达到自锁要求 千斤顶选择梯形螺纹 右旋 因为要求有自锁性所以选择单线螺纹以达到自锁要求 5 第二章第二章 千斤顶各部件的设计计算千斤顶各部件的设计计算 6 2 1 螺母 螺杆的材料选择及尺寸的选定与校核螺母 螺杆的材料选择及尺寸的选定与校核 6 2 1 1 螺母 螺杆的材料和许用应力螺母 螺杆的材料和许用应力 6 2 1 2 螺母 螺杆的尺寸设计与校核螺母 螺杆的尺寸设计与校核 7 2 2 底座的设计计算底座的设计计算 10 2 2 1 底座材料的选定底座材料的选定 10 2 2 2 底座尺寸确定 底座尺寸确定 11 2 3 手柄的设计计算手柄的设计计算 12 2 3 1 手柄的材料选择 手柄的材料选择 12 2 4 托杯的设计计算 图托杯的设计计算 图 4 6 示 示 13 2 4 1 托杯的材料选择托杯的材料选择 13 2 4 2 托杯的尺寸确定托杯的尺寸确定 13 2 5 千斤顶的效率计算千斤顶的效率计算 14 2 6 千斤顶的其他附加码附件尺寸设定千斤顶的其他附加码附件尺寸设定 14 第三章第三章 装配图及相关零件图装配图及相关零件图 14 参考文献参考文献 15 螺旋式千斤顶设计说明书 3 第一章第一章 千斤顶结构设计千斤顶结构设计 1 1 结构设计的意义结构设计的意义 机械结构设计就是将抽象的工作原理变成技术图样的过程 在此过程中 要兼顾各种技术 经济和社会要求 并且应设计出尽可能多的可能性方案 从中优选或归纳出经济合理的方案 结构设计是将抽象的工作原理具体化为某类或构件零部件的图样 然后 进一步确定它们的加工工艺 材料 几何尺寸 公差等 寻找所选方案中的 缺陷和薄弱环节 对照各种要求 限制 反复改进 进行强度 刚度以及各 种功能的指标验算 绘制装配图和零件图 编写计算说明书 1 2 千斤顶的结构千斤顶的结构 图1 1 如图 1 1 所示 手动螺旋千斤顶主要零件有 1 螺母 2 螺杆 3 底座 4 手柄 5 托杯 等零件及其附件组成 其中螺杆 螺母等主要尺 寸要通过理论计算确定 其他尺寸可以由经验数据 结构需要和工艺要求来 确定 必要时还需要经过相关验算 螺旋式千斤顶设计说明书 4 千斤顶最大起重量是其最主要的性能指标之一 千斤顶在工作过程中 传动螺纹副承受主要的工作载荷 螺纹副工作寿命决定千斤顶使用寿命 故 传动螺纹副的设计最为关键 其设计与最大起重量 螺纹副材料 螺纹牙型 以及螺纹头数等都有关系 1 2 1 螺旋传动选择螺旋传动选择 根据螺纹副摩擦性质不同 可分为滑动螺旋传动 滚动螺旋传动和静压 螺旋传动 1 滑动螺旋传动的特点 1 结构简单 加工方便 成本较低 2 易于自锁 3 传动平稳 4 摩擦阻力大 传动效率低 仅在 0 3 0 6 之间 5 螺纹有侧向间隙 反向时有空行程 定位精度和轴向刚度较差 6 磨损快 2 滑动螺旋的应用举例 金属切削机床的进给 分度机构的传动螺旋 摩擦压力机 千斤顶的传力螺旋 所以螺旋千斤顶选择滑动螺旋副 1 2 2 螺纹类型选择螺纹类型选择 滑动螺纹副常采用梯形螺纹 锯齿形螺纹或矩形螺纹等 梯形螺纹应用 最广 锯齿形螺纹主要用于单向受力 矩形螺纹虽传动效率高 但加工比较 困难 且强度较低 应用较少 螺旋式千斤顶设计说明书 5 1 梯形螺纹的特点 牙型角 30 螺纹副的大径和小径处有相等的径向间隙 牙根强度 高 螺纹的工艺性好 内外螺纹一锥面贴合 对中性好 不易松动 采用整 体式螺母 2 应用举例 用于传力螺纹和传动螺旋如载重螺旋式起重机 千斤顶 千斤顶选择梯形螺纹 右旋 因为要求有自锁性所以选择单线螺纹以达 到自锁要求 螺旋式千斤顶设计说明书 6 第二章第二章 千斤顶各部件的设计计算千斤顶各部件的设计计算 2 1 螺母 螺杆的材料选择及尺寸的选定与校核螺母 螺杆的材料选择及尺寸的选定与校核 2 1 1 螺母 螺杆的材料和许用应力螺母 螺杆的材料和许用应力 1 螺母的材料和许用应力 图 4 1 螺母材料可用铸造锡青铜 以 ZCuSn10Pb1 最耐磨 但价格较贵 主要 用于高精度的传导螺旋 重载低速的场合可选用强度高的铸造铝铁青铜 常 用的材料 ZCuAl10Fe3 轻载低速时也可以选用耐磨铸铁 螺母材料选 ZCuAl10Fe3 带有内螺纹的构件 查表 10 14 可得 许用弯曲应力 bp 40 60MPa 取 50MPa 许用剪应力 p 30 40MPa 取 35MPa 千斤顶螺旋系手动低速 由表 11 1 9 查得许用压强 Pp 18 25 MPa 取 20 MPa 2 螺杆的材料和许用应力 由于滑动螺旋传动中的摩擦较严重 故要求螺旋传动材料的耐磨性能 抗弯性能都要好 一般螺杆材料的选用原则如下 1 高精度传动时多选碳素工具钢 2 需要较高硬度 如 50 56HRC 时 可采用铬锰合金钢 当需要硬度为 35 45HRC 时可采用 65Mn 钢 3 一般情况下可用 45 50 钢 本设计中 螺杆材料选 45 钢 采用带有外螺纹的杆件 调制处理 s 360MPa 可得 螺旋式千斤顶设计说明书 7 螺杆的许用拉应力 p 120 72 MPa s 3 5 手动可得 p 100 MPa 外螺纹 内螺纹 外螺纹大径 公称直径 螺距 牙顶间隙 基本牙型高度 外螺纹牙高 内螺纹牙高 牙顶高 外螺纹中径 内螺纹中径 外螺纹小径 内螺纹小径 内螺纹大径 牙根部宽度 图4 1 滑动螺旋传动设计 2 1 2 螺母 螺杆的尺寸设计与校核螺母 螺杆的尺寸设计与校核 1 按耐磨性计算螺纹中径 图 4 2 查表 11 1 4 中公式取 1 7 值按整体式螺母取 1 2 2 5 d2 0 8 0 8 207 1 50000 30 67mm F 1 7Pp 由 GB T5796 3 2005 机械设计课程设计手册 138 页表 6 1 7 可选 d 34 P 6 d2 30 5 D4 32 5 d3 28 5 D1 29 的梯形螺纹 中等精度 螺旋副的标记为 Tr32x3 7H 7e 由此得出千斤顶的滑动螺旋传动各个尺寸为 外螺纹大径 d d 34mm 螺旋式千斤顶设计说明书 8 螺距 P P 6mm 牙顶间隙 ac ac 0 5mm 基本牙型高度 H1 H1 0 5P 0 5x6 3mm 外螺纹牙高 h3 h3 H1 ac 0 5P ac 3 0 5 3 5mm 内螺纹牙高 H4 H4 H1 ac 0 5P ac 3 0 5 3 5mm 牙顶高 Z Z 0 25P 0 25x6 1 5mm 外螺纹中径 d2 d2 d 2Z 34 3 31mm 内螺纹中径 D2 D2 d 2Z 34 3 31mm 外螺纹小径 d3 d3 d 2h3 34 2x3 28mm 内螺纹小径 D1 D1 d 2H4 34 2x3 28mm 内螺纹大径 D4 D4 d 2ac 34 2x0 5 35mm 牙根部宽度 b b 0 65P 0 65x6 3 9mm 螺母高度 H H d2 1 7x34 57 8mm 取 H 58mm 则螺纹圈数 n n H P 58 6 9 67 圈 图 4 2 螺母的尺寸图 2 自锁性条件与检验 螺旋式千斤顶设计说明书 9 由于系弹头螺纹 导程 S P 6mm 故螺纹升角为 arctan arctan 3114 3 6 3 30 18 S d2 查表 11 1 7 得 钢和青铜的摩擦因数 0 08 0 10 取 0 09 可得 arctan arctan 5 19 23 cos 2 0 09 cos15 故自锁可靠 3 螺杆的强度检验 查表 11 1 3 得知 驱动转矩 Mt 为 Mt Mt1 Mt2 Mt3 43748 227 N mm 所以带入表 11 1 4 公式 4 得 ca 2 3 3 2 2 3 2 0 3 4 d d MtF 83 015 N mm 2 p 4 螺母螺纹强度检验 因螺母材料强度低于螺杆 故只验算螺母螺纹强度即可 查表 11 1 4 得 牙 根 宽度 b 0 65P 0 65x6 3 9mm 基本牙型高 H1 0 5P 0 5x6 3mm 代入表 11 1 4 中的公式 7 及式 8 有 则螺母的剪切强度 14 079 N mm 2 p F D4bn p 螺母的弯曲强度 b 32 491 N mm 2 bp 3FH1 D4b2n 螺旋式千斤顶设计说明书 10 b2 5 故稳定性条件满足 Fc F 螺旋式千斤顶设计说明书 11 2 2 底座的设计计算底座的设计计算 2 2 1 底座材料的选定底座材料的选定 1 材料 由于此千斤顶的承载力相对较小 考虑体积和成本要求 千斤 顶其他部件的材料均采用铸铁 HT200 2 斜度 带 1 15 的斜度 2 2 2 底座尺寸确定 底座尺寸确定 如图 4 4 所示 图 4 4 底座的尺寸图 已知外螺纹大径为 d 34mm 有 D2 1 5d D3 1 4D2 D4 1 4D5 10mm D5由结构确定 斜度为 1 15 螺旋式千斤顶设计说明书 12 所以 290 107 5 D 得 D5 126mm 1 15 依次可得出 D4 1 4D5 1 4x126 176mm S 1 5 2 15 20 取 S 16mm 综合考虑各尺寸关系 取总的高度为 374mm 2 3 手柄的设计计算手柄的设计计算 如图 4 5 所示 图 4 5 手柄尺寸图 2 3 1 手柄的材料选择 手柄的材料选择 手柄材料选择 Q235 2 3 2 手柄的尺寸确定手柄的尺寸确定 由于要满足一定的强度要求 千斤顶工作时 螺母所受的旋转力矩为 T 2 tan 2 d TF T 50KN tan 3 30 18 5 19 23 15 5mm 120 946Nm 式中F 螺母工作时所受的轴向载荷 N 螺旋式千斤顶设计说明书 13 为螺纹升角 度 当量摩擦角 度 2 d 螺纹中径 mm 手柄所受最大弯曲应力为 max 人所施力大概为 200N max3 32 z TT dW 78 88Nm 式中 T 手柄所受的弯曲力矩 Nm z W 圆柱形手柄的抗弯截面系数 3 cm d 手柄的直径 mm 120 946Nm 200N 0 60473m 取 0 61m 拟定所选材料为 Q235 查机械设计手册得 max 225 b MPa 所以手柄的具体参数如下 材料 Q235 长度 L 610mm 直径 d 26mm 2 4 托杯的设计计算托杯的设计计算 图 4 6 示 图 4 6 托杯尺寸图 螺旋式千斤顶设计说明书 14 2 4 1 托杯的材料选择托杯的材料选择 托杯材料选择 铸钢 ZG230 450 2 4 2 托杯的尺寸确定托杯的尺寸确定 关系式 D 1 6 1 8 d D1 0 6 0 8 d h 0 8 1 D D 1 6 1 8 x34 54 4 61 2 取 D 58mm D1 0 6 0 8 x34 20 4 27 2mm 取 D1 24mm 1 托杯的高度 h h 0 8 1 x58 取 h 50mm 2 托杯的内外径 含壁厚 外径 106 厚度 10 2 5 千斤顶的效率计算千斤顶的效率计算 由表 11 1 4 中式 16 并视托杯与螺杆顶部为滑动推力轴承 效率为 0 96 时 0 96x 0 96x 5 19 23 3 30 18 tan 3 30 18 tan tan tan 31 3 因系手动千斤顶 故螺杆的强度及横向振动不予验算 2 6 千斤顶的其他附加码附件尺寸设定千斤顶的其他附加码附件尺寸设定 螺杆的退刀槽直径 s 27 螺杆的退刀槽宽度 b 5mm 螺杆膨大部分的尺寸 螺旋式千斤顶设计说明书 15 有公式 D 1 6 1 8 d h1 1 8 2 d 得出 D 1 6 1 8 x34 54 4 61 2 取 D 58mm h1 1 8 2 x34 61 2 68 取 64mm