课程设计螺旋千斤顶设计.doc

螺旋千斤顶设计 专业：机械工程及其自动化 班级：机自1007班 学号：201002070701 姓名：陈学宇 起重量：10KN 起重高度：350mm 2012.10.31目录第一章 设计题目及材料选择21.1设计要求21.2主要零件的常用材料21.3千斤顶示意图2第二章 螺杆的设计计算32.1螺杆材料及牙型选择32.2耐磨度的计算32.3验证螺纹的自锁条件42.4螺杆强度的校核42.5稳定性计算52.6螺杆其他结构设计6第三章 螺母的设计计算73.1确定螺母高度H及螺纹工作圈数u73.2校核螺纹牙强度73.3螺母的其他设计要求8第四章 托杯的设计与计算9第五章 手柄的设计和计算105.1手柄的材料105.2手柄的长度105.3手柄直径d手柄105.4手柄结构11第六章 底座的设计126.1底座的材料126.2底座数据计算12参考文献：13第一章 设计题目及材料选择1.1设计要求设计简单千斤顶的螺杆和螺母级其他结构的主要尺寸。起重量为10000N，起重高度为350mm，材料自选.。1.2主要零件的常用材料（1）螺杆材料选择：45号钢，采用带有外螺纹的杆件（2） 螺母材料选择：青铜，带有内螺纹的构件（3）底座材料选择：灰铸铁 HT100，带1：10斜度（4）托杯材料选择：Q235（5）手柄材料选择：Q2151.3千斤顶示意图第二章 螺杆的设计计算2.1螺杆材料及牙型选择选用45号钢，螺杆螺纹类型选择梯形螺纹。梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角=300，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GB5796.186的规定。2.2耐磨度的计算滑动螺旋的磨损与螺纹工作面上的压力、滑动速度、螺纹表面粗糙度以及润滑状态等因素有关。其中最主要的是螺纹工作面上的压力，压力越大螺旋副间越容易形成过度磨损。因此，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。假设作用于螺杆的轴向力为（N），螺纹的承压面积（指螺纹工作表面投影到垂直于轴向力的平面上的面积）为A（），螺纹中径为小（），螺纹工作高度为H（），螺纹螺距为 P（），螺母高度为 D（），螺纹工件圈数为 uH/P 。则螺纹工作面上的耐磨性条件为： （书本5-41）令，则代入上式得： （书本5-42）对于梯形螺纹，则： （书本5-43）取，对钢-青铜螺旋副，,代入数据得：， 根据梯形螺纹国家标准摘自（B/T 5796.3-1986）选取螺纹其基本参数为：计算螺母的螺纹圈数，并求出高度螺纹工作圈数，考虑到退刀槽影响，取=710, 满足设计要求2.3验证螺纹的自锁条件 千斤顶有自锁要求，自锁条件为：其中 式中：为螺纹升角；为摩擦系数；为牙侧角取，代入计算得: ;因为，故满足自锁条件2.4螺杆强度的校核螺杆工作时承受轴向压力和扭矩T的作用。螺杆危险截面上既有压缩应力；又有切应力。根据第四强度理论求出危险截面的计算应力，其强度条件为：或（书本5-47）其中螺杆所受的扭矩，式中：A 螺杆螺纹段的危险截面面积； ； 螺杆螺纹小径，螺杆螺纹段的抗扭截面系数， ，螺杆材料的许用应力，强度校核： ，因此满足强度要求。2.5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。 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+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=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。2.5.1计算柔度 （1）计算螺杆危险截面的轴惯性矩I和i （2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度l (3) 计算柔度查教材，=0.6(一端固定，一端不完全固定) s=m l/i=61.9352.5.2稳定性计算（1）计算临界载荷Fcr 所以：，满足稳定性要求。2.6螺杆其他结构设计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，螺纹上端设有退刀槽。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，挡圈用螺钉固定在螺杆端部。退刀槽选择2P=8mm。 第三章 螺母的设计计算螺母材料一般可选用青铜，耐磨性较好。3.1确定螺母高度H及螺纹工作圈数u螺母高度H=d2（H应圆整为整数）螺纹工作圈数，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。3.2校核螺纹牙强度螺母的材料强度低于螺杆，故只校核螺母螺纹牙的强度。如图5-44所示，如果将一圈螺纹沿螺母的螺纹大径D处展开，则可看作宽度为D的悬臂梁。假设螺母每圈螺纹所承受的平均压力为，并作用在以螺纹中径为直径的圆周上，则螺纹牙危险截面aa的剪切强度条件为 螺纹牙危险截面aa的弯曲强度条件为：式中：b螺纹牙根部的厚度， mm，对于梯形螺纹，b0.65P, P为螺纹螺距； 弯曲力臂；mm参看图5-44 , 螺母材料的许用切应力，MPa螺母材料的许用弯曲应力，MPa，其余符号意义同前。代入数据计算得： （）， （）满足设计要求:螺母的其它尺寸根据图中经验设计尺寸确定，具体尺寸数据如下： 3.3螺母的其他设计要求螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面间的配合常采用配合。为了安装简便，需在螺母下端（图4）和底座孔上端（图6）做出倒角。为了更可靠地防止螺母转动，底座与螺母用紧钉螺钉固定，根据举重量选取紧定螺钉直径常为10。第四章 托杯的设计与计算托杯用来承托重物，选用用Q235钢模锻制成，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。其经验设计结构尺寸见图5，具体设计计算尺寸如下：托杯高度，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式中：p许用压强，应取托杯与螺杆材料p的小者。校核：铸铁的许用压强p55a；故pp,满足压力强度要求。壁宽取10mm。第五章 手柄的设计和计算5.1手柄的材料选用Q215为材料5.2手柄的长度板动手柄的力矩 则 式中：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。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由前面计算知T1 =13.90N.m 取220， 实际长度应考虑手握宽度50mm以及D/2的未提供转矩长度D/2=18mm，则LP取200mm。5.3手柄直径d手柄把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径d手柄，其强度条件为式中：手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q215时，故5.4手柄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，并用螺钉或铆合固定。第六章 底座的设计图6：底座设计示意图6.1底座的材料底座材料常用灰铸铁（HT100）铸件的壁厚不应小于1215mm，为了增加底