螺旋千斤顶设计说明书(终终终终版)

1 13 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 2012 级车辆工程 设 计 者 刘金雨 学 号 222012322220142 指导教师 李丽老师 成 绩 2014 年 10 月 20 日 2 13 螺旋千斤顶设计任务书 学生姓名刘金雨专业年级2012 级车辆 2 班 设计题目 设计螺旋千斤顶 设计条件 1 最大起重量 F 45kN 2 最大升距 H 200mm 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 3 13 目录目录 目录目录 3 一 一 设计目的设计目的 4 二 螺旋千斤顶的结构二 螺旋千斤顶的结构 4 三 螺杆的设计与计算三 螺杆的设计与计算 5 1 1 螺杆螺纹类型的选择 螺杆螺纹类型的选择 5 2 2 选取螺杆材料 选取螺杆材料 5 3 3 确定螺杆直径 确定螺杆直径 5 4 4 自锁验算 自锁验算 5 5 结构如下图 结构如下图 1 2 6 6 6 螺杆强度计算 螺杆强度计算 6 7 7 稳定性计算 稳定性计算 7 四 螺母设计与计算四 螺母设计与计算 8 1 1 选取螺母材料 选取螺母材料 8 2 2 确定螺母高度 确定螺母高度 H H 及螺纹工作圈数及螺纹工作圈数 U U 8 3 3 校核螺纹牙强度 校核螺纹牙强度 8 4 4 结构要求结构要求 9 五 托杯的设计与计算五 托杯的设计与计算 9 六 手柄设计与计算六 手柄设计与计算 10 1 1 手柄材料 手柄材料 10 2 手柄长度 手柄长度 LP与板动手柄的力矩 与板动手柄的力矩 10 3 3 手柄直径 手柄直径 DPDP 11 4 4 结构结构 11 5 底座设计 底座设计 12 七 装配图见七 装配图见 A3A3 图纸 图纸 13 参考文献参考文献 13 致谢致谢 13 4 13 一 一 设设 计计 目目 的的 1 熟悉 螺旋千斤 顶的工作 原理 设 计与计算 的方法 2 运用 所学的知 识解决设 计中所遇 到的具体 实际问题 培养独立 工作能力 以及初步 学会综合 运用所学 知识 解 决材料的 选择 强度计算和刚度计算 制造工艺与装配工艺等方面的问题 3 熟悉有关设计资料 学会查阅手册和运用国家标准 二 螺旋千斤顶的结构二 螺旋千斤顶的结构 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 设计的原始数据是 最大起重量FQ kN 和最大提升高度h mm 螺旋千斤顶的设计步骤如下 三 螺杆的设计与计算三 螺杆的设计与计算 5 13 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 1 2005 的规定 2 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 本次选用 45 钢 3 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 8 0 p F 根据国家规定 1 2 2 5 取 1 2 梯形螺纹 h 0 5p 查教材表 5 12 p 取 25Mpa 又由 于 1 2 2 5 则 P 可提高 20 所以 P 1 20 25 30MPa 故 d2 8 0 p F 28 3mm 查机械设计手册 d 取 32mm 则 p 6mm d1 25mm d2 29mm 4 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 arctan v 查教材表 5 12 f 取 0 09 arctan n p d2 arctan 1 6 3 14 29 3 76 v arctan f cos arctan 0 1 cos 30 2 5 91 故 v 满足自锁条件 6 13 5 5 结构如下图 结构如下图 1 21 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 dk dp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 2 0 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 9mm d4 25 0 4 24 6mm D13 1 7 1 9 d 1 7 32 54 4mm 1 4 1 6 d 1 5 32mm 48mm 0 25d 0 25 32mm 8mm d 6 10 d 8 40mm 4 6 取 5 6 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 45 103 tan 3 76 5 91 29 2 N mm 111182 3N mm 式中 为螺纹中径处升角 v为当量摩擦角 A d1 4 3 14 25 4 490 6 查手册表 2 7 45 钢 s 355MPa 2 tan 2 d FT v 7 13 5 3 s 4 s 355 4 88 75MPa 故 ca 2 1 2 d 4 3 1T F A ca 62 8MPa 88 75MPa 满足强度条件 7 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 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l H 3P 1 4 1 6 i为螺杆危险截面的惯性 半径 若危险截面面积 A d12 4 则 4 1 d A I i I为螺杆危险截面的轴惯性矩 当螺杆的柔度 s 40 时 可以不必进行稳定性校核 计算时应注意正确确定 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 64 4 1 d 64 2514 3 4 19165 04 4 1 d A I i 4 25 6 25mm 2 求起重物后托杯底面到螺母中部的高度l l H 3P 1 4 1 6 d 200 3 6 1 5 32 266mm 3 计算柔度 查教材表 5 14 取 2 一端固定 一端自由 s l i 25 6 2662 85 12 40 所以需要进行稳定性校核 计算稳定性计算稳定性 8 13 1 计算临界载荷Fcr 查教材公式 5 51 E 2 06 105MPa Fcr 2 52 2 2 2662 04 916511006 214 3 l EI 137534 9N 2 稳定性计算 45000 137534 9 F Fcr 3 06 2 5 4 0 满足稳定性条件 四 螺母设计与计算四 螺母设计与计算 1 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 H 及螺纹工作圈数及螺纹工作圈数 u u 螺母高度H d2 1 2 29 34 8 螺纹工作圈数 8 5 6 8 34 p H u u 应圆整 取 6 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 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 1 3 必要时 还应对螺母外径 D3进行强度验算 D d 0 5 32 0 5 32 5mm D3 1 6D 1 6 32 5 52mm D4 1 3D3 1 3 52 67 6mm a H 3 36 3 12mm 螺母螺纹牙剪切强度校核 9 13 MPaMP uD F 40 30 84 18 6 6 65 0 5 32 14 3 45000 b a 螺母 螺纹牙弯曲强度校核 满足强度条件 4 4 结构要求结构要求 螺母压入底座上的孔内 圆柱接触面问的配合常采用 7 8 r H 或 7 8 n H 等配合 为了安装简便 需在螺母下 端 图 1 3 和底座孔上端 图 1 7 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 1 1 紧定螺钉直径常根据举重量选取 一般为 6 12mm D10 2 4 2 5 d 2 4 32 76 8mm D11 0 6 0 7 d 0 6 32 19 2mm D13 1 7 1 9 d 1 7 32 54 4mm D12 D13 2 4 54 4 3 51 4mm 五 托杯的设计与计算五 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 1 4 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 4 DD 2 11 2 12 F p p 式 1 1 式中 p 许用压强 应取托杯与螺杆材料 p 的小者 p 取 23 6Mpa 10 13 故 4 DD 2 11 2 12 F p p 4 2 19 6 54 14 3 1045 22 3 21 94Mpa 23 6Mpa 六 手柄设计与计算六 手柄设计与计算 1 1 手柄材料 手柄材料 常用 Q235 和 Q215 选 235 钢 2 2 手柄长度 手柄长度L Lp p与板动手柄的力矩 与板动手柄的力矩 K Lp T1 T2则 K TT L 21 p 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 150 250N 工作时间较长时为 100 150N T1 螺旋副间的摩擦阻力矩 T1 45 103 tan 3 76 5 91 29 2 N mm 111182 3N mm 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 54 6 19 2 0 09 45 103 4 74722 5N mm 则 K TT L 21 p K 取 200 111182 3 74722 5 200 11 13 929 5mm 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 2 D13 50 150 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 因此 手柄实际长度 p L p L 57 6 2 100 929 5 28 8 100 1058 3mm 3 3 手柄直径 手柄直径 dpdp 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 3 p p F d1 0 KL F 式 1 3 故 dp 3 F p 1 0 KL 26 0mm 所以 dp取 26mm 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 1 6 并用螺钉或铆合固定 图中尺寸 4 1 dp 6mm dp 6 10 dp 8 26 8 34mm 5 5 底座设计 底座设计 底座材料常用铸铁 HT150 及 HT200 铸件的壁厚 不应小于 8 12mm 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 1 10 的斜度 底座结构及尺寸如图 1 7 12 13 图中 取 10mm r 取 5mm R 取 8mm H1 l 14 28 mm 200 20 220mm H a 36 12 24mm D6 D3 5 10 mm 52 8 6