螺旋千斤顶设计参考要点

螺旋千斤顶设计任务书 学生姓名陈嵩专业年级10 级车辆工程 设计题目 设计螺旋千斤顶 设计条件 1 最大起重量 F 40 kN 2 最大升距 H 190 mm 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 月 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 2010 级车辆工程 设 计 者 陈 嵩 指导教师 李华英 成 绩 2012 年 12 月 13 日 螺旋千斤顶设计计算说明书 1 目录目录 1 1 螺杆的设计与计算 螺杆的设计与计算 2 1 1 螺杆螺纹类型的选择 2 1 2 选取螺杆材料 2 1 3 确定螺杆直径 2 1 4 自锁验算 3 1 5 结构 3 1 6 螺杆强度校核 5 1 7 螺杆的稳定性计算 6 2 2 螺母设计与计算螺母设计与计算 7 2 1 选取螺母材料 7 2 2 确定螺母高度 H 及螺纹工作圈数 u 7 2 3 校核螺纹牙强度 8 2 4 结构要求 9 3 3 托杯的设计与计算托杯的设计与计算 9 4 4 手柄设计与计算手柄设计与计算 11 4 1 手柄材料 11 4 2 手柄长度 Lp 11 4 3 手柄直径 dp 12 4 4 结构 12 5 5 底座设计底座设计 13 螺旋千斤顶设计计算说明书 2 设计与说明 结果 1 螺杆的设计与计算 1 11 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 螺纹选用梯形螺纹 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 1 2005 的规定 1 21 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 选择 45 钢 1 31 3 确定螺杆直径确定螺杆直径 根据教材式 5 42 得 2 ph FP d 对于梯形螺纹 h 0 5P 则 8 0 2 p F d 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 此处取 5 2 2 1 2 1 因为千斤顶的螺杆和螺母的相对滑动速度为低速 查表 5 12 取 p 18MPa 故 mmmmd43 34 182 1 1040 8 0 3 2 由课程设计手册 查标准 GB T 5796 2 2005 与 GB T 5796 3 2005 得 公称直径 d 40mm 螺距 P 7mm 内螺纹大径 D 41mm 螺纹 梯形 螺纹 螺杆材料 45 钢 d 40mm P 7mm D 41mm 螺旋千斤顶设计计算说明书 3 外螺纹小径 d1 32mm 内螺纹小径 D1 33mm 内外螺纹中径 d2 D2 36 5mm 1 41 4 自锁验算自锁验算 对传力螺旋传动来说 一般应确保自锁性要求 以避免事故 螺旋副 的自锁条件为 vv f f arctan cos arctan 式中 为螺纹升角 为当量摩擦角 为螺旋副的当量摩擦系 v v f 数 为摩擦系数 为牙侧角 f 根据材料和滑动速度查表 5 12 取 对于牙型角09 0 f 的等腰梯形螺纹 其牙侧角 则 30 15 2 49 3 5 36 71 arctanarctan 2 d nP 32 5 15cos 09 0 arctan cos arctan f v 因为 所以自锁性可以保证 32 4 149 3 v 1 51 5 结构结构 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 由后计算可知 dp 27mm 所以取 dk 28mm 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 取 d4 d1 0 5 31 5mm 退刀槽的宽度可取为 1 5p 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 d1 32mm D1 33mm d2 36 5mm D2 36 5mm 49 3 32 5 v dk 28mm d4 31 5mm 螺旋千斤顶设计计算说明书 4 如图 1 2 则有 退刀槽宽度 1 5P 10 5mm D13 1 7 1 9 d 68 76mm 取 D13 70mm 1 4 1 6 d 56 64mm 取 1 5d 即 60mm H H 190 56 246mm H 为后面计算得 螺钉外径 0 25d 10mm 挡圈外径 d 6 10 46 50mm 1 5P 10 5mm D13 70mm 1 5d 60mm H H 246mm 螺旋千斤顶设计计算说明书 5 根据 GB T891 1986 选取挡圈 GB T891 B50 公称直径 D 50mm H 5mm 根据 GB T68 2000 选取螺钉 GB T68 M6 16 螺纹规格 d M6 公称长度 l 16mm 1 61 6 螺杆强度校核螺杆强度校核 对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度 其强度条件 为 2 1 2 4 3 1 d T F A ca 其中扭矩 挡圈 GB T891 B50 螺钉 GB T68 M6 16 T 113140 4 2 tan 2 d FT v 螺旋千斤顶设计计算说明书 6 式中 为螺纹中径处升角 v为当量摩擦角 mmNmmNT 4 113140 2 5 36 32 5 49 3 tan 40000 因为 45 钢的屈服强度 取安全系数 S 4 故 MPa s 350 MPa MPa S s 5 87 4 350 222 2 1 2 80432 44 mmmmdA 则 3 58 32 4 1131404 340000 2 804 1 2 2 MPa ca 满足强度条件 1 71 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 scrsc SFFS 式中 为螺杆稳定性的计算安全系数 为螺杆稳定性安 sc S s S 全系数 对于传导螺旋 为螺杆的临界载荷 0 4 5 2 sc S cr F N 螺杆的临界载荷与柔度 s有关 cr F s il s 式中 为螺杆的长度系数 与螺杆的端部结构有关 为举起重物 l 后托杯底面到螺母中部的高度 可近似取 为dpHl 6 1 4 1 5 i 螺杆危险截面的惯性半径 若危险截面面积 则4 2 1 dA I 为螺杆危险截面的轴惯性矩 4 1 d A I i 当螺杆的柔度时 可以不必进行稳定性校核 40 s 螺杆一端固定 一端自由 则长度系数00 2 N mm MPa s 350 MPa 5 87 MPa ca 3 58 mml285 螺旋千斤顶设计计算说明书 7 取mmmml289 281 40 6 1 4 1 75190 mml285 44 4 4 1 85 51471 64 32 64 mmmm d I mmmm d i8 4 32 4 1 则 4025 71 8 2852 i l 所以需要进行稳定性校核 临界载荷可按欧拉公式计算 即 cr F 2 2 l EI Fcr 式中 E 为螺杆材料的拉压弹性模量 MPaE 5 1006 2 所以有 NNFcr26 322097 2852 85 514711006 2 2 52 405 8 40000 26 322097 sc S 所以 满足稳定性条件 2 螺母的设计与计算 2 12 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 这里选用螺母材料为 ZCuSn10Pl 2 22 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mmmmdH 8 43 5 362 1 2 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 N Fcr 26 322097 05 8 sc S 螺母材料 ZCuSn10Pl 螺旋千斤顶设计计算说明书 8 改选螺母材料或加大 d 螺纹工作圈数 1026 6 7 8 43 P u H 考虑退刀槽的影响 实际螺纹圈数 u u 1 5 u 应圆整 所以 u u 1 5 6 26 1 5 7 76 圆整得 u 8 螺母高度 H u P 8 7mm 56mm 2 32 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 螺纹牙危险截面的剪切强度条件为 Dbu F 螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为 6 2 b uDb Fl 式中 b 为螺纹压根部的厚度 mm 对于矩形螺纹 对于梯形螺纹 b 0 65P P 为螺纹螺距 为弯曲力臂 mm l 2 2 DD l 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 b 因为螺母材料为青铜 查表知其 30 40MPa 40 60MPa 取 b 35MPa 50MPa b mm mmmm l mmb 25 2 2 5 3641 55 4 765 0 带入校核公式 u 8 H 56mm MPa MPa 31 25 53 8 螺旋千斤顶设计计算说明书 9 31 25 855 441 25 2 400006 53 8 855 441 40000 22 b MPa mmmm mmN MPa mmmm N 满足强度条件 2 42 4 结构结构 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 7 8 r H 7 8 n H 合 这里选择配合 7 8 r H 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 选用紧定螺钉 GB T 71 M6 25 mmammmmHa DmmDD mmDmmDD 1967 183 563 mm9598 91 4 1 3 1 708 73 6 65 8 1 6 1 434 33 取 取 取 配合 7 8 r H 紧定螺钉 GB T 71 M6 25 mmD70 3 mmD95 4 mma19 托杯材料 Q235 钢 螺旋千斤顶设计计算说明书 10 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 此处 选用 Q235 钢 托杯的结构尺寸见图 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 由图 1 4 可得 托杯厚度 取mm12 8 mm10 杯底厚度为mm133 1 沟纹宽度mm155 1 沟纹深度mm52 托杯高度 取托杯高度为 70mmmmd72 60 8 1 5 1 挡圈选用 GB T892 B32 其公称直径 D 32mm H 5mm 挡圈用 GB T67 M6 16 的开槽盘头螺钉固定 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 p F p 式中 p 为许用压强 应取托杯与螺杆材料 p 的小者 查表得 Q235 钢的许用压强 p 为 225MPa 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 即取 p 225MPa 根据图 1 4 相关尺寸为 mm6668 66 4 2 mm2528 24 7 0 6 0 100100 96 5 2 4 2 121312 1111 1010 DmmmmDD DmmdD mmDmmdD 取 取 取 所以 mm10 杯底厚度 mm133 1 沟纹宽度 mm155 1 沟纹深度 mm52 托杯高度 70mm 挡圈 GB T892 B32 螺钉 GB T67 M6 16 mmD mmD mmD 66 25 100 12 11 10 MPap65 13 挡圈与托杯 间隙 3mm 螺旋千斤顶设计计算说明书 11 65 13 4 2566 40000 4 DD 222 11 2 12 pMPaMPa F p 满足接触面的压力强度要求 为保证托杯可以转动 螺杆顶端的挡圈与托杯底部留有间隙 间隙值 为 3 4mm 因承受力不大 故取值为 3mm 4 手柄的设计与计算 4 14 1 手柄材料手柄材料 常用 Q235 和 Q215 这里选用 Q235 钢 4 24 2 手柄长度手柄长度 Lp 板动手柄的力矩 K Lp T1 T2 则 K TT L 21 p 式中 K 为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为螺旋副间的摩擦阻力矩 T2为托杯与轴端支承面的摩擦力矩 T2 D12 D11 f F 4 因一般情况下为间歇工作 工作时间较长的情况不多 故取 K 200N mmNmmNT 4 113140 2 5 36 32 5 49 3 tan 4000 1 查设计手册得 钢 钢的摩擦因数 所以1 0 f mmNmmNT 91000 4 400001 02566 2 则 mmmmLp7 1020 200 91000 4 113140 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 手柄材料 Q235 钢 mmLp400 2 tan 2 1 d FT v 螺旋千斤顶设计计算说明书 12 及工人握手距离 手柄实际长度还应加上 50 150 mm 2 D13 故 mmLp7 1205 7 1105 150 50 2 70 7 1020 取手柄长度 mmLp1150 由于手柄实际长度不应超过千斤顶 因此取 使用时可mmLp400 在手柄上另加套管 4 34 3 手柄长度手柄长度 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 KL d1 0 3 p p F 故 3 F p 1 0 KL dp 式中 F为手柄材料许用弯曲应力 当手柄材料为 Q235 时 F 120Mpa mmmmdp76 26 1201