机械设计单元设计——螺旋千斤顶

机械设计单元设计机械设计单元设计 螺旋千斤顶螺旋千斤顶 院 系 机械制造及其自动化 专业年级 2010 级 机制 4 班 设 计 者 王 勇 指导教师 王刚 成 绩 2012 年 10 月 26 日 1 一 题目 一 题目 设计螺旋千斤顶题目 设计螺旋千斤顶 原始数据 原始数据 设 计 方 案 项目 12345678910 最大起重 量 F kN 20253035404550556065 最大升距 H mm 150160170180190200210220230240 工作量 工作量 1 装配图一张 螺杆 螺母 托杯 手柄 底座零件图各一张 2 编写设计计算说明书一份 我的设计数据 我的设计数据 最大起重量 F KN 最大起升高度 H mm 2 设计计算书设计计算书 b a 2 计 算 与 说 明结 果 1 1 螺杆的设计计算螺杆的设计计算 选用梯形螺纹 螺杆材料选用 35 钢 1 1 确定螺纹直径确定螺纹直径 螺杆工作时 同时受到压力和转矩的作用 因此它的计算可近似按螺栓联接的计 算公式求得螺纹小径 即 mm 3 14 1 F d 许用应力 5 3 s 由手册 25 P 2 s 315mmN 2 B N530mm 5 3 s 2 63 105 5 3 315 mmN 取 2 75 mmN 则 mmd 0 21 75 10203 14 3 1 选梯形螺纹 Tr28X5 螺纹大径 28mm D d 0 5 28 0 5 28 5d 螺纹中径 28 2 5 25 5mm 2 d 2 D 螺纹小径 28 5 5 22 5mm 21mm 满足要求 28 5 23mm 1 d 1 D 螺距 P 5mm 螺纹根部厚度 0 634P 0 6334X5 3 17mm 1 t 螺纹工作高度 h 0 5P 0 5X5 2 5mm 较核螺杆强度 螺纹力矩 T 2 2 dtgF 螺纹升角 57 3 5 25 51 2 arctg d nP arctg 查手册P74表 1 10 钢与铸铁的滑动摩擦系数 无润滑剂 0 18 55 10 15cos 18 0 cos 11 tgtg mmNtgT 1041 6 55 1057 3 1040 43 1 按第四强度理论较核 压 扭组合校核 2 75 mmN 28mmd 25 5mm 2 d 22 5mm 1 d P 5mm 3 17mm 1 t h 2 5mm D 28 5mm 23mm 1 D 7 53 5 510 3 2 0 3 4 2 3 1 1 2 2 1 d T d F ca 计 算 与 说 明结 果 4 75N mm 5 249 5222 0 101 46 3 522 10204 22 3 4 2 2 3 mmN ca 满足要求 2 2 自锁性验算自锁性验算 图图 1 11 1 螺杆受力图螺杆受力图 自锁条件 其中 7 53 5 510 故 可用 且 可靠 304 4 3 3 螺杆结构螺杆结构 见图 1 2 螺杆上端直径 1 71 9 d 1 71 9 X28 47 653 2mm 2 D 取 50mm 2 D 手柄孔径 1 5 0 pk dd 式中 20 p dmm 则 20 0 5 1 20 5 21 k dmm 取 21 k dmm 取18mm 0 6 0 7 0 6 0 7 2816 8 19 6ddmm d 退刀槽直径 1 0 2 0 5 22 5 0 2 0 5 22 3 22 c ddmm 取 22 1 c dmm 退刀槽宽度 b 1 5P 1 5X5 7 5mm 2 75mmN ca 满足螺杆强度要求 50mm 2 D 21 k dmm 18mm d 22 1 c dmm b 7 5mm 计 算 与 说 明结 果 5 螺杆膨大部分长度 1 41 6 d 1 41 6 X28 39 244 8mm l 取 44mm l 取 12 3 4 10 3 4 13 14hhmm 1 14hmm 螺杆长度 1 1508144 14289lHHlhmm 4 4 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 螺杆可能失稳 为此按下式演算螺杆的 稳定性 2 5 4 0 er FF 式中 为螺杆的临界压力 er F 2 2 er EI F L 弹性模量 9 P2 5 2 0 10EMPa 44 44 1 22 5 1 26 10 6464 d Imm 5 1 4 1 6 1905 5 1 4 1 6 28264 2 269 8lHPd 取 267lmm 由 为固定支承 见 1 P121 2 一 002 81 25 53 183ldHd 端固定 一端自由 254 4 2 2 0 101 26 10 8 7 10 2 267 er FN 螺杆可以稳定工作 44 8 7 10 2 0 10 4 352 5 er FF 图图 1 21 2 螺杆简图螺杆简图 44mm l 1 14hmm 289lmm 5 2 0 10EMPa 44 1 26 10Imm 267lmm 4 8 7 10 er FN 4 35 er FF 计 算 与 说 明结 果 6 二 螺母的设计计算 二 螺母的设计计算 螺母的材料选用 HT300 1 1 确定螺纹旋合圈数确定螺纹旋合圈数 Z Z 依 1 P120 式 6 19 根据耐磨性旋合圈数 Z 即 2 FP pp d hH 2 F z dp h 由 1 P120 表 6 5 查取 p 15N mm 滑动速度 2 4m min 3 20 10 6 66 25 5 15 2 5 z 螺母实际圈数 1 56 66 1 58 16zz 取 则 9z 1 59 1 57 5zz 螺母旋合长度 9 545HzPmm 校核螺母的高径比 2 45 25 51 76Hd 查 1 P120 兼做支承的螺母 不能满足要求 故要重新确定螺母的2 5 3 5 高度 取 则 取 3 2 3 2 25 581 6Hmm 81Hmm 紧定螺钉直径取为 10mm 2 2 校核螺母的螺牙强度校核螺母的螺牙强度 1 剪切强度 1 P120 表 6 21 1 F Dt z 式中 螺母螺纹大径 D 29mm 查表 40N mm 3 22 1 20 10 9 23 40 29 3 17 7 5 F N mmN mm Dt z 故满足要求 2 弯曲强度 2 1 3 bb Fh Dt z 式中 h 2 5mm 查 1 P121 表 6 6 2 45 55 b N mm 3 2 22 1 33 20 102 5 21 85 29 3 177 5 bb Fh N mm Dt z 故满足要求 9z 45Hmm 81Hmm 40N mm 2 9 23 N mm 满足剪切强度 2 45 55 b N mm 2 21 85 bb N mm 满足弯曲强度要求 计 算 与 说 明结 果 7 3 3 螺母其它结构尺寸螺母其它结构尺寸 螺母外径 D 1 61 8 X29 46 452 2mm 取 50mm D 1 31 4 1 31 4 X50 6570mm 1 D D 取70mm 1 D 螺母凸缘厚度 45 15 33 H amm 取 结果见图 1 316amm 图图 1 31 3 螺母简图螺母简图 4 4 螺母外径和凸缘强度的计算及螺母悬置部分拉螺母外径和凸缘强度的计算及螺母悬置部分拉 扭组合校核扭组合校核 1 22 1 2 1 3 4 F DD 式中 螺母的许用拉应力 0 83 b 螺母材料的许用弯曲应力 见 1 P121 表 6 6 4555N mm b b 2 3 2 22 0 83 45 55 37 55 46 65 1 2 1 3 20 10 18 43 19 96 5029 4 N mm N mm 安全 2 凸缘与底座接触部分的挤压强度计算 22 1 4 pp F DD 螺母材料许用挤压应力 2 1 5 1 7 1 5 1 7 45 55 67 5 93 5 pb N mm 50mm D 70mm 1 D 16amm 4555N mm b 2 37 55 46 65 N mm 2 18 43 19 96 N mm 故安全 2 67 5 93 5 p N mm 计 算 与 说 明结 果 8 安全 3 2 22 20 10 14 47 7050 4 pp N mm 螺母上固定螺钉用的孔 可查 9 P61 表 5 8 3 凸缘根部的弯曲强度计算 1 2 1 5 bb F DD D a 故安全 3 2 1 5 20 10 7050 38 22 50 10 bb 三 三 托杯的设计计算托杯的设计计算 1 验算接触面间的压力强度 螺旋千斤顶起重时 因托杯底与螺杆接触面间相对 滑动 所以要验算接触面间的压力强度 其验算式为 22 45 4 F pp DD 直径 取 42 2 4 50 2 4 48 46DDmm 4 47Dmm 直径 取 5 1 2 18 1 2 19 20Ddmm 5 20Dmm 则 3 2 22 20 10 14 08 4720 4 pN mm P 18N mm 托杯材料 Q235 P P 故安全可用 2 托杯的外口径 取 3 2 4 2 5 2 4 2 5 2867 2 70Ddmm 3 70Dmm 图图 1 41 4 托杯简图托杯简图 2 14 47 pp N mm 故安全 38 22 bb 故安全 4 47Dmm 5 20Dmm P 14 08N mm P 18N mm P P 故安全可用 3 70Dmm 计 算 与 说 明结 果 9 四 手柄的设计计算 四 手柄的设计计算 1 选材 手柄的材料选取 Q235 2 手柄长度 p L 1 作用于手柄上的力矩 从而可得 12p TKLTT 12 p TT L K K 为搬动手柄的臂力 起取值为 K 150250N 取 K 200N 2 螺纹力矩 3 摩擦力矩 34 245 11 4720 0 07 20 102 35 10 44 TDDFNmm 2m TF r 45 33 45 22 45 1 4 1 3 m DD r DD DD 托杯与螺杆端面摩擦系数 查手册 0 07 4 手柄长度 44 12 6 41 102 35 10 438 200 p TT Lmm K 取440 p Lmm 5 手柄的实际长度 2 50 50 150 440 50 150 515 615 22 p D LLmm 取 L 350mm 工作时加套筒 3 手柄直径 按弯曲强度设计 3 0 1 p bb p KL d 则 3 0 1 p p b KL d 对于 Q235 手柄 2 120 b N mm K 200N 4 1 6 41 10T 4 2 2 35 10T 440 p Lmm L 350mm 计 算 与 说 明结 果 C 为常数 跑和或旧轴端 pC p C 非跑和或新轴端 34 2 1 25 5 20 10 3 5710 55 6 41 10 22 d TFtgtgNmm 10 3 200 438 19 39 0 1 120 p dmm 取 20 p dmm 图图 1 5 手柄图手柄图 五 底座的设计计算 五 底座的设计计算 底座材料选用铸铁 HT150 铸铁壁厚 底座外形制成 1 5 的锥度 10mm 其主要结构尺寸如下 H 50mm 高度 1 14 18 15081 14 18 245 249HHHmm 取 1 245Hmm 直径 6 5 10 50 5 10 55 60DDmm 取 6 58Dmm 直径 1 76 24581 16 5894 2 55 HHa DDmm 取 7 94Dmm 按挤压强度计算直径 8 D 2 87 4 p F DD 取 千斤顶下面是混凝土或木材 2 2 25 p N mm 3 2 8 4 20 10 94141 96 2 25 Dmm 取 8 142Dmm 20 p dmm H 50mm 1