千斤顶设计说明书-浙江大学

螺旋起重器设计说明书姓名张本西学号3100103956班级汽车1001班指导老师顾大强目录第1章设计题目以及要求211设计题目212设计要求213注意事项214千斤顶结构图2第2章主要零件结构321零件名称及分析322零件材料323零件受力分析3第3章具体零件设计计算431螺杆螺母的螺纹综合设计4311耐磨性计算4312自锁性计算5313螺杆强度计算5314螺母的螺纹强度计算6315螺杆稳定性计算6316螺杆螺母其他参数计算与确定732手柄设计及强度校核833底座设计及强度校核934托杯设计及强度校核10第4章参考文献1141参考文献11附录千斤顶装配图一张1第1章11设计题目请设计一螺旋起重器螺旋起重器又名千斤顶，是一种简易独立起重机具，其结构简单、轻巧、可靠，而且携带使用方便，起重能力大，操作简单，依靠人力即可起重，工作平稳，这是他主要优点。12设计要求1）设计要求该螺旋起重器最大起重重量为Q20KN，最大升举高度L150MM2）设计完成结果，需有设计说明书，一张装配图。3）固定统一采用梯形螺纹、单线GB579686，螺杆材料Q235或45；螺母材料铸铁或青铜。4）其自身具有自锁功能，不会自行上升或者下滑。5）考虑人力有限，手柄不宜过短而人力不足以实用。6）工作安全可靠，保证安全寿命等因素下，尽可能节省材料，经济性好。13结构设计注意事项1）螺母内孔端部应有倒角，以便润滑；2）螺杆螺纹部分应有退刀槽；3）铸件壁厚大于或等于8MM。14千斤顶结构图2第二章21零件名称及分析螺旋起重器结构见上，其主要零件也在图中标示了。它主要由螺母、螺杆、底座、手柄、托杯这五部分组成。1）托杯与待支撑物相接触，为了防止托杯在举重时与带支撑物发生相对滑动，需要将托杯上表面每90开矩形切口，并且托杯下表面要足够润滑保证与螺杆的相对运动，托杯内表面上侧要有固定螺钉及垫圈防止托杯脱落。2）手柄设计时应该保证足够的长度，而且为了方便取下或者双手发力，手柄可以水平活动，并且手柄一端要有可旋式挡环，取下挡环时手柄可以从螺杆空中取出，方便携带放置。3）螺钉要嵌入螺杆内，并且与托杯要有垫圈隔开，螺钉要保证托杯不会脱落。4）螺杆上端开孔打出内螺纹与螺钉相配合，之后中上那段为实心圆柱并且横向开孔方便手柄穿过，下侧螺纹杆部分保证强度与自锁性，下端底部要有挡环防止螺杆旋出，螺杆设计时长度要考虑挠度稳定性，根据最大伸长量决定直径，并且考虑切实可行方便工人装配拆卸，下端挡板设计成内螺纹与螺钉相连接。5）螺母部分主要是磨损，因此采用耐磨金属，螺母螺纹与螺杆相合出要有润滑保证旋转时顺畅性。6）紧定螺钉是将螺母固定在底座上防止相对运动。7）底座是铸件，至少要8MM厚，强度，稳定性要有保证，主要是抗压承重作用。22零件材料1）底座一般灰铸铁制造，此处用HT2002）托杯铸钢材料此处用ZG453）手柄Q2354）螺母青铜，此处用ZQSN6635）螺杆456）紧定螺钉锥端紧定螺钉材料357）垫圈A38）螺钉为十字槽平圆头螺钉材料A323零件受力分析1）底座在使用时，定座作为支撑体，主要受压应力，校核压应力即可。2）托杯托杯也是起支撑作用，受压应力，校核压应力即可。33）手柄手柄设计为实心圆形Q235，在扭转时，考虑一端打在最长处的平面弯矩即可。校验的危险点位置为A，B两点拉压都要校验。4）螺母在使用时，主要受到螺杆对其产生的摩擦力矩以及压应力Q（支撑重物）。5）螺杆螺杆在受力中，主要承受压应力Q（支撑重物）以及螺母对其的摩擦力矩和托杯下表面对它的摩擦力矩。6）紧定螺钉紧定螺钉起到防止螺母与底座在手柄使用时的相对转动，转动阻力一部分由螺母与底座接触面摩擦力矩提供，其余由紧定螺钉，紧定螺钉受剪切应力。7）垫圈螺钉紧固时压应力。8）螺钉防止托杯脱落，只受垫圈反作用压应力。第三章31螺杆螺母的螺纹综合设计311耐磨性防止过度磨损，需要选择合适表面粗糙度和润滑剂润滑方式外，还要校验螺纹表面压强不能4超过螺旋传动副的许用压强。P根据资料，螺杆螺母对应是钢对青铜，低速传动时P取1118MPA，此处为了方便后续计算采用16MPA，校验公式为PQ/D2HZQ/P。由于此处螺纹工作圈数不多，1225，此处取2方便设计计算。根据螺纹是梯形螺纹，取05，因此算得D21995MM。取215MM。则螺母高度为43MM，考虑到螺母螺纹圈数不超过10，则螺距P取5MM，圈数Z86。查表得外螺纹大径D24MM，小径D118MM，内螺纹大径D25MM，小径D119MM，计算面积为254MM2，H05P25MM，那么校验公式带入验算得P1378MPA，满足要求，因此耐磨性检验完毕。通过耐磨性检验，初步确定螺纹参数为螺距P取5MM，圈数Z86，外螺纹大径D24MM，中径D2215MM小径D118MM，内螺纹大径D25MM，小径D119MM，计算面积为254MM2，H05P25MM。312自锁性检验滑动螺旋起重器必须保证可靠的自锁性，自锁的条件为V，2ARCTNDPVARCTNOSF式中螺纹升角；F螺旋副材料的摩擦因数，钢对铸铁有润滑时F005015，此处考虑实际，F01；牙型半角（牙侧角），梯形螺纹/215O代入计算得591V215ARCTNARCT4233PD为保证自锁，螺纹升角至少要比当量摩擦角小115，此处V且大概小168，能保证自锁。313螺杆强度由于螺杆危险截面上有正应力又有剪应力，因此校核螺杆强度时，按第四强度理论求出危险截面上的当量应力523121CA64DTDF式中为螺杆材料的许用应力（MPA），53/S考虑到T1FTAN，/。V2NM代入计算得当量应力为979MPA，查表可得45号钢353MPA，因此353/31177MPA，满53/SS足强度要求。314螺母的螺纹强度计算最大承载力为Q20KN，并且，45比螺母的青铜强度要好，抗剪能力强，因此只用校核螺母螺纹的牙根强度校核时，螺杆大径D和螺母大径D看做近似相等。螺纹沿螺母展开，根部为危险点，则剪切强度计算公式为Q/DBZ对于梯形螺纹，采用标准倾角30，B065P，而青铜40MPA，因此对于，所以带入数值得95MPA又因为螺母螺纹根部一般不会弯曲折断，不进行弯曲强度校核，因此能够保证螺母螺纹强度。315螺杆稳定性稳定性校核为设计切入点，因为在最大提升高度一定情况下，L150MM，因此柔度只与螺杆小径有关。柔度公式SL/I；由于千斤顶可视为一端固定一段自由，则2；L150MMID1/4螺杆采用45时，校验公式6QC（4611257S）D12/4带入柔度，计算接触该2次方程得QC959KN，极限载荷20KN小于极限载荷，因此稳定性符合要求。316螺杆螺母其他参数计算与确定螺母高度HD243MM螺母上半部高度设计有内螺纹大径25MM，所以考虑到螺母上半部高度偏小会造成上下半部分交界面应力集中而产生断裂，因此螺母上表面不可过短，外径不可过小，参考书籍以及以前设计经验，参数如下D316D40MMD413D352MMAH0251075MM,取11MM。强度校核如下对于下半部（7）4312DF螺母上部分的挤压强度条件为（8）P234P螺母交界面的弯曲强度条件为B23451ADFWM）B算得2369MPAB3997MPA2308MPAP对于青铜螺母，MPAB604892380BP517517采用分别采用50MPA，40MPA，80MPA为临界参数进行设计。因此上述参数设计皆满足强度要求。螺杆其他参数设计计算D11719D取D118D432MMD2D3D1216MMD4D1624MMH115MMH21416D36MMH36MML150MM43MM5MM6MM3MM189MM32手柄设计及强度校核考虑到使用者握持方便，拆卸使用方便，此处手柄将设计为圆柱形，且一端有螺纹及螺母，使得手柄可以拆下装上，方便携带。手柄可以水平移动，方便不同场合（单手发力扭转或者双手发力扭转），由于单手发力扭转，且手柄伸长至最长是最危险情况，所以只用校核这种8情况下的危险点拉压应力。最大举重量Q20KN使用者力矩05121螺杆柄人（DLFTT1是螺旋副螺纹牙间的摩擦力矩，即螺杆所受扭矩。T2是螺杆与托杯底面间的摩擦力矩。螺杆螺杆（2105FQ其中，该处公式为磨合轴颈的摩擦计算公式。120F算得T2296NM考虑到T1FTANV2D算得T1385NM所以T681NM考虑到人力限制，普通人力非疲劳双手配合使用大概能提供25KG力，所以长度MFTL29461/）（人柄取300MM手柄的直径，式中为手柄材料的许用弯TDB8417021680363手H曲应力，可取120MPA，所以取20MM（略大保证强度）手D手柄长度300MM，直径20MM，而一端螺纹螺母段长度可以不考虑计算，此处对强度几乎无影响。33底座设计及强度计算由于壁厚大于等于8MM，因此设计时采用最薄处为10MM（整体因为转角倒角关系有些地方厚一些），材料为铸铁铸造而成，采用HT200。主要承受的强度为压力，因为底座设计采用灰铸铁非常抗压，一般自身不可能强度不够压坏，而唯一可能是由于底部环状面积不够大造成压强过大而将路面压坏。查阅资料知高速公路路面MPA80设计时，根据节约材料以及结合螺母高度和螺杆高度，算出底座，H208MM上表面D76MMD62MM9下表面D200MMD82MM当重物为20KN076MPA24/上下（DDQ因此，能够保证强度要求，不会压坏路面。其余倒角设计，是为了加工方便，并且节省材料以及以免棱角刮伤使用者。34托杯设计及强度校核托杯支撑重物，由ZG45为材料，为防止与支撑体发生相对移动，上端每隔90开槽，托杯设计参数如下上半部分开槽深5MM，水平宽10MM上侧大径66，小径462下侧大径312，小径17算得压强为MPAQP953147061324D2321因此对于低滑动速度，人力传动时，一般耐磨性许用压强为