螺旋千斤頂設(shè)計說明書

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螺旋千斤頂 設(shè)計計算說明書 院 系 工程技術(shù)學(xué)院 專業(yè)年級 機械設(shè)計制造及其自動化 設(shè) 計 者 指導(dǎo)教師 成 績 2013年 12月 6 日 目 錄 1 螺旋千斤頂設(shè)計任務(wù)書……………………………………………3 2 作業(yè)目的……………………………………………………………4 3 螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計…………………………………………………4 3.1 螺桿的設(shè)計與計算………………………………………………5 3.2 螺母設(shè)計與計算…………………………………………………8 3.3 托杯的設(shè)計與計算………………………………………………10 3.4 手柄設(shè)計與計算…………………………………………………10 3.5 底座設(shè)計…………………………………………………………11 一、螺旋千斤頂設(shè)計任務(wù)書 學(xué)生姓名 專業(yè)年級 2011級機械設(shè)計制造及其自動化 設(shè)計題目： 設(shè)計螺旋千斤頂 設(shè)計條件： 1、最大起重量F = 30 kN； 2、最大升距H =170 mm。 設(shè)計工作量： 1、 繪制出總裝配圖一張，標(biāo)注有關(guān)尺寸，填寫標(biāo)題欄及零件明細(xì)表； 2、 編寫設(shè)計計算說明書一份。 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 二、螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計 千斤頂一般由底座1，螺桿4、螺母5、托杯10，手柄7等零件所組成（見圖1―1）。螺桿在固定螺母中旋轉(zhuǎn)，并上下升降，把托杯上的重物舉起或放落。 設(shè)計時某些零件的主要尺寸是通過理論計算確定的，其它結(jié)構(gòu)尺寸則是根據(jù)經(jīng)驗公式或制造工藝決定的，必要時才進行強度驗算。 設(shè)計的原始數(shù)據(jù)是：最大起重量F=30kN和最大提升高度H=170mm。 螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計步驟如下： 計 算 及 說 明 結(jié) 果 1. 螺桿的設(shè)計與計算 1.1 螺桿螺紋類型的選擇 螺紋有矩形、梯形與鋸齒形，常用的是梯形螺紋。 梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙形角α=30，梯形螺紋的內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動，工藝性好，牙根強度高，對中性好，所以選擇梯形螺紋，基本牙形按GB/T5796.1—2005的規(guī)定。 1.2 選取螺桿材料 螺桿材料選擇45號鋼，查表可知σs = 355MPa、σb= 600MPa。 1.3 確定螺桿直徑 由耐磨性條件確定螺桿中徑d2。 該螺紋為梯形螺紋，則可知 因選用梯形螺紋且螺母兼作支承，取。查表可知，滑動螺旋副鋼—青銅的許用壓力 代入數(shù)據(jù)，得 根據(jù)螺桿中徑,按照GB/T 5796.2-2005標(biāo)準(zhǔn)，選取螺桿的公稱直徑，螺距，線數(shù)，螺旋副的摩擦系數(shù)，螺旋角。 1.4 自鎖驗算 自鎖條件是y ≤rv 。 式中：y為螺紋中徑處升角；rv為當(dāng)量摩擦角（當(dāng)量摩擦角 計算得： 查表得： 計 算 及 說 明 結(jié) 果 rv=arctanmv，為保證自鎖，螺紋中徑處升角至少要比當(dāng)量摩擦角小1。31518″ 51923″ ∴1 ∴滿足自鎖條件 1.5 結(jié)構(gòu)（見圖1―2） 螺桿上端用于支承托杯10并在其中插裝手柄7，因此需要加大直徑。手柄孔徑dk的大小根據(jù)手柄直徑dp決定，dk≥dp十0.5mm。為了便于切制螺紋，螺紋上端應(yīng)設(shè)有退刀槽。退刀槽的直徑d4應(yīng)比螺桿小徑d1約小0.2~0.5mm。退刀槽的寬度可取為1.5t。為了便于螺桿旋入螺母，螺桿下端應(yīng)有倒角或制成稍小于d1的圓柱體。為了防止工作時螺桿從螺母中脫出，在螺桿下端必須安置鋼制擋圈(GB/T891-1986)，擋圈用緊定螺釘(GB/T68-2000)固定在螺桿端部。 1.6螺桿強度計算 對受力較大的螺桿應(yīng)根據(jù)第四強度理論校核螺桿的強度。強度計算方法參閱教材公式(5.28)，其中扭矩 式中：y為螺紋中徑處升角，為當(dāng)量摩擦角。 計 算 及 說 明 結(jié) 果 代入數(shù)值得： 根據(jù)第四強度理論校核螺桿的強度： 由表5-13取安全系數(shù)S=4，則許用應(yīng)力 ∴該螺桿滿足強度要求 1.7穩(wěn)定性計算 細(xì)長的螺桿工作時受到較大的軸向壓力可能失穩(wěn)，為此應(yīng)按穩(wěn)定性條件驗算螺桿的穩(wěn)定性。 Fcr / F 2.5 ~ 4 螺桿的臨界載荷Fcr與柔度λs有關(guān)，λs=m l/i m—螺桿的長度系數(shù)，與螺桿的端部結(jié)構(gòu)有關(guān) L—舉起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取l＝H+5t+(1.4~1.6)d I——螺桿危險截面的慣性半徑 當(dāng)螺桿的柔度λs＜40時，可以不必進行穩(wěn)定性校核。計算時應(yīng)注意正確確定。 危險截面面積A=pd12/4，螺桿危險截面的慣性半徑 螺桿的長度系數(shù) 螺桿承受扭矩 計 算 及 說 明 結(jié) 果 舉起重物后托杯底面到螺母中部的高度 ∴螺桿的柔度 螺桿的臨界載荷 （1） 螺桿危險截面的慣性矩 （2） 聯(lián)立（1）、（2）兩式，并代入數(shù)值得： ∴ ，螺桿滿足穩(wěn)定性要求 綜上可得：所選螺桿材料為45鋼，公稱直徑d=28mm，中徑d2=25.5mm，小徑d3=22.5mm，螺距t=5mm，線數(shù)n=1。 2. 螺母設(shè)計與計算 2.1選取螺母材料 螺母材料選用青銅：ZCuAl10Fe3，抗拉強度，由教材表5-12可知，滑螺旋副鋼—青銅的許用壓力。 2.2確定螺母高度H及螺紋工作圈數(shù)u 螺母高度 ∵ 螺紋實際工作圈數(shù) ∴ 螺紋圈數(shù)需要調(diào)整。 螺桿的耐磨性已相當(dāng)富裕，因此可以通過適當(dāng)降低螺母高度來調(diào) 螺桿材料為45鋼， d=28mm， d2=25.5mm， d3=22.5mm， t=5mm， n=1 螺母材料為ZCuAl10Fe3 計 算 及 說 明 結(jié) 果 整，故選 2.3校核螺紋牙強度 一般螺母的材料強度低于螺桿，故只校核螺母螺紋牙的強度。螺母的其它尺寸見圖1―3。必要時還應(yīng)對螺母外徑D3進行強度驗算。 根據(jù)教材表5-13，對于青銅螺母，這里取，根據(jù)教材式（5-48）得螺紋牙危險截面的剪切應(yīng)力為 ∴滿足要求 2.4 螺母壓入底座上的孔內(nèi)，圓柱接觸面間的配合常采用或等配合。為了安裝簡便，需在螺母下端（圖1―3）和底座孔上端（圖1―7）做出倒角。為了更可靠地防止螺母轉(zhuǎn)動，還應(yīng)裝置緊定螺釘（圖1―1）。 選取緊定螺釘規(guī)格：螺釘 GB/T 71 螺紋牙危險截面的剪切應(yīng)力： 緊定螺釘： 計 算 及 說 明 結(jié) 果 3. 托杯的設(shè)計與計算 托杯用來承托重物，可用鑄鋼鑄成，也可用Q235鋼模鍛制成，其結(jié)構(gòu)尺寸見圖1―4。為了使其與重物接觸良好和防止與重物之間出現(xiàn)相對滑動，在托杯上表面制有切口的溝紋。為了防止托杯從螺桿端部脫落，在螺桿上端應(yīng)裝有擋板。 壓力強度校核公式： 式中， 代入數(shù)值得， 選托杯材料： HT150 由經(jīng)驗公式得， ∵ ∴ 托杯滿足要求 4. 手柄設(shè)計與計算 4.1 手柄材料 手柄材料選用Q235鋼 4.2 手柄長度 板動手柄的力矩：KLp=T1+T2 ，則 式中：K——加于手柄上一個工人的臂力，間歇工作時，約為150～250N，工作時間較長時為100～150N，本題中選 T1——螺旋副間的摩擦阻力矩 計算 及 說 明 結(jié) 果 T2——托杯與軸端支承面的摩擦力矩 考慮螺桿頭部尺寸及工人握手距離，手柄實際長度還應(yīng)加上，取 綜上可得，手柄長度 由于手柄長度不能超過千斤頂，因此可以減小手柄的尺寸。 取，使用時可在手柄上另加套管。 4.3手柄直徑 把手柄看成一個懸臂梁，按彎曲強度確定手柄直徑dp，其強度條件為 ： 故 可以取 4.4 結(jié)構(gòu) 手柄插入螺桿上端的孔中，為防止手柄從孔中滑出，在手柄兩端面應(yīng)加上擋環(huán)（圖1―6），并用螺釘或鉚合固定。 5. 底座設(shè)計 底座材料常用鑄鐵（HT150及HT200）（圖1―7），鑄件的壁厚δ不應(yīng)小于8～12mm，為了增加底座的穩(wěn)定性，底部尺寸應(yīng)大些，因此將其外形制成1∶10的斜度。 圖中， 計 算 及 說 明 結(jié) 果 底座下墊物為木材，許用擠壓應(yīng)力 取 13