机械设计--千斤顶的设计2

螺旋千斤顶的设计说明——机械设计课程作业姓名班级学号设计完成日期:2008年10月17日指导教师：北京林业大学2008年10月17日一.螺杆的设计与计算（1）螺杆螺纹类型的选择（2）选取螺杆材料（3）确定螺杆直径（4）自锁验算（5）结构螺纹有矩（方）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α=300，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GB5796.1—86的规定。螺杆材料：合金钢（40MnB）并进行调制处理（查表得：[p]=20Mpa,σs=785Mpa,取Ф=3）按耐磨性条件确定螺杆中径设作用于螺旋轴向力为F，螺纹承压面积为A，螺纹中径为d2，螺纹工作高度为h，螺纹螺距为P，螺母高度为H，螺纹工作圈数为u=H/P，则螺纹工作面上的耐磨条件为P=F/A=F/(πd2hu)=(πd2Hh)≤[p]令υ=H/d2,H=Φ*d2对于梯形螺纹，h=0.5P，则d2≥0.8sqrt(F/υ[p])选取第一种方案，即F=20KN，Φ值一般选取1.2~3.5，取Φ=2，则d2≥17.88，选取d2=20mm,螺距P=4mm自锁条件是ψ≤υv式中：ψ为螺纹中径处升角；υv为摩擦角（非矩形螺纹应为当量摩擦角υv=arctanfv，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比摩擦角小1°，即υv－ψ≥l°由于千斤顶在承载重物时应具有自锁性，所以需要校核螺旋副是否满足自锁条件：对称牙型的牙侧角β=α/2=15°，螺杆摩擦系数f=0.1螺旋副的当量摩擦角为ψv=arctan（f/cosβ）=arctan0.1/cos15°=5.91°升角为：ψ=arctan（np/πd2）=3.64°，υv－ψ≥l°所以螺旋副自锁条件满足。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小，其值可查手册按退刀槽规范确定。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，挡圈用选用梯形螺纹合金钢（40MnB）螺纹中径为d2=20mm，螺距P=4mm螺旋副自锁条件满足dk≥dp十0.5mm=25.6mmd4=20mm螺钉固定在螺杆端部。（6）螺杆强度计算（7）稳定性计算二、螺母设计与计算（1）选取螺母材料（2）确定螺母高度H及螺纹工作圈数u（3）校核螺纹牙强度由于螺杆工作时时承受轴向压力F和扭矩T的作用，螺杆危险截面上既有压缩应力，又有切应力。因此，校核螺杆强度时，应根据第四强度理论校核其强度：螺纹危险截面面积A为：A=πd12/4=3.14*（20-1.5）2/4=1075mm2螺杆所受转矩T：T=F·tan(ψ+ψv)d2/2=2*104tan(3.64°+5.91°)*0.02/2=33.6Nm根据第四强度理论σca=1/A*sqrt(F2+3(4T/d1)2)=22MPa≤[σ]（[σ]=σs/3~5）所以螺杆强度满足要求。由于螺杆在支撑重物时工作长度最长，长度系数u=0.5，L=150mm，螺杆柔度为：λ=μL/i=16.2式中，μ为螺杆的长度系数，L为螺杆的总长度，i为螺杆危险截面惯性半径，i=d1/4=4.625mmλ40，所以不必进行稳定性校核所以螺杆的稳定性满足条件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。该千斤顶的螺母选用青铜。螺母高度H=Φ*D2=40mm，螺纹工作圈数u=H/P=40/4=10由于螺纹牙的多发生剪切和挤压破坏，且螺母材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹牙的强度。剪切强度条件为：τ=F/(πDbu)=2*104/(3.14*27.7*2.6*10)=8.8Mpa[τ]其中u=H/P=40/4=10b=0.65p=2.6弯曲强度条件为：σ=6Fl/(πDb2u)=2*104*6*0.15/3.14*27.7*2.62*10=30.6Mpa[σb]所以螺母螺纹牙满足强度强度条件。螺杆强度满足要求螺杆的稳定性条件满足青铜H=40mmu=10螺母螺纹牙满足强度强度条件（4）紧定螺钉的选取三、托杯的设计与计算螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面问的配合常采用78rH或78nH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。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)(211212DDFp=4*2*104/3.14*(229.127.38)=18.5MPa≤[p]=25MPa式中：[p]——许用压强，应取托杯与螺杆材料[p]的小者。12D=13D-2,13D=1.8d,d=21.5mm托杯用铸钢铸成，接触面间的压力强度满足要求四、手柄设计与计算（1）手柄材料（2）手柄长度（3）手柄直径dp（4）结构五、底座设计Q235F·Lp=T1+T2则FTTLp21T1=Fcosψfd2/2=20NmT2=fF12D/2=36.7Nm10D=2.5d=2.5*21.5=53.75mmpL(20+36.7)/150=0.378m式中：F——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T2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩手柄计算长度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2D13+（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。手柄实际长度为pL+2D13+（50～150）=0.5m把手柄看成一个悬臂梁按弯曲强度确定其直径dp，按弯曲强度条件，手柄弯曲应力3ppFd1.0L·F≤[σ]F故dp≥3][1.0·FFLp=18.4mm式中：[σ]F——手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q235时，[σ]F=120Mpa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。底座材料常用铸铁（HT150及HT200）（图1—7），铸件的壁厚δ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。底座材料常用铸铁（HT150及HT200）（图1—7），铸件的壁厚δ不应小于8～12mm，为了增加底座的稳定性，底部尺寸应大些，因此将其手柄实际长度为0.5m手柄直径dp为18.4mm见图示外形制成1∶10的斜度。图中H1=l+（14～28）=170mmD3=1.7D=1.7*27.7=47mmD6=D3+（5～10）=55mmD7=D6+5H1=89mmD8=23][4DFp式中：[σ]p——底座下枕垫物的许用挤压应力。