螺旋千斤顶设计说明书

1螺旋千斤顶设计计算说明书院系年级设计者2010年10月31日螺旋千斤顶设计任务书2学生姓名专业年级设计题目：设计螺旋千斤顶设计条件：1、最大起重量F=40kN；2、最大升距H=200mm。设计工作量：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；编写设计计算说明书一份。千斤顶设计计算和说明3计算及说明结果1螺杆的设计与计算1.1螺杆螺纹类型的选择螺纹有矩形、梯形与锯齿形，在这里采用的是梯形螺纹。梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙型角α=30º，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动,由于千斤顶需要上下升降，故选梯形螺纹，它的基本牙型按GB/T5796.1—2005的规定。1.2选取螺杆材料按题目要求螺杆材料采用35#，45#，40Cr。此题选45钢。1.3确定螺杆直径按照耐磨性的条件确定螺杆中径d2。求出d2后，按标准选取相应公称直径d、螺距p及其它尺寸：d2≥phFp根据题目要求=1.2～2.5，取=1.5；h=0.5p；查教材表[5.12]，[p]取18～25Mpa可得，d2≥phFp=pF5.0=6310245.114.35.01040m经查机械设计手册，d取30mm，则p=6mm，d1=23mmd4=31mmd2=27mm选梯形螺纹选45钢[p]取24Mpad=30mmp=6mmd1=23mmd4=31mmd2=27mm4螺旋副受力1.4自锁验算自锁条件是≤ψv，式中：为螺纹中径处的升角；ψv为当量摩擦角（当量摩擦角ψv=arctanfv，为保证自锁，查教材表[5.12]P97,fv在0.08～0.10之间，故，fv取0.09=arctan(np/d2)=arctan（16/3.1427）ψv=arctan0.09故，≤ψv1.5结构如下图:ψv=5.14°=4.05°5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约小0.2~0.5mm。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(GB/T891-1986)，挡圈用6紧定螺钉(GB/T68-2000)固定在螺杆端部。其中：1.5t=10.5mmD13=(1.7~1.9)d=1.8×30=54mm(1.4~1.6)d=1.5d=45mmH1+H`=200+54+=254mm0.25d=7.5mm1.6螺杆强度计算对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度。强度计算方法参阅教材公式[5-47],P9721243AdTAF≤[],A=2141d其中扭矩=40×103tan(5.14°+4.05°)×310227式中：为螺纹中径处的升角，ψv为当量摩擦角。查手册，45钢，s=355MPa[]=4~3s=3s=3355查手册表，d1=23mm故，2332233102314.346.87443102314.310404=58.9≤[]=88.8MPa1.7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。T=87.46N·ms=355Mpa[]=88.8MPa2)tan(2dFTvψ7Fcr/F2.5~4螺杆的临界载荷Fcr与柔度λs有关，λs=l/i，为螺杆的长度系数，与螺杆的端部结构有关，l为举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为螺杆危险截面的惯性半径，若,危险截面面积A=d12/4，则41dAIi(I为螺杆危险截面的轴惯性矩)当螺杆的柔度λs＜40时，可以不必进行稳定性校核。计算时应注意正确确定。1.7.1计算柔度（1）计算螺杆危险截面的轴惯性矩I和iI=6441d=64103014.34341dAIi=410303（2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度ll＝H+3p+(1.4~1.6)d=200+3×6+1.5×30(3)计算柔度查教材，取2(一端固定，一端自由)查手册表1-6，E取200GPaλs=l/i=33105.71033521.7.2稳定性计算（1）计算临界载荷FcrI=3.97×10-8m4i=7.5×10-3ml=335mm=2E=200GPaλs=89.3340Fcr=155.30×103NFFcr=3.88在：由手柄确定：取：工作行程44323221215~10)5.1~2.1(6.0)5.1~1()7.1~6.1()3~2(dmmbblddDldDPllll8Fcr=23892221035521097.31020014.3lEI(2)稳定性计算3310401030.155FFcr2.螺母设计与计算2.1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。2.2确定螺母高度H及螺纹工作圈数u螺母高度H=φd2，螺纹工作圈数pHu，考虑退刀槽的影响，实际螺纹圈数u=u+1.5(u应圆整)。考虑到螺纹圈数u越多，载荷分布越不均，故u不宜大于10，否则应改选螺母材料或加大d。螺母高度由下式计算：H=up。2.2.1求螺母高度HH=φd2=1.5×30×10-32.2.2螺纹工作圈数upuHu=u+1.5=7.5+1.5u应圆整,u取92.2.3螺母实际高度H2.5~4之间选青铜H=45mmu=7.510u=9.0H=54mm9H=up=9×6=54mm2.3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。必要时还应对螺母外径D3进行强度验算。2.3.1螺纹牙的剪切强度和弯曲强度计算螺纹牙的剪切强度和弯曲强度条件分别为：budF1；bubdFh213查教材，b=0.65p（梯形螺纹），h=0.5pb取30-40Mpa,b取40-60Mpa故，budF1=pudF65.01=910665.0103014.31040333=12.1MPaubdFh213=updpF2165.05.03=910665.0103014.31065.01040323333=27.9Mpa2.4安装要求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12.130-40Mpa27.940-60Mpa合格10钉（图1―1），紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为6～12mm。2.4.1螺母的相关尺寸计算查手册D=d1+1=31mm内螺纹小径D1=d1-7=23mmD3=(1.6~1.8)D=1.7×31D4=(1.3~1.4)D3=1.3×70H′=63mma=H′/3=63/3=21mm3.托杯的设计与计算3.1托杯的尺寸计算托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，ZG230-450，其结构尺寸见下图。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)DD(211212Fp≤[p]（式1-1）式中：[p]——许用压强，应取托杯与螺杆材料[p]的小者。D3=52.7mm圆整D3=53mmD4=69mma=21mmD10=73.5mmD11=19.5mm11D10=(2.4～2.5)d1=2.4530D11=(0.6～0.7d1=0.6530D13=(1.7～~1.9)d1=1.830D12=D13-(2~4)故4)DD(211212Fp≤[p]([p]23Mpa)=4)0195.0051.0(14.310402234.手柄设计与计算4.1手柄材料常用Q235和Q215。4.2手柄长度L板动手柄的力矩：P·L=T1+T2则PTTL21（式1-2）式中：P——加于手柄上一个工人的臂力，间歇工作时，约为300N～400N，T1——螺旋副间的摩擦阻力矩，D13=54mmD12=51mmp=22.9MPa[p]合格选Q235T1=87.36N·m12=40×103tan(5.14°+4.05°)×310227T2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩，T2=(D12+D11)fF/4。(f查手册取0.15)=(51+19.5)×0.15×40/4则PTTL21=3503.4236.87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。因此，手柄实际长度`pL=pL+254+1004.3手柄直径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3ppFd1.0KL≤[]F（式1-3）故dp≥3Fp][1.0KL≥36101201.069.0230=23.6mmdp取25mm式中：[]F——手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q215和Q235时，[]F=120Mpa。T2=42.3N·m`L=370mm由于力臂越长越省力故L取`L=500dp=25mm。2)tan(21dFTv134.4结构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。图中尺寸：31dp=8.3mmdp+(6～8)=dp+8=33mm5.底座设计底座材料常用铸铁（HT150及HT200），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∶13的斜度。底座结构及尺寸如图1―7MPaDbLLLDmmLbDDHLbaL105.1,,103'6'4'4'3'5'3'3'2'1〕＝，〔：有地面挤压强度确定：由斜度确定离地最低位置时：由螺杆确定，螺杆在141-7图中b取12H1=H+18～25=200+20=220mmH-a=40.5-21=19.5mmD'2=D4+1(查手册)=30+1d1=D4D6=D3+（5～10）mm=54+6D'5=D6+51H=70+5220D'6=26pD][π4F=231141014.310404式中：[]p——底座下枕垫物的许用挤压应力。对于材料，取[]p=10MPa。H1=220mmD=31D6=70mmD'57=114mm圆整D'6134mm在这取196mmbDDmmDDmmb2115/1~12/115~12'2'14'2斜度：壁厚：15