螺旋千斤顶设计大作业

螺旋千斤顶设计任务书学生姓名陈嵩专业年级10级车辆工程设计题目：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=190mm。设计工作量：1、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；2、编写设计计算说明书一份。指导教师签名：2012年月螺旋千斤顶设计计算说明书院系工程技术学院专业年级2010级车辆工程设计者陈嵩指导教师李华英成绩2012年12月13日螺旋千斤顶设计计算说明书1目录1．螺杆的设计与计算………………………………………………………………21.1螺杆螺纹类型的选择………………………………………………………21.2选取螺杆材料………………………………………………………………21.3确定螺杆直径………………………………………………………………21.4自锁验算……………………………………………………………………31.5结构…………………………………………………………………………31.6螺杆强度校核………………………………………………………………51.7螺杆的稳定性计算…………………………………………………………62.螺母设计与计算…………………………………………………………………72.1选取螺母材料………………………………………………………………72.2确定螺母高度H及螺纹工作圈数u………………………………………72.3校核螺纹牙强度……………………………………………………………82.4结构要求……………………………………………………………………93.托杯的设计与计算………………………………………………………………94.手柄设计与计算………………………………………………………………114.1手柄材料……………………………………………………………………114.2手柄长度Lp………………………………………………………………114.3手柄直径dp………………………………………………………………124.4结构…………………………………………………………………………125.底座设计………………………………………………………………………13螺旋千斤顶设计计算说明书2设计与说明结果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，常用的是梯形螺纹。螺纹选用梯形螺纹。梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角α=30º，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GB/T5796.1—2005的规定。1.2选取螺杆材料螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。选择45钢。1.3确定螺杆直径根据教材式（5-42)得][2phFPd对于梯形螺纹，h=0.5P，则][8.02pFd对于整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，为使受力分布比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故取5.2~2.1，此处取2.1。因为千斤顶的螺杆和螺母的相对滑动速度为低速，查表5-12，取[p]=18MPa。故mmmmd43.34182.110408.032由课程设计手册，查标准GB/T5796.2-2005与GB/T5796.3-2005，得公称直径d=40mm螺距P=7mm内螺纹大径D=41mm螺纹：梯形螺纹螺杆材料：45钢d=40mmP=7mmD=41mm螺旋千斤顶设计计算说明书3外螺纹小径d1=32mm内螺纹小径D1=33mm内外螺纹中径d2=D2=36.5mm1.4自锁验算对传力螺旋传动来说，一般应确保自锁性要求，以避免事故。螺旋副的自锁条件为vvffarctancosarctan式中：为螺纹升角；v为当量摩擦角；vf为螺旋副的当量摩擦系数，f为摩擦系数，为牙侧角。根据材料和滑动速度查表5-12，取09.0f，对于牙型角30的等腰梯形螺纹，其牙侧角152，则49.35.3671arctanarctan2dnP32.515cos09.0arctancosarctanfv因为32.4149.3v，所以自锁性可以保证。1.5结构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，由后计算可知dp=27mm，所以取dk=28mm。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，取d4=d1-0.5=31.5mm。退刀槽的宽度可取为1.5p。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)，挡圈用紧定螺钉(GB/T68-2000)固定在螺杆端部。d1=32mmD1=33mmd2=36.5mmD2=36.5mm49.332.5vdk=28mmd4=31.5mm螺旋千斤顶设计计算说明书4如图1-2，则有退刀槽宽度1.5P=10.5mmD13=(1.7~1.9)d=68~76mm，取D13=70mm(1.4~1.6)d=56~64mm，取1.5d即60mmH+H=190+56=246mm(H为后面计算得）螺钉外径0.25d=10mm挡圈外径d+(6~10)=46~50mm1.5P=10.5mmD13=70mm1.5d=60mmH+H=246mm螺旋千斤顶设计计算说明书5根据GB/T891-1986，选取挡圈GB/T891B50，公称直径D=50mm，H=5mm根据GB/T68-2000，选取螺钉GB/T68M6×16，螺纹规格d=M6，公称长度l=16mm1.6螺杆强度校核对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度。其强度条件为212431dTFAca其中扭矩式中：为螺纹中径处升角，v为当量摩擦角。mmNmmNT4.11314025.36)32.549.3tan(40000挡圈：GB/T891B50螺钉：GB/T68M6×16T=113140.4N·mm。2)tan(2dFTv螺旋千斤顶设计计算说明书6因为45钢的屈服强度MPas350，取安全系数S=4，故：MPaMPaSs5.874350][222212.8043244mmmmdA则][3.58324.11314043400002.804122MPaca满足强度条件。1.7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。scrscSFFS/式中：scS为螺杆稳定性的计算安全系数；sS为螺杆稳定性安全系数，对于传导螺旋0.4~5.2scS；crF为螺杆的临界载荷，N。螺杆的临界载荷crF与柔度ss有关ils/式中：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dpHl)6.1~4.1(5；i为螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积4/21dA，则41dAIi（I为螺杆危险截面的轴惯性矩）当螺杆的柔度40s时，可以不必进行稳定性校核。螺杆一端固定，一端自由，则长度系数00.2mmmml289~281]40)6.1~4.1(75190[，取mml285MPas350MPa5.87MPaca3.58mml285螺旋千斤顶设计计算说明书74444185.51471643264mmmmdImmmmdi843241则，4025.7182852il所以需要进行稳定性校核。临界载荷crF可按欧拉公式计算，即22lEIFcr式中：E为螺杆材料的拉压弹性模量，MPaE51006.2。所以有NNFcr26.322097285285.514711006.2252405.84000026.322097scS所以，满足稳定性条件。2螺母的设计与计算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，其内孔浇注青铜或巴氏合金。这里选用螺母材料为ZCuSn10Pl。2.2确定螺母高度H及螺纹工作圈数u螺母高度mmmmdH8.435.362.12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。螺纹工作圈数1026.678.43PuHNFcr26.32209705.8scS螺母材料：ZCuSn10Pl螺旋千斤顶设计计算说明书8考虑退刀槽的影响，实际螺纹圈数u=u+1.5(u应圆整)。所以，u=u+1.5=6.26+1.5=7.76圆整得，u=8螺母高度H=uP=8×7mm=56mm2.3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。螺纹牙危险截面的剪切强度条件为][DbuF螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为][62buDbFl式中：b为螺纹压根部的厚度，mm，对于矩形螺纹，对于梯形螺纹，b=0.65P，P为螺纹螺距；l为弯曲力臂，mm，22DDl；为螺母材料的许用切应力，MPa；b为螺母材料的许用弯曲应力，MPa。因为螺母材料为青铜，查表知其=30~40MPa，b=40~60MPa，取=35MPa，b=50MPa。mmmmmmlmmb25.225.364155.4765.0带入校核公式：][31.25855.44125.2400006][53.8855.4414000022bMPammmmmmNMPammmmN满足强度条件。u=8H=56mmMPaMPa31.2553.8配合：78rH螺旋千斤顶设计计算说明书92.4结构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，这里选择78rH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。选用紧定螺钉GB/T71M6×25。mmammmmHaDmmDDmmDmmDD1967.183/563/mm9598~91)4.1~3.1(708.73~6.65)8.1~6.1(43433，取，取，取3托杯的设计与计算托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用Q235钢模锻制成，此处选用Q235钢。托杯的结构尺寸见图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，在托杯上表紧定螺钉：GB/T71M6×25mmD703mmD954mma19托杯材料：Q235钢螺旋千斤顶设计计算说明书10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。由图1—4可得：托杯厚度mm12~8，取mm10杯底厚度为mm133.1沟纹宽度mm155.1沟纹深度mm52/托杯高度mmd72~60)8.1~5.1(，取托杯高度为70mm挡圈选用GB/T892B32，其公称直径D=32mm，H=5mm；挡圈用GB/T67M6×16的开槽盘头螺钉固定。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(211212pFp式中：[p]为许用压强，应取托杯与螺杆材料[p]的小者。查表得，Q235钢的许用压强[p]为225MPa，45钢的许用压强[p]为570MPa，故用托杯材料来进行压力强度校核，即取[p]=225MPa。根据图1-4，相关尺寸为mm6668~66)4~2(mm2528~24)7.0~6.0(100100~96)5.2~4.2(12131211111010