螺旋千斤顶设计说明书

螺旋千斤顶设计计算说明书院系工程技术学院专业年级机械设计制造及其自动化设计者指导教师成绩2013年12月6日2目录1螺旋千斤顶设计任务书……………………………………………32作业目的……………………………………………………………43螺旋千斤顶的设计…………………………………………………43.1螺杆的设计与计算………………………………………………53.2螺母设计与计算…………………………………………………83.3托杯的设计与计算………………………………………………103.4手柄设计与计算…………………………………………………103.5底座设计…………………………………………………………113一、螺旋千斤顶设计任务书学生姓名专业年级2011级机械设计制造及其自动化设计题目：设计螺旋千斤顶设计条件：1、最大起重量F=30kN；2、最大升距H=170mm。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：年月日4二、螺旋千斤顶的设计千斤顶一般由底座1，螺杆4、螺母5、托杯10，手柄7等零件所组成（见图1―1）。螺杆在固定螺母中旋转，并上下升降，把托杯上的重物举起或放落。设计时某些零件的主要尺寸是通过理论计算确定的，其它结构尺寸则是根据经验公式或制造工艺决定的，必要时才进行强度验算。设计的原始数据是：最大起重量F=30kN和最大提升高度H=170mm。螺旋千斤顶的设计步骤如下：5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，常用的是梯形螺纹。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，工艺性好，牙根强度高，对中性好，所以选择梯形螺纹，基本牙形按GB/T5796.1—2005的规定。1.2选取螺杆材料螺杆材料选择45号钢，查表可知σs=355MPa、σb=600MPa。1.3确定螺杆直径由耐磨性条件确定螺杆中径d2。该螺纹为梯形螺纹，则可知][8.02pFd因选用梯形螺纹且螺母兼作支承，取.03。查表可知，滑动螺旋副钢—青铜的许用压力a15][MPp代入数据，得mmd.72015.03300008.02根据螺杆中径mmd7.202,按照GB/T5796.2-2005标准，选取螺杆的公称直径mmd28，螺距mmt5，线数1n，螺旋副的摩擦系数09.0f，螺旋角122。1.4自锁验算自锁条件是≤v。式中：为螺纹中径处升角；v为当量摩擦角（当量摩擦角计算得：mmd7.202查表得：mmd28mmt51n09.0f6计算及说明结果v=arctanv，为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1°。)2814.351arctan(arctan2dnp3°15'18″12cos09.0arctancosarctanfv5°19'23″∴v1°∴满足自锁条件1.5结构（见图1―2）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)，挡圈用紧定螺钉(GB/T68-2000)固定在螺杆端部。1.6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(5.28)，其中扭矩式中：为螺纹中径处升角，v为当量摩擦角。18'15323'195v。2)tan(2dFTv7计算及说明结果代入数值得：23'195vmNTdFTv70.572255.00)2319518153tan(300002)tan(2根据第四强度理论校核螺杆的强度：MPadTFAWTAFTca49.755.227.5743300005.2214.34431332222122222由表5-13取安全系数S=4，则许用应力MPaMPaScaS49.7588∴该螺杆满足强度要求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。Fcr/F2.5~4螺杆的临界载荷Fcr与柔度λs有关，λs=l/i—螺杆的长度系数，与螺杆的端部结构有关L—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)dI——螺杆危险截面的惯性半径当螺杆的柔度λs＜40时，可以不必进行稳定性校核。计算时应注意正确确定。危险截面面积A=d12/4，螺杆危险截面的惯性半径mmdAIi74螺杆的长度系数2螺杆承受扭矩mNT0.7578计算及说明结果举起重物后托杯底面到螺母中部的高度mmdtHl237285.1551705.15∴螺杆的柔度1.76772372ils螺杆的临界载荷2)(2lEIFcr（1）螺杆危险截面的惯性矩644dI（2）联立（1）、（2）两式，并代入数值得：kNFcr.6272∴4~5.2.1930.6272FFcr，螺杆满足稳定性要求综上可得：所选螺杆材料为45钢，公称直径d=28mm，中径d2=25.5mm，小径d3=22.5mm，螺距t=5mm，线数n=1。2.螺母设计与计算2.1选取螺母材料螺母材料选用青铜：ZCuAl10Fe3，抗拉强度MPa490b，由教材表5-12可知，滑螺旋副钢—青铜的许用压力MPap15。2.2确定螺母高度H及螺纹工作圈数u螺母高度mmmmdH5.765.250.3'2∵螺纹实际工作圈数108.165.155.765.1''tHu∴螺纹圈数需要调整。螺杆的耐磨性已相当富裕，因此可以通过适当降低螺母高度来调mml237kNFcr.6272螺杆材料为45钢，d=28mm，d2=25.5mm，d3=22.5mm，t=5mm，n=1螺母材料为ZCuAl10Fe3mmHu50'10'，9计算及说明结果整，故选mmHu50'10'，2.3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。根据教材表5-13，对于青铜螺母MPa40~30][，这里取MPa30][，根据教材式（5-48）得螺纹牙危险截面的剪切应力为][0.51010565.02814.330000MPaDbuF∴满足要求2.4螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面间的配合常采用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）。选取紧定螺钉规格：螺钉GB/T71165M螺纹牙危险截面的剪切应力：MPa12.6紧定螺钉：165M10计算及说明结果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，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。压力强度校核公式：4)DD(211212Fp式中，mmdDD7.443288.138.131312mmdD.619287.07.011代入数值得，MPap2.520选托杯材料：HT150由经验公式得，MPapb).572~58(145)5.0~4.0()5.0~4.0(][∵pp∴托杯满足要求4.手柄设计与计算4.1手柄材料手柄材料选用Q235钢4.2手柄长度pL板动手柄的力矩：K·Lp=T1+T2，则KTTL21p式中：K——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，本题中选NK200T1——螺旋副间的摩擦阻力矩NdFTv0.7572)tan(2mmD7010mmD.61911mmD.44712mmD.45013MPap2.52011计算及说明结果T2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩mNfFDDT25.2454/3000009.0.619.4474/)(11122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mmD)150~50(213，取mmmmD.2105)802(13综上可得，手柄长度mmDKTTLp620.21051000200225.4570.578021321由于手柄长度不能超过千斤顶，因此可以减小手柄的尺寸。取mmLp280，使用时可在手柄上另加套管。4.3手柄直径pd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：FKL][d1.03ppF故mmKLdFpp1.7161201.0280200][1.033可以取mmdp184.4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。5.底座设计底座材料常用铸铁（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。图中，mmHH19020170201mmDDD.6558287.187.1836mmLp280mmdp18mmH1901mmD.655612计算及说明结果mmHDD.6935190.6555167底座下垫物为木材，许用挤压应力MPap5.2~2mmDFDp4.91666.93230000442782取mmD1678mmD.6937mmD1678