螺旋千斤顶计算说明书1

1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传动螺纹中有矩形螺纹，梯形螺纹以及锯齿形螺纹，由于矩形螺纹没有标准化，锯齿形螺纹只用于单向受力的螺纹连接或螺纹传动中，因此，选择梯形螺纹。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。1.2选择螺杆材料由于螺旋千斤顶受力不大，转速较低，因此可以选择使用45号钢。1.3确定螺杆直径螺旋千斤顶滑动螺旋传动时，其失效形式只要是螺纹磨损，因此滑动螺旋的主要尺寸通常根据耐磨条件确定。螺杆的中径为d2。设计公式是：][8.02PFd其中F为螺杆所受的轴向力，F=35kNΦ=H/d2，H为螺母高度。螺旋千斤顶是整体式螺母，由于磨损后不能调整间隙，为了使受力分布均匀，螺纹工作圈数不宜太多，故取Φ=1.2~2.5，此处取Φ=1.8.[p]为材料的许用压力，螺母一般选择青铜，查得在低速滑动螺旋是钢—青铜，[p]=18~25MPa，此处选择[p]=20MPa。代入公式得：mmmpFd94.2410208.110358.0][8.0632查机械设计课程设计手册，选择梯形螺纹的公称直径为d=32mm螺距t=P=6此时：中径d2=(32-3)mm=29mm≥24.94mm。小径d1=(32-7)mm=25mm螺母的高度H=φd2=1.8×29=52.2mm1.4自锁验算自锁条件是≤v式中：为螺纹中径处升角；V为当量摩擦角为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1°。查表得钢—青铜结合下，摩擦系数ƒ=0.09选取梯形螺纹螺杆选择45号钢F=35kNΦ=1.8[p]=20MPa公称直径d=32mm螺距t=P=6中径d2=29mm小径d1=25mm螺母的高度H=52.2mm276790.32961arctanarctan2dnP1323.515cos09.0arctancosarctanfV所以满足自锁条件。1.5结构，如图1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)，挡圈用连接螺钉(GB/T68-2000)固定在螺杆端部。连接螺钉公称直径为：0.25d=8mm选用开槽沉头螺钉：M8×16摩擦系数：ƒ=0.09螺纹中径处升角：=3.76790º当量摩擦角：V=5.323º图131.6螺杆强度计算螺杆工作时所受的扭矩为：2tan2dFTV=81205.66N•mm其中为螺纹中径处升角，V为当量摩擦角。212431dTFAca其中，F=35kN，A是螺杆危险截面的面积，214dA，mm2d1为外螺纹小径，d1=25mm因此σca=84.77MPa查机械设计课程设计手册的45号钢的屈服强度σs=355MPa，根据机械设计表5-13得，许用应力[σs]=σs/4=88.75因此σca[σs]，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，因此，在正常情况下，螺杆承受的轴向力F必须小于临界载荷Fcr：4~5.2FFcrFcr为螺杆临界载荷。其大小与柔度λs有关，λs=l/i为螺杆的长度系数，与螺杆的端部结构有关，查机械设计表5-14得，由于螺杆是一端固定，一端自由，因此：=2；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其中H为螺旋千斤顶最大升距，H=180mm所以：l=180+5×6+(1.4～1.6)×32mm=254.8～261.2mm，这里取l=260mmi为螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积A=d12/4，则41dAIi因此：i=25/4mm=6.25mm将数据代入公式得：λs=l/i=2×260/6.25=83.240因此需要进行稳定性校核。扭矩T=81205.66N•mm许用应力[σs]=88.75计算应力σca=84.77MPa长度系数=2最大升距H=180mm工作长度l=260mm惯性半径i=6.25mm柔度λs=83.24临界载荷：22lEIFcr其中：E为螺杆材料的拉压弹性模量，MPa，查机械设计课程设计手册表1-6得碳钢E=200~220GPa，此处取E=200GPa=2×105MPaI为螺杆危险截面的惯性矩，221mm76.1917464dI代入得，Fcr=139975.81N=139.97581kN。所以49993.33597581.139FFcr因此满足稳定性要求。2螺母的设计与计算2.1选取螺母材料螺旋千斤顶低速，重载，因此可以选青铜作为螺母材料。2.2确定螺母高度H及螺纹工作圈数u又上面1.3得螺母高度H=φd2=1.8×29=52.2mm，螺纹工作圈数u=H/t=52.2/6=8.710，满足要求实际螺纹圈数u′=u+1.5=10.2=11（圆整）此时实际螺母高度H=ut=11×6mm=66mm2.3校核螺纹牙强度螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，故只需要校核螺母螺纹牙强度。螺母其他尺寸见图2。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][62uDbFl式中：b为螺纹牙根处的厚度，对于梯形螺纹b=0.65P=3.9mml为弯曲力臂，l=(D-D2)/2，D为内螺纹的大径D=d+1=33mm，D2为内螺纹的中径D2=d-3=29mm，所以l=(D-D2)/2=2mm。[τ]为螺母材料的许用切应力，查机械设计表5-13，[τ]=35MPa[σb]为螺母材料的许用弯曲应力，查机械设计表5-13，取[σb]=50MPa。有公式得：τ=7.869MPa≤[τ]σ=24.214MPa≤[σb]因此满足螺纹牙强度要求。弹性模量：E=2×105MPaI=19174.76mm2临界载荷Fcr=139.97581kN螺母材料：青铜螺母理论高度H=52.2mm实际螺母高度H=66mm理论螺纹工作圈数u=8.7实际螺纹圈数u′=11螺纹牙根处厚度：b=3.9mm螺母大径D=33mm中径D2=29mm弯曲力臂l=2mm[τ]=35MPa[σb]=50MPaτ=7.869MPa≤[τ]σ=24.214MPa≤[σb]52.4螺母下端与底座配合尺寸与公差。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。D3=(1.6~1.8)D=52.8~59.4mm,取D3=55mmD4=（1.3~1.4）D3=71.5~77mm，取D4=75mma=H′/3=22mm采用78nH配合，基本尺寸D3=55mm，查标准公差表及基本偏差表得：对于底座上面的孔:046.0055855H对于螺母下端的轴：050.0020.055755n使用紧固螺钉为：螺钉GB/T70M8×20。3托杯的设计与计算托杯用来承托重物，选用Q235钢模锻制成，其结构尺寸见图3。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)(211212pDDFpD3=55mmD4=75mma=22mm孔:046.0055855H轴：050.0020.055755n图26D10=76.8~80mm，取80mm；D11=19.2~22.4mm，取20mm；由图1的：D13=54.4~60.8，取60mm，故D12=56~58，取58mm托杯高度取52mm；代入上面公式得：p=15.035MPa[p]满足条件。4．手柄设计与计算4.1手柄材料手柄材料选用Q235。4.2手柄长度Lp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。取K=150NT1——螺旋副间的摩擦阻力矩，由1.6的2tan2dFTV=81205.66N•mmT2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩，由表5-12，f取0.12T2=(D12+D11)fF/4=81900N•mm求得：Lp=1087.37mm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）mmD10=80mmD11=20mmD12=58mmD13=60mmp=15.035MPaK=150NT1=81205.66N•mmT2=81900N•mm图3图47故：Lp=1217.37mm≈1220mm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。螺旋千斤顶高度大约为L=(4~6)+H1+H′+(1.4~1.6)d+(1.4~1.6)d≈348mm所以取手柄长度为Lp=300mm，另加套管。4.3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，其计算公式为dp≥3Fp][1.0KL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。将K=150N，Lp=300mm代入得，dp=0.025m=25mm。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5），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6），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。H1=H+（14～28）mm=194~208mm，取H1=200mmD6=D3+（5～10）mm=60~65mm,取D6=60mmD7=D6+H1/5=100mm278][4DFDp=0.18m=180mm式中：[]p——底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取[]p=2~2.5MPa手柄长度：Lp=300mm手柄直径dp=25mmH1=200mmD6=60mmD7=D6+H1/5=100mmD8=180mm图58图69参考文献[1]吴宗泽、罗圣国.机械设计课程设计手册[M].第3版.北京:高等教育出版社,2006.[2]濮良贵、纪名刚.机械设计[M].第8版.北京:高等教育出版社，2005