螺旋千斤頂設計計算說明書.docx

螺旋千斤頂設計計算說明書精04 張為昭 2010010591目錄一、 基本結構和使用方法-3二、 設計要求-3三、 基本材料選擇和尺寸計算-3（一） 螺紋材料和尺寸-3（二） 手柄材料和尺寸-8（三） 底座尺寸-9四、 主要部件基本尺寸及材料-9五、 創(chuàng)新性設計-9一、 基本結構及使用方法要求設計的螺旋千斤頂主要包括螺紋舉升結構、手柄、外殼體、和托舉部件幾個部分，其基本結構如下圖所示：該螺旋千斤頂的使用方法是：將千斤頂平穩(wěn)放在木質支承面上，調整千斤頂托舉部件到被托舉重物合適的托舉作用點，然后插入并雙手或單手轉動手柄，即可將重物舉起。二、 設計要求（1） 最大起重量：；（2） 最大升距：；（3） 可以自鎖；（4） 千斤頂工作時，下支承面為木材，其許用擠壓應力：；（5） 操作時，人手最大可以提供的操作約為：。三、 基本部件材料選擇及尺寸計算（一） 螺紋材料和尺寸 考慮到螺旋千斤頂螺紋的傳力特性選擇的螺紋類型為梯形螺紋。（1） 材料選擇千斤頂螺桿的工作場合是：經常運動，受力不太大，轉速較低，故材料選用不熱處理的45號鋼。千斤頂螺母的工作場合是：低速、手動、不重要，故材料選用耐磨鑄鐵HT200。（2） 螺桿尺寸設計螺旋副受力如下圖所示：1、 耐磨性設計由上圖螺旋副的受力分析可知，螺紋傳動在旋合接觸表面的工作壓力為：其中，軸向載荷：。螺紋高：，由選擇螺紋的公稱直徑確定。為了方便滿足自鎖性要求，采用單頭螺旋，一般旋合圈數：。為方便計算，設螺紋參數中間變量：高徑比。耐磨性的要求是：其中為滿足耐磨性條件時螺紋副的許用壓力。對于鋼-鑄鐵螺紋螺母材料，由于千斤頂的工作速度較低，可認為滑動速度不大于3m/s。千斤頂中螺母為整體結構，螺母磨損后不能調整，但螺母兼作支承作用，故設計時可先認為，則可取此時的許用壓力為17MPa。由螺旋副接觸表面壓力公式及耐磨性公式得到耐磨性設計公式：對梯形螺紋，代入上式求得：查國標選梯形螺紋為公稱直徑d為Tr36，導程P為10mm，中徑滿足要求。代入高徑比計算公式：求得實際旋和圈數Z=7.75。 故暫定螺紋尺寸是公稱直徑d為Tr36，導程P為10mm，旋合圈數Z=7.75。2、 強度設計 已知最大載荷為25kN，則在載荷最大時，螺桿受到扭矩：其中螺紋中徑：；螺紋升角：；當量摩擦角：；當量摩擦系數：。由于螺桿螺母為鋼鑄鐵材料，考慮到千斤頂既有穩(wěn)定自鎖，又有上升運動過程，故取摩擦系數f=0.14。又由于采用梯形螺紋，故牙型角。聯立以上各式解得螺桿受到的最大扭矩：已知小徑：，則由第四強度理論，危險截面應力： 已知45號鋼屈服強度為355MPa，載荷穩(wěn)定故取許用當量應力： 則有：，即已選定螺紋可以達到強度條件。3、 自鎖性設計 千斤頂由于其用途，要求具有自鎖功能。由于自鎖是針對停止狀態(tài)所說，故摩擦系數f可取較大值0.14，由強度設計中的計算結果，此時當量摩擦角：大于螺旋升角：，所以自鎖性條件可以滿足。4、 穩(wěn)定性設計穩(wěn)定性條件：由于千斤頂為傳力螺旋，故取安全系數S=3.5。由千斤頂結構，螺桿端部結構為一端固定，一自由式支承，長度系數為2.0。要求最大升距為200mm，由裝配圖測量得到此時從支承螺母中心到千斤頂頂部的等效長度L為325mm，螺桿的柔度：已知使用45號鋼且不做熱處理，則臨界載荷：故穩(wěn)定性條件可以滿足。 綜上所述，螺桿選擇Tr36，導程P=10mm即可滿足設計條件。（3） 螺母尺寸設計由螺桿中的設計，將旋和圈數Z定為7.75。一般來說螺母只需校核螺紋牙即可，而且由于螺母材料為鑄鐵，強度小于螺桿材料，故只需要校核螺母螺紋牙的剪切強度、彎曲強度和抗擠壓強度即可，螺桿上的螺紋牙強度則不用校核。螺母螺紋牙受力如下圖所示：1、 剪切強度校核剪切強度條件：其中旋合圈數：Z為7.75；螺紋公稱直徑：;螺紋牙根部厚度：b=0.65P=6.5mm。耐磨鑄鐵許用剪切應力取為：。代入各項數據得上述剪切強度不等式成立，即剪切強度滿足要求。2、 彎曲強度校核彎曲強度條件：其中牙高：h=5.5mm；耐磨鑄鐵許用彎曲應力取為：。代入各項數據得上述彎曲強度不等式成立，即彎曲強度滿足要求。3、 抗擠壓強度校核由螺母螺紋牙受力圖可得平均擠壓應力： 已知螺母許用擠壓應力：，顯然滿足 的抗擠壓強度準則。4、 螺母外部尺寸設計由基本結構圖可以看到，螺母的外部形狀可以看作是兩個半徑不同的同心圓柱連接在一起，這樣設計的目的是保證螺母的定位。為了保證千斤頂的正常工作，需要設計這兩個圓柱的尺寸以使其在工作中不會失效。由前述計算已知的螺母尺寸為：H=ZP=77.5mm，圓整后高度H=78mm，內螺紋大徑。設螺母外部形狀：小圓柱外徑為，大圓柱外徑為及小圓柱的高度為未知待求。為防止大圓柱與千斤頂殼體的接觸面被壓壞，需要滿足：對耐磨鑄鐵HT200，許用的抗壓應力,最后設計大圓柱外徑為： 為了防止大圓柱突出部分被剪斷，需要滿足：對耐磨鑄鐵許用剪切應力為40MPa，最后設計小圓柱高度為： 綜上所述，螺旋千斤頂的螺紋選為公稱直徑d為Tr36,導程P=10mm。此時螺母高度H=78mm，螺母外部小圓柱外徑60mm，高60mm，大圓柱外徑80mm。小圓柱表面與外殼體之間有基軸制配合關系，故選其公差帶為h7。查標準得：所選螺紋配合為中等旋合長度。由于千斤頂為中等精度機械設備，故查標準得內螺紋公差帶為6H，外螺紋公差帶為6g。螺母外部小圓柱裝配時對精度要求不高，圓柱度公差取為9。螺母外部小圓柱與內部螺孔需要有一定同軸度以保證千斤頂工作正常，但形位度要求不高，取同軸度公差為9。螺母外部小圓柱軸線與大圓柱和外殼體的接觸面還有垂直度的要求，也取公差為9。整個螺母接觸面都較重要，表面粗糙度Ra值選為3.2，未接觸面Ra可選為12.5以降低加工成本。（二）手柄材料及尺寸（1） 材料選擇 綜合考慮成本和強度，手柄的材料選用普通未經熱處理的45號鋼。（2） 長度設計由螺桿的強度設計可知，手柄需要提供最大97.408Nm的扭矩，則手柄的有效作用長度應為：在實際設計中，由于手柄還要滿足插入螺桿上部接頭的要求，同時考慮 到千斤頂本身運動部件具有摩擦力，因此實際設計長度還要在此長度上加上一部分，最終應設計長度為520mm。（3） 直徑設計手柄在操作時會受到剪力和彎矩的作用，最大操作力為200N,最大扭矩為97.408Nm，則力的分布圖如下所示：剪力圖彎矩圖可見，危險截面在手柄與螺桿接頭處。手柄的材料選為未經熱處理的45號鋼，設計手柄直徑為D，則危險截面最大剪應力： 危險截面最大彎曲正應力：由第四強度理論，要使手柄正常工作，需要滿足條件： 當安全系數為2時，許用應力,代入第 四強度理論計算式，并聯立剪應力、切應力計算公式，求得手柄直徑：D=15mm 綜上所述，手柄長520mm，直徑15mm。（三）底座尺寸千斤頂使用時的下支承面為木材，許用擠壓應力為3MPa，則由抗擊壓強度準則：其中S為下支承面尺寸，解上述不等式，得，為滿足易于組裝及各方向受力均勻的要求，選擇下支承面為環(huán)形結構，內徑尺寸為100mm可以滿足準則要求，綜合考慮到千斤頂本身具有的重量、體積和使用時的穩(wěn)定性，將外徑尺寸設計為180mm。綜上所述，下支承面設計為環(huán)形，內徑100mm，外徑180mm。四、 主要部件基本尺寸及材料（1） 螺桿螺紋：，45號鋼；（2） 螺母螺紋：，HT200耐磨鑄鐵；（3） 手柄：長度500mm，直徑15mm，45號鋼；（4） 底座：外徑180mm，內徑100mm，HT200灰鑄鐵。五、 創(chuàng)新性設計（1） 手柄加上橡膠手柄球而非普通塑料手柄球，既節(jié)約成本，又易于拆卸，減少千斤頂存放的體積；（2） 為了攜帶方便，給千斤頂外殼加上把手；（3） 為提高外殼強度，給外殼加上肋板；（4） 為了使用過程中省力，在托舉部分和旋轉的螺桿間加入推力軸承51105，并在相關旋轉部件處涂潤滑油以減小使用阻力；（5） 為了增強千斤頂對托舉點形狀的適應能力，將托舉部件頂部由杯狀改成平頂，同時為了減小對被托舉物的損害，給托件部分加上橡膠保護套；（6） 在千斤頂底部設計成密封用的橡膠蓋，使千斤頂在存放時，螺旋運動部件免受灰塵侵擾。inclour equip document acceptaci primria documentaci-documentaci, Atles destndards dequips de lubricaci (incloent-hi un catleg de peces de recanvi), procediments de seguretat, manteniment de sistemes de planificaci. 83ena d equipament importat de personal responsabilitat es divideixen en tres categories: 1 Enginyeria professional i personal tcnic, lideratge i tipus. 2, diversos directius i personal de manteniment. operador dequips 3, 84 sobre les importacions de producci material ha de ser dacord amb les instruccions, procediments operatius i altres relacionats amb la seguretat de documents tcnics proporcionades, operacions tcniques. Per a la importaci de material doperaci i manteniment, cal seleccionar un fort sentit de la responsabilitat, lalt nivell dels treballadors i formaci professional. El personal seleccionat ha de romandre relativament estable, personal de manteniment de canvi ha de ser lacord amb el consentiment de la direcci. 85 sobre les importacions dels equips productius, ha destablir grup combinat manteniment planificat sistema de prevenci, que es divideix en equips de manteniment, reparaci i revisi. Mtode per inactivitat habitual de manteniment de la canonada, el se