螺旋千斤頂課程設計計算書

1、螺旋千斤頂設計計算說明書螺旋千斤頂設計計算說明書院 系 專業(yè)年級 設 計 者 學 號 指導教師 成 績 2011年12月 1日螺旋千斤頂設計任務書學生姓名專業(yè)年級機械設計制造及其自動化設計題目：設計螺旋千斤頂設計條件：1、最大起重量F =120kN；2、最大升距H =160 mm。設計工作量：繪制出總裝配圖一張，標注有關尺寸，填寫標題欄及零件明細表；編寫設計計算說明書一份。目錄1螺桿的設計與計算2 1.1螺桿螺紋類型的選擇2 1.2選取螺桿材料2 1.3確定螺桿直徑2 1.4自鎖驗算2 1.6螺桿強度計算2 1.7穩(wěn)定性計算21.7.1計算柔度21.7.2計算穩(wěn)定性22螺母設計與計算2 2.1

2、選取螺母材料2 2.2確定螺母高度H¢及螺紋工作圈數(shù)U22.2.1求螺母高度H¢22.2.2螺紋工作圈數(shù)u22.2.3螺母實際高度H¢2 2.3校核螺紋牙強度2 2.4 結構要求23托杯的設計與計算24手柄設計與計算2 4.1手柄材料2 4.3手柄直徑DP2 4.4 結構25底座設計2螺旋千斤頂設計計算及說明結果1螺桿的設計與計算1.1螺桿螺紋類型的選擇螺紋有矩形、梯形與鋸齒形，常用的是梯形螺紋。梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙形角=30º，梯形螺紋的內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動。故選梯形螺紋，它的基本牙形按GB/T5796.12005的規(guī)定。1.2選取螺桿材料

3、螺桿材料常用Q235、Q275、40、45、55等。1.3確定螺桿直徑按耐磨性條件確定螺桿中徑d2。求出d2后，按標準選取相應公稱直徑d、螺距p及其它尺寸。d2根據(jù)國家規(guī)定=1.22.5，取=1.5（梯形螺紋）；h=0.5p；查教材表5-12，p取20Mpa，又由于=1.5<2.5,則P可提高20%，所以P=(1+20%)×20=24MPa。故，d2 =46.1mm查機械設計手冊，d取46mm則p=8mm， d1=37mmd2=42mm 1.4自鎖驗算自鎖條件是yrv，式中：y為螺紋中徑處升角；rv為當量摩擦角（當量摩擦角rv=arctanmv，但為保證自鎖，螺紋中徑處升角至少

4、要比當量摩擦角小1°。查教材表5-12，f取0.09y =arctan(n p /p d2)=arctan 16/(3.1425.5) =4.285°rv=arctan（f/cos）=arctan 0.09/cos(30°/2)=5.323°故，y<rv-1°滿足自鎖條件1.5結構如下圖（1-2）:螺桿上端用于支承托杯10并在其中插裝手柄7，因此需要加大直徑。手柄孔徑dk的大小根據(jù)手柄直徑dp決定，dkdp十0.5mm。為了便于切制螺紋，螺紋上端應設有退刀槽。退刀槽的直徑d4應比螺桿小徑d1約小0.20.5mm。退刀槽的寬度可取為1.5t

5、。為了便于螺桿旋入螺母，螺桿下端應有倒角或制成稍小于d1的圓柱體。為了防止工作時螺桿從螺母中脫出，在螺桿下端必須安置鋼制擋圈(GB/T891-1986)，擋圈用緊定螺釘(GB/T68-2000)固定在螺桿端部。其中：1.5t=1.5p=7.5mm d4=36.5mm D13=(1.71.9)d=1.8×46=82.8mm(1.41.6)d=1.5×46mm=69mm0.25d=0.25×46mm=11.5mmd+(610)=46+8=54mm1.6螺桿強度計算對受力較大的螺桿應根據(jù)第四強度理論校核螺桿的強度。強度計算方法參閱教材公式(5-47)，sca=s其中扭矩

6、=35×103×tan(4.285°+5.323°) ×42/2 N·mm =256839.4N·mm式中：y為螺紋中徑處升角，rv為當量摩擦角。A=d²/4=3.14×37²/4=1074.6查手冊表2-7，45鋼，=355MPas=101.42MPa故，sca=87.12MPas=101.42MPa滿足強度條件1.7穩(wěn)定性計算細長的螺桿工作時受到較大的軸向壓力可能失穩(wěn)，為此應按穩(wěn)定性條件驗算螺桿的穩(wěn)定性。Fcr / F³ 2.5 4螺桿的臨界載荷Fcr與柔度s有關，s=ml/i，m

7、為螺桿的長度系數(shù)，與螺桿的端部結構有關，l為舉起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取lH+5t+(1.41.6)d，i為螺桿危險截面的慣性半徑，若危險截面面積A=pd12/4，則(I為螺桿危險截面的軸慣性矩)當螺桿的柔度s40時，可以不必進行穩(wěn)定性校核。計算時應注意正確確定。1.7.1計算柔度（1）計算螺桿危險截面的軸慣性矩I和iI=91951=9.25mm（2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度llH+5t+(1.41.6)d =160+5×5+1.5×46=254mm(3)計算柔度查教材表5-14，取2(一端固定，一端自由)s=ml/i=54.91>40，所以

8、需要進行穩(wěn)定性校核。1.7.2計算穩(wěn)定性（1）計算臨界載荷Fcr查教材公式5-51，E=2.06×105MPaFcr=723694.8N(2) 穩(wěn)定性計算=6³ 2.5 4滿足穩(wěn)定性條件2螺母設計與計算2.1選取螺母材料螺母材料一般可選用青銅，對于尺寸較大的螺母可采用鋼或鑄鐵制造，其內(nèi)孔澆注青銅或巴氏合金。2.2確定螺母高度H¢及螺紋工作圈數(shù)u螺母高度H¢=d2，螺紋工作圈數(shù)，考慮退刀槽的影響，實際螺紋圈數(shù)u¢ = u+1.5(u¢應圓整)?？紤]到螺紋圈數(shù)u越多，載荷分布越不均，故u不宜大于10，否則應改選螺母材料或加大d。螺母高度由

9、下式計算：H¢= u¢p。2.2.1求螺母高度H¢H¢ =d2 =1.5×42=63mm2.2.2螺紋工作圈數(shù)u=7.875<10，符合要求u¢ = u+1.5 =7.875+1.5=9.375u¢應圓整, u¢取92.2.3螺母實際高度H¢H¢= u¢p=9×8=72mm2.3校核螺紋牙強度一般螺母的材料強度低于螺桿，故只校核螺母螺紋牙的強度。螺母的其它尺寸見圖13。必要時還應對螺母外徑D3進行強度驗算。查教材公式5-48,5-49，螺紋牙的剪切強度和彎曲強度條件分別

10、為：；式中：b為螺紋牙根部的厚度，對于梯形螺紋，b=0.65p=5.2為彎曲力臂，=（D-D2）/2=3.3;查手冊表3-8，D=d+0.5=47mm, D2=42mm查表5-13，取35Mpa, 取50Mpa故，= =17.37MPa<35 Mpa=33.07Mpa<50Mpa滿足強度條件2.4 結構要求螺母壓入底座上的孔內(nèi)，圓柱接觸面問的配合常采用或等配合。為了安裝簡便，需在螺母下端（圖13）和底座孔上端（圖17）做出倒角。為了更可靠地防止螺母轉動，還應裝置緊定螺釘（圖11），緊定螺釘直徑常根據(jù)舉重量選取，一般為612mm。螺母的相關尺寸計算 查手冊表3-8，D=d+1=47m

11、mD3= (1.61.8)D =1.7×47mm=79.9mmD4= (1.31.4)D3=1.4×79.9mm=111.86mmH=72mm a=H/3=72/3=24mm3托杯的設計與計算托杯用來承托重物，可用鑄鋼鑄成，也可用Q235鋼模鍛制成，其結構尺寸見圖14。為了使其與重物接觸良好和防止與重物之間出現(xiàn)相對滑動，在托杯上表面制有切口的溝紋。為了防止托杯從螺桿端部脫落，在螺桿上端應裝有擋板。當螺桿轉動時，托杯和重物都不作相對轉動。因此在起重時，托杯底部與螺桿和接觸面間有相對滑動，為了避免過快磨損，一方面需要潤滑，另一方面還需要驗算接觸面間的壓力強度。 p（式1-1）式

12、中：p許用壓強，應取托杯與螺桿材料p的小者。p取23.6MpaD10=(2.42.5)d=2.446=110.4mmD11=(0.60.7）d=0.6546=29.9mmD13=(1.71.9)d=1.846=82.8mmD12= D13-(24)=82.8-3=79.8mm故 =22.9Mpa<23.6Mpa4 手柄設計與計算4.1手柄材料常用Q235和Q215。4.2手柄長度Lp板動手柄的力矩：K·Lp=T1+T2則（式1-2）式中：K加于手柄上一個工人的臂力，間歇工作時，約為150250N，工作時間較長時為100150N。T1螺旋副間的摩擦阻力矩，T1=120×

13、103×tan(4.285°+5.323°) ×25.5/2 N·mm =256839N·mmT2托杯與軸端支承面的摩擦力矩，T2 = (D12+D11) fF/4。 (查教材表5-5摩擦因數(shù)f=0.09) =(79.8+29.9)×0.09×120/4=1184760N·mm則 (K取200) =7207 mm手柄計算長度Lp是螺桿中心到人手施力點的距離，考慮螺桿頭部尺寸及工人握手距離，手柄實際長度還應加上+（50150）mm。手柄實際長度不應超過千斤頂，使用時可在手柄上另加套管。因此，手柄實際長度=+

14、100=7207+41.4+100=7348.4mm4.3手柄直徑dp把手柄看成一個懸臂梁，按彎曲強度確定手柄直徑dp，其強度條件為 sF（式1-3）故dp=49.65mm 式中：sF手柄材料許用彎曲應力，當手柄材料為Q215和Q235時，sF=120Mpa。4.4 結構手柄插入螺桿上端的孔中，為防止手柄從孔中滑出，在手柄兩端面應加上擋環(huán)（圖16），并用螺釘或鉚合固定。圖中尺寸：dp =12.41mmdp+(610)= dp+8=49.65+8=57.65mm 取整為585 底座設計底座材料常用鑄鐵（HT150及HT200），鑄件的壁厚不應小于812mm，為了增加底座的穩(wěn)定性，底部尺寸應大些，

15、因此將其外形制成110的斜度。底座結構及尺寸如圖17圖中取10mm，r取5mm，R取8mm；H1=H+（1428）mm =160+20=180mm H¢-a=48mm D6=D3+（510）mm =79.9+7=86.9mmD7=D6+=86.9+=122.9mmD8= =302.5mm式中：sp底座下枕墊物的許用擠壓應力。對于木材，取sp=22.5MPa。參考資料：1蒲良貴 紀明剛.機械設計M.8版.北京:高等教育出版社,2006.2吳宗澤.機械設計課程設計手冊M.3版.北京:高等教育出版社,20063孫維連.工程材料M.中國農(nóng)業(yè)大學出版社，20054孫恒等.機械原理M.7版.北京

16、：高等教育出版社，2006選梯形螺紋選45鋼d=46mmp=8mmd1=37mmd2=42mmy=4.285°rv=5.323°y<rv-1°滿足自鎖條件1.5t=7.5mmd4=36.5mmD13=82.8(1.41.6)d=69mm0.25d=11.5mmd+(610)=54mmT=256839.4N·mm=355Mpas=101.42MPasca=87.12MPascas滿足強度條件I=91951i=9.25mml=254mm=2E=2.06×105MPas=54.91Fcr=723694.8N =6³ 2.5 4滿足穩(wěn)定性條件選青銅u=7.875u¢=9H¢=72mm17.37Mpa 33