手驅(qū)動(dòng)螺旋千斤頂-畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)

1、目 錄1. 螺旋千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)和原理 1.1 螺旋千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu) 1.2 螺旋千斤頂?shù)墓ぷ髟?. 螺桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1 螺桿螺紋類型的選擇2.2 選取螺桿材料2.3 確定螺桿直徑2.4 校核螺桿自鎖能力2.5 結(jié)構(gòu) 2.6 螺桿強(qiáng)度計(jì)算2.7 穩(wěn)定性計(jì)算 3. 螺母的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1 選取螺母材料3.2 螺母的基本參數(shù) 3.3 確定螺母高度H及螺紋工作圈數(shù)u 3.3.1 求螺母高度H 3.3.2 求螺紋工作圈數(shù)u 3.3.3 螺母實(shí)際高度H3.4 校核螺紋牙強(qiáng)度 3.5 安裝要求3.6 螺母的相關(guān)尺寸計(jì)算4. 托杯的設(shè)計(jì)與計(jì)算5. 手柄的設(shè)計(jì)與計(jì)算 5.1手柄材料5.2手柄長度 5.3手柄直

2、徑 5.4手柄結(jié)構(gòu) 6.底座的設(shè)計(jì)7.螺旋傳動(dòng)效率的計(jì)算8.其他尺寸的確定 9參考文獻(xiàn)千斤頂技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望摘 要機(jī)械設(shè)計(jì)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著重要作用，機(jī)械工業(yè)擔(dān)負(fù)著為國民經(jīng)濟(jì)部門提供各種性能先進(jìn)，價(jià)格低廉，使用安全可靠，造型美觀的技術(shù)裝備的任務(wù)，在國家現(xiàn)代化建設(shè)中舉足輕重，機(jī)械產(chǎn)品的競爭力取決于產(chǎn)品的質(zhì)量，產(chǎn)品的質(zhì)量取決于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。千斤頂是一種起重高度?。ㄐ∮?m）的最簡單的設(shè)備。主要用于礦、交通運(yùn)輸部門作為車輛修理及其它起重、支撐等工作。其結(jié)構(gòu)輕巧堅(jiān)固、靈活可靠，一人即可攜帶和操作。千斤頂是用剛性頂舉件作為工作裝置，通過頂部托座，底部托爪在小行程內(nèi)頂升重物的輕小起重設(shè)備。 ， 本次設(shè)

3、計(jì)既是產(chǎn)品開發(fā)周期中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，有貫穿于產(chǎn)品開發(fā)過稱的始終，設(shè)計(jì)決定了產(chǎn)品功能和目標(biāo)的方案，結(jié)構(gòu)和選材，制造方法以及產(chǎn)品運(yùn)行，使用和維修方法。設(shè)計(jì)不合理會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品不完善，成本提高或可靠性、安全性不高。產(chǎn)品設(shè)計(jì)上的缺陷造成的先天不足，難以采取制造和使用措施加以彌補(bǔ)。嚴(yán)重的設(shè)計(jì)不合理甚至?xí)斐僧a(chǎn)品設(shè)計(jì)不出來或不能使用，導(dǎo)致產(chǎn)品設(shè)計(jì)失敗。 現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品的要求不對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械高得多，因而在產(chǎn)品開發(fā)和改進(jìn)過程中，只有全面深入地運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論，方法和技術(shù)才能滿足現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品越來越苛刻的要求，提高其市場競爭能力。1. 螺旋千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)和原理1.1結(jié)構(gòu)螺旋千斤頂由底座、螺桿、螺母、托杯、手柄等零件所組成。螺桿在

4、固定螺母中旋轉(zhuǎn)并上升或下降，把托杯上的重物舉起或放下。螺桿7和螺桿6是它的主要零件。螺母6用緊定螺釘5固定在底座8上。轉(zhuǎn)動(dòng)手柄4時(shí)，螺桿即轉(zhuǎn)動(dòng)并上下運(yùn)動(dòng)。托杯1直接頂住重物，不隨螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)。安全板3防止托杯脫落，安全板9防止螺桿由螺母中全部脫出。對(duì)這一裝置的主要要求是:保證各零件有足夠的強(qiáng)度、耐磨性、能自鎖、穩(wěn)定性合格等。1.2原理 千斤頂是利用螺旋傳動(dòng)來頂舉重物，是汽車修理和機(jī)械安裝常用的一種起重或頂壓工具，但頂舉的高度不能太高。工作中，手柄穿在螺旋桿頂部的孔中，旋動(dòng)手柄，螺旋桿在螺套中靠螺紋上、下移動(dòng)，頂墊上的重物隨著螺桿的上升而頂起。螺套鑲在底座里，用螺釘定位，磨損后便于更換修配，在螺桿的

5、球面型頂部，套一個(gè)頂墊，靠螺釘和螺旋桿聯(lián)接而不固定，使頂墊相對(duì)螺桿滑動(dòng)而不掉落。2. 螺桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1螺桿螺紋類型的選擇螺紋有三角形、矩形、梯形、鋸齒形，常用的是梯形螺紋。梯形螺紋牙型是等腰梯形，牙型角=30°，梯形螺紋的內(nèi)外螺紋以錐面貼近不易松動(dòng)，能夠起到傳動(dòng)作用。故選梯形螺紋，它的基本型號(hào)按GB/T5796.1-2005的規(guī)定。2.2選取螺桿材料螺桿材料常用Q235、Q275、40鋼、45鋼、55鋼等。螺桿承受重載，可初選螺桿的材料為45鋼。最后根據(jù)強(qiáng)度條件來驗(yàn)證確定最終材料。由手冊查得抗拉強(qiáng)度 ， 屈服強(qiáng)度 。 2.3確定螺桿直徑根據(jù)耐磨性條件確定螺桿中徑d2，d2計(jì)算出

6、來之后，按標(biāo)準(zhǔn)選取相應(yīng)的公稱直徑d、螺距p及其他尺寸式中，d2為螺桿螺紋中徑；F為作用在螺桿上的軸向力；為許用比壓（MPa），查表10-6，螺旋千斤頂工作時(shí)為低速轉(zhuǎn)動(dòng)，許用比壓范圍為,取 h為螺紋接觸高度（mm），對(duì)于梯形螺紋,h=0.5P; 為系數(shù)，定義，對(duì)于整體螺紋，范圍為，可以取; mm 20.34mm互換性測量P186 表5-8查機(jī)械手冊，公稱直徑優(yōu)先選用第一系列，取d=24mm,d1=20.8mm,d2=22.5mm,故P=d1/4=5.2mm,取整數(shù)5mm,2.4校核螺桿自鎖能力機(jī)械設(shè)計(jì)P237自鎖條件自鎖條件是。式中：為螺紋中徑處升角；為當(dāng)量摩擦角（=arctan，為保證自鎖，螺

7、紋中徑處升角至少要比當(dāng)量摩擦角小1°。）查教材表5-12，m取0.09。由 ;()得， 5.32°-4.05°=1.27°1°，故，滿足自鎖條件。2.5螺桿結(jié)構(gòu) 如下圖： 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(yīng)設(shè)有退刀槽。退刀槽的直徑d4應(yīng)比螺桿小徑d1約小0.20.5mm。退刀槽的寬度可取為1.5P。為了便于螺桿旋入螺母，螺桿下端應(yīng)有倒角或制成稍小于d1的圓柱體。為了防止工作時(shí)螺桿從螺母中脫出，在螺桿下端必須安置鋼制擋圈(GB/T

8、891-1986)，擋圈用緊定螺釘(GB/T68-2000)固定在螺桿端部。其中：1.5P=7.5mm D13=(1.71.9)d=1.8×24=43.2mm取=50mm(1.41.6)d=1.524=36mmH1+H=160+40=200mm0.25d=6mm2.6螺桿強(qiáng)度計(jì)算螺桿工作時(shí)既受軸向力F，又受轉(zhuǎn)矩T的作用，螺桿危險(xiǎn)剖面上既受壓縮應(yīng)力，又受剪切應(yīng)力。根據(jù)第四強(qiáng)度理論進(jìn)行，其強(qiáng)度條件為 機(jī)械設(shè)計(jì)P257 螺桿的強(qiáng)度計(jì)算。 =（MPa）式中，d1為螺桿的螺紋小徑（mm） 為螺桿材料的許用應(yīng)力，一般可以取=5080MPa。其中扭矩，T=F .tan(+). =20×1

9、03×tan(4.05°+5.30°)××10-3 =36N.m A為危險(xiǎn)截面面積， A= 為螺紋中徑處升角； 為當(dāng)量摩擦角故， =56.8Mpas=88.8Mpa查機(jī)械手冊，45號(hào)鋼，屈服強(qiáng)度 Xx88.75，即故，螺桿強(qiáng)度條件滿足。2.7穩(wěn)定性計(jì)算細(xì)長的螺桿工作時(shí)受到較大的軸向壓力可能失穩(wěn)，為此應(yīng)按穩(wěn)定性條件驗(yàn)算螺桿的穩(wěn)定性。Fcr / F ³ 3.5 5螺桿的臨界載荷Fcr與柔度s有關(guān)，s=m L/i，m為螺桿的長度系數(shù)，與螺桿的端部結(jié)構(gòu)有關(guān)，L為舉起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取LH+4P+(1.41.6)d，i為螺

10、桿危險(xiǎn)截面的慣性半徑，若危險(xiǎn)截面面積A=pd12/4，則(I為螺桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩)當(dāng)螺桿的柔度s40時(shí)，可以不必進(jìn)行穩(wěn)定性校核。計(jì)算時(shí)應(yīng)注意正確確定。 （1）計(jì)算螺桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩I和iI=18=13（2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度LLH+4p+(1.41.6)d =160+4×5+36=216mm(3) 計(jì)算柔度查教材，取2(一端固定，一端自由)查教材公式，E取206GPas=mL/i=82.29（1）計(jì)算臨界載荷Fcr Fcr=106.6kN(2) 穩(wěn)定性計(jì)算 =5.33穩(wěn)定性合格。3. 螺母的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1選取螺母材料螺母材料一般選用青銅，如果螺母尺寸較大，可

11、以選用鋼或鑄鐵制造，其內(nèi)孔澆注青銅或巴氏合金。此次設(shè)計(jì)選用青銅。3.2螺母的基本參數(shù)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，D1=23mm,D4=28.5mm。3.3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(shí)際螺紋圈數(shù)u¢ = u+1.5(u¢應(yīng)取整)。考慮到螺紋圈數(shù)u越多，載荷分布越不均，故u不宜大于10，否則應(yīng)改選螺母材料或加大d。螺母高度由下式計(jì)算：H¢= u¢p。機(jī)械設(shè)計(jì)P257螺母高度計(jì)算3.3.1求螺母高度HH =d2 =1.4×22.5×10-3=31.5mm 3.3.2螺紋工作圈數(shù)u=6.3

12、u¢ = u+1.5 =6.3+1.5=7.8u¢應(yīng)圓整, u¢取83.3.3 螺母實(shí)際高度H¢H¢= u¢p=8×5=40mm3.4校核螺紋牙強(qiáng)度一般螺母的材料強(qiáng)度低于螺桿，故只校核螺母螺紋牙的強(qiáng)度，一般是驗(yàn)算牙根處的剪切和彎曲強(qiáng)度。螺紋牙的剪切強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度條件分別為：；機(jī)械設(shè)計(jì)P257 螺紋牙的強(qiáng)度校核式中，b為螺紋根部的寬度，b=0.65p（梯形螺紋），l=(28.5-22.5)mm取30-40Mpa, 取40-60Mpa故， = = =10.6MPa=29.08Mpa可見，螺母螺紋牙強(qiáng)度合格。3.5安裝要求螺母壓入

13、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3-1）和底座孔上端（圖17）做出倒角。為了更可靠地防止螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，還應(yīng)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。3.6螺母的相關(guān)尺寸計(jì)算查手冊D=28.5mm內(nèi)螺紋小徑D1=23mm D3= (1.61.8)D =1.7×28.5=48.45mm取=48D4= (1.31.4)D3 =1.3×48=62.4mm圖3-1取 H=45mm a=H/3=45/3=15mm4托杯的設(shè)計(jì)與計(jì)算托杯用來承載重物，可用鑄鋼鑄成，也可用Q235鋼模鍛制成，其結(jié)構(gòu)尺寸見圖4-1。為了使

14、其與重物接觸良好和防止與重物之間出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)，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(yīng)裝有擋板。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，托杯和重物都不作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。因此在起重時(shí)，托杯底部與螺桿和接觸面間有相對(duì)滑動(dòng)，為了避免過快磨損，一方面需要潤滑，另一方面還需要驗(yàn)算接觸面間的壓力強(qiáng)度。式中：p許用壓強(qiáng)，應(yīng)取托杯與螺桿材料p的小者。D10=(2.42.5)d =2.4524=58.8mm 取60mmD11=(0.60.7）d=0.6524=15.6mm 取16mmD13=(1.71.9)d=1.824=43.2；取46mmD12=(24)=44mm 圖4-1 故 (>23Mpa) =15.

15、17MPa<p5. 手柄的設(shè)計(jì)與計(jì)算5.1手柄材料常用的材料有Q235和Q215。本次設(shè)計(jì)選取Q235號(hào)鋼。5.2手柄長度Lp扳動(dòng)手柄的力矩：K·Lp=T1+T2 則 式中：K加在手柄上一個(gè)工人的臂力，間歇工作時(shí)，約為150250N，工作時(shí)間較長時(shí)為100150N。T1螺旋副間的摩擦阻力矩， =20×103tan(4.05°+5.30°) ×=36N.mT2托杯與軸端支承面的摩擦力矩， T2 = (D12+D11) f F/4。 (f查手冊取0.06) =(44+16) ×0.06×20/4=18N.m則 =0.27m

16、 取0.3m手柄計(jì)算長度Lp是螺桿中心到人手施力點(diǎn)的距離，考慮螺桿頭部尺寸及工人握手距離，手柄實(shí)際長度還應(yīng)加上+（50150）mm。手柄實(shí)際長度不應(yīng)超過千斤頂，使用時(shí)可在手柄上另加套管。因此，手柄實(shí)際長度=+55=380mm5.3手柄直徑dp把手柄看成一個(gè)懸臂梁，按彎曲強(qiáng)度確定手柄直徑dp，其強(qiáng)度條件為 sF 故 dp =18.5mm dp取22mm 式中：sF手柄材料許用彎曲應(yīng)力，當(dāng)手柄材料為Q215和Q235時(shí)，sF=120Mpa。5.4手柄結(jié)構(gòu)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(yīng)加上擋環(huán)，并用螺釘或鉚合固定。相關(guān)尺寸如圖1-6： dp 7mmdp+(68)= dp+8=30mm6. 底座設(shè)計(jì)底座材料常用鑄鐵（HT150及HT200），鑄件的壁厚不應(yīng)小于812mm，取12mm。為了增加底座的穩(wěn)定性，底部尺寸應(yīng)大些，因此將其外形制成110的斜度。底座結(jié)構(gòu)及尺寸如圖16圖中 H1=H+（1428）mm =160+25=185mm -a=45-15=30mmD=d+1(查手冊) =24+1=25mmD6=D3+（510）mm =44+6=50mmD7=D6+=50+=86mmD8= =141.9mm；取144mm。式中：sp底座下枕墊物的許用擠壓應(yīng)力。對(duì)于木材，取sp=