千斤頂設(shè)計說明書-浙江大學(xué)

1、螺旋起重器設(shè)計說明書姓名： 張本西 學(xué)號： 3100103956 班級： 汽車1001班 指導(dǎo)老師：顧大強(qiáng) 目錄第1章 ：設(shè)計題目以及要求21.1設(shè)計題目21.2設(shè)計要求21.3注意事項(xiàng)21.4千斤頂結(jié)構(gòu)圖2第2章 ：主要零件結(jié)構(gòu)32.1零件名稱及分析32.2零件材料32.3零件受力分析3第3章 ：具體零件設(shè)計計算：43.1螺桿螺母的螺紋綜合設(shè)計4 3.1.1耐磨性計算4 3.1.2自鎖性計算53.1.3螺桿強(qiáng)度計算53.1.4螺母的螺紋強(qiáng)度計算63.1.5螺桿穩(wěn)定性計算6 3.1.6螺桿螺母其他參數(shù)計算與確定73.2手柄設(shè)計及強(qiáng)度校核83.3底座設(shè)計及強(qiáng)度校核93.4托杯設(shè)計及強(qiáng)度校核10第

2、4章 ：參考文獻(xiàn)114.1參考文獻(xiàn)11附錄：千斤頂裝配圖一張1第1章1.1設(shè)計題目：請?jiān)O(shè)計一螺旋起重器螺旋起重器又名千斤頂，是一種簡易獨(dú)立起重機(jī)具，其結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、可靠，而且攜帶使用方便，起重能力大，操作簡單，依靠人力即可起重，工作平穩(wěn)，這是他主要優(yōu)點(diǎn)。1.2設(shè)計要求：1） 設(shè)計要求該螺旋起重器最大起重重量為Q=20KN，最大升舉高度L=150MM2） 設(shè)計完成結(jié)果，需有設(shè)計說明書，一張裝配圖。3） 固定統(tǒng)一采用梯形螺紋、單線 GB5796-86，螺桿材料：Q235或45；螺母材料：鑄鐵或青銅。4） 其自身具有自鎖功能，不會自行上升或者下滑。5） 考慮人力有限，手柄不宜過短而人力不足以實(shí)用。

3、6） 工作安全可靠，保證安全壽命等因素下，盡可能節(jié)省材料，經(jīng)濟(jì)性好。1.3結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項(xiàng)： 1）螺母內(nèi)孔端部應(yīng)有倒角，以便潤滑；2）螺桿螺紋部分應(yīng)有退刀槽；3）鑄件壁厚大于或等于8mm。 1.4千斤頂結(jié)構(gòu)圖：2第二章2.1零件名稱及分析：螺旋起重器結(jié)構(gòu)見上，其主要零件也在圖中標(biāo)示了。它主要由螺母、螺桿、底座、手柄、托杯這五部分組成。1） 托杯與待支撐物相接觸，為了防止托杯在舉重時與帶支撐物發(fā)生相對滑動，需要將托杯上表面每90°開矩形切口，并且托杯下表面要足夠潤滑保證與螺桿的相對運(yùn)動，托杯內(nèi)表面上側(cè)要有固定螺釘及墊圈防止托杯脫落。2） 手柄設(shè)計時應(yīng)該保證足夠的長度，而且為了方便取下或

4、者雙手發(fā)力，手柄可以水平活動，并且手柄一端要有可旋式擋環(huán)，取下?lián)醐h(huán)時手柄可以從螺桿空中取出，方便攜帶放置。3） 螺釘要嵌入螺桿內(nèi)，并且與托杯要有墊圈隔開，螺釘要保證托杯不會脫落。4） 螺桿上端開孔打出內(nèi)螺紋與螺釘相配合，之后中上那段為實(shí)心圓柱并且橫向開孔方便手柄穿過，下側(cè)螺紋桿部分保證強(qiáng)度與自鎖性，下端底部要有擋環(huán)防止螺桿旋出，螺桿設(shè)計時長度要考慮撓度穩(wěn)定性，根據(jù)最大伸長量決定直徑，并且考慮切實(shí)可行方便工人裝配拆卸，下端擋板設(shè)計成內(nèi)螺紋與螺釘相連接。5） 螺母部分主要是磨損，因此采用耐磨金屬，螺母螺紋與螺桿相合出要有潤滑保證旋轉(zhuǎn)時順暢性。6） 緊定螺釘是將螺母固定在底座上防止相對運(yùn)動。7） 底

5、座是鑄件，至少要8MM厚，強(qiáng)度，穩(wěn)定性要有保證，主要是抗壓承重作用。2.2零件材料：1） 底座：一般灰鑄鐵制造，此處用HT2002） 托杯：鑄鋼材料 此處用ZG453） 手柄：Q2354） 螺母：青銅，此處用ZQSn 6-6-35） 螺桿：45#6） 緊定螺釘：錐端緊定螺釘 材料35#7） 墊圈：A38） 螺釘：為十字槽平圓頭螺釘 材料A32.3零件受力分析：1） 底座：在使用時，定座作為支撐體，主要受壓應(yīng)力，校核壓應(yīng)力即可。2） 托杯：托杯也是起支撐作用，受壓應(yīng)力，校核壓應(yīng)力即可。33） 手柄：手柄設(shè)計為實(shí)心圓形Q235，在扭轉(zhuǎn)時，考慮一端打在最長處的平面彎矩即可。校驗(yàn)的危險點(diǎn)位置為：A，B

6、兩點(diǎn)拉壓都要校驗(yàn)。4）螺母：在使用時，主要受到螺桿對其產(chǎn)生的摩擦力矩以及壓應(yīng)力Q（支撐重物）。5） 螺桿：螺桿在受力中，主要承受壓應(yīng)力Q（支撐重物）以及螺母對其的摩擦力矩和托杯下表面對它的摩擦力矩。6） 緊定螺釘：緊定螺釘起到防止螺母與底座在手柄使用時的相對轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動阻力一部分由螺母與底座接觸面摩擦力矩提供，其余由緊定螺釘，緊定螺釘受剪切應(yīng)力。7） 墊圈：螺釘緊固時壓應(yīng)力。8） 螺釘：防止托杯脫落，只受墊圈反作用壓應(yīng)力。第三章3.1螺桿螺母的螺紋綜合設(shè)計：3.1.1耐磨性：防止過度磨損，需要選擇合適表面粗糙度和潤滑劑潤滑方式外，還要校驗(yàn)螺紋表面壓強(qiáng)不能4超過螺旋傳動副的許用壓強(qiáng)。p根據(jù)資料，螺

7、桿螺母對應(yīng)是鋼對青銅，低速傳動時p取1118MPa，此處為了方便后續(xù)計算采用16Mpa，校驗(yàn)公式為：P=Q/d2hZ<=PQ為載重量，此處Q=20kN。d2為螺桿直徑，確定螺桿直徑，引入=H/d2、=h/p。從而d2>=(Q/p)。由于此處螺紋工作圈數(shù)不多，=1.22.5，此處取2方便設(shè)計計算。根據(jù)螺紋是梯形螺紋，取0.5，因此算得d2>=19.95mm。取21.5mm。則螺母高度為43mm，考慮到螺母螺紋圈數(shù)不超過10，則螺距p取5mm，圈數(shù)Z=8.6。查表得外螺紋大徑d24mm，小徑d118mm，內(nèi)螺紋大徑D25mm，小徑D119mm，計算面積為254mm2，h=0.5P

8、=2.5mm，那么校驗(yàn)公式帶入驗(yàn)算得P=13.78Mpa，滿足要求，因此耐磨性檢驗(yàn)完畢。通過耐磨性檢驗(yàn)，初步確定螺紋參數(shù)為：螺距p取5mm，圈數(shù)Z=8.6，外螺紋大徑d=24mm，中徑d2=21.5mm小徑d1=18mm，內(nèi)螺紋大徑D=25mm，小徑D1=19mm，計算面積為254mm2，h=0.5P=2.5mm。3.1.2自鎖性檢驗(yàn)：滑動螺旋起重器必須保證可靠的自鎖性，自鎖的條件為： ， 式中 螺紋升角； f螺旋副材料的摩擦因數(shù)，鋼對鑄鐵有潤滑時 f 0.050.15 ，此處考慮實(shí)際，f =0.1； 牙型半角（牙側(cè)角），梯形螺紋/215o代入計算得 =5.91° 為保證自鎖，螺紋升

9、角至少要比當(dāng)量摩擦角小1°1.5°，此處 且大概小1.68°，能保證自鎖。3.1.3螺桿強(qiáng)度：由于螺桿危險截面上有正應(yīng)力又有剪應(yīng)力，因此校核螺桿強(qiáng)度時，按第四強(qiáng)度理論求出危險截面上的當(dāng)量應(yīng)力5 式中為螺桿材料的許用應(yīng)力（MPa），考慮到T1 F tan( ) ，/。代入計算得當(dāng)量應(yīng)力為97.9Mpa，查表可得45號鋼=353Mpa，因此353/3=117.7Mpa，滿足強(qiáng)度要求。3.1.4螺母的螺紋強(qiáng)度計算：最大承載力為Q=20KN，并且，45#比螺母的青銅強(qiáng)度要好，抗剪能力強(qiáng)，因此只用校核螺母螺紋的牙根強(qiáng)度：校核時，螺桿大徑d和螺母大徑D看做近似相等。螺紋沿螺母

10、展開，根部為危險點(diǎn)，則剪切強(qiáng)度計算公式為： =Q/DbZ<=對于梯形螺紋，采用標(biāo)準(zhǔn)傾角30°，b=0.65P，而青銅=40Mpa，因此對于，所以帶入數(shù)值得： =9.5Mpa又因?yàn)槁菽嘎菁y根部一般不會彎曲折斷，不進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核，因此能夠保證螺母螺紋強(qiáng)度。3.1.5螺桿穩(wěn)定性：穩(wěn)定性校核為設(shè)計切入點(diǎn)，因?yàn)樵谧畲筇嵘叨纫欢ㄇ闆r下，L=150MM，因此柔度只與螺桿小徑有關(guān)。柔度公式：S=L/i；由于千斤頂可視為一端固定一段自由，則：=2；L=150MM;i=d1/4;螺桿采用45#時，校驗(yàn)公式：6Qc=（461-1.257S）×d12/4帶入柔度，計算接觸該2次方程得Qc

11、=95.9KN，極限載荷20KN小于極限載荷，因此穩(wěn)定性符合要求。3.1.6螺桿螺母其他參數(shù)計算與確定螺母高度：H=d2=43mm螺母上半部高度設(shè)計：有內(nèi)螺紋大徑25MM，所以考慮到螺母上半部高度偏小會造成上下半部分交界面應(yīng)力集中而產(chǎn)生斷裂，因此螺母上表面不可過短，外徑不可過小，參考書籍以及以前設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，參數(shù)如下：D3=1.6*D=40MMD4=1.3*D3=52MMa=H*0.25=10.75MM,取11MM。強(qiáng)度校核如下：對于下半部： （7） 螺母上部分的擠壓強(qiáng)度條件為： （8）螺母交界面的彎曲強(qiáng)度條件為： 算得 =23.69Mpa=39.97Mpa=23.08Mpa對于青銅螺母，7采用分

12、別采用50Mpa，40Mpa，80Mpa為臨界參數(shù)進(jìn)行設(shè)計。因此上述參數(shù)設(shè)計皆滿足強(qiáng)度要求。螺桿其他參數(shù)設(shè)計計算：D1=(1.71.9)d取D1=1.8d=43.2mmD2=D3=(d1-2)=16mmD4=d+16=24mmH1=15mmH2=(1.41.6)d=36mmH3=6mmL=150mm+43mm+5mm-6mm-3mm=189mm3.2手柄設(shè)計及強(qiáng)度校核考慮到使用者握持方便，拆卸使用方便，此處手柄將設(shè)計為圓柱形，且一端有螺紋及螺母，使得手柄可以拆下裝上，方便攜帶。手柄可以水平移動，方便不同場合（單手發(fā)力扭轉(zhuǎn)或者雙手發(fā)力扭轉(zhuǎn)），由于單手發(fā)力扭轉(zhuǎn)，且手柄伸長至最長是最危險情況，所以只

13、用校核這種8情況下的危險點(diǎn)拉壓應(yīng)力。最大舉重量Q=20KN使用者力矩： T1 是螺旋副螺紋牙間的摩擦力矩，即螺桿所受扭矩。 T2是螺桿與托杯底面間的摩擦力矩。其中，該處公式為磨合軸頸的摩擦計算公式。 算得T2=29.6Nm考慮到T1 F tan( ) 算得T1=38.5Nm所以T=68.1Nm考慮到人力限制，普通人力非疲勞雙手配合使用大概能提供25Kg力，所以長度:取300mm手柄的直徑，式中為手柄材料的許用彎曲應(yīng)力，可取=120MPa，所以取20mm（略大保證強(qiáng)度）手柄長度300mm，直徑20mm，而一端螺紋螺母段長度可以不考慮計算，此處對強(qiáng)度幾乎無影響。3.3底座設(shè)計及強(qiáng)度計算：由于壁厚大

14、于等于8mm，因此設(shè)計時采用最薄處為10mm（整體因?yàn)檗D(zhuǎn)角倒角關(guān)系有些地方厚一些），材料為鑄鐵鑄造而成，采用HT200。主要承受的強(qiáng)度為壓力，因?yàn)榈鬃O(shè)計采用灰鑄鐵非?？箟海话阕陨聿豢赡軓?qiáng)度不夠壓壞，而唯一可能是由于底部環(huán)狀面積不夠大造成壓強(qiáng)過大而將路面壓壞。查閱資料知高速公路路面設(shè)計時，根據(jù)節(jié)約材料以及結(jié)合螺母高度和螺桿高度，算出：底座，H=208mm上表面D=76mm d=62mm9下表面D=200mm d=82mm當(dāng)重物為20KN因此，能夠保證強(qiáng)度要求，不會壓壞路面。其余倒角設(shè)計，是為了加工方便，并且節(jié)省材料以及以免棱角刮傷使用者。3.4托杯設(shè)計及強(qiáng)度校核：托杯支撐重物，由ZG45為材料，為防止與支撐體發(fā)生相對移動，上端每隔90°開槽，托杯設(shè)計參數(shù)如下：上半部分開槽深5mm，水平寬10mm上側(cè)大徑66，小徑46.2下側(cè)大徑31.2，小徑17算得壓強(qiáng)為因此對于低滑動速度，人力傳動時，一般耐磨性許用壓強(qiáng)為1318Mpa取16Mpa