螺旋千斤頂課程設(shè)計(jì)西南大學(xué)

1、螺旋千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書院 系 工程技術(shù)學(xué)院 專業(yè)年級(jí) 2012級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 設(shè) 計(jì) 者 指導(dǎo)教師 成 績(jī) 2014年 11 月 7 日目錄1設(shè)計(jì)任務(wù)書31.1 設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)螺旋千斤頂（參考下圖a）31.2 原始數(shù)據(jù)31.3 設(shè)計(jì)工作量31.3.1 繪制出總裝配圖一張31.3.2 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書一份32.1螺桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算42.1.1 螺桿螺紋類型的選擇4選取螺桿材料4確定螺桿直徑4自鎖驗(yàn)算5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5螺桿強(qiáng)度計(jì)算6穩(wěn)定性計(jì)算72.2螺母設(shè)計(jì)計(jì)算8選取螺母材料8確定螺母高度及工作圈數(shù)8校核螺紋牙強(qiáng)度8螺母與底座孔配合102.3托環(huán)的設(shè)計(jì)與計(jì)算10托杯材料的選擇10結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10

2、接觸面強(qiáng)度校核102.4手柄的設(shè)計(jì)計(jì)算12手柄材料的選擇12計(jì)算手柄長(zhǎng)度12手柄直徑 的確定13結(jié)構(gòu)132.5底座設(shè)計(jì)14選擇底座材料14結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)14底座設(shè)計(jì)計(jì)算14由圖1-7可得底座的相應(yīng)尺寸：143.關(guān)于螺旋千斤頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等的補(bǔ)充說(shuō)明16參考文獻(xiàn)：16設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書1設(shè)計(jì)任務(wù)書1.1 設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)螺旋千斤頂（參考下圖a）1.2 原始數(shù)據(jù)最大起重量F=40kN最大升程 H=190mm1.3 設(shè)計(jì)工作量 繪制出總裝配圖一張(參考下圖b)，標(biāo)注有關(guān)尺寸，填寫標(biāo)題欄及零件明細(xì)表。1.3.2 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書一份(包括封面、目錄、設(shè)計(jì)任務(wù)書、計(jì)算內(nèi)容和設(shè)計(jì)步驟、參考資料等)。 （a） （b）計(jì)

3、算 及 說(shuō) 明結(jié) 果2.計(jì)算內(nèi)容和設(shè)計(jì)步驟2.1螺桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1.1 螺桿螺紋類型的選擇選擇梯形螺紋，牙型角=30,梯形螺紋的內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動(dòng)；它的基本牙型按GB/T5796.1-2005的規(guī)定。2.1.2選取螺桿材料螺桿材料的選擇螺桿材料常用的有Q235、Q275、40、45、55鋼，由于是承受輕載荷，選擇45鋼，查手冊(cè)表2-7得 ；查表5-13取安全系數(shù)S=4，則；與其相旋合的螺母材料選為ZCuSn10P1鑄錫青銅，因?yàn)榍Ы镯數(shù)穆輻U與螺母的相互運(yùn)動(dòng)是低速滑動(dòng)，螺桿材料為45鋼，螺母材料為青銅，查表5-12可知，許用壓力p介于1825MPa之間，在此取20MPa。 2.1.3

4、確定螺桿直徑按耐磨性條件確定中徑計(jì)算過(guò)程： 滑動(dòng)螺旋的耐磨性計(jì)算，主要是限制螺紋工作面上的壓力p，使其小于材料的許用壓力p。由于，所以有；對(duì)于等腰梯形螺紋，有，一般取1.23.5,所以此處取1.5。帶入設(shè)計(jì)公式，得 按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)查手冊(cè)表3-7和3-8選擇公稱直徑和螺距為：公稱直徑d=36mm螺距P=6mm螺桿小徑 =d-7=29mm螺桿中徑=d-3=33mm>29.212mm2.1.4自鎖驗(yàn)算自鎖驗(yàn)算條件是y為螺紋中徑處升角；:當(dāng)量摩擦系數(shù)；：摩擦系數(shù)；rv為當(dāng)量摩擦角：牙側(cè)角，。摩擦系數(shù)由查表5-12可知，由于千斤頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)速度是很低的，所以摩擦系數(shù)按起動(dòng)時(shí)取最大值0.10。=arctan

5、=3.3140經(jīng)驗(yàn)算，滿足自鎖條件。2.1.5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)圖1-2進(jìn)行螺母的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）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。（2）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，取d4=d1-0.5=28.5mm；退刀槽寬度1.5P=9mm（3）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。（4）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/T891-1986)，擋圈用緊定螺釘(GB/T68-2

6、000)固定在螺桿端部。2.1.6螺桿強(qiáng)度計(jì)算對(duì)受力較大的螺桿應(yīng)根據(jù)第四強(qiáng)度理論校核螺桿的強(qiáng)度，強(qiáng)度計(jì)算公式為：或其中扭矩（上式中為螺紋中徑處升角，為當(dāng)量摩擦角）由已知：F=40kN T=Ftan(+v)d2/2=40000*tan(3.3140+5.9110)*33/2=107192.229NmmA=660.520mm2則有：60.582MPa<2.1.7穩(wěn)定性計(jì)算細(xì)長(zhǎng)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。螺桿的臨界載荷與柔度有關(guān)其中；當(dāng)螺桿的柔度s40時(shí)，可以不必進(jìn)行穩(wěn)定性校核。該千斤頂一螺母座位支承時(shí)，作不完全固定支承，另一端有徑向和軸向約束，為

7、固定支承，所以端部職稱情況是一端固定，一端不完全固定。故取l為舉起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取lH+5P+(1.41.6)d，故按下式計(jì)算：l=H+5P+1.5d=190+5*6+1.5*36mm=274mm 螺桿危險(xiǎn)截面的慣性矩，=3.14*294/64mm=34700.974mm4則7.25mm將以上數(shù)據(jù)代入柔度計(jì)算公式，得2*274/7.25=75.58640故應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性校核。螺桿選為淬火鋼，當(dāng)<85時(shí)由公式知：臨界載荷=150977.1 N3.77螺桿穩(wěn)定性安全系數(shù)=2.54所以，螺桿穩(wěn)定性合格。2.2螺母設(shè)計(jì)計(jì)算2.2.1選取螺母材料螺母材料一般可選用青銅，對(duì)于尺

8、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。此題中選擇螺母材料選為ZCuSn10P1鑄錫青銅。2.2.2確定螺母高度及工作圈數(shù)螺母高度，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)圓整)。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¢t具體計(jì)算過(guò)程如下：螺母高度：H=d2=1.5*33mm=49.5mm螺紋工作圈數(shù)：u=H/P=49.5/6mm=8.25mm考慮退刀槽的影響，取實(shí)際工作圈數(shù)為=u+1.5=8.25+1.5mm=9.75mm應(yīng)當(dāng)圓

9、整，又考慮到螺紋圈數(shù)u越多，載荷分布越不均，故u不宜大于10，故取=10（圈）HP=10*6mm=60mm2.2.3校核螺紋牙強(qiáng)度根據(jù)GB/T5796.32005得螺母基本尺寸如下：螺母大徑：D=d+1=36+1mm=37mm螺母小徑：D1=d-6=36-6mm=30mm螺母中徑：D2=33mm由圖13得：D3=（1.61.8）D=1.7*37mm=62.9mmD4=（1.31.4）D3=1.35*62.9mm=84.915mm =60/3mm=20mm螺母的其它尺寸見(jiàn)圖13，螺紋牙多發(fā)生剪切與彎曲破壞。由于螺母的材料強(qiáng)度低于螺桿，故只需校核螺母螺紋牙的強(qiáng)度。（1） 剪切強(qiáng)度校核假設(shè)螺母每圈螺

10、紋 所承受的平均壓力為，并作用在螺紋中徑為直徑的圓周上，則螺紋牙危險(xiǎn)截面的剪切強(qiáng)度條件為： 對(duì)于梯形螺紋，查表得：b=0.65P=0.65*6mm=3.9mm則剪切強(qiáng)度為：故滿足剪切強(qiáng)度條件。（2）彎曲條件校核螺紋牙危險(xiǎn)截面的彎曲強(qiáng)度條件為；彎曲力臂：螺母材料的許用彎曲應(yīng)力，查表得：；將數(shù)據(jù)帶入彎曲強(qiáng)度條件公式，得：=27.163MPa經(jīng)驗(yàn)算，符合彎曲強(qiáng)度條件。 圖13螺母與底座孔配合（1）采用配合；（2）為了安裝簡(jiǎn)便，需在螺母下端（圖13）和底座孔上端（圖17）做出倒角；（3）為了更可靠地防止螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，還應(yīng)裝置緊定螺釘，緊定螺釘選擇的是（GB/T711985）。2.3托環(huán)的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.3.

11、1托杯材料的選擇選擇托環(huán)材料為鋼。2.3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)托杯用來(lái)承托重物，可用鑄鋼鑄成，也可用Q235鋼模鍛制成，其結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)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(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。2.3.3接觸面強(qiáng)度校核當(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(guò)快磨損，一方面需要潤(rùn)滑，另一方面還需要驗(yàn)算接觸面間的壓力強(qiáng)度。由圖1-4計(jì)算各尺寸：厚度； D11=(0.60.7)d=0.65*36mm=23.4mmD10=2.5d=2.5*36mm=90mmD13=1.8d=1

12、.8*36mm=64.8mmD12=D13-4mm=60.8mm 圖14為避免工作時(shí)過(guò)度磨損，接觸面間的壓強(qiáng)應(yīng)滿足將數(shù)據(jù)代入得：MPa=16.172MPa計(jì)算許用壓強(qiáng)p，取托杯和螺桿材料p中較小的一個(gè)：螺桿p=88.75MPa，托杯p=235Mpa；取p=88.75Mpa；經(jīng)驗(yàn)算：，接觸面壓強(qiáng)滿足要求，選材合理。2.4手柄的設(shè)計(jì)計(jì)算2.4.1手柄材料的選擇常用Q235和Q215。本題中，該千斤頂手柄采用的材料是Q2352.4.2計(jì)算手柄長(zhǎng)度扳動(dòng)手柄的力矩：，則K加于手柄上一個(gè)工人的臂力，間歇工作時(shí)，約為150250N，工作時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)為100150N。本題中選擇； =40*tan（3.3140+

13、5.9110）*33/2 N·m =107.194 Nm =（60.8+23.4）*0.1*40/4 Nm =84.2Nm=（107.194+84.2）/200m=956.97mm手柄計(jì)算長(zhǎng)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(zhǎng)度還應(yīng)加上+（50150）mm。故手柄的實(shí)際長(zhǎng)度是： =956.97+64.8/2+100mm=1089.37mm為減小起重器的存放空間，一般手柄不得大于起重器的高度，可取，使用時(shí)加套筒。手柄參考圖1-5（見(jiàn)下頁(yè)）2.4.3手柄直徑 的確定把手柄看成一個(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 故得設(shè)計(jì)公式為

14、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。dpmm=26.28mm取 dp=27mm則dk=dp+1mm=28mm2.4.4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)（圖16），并用螺釘或鉚合固定。因?yàn)槭直木纫蟛桓撸鐖D計(jì)算選用的螺釘為（GB/T68-2000）,擋圈尺寸D=60，H=6.2.5底座設(shè)計(jì)2.5.1選擇底座材料底座材料常用鑄鐵（HT150及HT200），此題中底座材料選為HT200；2.5.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鑄件的壁厚不應(yīng)小于812mm，此題中選擇；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

15、的斜度。2.5.3底座設(shè)計(jì)計(jì)算由圖1-7可得底座的相應(yīng)尺寸：H1=H+20mm=210mmD6=D3+8mm=62.9mm+8mm=70.9mmD7=D6+H1/5=(70.9+210/5)mm=112.9mm =195.477mm =60mm-20mm=40mm 式中：sp底座下枕墊物的許用擠壓應(yīng)力。對(duì)于木材，取 ，此題中取 ； 圖1-7選則材料：45鋼；取=20MPa取=1.5中徑計(jì)算初值：=29.21mm螺桿尺寸：d=36mmP=6mm=29mm=33mm?。貉纻?cè)角：摩擦系數(shù)：=3.3140v=5.9110退刀槽直徑：d4=28.5mm退刀槽寬度：1.5P=9mmD=40mmH=5mmT

16、=107192.229NmmA=660.520mm2螺桿計(jì)算強(qiáng)度：=60.582MPal=H+5P+1.5d=274mmI=34700.974mm47.25mm柔度：75.58640 =150977.1N3.77螺母材料：ZCuSn10P1鑄錫青銅H=49.5mmu=8.25mm圓整后，=10H=60mm螺母大徑： D=d+1=37mm螺母小徑：D1=d-6=30mm螺母中徑：D2 =33mmD3=62.9mmD4=84.915mm=20mmb=4.55mm剪切強(qiáng)度驗(yàn)算：彎曲力臂：l=2 mm強(qiáng)度條件驗(yàn)算：緊定螺釘： 托杯材料：Q235D11=23.4mmD10=90mmD13=64.8mmD

17、12=60.8mmP=16.172MPa手柄采用的材料是Q235K=200NT1=107.194NmT2=84.2NmLp=956.97mmLp=1089.37mmdp=27mmdk =28mm螺釘：擋圈： D=38，H=5底座材料：HT200；厚度：斜度： 底座尺寸：H1= 210mmD6=70.9mmD7=112.9mmD8=195.477mmH2=40mm3.關(guān)于螺旋千斤頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等的補(bǔ)充說(shuō)明（1） 螺母與底座的配合常用或等；（2） 為防止螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)設(shè)緊定螺釘，直徑常取M6M12，根據(jù)起重大小決定；（3） 為防止托杯脫落和螺桿旋出螺母，在螺桿上下兩端安裝安全擋圈；（4） 連接螺釘，擋圈，擋環(huán)的規(guī)格尺寸按結(jié)構(gòu)需要選取或設(shè)計(jì)；（5） 為減少摩擦、磨損及托杯工作時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)，螺旋副及托杯與螺桿的接觸面均需潤(rùn)滑；（6） 裝配圖尺寸標(biāo)注應(yīng)包括特性尺寸（如最大起落高度）、安裝尺寸、外形尺寸（總廠、總寬、總高）和派和尺寸等；（7） 圖面應(yīng)注明技術(shù)特