機(jī)械設(shè)計(jì)-螺旋千斤頂

1、螺旋千斤頂 大作業(yè)院 系 機(jī)械工程 專業(yè)年級(jí) 車輛工程141 設(shè) 計(jì) 者 周六圓 指導(dǎo)教師 陳豐 2016 年 10 月 6 日.要求1、總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，操作方便（可自己設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如用側(cè)面手柄上下往復(fù)式或腳踏式等）； 2、設(shè)計(jì)要求：繪制千斤頂裝配圖，主要零件圖兩張（計(jì)算機(jī)繪圖，二維圖必須，三維圖隨便）， 完整的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) ；3、網(wǎng)上有類似內(nèi)容（哈工大機(jī)械設(shè)計(jì)大作業(yè)），不得抄襲；4、大膽創(chuàng)新，發(fā)動(dòng)腦筋，奇思妙想，功能和結(jié)構(gòu)上創(chuàng)新；5、螺桿和螺母材料自定，原始數(shù)據(jù)不同，具體分配如下：班    級(jí)學(xué)號(hào)尾數(shù)起重量（KN)起重高度(mm)備 注車輛工程1

2、41尾數(shù)為1,3,530 150車輛工程141尾數(shù)為2,4,635200車輛工程141尾數(shù)為7,8,940150車輛工程142尾數(shù)為1,3,545200車輛工程142尾數(shù)為2,4,650150車輛工程142尾數(shù)為7,8,955200根據(jù)學(xué)號(hào)1608140134尾數(shù)可得：起重量為35KN 起重高度為200mm第一部分 千斤頂?shù)母攀?千斤頂又叫舉重器、頂重機(jī)、頂升機(jī)等，是一種用比較小的力就能把重物頂升、下降或移位的簡(jiǎn)單起重機(jī)具，也可用來(lái)校正設(shè)備安裝的偏差和構(gòu)件的變形等。千斤頂主要用于廠礦、交通運(yùn)輸?shù)炔块T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

3、頂是用剛性頂舉件作為工作裝置，通過(guò)頂部托座或底部托爪在小行程內(nèi)頂升重物的輕小起重設(shè)備，千斤頂?shù)捻斏叨纫话銥?00mm，頂升速度一般為10-35mm/min，起重能力最大可達(dá)500t。第二部分 螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1螺旋傳動(dòng)的應(yīng)用和類型螺旋傳動(dòng)是利用螺桿（絲杠）和螺母組成的螺旋副來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)動(dòng)均勻、準(zhǔn)確、平穩(wěn)、易于自鎖等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用。（1）按螺桿與螺母的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式，螺旋傳動(dòng)可以有以下四種運(yùn)動(dòng)方式：螺母固定不動(dòng)，如圖(a)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并往復(fù)移動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)以固定螺母為主要支承，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但占據(jù)空間大。

4、常用于螺旋壓力機(jī)、螺旋千斤頂?shù)取Ｂ菽皋D(zhuǎn)動(dòng)，如圖(b)螺桿做直線移動(dòng)，螺桿應(yīng)設(shè)防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，螺母轉(zhuǎn)動(dòng)要設(shè)置軸承均使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且螺桿行程占據(jù)尺寸故應(yīng)用較少。螺母旋轉(zhuǎn)并沿直線移動(dòng)，如圖(c)由于螺桿固定不動(dòng)，因而二端支承結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但精度不高。有些鉆床工作臺(tái)采用了這種方式。螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖(d)螺母做直線運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)方式占據(jù)空間尺寸小，適用于長(zhǎng)行程螺桿。螺桿兩端的軸承和螺母防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。車床絲杠、刀架移動(dòng)機(jī)構(gòu)多采用這種運(yùn)動(dòng)方式。 (a) (b) (c) (d)(c) (d)圖2.1 運(yùn)動(dòng)方式本次設(shè)計(jì)的螺旋千斤頂是運(yùn)用了上圖（a）的運(yùn)動(dòng)方式，即螺母固定不動(dòng)。（2）按照用途不同，螺旋傳動(dòng)分為三種類

5、型。傳力螺旋以傳遞動(dòng)力為主，要求以較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向推力，一般為間歇性工作，工作速度較低，通常要求具有自鎖能力，下圖2.2螺旋壓力機(jī)均為傳力螺旋。 導(dǎo)螺旋以傳遞運(yùn)動(dòng)為主，這類螺旋常在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)連續(xù)工作且工作速度較高，傳動(dòng)精度要求較高，下圖2.3為機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)的螺旋。圖2.3 傳導(dǎo)螺旋圖2.2 螺旋壓力機(jī)調(diào)整螺旋用于調(diào)整并固定零件間的相對(duì)位置，一般不經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)，要求能自鎖，有時(shí)也要求很高精度，如帶傳動(dòng)張緊裝置、機(jī)床卡盤(pán)和精密儀表微調(diào)機(jī)構(gòu)的螺旋等。本次設(shè)計(jì)的螺旋千斤頂就是運(yùn)用了傳力螺旋這種傳動(dòng)類型。2.2螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和選材滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)包括螺桿、螺母的結(jié)構(gòu)形式及其固定和支承結(jié)構(gòu)形式。螺旋傳

6、動(dòng)的工作剛度與精度等和支承結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系，當(dāng)螺桿短而粗且垂直布置時(shí)，如起重及加壓裝置的傳力螺旋，可以采用螺母本身作為支承的結(jié)構(gòu)。當(dāng)螺桿細(xì)長(zhǎng)且水平布置時(shí)，如機(jī)床的傳導(dǎo)螺旋（絲杠）等，應(yīng)在螺桿兩端或中間附加支承，以提高螺桿工作剛度。螺母結(jié)構(gòu)有整體螺母、組合螺母和剖分螺母等形式。整體螺母結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由磨損而產(chǎn)生的軸向間隙不能補(bǔ)償，只適合在精度要求較低的場(chǎng)合中使用。對(duì)于經(jīng)常雙向傳動(dòng)的傳導(dǎo)螺旋，為了消除軸向間隙并補(bǔ)償旋合螺紋的磨損，通常采用組合螺母或剖分螺母結(jié)構(gòu)。利用螺釘可使斜塊將其兩側(cè)的螺母擠緊，減小螺紋副的間隙，提高傳動(dòng)精度。傳動(dòng)用螺桿的螺紋一般采用右旋結(jié)構(gòu)，只有在特殊情況下采用左旋螺紋。螺桿和螺母

7、材料應(yīng)具有較高的耐磨性、足夠的強(qiáng)度和良好的工藝性。表2.1 螺桿與螺母常用的材料螺紋副材料應(yīng)用場(chǎng)合螺桿Q235 Q275 45 50輕載、低速傳動(dòng)。材料不熱處理40Gr 65Mn 20GrMnTi重載、較高速。材料需經(jīng)熱處理，以提高耐磨性9Mn2V GrWMn 38GrMoAl精密傳導(dǎo)螺旋傳動(dòng)。材料需經(jīng)熱處理螺母ZcuSn10P1 ZcuSn5Pb5Zn5一般傳動(dòng)ZcuAL10Fe3 ZcuZn25AL6Fe3Mn重載、低速傳動(dòng)。尺寸較小或輕載高速傳動(dòng)，螺母可采用鋼或鑄鐵制造，內(nèi)空澆鑄巴士合金或青銅表2.5 螺旋傳動(dòng)螺旋副的當(dāng)量摩擦系數(shù)fV（定期潤(rùn)滑）螺旋副材料鋼和青銅鋼和耐磨鑄鐵鋼和鑄鐵鋼和

8、鋼淬火鋼和青銅0.080.100.100.120.120.150.110.170.060.08第三部分 設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算項(xiàng)目計(jì) 算 及 說(shuō) 明計(jì)算結(jié)果1.選材、設(shè)計(jì)螺旋幅尺寸（1）.選材（2）.由耐磨性計(jì)算螺紋中徑D2、旋合圈數(shù)Z及螺母高度H(3).自鎖性驗(yàn)算（4）.螺桿強(qiáng)度驗(yàn)算（5）.螺桿穩(wěn)定性校核2.螺母的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）.螺紋牙強(qiáng)度計(jì)算.螺紋牙彎曲強(qiáng)度.剪切強(qiáng)度校核：（2）.計(jì)算螺母外徑D（3）.凸緣尺寸計(jì)算.計(jì)算凸緣直徑D1及厚度a.凸緣支撐面擠壓強(qiáng)度驗(yàn)算.凸緣根部彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算.凸緣根部剪切強(qiáng)度驗(yàn)算4.效率計(jì)算5.托杯、底座等結(jié)構(gòu)尺寸的確定.托杯設(shè)計(jì).底座設(shè)計(jì)選材、設(shè)計(jì)螺旋幅尺寸設(shè)計(jì)選用梯形

9、螺紋，基本牙型按GB/T5796.12005的規(guī)定。考慮到千斤頂轉(zhuǎn)速較低，單個(gè)作用面受力不大，螺桿材料常用Q235，275，40，45，55等，此處螺桿選常用的45鋼。由手冊(cè)查=355Mpa，由教材式5-37，取安全系數(shù)S=4，則=88.75。滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的許用壓強(qiáng)螺紋副材料滑動(dòng)副速度/(m·min-1)許用壓強(qiáng)/MPa鋼對(duì)青銅低速<3.0612>151825111871012鋼-耐磨鑄鐵61268鋼-灰鑄鐵<2.4612131847鋼-鋼低速7.513 淬火鋼-青銅6121013注：ø<2.5或人力驅(qū)動(dòng)時(shí)，p可提高20%；螺母為剖分式時(shí)，p應(yīng)降低1

10、5%-20%。為了提高耐磨性，螺母選較軟的材料錫青銅為ZCuSn10P1，由上表知鋼對(duì)青銅低速時(shí)，對(duì)人力驅(qū)動(dòng)p可提高20%，即p=，p=22Mpa。 根據(jù)規(guī)定對(duì)整體螺母，由于磨損后不能調(diào)整間隙，可視受力比較均勻，螺紋工作圈數(shù)不宜過(guò)多，故取，此處取。對(duì)于梯形螺紋h=0.5P,則由5-43得：選用根據(jù)GB/T5796.2-2005查得取標(biāo)準(zhǔn)d=28mm，則根據(jù)GB/T5796.3-2005查得d2=d-2.5=25.5mm，旋合圈數(shù)由于螺紋圈數(shù)不宜超過(guò)10圈，因此10圈合適，則H=Z*P=10*5=50mm，由于選用螺桿的材料為鋼，螺母的材料為青銅，鋼對(duì)青銅的摩擦系數(shù)f=0.09(機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè))，

11、因梯形螺紋牙形角=，所以3°5477=5°19，因,故滿足自鎖要求。螺桿強(qiáng)度校核受力較大的螺桿需進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。螺桿工作時(shí)承受軸向力F及轉(zhuǎn)矩T的作用。螺桿危險(xiǎn)截面上既有壓縮應(yīng)力，又有切應(yīng)力。因此，校核螺桿強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)根據(jù)第四強(qiáng)度理論求出螺桿危險(xiǎn)截面的計(jì)算應(yīng)力，強(qiáng)度校核公式為： 式中: F-螺桿所受的軸向壓力，N；A-螺桿危險(xiǎn)截面的面積，,；-螺桿螺紋段的抗扭截面系數(shù),；d1-為螺桿螺紋的小徑（mm）；-為螺桿材料的許用應(yīng)力（Mpa）； T-為螺桿所受轉(zhuǎn)矩（N.mm）；其中扭矩式中：為螺紋中徑處螺紋升角；為當(dāng)量摩擦角。查手冊(cè)GBT699-1999.45鋼的，查教材表5-13，當(dāng)螺

12、桿的材料為鋼時(shí)安全系數(shù)35，取3，則：故有：所以得到強(qiáng)度校核滿足設(shè)計(jì)要求。螺桿穩(wěn)定性校核 (1)計(jì)算柔度=，螺桿一端固定，一端自由，長(zhǎng)度系數(shù)=2；螺桿最大受力長(zhǎng)度L由起重高度、螺母高H、鉸支頭高及螺桿軸向預(yù)留余量決定，其中。因此，螺桿的工作長(zhǎng)度，螺桿危險(xiǎn)截面慣性半徑i=。=，(2)計(jì)算臨界載荷：對(duì)淬火鋼螺桿當(dāng)>85時(shí)，當(dāng)<85時(shí)，對(duì)不淬火鋼螺桿當(dāng)>90時(shí)，當(dāng)<90時(shí)，本設(shè)計(jì)螺桿不淬火，<90，所以=110750N，S=2.54,所以穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)要求。螺母的設(shè)計(jì)計(jì)算校核螺紋牙強(qiáng)度螺母材料可選用青銅，由教材表5-13查得青銅螺母螺紋牙許用彎曲應(yīng)力；許用剪切應(yīng)。梯形螺

13、紋螺紋牙根寬度mm；梯形螺紋螺紋牙工作高度。則：.彎曲強(qiáng)度校核： 合格。.剪切強(qiáng)度校核：，合格。式中：螺母螺紋大徑，mm。Z螺母螺紋工作圈數(shù)。螺母外部尺寸計(jì)算HaaDd'D1從而式中螺母許用拉應(yīng)力可按下式計(jì)算：=0.83，由表5-13, 取40MPa，則圓整取D=44mm。（2）確定D1和a按經(jīng)驗(yàn)公式D1=（1.31.4）D及a=可求：D1=1.3×42=54.6mm=，取a=17mm（3）校核凸緣支承表面的擠壓強(qiáng)度，由經(jīng)驗(yàn)公式： p=(1.51.7)，=(1.51.7)*44=6674.8MPa，強(qiáng)度條件為：p=p，滿足設(shè)計(jì)要求。（4）校核凸緣根部彎曲強(qiáng)度：=滿足設(shè)計(jì)要求。

14、（5）校核凸緣根部剪切強(qiáng)度，強(qiáng)度條件為：式中，螺母材料的許用切應(yīng)力取=35Mpa，故：=滿足設(shè)計(jì)要求。 托杯用來(lái)承托重物，可用鑄鋼鑄成，也可用Q235鋼模鍛制成，取材料為Q235。其結(jié)構(gòu)尺寸見(jiàn)圖。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。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。式中：p許用壓強(qiáng)，應(yīng)取托杯與螺桿材料p的小者。Q235:p杯= 225MPa；45鋼：p桿=570MPa，取p杯

15、，故 滿足設(shè)計(jì)要求。托杯厚度=812mm，此處取=8mm；杯底厚度為 1.3=13mm；溝紋寬度為1.5=15mm；溝紋深度為/2=5mm；托杯高度為1.8*d=1.8*26=46.8mm；D5=(2.42.5)d=62.465mm,取65mm；為保證托杯可以轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿頂端的墊片與托杯底部留有間隙，間隙值為34mm，因承受力不大，故取值為3mm。底座的設(shè)計(jì)底座材料常用鑄鐵HT150及HT200，選用HT150。鑄件的壁厚不應(yīng)小于812mm，取=10mm。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：由經(jīng)驗(yàn)公式：H1=H+（1428）mm，取H1=180mm。所以其他尺寸可用下列經(jīng)驗(yàn)公式確定：D4=D+(510)=42+8=50mm,D6=1.4D=58.8mm,H2=-a=50-17=33mm,取10mm。S=（1.52）=1.5*10=15mmH1=L+（1428）mm =125+20=145mm=149.35mm,取D8=150mm。式中：sp底座下枕墊物的許用擠壓應(yīng)力。對(duì)于木材，取sp=22.5MPa，此處取2MPa。千斤頂裝配圖 螺桿：45鋼=88.75MPa螺母：錫青銅ZCuSn10P1p=22Mpa選用Tr26&