《螺旋千斤頂》設(shè)計(jì)計(jì)算說明書

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1、各專業(yè)全套優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙螺旋千斤頂螺旋千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算說明書設(shè)計(jì)計(jì)算說明書院 系 工程技術(shù)學(xué)院 專業(yè)年級(jí) 2009 級(jí)機(jī)制 2 班 設(shè) 計(jì) 者 肖 先 華 學(xué) 號(hào) 222009322210154 指導(dǎo)教師 楊 玲 成 績(jī) 2011 年 12 月 1 日螺旋千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算說明書1螺旋千斤頂設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名肖先華專業(yè)年級(jí)2009 級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)螺旋千斤頂設(shè)計(jì)條件：1、最大起重量 F =35kN；2、最大升距 H =180 mm。設(shè)計(jì)工作量：繪制出總裝配圖一張，標(biāo)注有關(guān)尺寸，填寫標(biāo)題欄及零件明細(xì)表；編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日螺旋千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算說明書2

2、目錄目錄1 螺桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算螺桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算.3 1.1 螺桿螺紋類型的選擇螺桿螺紋類型的選擇.3 1.2 選取螺桿材料選取螺桿材料 .3 1.3 確定螺桿直徑確定螺桿直徑 .3 1.4 自鎖驗(yàn)算自鎖驗(yàn)算.4 1.6 螺桿強(qiáng)度計(jì)算螺桿強(qiáng)度計(jì)算 .5 1.7 穩(wěn)定性計(jì)算穩(wěn)定性計(jì)算.51.7.1 計(jì)算柔度.61.7.2 計(jì)算穩(wěn)定性.62 螺母設(shè)計(jì)與計(jì)算螺母設(shè)計(jì)與計(jì)算.7 2.1 選取螺母材料選取螺母材料 .7 2.2 確定螺母高度確定螺母高度 H 及螺紋工作圈數(shù)及螺紋工作圈數(shù) U.72.2.1 求螺母高度 H.72.2.2 螺紋工作圈數(shù)U.72.2.3 螺母實(shí)際高度 H.8 2.3 校核螺紋牙強(qiáng)度

3、校核螺紋牙強(qiáng)度.8 2.4 結(jié)構(gòu)要求結(jié)構(gòu)要求.83 托杯的設(shè)計(jì)與計(jì)算托杯的設(shè)計(jì)與計(jì)算.94 手柄設(shè)計(jì)與計(jì)算手柄設(shè)計(jì)與計(jì)算.10 4.1 手柄材料手柄材料.10 4.3 手柄直徑手柄直徑 DP.11 4.4 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu).125 底座設(shè)計(jì)底座設(shè)計(jì) .12螺旋千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算說明書3螺旋千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算及說明結(jié)果1 螺桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算螺桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算1.1 螺桿螺紋類型的選擇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 =30，梯形螺紋的內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動(dòng)。故選梯形螺紋，它的基本牙形按GB/T5796.12005 的規(guī)定。1.2 選取螺桿材料選取螺桿材

4、料螺桿材料常用 Q235、Q275、40、45、55 等。1.3 確定螺桿直徑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(biāo)準(zhǔn)選取相應(yīng)公稱直徑 d、螺距 p 及其它尺寸。d2 phFp根據(jù)國(guó)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 =1.52.5,則P可提高20%，所以P=(1+20%)20=24MPa。故，d2 =24.5 phFp查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，d 取 28mm則 p=5mm， d1=22.5mmd2=25.5mm選梯形螺紋選 45 鋼d=28mmp=5mmd1=22.5mmd2=25.5mm螺旋千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)

5、算說明書41.4 自鎖驗(yàn)算自鎖驗(yàn)算自鎖條件是v，式中：為螺紋中徑處升角；v為當(dāng)量摩擦角（當(dāng)量摩擦角v=arctanv，但為保證自鎖，螺紋中徑處升角至少要比當(dāng)量摩擦角小 1。查教材表 5-12，f 取 0.09 =arctan(n p / d2)=arctan 16/(3.1425.5) =4.285v=arctan（f/cos）=arctan 0.09/cos(30/2)=5.323故，v-1滿足自鎖條件1.5 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)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

6、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1.5t。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/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=22mm D13=(1.71.9)d=1.828=50.4mm=4.285v=5.323v-1滿足自鎖條件1.5t=7.5mmd4=22mmD13=50.4(1.41.6)d=42mm0.25d=7mmd+(610)=36mm螺旋千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算

7、說明書5(1.41.6)d=1.528mm=42mm0.25d=0.2528mm=7mmd+(610)=28+8=36mm1.6 螺桿強(qiáng)度計(jì)算螺桿強(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)算方法參閱教材公式(5-47)，ca=212431dTFA其中扭矩=35103tan(4.285+5.323) 25.5/2 Nmm =75541Nmm式中：為螺紋中徑處升角，v為當(dāng)量摩擦角。A=d/4=3.1422.5/4=430.3查手冊(cè)表 2-7，45 鋼，=355MPas=101.42MPa53s4s5 . 3355故，ca=225 .227554143350003 .4301=

8、87.12MPa=101.42MPa滿足強(qiáng)度條件1.7 穩(wěn)定性計(jì)算穩(wěn)定性計(jì)算細(xì)長(zhǎng)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。T=75541Nmm=355Mpas=101.42MPaca=87.12MPaca滿足強(qiáng)度條件2)tan(2dFTv螺旋千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算說明書6Fcr / F 2.5 4螺桿的臨界載荷 Fcr與柔度 s有關(guān)，s=l/i，為螺桿的長(zhǎng)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+5t+(1.41.6)d，i 為螺桿危險(xiǎn)截面的慣性半徑，若危險(xiǎn)截面面積 A=d12/4，則(I 為螺桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩)41dA

9、Ii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。1.7.1 計(jì)算柔度計(jì)算柔度（1）計(jì)算螺桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩 I 和 iI=12574.16441d645 .2214. 34=5.625mm41dAIi45 .22（2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度 llH+5t+(1.41.6)d =180+55+1.528=247mm(3)計(jì)算柔度查教材表 5-14， 取 2(一端固定，一端自由)s=l/i=87.8240，所以需要進(jìn)行穩(wěn)定性校核。625.524721.7.2 計(jì)算穩(wěn)定性計(jì)算穩(wěn)定性（1）計(jì)算臨界載荷 Fcr查教材公式 5-51，E=2.06105MPaI=1

10、2574.1i=5.625mml=247mm=2E=2.06105MPas=87.82螺旋千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算說明書7Fcr=104652.5N 2522224721 .125741006. 214. 3lEI(2) 穩(wěn)定性計(jì)算=3 2.5 4350005 .104652FFcr滿足穩(wěn)定性條件2 螺母設(shè)計(jì)與計(jì)算螺母設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1 選取螺母材料選取螺母材料螺母材料一般可選用青銅，對(duì)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 確定螺母高度確定螺母高度 H 及螺紋工作圈數(shù)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pHu響，實(shí)際螺紋圈數(shù) u = u+1.5

11、(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= up。2.2.1 求螺母高度求螺母高度 H H =d2 =1.525.5=38.25mm2.2.2 螺紋工作圈數(shù)螺紋工作圈數(shù) u=7.6510，符合要求puH525.38u = u+1.5 =7.65+1.5=9.15Fcr=104652.5N =3 2.5 4FFcr滿足穩(wěn)定性條件選青銅u=7.65u=9螺旋千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算說明書8u應(yīng)圓整, u取 92.2.3 螺母實(shí)際高度螺母實(shí)際高度 H H= up=95=45mm2.3 校核螺紋牙強(qiáng)度校核螺紋牙強(qiáng)度一般螺母

12、的材料強(qiáng)度低于螺桿，故只校核螺母螺紋牙的強(qiáng)度。螺母的其它尺寸見圖 13。必要時(shí)還應(yīng)對(duì)螺母外徑 D3進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。查教材公式 5-48,5-49，螺紋牙的剪切強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度條件分別為：；DbuF buDbFl26式中：b 為螺紋牙根部的厚度，對(duì)于梯形螺紋，b=0.65p=3.25mm;為彎曲力臂，=（D-D2）/2=1.5;ll查手冊(cè)表 3-8，D=d+0.5=28.5mm, D2=25.5mm查表 5-13，取 35Mpa, 取 50Mpa b故，=DbuF925. 35 .2814. 310353 =13.37MPa35 Mpa=uDbFl26925. 35 .2814. 35 . 1103

13、5623=37.02Mpa50Mpa滿足強(qiáng)度條件2.4 結(jié)構(gòu)要求結(jié)構(gòu)要求螺母壓入底座上的孔內(nèi)，圓柱接觸H=45mm13.37Mpa 37.02Mpa滿足強(qiáng)度條件螺旋千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算說明書9面問的配合常采用或等配合。78rH78nH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。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。螺母的相關(guān)尺寸計(jì)算 查手冊(cè)表 3-8，D=d+0.5=28.5mmD3= (1.61.8)D =1.728.5mm=48.45mmD4= (1.31.4)D3=1.448.45mm=67.83

14、mmH=45mm a=H/3=45/3=15mm3 托杯的設(shè)計(jì)與計(jì)算托杯的設(shè)計(jì)與計(jì)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(jié)構(gòu)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(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，一倒角 C2D=28.5mmD3=48.45mmD4=67.83mma=15mm螺旋千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算說明書10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。 p（式 1-1）4)DD(211

15、212Fp式中：p許用壓強(qiáng)，應(yīng)取托杯與螺桿材料p的小者。p取 23.6MpaD10=(2.42.5)d=2.428=67.2mmD11=(0.60.7）d=0.6528=18.2mmD13=(1.71.9)d=1.828=50.4mmD12= D13-(24)=50.4-3=47.4mm故 4)DD(211212Fpp=4)2 .184 .47(14. 31035223=23.27Mpa23.6Mpa4 手柄設(shè)計(jì)與計(jì)算手柄設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1 手柄材料手柄材料常用 Q235 和 Q215。4.2 手柄長(zhǎng)度手柄長(zhǎng)度Lp板動(dòng)手柄的力矩：KLp=T1+T2則（式 1-2）KTTL21p式中：K加于手柄上

16、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。D10=67.2mmD11=18.2mmD13=50.4mmD12=47.4mm=23.27MPapp滿足壓力強(qiáng)度條件選 Q235螺旋千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算說明書11T1螺旋副間的摩擦阻力矩，T1=35103tan(4.285+5.323) 25.5/2 Nmm =75541NmmT2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) =(47.4+18.2)0.0935/4=51660Nmm310則 (K 取 200)KTTL21p =636 mm2005

17、166075541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。手柄實(shí)際長(zhǎng)度不應(yīng)超過千斤頂，使用時(shí)2D13可在手柄上另加套管。因此，手柄實(shí)際長(zhǎng)度=+100=636+25.2+100=761.2mmpLpL24 .504.3 手柄直徑手柄直徑 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 F（式 1-3）3ppFd1 . 0KL故 dp3Fp 1 . 0KL=23.32mm 31201 . 0761200T1=75541NmmT2=51660Nmm=636mmpL=761.2mmpL螺旋千斤頂設(shè)計(jì)

18、計(jì)算說明書12式中：F手柄材料許用彎曲應(yīng)力，當(dāng)手柄材料為 Q215 和 Q235 時(shí)，F(xiàn)=120Mpa。4.4 結(jié)構(gòu)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。圖中尺寸：dp =5.83mm41dp+(610)= dp+8=23.32+8=31.32mm 取整為 325 底座設(shè)計(jì)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，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 17dp=23.32mmdp =5.83mm41dp+(610)=32m

19、m螺旋千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算說明書13圖中 取 10mm，r 取 5mm，R 取 8mm；H1=H+（1428）mm =180+20=200mm H-a=39.5mm D6=D3+（510）mm =56.1+7=63.1mmD7=D6+=63.1+=103.1mm51H5200D8=27pD 4F =231 .103214. 310404=190mm式中：p底座下枕墊物的許用擠壓應(yīng)力。對(duì)于木材，取p=22.5MPa。參考資料參考資料：1蒲良貴 紀(jì)明剛.機(jī)械設(shè)計(jì)M.8 版.北京:高等教育出版社,2006.2吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)M.3 版.北京:高等教育出版社,20063孫維連.工程材料M.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，20054孫恒等.機(jī)械原理M.7 版.北京：高等教育出版社，2006H1=200mmH-a=39.5mmD6=63.1mmD7=103.5mmD8=190mm