螺旋千斤頂課程設計西南大學

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西南大學工程技術學院課程設計（論文） 螺旋千斤頂 設計計算說明書 院 系 工程技術學院 專業(yè)年級 2012級機械設計制造及其自動化 設 計 者 指導教師 成 績 2014年 11 月 7 日 17 目錄 1設計任務書 3 1.1 設計題目：設計螺旋千斤頂（參考下圖a） 3 1.2 原始數(shù)據(jù) 3 1.3 設計工作量 3 1.3.1 繪制出總裝配圖一張 3 1.3.2 編寫設計計算說明書一份 3 2.1螺桿的設計與計算 4 2.1.1 螺桿螺紋類型的選擇 4 2.1.2選取螺桿材料 4 2.1.3確定螺桿直徑 4 2.1.4自鎖驗算 5 2.1.5結構設計 5 2.1.6螺桿強度計算 6 2.1.7穩(wěn)定性計算 7 2.2螺母設計計算 8 2.2.1選取螺母材料 8 2.2.2確定螺母高度及工作圈數(shù) 8 2.2.3校核螺紋牙強度 8 2.2.4螺母與底座孔配合 10 2.3托環(huán)的設計與計算 10 2.3.1托杯材料的選擇 10 2.3.2結構設計 10 2.3.3接觸面強度校核 10 2.4手柄的設計計算 12 2.4.1手柄材料的選擇 12 2.4.2計算手柄長度 12 2.4.3手柄直徑 的確定 13 2.4.4結構 13 2.5底座設計 14 2.5.1選擇底座材料 14 2.5.2結構設計 14 2.5.3底座設計計算 14 由圖1-7可得底座的相應尺寸： 14 3.關于螺旋千斤頂結構設計等的補充說明 16 參考文獻： 16 設計計算說明書 1設計任務書 1.1 設計題目：設計螺旋千斤頂（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=190mm 1.3 設計工作量 1.3.1 繪制出總裝配圖一張(參考下圖b)，標注有關尺寸，填寫標題欄及零件明細表。 1.3.2 編寫設計計算說明書一份(包括封面、目錄、設計任務書、計算內容和設計步驟、 參考資料等)。 （a） （b） 計 算 及 說 明 結 果 2.計算內容和設計步驟 2.1螺桿的設計與計算 2.1.1 螺桿螺紋類型的選擇 選擇梯形螺紋，牙型角α=30?,梯形螺紋的內外螺紋以錐面貼緊不易松動；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，因為千斤頂?shù)穆輻U與螺母的相互運動是低速滑動，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18—25MPa之間，在此取20MPa。 2.1.3確定螺桿直徑 按耐磨性條件確定中徑 計算過程： 滑動螺旋的耐磨性計算，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； 對于等腰梯形螺紋，，有，一般取1.2~3.5,所以此處取1.5。 帶入設計公式，得 按國家標準查手冊表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>29.212mm 2.1.4自鎖驗算 自鎖驗算條件是 y為螺紋中徑處升角；:當量摩擦系數(shù)；：摩擦系數(shù)；rv為當量摩擦角：牙側角，。 摩擦系數(shù)由查表5-12可知，，由于千斤頂?shù)倪\動速度是很低的，所以摩擦系數(shù)按起動時取最大值0..10。 =arctan=3.3140 經(jīng)驗算，，滿足自鎖條件。 2.1.5結構設計 根據(jù)圖1-2進行螺母的結構設計 （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，dk≥dp十0.5mm。 （2）為了便于切制螺紋，螺紋上端應設有退刀槽。退刀槽的直徑d4應比螺桿小徑d1約小0.2~0.5mm。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，螺桿下端應有倒角或制成稍小于d1的圓柱體。 （4）為了防止工作時螺桿從螺母中脫出，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。 2.1.6螺桿強度計算 對受力較大的螺桿應根據(jù)第四強度理論校核螺桿的強度，強度計算公式為： 或 其中扭矩（上式中為螺紋中徑處升角，為當量摩擦角） 由已知：F=40kN T=Ftan(Ψ+φv)d2/2=40000*tan(3.3140+5.9110)*33/2=107192.229N?mm A==660.520mm2 則有： ≈60.582MPa< 2.1.7穩(wěn)定性計算 細長螺桿工作時受到較大的軸向壓力可能失穩(wěn)，為此應按穩(wěn)定性條件驗算螺桿的穩(wěn)定性。 螺桿的臨界載荷與柔度有關 其中；當螺桿的柔度λs＜40時，可以不必進行穩(wěn)定性校核。 該千斤頂一螺母座位支承時，作不完全固定支承，另一端有徑向和軸向約束，為固定支承，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l＝H+5P+(1.4~1.6)d，故按下式計算： l=H+5P+1.5d=190+5*6+1.5*36mm=274mm 螺桿危險截面的慣性矩，=3.14*294/64mm =34700.974mm4 則7.25mm 將以上數(shù)據(jù)代入柔度計算公式，得 2*274/7.25=75.586＞40 故應進行穩(wěn)定性校核。 螺桿選為淬火鋼，當<85時 由公式知： 臨界載荷 ==150977.1 N 3.77 螺桿穩(wěn)定性安全系數(shù)=2.5~4 所以，螺桿穩(wěn)定性合格。 2.2螺母設計計算 2.2.1選取螺母材料 螺母材料一般可選用青銅，對于尺寸較大的螺母可采用鋼或鑄鐵制造，其內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，實際螺紋圈數(shù)u = u+1.5(u應圓整)?？紤]到螺紋圈數(shù)u越多，載荷分布越不均，故u不宜大于10，否則應改選螺母材料或加大d。螺母高度由下式計算：H= ut 具體計算過程如下： 螺母高度：H＇=φd2=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，取實際工作圈數(shù)為 =u+1.5=8.25+1.5mm=9.75mm 應當圓整，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） H＇＝P=10*6mm=60mm 2.2.3校核螺紋牙強度 根據(jù)GB/T5796.3—2005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1—3得： D3=（1.6~1.8）D=1.7*37mm=62.9mm D4=（1.3~1.4）D3=1.35*62.9mm=84.915mm =60/3mm=20mm 螺母的其它尺寸見圖1―3，螺紋牙多發(fā)生剪切與彎曲破壞。由于螺母的材料強度低于螺桿，故只需校核螺母螺紋牙的強度。 （1） 剪切強度校核 假設螺母每圈螺紋 所承受的平均壓力為，并作用在螺紋中徑為直徑的圓周上，則螺紋牙危險截面的剪切強度條件為： 對于梯形螺紋，查表得： b=0.65P=0.65*6mm=3.9mm則剪切強度為： ﹤ 故滿足剪切強度條件。 （2）彎曲條件校核 螺紋牙危險截面的彎曲強度條件為； 彎曲力臂： 螺母材料的許用彎曲應力，查表得： ； 將數(shù)據(jù)帶入彎曲強度條件公式，得： =27.163MPa 經(jīng)驗算，符合彎曲強度條件。 圖1—3 2.2.4螺母與底座孔配合 （1）采用配合； （2）為了安裝簡便，需在螺母下端（圖1―3）和底座孔上端（圖1―7）做出倒角； （3）為了更可靠地防止螺母轉動，還應裝置緊定螺釘，緊定螺釘選擇的是（GB/T71—1985）。 2.3托環(huán)的設計與計算 2.3.1托杯材料的選擇 選擇托環(huán)材料為鋼。 2.3.2結構設計 托杯用來承托重物，可用鑄鋼鑄成，也可用Q235鋼模鍛制成，其結構尺寸見圖1―4。為了使其與重物接觸良好和防止與重物之間出現(xiàn)相對滑動，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，在螺桿上端應裝有擋板。 2.3.3接觸面強度校核 當螺桿轉動時，托杯和重物都不作相對轉動。因此在起重時，托杯底部與螺桿和接觸面間有相對滑動，為了避免過快磨損，一方面需要潤滑，另一方面還需要驗算接觸面間的壓力強度。 由圖1-4計算各尺寸： 厚度； D11=(0.6~0.7)d=0.65*36mm=23.4mm D10=2.5d=2.5*36mm=90mm D13=1.8d=1.8*36mm=64.8mm D12=D13-4mm=60.8mm 圖1—4 為避免工作時過度磨損，接觸面間的壓強應滿足 將數(shù)據(jù)代入得： MPa=16.172MPa 計算許用壓強[p]，取托杯和螺桿材料[p]中較小的一個： 螺桿[p]=88.75MPa，托杯[p]=235Mpa； 取[p]=88.75Mpa； 經(jīng)驗算：，接觸面壓強滿足要求，選材合理。 2.4手柄的設計計算 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Q235 2.4.2計算手柄長度 扳動手柄的力矩：，則 K——加于手柄上一個工人的臂力，間歇工作時，約為150～250N，工作時間較長時為100～150N。本題中選擇； =40*tan（3.3140+5.9110）*33/2 Nm =107.194 N?m =（60.8+23.4）*0.1*40/4 N?m =84.2N?m =（107.194+84.2）/200m=956.97mm 手柄計算長度Lp是螺桿中心到人手施力點的距離，考慮螺桿頭部尺寸及工人握手距離，手柄實際長度還應加上+（50～150）mm。故手柄的實際長度是： =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，使用時加套筒。 手柄參考圖1-5（見下頁） 2.4.3手柄直徑 的確定 把手柄看成一個懸臂梁，按彎曲強度確定手柄直徑dp，其強度條件為≤[s]F 故得設計公式為 式中：[s]F——手柄材料許用彎曲應力，當手柄材料為Q215和Q235時，[s]F=120Mpa。 dpmm=26.28mm 取 dp=27mm 則dk=dp+1mm=28mm 2.4.4結構 手柄插入螺桿上端的孔中，為防止手柄從孔中滑出，在手柄兩端面應加上擋環(huán)（圖1―6），并用螺釘或鉚合固定。因為手柄的精度要求不高，如圖計算選用的螺釘為（GB/T68-2000）,擋圈尺寸D=60，H=6. 2.5底座設計 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結構設計 鑄件的壁厚δ不應小于8～12mm，此題中選擇；為了增加底座的穩(wěn)定性，底部尺寸應大些，因此將其外形制成1∶10的斜度。 2.5.3底座設計計算 由圖1-7可得底座的相應尺寸： H1=H+20mm=210mm D6=D3+8mm=62.9mm+8mm=70.9mm D7=D6+H1/5=(70.9+210/5)mm=112.9mm ==195.477mm =60mm-20mm=40mm 式中：[s]p——底座下枕墊物的許用擠壓應力。對于木材，取 ，此題中取 ； 圖1--7 選則材料：45鋼； 取=20MPa 取=1.5 中徑計算初值： =29.21mm 螺桿尺寸： d=36mm P=6mm =29mm =33mm ?。? 牙側角： 摩擦系數(shù)： =3.3140 φv=5.9110 退刀槽直徑： d4=28.5mm 退刀槽寬度： 1.5P=9mm D=40mm H=5mm T= 107192.229N?mm A=660.520 mm2 螺桿計算強度： =60.582MPa l=H+5P+1.5d=274mm I=34700.974mm4 7.25mm 柔度： 75.586＞40 = 150977.1N 3.77﹥ 螺母材料： ZCuSn10P1鑄錫青銅 H＇=49.5mm u=8.25mm 圓整后， =10 H＇=60mm 螺母大徑： D=d+1=37mm 螺母小徑： D1=d-6=30mm 螺母中徑： D2 =33mm D3=62.9mm D4=84.915mm =20mm b=4.55mm 剪切強度驗算： ﹤ 彎曲力臂：l=2 mm 強度條件驗算： 緊定螺釘： 托杯材料：Q235 D11=23.4 mm D10=90mm D13=64.8 mm D12=60.8 mm P=16.172MPa 手柄采用的材料是Q235 K=200N T1=107.194N?m T2=84.2 N?m Lp=956.97 mm Lp＇ =1089.37mm dp=27mm dk =28mm 螺釘： 擋圈： D=38，H=5 底座材料：HT200； 厚度： 斜度： 底座尺寸： H1= 210mm D6=70.9mm D7=112.9 mm D8=195.477mm H2=40mm 3.關于螺旋千斤頂結構設計等的補充說明 （1） 螺母與底座的配合常用或等； （2） 為防止螺母轉動，應設緊定螺釘，直徑常取M6~M12，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)格尺寸按結構需要選取或設計； （5） 為減少摩擦、磨損及托杯工作時不轉動，螺旋副及托杯與螺桿的接觸面均需潤滑； （6） 裝配圖尺寸標注應包括特性尺寸（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） 圖面應注明技術特性及技術要求； （8） 圖紙規(guī)格應符合之徒規(guī)定，繪圖要按國家標準，標題欄和明細表的格式應符合要求，詳見課程設計教材，或采用學生用標題欄及明細表格式； （9） 設計計算說明書應在全部計算及圖紙完成后進行整理編寫。 參考文獻： [1]楊 玲.螺旋千斤頂作業(yè)指導書.西南大學工程技術學院,2009. [2]濮良貴，紀名剛.機械設計（第八版）.高等教育出版社,2006. [3]邱宣懷.機械設計（第四版）.高等教育出版社,1997. [4]大連理工大學工程畫教研室.機械制圖. 高等教育出版社,2003.8. [5]吳宗澤,羅圣國.機械設計課程設計手冊(第三版). 高等教育出版社,2006.