《螺旋千斤頂》設計計算說明書

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1、各專業(yè)全套優(yōu)秀畢業(yè)設計圖紙螺旋千斤頂螺旋千斤頂設計計算說明書設計計算說明書院 系 工程技術學院 專業(yè)年級 2009 級機制 2 班 設 計 者 肖 先 華 學 號 222009322210154 指導教師 楊 玲 成 績 2011 年 12 月 1 日螺旋千斤頂設計計算說明書1螺旋千斤頂設計任務書學生姓名肖先華專業(yè)年級2009 級機械設計制造及其自動化設計題目：設計螺旋千斤頂設計條件：1、最大起重量 F =35kN；2、最大升距 H =180 mm。設計工作量：繪制出總裝配圖一張，標注有關尺寸，填寫標題欄及零件明細表；編寫設計計算說明書一份。指導教師簽名： 年 月 日螺旋千斤頂設計計算說明書2

2、目錄目錄1 螺桿的設計與計算螺桿的設計與計算.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 自鎖驗算自鎖驗算.4 1.6 螺桿強度計算螺桿強度計算 .5 1.7 穩(wěn)定性計算穩(wěn)定性計算.51.7.1 計算柔度.61.7.2 計算穩(wěn)定性.62 螺母設計與計算螺母設計與計算.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 及螺紋工作圈數及螺紋工作圈數 U.72.2.1 求螺母高度 H.72.2.2 螺紋工作圈數U.72.2.3 螺母實際高度 H.8 2.3 校核螺紋牙強度

3、校核螺紋牙強度.8 2.4 結構要求結構要求.83 托杯的設計與計算托杯的設計與計算.94 手柄設計與計算手柄設計與計算.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 結構結構.125 底座設計底座設計 .12螺旋千斤頂設計計算說明書3螺旋千斤頂設計計算及說明結果1 螺桿的設計與計算螺桿的設計與計算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，梯形螺紋的內外螺紋以錐面貼緊不易松動。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，按標準選取相應公稱直徑 d、螺距 p 及其它尺寸。d2 phFp根據國家規(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查機械設計手冊，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螺旋千斤頂設計計

5、算說明書41.4 自鎖驗算自鎖驗算自鎖條件是v，式中：為螺紋中徑處升角；v為當量摩擦角（當量摩擦角v=arctanv，但為保證自鎖，螺紋中徑處升角至少要比當量摩擦角小 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 結構結構如下圖（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、端應設有退刀槽。退刀槽的直徑 d4應比螺桿小徑 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，螺桿下端應有倒角或制成稍小于 d1的圓柱體。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。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螺旋千斤頂設計計算

7、說明書5(1.41.6)d=1.528mm=42mm0.25d=0.2528mm=7mmd+(610)=28+8=36mm1.6 螺桿強度計算螺桿強度計算對受力較大的螺桿應根據第四強度理論校核螺桿的強度。強度計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為當量摩擦角。A=d/4=3.1422.5/4=430.3查手冊表 2-7，45 鋼，=355MPas=101.42MPa53s4s5 . 3355故，ca=225 .227554143350003 .4301=

8、87.12MPa=101.42MPa滿足強度條件1.7 穩(wěn)定性計算穩(wěn)定性計算細長的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。T=75541Nmm=355Mpas=101.42MPaca=87.12MPaca滿足強度條件2)tan(2dFTv螺旋千斤頂設計計算說明書6Fcr / F 2.5 4螺桿的臨界載荷 Fcr與柔度 s有關，s=l/i，為螺桿的長度系數，與螺桿的端部結構有關，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 為螺桿危險截面的慣性半徑，若危險截面面積 A=d12/4，則(I 為螺桿危險截面的軸慣性矩)41dA

9、Ii當螺桿的柔度 s40 時，可以不必進行穩(wěn)定性校核。計算時應注意正確確定。1.7.1 計算柔度計算柔度（1）計算螺桿危險截面的軸慣性矩 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，所以需要進行穩(wěn)定性校核。625.524721.7.2 計算穩(wěn)定性計算穩(wěn)定性（1）計算臨界載荷 Fcr查教材公式 5-51，E=2.06105MPaI=1

10、2574.1i=5.625mml=247mm=2E=2.06105MPas=87.82螺旋千斤頂設計計算說明書7Fcr=104652.5N 2522224721 .125741006. 214. 3lEI(2) 穩(wěn)定性計算=3 2.5 4350005 .104652FFcr滿足穩(wěn)定性條件2 螺母設計與計算螺母設計與計算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。2.2 確定螺母高度確定螺母高度 H 及螺紋工作圈數及螺紋工作圈數 u螺母高度 H=d2，螺紋工作圈數，考慮退刀槽的影pHu響，實際螺紋圈數 u = u+1.5

11、(u應圓整)。考慮到螺紋圈數 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= up。2.2.1 求螺母高度求螺母高度 H H =d2 =1.525.5=38.25mm2.2.2 螺紋工作圈數螺紋工作圈數 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螺旋千斤頂設計計算說明書8u應圓整, u取 92.2.3 螺母實際高度螺母實際高度 H H= up=95=45mm2.3 校核螺紋牙強度校核螺紋牙強度一般螺母

12、的材料強度低于螺桿，故只校核螺母螺紋牙的強度。螺母的其它尺寸見圖 13。必要時還應對螺母外徑 D3進行強度驗算。查教材公式 5-48,5-49，螺紋牙的剪切強度和彎曲強度條件分別為：；DbuF buDbFl26式中：b 為螺紋牙根部的厚度，對于梯形螺紋，b=0.65p=3.25mm;為彎曲力臂，=（D-D2）/2=1.5;ll查手冊表 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滿足強度條件2.4 結構要求結構要求螺母壓入底座上的孔內，圓柱接觸H=45mm13.37Mpa 37.02Mpa滿足強度條件螺旋千斤頂設計計算說明書9面問的配合常采用或等配合。78rH78nH為了安裝簡便，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動，還應裝置緊定螺釘（圖 11） ，緊定螺釘直徑常根據舉重量選取，一般為 612mm。螺母的相關尺寸計算 查手冊表 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 托杯的設計與計算托杯的設計與計算托杯用來承托重物，可用鑄鋼鑄成，也可用 Q235 鋼模鍛制成，其結構尺寸見圖 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。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，一倒角 C2D=28.5mmD3=48.45mmD4=67.83mma=15mm螺旋千斤頂設計計算說明書10方面需要潤滑，另一方面還需要驗算接觸面間的壓力強度。 p（式 1-1）4)DD(211

15、212Fp式中：p許用壓強，應取托杯與螺桿材料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 手柄設計與計算手柄設計與計算4.1 手柄材料手柄材料常用 Q235 和 Q215。4.2 手柄長度手柄長度Lp板動手柄的力矩：KLp=T1+T2則（式 1-2）KTTL21p式中：K加于手柄上

16、一個工人的臂力，間歇工作時，約為150250N，工作時間較長時為 100150N。D10=67.2mmD11=18.2mmD13=50.4mmD12=47.4mm=23.27MPapp滿足壓力強度條件選 Q235螺旋千斤頂設計計算說明書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 f=0.09) =(47.4+18.2)0.0935/4=51660Nmm310則 (K 取 200)KTTL21p =636 mm2005

17、166075541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+（50150）mm。手柄實際長度不應超過千斤頂，使用時2D13可在手柄上另加套管。因此，手柄實際長度=+100=636+25.2+100=761.2mmpLpL24 .504.3 手柄直徑手柄直徑 dp把手柄看成一個懸臂梁，按彎曲強度確定手柄直徑 dp，其強度條件為 F（式 1-3）3ppFd1 . 0KL故 dp3Fp 1 . 0KL=23.32mm 31201 . 0761200T1=75541NmmT2=51660Nmm=636mmpL=761.2mmpL螺旋千斤頂設計

18、計算說明書12式中：F手柄材料許用彎曲應力，當手柄材料為 Q215 和 Q235 時，F=120Mpa。4.4 結構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 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 底座設計底座設計底座材料常用鑄鐵（HT150 及 HT200） ，鑄件的壁厚 不應小于 812mm，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 110 的斜度。底座結構及尺寸如圖 17dp=23.32mmdp =5.83mm41dp+(610)=32m

19、m螺旋千斤頂設計計算說明書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力。對于木材，取p=22.5MPa。參考資料參考資料：1蒲良貴 紀明剛.機械設計M.8 版.北京:高等教育出版社,2006.2吳宗澤.機械設計課程設計手冊M.3 版.北京:高等教育出版社,20063孫維連.工程材料M.中國農業(yè)大學出版社，20054孫恒等.機械原理M.7 版.北京：高等教育出版社，2006H1=200mmH-a=39.5mmD6=63.1mmD7=103.5mmD8=190mm