螺旋千斤顶课程设计.doc

螺旋千斤顶设计计算说明书院 系 工程技术学院 专业年级 09级机制X班 设 计 者 XX 指导教师 杨玲 成 绩 2011年 11 月 28 日目录1、引言12、螺杆的设计与计算22.1螺杆螺纹类型的选择22.2选取螺杆材料22.3确定螺杆直径32.4自锁性校核计算32.5结构42.6螺杆强度计算52.7稳定性计算62.7.1计算柔度62.7.2计算稳定性73、螺母设计与计算 73.1 选取螺母材料 83.2确定螺母高度H¢及螺纹工作圈数u83.2.1求螺母高度H83.2.2螺纹工作圈数u83.3校核螺纹牙强度 83.3.1螺纹牙的剪切强度和弯曲强度计算 83.4安装要求94、托杯的设计与计算104.1托杯的尺寸计算105、手柄设计与计算126、底座设计146.1底座的材料 14参考文献15表1 千斤顶设计计算和说明计算及说明结果2螺杆的设计与计算最大起重量F=30KN 最大提高H=170KN2.1螺杆螺纹类型的选择螺纹有矩形、梯形与锯齿形，常用的是梯形螺纹。梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角=30º，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动。矩形螺纹牙根强度低，锯齿形螺纹牙型为不等腰梯形，加工成本高。从实用性考虑故选梯形螺纹，基本牙形按GB/T5796.12005的规定。2.2选取螺杆材料考虑到千斤顶转速较低，单作用面受力不大，螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。此处选最常用的45钢。2.3确定螺杆直径按耐磨性条件确定螺杆中径d2。求出d2后，按标准选取相应公称直径d2、螺距P及其它尺寸。 根据规定，对于整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，卫视受力比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故取=1.2-2.5，此处取。螺杆-螺母材料分别为钢-青铜，滑动速度为低速，得许用压力P为18-25MPa。取 P=20MPa。（摩擦系数起动时取大值，校核是为安全起见，应以起动时为准，由f值0.08-0.1，应取f =0.1。代入 F=30KN得 d2=21.91mm据GB/T 5796.3-2005，d=28.00mm，D=29.00mm由d2 =d0.5P推得d2=25.00mmd3=21.00mm ,D1=22.00mm2.4 自锁性校核计算 滑动螺旋起重器必须保证可靠的自锁性，自锁的条件为： (3) ， 式中 螺纹升角；f螺旋副材料的摩擦因数，一般可取 f 0.080.1；牙型半角（牙侧角），梯形螺纹/215o故有可靠的自锁性。2.5结构 如右图一:螺杆上端用于支承托杯10并在其中插装手柄7，因此需要加大直径。手柄孔径的大小根据手柄直径决定，十0.5mm。为了便于切制螺纹，螺纹上端应设有退刀槽。退刀槽的直径d4应比螺杆小径d1约小0.2-0.5mm。退刀槽的宽度可取为1.5P。为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应有倒角或制成稍小于d1的圆柱体。为了防止工作时螺杆从螺母中脱出，在螺杆下端必须安置钢制挡圈(GB891-86)，挡圈用紧定螺钉固定在螺杆端部。其中：退刀槽宽度为1.5P=9mmD13=(1.7-1.9)d=1.8×28=50.4mm(1.4-1.6)d=1.5d=42mm图示H1+H'=170+60=230mm（H'由后面计算得） 螺栓外径为0.25*28=7mm（此处设计所用数据为后面校核后的数据）2.6螺杆强度计算图2：螺杆结构示意图起重时螺杆受压和受扭，按第四强度理论计算： = （4）式中A螺杆螺纹段的危险截面面积，A，/ ;WT螺杆螺纹段抗扭截面系数，WT ，/3 ;d1螺杆螺纹小径，；F 起升载荷，/N；T1螺杆所受扭矩，T1Ftan() ，/； 螺杆材料的许用应力。 /，可取 取 故安全。2.7稳定性计算细长的螺杆工作时受到较大的轴向压力可能失稳，为此应按稳定性条件验算螺杆的稳定性。Fcr / F³ 2.5 4螺杆的临界载荷Fcr与柔度s有关，s=m l/i，m为螺杆的长度系数，与螺杆的端部结构有关，l为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取，i为螺杆危险截面的惯性半径，危险截面面积，则(I为螺杆危险截面的轴惯性矩)当螺杆的柔度s40时，可以不必进行稳定性校核。计算时应注意正确确定。2.7.1计算柔度（1）计算螺杆危险截面的轴惯性矩I和i（2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度lh1=(1.82)d=228=56mmD大杆=（1.61.8）=1.7l=H+4p+1.5d=170+46+1.528=236mm(3) 计算柔度查教材，取2(一端固定，一端自由)查手册表1-6，E取200GPa所以需要校核。2.7.2计算稳定性（1）计算临界载荷Fcr(2) 稳定性计算稳定性满足要求。3. 螺母设计与计算3.1选取螺母材料螺母材料一般可选用青铜，对于尺寸较大的螺母可采用钢或铸铁制造，其内孔浇注青铜或巴氏合金。此题选青铜ZCuSn10Pl。3.2确定螺母高度H¢及螺纹工作圈数u螺母高度H=d2=2*25mm=50.00mm，螺纹工作圈数，考虑退刀槽的影响，实际螺纹圈数u¢ = u+1.5(u¢应圆整)。考虑到螺纹圈数u越多，载荷分布越不均，故u不宜大于10。3.2.1求螺母高度H¢H=d2=225mm=50.00mm3.2.2螺纹工作圈数uu¢ = u+1.5=9.83u¢应圆整, u¢取10。3.2.3 螺母实际高度H¢H¢= u¢P=10×6=60mm3.3校核螺纹牙强度一般螺母的材料强度低于螺杆，故只校核螺母螺纹牙的强度。螺母的其它尺寸见图。必要时还应对螺母外径D3进行强度验算。3.3.1螺纹牙的剪切强度和弯曲强度计算可看作宽度为的悬臂梁。螺母每圈螺纹所受的平均压力为，并作用在以螺纹中径D2为直径的圆周上，则螺纹危险截面aa上的剪切强度条件为：螺纹危险截面aa上的弯曲强度条件为：式中螺纹牙根部的厚度。，P为螺纹螺距;弯曲力臂，/mm。；螺母材料的许用切应力；可取；螺母材料的许用弯曲应力；可取。： 取 螺纹牙的剪切强度安全取故螺纹牙的弯曲强度安全。3.4安装要求螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面间的配合常采用或等配合。为了安装简便，需在螺母下端（图13）和底座孔上端（图17）做出倒角。为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉（图11），紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为612mm。2.4.1 螺母的相关尺寸已得：D=d+1=29mm内螺纹小径D1=22mm取故D4取66mma=（0.20.3）H4. 托杯的设计与计算4.1托杯的尺寸计算托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用Q235钢模锻制成，取材料为Q235。其结构尺寸见图。为了使其与重物接触良好和防止与重物之间出现相对滑动，在托杯上表面制有切口的沟纹。为了防止托杯从螺杆端部脱落，在螺杆上端应装有挡板。当螺杆转动时，托杯和重物都不作相对转动。因此在起重时，托杯底部与螺杆和接触面间有相对滑动，为了避免过快磨损，一方面需要润滑，另一方面还需要验算接触面间的压力强度。式中：p许用压强，应取托杯与螺杆材料p的小者。Q235:p杯= 225MPa；45钢：p杆=570MPa 取p杯。D10=(2.42.5)d =2.528=70mmD11=(0.60.8）d=0.728=19.6mmD13=(1.71.9)d=1.828=50.4mmD12=D13 - (24)=50.4-3.4=48mmh1=（1.82）d=2*28=56mm故托杯厚度=812mm，此处取=10mm杯底厚度为 1.3=13mm；沟纹宽度为1.5=15mm；沟纹深度为/2=5mm；托杯高度为1.8*d=1.8*28=50.4mm；为保证托杯可以转动，螺杆顶端的垫片与托杯底部留有间隙，间隙值为34mm，因承受力不大，故取值为3mm。5. 手柄设计与计算计算操作力矩T ： T （10）式中T1螺旋副螺纹牙间的摩擦力矩，即螺杆所受扭矩，/。T2螺杆与托杯底面间的摩擦力矩，/。T2 （11） F 起升力，/；螺杆与托杯底面间的摩擦因数，可取；螺杆与托杯底面接触环面的外径，/；螺杆与托杯底面接触环面的内径，/；扳动手柄的操作力，/N。一般可取250；计算手柄弯曲强度由手柄弯曲强度条件可得手柄直径计算式：式中 手柄材料的许用弯曲应力，/。一般可选Q235，其125。故取取T=所以 因为更省力，所以选取手柄长为 L=500mm所以取22mm.6. 底座设计底座材料常用铸铁（HT150及HT200）（图6），铸件的壁厚不应小于，取为，为了增加底座的稳定性，底部尺寸应大些，因此将其外形制成110的斜度。图中=+式中底座下枕垫物的许用挤压应力。具体数值为：取 取150.00mm参考文献：1.濮良贵，纪名刚，机械设计. 八版 . 北京：高等教育出版社，20092. 成大先，机械设计手册. 单行本 . 北京：化学工业出版社，20043. 机械工程师手册编委会，机械工程师. 3版 . 北京：机械工业出版社，20074. 朱辉，曹桄，画法几何及工程制图. 六版 .上海：上海科学技术出版社，20075. 王伯平，互换性与技术测量. 二版 .北京：机械工业出版社，2008选梯形螺纹选45钢P=6mmd=28mmD=29mmD1=22mmd2=25mmd3=21mmT=6mm1.5P=9mmD13=50.4mm1.5d=42mmH1+H'=230mm螺栓外径为：0.25*28=7mm=352MpaA=346.19mm2T1=60000N=103.8MPai=5.2=2E取200GPaFcr=175.04KN=5.25³ 2.5 4螺母材料选青铜u=10H¢=60mm=10mm杯底厚度为： 1.3=13mm沟纹宽度为：1.5=15mm沟纹深度为：/2=5mm托杯高度为：50.4mmh1=56mm手柄材料选择Q235L=500mmHT150底座材料外形110斜度S=22.5mmH1=260mmH-a=40mmD6=62.1mmD7=74.1mmD8=103.74mm