螺旋千斤顶课程设计_.doc
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螺旋千斤顶
设计计算说明书
院系
专业年级
设计者
指导教师
成绩
2010年11月1日
目录
螺旋千斤顶 1
目录 2
设计任务书 3
一、千斤顶材料的选择 4
1.1、托杯、底座和手柄材料的选择 4
1.2、螺母和螺杆材料的选择 4
二、螺纹类型的确定 4
2.1、螺纹的选择 4
三、零件尺寸的计算 5
3.1、螺杆 5
3.1.1、螺杆直径及螺纹的计算 5
3.1.2、自锁性的验证 6
3.1.3、螺杆强度的验证 6
3.1.4、螺杆稳定性的验证 7
3.1.5、螺杆柔度 8
3.2、螺母 8
3.2.1、螺母设计与计算 8
3.2.2、螺母螺纹牙的强度计算 8
3.2.3、安装要求 9
3.3、托杯的尺寸计算 9
3.4、手柄 10
3.4.1、手柄的设计与计算 10
3.4.2、结构 11
3.5、底座设计 11
参考文献:
12
设计任务书
设计题目:
螺旋千斤顶
千斤顶结构简图:
设计条件:
1、最大起重量F=40kN;
2、最大升距H=200mm;
3、低速。
设计工作量:
绘制出总装配图一张,标注有关尺寸,填写标题栏及零件明细表;
编写设计计算说明书一份。
一、千斤顶材料的选择
千斤顶属于传力螺旋传动,这种螺旋传动类型主要是承受很大的轴向力,为间歇性工作方式,每次的工作时间较短,工作的速度也不高,而且要求有自锁能力。
千斤顶的组成零件有托杯,螺钉,手柄,挡环,螺母,紧定螺钉,螺杆,底座,挡环。
对于螺钉,挡环等零件,属于标准件,可以根据要求,选取适当的型号。
而对于托杯,手柄,螺母,螺杆,底座,需要进行具体的设计。
1.1、托杯、底座和手柄材料的选择
对于托杯和底座,我们可以看出,在工作的时候,需要承受较大的压应力,所以,在材料选择时,我们应该选取强度较高的材料。
根据材料的一般性质,强度随着含碳量的增加而提高。
所以,底座材料我们可以选择HT150。
该零件可以经过锻造正火处理,已达到强度要求。
而托杯材料,我们选择Q235。
手柄材料的选择,常用材料Q235。
1.2、螺母和螺杆材料的选择
表1-2
上表即是螺母和螺杆常用的几种材料。
根据实验的要求可知,该千斤顶受力不大,转速较低,而且主要承受的是压应力。
所以由表1-2,我们选择45#钢作为螺杆的材料。
而对于螺母,需要较高的强度和耐磨性。
所以由表1-2,我们选择ZCuSn5Pb5Zn5(铸锡青铜)作为螺母的材料。
二、螺纹类型的确定
2.1、螺纹的选择
螺纹的种类有很多,见表2-1
表2-1
而作为传动类螺纹的主要有矩形、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α=30º,梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动。
故本实验选梯形螺纹,它的基本牙形按GB/T5796.1—2005的规定。
三、零件尺寸的计算
3.1、螺杆
3.1.1、螺杆直径及螺纹的计算
按耐磨性条件确定螺杆中径d2。
求出d2后,按标准查表选取相应公称直径d、螺距p及其它尺寸。
螺杆直径:
对于矩形和梯形螺纹,h=0.5P,则:
[p]为材料的许用压力,单位为MPa,具体数据见书中表5-12。
对于本体,进过查表,我们选择[p]=20MPa.
的取值一般在1.2~3.5,根据传动精度,载荷大小和使用寿命的不同而选取不同的值。
对于本题,我们选择=1.4。
将数据代入上式,得:
查表得公称直径:
d=34mm,则螺距p=6mm,中径=31.00mm,小径=27.00mm。
由配合关系可以得到螺母的基本尺寸:
小径=28.00mm,中径==31.00mm,大径=35.00mm。
3.1.2、自锁性的验证
螺纹的几何参数确定后,对于像千斤顶这种有自锁性要求的螺旋副,还应该校核螺旋副是否满足自锁性条件,即:
代入公式后,即是验证:
其中=,,,
显然,满足自锁性要求。
3.1.3、螺杆强度的验证
对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度。
强度计算方法参阅教材公式(5-47),
≤[s]
其中T=
查手册,45钢,=355MPa
[s]===MPa,F=40KN,=27.00mm,代入上式,得:
=106.3MPa=118.7MPa
图中,=(1.7~1.9)×d=61.00mm
(1.4~1.6)×d=45.00mm
3.1.4、螺杆稳定性的验证
对于长径比大的受压螺杆,当轴向压力F大于某一临界值时,螺杆就会突然发生侧向弯曲而丧失其稳定性。
因此,在正常情况下,螺杆承受的轴向力F(单位为N)必须小于临界载荷(单位为N)。
则螺杆的稳定性条件为:
上式中为螺杆稳定性安全系数,对于传力螺旋如千斤顶,=3.5~5.0;本实验中我们取=4.0。
称为螺杆稳定性的计算安全系数。
为螺杆的临界载荷:
螺杆的临界载荷与柔度有关,=,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l=H+5t+(1.4~1.6)d,为螺杆危险截面的惯性半径,若危险截面面积A=pd12/4,则
I为螺杆危险截面的轴惯性矩:
当螺杆的柔度<40时,可以不必进行稳定性校核。
计算时应注意正确确定。
3.1.5、螺杆柔度
(1)计算螺杆危险截面的轴惯性矩I和i
I===2.6
==6.75mm
(2)求起重物后托杯底面到螺母中部的高度l
l=H+5p+(1.4~1.6)d
=200+5×6+1.5×34=281mm
查表得=2.00(一端固定,一端自由),E=200GPa。
将以上数据代入临界载荷条件,得:
所以,==4.0
3.2、螺母
3.2.1、螺母设计与计算
根据课本中的说明,螺纹的高度。
上文中已经说明,=1.4,=31mm,所以=44mm。
而螺纹工作圈数n=7.2,取8圈。
需要说明的是,螺纹的工作圈数不宜超过10圈,8圈显然是符合这一要求的。
3.2.2、螺母螺纹牙的强度计算
螺纹牙多发生剪切和挤压破坏,一般螺母的材料强度低于螺杆,故只需校核螺母螺纹牙的强度。
如图所示,如果将一圈螺纹沿螺母的螺纹大径D处展开,则可看作宽度为πD的悬臂梁。
假设螺母每圈螺纹所承受的平均压力为,并作用在以螺纹中径为直径的圆周上,则螺纹牙危险截面a-a的剪切强度条件为
螺纹危险截面a-a的弯曲强度条件为
经计算,
又经查表得[]=35MPa,[]=50MPa,对比可知均满足强度要求。
3.2.3、安装要求
螺母压入底座上的孔内,圆柱接触面问的配合常采用或等配合。
为了安装简便,需在螺母下端和底座孔上端做出倒角。
为了更可靠地防止螺母转动,还应装置紧定螺钉,紧定螺钉直径常根据举重量选取,一般为6~12mm。
2.4.1螺母的相关尺寸计算
查手册D=d+1=35mm
内螺纹小径D1=d-7=28mm
D3=(1.6~1.8)D
=1.7×35=59.5mm
D4=(1.3~1.4)D3
=1.3×59.5=77.35mm
H=44mm
a=H/3=44/3=14.5mm
3.3、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,其结构尺寸见图1―4。
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。
≤[p](式1-1)
式中:
[p]——许用压强,应取托杯与螺杆材料[p]的小者。
D10=(2.6~3.0)d
=3.034=100.00mm
D11=(0.6~0.7)d=0.6534=22.1mm
D13=(1.7~1.9)d=1.834=61mm
D12=D13-3=58mm
(1.5~1.8)d=40.00mm
故≤[]([]>23Mpa)
=,满足要求。
3.4、手柄
3.4.1、手柄的设计与计算
千斤顶在工作时,需要在手柄上作用一定的外力,以使螺纹旋转,以推动托杯上重物的升高。
手柄在受力时,相当于悬臂梁收单一径向轴端的外力的情况,需要同时校核手柄的剪切应力与轴向应力,即
前文已经确定,手柄的材料选择Q235。
于是,查表得[]=170MPa,=100MPa.
将已知数据代入上式,并根据千斤顶本身的工作性质确定
手柄的长度L=1000mm,直径=30mm
3.4.2、结构
手柄插入螺杆上端的孔中,为防止手柄从孔中滑出,在手柄两端面应加上挡环(图1―6),并用螺钉或铆合固定。
图中尺寸:
=7mm
(6~8)=8=28mm
3.5、底座设计
底座材料常用铸铁HT150及HT200,我们选择HT150。
铸件的壁厚δ不应小于8~12mm,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1∶10的斜度。
底座结构及尺寸如图
.
图中
H1=H+(14~28)mm=200+20=220mm
H-a=44-14.5=29.5mm
D=d+1(查手册)=34+1=35
D6=D3+(5~10)mm=61+6=67mm
D7=D6+=67+=121mm
D8=
==194.0mm
取10mm,则S=×(1.5~2)=20mm
式中:
[s]p——底座下枕垫物的许用挤压应力。
对于木材,取[s]p=2~2.5MPa。
参考文献:
[1]濮良贵、纪名刚.机械设计[M].北京:
高等教育出版社,2006.
[2]马兰.机械制图[M]。
北京:
机械工业出版社,2007.
[3]孙恒.机械设计[M].北京:
高等教育出版社,2006.
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