螺旋千斤顶大作业.docx
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螺旋千斤顶大作业
机械设计大型作业
编号
07
螺旋千斤顶作业任务书
姓名朱雄颖专业机制年级08班级4设计完成日期2010年月日指导教师宋轶民
题目
设计方案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
最大起重量F
(kN)
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
最大起升高度H(mm)
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
一、题目:
螺旋千斤顶
原始数据:
(请在指定的设计方案编号后划√)
机构简图
、工作量
1、总装配图一张;
2、计算说明书一份。
(注:
将任务书置于计算说明书首页)
四、参考资料
螺旋千斤顶设计指导书
螺旋千斤顶设计说明书
设计及说明
结果
螺旋千斤顶主要零件:
螺杆、螺母、托杯、手柄和底座。
原始数据
F=50KN
设计的原始数据:
最大起重量F=50KN、最大升起高度H=210mm。
螺旋千斤顶的设计步骤如下:
H=210mm
1.螺杆的设计与计算:
(1)螺纹的牙型
选用矩形螺纹,采用内径对中,配合选H8/h8,在计算强度时
配合选H8/h8
不考虑螺纹的径向间隙。
(2)螺杆的材料选用45钢
(3)螺杆的直径
螺杆工作时,同时受压力和转矩的作用,因此它的计算可近
螺杆材料选45钢
似按紧螺栓连接的计算公式求出螺纹内径,即
d41.3F
d1[]
其中:
螺杆许用应力[]SS
查阅资料得:
45号钢屈服极限
S480MPa
取安全系数S4
S480
于是,[]S120MPaS4
螺纹内径满足:
d5.250103=26.27mm
螺纹内径满足:
d1=26.27mm
1120
螺距Pd126.276.57mm
44
参考梯形螺纹标准,取P=6mm
P=6mm
P
进而确定螺纹的工作高度h3mm
2
h=3mm
螺纹大径dd1P32.84mm
圆整后,取d=36mm
d=36mm
因此,d1dP30mm
d130mm
(4)自锁验算:
当量摩擦角'arctan
cos
2
由于螺杆和螺母的材料分别取45钢和锡青铜,因此取
0.10(0.08~0.10)
又因为矩形螺纹牙顶角0
'arctan
0cos
2
螺纹中径d2d1d33mm
2
d233mm
螺纹中径升角
arctan
np=arctan6=3.314od233
满足
'1
因此,满足自锁条件,自锁可靠。
(5)螺杆结构:
螺杆上端用于支撑托杯和在其中插装手柄,因此需加大直径,其结构见图1。
=3.314o
满足自锁条件
图1
手柄孔径dk根据手柄直径dp决定,dkdp0.5(后面给出)。
为了便于切制螺纹,螺纹上端切有退刀槽,退刀槽的直径比d1小0.5mm,宽度为1.5P=1.56=9mm。
所以退刀槽尺寸为:
929.5
螺杆下端切有倒角,以便于螺杆旋入螺母,倒角尺寸为C2。
为了防止工作时螺杆从螺母中脱出,在螺杆下端安置了钢制挡圈,挡圈用螺钉固定在螺杆端部。
选取GB/T682000M1045开槽沉头螺钉。
(6)强度校核:
螺杆工作时承受轴向压力F和转矩T的联合作用,根据第四强度理论求出其危险截面的当量应力,令其满足
232(4dF12)23(0.2Td13)2[]
33oo
50tan(3.314o5.711o)2
131.04(Nm)
所以,
v(4dF12)23(0.2Td13)2
4502106)23(131.3049)2
3021060.2303109
因此,
=82.31(MPa)<[]=120MP强度符合强度要求。
2.螺母的设计与计算:
1)材料:
锡青铜
2)螺纹圈数:
牌号:
ZCuSn10Pb1
F
d2h[p]
v82.31MPa
满足强度要求
材料:
锡青铜
其中螺纹中径d233mm,螺纹牙高度h=3mm,螺纹牙表面许用压强[p]取25MPa(18~25MPa)。
代入上式,得
3
50103
33325
6.43
因此,取Z=7
考虑到退刀槽的影响,实际螺纹圈数
Z'Z1.5=8.5
螺母高H'Z'P8.5651mm
(3)螺纹其它尺寸:
见图2
图2
a17mm
3
D1.6d1.63657.6mm取D=58mm
D11.3D1.35875.4mm取D176mm
(4)螺母与底座的配合:
螺母压入底座上的孔内,圆柱面配合采用H8/n7。
螺母下端和底座孔上端均加工出倒角,倒角尺寸为C2。
同时安置紧定螺钉防止螺母转动,紧定螺钉选用GB/T711985M830的开槽锥端紧定螺钉。
3.螺杆稳定性计算:
螺杆稳定性条件为
Z=7
Z'8.5
H'51mm
a=17mm
D=58mm
D176mm
紧定螺钉
M830
SscFFcrSs
式中,Ssc为螺杆稳定性计算安全因数;Ss为螺杆稳定性安全因数
(Ss2.5~4),Fcr为螺杆的临界载荷。
先计算螺杆的长细比
l
i
其中,长度系数2
螺杆最大受压长度
H'
lH1.5d289.5mm
2
螺杆危险截面惯性半径id17.5
4
2289.5
所以,77.2
7.5
对于85淬火钢
2
480d12
Fcr2
cr10.000224
2
480302
2154.71(KN)
10.000277.224
进而可得SscFcr154.713.0942
scF50
由于螺杆稳定性安全因数Ss=2.5~4
所以螺杆稳定性合格。
4.托杯的设计与计算:
(1)材料:
选用Q235碳钢,模锻制造。
(2)托杯结构,见图3.
取壁厚10mm
托杯高(1.5~1.8d),
所以托杯高=1.6d=57.6mm取58mm
直径D20.6d0.63621.6mm取D222mm
D32.4d2.43686.4mm取D387mm
Ssc3.0942螺杆稳定性合格
材料:
Q235碳钢
10mm
托杯高58mm
D222mm
D387mm
图3
为了使其与重物接触良好,防止重物滑动,在托杯上表面制出切口和沟纹。
为了防止托杯从螺杆端部脱落,在螺杆上端应装置挡板,挡板尺寸3063,螺钉选用GB/T57832000M525六角头全螺纹螺栓。
直径D2的配合为H11/a11。
当螺杆转动时,托杯和重物都不转动。
因此,在起重时,托杯底部与螺杆的接触面间有相对滑动。
为了避免过快磨损,一方面需要润滑,另一方面要限制接触面间的压力,取其许用压力为
[p]20MPa(15~25MPa)
由此可确定托杯直径
D44F(P)D2
45010(20)222
=60.57(mm)
取D461mm
61mm
Q235碳钢
D4
5.手柄的设计与计算:
KLpM1M2
则LpM1M2K
式中,K为施加于手柄上的臂力(150~250N),为满足大多数人的使用,设计中取K取200N。
M1Ftan(')(d22)
33oo
50tan(3.314o5.711o)
2=131.04(Nm)
M20.25(D2D4)F
0.25(2261)0.0660
62.25Nm
式中,0.06(0.05~0.08)。
所以,手柄计算长度满足
Lp(M1M2)/K=966.45mm
考虑到螺杆头部尺寸及手握长度的影响,手柄实际长度为
LwLp0.5D4100=1096.95mm
Lw不应超过千斤顶的最小高度,所以所以将手柄实际长度改为300mm,另外加套筒,套筒长800mm。
(3)手柄直径:
dp3KLp(0.1[]b)
式中,[]b为材料的许用弯曲应力,对于Q235的手柄,
[]b120MPa
所以,dp3KLP(0.1b)25.25mm
取dp25.5mm
则螺杆孔径dkdp0.526mm
(4)手柄结构:
手柄插入螺杆上端的孔中,为防止手柄从孔中
滑出,在手柄两端应加上挡环,并用螺钉固定,其结构见图4。
M1131.04Nm
M262.25Nm
Lw1096.95
dp25.5mm
dk26mm
图4
固定螺钉选用GB/T682000M820开槽沉头螺钉。
6.底座的设计与计算:
(1)材料:
HT100铸铁
(2)尺寸设计:
见图5,取壁厚10mm,锥度按照1:
5设计。
各部分尺寸为:
图5
H1H2021020230mm
D5D658664mm
材料:
HT100铸铁
10mm
230mm
D664230/5110mm
D74FD62450101102193.85mm
7[]p62.5
式中,[]p为底座下枕垫物的许用挤压应力。
以下枕垫物为木材考虑,
[]p2.5MPa。
因为D8D1
所以,取D880mm
7、千斤顶的效率:
FP
=FP(一般<0.3)
2(T1T2)
506
0.2470.3
2(131.0462.25)
因此,设计效率符合要求。
D564mm
D6110mm
D7193.85mm
D880mm
0.247
效率符合要求
参考资料:
[1]陈东祥等.机械制图及CAD基础[M].北京:
机械工业出版社,2004.7.
[2]张策等.机械原理与机械设计[M].北京:
机械工业出版社,2004.9.
[3]王世斌,亢一澜等.材料力学[M].北京:
高等教育出版社,2008.1.
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- 螺旋 千斤顶 作业