螺旋千斤顶设计计算说明书Word下载.docx
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1.1、耐磨性的计算
1.2、自锁性校核
2、螺杆的设计计算
2.1、螺杆强度计算
2.2、螺杆稳定性计算
3、螺旋副的计算
3.1、螺杆的计算
3.2、螺母的计算
4、拖杯设计计算
5、底座设计计算
6、手柄设计计算
6.1手柄长度设计计算
6.2手柄直径设计计算7、螺旋千斤顶的效率计算
设计任务书:
设计一螺旋千斤顶,该千斤顶要求最大起重重量为25kN,最大起重高
度为250mm,手柄操作力矩为200N,且要求工作安全可靠,成本不得过高。
设计简单说明:
该千斤顶采用螺旋传动的工作方式,最大起重高度为250mm,手柄操作力
200N,工作稳定可靠,满足自锁条件,使用安全,选材合理、加工方便、生产成本较低。
计算内容
计算及说明
计算结果
1、螺旋副的设计
1.1耐磨性的计算(其额定
中径d2)
1.2自锁性校核
螺旋副在工作时主要承受转矩和轴向拉压力的作用,接触面间有较大的相对滑动,主要失效形式是磨损。
综合考虑以上因素,螺旋副选用梯形螺旋传动,螺杆选用综合机械性能较好的45号钢,螺母材料选用耐磨性较好的锡青铜ZCuSn10Pb1。
耐磨性的计算(其额定中径d2)
螺杆中径d2
1Qd^0.8—
Y屮P]
其中Q为轴向力;
[P]为材料许用压力;
对于整体式螺旋
螺母屮取1.2〜2.5
计算得:
螺杆中径d2320mm
按国家标准[GB/T5796.2—2005]选取公称直径d=28mm,p=5mm的梯形螺纹。
螺旋咼度H=屮-d2
计算得螺旋高度为H=51mm
螺母的螺纹工作圈数u=丄兰10
P
计算得螺纹工作圈数为u=10.2圈(略大于10,不予考虑)
螺纹牙的工作咼度h的计算h=0.5p(梯形螺纹)
自锁性校核:
升角丸的校核tan九一
nd2
人兰屮v—arctg-arctgfv
cosP
其中Wv为当量摩擦角;
f为摩擦系数;
fv为螺旋副的当量摩擦系数,(钢对青铜的fv=0.08〜0.09);
卩为牙
螺纹中径:
d2玉20mm
d=28mm
p=5mm
H=51mmu=10.2圈
h=2.5mm
一3.57
'
■■■v=5.32'
满足自锁条件
2、螺杆的设计计算
2.1螺杆强度计算
形角(梯形螺纹牙形角-=15)0
由以上计算可得•=3.57二=5.32'
以上结果满足:
r'
■v且'
-\■-1.75'
满足自锁条
件。
螺杆不仅受到轴向压力,还要受到螺纹副摩擦产生的摩擦扭矩,故其强度校核如下:
式中Q为最大工作载荷;
A为螺杆危险截面面积
(A=—di),T为螺杆所受转矩;
对于起重,4
Ti=Qdi2tan\■-;
Wt为螺杆螺纹段的抗扭剖
3
面模量,Wt=:
6二a*;
^.1为螺杆材料的许用
164
拉应力,通常3~5,对于所选材料45号钢
■■■s=355MPa。
二ca=91.38MPa
螺杆强度达标
由以上计算可得;
「ca=91.38卜丨-71~118.35MPa
2.2螺杆稳定性计算
临界载荷Qc的计算:
该螺杆结构简图如图1所示
计算内容计算及说明计算结果
在螺杆的结构简图中
H'
=51H=250
D=28P=5
丨二H'
•H1.4~1.6d此处取丨二295
临界载荷Qc的计算
柔度小(将螺旋千斤顶简化为悬臂梁后
i
取-2)
计算得’s=111.61_100为大柔度杆
大柔度杆的临界载荷公式为
计算得Qc=73.853kN
二2El
屮2
Qc=73.853kN
3、螺母的计
稳定性条件Ssc二Qc_Ss(—般取Ss=2.5〜4)
Q
计算得Ssc=2.95-Ss(满足计算要求)
螺纹牙多发生剪切和挤压破坏,故只需校核螺母螺纹牙的强度,螺母结构如图2所示。
Ssc二2.95_S
(满足计算要求
在螺母结构图中
D4=:
1.3~1.4D3
图1
D=33(内螺纹大径)
3.1螺纹牙强度
算内容
3.2螺母体强度
剪切强度已=Q<
门
兀,dbu
对于锡青铜材料k]取30MPa~40MPa
计算得t=8.423MPa兰b】满足剪切强度
弯曲强度6=竺二兰乩](1为螺纹牙受弯力臂
nDbu
1=D-D2;
对于锡青铜乩[取40~60MPa)
2
计算得%=19.473MPaW氏】满足弯曲强度条件
螺母外径的确疋CT=—<
bI
兀/22.
—(D3—D)
4
日仃-1(4.8-5.2Q2
即D3计為]f
式中可取B]=0.83Bb】,即b]=33.2MPa;
计算得D3244.8,取D3=45
螺母凸缘与底座接触表面的挤压强度计算
…Q<
b]
2P——Ip
兀』22匕
一(D47)
式中取<
rp=(1.5〜1.7jicTb]
计算得bb=20.21MPa兰■p]满足挤压条件
螺母凸缘根部的弯曲强度计算
1/.
»
M=Q;
(D「D4)J.5Q(D4;
D3)汀.I
W%3a2也a
6
计算得<
1b=13.77MPa兰bb】=40〜60MPa
螺母凸缘被简短的情况及少发生,可不必校核。
1=8.423MPa<
$]满足剪切强度
仔丄9.473MPa兰右■「]满足弯曲强度条件
D3=45
疝=20.21MPa兰&
]满足挤压条件
%=13.77MPa
满足根缘弯曲条件
选取铸铁材料来做托重物的拖杯,拖杯各部分的结构尺寸参见图3,在杯口上表面有切口和沟纹;
以使得拖杯与重物见接触良好,防止重物间出现相对滑动,在螺杆上端有防止拖杯从螺杆底端部脱落的挡圈。
在上述拖杯结构图中
=8~12取、;
=10
5、底座设计计算
选用铸铁为底座材料,壁厚取10mm;
为加稳定性,底座斜面制成1:
10的斜度。
底面尺寸根据支撑材料的挤压强度计算。
底座结构视图如图4所示
&
手柄计算
6.1手柄长度设计计算
图4
在底座结构简图中
H,=H14~28mm取H,=220
D6=D35~10取D6=53
D7=岂‘2+D6=97
10
确定地面大直径D8=]+D72
”bp」
当结合面为木材时取Jp」2MPa
计算得D8=160
选取Q235为手柄材料,手柄长度按如下式子确
疋:
螺旋驱动力矩
T=「T2
比=220
D6=53
D?
=97
D8=160
d2
「=Q—tg(扎+化)
Tl为螺纹副的摩擦力矩2;
计算得T=49.86Nm
T2为端面摩擦力矩,对于环形端面T^QfcD2D5,
取fc=0.1~0.12;
计算得T2=44N-m
Lp=T/P为驱动力作用半径(手柄的计算长度)(P为
手柄驱动力,取P=250N);
计算得LP=375
手柄实际长度L=Lp+巳+(50-100)
6.2手柄直径设计计算
计算得L=500手柄直径计算:
L=500
d.JT
p一丫0.1氏】
式中&
】为材料许用弯曲应力,取bb】=120MPa;
7、螺旋千斤顶的效率计算
计算得dp=17.1,取dp=18
螺旋千斤顶的效率按下式计算:
引=QP/(2jcPLp)
式中分子P为螺距,分母P为人手力。
dp=18
经计算H=21.22%满足所给范围20%~35%
□=21.22%
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