螺旋千斤顶设计说明书-浙江工业大学机械设计大作业.doc
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浙江工业大学
机械设计
螺旋千斤顶设计说明书
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目录
1.设计要求……………………………………………………………………………1
2.螺杆设计与计算…………………………………………………………………1
2.1螺杆材料的选择…………………………………………………………………1
2.2螺杆螺纹类型的选择……………………………………………………………1
2.3确定螺杆直径……………………………………………………………………1
2.4自锁验算…………………………………………………………………………2
2.5螺杆强度计算……………………………………………………………………2
2.6稳定性计算………………………………………………………………………3
2.7螺杆结构………………………………………………………………………4
2.8轴端挡圈………………………………………………………………………5
3.螺母设计与计算……………………………………………………………………5
3.1螺母材料的选择…………………………………………………………………5
3.2确定螺母实际高度及螺纹实际工作圈数………………………………………5
3.3校核螺纹牙强度…………………………………………………………………5
3.4螺母凸缘根部弯曲强度计算……………………………………………………6
3.5螺母与底座孔配合………………………………………………………………7
4.托杯设计与计算……………………………………………………………………7
5.手柄设计与计算……………………………………………………………………8
5.1手柄材料…………………………………………………………………………8
5.2手柄长度………………………………………………………………………8
5.3手柄直径………………………………………………………………………9
6.底座设计与计算…………………………………………………………………9
设计内容
计算及说明
结果
1.设计要求
2.螺杆的设计与计算
2.1螺杆材料的选择
2.2螺杆螺纹类型的选择
2.3确定螺杆直径
2.4自锁性校核
2.5螺杆强度计算
2.6稳定性计算
2.7螺杆结构
2.8轴端挡圈
3.螺母设计与计算
3.1选取螺母材料
3.2确定螺母实际高度及螺纹实际工作圈数
3.3校核螺纹牙强度
①剪切强度
②弯曲强度
3.4螺母凸缘根部弯曲强度计算
3.5螺母与底座孔配合
4.托杯的设计
5.手柄设计与计算
5.1手柄材料
5.2手柄长度LP
5.3手柄直径
6.底座设计
最大起重量F=33kN
最大起重高度S=180mm
由于千斤顶的的最大载荷F=33kN,低速运行,按表5-11【1】螺杆材料选45钢,并采用调质处理。
按表5-1【1】,选梯形螺纹,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;工艺性好,牙根强度高,对中性好,所以选择梯形螺纹。
千斤顶要求能自锁,因此采用单线螺纹。
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d、螺距P及其它尺寸。
螺纹工作面上的耐磨性条件为
F(N):
作用于螺杆的轴向力(mm):
螺纹中径h(mm):
螺纹工作高度P(mm):
螺纹的螺距
H(mm):
螺母的高度[p](MPa):
材料许用压强
令=H/d2,且螺纹工作圈数:
u=H/P,
对梯形螺纹,h=0.5P;
值选取:
对于整体螺母,由于磨损后不能调整间隙,为使受力分布比较均匀,螺纹工作圈数不宜过多,故取=1.2~2.5;这里取=1.2。
查表5-12【1】得滑动螺旋副材料的许用压力[p]为:
18~25Mpa。
当<2.5时,[p]可提高20%,所以[p]为:
21.6~30MPa;这里取[p]=22MPa。
螺杆螺纹中径:
查表A2【2】(GB/T5796.2—1986、GB/T5796.3—1986)
取:
螺纹中径d2=29.00mm
螺纹公称直径d=32.00mm
螺纹小径d1=25.00mm
螺纹螺距P=6mm
自锁条件为:
式中:
螺纹升角=
当量摩擦角=arctg(f/cosβ);
摩擦系数f:
0.08~0.10,取f=0.08;
牙侧角
==
根据第四强度理论求出危险截面的计算应力,其强度条件为:
螺杆所受扭矩
查表8-17【3】的45钢=355MPa,由表按表5-13【1】得
(载荷稳定时,许用应力取大值)
<,螺杆强度满足要求。
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,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
所以满足稳定性条件。
螺杆上端用于支承托杯并在其中插装手柄,因此需要加大直径。
手柄孔径dk的大小根据手柄直径dp决定,dk≥dp+4mm。
由后面的计算可知手柄的直径dp=25mm,所以dk=25+4=29mm
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。
d4=d1-0.4=24.6mm
退刀槽的宽度可取为1.5P=9mm
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。
为防止螺杆从螺母中滑出,在螺杆下端面应加上轴端挡圈:
查表GB/T892-1986得螺杆底部轴端挡圈内径6.6mm,外径50mm,厚5mm;螺栓M6×20
螺母材料除要有足够的强度外,还要求在与螺杆材料配合时摩擦系数小和耐磨。
根据表5-11【1】,螺母材料选青铜。
由螺杆的计算可知:
螺母内螺纹中径D2=d2=29.00mm
螺母内螺纹小径D1=26.00mm
螺母内螺纹大径D=33.00mm
螺母高度H=d2=34.8mm,
螺纹工作圈数u=H/P=5.8,u应圆整,螺纹实际工作圈数=6。
螺母实际高度=P=66=36mm
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。
螺纹牙危险截面剪切强度条件为:
b(mm):
螺纹牙根部的厚度,对于梯形螺纹,b=0.65P
(MPa):
螺母材料的许用切应力,查表5-13【1】为30~40Mpa,为40~60MPa
螺母满足剪切强度要求。
螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为:
螺母满足弯曲强度要求。
螺母凸缘根部弯曲强度计算式:
D5=(1.6~1.8)D,D6=(1.3~1.4)D5,a=H/3
D=33mm,取D5=1.7D=56mm,D6=1.3D5=73mm
代入数据计算:
螺母凸缘根部弯曲强度满足要求。
螺母压入底座上的孔内,属于过盈配合,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。
紧定螺钉选:
M6×20(GB/T71-1985)
托杯材料选HT200。
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,另一方面还需验算接触面间的压强。
[p]为许用压强,取托杯和螺杆材料[p]中较小的一个,取[p]=22MPa
代入数据计算:
托杯厚度为,在此取10mm
轴端挡圈外径D=28mm,内径d=5.5mm,高度h=4mm,螺栓M5×20
托杯高度:
手柄常用材料为Q215或Q235,该千斤顶选用Q215。
扳动手柄的力矩:
式中K为人垂直扳手柄的力取K=250N
T1:
螺旋副间的摩擦阻力矩:
T2:
托杯与轴端支承面的摩擦力矩:
代入数据计算:
所以
手柄计算长度Lp是螺杆中心到人手施力点的距离,考虑螺杆头部尺寸及工人握手距离,手柄实际长度还应加上
手柄的实际长度是:
式中:
为手柄材料许用弯曲应力,当手柄材料为Q215Q235时,=120MPa。
手柄插入螺杆上端的孔中,为防止手柄从孔中滑出,在手柄端面应加上轴端挡圈,并用螺钉固定。
因为手柄的精度要求不高,可选用:
外径D=35mm,内径d=6.6mm,厚度h=5mm的轴端挡圈,螺栓M6×20
底座材料常用HT200,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的拔模斜度,厚度在此取10mm,圆形倒角γ=5mm,R=8mm。
螺杆材料为45钢
单线梯形螺纹
牙型角=30º
d=32.00mm
d1=25.00mm
d2=29.
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