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螺旋千斤顶毕业设计论文
第四章千斤顶的设计
已知轴向载荷F=15000N,最小高度271,最大高度为391mm即最大举升高度
4.1螺杆的设计计算
4.1.1.选择材料
前面已做分析,此次设计选用梯形螺纹,基本牙型按GB/T5796.1-2005的规定。
考虑到千斤顶转速较低,单个作用面受力不大,螺杆材料常用Q235275,40,45,55等,此处螺杆选常用的45钢。
由手册查c=360Mpa为了提高耐磨性,螺母选较软的材料锡青铜
为ZCuSn10P-1,由上表知钢对青铜低速时,对人力驱动[p]可提高20%,即
[p]=(1825)120%21.630MPa,[p]=25MPa,螺母为整体螺母由于磨损后不能调整间
隙,可视受力比较均匀,螺纹工作圈数不宜过多,故1-22-5,此处取2
4.1.2.确定螺杆直径
按耐磨性条件确定螺杆中径d2,求出d2后,按标准选取相应的公称直径d2,螺距p及其他尺寸。
根据规定对整体螺母,由于磨损后不能调整间隙,可视受力比较均匀,螺纹工作圈数
不宜过多,故取1.22.5,此处取2。
螺杆一一螺母材料分别取为钢一一青铜,查表
3.2滑动速度为低速,对人力驱动[p]可提高20%,即[p]=(1825)120%21・630MPa,
[p]=25MPa,(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=40KN
梯形螺纹,h=05p,已知取2,则计算d2
d20.8」-^0.8」1500013.856mm(式4.1)
、[].225
根据GB/T5796.3-,2005查得取标准
公称直径d=20mm
p取标准值p=4mm
小径D3=15.5mm
中径d2=D2=18mm
大径D4=20.5mm
牙顶和牙底宽=0.336p=1.344mm
4.1.3.螺纹副自锁性验算:
自锁条件是
arctanfvarctan
cos
式中:
为螺纹中径处升角;
v为当量摩擦角(为保证自锁,螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小10.)
所以自锁性可保证。
4.1.4.螺杆强度校核
受力较大的螺杆需进行强度计算。
螺杆工作时承受轴向力F及转矩T的作用。
螺杆危险截面上既有压缩应力,又有切应力。
因此,校核螺杆强度时,应根据第四强度理论求出螺杆危险截面的计算应力ca,强度校核公式为:
式中:
f螺杆所受的轴向压力,N;
A——螺杆危险截面的面积;A—d;,mm2;
4
WT----螺杆螺纹段的抗扭截面系数,WT器Ad1,mm3;
4
d1——为螺杆螺纹的小径(mm);
---为螺杆材料的许用应力(Mpa);
T为螺杆所受转矩(N.mm);其中扭矩
d18
TFtanv215103Ntan4.408°5.91°24.577N.M
22
式中:
为螺纹中径处螺纹升角;v为当量摩擦角。
查手册GBT699---1999.45钢的s355Mpa,
教材表5-13,如下表
表滑动螺旋副材料的许用应力
项目
许用应力/Mpa
钢制螺杆
s/35,s为材料的屈服极限/Mpa
螺母
材料
许用弯曲应力b
许用切应力T
青铜
40-60
30-40
耐磨铸铁
50-60
40
铸铁
45-55
40
钢
(1.0-1.2)
0.6
注:
静载荷许用应力取大值。
螺杆一端固定,一端自由,长度系数卩=2;螺杆最大受力长度L由起重高度11、螺母
高H铰支头高及螺杆轴向预留余量12决定,其中l21.5d
因此,螺杆的工作长度||iH12036156mm,螺杆危险截面惯性半径
所以需要校核。
(2)计算临界载荷:
(3)查手册表1-6,E取200GP
稳定性满足设计要求。
4.2螺母的设计计算
14.2.1选取螺母材料
螺母选较软的材料锡青铜由上表3.1选取材料为ZCuSn10P-1
24.2.1确定螺母高度H'及螺纹工作圈数U
(式4.2)
螺母高H':
H'd221836mm
考虑到退刀槽的影响,实际螺纹圈数uu1.5=10.5(u应圆整)考虑到螺纹圈数越多载
荷分布越不均匀,故u不宜取大,此次设计u取11
所以螺母的实际高度
HUP11444mm
34.2.1校核螺纹牙强度
由上表查得青铜螺母螺纹牙许用弯曲应力
许用剪切应力[]3040Mpa;
梯形螺纹螺纹牙根宽度b0.65p0.654梯形螺纹螺纹牙工作高度h0.5p0.54
1弯曲强度校核:
3Fh3150002
D4zb23.1420.5112.62
2剪切强度校核:
F15000
zD4b2113.1420.52.62
[]4060MPa,;
2.6mm
2mm。
则:
18.803Mpa[],合格(式4.5)
3.134MPa[],合格(式4.6)
式中:
D4——螺母螺纹大径,mm.
Z――螺母螺纹工作圈数。
44.2.1螺母外部尺寸计算
(1)计算确定D3
螺母悬置部分受拉伸和扭转联合作用,为计算简单,将F增大30%按拉伸强度计算
得:
13F
(T=2—<[(T](式4.10)
(D3D4)
4
式中,[(7]为螺母材料的许用拉伸应力,可取[c]=0.83[(Tb],由上表取
[cb]=50Mpa,因此[c]=0.83[cb]=41.5Mpa。
故
满足设计要求。
(4)校核凸缘根部弯曲强度:
满足设计要求
(5)校核凸缘根部剪切强度,强度条件为:
满足设计要求
4.3手柄设计计算
4.3.1拖杯与手柄的结构:
确定手柄长度,则手柄上的工作转矩为:
2
T=FH_h=T1+T2=Fd2tan
2
(式4.18)
fD;d;
3fcDfdf
式中:
T1、T2――分别为螺纹副摩擦力矩及拖杯与接触面摩擦力矩(N・mm;
c拖杯与支承面的摩擦系数,fc=o.15;
Do----托杯底座与支承面接触部分外径(mm,由经验公式Do(1.61.8)d确定,
取Do32mm
do托杯底座与支承面接触部分内径(mm,取do=16mm,FH为手作用在手柄
上的力(N);
Lh——手柄有效长度(mm。
如一人连续工作,手作用力通常取Fh=150〜200N,取Fh=200N
1
因此,200Lh=—1500018tan2.984.5
2
得:
LH=228.62mm取LH=230mm4.3.2确定手柄直径dk
选手柄材料为45钢,cs=360MPa
手柄的弯曲强度条件为:
4.4托杯的设计计算
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
F
(D:
D:
)
4
32103
2249.23MPap
3.14(0.0320.014)
4
满足设计要求
托杯厚度=8~12mm,此处取=10mm;杯底厚度为1.3=13mm;沟纹宽度1.5=10mm;
沟纹深度为/2=5mm;托杯高度为1.8*d=1.8*20=36mm;
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3~4mm,因承受力不
大,故取值为3mm。
4.5底座的设计
底座材料常用铸铁HT150及HT200,选用HT150铸件的壁厚S不应小于8〜12mm,取
8=15mm。
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
S=(1.5~2)S=1.5*15=22.5mm
D3=42mm
D5=D3+2S=2+2*15+4=72mm
D6=D3=42mm
D7=D6+2*=52+=96mm
D8=1.35D7=1.35*96=130mm
4.6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虫或巴等配合。
为了安装简便,
「7门7
需在螺母下端(图1—3)和底座孔上端(图1—7)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1—1),紧定螺钉直径常根据举重量选取,一般为6〜12mm。
2.4.1螺母的相关尺寸已得:
内螺纹小径D1=16mm
D3=1.5d=1.52g30mm
D4=1.4D3=1.430=42mm
H'=4mm;;
a==18mm
第五章螺旋千斤顶图形的绘制
要绘制螺旋千斤顶的装配图,首先应当选定绘图比例和图幅后布置视图,先确定各视图的位置,画出主要轴线、中心线及基准线。
然后开始画底图,按照“先主后次”的原则,沿装配轴线按装配关系依次画出底座一螺套一螺旋杆一绞杠一顶垫等零件。
底图完成后,检查加深图线,还要进行尺寸标注,编注零件序号,填写明细栏、标题栏等,完成全图。
同时要了解千斤顶的工作原理:
千斤顶是利用螺旋传动来顶举重物的一种起重或顶压工具,常用于汽车修理及机械安装中。
工作时,重物压于顶垫之上,将手炳穿入螺旋杆上部的孔中,旋动手炳,螺旋杆在螺套中靠螺纹做上、下移动,从而顶起或放下重物。
螺套镶在底座里,用螺钉定位,磨损后便于更换。
顶垫套在螺旋杆顶部,其球面形成传递承重之配合面,由螺钉锁定,使顶垫相对螺旋杆旋转而不脱落。
图4.1螺旋千斤顶的轴测图
因此由螺旋千斤顶的工作原理可知,千斤顶的装配主干线是螺旋杆,为了清楚的表达千斤顶的内外部装配结构,贝燈制了千斤顶的全剖视图。
在主视图上,千斤顶的7个零件所处的位置及装配关系、各零件的主要形状均已表达
清楚,只有螺旋杆上与绞杠配合的孔没有表达充分,故采用剖面图A-A表达清楚。
所以螺旋千斤顶的装配图如下:
i.不m工表直淸理涂鴻;乙績件不得有刑昵*r矶等民陌;
3
a
4
7
9
ri-
■t
&
1
千斤顶,
比例
材料
圈号
扫田
20QS.1E
济源职业技术学院
图4.2螺旋千斤顶的装配图
第六章使用千斤顶的注意事项
1.无论哪种千斤顶都不准超负荷使用,以免发生人身或设备故障。
2.千斤顶使用前,应检查各零件是否灵活可靠,有无损坏,油液是否干净,油阀、活塞、皮碗是否完好。
3.千斤顶工作时,要放在平整坚实的地面上,并要在其下面垫枕木、木板或钢板来扩大受压面积,防止塌陷。
4.千斤顶安放位置要摆正,顶升时,用力要均匀;卸载时,要检查重物是否支撑牢固
5.几台千斤顶同时作业时,要动作一致,保证同步顶升和降落。
6.螺旋千斤顶和齿条千斤顶,在任何环境下都可使用。
而液压千斤顶在高温和低温条件下不准使用。
7.螺旋千斤顶和齿条千斤顶,应在工作面上涂上防锈油,以前少磨损避免锈蚀。
液压千斤顶应按说明书要求,定时清洗和加油。
8.螺旋千斤顶和齿条千斤顶的内部要保持清洁,防止泥砂、杂物混入,增加阻力,造成过度磨损,降低使用寿命。
同时转动不分要添加润滑油进行润滑。
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