螺旋千斤顶的设计.docx
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螺旋千斤顶的设计.docx
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螺旋千斤顶的设计
目录
第1章螺旋千斤顶的设计任务书--------------------------------
1.1设计题目-------------------------------------------------------------------------------
1.2设计数据-------------------------------------------------------------------------------
1.3作业目的------------------------------------------------------------------------------
第2章螺杆的设计与计算--------------------------------------
2.1螺杆螺纹类型的选择----------------------------------------------------------------
2.2螺杆材料的选择-----------------------------------------------------------------------
2.3螺杆直径的确定-----------------------------------------------------------------------
2.4螺纹自锁验算--------------------------------------------------------------------------
2.5螺杆强度计算--------------------------------------------------------------------------
2.6稳定性计算-----------------------------------------------------------------------------
第3章螺母的设计与计算---------------------------------------
3.1螺母材料的选择------------------------------------------------------------------------
3.2螺母高度和螺纹圈数的确定---------------------------------------------------------
3.3螺纹牙强度校核------------------------------------------------------------------------
3.4安装要求---------------------------------------------------------------------------------
第4章托杯的设计与计算---------------------------------------
第5章手柄的设计与计算---------------------------------------
5.1手柄材料的选择------------------------------------------------------------------------
5.2手柄长度计算---------------------------------------------------------------------------
5.3确定手柄直径---------------------------------------------------------------------------
第6章底座的设计与计算---------------------------------------
设计总结--------------------------------------------------------
第1章螺旋千斤顶的设计任务书
图1-1
1.1设计题目
千斤顶一般由底座,螺杆、螺母、托杯,手柄等零件所组成(见图1-1)。
螺杆在固定螺母中旋转,并上下升降,把托杯上的重物举起或放落。
设计时某些零件的主要尺寸是通过理论计算确定的,其它结构尺寸则是根据经验公式或制造工艺决定的,必要时才进行强度验算。
1.2设计数据
最大起重量:
30KN
最大升距:
170mm
1.3作业目的
1.熟悉螺旋千斤顶的工作原理,设计与计算的方法;
2.运用所学的知识解决设计中所遇到的具体实际问题,培养独立工作能力,以及初步学会综合运用所学知识,解决材料的选择,强度计算和刚度计算,制造工艺与装配工艺等方面的问题;
3.熟悉有关设计资料,学会查阅手册和运用国家标准。
第2章螺杆的设计与计算
2.1螺杆螺纹类型的选择
螺纹有三角形、矩形、梯形与锯齿形,常用的传动螺纹是梯形螺纹。
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,自锁性好;它的基本牙形按GB/T5796.1—2005的规定。
2.2螺杆材料的选择
螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。
由于螺杆是主要的承重部件,所以这里选择强度较高较为常用的45钢。
2.3螺杆直径的确定
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。
对于梯形螺纹,螺纹工作高度h=0.5P,载荷F=30KN,
由于螺母会承受重载,为使螺纹受力均匀,所以选择
,查教材表5-12,取许用压力[P]=20Mpa
=
=25.24mm,查机械设计手册选择公称直径d=28mm,P=5mm,小径d1=d-5.5=22.5mm,中径d2=d-2.5=25.5mm
2.4自锁验算
螺旋副的自锁条件是螺纹中径升角Ψ小于当量摩擦角ΦV,其中ΦV=arctanfV,fV为螺旋副的当量摩擦系数,为保证自锁,螺纹中径升角应该比当量摩擦角小10,所以ΦV-Ψ≥10
查教材表5-12取fV=0.09,所以ΦV=arctan0.09=5.140
Ψ=arctan(np/πd2)=arctan(1·5/3.14·25.5)=3.570
因此Ψ=3.570<ΦV-10,符合自锁条件。
2.5螺杆强度计算
对受力较大的螺杆应该根据第四强度理论进行校核。
因为螺杆不存在预紧力,故强度计算公式δca=
≤[δ]查机械设计手册45钢的屈服强度δS=355Mpa因为[δ]=
此处取[δ]min=
=355·106/4=88.75·106N,而δca=4·1.3·30.1000/π·22.52·10-6=88.14·106N,所以δca<[δ]min,所以符合螺杆的强度要求。
2.6稳定性计算
细长螺杆工作是受较大的轴向压力可能失稳,因此需要进行稳定性计算。
螺杆的稳定性条件为SSC=
≥SS=(2.5~4)螺杆的临界载荷Fcr与柔度λS有关,λS=μl/iμ为螺杆的长度系数。
l为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度,可以近似的取为l=H+5P+(1.4~1.6)d,i为螺杆危险截面的惯性半径。
若危险截面面积A=
,则i=
=
当螺杆的柔度λS<40时可以不必进行稳定性校核。
(1)近似螺杆危险截面的惯性矩I和i
I=
=
=1.257·10-8m4
i=d1/4=22.5·10-3/4=5.625·10-3m
(2)求起重后托杯底面到螺母中部的高度l
l=H+5P+(1.4~1.6)d=170+5·5+1.5·28=237mm
(3)计算柔度
查表教材5-14μ=2所以
S=μl/i=2·237·10-3/5.625·10-3=84.3>40故还需要继续进行稳定性验算。
弹性模量E=2·105Mpa,Fcr=
=
=1.1·105MpaSSC=
=
=3.67基本满足SSC≥SS=(2.5~4)的稳定性要求。
第3章螺母的设计与计算
图3-1
3.1螺母材料的选择
螺母造型如图3-1.螺母的材料一般可以选用青铜,这里可以选择强度较高,耐磨性较好的铝青铜ZCUAL10Fe3。
3.2螺母高度和螺纹圈数的确定
螺母高度H,=
d2螺纹的工作圈数u=H,/P考虑退刀槽的影响,实际螺纹的圈数u,=u+1.5(u,取整数),但由于圈数越多载荷分布越不均匀,故u≤10,否则应该修改螺母材料或者加大d。
H,=
d2=1.5·25.5=38.25mmu=H,/P=38.25/5=7.65所以u,=u+1.5=9.15u,取整数为10,螺母的实际高度H,=u,P=10·5=50mm
3.3螺纹牙强度校核
一般螺母的材料强度低于螺杆的强度,故只校核螺母螺纹牙的强度。
螺纹牙的剪切强度和弯曲强度条件分别为
τ=
≤[τ]δ=
≤[δb]
b为螺纹牙根部厚度,对于梯形螺纹b=0.65P
D为螺母的螺纹大径,D=d+0.5=28.5mm
l为弯曲力臂,l=
=(28.5-25.5)/2=1.5mm
查教材表5-13,[τ]=30~40Mpa,[δb]=40~60Mpa,所以
τ=
=10.5Mpa<[τ]
δ=
=24.2Mpa<[δb]
故剪切强度和弯曲强度都符合要求。
3.4安装要求
螺母压入底座上得孔内,圆柱面间的配合常采用
或者
等配合。
为了安装简便,需要在螺母下端和底座孔上端做出倒角。
为防止螺母转动,还应该设置紧定螺钉,其直径根据举起重量选取,一般为6~12mm。
螺母相关尺寸计算
大径D=d+0.5=28.5mm内螺纹小径D1=d-5=23mm中径D2=d-2.5=25.5mm
D3=(1.6~1.8)D=1.7·28.5=48.45mm取整D3=48mm
D4=(1.3~1.4)D3=1.3·48=62.4mm取整D4=62mm
H,=50mma=H,/3取a=17mm
第4章托杯的设计与计算
图4-1
托杯形状如图4-1所示。
托杯用来承托重物,所以这里选择一般的普通碳素结构钢Q235即可。
为防止重物滑动,在托杯上表面有沟纹,为防止托杯从螺杆上端脱落,在螺杆上端制有挡板。
当螺杆转动时,托杯和重物都不相对转动,所以在起重时,托杯底部和螺杆与接触面间有相对滑动,为避免过快磨损,一方面需要润滑,另一方面需验算接触面间的压力强度。
P=
≤[P][P]为许用压应力,取托杯与螺杆材料中的较小者。
根据表5-12,[P]=18~25Mpa
D10=(2.4~2.5)d=2.5`28=70mm
D11=(0.6~0.7)d=0.6·28=16.8mm
D13=(1.7~1.9)d=1.8·28=50.4mm
D12=D13-(2~4)=48mm
所以P=
=19Mpa基本满足P<[P]=(18~25)Mpa的要求,故托杯设计合格。
第5章手柄的设计与计算
5.1手柄的材料选择
这里选择常用于杆类零件的材料Q235.
5.2手柄长度计算
扳动手柄的力矩F,lP=T1+T2F,为扳动力,这里取为200N
T1为螺旋副间的摩擦力矩
T1=Ftan(Ψ+ΦV)
=30·103·tan(3.57+5.14)·25.5/2·10-3=58.6N·m
T2为托杯与轴端支撑面的摩擦力矩
T2=fF(D11+D12)/4查机械设计手册f=0.06
所以T2=0.06·30·103·(48+16.8)/4=29.16N·m
则lP=(T1+T2)/F=(58.6+29.16)/200=438.8mm
手柄计算长度lp是螺杆中心到人施力点得距离,考虑到螺杆头部尺寸及工人握手距离,手柄实际长度还应该加上D13/2+(50~150)mm
手柄实际长度不应该超过千斤顶,所以使用时可以加套管。
则手柄实际长度lp=lP+50.4/2+100=564mm
5.3确定手柄直径
将手柄看成一个悬臂梁,安弯曲强度确定直径dp,强度条件为δF=
≤[δP]故dp≥
[δP]为手柄的许用弯曲应力材料Q235的[δP]=120Mpa,故dp≥
=21.1mm
第6章底座的设计与计算
底座的形状如图6-1所示。
底座的材料选择铸铁HT200,铸件会承受重物,故壁厚不应该小于8~12mm,为增加底座的稳定性,其外形可制成1:
10的斜度。
H1=H+(14~28)=170+25=195MM
H,-a=50-17=33mm
D6=D3+(5~10)=48+7=55mm
D7=D6+H1/5=55+195/5=94mm
D8=
[δp]为底座下垫物的许用挤压应力,对于木材[δp]=2~2.5Mpa
所以D8=
=167.2mm取整D8=168mm
图6-1
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