螺旋起重器千斤顶设计任务书优质严制.docx
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螺旋起重器千斤顶设计任务书优质严制
螺旋起重器(千斤顶)设计任务书
题目:
螺旋起重器的设计
学生姓名:
王欣
学号:
12125736
指导教师:
傅燕鸣
专业:
机械工程与自动化
上海大学机电工程与自动化学院
设计期限:
2014年9月18日–2014年10月16日
设计过程及说明
设计结果
设计目的
(1)熟悉螺旋传动的工作原理,掌握螺旋传动的设计过程和方法,培养机械结构设计能力,初步了解机械设计的一般程序。
(2)学会综合运用所学知识,培养独立解决工程实际问题的能力。
(3)培养查阅机械设计手册及有关技术资料和正确使用国家标准、一般规范的能力,为课程设计及解决机械设计的实际问题打下一定基础。
设计步骤及注意事项
图1螺旋千斤顶
1—托杯;2—螺钉;3—手柄;4—档环;5—螺母;
6—紧定螺钉;7—螺杆;8—底座;9—档环
设计过程及说明
设计结果
如上图所示,螺旋起重器(千斤顶)由螺杆、底座、螺母、手柄和托杯等组成。
通过转动手柄使螺杆在固定的螺母中边旋转、边相对底座上升或下降,从而能把托杯上的重物举起或放落。
装在螺杆头部的托杯应能自由转动,螺杆下端设置安全挡圈,以防止螺杆全部旋出。
螺杆千斤顶应具有可靠的自锁性能。
在进行螺旋起重器设计时,有些零件(如螺杆和螺母)的主要尺寸是通过理论计算确定的;有些零件的尺寸是根据经验数据、结构需要和工艺条件决定的;还有一些零件是按照标准规格选出的。
后两种情况,必要时要进行相应的强度校核。
1.螺杆的设计与计算
1.1螺杆螺纹类型的选择
螺纹有矩形、梯形与锯齿形,千斤顶常用的是梯形螺纹。
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;它的基本牙形按GB/T5796.1—2005的规定。
千斤顶的自锁行能要好,所以用单线螺纹。
因此选用的螺杆螺纹是牙形角α=30º的单线梯形螺纹。
螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。
在此选用的是Q275。
1.2选取螺杆的材料
螺纹中径按螺母螺纹牙面的耐磨性计算,对于梯形螺纹或矩形螺纹,h=0.5P,则有≥0.8。
式中,=1.5,螺母材料为铸铝青铜,故取=20MPa。
对于梯形螺纹,可根据d2的计算值查表4-5及表4-6确定螺杆的标准中径d2、大径d、小径d3,螺母的标准中经D2(=d2)、大径D4、小径D1、以及螺距P。
1.3确定螺杆直径
螺杆螺纹中径,根据求得的此螺纹中径,查表GB/T5796.3—2005取:
螺杆的标准中径,大径,小径。
螺母的标准中径,大径,小径。
螺距。
1.4自锁验算
自锁条件是λ≤φv
式中:
λ为螺纹中径处升角;φv为摩擦角(非矩形螺纹应为当量摩擦角φv=tan-1fv,为保证自锁,螺纹中径处升角至少要比摩擦角小1°,即φv-λ≥l°。
f取0.08。
∴符合自锁条件。
1.5结构
螺杆上端用于支承托杯1并在其中插装手柄3,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十0.5mm。
由后面的计算可知手柄的直径dp=24mm,所以。
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小。
。
退刀槽的宽度可取为b=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。
为了防止工作时螺杆从螺母中脱出,在螺杆下端必须安置钢制挡圈(GB/T891-1986),挡圈用紧定螺钉(GB/T68-2000)固定在螺杆端部。
1.6螺杆强度计算
螺杆工作时,扭矩产生剪应力,轴向力产生正应力。
按第四强度理论,危险剖面的强度按下式进行校核:
其中,F为螺杆所受的轴向压力(N);螺杆所受的扭矩(N·mm),式中为螺纹中径处升角,为当量摩擦角;为螺杆材料的许用应力(MPa),由前面可知螺杆的材料是Q275,查表得其屈服强度,所以其许用应力,由于千斤顶的载荷是稳定的,许用应力取最大值有。
计算:
则有:
∴,符合强度计算的条件。
1.7稳定性计算
细长的螺杆工作时受到较大的轴向压力可能失稳,为此应按稳定性条件验算螺杆的稳定性,计算时应注意正确确定螺杆长度系数μ。
当螺杆的柔度λs<40时,可以不必进行稳定性校核。
长度系数=2,螺杆危险截面的惯性半径,螺杆工作长度,则柔度。
因此螺杆<85~90,为中柔度压杆,其失稳时的临界载荷按欧拉公式计算如下:
未淬火刚:
淬火刚:
且,
∴满足稳定性要求
2..螺母的设计与计算
2.1.选取螺母材料
螺母材料选用ZCuAl10Fe3。
2.2.确定螺母高度及螺纹工作圈数
∵=1.5∴H==1.532.5=48.75mm,取整数H=49mm,螺纹工作圈数计算u===8.17。
2.3.校核螺纹牙强度
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的强度。
由螺纹牙危险面的剪切强度条件为,
螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为
上式中,b为螺纹牙根部的厚度,对于梯形螺纹,b=0.65P,L为弯曲力臂,。
2.4.螺母外径的计算
螺母的外径D,按螺母悬置部分抗拉强度计算,考虑螺旋副中摩擦转矩的存在,将轴向载荷增大30%,则拉伸强度校核公式为
式中,为螺母材料的许用拉应力,=0.83,为许用弯曲应力,见表21-3。
D为螺母外径。
解之求得D≥56.42mm,圆整之后取D=60mm。
螺母凸缘支承面上的挤压强度条件为
式中,为螺母材料的许用挤压应力,=1.5~1.7,为许用弯曲应力,见表21-3。
D1为螺母凸缘外径。
解之求得D1≥75.89mm,所以近似取D1=76mm。
螺母凸缘根部的弯曲强度条件为
式中,a为螺母凸缘厚度。
解之求的a≥15.23mm,所以近似取a=16mm。
螺母凸缘根部的剪切强度条件为
式中,为螺母材料的许用剪切应力。
由该公式计算得
∴强度条件完全符合。
3.托杯的设计与计算
托杯用来承托重物,可用铸铁铸成,也可用Q235钢模锻成,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,托杯的主要尺寸按经验公式计算并圆整。
S=1.5P=9mm。
托杯下端面的设计应满足:
4.手柄的设计与计算
4.1.手柄材料
常选用碳素结构钢Q235或Q275。
4.2.手柄长度
扳动手柄的力矩应与阻力矩平衡,即。
式中,为扳动手柄的里,通常取150~200N之间;分别为螺旋副,螺杆端面与托杯之间的摩擦阻力矩,按下式计算
则
考虑螺杆头部直径及手握的长度,手柄的实际长度为
为了减少起重器的存放空间,一般取实际手柄长度不大于起重器的高度,当起重量较大时,可在手柄上套一长套管以增大力臂,达到省力的目的。
4.3.手柄直径
手柄直径按弯曲强度设计,即,
式中,为手柄材料的许用弯曲应力,按计算,取150MPa。
5.底座的设计及计算
底座材料选用HT150,铸铁壁厚其主要尺寸根据经验公式求得。
H1=L+(15~20)=220mm
D8=D+(5~10)=65mm
D9=D8+H1/5=109mm
直径由底面的挤压强度确定:
式中,为接触面材料的许用挤压应力,木材为2~4MPa,取2MPa。
6.其他
1.螺母与底座的配合常用。
2.为防止螺母转动,应设紧定螺钉。
3.为防止托杯脱落和螺杆旋出螺母,在螺杆上,下两端安装安全挡圈。
4.为了减少摩擦,磨损及托杯工作时不转动,螺旋副及托杯与螺杆的接触面均需润滑。
7.效率计算
∴符合效率条件
至此,螺旋起重器(千斤顶)设计完成。
牙形角α=30º的单线梯形螺纹
螺杆材料:
Q275
=1.5
[p]=20MPa
螺杆尺寸:
螺母尺寸:
P=6mm
符合自锁条件
b=9mm
T=105136.5N·mm
∴,符合强度计算的条件
i=7.25mm
l=278.5mm
满足稳定性要求
H=49mm
u=8.17
强度满足条件
D=60mm
D1=76mm
a=16mm
强度符合条件
D3=23mm
D6=65mm
D5=90mm
D7=62mm
D0=23.5mm
B=54mm
=10mm
S=9mm
强度符合
LP’’=1090mm
dp=24mm
H1=220mm
D8=65mm
D9=109mm
D10=205mm
效率满足≤30%
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