螺旋千斤顶设计说明书终终终终版.docx
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螺旋千斤顶设计说明书终终终终版
螺旋千斤顶
设计计算说明书
院系工程技术学院
专业年级2012级车辆工程
设计者刘金雨
学号222012322220142
指导教师李丽老师
成绩
2014年10月20日
螺旋千斤顶设计任务书
学生姓名
刘金雨
专业年级
2012级车辆2班
设计题目:
设计螺旋千斤顶
设计条件:
1、最大起重量F=45kN;
2、最大升距H=200mm。
设计工作量:
绘制出总装配图一张,标注有关尺寸,填写标题栏及零件明细表;
编写设计计算说明书一份。
指导教师签名:
年月日
一、设计目的
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。
二、螺旋千斤顶的结构
千斤顶一般由底座1,螺杆4、螺母5、托杯10,手柄7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。
设计的原始数据是;最大起重量FQ(kN)和最大提升高度h(mm)。
螺旋千斤顶的设计步骤如下:
三、螺杆的设计与计算
1、螺杆螺纹类型的选择
螺纹有矩形、梯形与锯齿形,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。
故选梯形螺纹,它的基本牙形按GB/T5796.1—2005的规定。
2、选取螺杆材料
螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。
本次选用45钢。
3、确定螺杆直径
按耐磨性条件确定螺杆中径d2。
求出d2后,按标准选取相应公称直径d、螺距p及其它尺寸。
d2≥
根据国家规定
=1.2~2.5,取
=1.2(梯形螺纹);h=0.5p;查教材表5-12,[p]取25Mpa,又由于φ=1.2<2.5,则[P]可提高20%,所以[P]=(1+20%)×25=30MPa。
故,d2≥
=28.3mm
查机械设计手册,d取32mm
则p=6mm,d1=25mm
d2=29mm
4、自锁验算
自锁条件是≤v,式中:
为螺纹中径处升角;v为当量摩擦角(当量摩擦角v=arctanv,
查教材表5-12,f取0.09
=
arctan(np/d2)=arctan[1×6/(3.14×29)]=3.76°
v=arctan(f/cosβ)=arctan[0.1/cos(30°/2)]=5.91°
故, 满足自锁条件 5、结构如下图(1-2): 螺杆上端用于支承托杯10并在其中插装手柄7,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。 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。 退刀槽的宽度可取为1.5t。 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。 其中: 1.5t=1.5p=9mmd4=25-0.4=24.6mm D13=(1.7~1.9)d=1.7×32=54.4mm (1.4~1.6)d=1.5×32mm=48mm 0.25d=0.25×32mm=8mm d+(6~10)=d+8=40mm 4~6取5。 6、螺杆强度计算 对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆 的强度。 强度计算方法参阅教材公式(5-47), ca= ≤[] 其中扭矩 =45×103×tan(3.76°+5.91°)×29/2N·mm =111182.3N·mm 式中: 为螺纹中径处升角,v为当量摩擦角。 A=πd1²/4=3.14×25²/4=490.6 查手册表2-7,45钢, =355MPa []= = =355/4=88.75MPa 故,ca= ca=62.8MPa≤[]=88.75MPa 满足强度条件 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。 Fcr/F2.5~4 螺杆的临界载荷Fcr与柔度λs有关,λs=l/i,为螺杆的长度系数,与螺杆的端部结构有关,l为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度,可近似取l=H+3P+(1.4~1.6),i为螺杆危险截面的惯性半径,若危险截面面积A=d12/4,则 (I为螺杆危险截面的轴惯性矩)。 当螺杆的柔度λs<40时,可以不必进行稳定性校核。 计算时应注意正确确定。 计算柔度 (1)计算螺杆危险截面的轴惯性矩I和i I= = =19165.04 = =6.25mm (2)求起重物后托杯底面到螺母中部的高度l l=H+3P+(1.4~1.6)d =200+3×6+1.5×32=266mm (3)计算柔度 查教材表5-14,μ取2(一端固定,一端自由) λs=l/i = =85.1240,所以需要进行稳定性校核。 计算稳定性 (1)计算临界载荷Fcr 查教材公式5-51,E=2.06×105MPa Fcr= =137534.9N (2)稳定性计算 =3.062.5~4.0 满足稳定性条件 四、螺母设计与计算 1、选取螺母材料 螺母材料一般可选用青铜,对于尺寸较大的螺母可采用钢或铸铁制造,其内孔浇注青铜或巴氏合金。 2、确定螺母高度H及螺纹工作圈数u 螺母高度H=φd2=1.2×29=34.8螺纹工作圈数 ,(u应圆整,取6)。 考虑到螺纹圈数u越多,载荷分布越不均,故u不宜大于10,否则应改选螺母材料或加大d。 3、校核螺纹牙强度 一般螺母的材料强度低于螺杆,故只校核螺母螺纹牙的强度。 螺母的其它尺寸见图1—3。 必要时还应对螺母外径D3进行强度验算。 D=d+0.5=32+0.5=32.5mm D3=1.6D=1.6×32.5=52mm D4=1.3D3=1.3×52=67.6mm a=H/3=36/3=12mm 螺母螺纹牙剪切强度校核: 螺母螺纹牙弯曲强度校核: 满足强度条件。 4、结构要求 螺母压入底座上的孔内,圆柱接触面问的配合常采用 或 等配合。 为了安装简便,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。 D10=(2.4~2.5)d=2.4×32=76.8mm D11=(0.6~0.7)d=0.6×32=19.2mm D13=(1.7~1.9)d=1.7×32=54.4mm D12=D13-(2~4)=54.4-3=51.4mm 五、托杯的设计与计算 托杯用来承托重物,可用铸钢铸成,也可用Q235钢模锻制成,其结构尺寸见图1―4。 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。 ≤[p](式1-1) 式中: [p]——许用压强,应取托杯与螺杆材料[p]的小者。 [p]取23.6Mpa 故 ≤[ ] = =21.94Mpa<23.6Mpa 六、手柄设计与计算 1、手柄材料 常用Q235和Q215。 选235钢。 2、手柄长度Lp与板动手柄的力矩: K·Lp=T1+T2则 (式1-2) 式中: K——加于手柄上一个工人的臂力,间歇工作时,约为150~250N,工作时间较长时为100~150N。 T1——螺旋副间的摩擦阻力矩, T1=45×103×tan(3.76°+5.91°)×29/2N·mm =111182.3N·mm T2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩, T2=(D12+D11)fF/4。 (查教材表5-5摩擦因数f=0.09) =(54.6+19.2)×0.09×45×103/4 =74722.5N·mm 则 (K取200) =(111182.3+74722.5)/200 =929.5mm 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 +(50~150)mm。 手柄实际长度不应超过千斤顶,使用时可在手柄上另加套管。 因此,手柄实际长度 = +57.6/2+100=929.5+28.8+100=1058.3mm 3、手柄直径dp 把手柄看成一个悬臂梁,按弯曲强度确定手柄直径dp,其强度条件为 ≤[]F(式1-3) 故dp≥ =26.0mm 所以dp取26mm。 式中: []F——手柄材料许用弯曲应力, 当手柄材料为Q215和Q235时,[]F=120Mpa。 4、结构 手柄插入螺杆上端的孔中,为防止手柄从孔中滑出,在手柄两端面应加上挡环(图1―6),并用螺钉或铆合固定。 图中尺寸: dp=6mm dp+(6~10)=dp+8=26+8=34mm 5、底座设计 底座材料常用铸铁(HT150及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的斜度。 底座结构及尺寸如图1―7 图中δ取10mm,r取5mm,R取8mm; H1=l+(14~28)mm=200+20=220mm H-a=36-12=24mm D6=D3+(5~10)mm=52+8=60mm D7=D6+ =60+220/5=104mm D8= =192mm 式中: []p——底座下枕垫物的许用挤压应力。 对于木材,取[]p=2~2.5MPa。 七、装配图见A3图纸。 参考文献 【1】濮良贵,机械设计第九版【M】.北京: 高等教育出版社,2013. 【2】吴宗泽,机械设计课程设计手册第四版【M】.北京: 高等教育出版社,2012 致谢 本次设计螺旋千斤顶,本小组四位成员都付出了艰辛的汗水,从中我们也意识到“万众一心,众志成城”蕴含的强大力量,培养了我们团结的意识。 特此感谢!
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