机械设计千斤顶说明书Word格式.docx
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材料
由于起重器的载荷 Q=38KN,低速运行,按表5-11【1】选取螺杆材料为45钢,并采用正火处理,由表8-17【2】得:
螺杆材料为45钢螺母采用:
2.螺纹相关参数的确定
2.1滑动螺旋耐磨性计算
2.2选取标准梯形螺纹:
其抗拉强度为sb=600MPa
屈服强度sS=353MPa(GB/T699-1999)
螺母采用 ZCuSn10P1,采用砂型铸造,由表8-26【2】得:
其抗拉强度为sb=220MPa
屈服强度s0.2=130MPa(GB/T1176-1987)
根据对螺纹类型和相关传动特点的比较,选择梯形螺纹梯形螺纹牙根强度高,工艺性好,对中性好
计算中取f=2.8,查表5-12【1】,取[p]=20MPa,f=0.1
代入F=38KN
计算过程:
根据耐磨性条件,初步估算螺杆中径
P=F= F = FP £
[P]
A pd2hu pd2hH
d³
FP
2 phf[p]
式中:
F——作用与螺杆的轴向力,单位N
P——螺纹螺距,单位mm
h——螺纹工作高度,单位mm
A——螺纹的承受面积,单位mm2
H——螺纹高度,单位mm
u——螺纹工作圈数。
又有:
H=fd2 h=0.5p代入得到:
d³
0.8 F ,得d³
20.8mm
2 f[p] 2
查表8-45【2】,根据梯形螺纹的标准GB/T5796.2-2005,取螺纹公称直径d=40mm,螺距为p=10mm
查表8-46【2】,根据梯形螺纹的标准GB/T5796.3-2005,得梯形螺纹其它尺寸:
螺杆小径:
d1=29mm,螺杆螺母中径:
ZCuSn10P1
选用梯形螺纹
螺杆中径
d2³
螺纹参数:
d=40mm
p=10mm
d1=29mm
2.3螺母工作圈数校核:
2.4自锁性校核
3.螺杆的设计
3.1螺杆的强度校核
d2=D2=35mm
螺母大径:
D=41mm,螺母小径:
D1=30mm
螺母高度:
H=fd2=2.8´
35mm=98mm
螺纹牙根部宽度:
b=0.65p=0.65´
10=6.5mm
已知螺距p=10mm,根据公式u=HP,得:
u=Hp=98mm10mm=9.8<10,满足要求。
螺纹升角:
y=arctanæ
sö
=arctanæ
10mm ö
»
5.19°
ç
÷
ç
è
pd2÷
è
p´
35mmø
ø
f 0.1
当量摩擦角:
jv=arctancosb=arctancos15°
5.91°
其中f=0.1由表5-12[1]得到因此y<jv,符合自锁条件。
螺杆在设计时要进行强度校核和稳定性校核(耐磨性和自锁性之前已有校核)。
螺杆工作时承受轴向压力F和扭矩T的作用,其强度条件为:
o= (F)2+3(T)2<[s]
ca A W
T
A——螺杆螺纹危险截面面积,A=pd2mm2;
41
pd3
W——抗扭截面系数,W=1mm3;
T T 16
T——螺杆所受扭矩。
其中,螺杆所受转矩为:
D=41mm
D1=30mm
H=98mm
b=6.5mm
u=9.8<10
合理
y<jv
合理,能自锁
sca<[ss]
符合强度条件
3.2螺杆的稳定性校核
T=Ftg(y+j)d2
v 2
=38KN´
tg(5.19°
+5.91°
)´
35mm
2
=130.5KN×
mm
o= (F)2+3(T)2
= (4´
38000)2+3(130500)2
p×
292 0.2´
293
»
73.9MPa
查表5-13【1】,取螺杆许用应力
[s]=ss=353Mpa»
88.25Mpa
s 4 4
得 sca<[ss]
所以,螺杆符合强度条件
ul
螺杆的柔度:
l=
i
其中,u——螺杆长度系数,由表5-14[1]得u=2。
l——螺杆工作长度,l=hmax+B+b+H2:
其中
hmax为最大举重升距;
B为螺杆头部长度,
B=1.5d=60mm;
b为退刀槽宽度,参照普通螺纹退刀槽的参数可得,b»
2p=2´
10mm=20mm;
H为螺母高度;
所以
可得,l=hmax+B+b+H2=319mm。
i——惯性半径,i= I=d1=7.25mm。
A 4
ul 2´
319mm
柔度:
l= = »
88,
i 7.25mm
pd4
螺杆危险截面惯性矩:
I=1=34719mm4
64
螺杆临界载荷:
p2EI p2´
206000´
34719
Fcr=(ml)2= (2´
319)2 =173.4KN
计算安全系数:
SSC>
Ss,满足稳定性条件
3.3螺杆参数的确定
4.螺母的设计
4.1螺母参数设计
4.2螺母外径的强度校核
S =Fcr=173.4=4.56>
S=4
SC F 38 s
所以满足稳定性条件
根据以上计算,可确定螺杆参数如下:
d=40mm d1=29mm d2=35mmd3=27mm(退刀槽,GB/T3-1997)L=380mmD3=1.8d=1.8´
40mm»
72mm(头部直径)
已知螺纹参数:
D=41mm D1=30mm D2=35mm
H=98mm
根据文献查得千斤顶经验计算公式如下:
D4=1.8d»
72mmD5=1.4D4»
100mm
b0=H3»
32mm
螺母下端悬置部分既受到拉力的作用,又受到螺纹牙上摩擦扭矩对螺母的作用。
本文将拉力增大20%~30%来考虑扭矩对螺母的作用,这样个方法是一个经验性的方法,是可取的。
o= 1.2~1.3F »
16.57Mpa~17.96MPa
ca p(D2-D2)
D4=1.8d»
b0=H3=32mm
sca<[sb],满足强度条件
4.3螺母凸缘的强度校核
4.3.1挤压强度校核
4.3.2剪切强度校核
4.3.3弯曲强度校核
5.螺纹牙强度校核
5.1剪切强度校核
5.2弯曲
由表5-13[1]得到:
[s]=50MPa
b
螺母凸缘要分别进行挤压强度校核、剪切强度校核以及弯曲强度校核。
o= 4F = 4´
38000 »
10.05MPa
p p(D2-D2) 3.14´
(1002-722)
5 4
[sp]=1.5~1.7[sb]=75MPa~85MPa,
sp<[sp],满足挤压强度条件
t= F = 38000N »
5.25MPa
pD4b0 p´
72mm´
由表5-13[1]得[t]=35MPa,
t<[t],满足剪切强度条件
F×
1(D-D)
sb=4 »
6.88MPa
pDb2
40
sb<[sb],满足弯曲强度条件
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。
5.82MPa
pDbu p´
41mm´
6.5mm´
7.8
t<[t]=35MPa,满足剪切强度条件
t<[t],满足剪切强度条件 3
强度校核
6.托杯的设计
6.1托杯的材料
6.2参数设计
o=6Fl=6´
38000N´
3mm»
12.8MPa
b pDb2u p´
6.52´
9.8
其中:
F——所受载荷;
l——弯曲力臂,l=D-D2;
b——螺纹牙根部厚度;
u——螺母螺纹圈数。
sb<[sb]=50MPa,满足弯曲强度条件
托杯用来承托重物,可用铸钢铸成,也可用Q235钢模锻制成,其结构尺寸见下图。
参数设计(由经验公式得到):
d6:
托杯底部的内径,d6=0.6d»
24mmD6:
托杯底部的外径,D6=1.8d»
72mmD7:
托杯口的外径,D7=2.4d»
96mm
B0:
托杯高度,B0=1.6d»
64mm
满足弯曲强度条件
托杯材料选用Q235钢
d6=24mmD6=72mmD7=96mmB0=64mm
d0=10mm
d=15mm
6.3强度校核
7.手柄的设计
7.1手柄材料
7.2手柄直径计算
7.3手柄长度计算
7.4手
d0:
托杯厚度,根据经验取,d0=10mm
d:
托杯切口厚度,d=1.5d0=15mm
主要需要进行托杯底部的强度校核:
o= F = 38000N »
10.50Mpa可
b p(D2-d2) p´
(722-242)mm2
6 6
4 4
知:
sb<[sb],满足强度条件。
手柄材料选用Q235,其许用应力为[ss]=125MPa。
按操作舒适度及孔加工的方便,选取其截面为圆形,直径满足弯曲强度条件:
o=M =(T+T1)
s W (pd3 )£
[s]
32 s
1 D3-d3
T= fF6 6»
98.8KN·
mm;
1 3c D2-d2
fc——托杯与螺杆头部的摩擦系数,取fc=0.1;
F——载荷;
(T+T)´
103
所以d³
3 1 =34.7mm
7 0.1[s]
取d7=35mm
操作力Fp=150~250N
扳动手柄的力矩应满足条件
FP×
LP³
T+T1T+T
LP³
1F
P
Lp³
844mm~1407mm
取手柄长度LP=1500mm=1.5m。
手柄材料选用Q235
d7=35mm
LP=1.5m
柄头部孔的参数
8.底座的设计
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:
1dp=14mm3
dp+(6~10)=dp+8=48mm
底座结构及尺寸如图
8.1底座材料
8.2锥度设计
8.3底座外径设计
9、详细装配图
H1=H+(14~28)mm=190+20=210mm
底座材料常用铸铁(HT150及HT200)
根据国家标准,最小壁厚8-15mm,根据经验,考虑起模斜度,取锥度D=1:
取壁厚度为d=12mm
取底厚度为d1=15mm增加底座的稳定性
底座对地面有挤压,对于木材,许用挤压力可取
[sb]=4Nmm2
则,底座尺寸因满足:
F £
p 2 2 b
4(D8-D7)
D7——底座底部内径
D8——底座底部外径,D8=1.8D7
D³
F =73.5mm
7 p/4´
[s]´
(1.82-1)
取D7=138mm,D8=244mm
取底座地板厚度S=1.3d=15mm
底座材料选用HT200
底座参数:
D=1:
d=12mm
d1=15mm
D7=132mm
D8=1.8D7=238mm
S=15mm
参考文献:
【1】濮良贵,纪名刚,陈国定,吴立言.《机械设计》.北京:
高等教育出版社,2007.
【2】陈秀宁,施高义.《机械设计课程设计》.浙江杭州:
浙江大学出版社,2009.
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