《螺旋千斤顶》设计计算说明书

各专业全套优秀毕业设计图纸 螺旋千斤顶 设计计算说明书 院 系 工程技术学院 专业年级 2009 级机制 2 班 设 计 者 肖 先 华 学 号 222009322210154 指导教师 杨 玲 成 绩 2011 年 12 月 1 日 螺旋千斤顶设计计算说明书 1 螺旋千斤顶设计任务书 学生姓名 肖先华 专业年级 2009 级机械设计制造及其自动化 设计题目：设计螺旋千斤顶 设计条件： 1、最大起重量 F =35kN； 2、最大升距 H =180 mm。 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 螺旋千斤顶设计计算说明书 2 目录 1 螺杆的设计与计算 .3 1.1 螺杆螺纹类型的选择 .3 1.2 选取螺杆材料 .3 1.3 确定螺杆直径 .3 1.4 自锁验算 .4 1.6 螺杆强度计算 .5 1.7 稳定性计算 .5 1.7.1 计算柔度 .6 1.7.2 计算稳定性 .6 2 螺母设计与计算 .7 2.1 选取螺母材料 .7 2.2 确定螺母高度 H及螺纹工作圈数 U.7 2.2.1 求螺母高度 H.7 2.2.2 螺纹工作圈数 U.7 2.2.3 螺母实际高度 H.8 2.3 校核螺纹牙强度 .8 2.4 结构要求 .8 3 托杯的设计与计算 .9 4 手柄设计与计算 .10 4.1 手柄材料 .10 4.3 手柄直径 DP.11 4.4 结构 .12 5 底座设计 .12 螺旋千斤顶设计计算说明书 3 螺旋千斤顶设计 计算及说明 结果 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，常用的是梯形螺纹。 梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角 =30，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/T5796.12005 的规定。 1.2 选取螺杆材料 螺杆材料常用 Q235、Q275、40、45、55 等。 1.3 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 hF 根据国家规定 =1.22.5，取 =1.5（梯形螺纹） ； h=0.5p； 查教材表 5-12， p取 20Mpa，又由于 =1.52.5, 则P可提高 20%，所以 P=(1+20%)20=24MPa。 故，d 2 =24.5phF 查机械设计手册，d 取 28mm 则 p=5mm， d1=22.5mm d2=25.5mm 选梯形螺纹 选 45 钢 d=28mm p=5mm d1=22.5mm d2=25.5mm 螺旋千斤顶设计计算说明书 4 1.4 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，但为保证自锁，螺纹中径处升角 至少要比当量摩擦角小 1。 查教材表 5-12，f 取 0.09 = arctan(n p / d2)=arctan 1 6/(3.14 25.5) =4.285 v=arctan（f/cos）=arctan 0.09/cos(30/2)=5.323 故， v-1 满足自锁条件 1.5 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，d kdp 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 0.20.5mm。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=7.5mm d4=22mm D13=(1.71.9)d=1.828=50.4mm =4.285 v=5.323 v-1 满足自锁条件 1.5t=7.5mm d4=22mm D13=50.4 (1.41.6)d =42mm 0.25d=7mm d+(610) =36mm 螺旋千斤顶设计计算说明书 5 (1.41.6)d=1.528mm=42mm 0.25d=0.2528mm=7mm d+(610)=28+8=36mm 1.6 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= 212431dTFA 其中扭矩 =35103tan(4.285+5.323) 25.5/2 Nmm =75541Nmm 式中： 为螺纹中径处升角， v 为当量摩擦角。 A=d/4=3.14 22.5/4=430.3 查手册表 2-7，45 钢， =355MPas = = = =101.42MPa53s4. 故， ca= 225.74130.1 =87.12MPa=101.42MPa 满足强度条件 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。 T=75541Nmm =355Mpas =101.42MPa ca=87.12MPa ca 满足强度条件 2)tan(Tv 螺旋千斤顶设计计算说明书 6 Fcr / F 2.5 4 螺杆的临界载荷 Fcr 与柔度 s 有关， s=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 lH+5t+(1.41.6)d，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)4Ai 当螺杆的柔度 s40 时，可以不必进行稳定性校核。计算时 应注意正确确定。 1.7.1 计算柔度 （1）计算螺杆危险截面的轴惯性矩 I 和 i I= = =12574.164d5.2.3 4 = =5.625mm1AIi. （2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度 l lH+5t+(1.41.6)d =180+55+1.528=247mm (3)计算柔度 查教材表 5-14， 取 2(一端固定，一端自由) s=l/i = =87.8240，所以需要进行稳定性校核。625.47 1.7.2 计算稳定性 （1）计算临界载荷 Fcr 查教材公式 5-51，E =2.06105MPa I=12574.1 i=5.625mm l=247mm =2 E=2.06105MPa s=87.82 螺旋千斤顶设计计算说明书 7 Fcr= =104652.5N2 522471.06.1.3lEI (2) 稳定性计算 =3 2.5 450.146Fcr 满足稳定性条件 2 螺母设计与计算 2.1 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。 2.2 确定螺母高度 H及螺纹工作圈数 u 螺母高度 H=d2，螺纹工作圈数 ，考虑退刀槽的影pH 响，实际螺纹圈数 u = u+1.5(u应圆整) 。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。螺母高度由下式计算：H= up。 2.2.1 求螺母高度 H H =d2 =1.525.5=38.25mm 2.2.2 螺纹工作圈数 u = =7.6510，符合要求pu52.38 u = u+1.5 =7.65+1.5=9.15 Fcr=104652.5N =3 2.5 4cr 满足稳定性条 件 选青铜 u=7.65 u=9 螺旋千斤顶设计计算说明书 8 u应圆整, u取 9 2.2.3 螺母实际高度 H H= up =95=45mm 2.3 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 13。必要时还应对螺母外径 D3 进行强度 验算。 查教材公式 5-48,5-49，螺纹牙的剪切强度和弯曲强度条件分别为： ；DbuFbuDFl26 式中：b 为螺纹牙根部的厚度，对于梯形螺纹，b=0.65p=3.25mm; 为弯曲力臂， =（D-D 2）/2=1.5;ll 查手册表 3-8，D=d+0.5=28.5mm, D 2=25.5mm 查表 5-13， 取 35Mpa, 取 50Mpab 故， =buF925.3814.0 =13.37MPa35 Mpa =uDbl26925.3814.10 =37.02Mpa50Mpa 满足强度条件 2.4 结构要求 螺母压入底座上的孔内，圆柱接触 H=45mm 13.37Mpa 37.02Mpa 满足强度条件 螺旋千斤顶设计计算说明书 9 面问的配合常采用 或 等配合。78rHn 为了安装简便，需在螺母下端 （图 13）和底座孔上端 （图 17）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 11） ， 紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为 612mm。 螺母的相关尺寸计算 查手册表 3-8， D=d+0.5=28.5mm D3= (1.61.8)D =1.728.5mm=48.45mm D4= (1.31.4)D3 =1.448.45mm=67.83mm H=45mm a=H/3=45/3=15mm 3 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 14。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 倒角 C2 D=28.5mm D3=48.45mm D4=67.83mm a=15mm 螺旋千斤顶设计计算说明书 10 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）4)D(21Fp 式中：p 许用压强，应取托杯与螺杆材料p 的小者。 p取 23.6Mpa D10=(2.42.5)d=2.4 28=67.2mm D11=(0.60.7）d=0.65 28=18.2mm D13=(1.71.9)d=1.8 28=50.4mm D12= D13-(24)=50.4-3=47.4mm 故 4)(21Fpp = )2.8.7(.305 3 =23.27Mpa23.6Mpa 4 手柄设计与计算 4.1 手柄材料 常用 Q235 和 Q215。 4.2 手柄长度 Lp板动手柄的力矩： KLp=T1+T2 则 （式 1-2）K21 式中：K 加于手柄上一个工人的臂力，间歇工作时，约为 150250N，工作时间较长时为 100150N。 D10=67.2mm D11=18.2mm D13=50.4mm D12=47.4mm =23.27MPap 满足压力强度 条件 选 Q235 螺旋千斤顶设计计算说明书 11 T1螺旋副间的摩擦阻力矩， T1=35103tan(4.285+5.323) 25.5/2 Nmm =75541Nmm 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) =(47.4+18.2)0.0935 /4=51660Nmm310 则 (K 取 200)KL21p = =636 mm05674 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2D13 可在手柄上另加套管。 因此，手柄实际长度 = + +100=636+25.2+100=761.2mmpL24.50 4.3 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）3pFd1.0KL 故 dp 3Fp1.0 =23.32mm 32.76 T1=75541Nmm T2=51660Nmm =636mmpL =761.2mmpL 螺旋千斤顶设计计算说明书 12 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。 4.4 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 16） ，并用螺钉或铆合固定。 图中尺寸： dp =5.83mm41 dp+(610)= dp+8=23.32+8=31.32mm 取整为 32 5 底座设计 底座材料常用铸铁（HT150 及 HT200） ，铸件的壁厚 不应 小于 812mm，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 110 的斜度。底座结构及尺寸如图 17 dp=23.32mm dp =5.83mm41 dp+(610) =32mm 螺旋千斤顶设计计算说明书 13 图中 取 10mm，r 取 5mm，R 取 8mm； H1=H+（14 28）mm =180+20=200mm H-a=39.5mm D6=D3+（510）mm =56.1+7=63.1mm D7=D6+ =63.1+ =103.1mm120 D8= 27p4F = 2 31.014. =190mm 式中： p底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取 p=22.5MPa。 参考资料： 1蒲良贵 纪明刚.机械设计M.8 版.北京:高等教育出版社,2006. 2吴宗泽.机械设计课程设计手册M.3 版.北京:高等教育出版社,2006 3孙维连.工程材料M.中国农业大学出版社，2005 4孙恒等.机械原理M.7 版.北京：高等教育出版社，2006 H1=200mm H-a=39.5mm D6=63.1mm D7=103.5mm D8=190mm