螺旋千斤顶课程设计西南大学

西南大学工程技术学院课程设计（论文）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级机械设计制造及其自动化 设 计 者 指导教师 成 绩 2014年 11 月 7 日17目录1设计任务书31.1 设计题目：设计螺旋千斤顶（参考下图a）31.2 原始数据31.3 设计工作量31.3.1 绘制出总装配图一张31.3.2 编写设计计算说明书一份32.1螺杆的设计与计算42.1.1 螺杆螺纹类型的选择42.1.2选取螺杆材料42.1.3确定螺杆直径42.1.4自锁验算52.1.5结构设计52.1.6螺杆强度计算62.1.7稳定性计算72.2螺母设计计算82.2.1选取螺母材料82.2.2确定螺母高度及工作圈数82.2.3校核螺纹牙强度82.2.4螺母与底座孔配合102.3托环的设计与计算102.3.1托杯材料的选择102.3.2结构设计102.3.3接触面强度校核102.4手柄的设计计算122.4.1手柄材料的选择122.4.2计算手柄长度122.4.3手柄直径 的确定132.4.4结构132.5底座设计142.5.1选择底座材料142.5.2结构设计142.5.3底座设计计算14由图1-7可得底座的相应尺寸：143.关于螺旋千斤顶结构设计等的补充说明16参考文献：16设计计算说明书1设计任务书1.1 设计题目：设计螺旋千斤顶（参考下图a）1.2 原始数据最大起重量F=40kN最大升程 H=190mm1.3 设计工作量1.3.1 绘制出总装配图一张(参考下图b)，标注有关尺寸，填写标题栏及零件明细表。1.3.2 编写设计计算说明书一份(包括封面、目录、设计任务书、计算内容和设计步骤、参考资料等)。 （a） （b）计 算 及 说 明结 果2.计算内容和设计步骤2.1螺杆的设计与计算2.1.1 螺杆螺纹类型的选择选择梯形螺纹，牙型角=30,梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动；它的基本牙型按GB/T5796.1-2005的规定。2.1.2选取螺杆材料螺杆材料的选择螺杆材料常用的有Q235、Q275、40、45、55钢，由于是承受轻载荷，选择45钢，查手册表2-7得 ；查表5-13取安全系数S=4，则；与其相旋合的螺母材料选为ZCuSn10P1铸锡青铜，因为千斤顶的螺杆与螺母的相互运动是低速滑动，螺杆材料为45钢，螺母材料为青铜，查表5-12可知，许用压力p介于1825MPa之间，在此取20MPa。 2.1.3确定螺杆直径按耐磨性条件确定中径计算过程： 滑动螺旋的耐磨性计算，主要是限制螺纹工作面上的压力p，使其小于材料的许用压力p。由于，所以有；对于等腰梯形螺纹，有，一般取1.23.5,所以此处取1.5。带入设计公式，得 按国家标准查手册表3-7和3-8选择公称直径和螺距为：公称直径d=36mm螺距P=6mm螺杆小径 =d-7=29mm螺杆中径=d-3=33mm29.212mm2.1.4自锁验算自锁验算条件是y为螺纹中径处升角；:当量摩擦系数；：摩擦系数；rv为当量摩擦角：牙侧角，。摩擦系数由查表5-12可知，由于千斤顶的运动速度是很低的，所以摩擦系数按起动时取最大值0.10。=arctan=3.3140经验算，满足自锁条件。2.1.5结构设计根据图1-2进行螺母的结构设计（1）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，dkdp十0.5mm。（2）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1.5P，取d4=d1-0.5=28.5mm；退刀槽宽度1.5P=9mm（3）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。（4）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。2.1.6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，强度计算公式为：或其中扭矩（上式中为螺纹中径处升角，为当量摩擦角）由已知：F=40kN T=Ftan(+v)d2/2=40000*tan(3.3140+5.9110)*33/2=107192.229NmmA=660.520mm2则有：60.582MPa2.1.7稳定性计算细长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。螺杆的临界载荷与柔度有关其中；当螺杆的柔度s40时，可以不必进行稳定性校核。该千斤顶一螺母座位支承时，作不完全固定支承，另一端有径向和轴向约束，为固定支承，所以端部职称情况是一端固定，一端不完全固定。故取l为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取lH+5P+(1.41.6)d，故按下式计算：l=H+5P+1.5d=190+5*6+1.5*36mm=274mm 螺杆危险截面的惯性矩，=3.14*294/64mm=34700.974mm4则7.25mm将以上数据代入柔度计算公式，得2*274/7.25=75.58640故应进行稳定性校核。螺杆选为淬火钢，当85时由公式知：临界载荷=150977.1 N3.77螺杆稳定性安全系数=2.54所以，螺杆稳定性合格。2.2螺母设计计算2.2.1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。此题中选择螺母材料选为ZCuSn10P1铸锡青铜。2.2.2确定螺母高度及工作圈数螺母高度，螺纹工作圈数，考虑退刀槽的影响，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= ut具体计算过程如下：螺母高度：H=d2=1.5*33mm=49.5mm螺纹工作圈数：u=H/P=49.5/6mm=8.25mm考虑退刀槽的影响，取实际工作圈数为=u+1.5=8.25+1.5mm=9.75mm应当圆整，又考虑到螺纹圈数u越多，载荷分布越不均，故u不宜大于10，故取=10（圈）HP=10*6mm=60mm2.2.3校核螺纹牙强度根据GB/T5796.32005得螺母基本尺寸如下：螺母大径：D=d+1=36+1mm=37mm螺母小径：D1=d-6=36-6mm=30mm螺母中径：D2=33mm由图13得：D3=（1.61.8）D=1.7*37mm=62.9mmD4=（1.31.4）D3=1.35*62.9mm=84.915mm =60/3mm=20mm螺母的其它尺寸见图13，螺纹牙多发生剪切与弯曲破坏。由于螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹牙的强度。（1） 剪切强度校核假设螺母每圈螺纹 所承受的平均压力为，并作用在螺纹中径为直径的圆周上，则螺纹牙危险截面的剪切强度条件为： 对于梯形螺纹，查表得：b=0.65P=0.65*6mm=3.9mm则剪切强度为：故满足剪切强度条件。（2）弯曲条件校核螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为；弯曲力臂：螺母材料的许用弯曲应力，查表得：；将数据带入弯曲强度条件公式，得：=27.163MPa经验算，符合弯曲强度条件。 图132.2.4螺母与底座孔配合（1）采用配合；（2）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；（3）为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉，紧定螺钉选择的是（GB/T711985）。2.3托环的设计与计算2.3.1托杯材料的选择选择托环材料为钢。2.3.2结构设计托杯用来承托重物，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。2.3.3接触面强度校核当螺杆转动时，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。由图1-4计算各尺寸：厚度； D11=(0.60.7)d=0.65*36mm=23.4mmD10=2.5d=2.5*36mm=90mmD13=1.8d=1.8*36mm=64.8mmD12=D13-4mm=60.8mm 图14为避免工作时过度磨损，接触面间的压强应满足将数据代入得：MPa=16.172MPa计算许用压强p，取托杯和螺杆材料p中较小的一个：螺杆p=88.75MPa，托杯p=235Mpa；取p=88.75Mpa；经验算：，接触面压强满足要求，选材合理。2.4手柄的设计计算2.4.1手柄材料的选择常用Q235和Q215。本题中，该千斤顶手柄采用的材料是Q2352.4.2计算手柄长度扳动手柄的力矩：，则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。本题中选择； =40*tan（3.3140+5.9110）*33/2 Nm =107.194 Nm =（60.8+23.4）*0.1*40/4 Nm =84.2Nm=（107.194+84.2）/200m=956.97mm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+（50150）mm。故手柄的实际长度是： =956.97+64.8/2+100mm=1089.37mm为减小起重器的存放空间，一般手柄不得大于起重器的高度，可取，使用时加套筒。手柄参考图1-5（见下页）2.4.3手柄直径 的确定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sF 故得设计公式为式中：sF手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q215和Q235时，sF=120Mpa。dpmm=26.28mm取 dp=27mm则dk=dp+1mm=28mm2.4.4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。因为手柄的精度要求不高，如图计算选用的螺钉为（GB/T68-2000）,挡圈尺寸D=60，H=6.2.5底座设计2.5.1选择底座材料底座材料常用铸铁（HT150及HT200），此题中底座材料选为HT200；2.5.2结构设计铸件的壁厚不应小于812mm，此题中选择；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。2.5.3底座设计计算由图1-7可得底座的相应尺寸：H1=H+20mm=210mmD6=D3+8mm=62.9mm+8mm=70.9mmD7=D6+H1/5=(70.9+210/5)mm=112.9mm =195.477mm =60mm-20mm=40mm 式中：sp底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取 ，此题中取 ； 图1-7选则材料：45钢；取=20MPa取=1.5中径计算初值：=29.21mm螺杆尺寸：d=36mmP=6mm=29mm=33mm取：牙侧角：摩擦系数：=3.3140v=5.9110退刀槽直径：d4=28.5mm退刀槽宽度：1.5P=9mmD=40mmH=5mmT=107192.229NmmA=660.520mm2螺杆计算强度：=60.582MPal=H+5P+1.5d=274mmI=34700.974mm47.25mm柔度：75.58640 =150977.1N3.77螺母材料：ZCuSn10P1铸锡青铜H=49.5mmu=8.25mm圆整后，=10H=60mm螺母大径： D=d+1=37mm螺母小径：D1=d-6=30mm螺母中径：D2 =33mmD3=62.9mmD4=84.915mm=20mmb=4.55mm剪切强度验算：弯曲力臂：l=2 mm强度条件验算：紧定螺钉： 托杯材料：Q235D11=23.4mmD10=90mmD13=64.8mmD12=60.8mmP=16.172MPa手柄采用的材料是Q235K=200NT1=107.194NmT2=84.2NmLp=956.97mmLp=1089.37mmdp=27mmdk =28mm螺钉：挡圈： D=38，H=5底座材料：HT200；厚度：斜度： 底座尺寸：H1= 210mmD6=70.9mmD7=112.9mmD8=195.477mmH2=40mm3.关于螺旋千斤顶结构设计等的补充说明（1） 螺母与底座的配合常用或等；（2） 为防止螺母转动，应设紧定螺钉，直径常取M6M12，根据起重大小决定；（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） 连接螺钉，挡圈，挡环的规格尺寸按结构需要选取或设计；（5） 为减少摩擦、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；（6） 装配图尺寸标注应包括特性尺寸（如最大起落高度）、安装尺寸、外形尺寸（总厂、总宽、总高）和派和尺寸等；（7） 图面应注明技术特性及技术要求；（8） 图纸规格应符合之徒规定，绘图要按国家标准，标题栏和明细表的格式应符合要求，详见课程设计教材，或采用学生用标题栏及明细表格式；（9） 设计计算说明书应在全部计算及图纸完成后进行整理编写。参考文献：1杨 玲.螺旋千斤顶作业指导书.西南大学工程技术学院,2009.2濮良贵，纪名刚.机械设计（第八版）.高等教育出版社,2006.3邱宣怀.机械设计（第四版）.高等教育出版社,1997.4大连理工大学工程画教研室.机械制图. 高等教育出版社,2003.8.5吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册(第三版). 高等教育出版社,2006.