螺旋千斤顶设计分析说明书

机械设计课程

螺旋千斤顶设计说明书

专 业

学生姓名

学 号

年 月 日 机械设计编号 螺旋千斤顶作业任务书

一、题目：螺旋千斤顶

原始数据:

题目 设计方案

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

最大起重量FKN 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

最大起升高度Hmm 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240

二、机构简图

三、工作量

1、总装配图一张；

2、计算说明书一份.

四、参考资料

螺旋千斤顶设计指导书目 录

一、目的…………………………………………………………1

二、题目与设计方案……………………………………………1

三、装配简图……………………………………………………1

四、计算及说明…………………………………………………1

五、参考文献 …………………………………………………11

一、目的

1. 熟悉螺旋千斤顶的工作原理与设计计算方法；

2. 学会运用所学过的知识,解决实际设计中遇到的问题,培养独立工作能力,初步学会综运用所学知识解决材料选择、强度和刚度计算、制造与装配工艺等问题；

3. 熟悉有关设计资料,学会查阅手册何用国家标准.

二、题目与设计方案

题目：螺旋千斤顶

设计方案：

方案编号 8

最大起重量FkN 55

最大起升高度Hmm 220

三、装配简图

四、计算及说明 计 算 及 说 明 结 果

1、螺杆的设计与计算

1螺纹牙型

螺纹牙型有矩形、梯形、锯齿形和三角形,千斤顶常用矩形螺纹.为了获得必要的精度又便于加工,矩形螺纹常靠内径对中,其配合可选为H8/h8.由于螺纹在径向的间隙很小,在强度校核时不予考虑.

2材料

螺杆的材料选用45钢,热处理采用调制处理T235.轴颈处可局部淬硬C42.

3螺纹直径

螺杆工作时,同时承受压力和扭矩的作用,所以根据紧螺栓链接强度计算公式,有

式中[]为螺杆许用应力.

由参考文献得螺杆许用应力[]3~5s,屈服强度极限355MPas

故355[]88.75MPa4,31641.3551032.0276mm88.7510d 矩形螺纹

配合H8

/h8

材料45钢

热处理

C42

螺距P=8mm

螺杆直径40dmm

中径236dmm

小径132dmm

满足自锁条件 图1 托手螺螺底 根据经验公式求得螺距132.02768.0069mm44dP

根据梯形螺纹最大实体牙型尺寸GB/T —2005

选择8mmP,所以螺纹牙高度4mm2ph,螺杆直径1(32.038)mm40.03mmddP

取40mmd,故小径132dmm,中径236dmm

4自锁检验

考虑到环境温度湿度等不稳定因素,为自锁可靠,取自锁条件'1

其中为螺纹中径升角,'为当量摩擦角.

螺纹中径处升角28arctanarctan4.046136nPmmdmm

由文献公式知

'arctancos,查表得0.12,又由矩形螺纹知0

所以'arctanarctan0.126.8428cos

由4.04616.84281得'1,即满足自锁条件.

5结构

螺杆上端用于支承托杯和在其中插装手柄,因此需要加大直径,其结构见图2.

图2

手柄孔径kd根据手柄直径pd确定,0.530.5kpddmm.

为了便于切制螺纹,螺杆上应有退刀槽,退刀槽的直径应比1d小约~,取退刀槽直径10.331.7tddmmmm.退刀槽的宽度取为1.5812mmmm.

为了便于螺杆旋入螺母,螺杆端部应有倒角或制出稍小于1d的圆柱形凸台. 手柄孔径

退刀槽

直径31.7mm

宽度12mm

[]V满足强度条件

螺纹牙强度满足条件

螺母材料：

铸铁

螺纹圈数

螺母高

圆柱面配合

H8/r7

满足稳定性要求

托杯材料Q235

手柄材料Q235

初步取

实际手柄长

'400wLmm套管长

800mm

手柄直径

挡圈38M

千斤顶效为了防止工作时螺杆从螺母中脱出,在螺杆的下端必须安置螺钉紧固轴端挡圈GB/T 891—1986,挡圈用螺钉固定在螺杆端部,尺寸见下图.

使用B型挡圈GB/T 891 B50,公称直径D=50mm,H=5mm,6.6dmm,113Dmm.挡圈底部用紧固螺钉螺钉GB 819M6×30固定在螺杆端部.

6螺杆的强度校核

螺杆强度校核条件：2223114()3()[]0.2tVMFdd

其中,V为当量应力,tM为螺杆所受转矩.

故有

即满足强度条件：[]V

7 螺纹牙强度校核

矩形螺纹牙根部剪切和弯曲强度校核公式：

式中b为螺纹压根宽度,取0.655.2bPmm,h为螺纹牙高度.由参考文献铸铁螺母[]40MPa,[]45~55wMPa.

所以有

螺纹牙强度满足条件.

2、螺母的设计与计算

1材料

根据表16-1,螺母材料选用铸铁

2螺纹圈数Z和螺母高度'H

螺母的螺纹圈数通常根据螺纹牙间压力条件求出,即

式中,2d为螺纹中径；h为螺纹牙高度,由上文可知4hmm；p为螺纹牙表面许用压力,查表16-2知螺杆许用压力Pp为13~18MPa,这里取18PpMPa

故36255106.75[]0.0360.0041810FNZdhpmmPa

考虑到退刀槽的影响,实际螺纹圈数为

故取'9Z

螺母高： ''9872HZPmmmm

3螺母其它尺寸

螺母其它尺寸见图3. 率 其中(1.6~1.8)Dd,取1.71.74068Ddmmmm；DD)4.1~3.1(1,取11.51.568102DDmmmm；

'722433Hmmamm.

图3

4螺母与底座的配合

螺母压入底座上的孔内,圆柱面配合采用H8/r7.为了安装简便,应在螺母下端和底座孔上端加工出倒角.

为了防止螺母转动,还应安置紧定螺钉,根据开槽锥端紧定螺钉GB/T 71—1985,选取10M.

3、螺杆稳定性验算

计算螺杆柔度时,螺杆最大受压长度l可按将重物举到最大起升高度后,托杯底面到螺母中部的高度计算,即

故有

对于承载机械常用安全系数法校核压杆稳定性.等截面中心压杆稳定条件：ccPSSF

式中cP为螺杆的临界载荷,cS为规定的稳定安全系数.

由于螺杆为非等截面杆,现根据螺杆危险截面将其简化为以螺纹小径为参考尺寸的等截面圆柱杆,则其压杆柔度：

螺杆一端固定,一端自由,根据表16-4取2.故计算得423167932mmmm

根据文献[3]表11查得碳钢弹性模量范围196~206GPa

取200EGPa.根据文献[1]优质碳钢的1在100左右,取比例极限200pMPa粗略计算：

120099.35200pEGPaMPa.

所以可认为179

根据参考文献[2]10-28螺杆临界载荷

所以207.53.855cPkNSFkN

根据参考文献[2]起重螺旋的稳定安全系数范围2.5~4,因而螺杆满足稳定性要求.

4、托杯的设计与计算

托杯用来承托重物,用碳钢模锻制成,材料取为Q235.其结构尺寸见图4.

图4

其中20.50.54020Ddmmmm；

32.52.540100Ddmmmm.

为了使其与重物接触良好,防止重物滑动,在托杯上表面制出切口和沟纹.为了防止托杯从螺杆端部脱落,在螺杆上端应装置挡板.直径2D的配合可取H11/a11.

当螺杆转动时,托杯和重物都不转动.因此,在起重时,托杯底部与螺杆的接触面间有相对滑动.为了避免过快磨损,一方面需要润滑,另一方面要限制接触面间的压力,其许用压力可取为P=17MPa,由此可确定托杯直径4D为

取468Dmm.

5、手柄设计与计算

1材料

手柄的材料选用Q235.

2手柄长度pL

扳动手柄的转矩pKL图5必须克服螺纹副的螺纹力矩1T和螺杆与托杯间的摩擦力矩2T,即

21TTKLp,则12pTTLK

式中,K为施加于手柄上的臂力,间歇工作时约为150～250N.

在有润滑的条件下摩擦系数＝~,此处取0.06.

故 12190.4572.61.0522250pTTNmNmLmKN

手柄计算长度pL是螺杆中心到人手施力点的距离.考虑螺杆头部尺寸及手握长度.取手柄实际长度：

圆整后初步取1.2wLm. 千斤顶最小高度min1'1.51.51.75459hHHPddmm

wL不应超过千斤顶的最小高度,需要在手柄上另加套管,套管长度取为800mm,则实际手柄长'400wLmm.

图5

3）手柄直径pd

把手柄看成一个悬臂梁,按弯曲强度确定直径pd,其强度条件为：

bppdKL][1.03 则,30.1[]ppbKLd

式中,b][为材料的许用弯曲应力,对于Q235的手柄,b][＝120MPa.

所以332501.05220.0280.1[]0.1120ppbKLNmdmMPa

取30pdmm

4）手柄结构

手柄插入螺杆上端的孔中,为防止手柄从孔中滑出,在手柄两端应加上挡环,并用螺钉或铆钉固定,其结构见图