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1、1 / 13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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 13 页2 / 13学生刘金雨专业年级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 =200 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：年月日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归
2、纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 13 页3 / 13目录目录 . 3一、设计目的 . 4二、螺旋千斤顶的结构. 4三、螺杆的设计与计算. 51、螺杆螺纹类型的选择. 52、选取螺杆材料. 53、确定螺杆直径. 54、自锁验算 . 55、结构如下列图1-2: . 66、螺杆强度计算. 67、稳定性计算. 7四、螺母设计与计算. 81、选取螺母材料. 82、确定螺母高度H及螺纹工作圈数U. 83、校核螺纹牙强度. 84、 结构要求 . 9五、托杯的设计与计算. 9六、手柄设计与计算. 101、手柄材料 . 102、手柄长度LP与板动手柄的力矩：. 103、手柄直径DP . 114
3、、 结构 . 115、底座设计 . 12七、装配图见A3 图纸。 . 13参考文献 . 13致谢 . 13精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 13 页4 / 13一、 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
4、零件所组成见图11 。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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 13 页5 / 13设计的原始数据是；最大起重量FQkN和最大提升高度hmm 。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=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
5、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。d28. 0pF根据国家规定=1.22.5 ，取梯形螺纹 ；h=0.5p ；查教材表5-12 ，p 取 25Mpa ，又由于=1.22.5,则 P 可提高 20% ，所以 P=(1+20%) 25=30MPa 。故， d28.0pF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
6、升角；v为当量摩擦角当量摩擦角v=arctanv， =arctan(n p / d2)=arctan 1精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 13 页6 / 13v=arctan f/cos =arctan 0.1/cos(30/2)=5.91故，v满足自锁条件5、结构如下列图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，dkdp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
7、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=9mm d4 D13(1.41.6)d=1.532mm=48mm 0.25d=0.25 32mm=8mm d+(610)=d+8=40mm 46 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=212431dTFA 其中扭矩=45103) 29/2 N mm 2)tan(
8、2dFTv精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 13 页7 / 13 =111182.3Nmm 式中：为螺纹中径处升角，v为当量摩擦角。A= d12/4=3.14 查手册表2-7 ，45 钢，s=355MPa =53s=4s故，ca=212)d4(31TFAca=62.8MPa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/F2.54 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
9、近似取l=H+3P+(1.41.6)，i为螺杆危险截面的惯性半径，假设危险截面面积A= d12/4 ，则41dAIi(I为螺杆危险截面的轴惯性矩) 。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。计算柔度(1) 计算螺杆危险截面的轴惯性矩I和i I=6441d=642514. 3441dAIi=425(2) 求起重物后托杯底面到螺母中部的高度ll H+3P+(1.41.6)d =200+3 32=266mm (3) 计算柔度精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 13 页8 / 13查教材表5-14 ，取
10、 2( 一端固定，一端自由) s= l/i =25. 6266240，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 105MPaFcr=25222)2662(04.916511006. 214.3)（lEI(2) 稳定性计算45000137534.9FFcr=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=d28. 568.34pHu，(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
11、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13。必要时还应对螺母外径D3进行强度验算。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 13 页9 / 13D3 32.5=52mm 352=mm a=H/3=36/3=12mm 螺母螺纹牙剪切强度校核：MPaMPuDF403084.186*6*65.0*5.32*14.345000ba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78rH或78nH等配合
12、。为了安装简便，需在螺母下端图 1 3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 。D10D11D13=(1.71.9)d=1.732=mm D12= D13-(24)=-3=mm 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，在托杯上外表制有切口的沟纹。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，为了防止过快磨
13、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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 13 页10 / 134)DD(211212Fpp 式 1-1 式中： p 许用压强，应取托杯与螺杆材料p 的小者。 p故4)DD(211212Fpp=4）2.19-6.54（14.31045223六、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：KLp=T1+T2则KTTL21p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 150250N，工作时间较长时为
14、100150N。T1螺旋副间的摩擦阻力矩，T1=45103) 29/2 N 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) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 13 页11 / 13 = 0.09 45103/4 =74722.5N mm 则KTTL21p(K 取 200) =(111182.3+74722.5)/200 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
15、2D13+50 150mm 。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pL=pL3、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3ppFd1.0KL F式 1-3 故 dp3Fp 1.0KL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16 ，并用螺钉或铆合固定。图中尺寸：41dp =6mm dp+(610)= dp+8=26+8=34mm 精选学习资料 - - - - - - -
16、- - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 13 页12 / 135、底座设计底座材料常用铸铁HT150及 HT200 ，铸件的壁厚不应小于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17 图中取10mm ，r 取 5mm ，R取 8mm ；H1=l+ 1428mm =200+20=220mm H-a=36-12=24mm D6=D3+510mm =52+8=60mm D7=D6+51H=60+220/5=104mm D8=274DQp=192mm 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 13 页13 / 13式中： p底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取p=22.5MPa。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！精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 13 页