机械设计课程设计螺旋千斤顶设计说明书
更新时间:2023-09-11 13:39:01 阅读量: 教育文库 文档下载
螺旋千斤顶 设计计算说明书
院 系 机电工程系 专业年级 08机电六班 设 计 者 * * * 指导教师 * * * 成 绩
2011年 3月8日
目录
螺旋千斤顶设计计算说明书 ......................................................................... 错误!未定义书签。
螺杆的设计与计算 ................................................................................. 错误!未定义书签。
1.1螺杆螺纹类型的选择 ............................................................... 错误!未定义书签。 1.2选取螺杆材料 ........................................................................... 错误!未定义书签。 1.3确定螺杆直径 ........................................................................... 错误!未定义书签。 1.4自锁验算 ................................................................................... 错误!未定义书签。 1.5结构 ........................................................................................... 错误!未定义书签。 1.6螺杆强度计算 ........................................................................... 错误!未定义书签。 1.7稳定性计算 ............................................................................... 错误!未定义书签。 螺母设计与计算 ....................................................................................................................... 7
2.1选用螺母材料 ........................................................................... 错误!未定义书签。
2.2确定螺母高度?及螺纹工作圈数u ....................................................................... 8 2.3校核螺纹牙强度 ......................................................................................................... 8 2.4安装要求 ..................................................................................................................... 9 杯托的设计与计算 ................................................................................................................... 9
3.1杯托的尺寸与计算 ..................................................................................................... 9 手柄设计与计算 ..................................................................................... 错误!未定义书签。
4.1手柄材料 ................................................................................................................... 10
4.2手柄长度LP ............................................................................................................. 10
4.3手柄直径 ................................................................................................................... 11 4.4挡圈 ........................................................................................................................... 12
底座设计------------------------------------------------------------------------------------------------- 12
参考文献 ................................................................................................................................. 13
'
一. 说明书一份 二. 任务书一份 三. 图纸一份
2
千斤顶计算及说明
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α=30o,梯形螺纹的内外螺纹以锥面选梯形螺纹 贴紧不易松动;它的基本牙形按GB/T5796.1—2005的规定 1.2选取螺杆材料 螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。考虑到千斤顶转速选45钢 较低,单个作用面受力不大,选用45钢。 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t及其它尺寸。 F 根据:d2?0.8 ; ??p? 注:??1.2~3.5, 由于在此处为整体螺母,此处选??2; 由于条件为刚-青铜和低速,?p??18~25??a ,滑动速度为低速, F?45??取?p??20??a;. 345?10N d2?0.8??26.83mm; 2?20??a 根据GB/T5796.2-2005查表:取得d?30mm,D=31.00mm; P=6.00mm 由d2?D2?d?H1?d?0.5P, d=30mm 得P=6.34mm取标准值P=6.00mm,D=31.00mm d1=23.00mm d1=d-7=23.00mm,D1=d-P=30mm-6mm=24.00mm, D1=24.00mm d2=D2=d-0.5P=27.00mm d2=27.00mm 1.4自锁验算 D2=27.00mm 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
3
角小1°。 f?arctanfv ,由机械设计第八版教材表5-12, ?≤?v?arctancos? 得f?0.08~0.10,取f?0.10(取启动时计算用最大值) snP1?6??arctan?arctan?arctan?4.05? ?d2?d23.14?27 f0.10?arctan?5.91? ?v?arctan f?v?arctan,为保证自锁,螺纹中径处升角至少要比当量摩擦 cos? cos?cos15??=4.05° 故,?=4.05??v?1??4.91? 所以自锁性得以保证。 1.5结构 ?v=5.91° 如右图一: 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,dk≥dp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0.2~0.5mm。退刀槽的宽度可取为1.5P。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:退刀槽宽度为1.5P=9mm D13?(1.7~1.9)d?1.8?32?57.6mm
4
1.5P?9mm D13?57.6mm 1.5d?48mm H1+H=292mm ’螺栓外径为: 0.25?32=8mm
(1.4~1.6)d?1.5d?48mm 图示H1+H=220mm+72mm=292mm ’’(H由后面计算得) 螺栓外径为0.25?32mm=8mm (此处设计所用数据为后面的校核数据) 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),其中扭矩 ??Ftan(???v)? d2 2?45?103N?tan(4.05??5.91?)??106.68N?m27mm2 式中:?为螺纹中径处升角,?v为当量摩擦角。 查手册GB/T699-1999,得45钢的?s?355MPa,教材表5-13,安全系数为3~5,在此取3,得如下: ?????s3?355MPa?128.33MPa 3由上得,d1?23.00mm,故, ?ca?4F??T???????3???d2??0.2?d3? 1?1???= 22 T=106.68N?m ?s?355MPa ?? 3??2?4?45?103??3.14?23?10?3?????106.68??3?2??0.2?23?10?3??2????128.33MPa P=6mm d=32mm D=33.00mm d1=25.00mm D1=26.00mm d2=29.00mm D2=29.00mm H=58.00mm ??=132.32MPa>????128.33MPa 所以,应该取大一型号的螺纹,由GB/T5796.3-2005得 P=6mm; d=32.00mm,D=33.00mm; d1=25.00mm, D1=26.00mm; d2=29.00mm, D2=29.00mm; H=?d2=58mm 5
校核后,得: ?ca?4?45?103???3.14?25?10?3?????106.68??3?2??0.2?25?10?3??2???? 3??2 =109.13Mpa???128.33MPa 满足要求。 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。 Fcr / F ? 2.5 ~ 4 螺杆的临界载荷Fcr与柔度λs有关,λs=? 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l=H/2+L+(1.4~1.6)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?Id1(I为螺杆危险截面的轴惯性矩) ?A4当螺杆的柔度λs<40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?1.92?10?8m4 i?6.25?10?3m 3.14?(25?10?3)4 I???1.92?10?8m4 6464 ?d14i?d125?10?3I???6.25?10?3m A44 (2)求起重物后杯托底面到螺母中部的高度l h1?(1.8~2)d?2?32mm?64mm L?200mm;l=H/2+L+h1=29+200+64mm=293mm (3)计算柔度 根据机械设计八版教材表5-14,得?取2(一端固定。一端自由) 根据机械设计八版教材99页,??2.06?10??a 5??2 ??2.06?105??a ?s?93.76?40 6
2?293?10-3??93.76?40 ?s?-3i6.25?10?l 所以需要校核。 1.7.2稳定性计算 (1)计算临界载荷Fcr Fcr?113.56KN Fcr?2.52?2.5~4 F?2?I3.142?2.06?1011?1.92?10?8Fcr???113.56KN (?l)2(2?293?10?3)2(2)稳定性计算 Fcr113.56?103??2.52?2.5~4 3F45?10所以满足要求。 1.7.3挡圈参数选择 ①低端挡圈: 根据GB-T 892,由d=32得 ii D2?40 H2?5 L2?12 d2?6.6 d12?3.2 '' D2?40 c2?1 A3?12 7
②顶端挡圈: 根据GB-T 892,由D11?22.4 得 ii D3?32 H3?5 L3?12 d3?6.6 d13?3.2 '' c2?1 A3?12 2. 螺母设计与计算 2.1选用螺母材料 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。 螺母材料选青铜 ZCuSn10Pl 此题选青铜ZCuSn10Pl。 ' 2.2确定螺母高度?及螺纹工作圈数u 螺母高度???d2?2?29mm?58.00mm, H58??9.67,虑推刀槽的影响,设计螺母圈数 螺纹工作圈数u?P6 考虑到螺纹圈数u越多,载荷分布越不均匀, u'?u?1.5(u'应圆整)。 故u不宜大于10。 2.2.1求螺母高度H' ???d2?2?29mm?58.00mm 2.2.2螺纹工作圈数u H58 ??9.67 u? P6 u'?u?1.5?11.7 u'应圆整,u'取12。 2.2.3螺母实际高度H' H'?u'p?12?6mm?72mm 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。必要时还应该对螺母外径进D3行强度验算。
8
u?12 H'?72mm
2.3.1螺纹牙的剪切强度和弯曲计算 螺纹牙的剪切强度和弯曲强度条件分别: F?[?]; ?Dbu6fl?[?b] 螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为???Db2u螺纹牙危险截面的剪切强度条件为??(b--纹牙根的厚度,且b=0.65p;D——螺母的螺纹大径; l——弯曲力,l?D?D2) 2查表,b=0.65p(梯形螺纹),h=0.5p [?]取30?40MPa,[?b]取40?60MPa?[?] 故,?? ??11.14?30?40MPa??34.26?40?60MPa 皆满足要求 6fl6?45?103?(33?29)/2????34.26?[?b] 22?Dbu3.14?33?(0.65?6)?10 皆满足要求。 2.4安装要求 H8H8螺母压入底座上的孔内,圆柱接触面的配合常采用或等配合。 r7n7 为了安装简便,需在螺母下端(图1-3)和底座孔上端(图1-7)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1-1),紧 定螺钉直径常根据举重量选取,一般6~12mm。 2.4.1螺母的相关尺寸以得:D=d+1=33mm D3?48mm 内螺纹小径D1?26mm D4?67.2mm F45?10??11.14MPa?[?] ?Dbu3.14?33?0.65?6?103H'?72mm a=18mm 9
D3?1.5d?1.5?32mm?48mm D4?1.4D3?1.4?48mm?67.2mm H'?72mm; a=(0.2~0.3)H'=0.25?72mm=18mm 3. 杯托的设计与计算 3.1杯托的尺寸与计算
结构尺寸见图。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,在杯托上表面制有切口的沟纹。为了防止杯托从螺杆端部脱落, 在螺杆上端装有挡板。 当螺杆转动时,杯托和重物都不作相对转动。因此在起重时,杯 托底部与螺杆和接触面有相对滑动,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。 F p??[p] 22 ?(D12?D11) 4 式中:[p]??许用压强,应该杯托与 螺杆材料[p]的小者。D10?78.4mm杯托用来承托重物,也可用Q235钢模锻制成,取材料为Q235。其Q235:[P]杯?225MPa;45钢:[P]杆?570MPa取[p]杆。 D11?22.4mm D13?57.6mmD12?54.6mm p?22.49MPa?[p] D10?(2.4~2.5)d?2.45?32mm?78.4mmD11?(0.6~0.8)d?0.7?32mm?22.4mmD13?(1.7~1.9)d?1.8?32mm?57.6mm D12?D13?(2~4)?57.6?3?54.6mmh1?(1.8~2)d?2?32mm?64mm故 合格 F杯托厚度: p??[p] 22??10mm ?(D12?D11)杯底厚度为: 41.3??13mm 沟纹宽度为: F45?103 p???22.49MPa?[p]221.5??15mm ?(D12?D11)3.14?(0.05462?0.02082)沟纹深度为: 44?/2?5mm 杯托厚度??8~12mm,此处取??10mm 杯托高度为: 57.6mm 杯底厚度为1.3??13mm;沟纹宽度为1.5??15mm; h1?64mm 沟纹深度为?/2?5mm;杯托高度为1.8*d=1.8*32mm=57.6mm; 为保证杯托可以转动,螺杆预警端的垫片与杯托底部留有间隙,间隙值为3~4mm,应为承受力不大,故值取为3mm。 手柄材料选择Q235 4. 手柄设计与计算 4.1手柄材料 10
常用Q235和Q215。选择Q235 4.2手柄长度LP 扳动手柄的力矩:K?L'p?T1?T2 则Lp?'T1?T2 K式中:K—加于手柄上一个工人的臂力, 间歇工作时,约为150~250N,工作时间较长时间为100~150N。考虑一般为间歇工作,工作的时间较长机会不多,故取为200N。 T1——螺旋副间的摩擦阻力矩, T1?Ftan(????)?d2 229T1?45?103tan(4.05??5.91?)??10?3?114.58N?m 2 T2——杯托与轴端支承面的摩擦力矩, T2?(D12?D11)fF/4。(f查手册取0.06) T2?(54.6?22.4)?0.06?45/4?51.96N?m 则Lp?' T1?114.58N?m T?51.96N?m Lp?961.5mm T1?T2114.58?51.96??832.7mm K200 D13尺寸及工人握手距离,手柄实际长度还应加上+(50~150)mm。 2 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Lp?Lp?57.6/2?100?961.5mm 4.3手柄直径 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 dp=26mm KLp≤[?]F ?F?3 0.1dp ?3 KLp200?961.5?10故 dp≥3= 3?25.21mm 0.1[?]F0.1?120?106 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
11
dp取26mm 式中:[?]F——手柄材料许用弯曲应力,当手柄材料为Q235时,[?F]=120Mpa。 4.4挡圈 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。 手柄直径为26mm,根据GB891-86查得 5. 底座设计 底座材料常用铸铁(HT150及HT200)(图1―7),铸件的壁厚δ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。图中 S=(1.5~2)δ=1.5*15=22.5mm H1=H+(14~28)mm=200+20=220mm H'?a?72?18?54mm D3?48mm D6=D3+(5~10)mm=48+5=53mm
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HT150底座材料外形1:10斜度 S=22.5mm H1=220mm H-a=54mm D6=53mm D7= 108mm D8=200.8mm
D7=D6+H1=53+220/4=108mm 5 4F4?45?10310822?D7=D8=?()?200.8mm 6π[?]p1000π?2?10式中:[?]p——底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材,取[?]p=2~2.5MPa。 参考文献: 1. 濮良贵,纪名刚,机械设计.八坂.北京:高等教育出版社,2009 2. 成大先,机械设计手册.单行本.北京:化学工业出版社,2004 3. 机械工程师手册编委员会,机械工程师。3版.北京:机械工业出版社,2007 13
4. 朱辉,槽桄,画法几何及工程制图.六版.上海:上海科学技术出版社,2007 5. 王佰平,互换性与测试技术测量.二版.北京:机械工业出版社,2008 6. 吴综泽,罗圣国,机械设计课程设计手册.三版.北京:高等教育出版社,2009 14
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