千斤頂設計說明書-浙江大學

1、螺旋起重器設計說明書姓名： 張本西 學號： 3100103956 班級： 汽車1001班 指導老師：顧大強 目錄第1章 ：設計題目以及要求21.1設計題目21.2設計要求21.3注意事項21.4千斤頂結構圖2第2章 ：主要零件結構32.1零件名稱及分析32.2零件材料32.3零件受力分析3第3章 ：具體零件設計計算：43.1螺桿螺母的螺紋綜合設計4 3.1.1耐磨性計算4 3.1.2自鎖性計算53.1.3螺桿強度計算53.1.4螺母的螺紋強度計算63.1.5螺桿穩(wěn)定性計算6 3.1.6螺桿螺母其他參數(shù)計算與確定73.2手柄設計及強度校核83.3底座設計及強度校核93.4托杯設計及強度校核10第

2、4章 ：參考文獻114.1參考文獻11附錄：千斤頂裝配圖一張1第1章1.1設計題目：請設計一螺旋起重器螺旋起重器又名千斤頂，是一種簡易獨立起重機具，其結構簡單、輕巧、可靠，而且攜帶使用方便，起重能力大，操作簡單，依靠人力即可起重，工作平穩(wěn)，這是他主要優(yōu)點。1.2設計要求：1） 設計要求該螺旋起重器最大起重重量為Q=20KN，最大升舉高度L=150MM2） 設計完成結果，需有設計說明書，一張裝配圖。3） 固定統(tǒng)一采用梯形螺紋、單線 GB5796-86，螺桿材料：Q235或45；螺母材料：鑄鐵或青銅。4） 其自身具有自鎖功能，不會自行上升或者下滑。5） 考慮人力有限，手柄不宜過短而人力不足以實用。

3、6） 工作安全可靠，保證安全壽命等因素下，盡可能節(jié)省材料，經濟性好。1.3結構設計注意事項： 1）螺母內孔端部應有倒角，以便潤滑；2）螺桿螺紋部分應有退刀槽；3）鑄件壁厚大于或等于8mm。 1.4千斤頂結構圖：2第二章2.1零件名稱及分析：螺旋起重器結構見上，其主要零件也在圖中標示了。它主要由螺母、螺桿、底座、手柄、托杯這五部分組成。1） 托杯與待支撐物相接觸，為了防止托杯在舉重時與帶支撐物發(fā)生相對滑動，需要將托杯上表面每90開矩形切口，并且托杯下表面要足夠潤滑保證與螺桿的相對運動，托杯內表面上側要有固定螺釘及墊圈防止托杯脫落。2） 手柄設計時應該保證足夠的長度，而且為了方便取下或者雙手發(fā)力，

4、手柄可以水平活動，并且手柄一端要有可旋式擋環(huán)，取下?lián)醐h(huán)時手柄可以從螺桿空中取出，方便攜帶放置。3） 螺釘要嵌入螺桿內，并且與托杯要有墊圈隔開，螺釘要保證托杯不會脫落。4） 螺桿上端開孔打出內螺紋與螺釘相配合，之后中上那段為實心圓柱并且橫向開孔方便手柄穿過，下側螺紋桿部分保證強度與自鎖性，下端底部要有擋環(huán)防止螺桿旋出，螺桿設計時長度要考慮撓度穩(wěn)定性，根據(jù)最大伸長量決定直徑，并且考慮切實可行方便工人裝配拆卸，下端擋板設計成內螺紋與螺釘相連接。5） 螺母部分主要是磨損，因此采用耐磨金屬，螺母螺紋與螺桿相合出要有潤滑保證旋轉時順暢性。6） 緊定螺釘是將螺母固定在底座上防止相對運動。7） 底座是鑄件，至

5、少要8MM厚，強度，穩(wěn)定性要有保證，主要是抗壓承重作用。2.2零件材料：1） 底座：一般灰鑄鐵制造，此處用HT2002） 托杯：鑄鋼材料 此處用ZG453） 手柄：Q2354） 螺母：青銅，此處用ZQSn 6-6-35） 螺桿：45#6） 緊定螺釘：錐端緊定螺釘 材料35#7） 墊圈：A38） 螺釘：為十字槽平圓頭螺釘 材料A32.3零件受力分析：1） 底座：在使用時，定座作為支撐體，主要受壓應力，校核壓應力即可。2） 托杯：托杯也是起支撐作用，受壓應力，校核壓應力即可。33） 手柄：手柄設計為實心圓形Q235，在扭轉時，考慮一端打在最長處的平面彎矩即可。校驗的危險點位置為：A，B兩點拉壓都要

6、校驗。4）螺母：在使用時，主要受到螺桿對其產生的摩擦力矩以及壓應力Q（支撐重物）。5） 螺桿：螺桿在受力中，主要承受壓應力Q（支撐重物）以及螺母對其的摩擦力矩和托杯下表面對它的摩擦力矩。6） 緊定螺釘：緊定螺釘起到防止螺母與底座在手柄使用時的相對轉動，轉動阻力一部分由螺母與底座接觸面摩擦力矩提供，其余由緊定螺釘，緊定螺釘受剪切應力。7） 墊圈：螺釘緊固時壓應力。8） 螺釘：防止托杯脫落，只受墊圈反作用壓應力。第三章3.1螺桿螺母的螺紋綜合設計：3.1.1耐磨性：防止過度磨損，需要選擇合適表面粗糙度和潤滑劑潤滑方式外，還要校驗螺紋表面壓強不能4超過螺旋傳動副的許用壓強。p根據(jù)資料，螺桿螺母對應是

7、鋼對青銅，低速傳動時p取1118MPa，此處為了方便后續(xù)計算采用16Mpa，校驗公式為：P=Q/d2hZ=(Q/p)。由于此處螺紋工作圈數(shù)不多，=1.22.5，此處取2方便設計計算。根據(jù)螺紋是梯形螺紋，取0.5，因此算得d2=19.95mm。取21.5mm。則螺母高度為43mm，考慮到螺母螺紋圈數(shù)不超過10，則螺距p取5mm，圈數(shù)Z=8.6。查表得外螺紋大徑d24mm，小徑d118mm，內螺紋大徑D25mm，小徑D119mm，計算面積為254mm2，h=0.5P=2.5mm，那么校驗公式帶入驗算得P=13.78Mpa，滿足要求，因此耐磨性檢驗完畢。通過耐磨性檢驗，初步確定螺紋參數(shù)為：螺距p取5

8、mm，圈數(shù)Z=8.6，外螺紋大徑d=24mm，中徑d2=21.5mm小徑d1=18mm，內螺紋大徑D=25mm，小徑D1=19mm，計算面積為254mm2，h=0.5P=2.5mm。3.1.2自鎖性檢驗：滑動螺旋起重器必須保證可靠的自鎖性，自鎖的條件為： ， 式中 螺紋升角； f螺旋副材料的摩擦因數(shù)，鋼對鑄鐵有潤滑時 f 0.050.15 ，此處考慮實際，f =0.1； 牙型半角（牙側角），梯形螺紋/215o代入計算得 =5.91 為保證自鎖，螺紋升角至少要比當量摩擦角小11.5，此處 且大概小1.68，能保證自鎖。3.1.3螺桿強度：由于螺桿危險截面上有正應力又有剪應力，因此校核螺桿強度時，

9、按第四強度理論求出危險截面上的當量應力5 式中為螺桿材料的許用應力（MPa），考慮到T1 F tan( ) ，/。代入計算得當量應力為97.9Mpa，查表可得45號鋼=353Mpa，因此353/3=117.7Mpa，滿足強度要求。3.1.4螺母的螺紋強度計算：最大承載力為Q=20KN，并且，45#比螺母的青銅強度要好，抗剪能力強，因此只用校核螺母螺紋的牙根強度：校核時，螺桿大徑d和螺母大徑D看做近似相等。螺紋沿螺母展開，根部為危險點，則剪切強度計算公式為： =Q/DbZ=對于梯形螺紋，采用標準傾角30，b=0.65P，而青銅=40Mpa，因此對于，所以帶入數(shù)值得： =9.5Mpa又因為螺母螺紋

10、根部一般不會彎曲折斷，不進行彎曲強度校核，因此能夠保證螺母螺紋強度。3.1.5螺桿穩(wěn)定性：穩(wěn)定性校核為設計切入點，因為在最大提升高度一定情況下，L=150MM，因此柔度只與螺桿小徑有關。柔度公式：S=L/i；由于千斤頂可視為一端固定一段自由，則：=2；L=150MM;i=d1/4;螺桿采用45#時，校驗公式：6Qc=（461-1.257S）d12/4帶入柔度，計算接觸該2次方程得Qc=95.9KN，極限載荷20KN小于極限載荷，因此穩(wěn)定性符合要求。3.1.6螺桿螺母其他參數(shù)計算與確定螺母高度：H=d2=43mm螺母上半部高度設計：有內螺紋大徑25MM，所以考慮到螺母上半部高度偏小會造成上下半部

11、分交界面應力集中而產生斷裂，因此螺母上表面不可過短，外徑不可過小，參考書籍以及以前設計經驗，參數(shù)如下：D3=1.6*D=40MMD4=1.3*D3=52MMa=H*0.25=10.75MM,取11MM。強度校核如下：對于下半部： （7） 螺母上部分的擠壓強度條件為： （8）螺母交界面的彎曲強度條件為： 算得 =23.69Mpa=39.97Mpa=23.08Mpa對于青銅螺母，7采用分別采用50Mpa，40Mpa，80Mpa為臨界參數(shù)進行設計。因此上述參數(shù)設計皆滿足強度要求。螺桿其他參數(shù)設計計算：D1=(1.71.9)d取D1=1.8d=43.2mmD2=D3=(d1-2)=16mmD4=d+1

12、6=24mmH1=15mmH2=(1.41.6)d=36mmH3=6mmL=150mm+43mm+5mm-6mm-3mm=189mm3.2手柄設計及強度校核考慮到使用者握持方便，拆卸使用方便，此處手柄將設計為圓柱形，且一端有螺紋及螺母，使得手柄可以拆下裝上，方便攜帶。手柄可以水平移動，方便不同場合（單手發(fā)力扭轉或者雙手發(fā)力扭轉），由于單手發(fā)力扭轉，且手柄伸長至最長是最危險情況，所以只用校核這種8情況下的危險點拉壓應力。最大舉重量Q=20KN使用者力矩： T1 是螺旋副螺紋牙間的摩擦力矩，即螺桿所受扭矩。 T2是螺桿與托杯底面間的摩擦力矩。其中，該處公式為磨合軸頸的摩擦計算公式。 算得T2=29

13、.6Nm考慮到T1 F tan( ) 算得T1=38.5Nm所以T=68.1Nm考慮到人力限制，普通人力非疲勞雙手配合使用大概能提供25Kg力，所以長度:取300mm手柄的直徑，式中為手柄材料的許用彎曲應力，可取=120MPa，所以取20mm（略大保證強度）手柄長度300mm，直徑20mm，而一端螺紋螺母段長度可以不考慮計算，此處對強度幾乎無影響。3.3底座設計及強度計算：由于壁厚大于等于8mm，因此設計時采用最薄處為10mm（整體因為轉角倒角關系有些地方厚一些），材料為鑄鐵鑄造而成，采用HT200。主要承受的強度為壓力，因為底座設計采用灰鑄鐵非?？箟海话阕陨聿豢赡軓姸炔粔驂簤?，而唯一可能是

14、由于底部環(huán)狀面積不夠大造成壓強過大而將路面壓壞。查閱資料知高速公路路面設計時，根據(jù)節(jié)約材料以及結合螺母高度和螺桿高度，算出：底座，H=208mm上表面D=76mm d=62mm9下表面D=200mm d=82mm當重物為20KN因此，能夠保證強度要求，不會壓壞路面。其余倒角設計，是為了加工方便，并且節(jié)省材料以及以免棱角刮傷使用者。3.4托杯設計及強度校核：托杯支撐重物，由ZG45為材料，為防止與支撐體發(fā)生相對移動，上端每隔90開槽，托杯設計參數(shù)如下：上半部分開槽深5mm，水平寬10mm上側大徑66，小徑46.2下側大徑31.2，小徑17算得壓強為因此對于低滑動速度，人力傳動時，一般耐磨性許用壓強為1318Mpa取16Mpa作為標準，