螺旋千斤頂課程設計西南大學

1、文檔編碼 : CO5Z3C1N7N1 HJ10N1E4F1P1 ZJ5E9K2D8K4螺旋千斤頂 設計運算說明書 院 系 工程技術學院 專業(yè)年級 2022 級機械設計制造及其自動化 設 計 者 指導老師 成 績 年 11 月 7 日 2022 精品資料 第 1 頁,共 28 頁目錄 1 設計任務書 . 41.1 設計題目：設計螺旋千斤頂（參考下圖 a） . 41.2 原始數(shù)據(jù) . 41.3 設計工作量 . 41.3.1 繪制出總裝配圖一張 . 41.3.2 編寫設計運算說明書一份 . 4螺桿的設計與運算 . 52.1.1 螺桿螺紋類型的挑選 . 62.1.2 選取螺桿材料 . 62.1.3 確

2、定螺桿直徑 . 62.1.4 自鎖驗算 . 72.1.5 結構設計 . 72.1.6 螺桿強度運算 . 92.1.7 穩(wěn)固性運算 . 10 螺母設計運算 . 11 2.2.1 選取螺母材料 . 11 2.2.2 確定螺母高度 H 及工作圈數(shù) u . 11 2.2.3 校核螺紋牙強度 . 12 2.2.4 螺母與底座孔協(xié)作 . 14 托環(huán)的設計與運算 . 14 精品資料 第 2 頁,共 28 頁2.3.1 托杯材料的挑選 . 2.3.2 結構設計 . 2.3.3 接觸面強度校核 . 14 14 15 17 17 17 18 19 19 19 20 20 20 26 27 手柄的設計運算 . 2.

3、4.1 手柄材料的挑選 . 2.4.2 運算手柄長度 Lp . 2.4.3 手柄直徑 d p 的確定 . 2.4.4 結構 . 底座設計 . 2.5.1 挑選底座材料 . 2.5.2 結構設計 . 2.5.3 底座設計運算 . 由圖 1-7 可得底座的相應尺寸： . 3. 關于螺旋千斤頂結構設計等的補充說明 . 參考文獻： . 精品資料 第 3 頁,共 28 頁設計運算說明書 1 設計任務書 1.1 設計題目：設計螺旋千斤頂（參考下圖 a） 1.2 原始數(shù)據(jù) 最大起重量 F=40kN 最大升程 H=190mm 1.3 設計工作量 1.3.1 繪制出總裝配圖一張 參考下圖 b,標注有關尺寸,填寫

4、標題欄及零件明細表； 1.3.2 編寫設計運算說明書一份 參考資料等 ； 包括封面,目錄,設計任務書,運算內容和設計步驟, 精品資料 第 4 頁,共 28 頁（ a） 計 算 及 說 明 （ b） 結 果 2. 運算內容和設計步驟 螺桿的設計與運算 精品資料 第 5 頁,共 28 頁2.1.1 螺桿螺紋類型的挑選 挑選梯形螺紋,牙型角 =30 ., 梯形螺紋的內外螺紋以錐面貼緊不易 松動；它的基本牙型按 的規(guī)定； 選就材料：45 鋼； 2.1.2 選取螺桿材料 螺桿材料的挑選螺桿材料常用的有 Q235 , Q275 , 40 , 45 , 55 鋼,由 取 P =20MPa 于是承擔輕載荷,挑

5、選 45 鋼,查手冊表 2-7 得 s 355MPa ；查表 5-13 取安全系數(shù) S=4 ,就 ；與其相旋合的螺母材料選 為 ZCuSn10P1 鑄錫青銅,由于千斤頂?shù)穆輻U與螺母的相互運動是低速 S 4s 355MPa 滑動,螺桿材料為 45 鋼,螺母材料為青銅,查表 5-12 可知,許用壓力 p 介于 18 25MPa 之間,在此取 p 20MPa ； 2.1.3 確定螺桿直徑 按耐磨性條件確定中徑 d 2 運算過程： 滑動螺旋的耐磨性運算,主要是限制螺紋工作面上的壓力 p,使其 小于材料的許用壓力 p ； pF F FP p ； , 一般取 1.23.5, A d2 hu d 2 hH

6、由于 H,所以有 d 2 FP d 2 h p 對于等腰梯形螺紋, h,有 d2 F p 所以此處 取 ； 精品資料 第 6 頁,共 28 頁帶入設計公式,得 d 2 40000 20 3-7 和 3-8 挑選公稱直徑和螺距為： 按國家標準查手冊表 公稱直徑 d=36mm 螺距 P=6mm 螺桿小徑 d 1 =d-7=29mm 螺桿中徑 d 2 = d-32.1.4 自鎖驗算 自鎖驗算條件是 v f arctan cos arctan f v 為當 取 中徑運算初值： 為螺紋中徑處升角； f :當量摩擦系數(shù)； f ：摩擦系數(shù)； d 2 量摩擦角 ：牙側角, / 2 15 ； 螺桿尺寸： 摩擦系

7、數(shù) f 由查表 5-12 可知, f ,由于千斤頂?shù)倪\ d=36mm 動速度是很低的,所以摩擦系數(shù)按起動時取最大值 0.10 ； P=6mm arctan nP =arctan 1 6 0d1=29mm d 2 33 f arctan cos arctan cos15 d 2 =33mm 體會算, ,中意自鎖條件； 取： 2.1.5 結構設計 牙側角： 15 依據(jù)圖 1-2 進行螺母的結構設計 摩 擦 系 數(shù) ： （ 1）螺桿上端用于支承托杯 10 并在其中插裝手柄 7,因此需要加 精品資料 第 7 頁,共 28 頁大直徑；手柄孔徑 dk 的大小依據(jù)手柄直徑 dp預備, d kdp十 ； f

8、nP =3 （ 2 ）為了便于切制螺紋,螺紋上端應設有退刀槽；退刀槽的直徑 d4 應 比螺桿小徑 d 1 約小 0.20.5mm ；退刀槽的寬度可取為 ,取 arctan d2 .314 0d 4=d 1-0.5=28.5mm ；退刀槽寬度 1.5P=9mm （ 3 ）為了便于螺桿旋入螺母,螺桿下端應有倒角或制成稍小于 d1 的圓 柱體； v= 0（ 4 ）為了防止工作時螺桿從螺母中脫出, 在螺桿下端必需安置鋼制擋圈 GB/T891-1986 D40mm, H 5mm , 擋 圈 用 緊 定 螺 釘 GB/T68-2022 M 6 16 固定在螺桿端部； 退刀槽直徑： d 4退刀槽寬度： 1.

9、5P=9mm D=40mm H=5mm M 6 16 精品資料 第 8 頁,共 28 頁2.1.6 螺桿強度運算 對受力較大的螺桿應依據(jù)第四強度理論校核螺桿的強度,強度運算 公式為： ca 2322 F 2A T 3 WT 2 或 ca 12 F 4T 3 d1 （上式中 為螺紋中徑處升角, 為 A d 2 2其中扭矩 T F tan 當量摩擦角） 由已知： F=40kN T=Ftan +vd2 0029N .mm A= 1d1224就有： ca 12 F 4T 3 d1 260.582MPa A 精品資料 第 9 頁,共 28 頁2.1.7 穩(wěn)固性運算 瘦長螺桿工作時受到較大的軸向壓力可能失

10、穩(wěn),為此應按穩(wěn)固性條 件驗算螺桿的穩(wěn)固性； Fcr / F 2.5 4 螺桿的臨界載荷 Fcr 與柔度 s 有關 其中 s l / i ；當螺桿的柔度 s 40 時,可以不必進行穩(wěn)固性校 核； 該千斤頂一螺母座位支承時,作不完全固定支承,另一端有徑向和 軸向約束,為固定支承,所以端部職稱情形是一端固定,一端不完全固 定；故取 2l 為 舉 起 重 物 后 托 杯 底 面 到 螺 母 中 部 的 高 度 , 可 近 似 取 l H+5P+1.41.6d ,故按下式運算： l=H+5P+1.5d=190+5*6+1.5*36mm=274mm 螺桿危急截面的慣性矩, I 4 d1 64 =3.14*

11、29 4 /64mm 4就 i I d1 4 40 T= A 將以上數(shù)據(jù)代入柔度運算公式,得 . lmm s i故應進行穩(wěn)固性校核； 螺桿選為淬火鋼,當 s 85 時 精品資料 第 10 頁,共 28 頁mm 2由公式知： 490 2 d1 螺桿運算強度： = 臨界載荷 F cr 1ca 1 2 F 2 4T 3 d1 24A = 1490 242 29 = N ssc F cr F ss =2.54 螺桿穩(wěn)固性安全系數(shù) 所以,螺桿穩(wěn)固性合格； 螺母設計運算 2.2.1 選取螺母材料 2螺母材料一般可選用青銅,對于尺寸較大的螺母可接受鋼或鑄鐵制 造,其內孔澆注青銅或巴氏合金； 此題中挑選螺母材

12、料選為 ZCuSn10P1 鑄錫青銅； =274mm I2.2.2 確定螺母高度 H 及工作圈數(shù) u m4 I A d1 4螺母高度 H d 2 ,螺紋工作圈數(shù) uH,考慮退刀槽的影響, iP 實際螺紋圈數(shù) u= u+1.5u 應圓整 ；考慮到螺紋圈數(shù) u 越多,載荷分布 s 柔度： 越不均,故 u不宜大于 10,否就應改選螺母材料或加大 d；螺母高度由 下式運算： H = u t li精品資料 第 11 頁,共 28 頁詳細運算過程如下： 75.586 40 螺母高度： H =d2=螺紋工作圈數(shù)： u=H 考慮退刀槽的影響,取實際工作圈數(shù)為 u u 應當圓整,又考慮到螺紋圈數(shù) u 越多,載荷

13、分布越不均,故 u不 Fcr= 宜大于 10,故取 u =10 （圈） ssc Fcr F 3. H u P=10*6mm=60mm 2.2.3 校核螺紋牙強度 77ss 依據(jù) GB/T5796.3 2022 得螺母基本尺寸如下： 螺母大徑： D=d+1=36+1mm=37mm 螺母小徑： D1 =d-6=36-6mm=30mm 螺母中徑： D2= d2=33mm 由圖 1 3 得： D3 =（ ） D4 =（） D3螺母材料： 鑄 aH 3=60/3mm=20mm ZCuSn10P1 錫青銅 螺母的其它尺寸見圖 13,螺紋牙多發(fā)生剪切與彎曲破壞；由于螺 母的材料強度低于螺桿,故只需校核螺母螺

14、紋牙的強度； 精品資料 第 12 頁,共 28 頁（ 1） 剪切強度校核 假設螺母每圈螺紋 所承擔的平均壓力為 F ,并作用在螺紋中徑為 H u直 徑 的 圓 周 上 , 就 螺 紋 牙 危 險 截 面 的 剪 切 強 度 條 件 為 ： F Dbu b ； 圓整后, 對于梯形螺紋,查表得： 30 40MPa u =10 就剪切強度為： H =60mm 40000 10 螺母大徑： 37 故中意剪切強度條件； D =d+1=37mm （ 2 ）彎曲條件校核 螺母小徑： 螺紋牙危急截面的彎曲強度條件為 6 Fl D 1=d-6=30mm 2 Db u 彎曲力臂： lD2D237 233 mm 2

15、 mm b螺母中徑： D 2 =33mm 螺母材料的許用彎曲應力,查表得： b 40 60MPa ； D3 將數(shù)據(jù)帶入彎曲強度條件公式,得： D4 6Fl 6 40000 2aH 32 D b 37 10 體會算,符合彎曲強度條件； =20mm 剪切強度驗算： 精品資料 第 13 頁,共 28 頁彎 曲 力 臂 ： l=2 mm 強度條件驗算： 圖 1 3 b2.2.4 螺母與底座孔協(xié)作 （ 1 ）接受 H 8 協(xié)作； 13）和底座孔上端（圖 1 7） r7 （ 2 ）為了安裝簡便,需在螺母下端（圖 做出倒角； （ 3 ）為了更牢靠地防止螺母轉動, 仍應裝置緊定螺釘, 緊定螺釘挑選的 是（ G

16、B/T71 1985 ） M 6 20； 托環(huán)的設計與運算 2.3.1 托杯材料的挑選 挑選托環(huán)材料為 Q 235 鋼； 2.3.2 結構設計 精品資料 第 14 頁,共 28 頁托杯用來承托重物,可用鑄鋼鑄成,也可用 Q235 鋼模鍛制成,其 結構尺寸見圖 14；為了使其與重物接觸良好和防止與重物之間顯現(xiàn)相 對滑動, 在托杯上表面制有切口的溝紋； 在螺桿上端應裝有擋板； 2.3.3 接觸面強度校核 為了防止托杯從螺桿端部脫落, 當螺桿轉動時,托杯和重物都不作相對轉動；因此在起重時,托杯 底部與螺桿和接觸面間有相對滑動,為了防止過快磨損,一方面需要潤 滑,另一方面仍需要驗算接觸面間的壓力強度；

17、 由圖 1-4 運算各尺寸： 厚度 10mm ； D11 D10 =2.5d=2.5*36mm=90mm D13 D12 =D13緊定螺釘： M 6 20 托杯材料： Q235 精品資料 第 15 頁,共 28 頁圖 1 4 為防止工作時過度磨損,接觸面間的壓強應中意 P F 2 D11 P 2 D12 4 將數(shù)據(jù)代入得： P F 40000 2D 12 - D11244運算許用壓強 p,取托杯和螺桿材料 p 中較小的一個： 螺桿 p=88.75MPa ,托杯 p=235Mpa ； 取 p=88.75Mpa ； 體會算： P P ,接觸面壓強中意要求,選材合理； 精品資料 第 16 頁,共 2

18、8 頁手柄的設計運算 2.4.1 手柄材料的挑選 常用 Q235 和 Q215 ；此題中,該千斤頂手柄接受的材料是 Q235 2.4.2 運算手柄長度 Lp 10mm D11 mm D10=90mm D13扳動手柄的力矩： K L p T1 T2 ,就 LpT1 T2 K K加于手柄上一個工人的臂力, 間歇工作時, 約為 150 250N , 工作時間較長時為 100 150N ；此題中挑選 K 200N ； mmD12mm =40*tan（ 00）*33/2Nm =107.194 N.m =（ ）*0.1*40/4 N .m .m Lp T1 T2 =（）K 手柄運算長度 Lp 是螺桿中心到

19、人手施力點的距離, 考慮螺桿頭部尺 寸及工人握手距離,手柄實際長度仍應加上 D13 + （50 150 ） mm ；故 2手柄的實際長度是： 精品資料 第 17 頁,共 28 頁為減小起重器的存放空間,一般手柄不得大于起重器的高度,可取 L 600mm,使用時加套筒； 手柄參考圖 1-5（見下頁） 2.4.3 手柄直徑 d p 的確定 為 把手柄看成一個懸臂梁,按彎曲強度確定手柄直徑 dp,其強度條件 F KLp F p3故得設計公式為 dp3KL p 0.1 F 式中： F手柄材料許用彎曲應力, 當手柄材料為 Q215 和 Q235 時, F=120Mpa ； dp 3 200 1089 .

20、37 0.1 120 取 dp=27mm 就 dk=dp+1mm=28mm 精品資料 第 18 頁,共 28 頁2.4.4 結構 手柄插入螺桿上端的孔中,為防止手柄從孔中滑出,在手柄兩端面 應加上擋環(huán) （圖 1 6）,并用螺釘或鉚合固定； 由于手柄的精度要求不高, 如圖運算選用的螺釘為 （ GB/T68-2022 ）M 8 44 ,擋圈尺寸 D=60 ,H=6. 手柄接受的材料 是 Q235 底座設計 2.5.1 挑選底座材料 精品資料 第 19 頁,共 28 頁底座材料常用鑄鐵（ HT150 及 HT200 ）,此題中底座材料選為 HT200 ； 2.5.2 結構設計 鑄件的壁厚 不應小 8

21、 12mm ,此題中挑選 于 加底座的穩(wěn)固性,底部尺寸應大些,因此將其形狀制成 10mm；為了增 K=200N 110的斜度； 2.5.3 底座設計運算 由圖 1-7 可得底座的相應尺寸： T1 . H1 =H+20mm=210mm mD6 =D3 D7 =D6 +H 1 T2 N.m = 4 40000 2Lp6 2 10 mm =60mm-20mm=40mm 式 中 ： p 底 座下 枕 墊物 的 許用 擠壓 應力 ； 對于 木 材, 取 H2pH,此題中取 p2MPa ； a; 8 10mm; 精品資料 第 20 頁,共 28 頁Lp L 600mm 圖 1-7 精品資料 第 21 頁,共 28 頁dp=27mm dk =28mm 螺釘： M 6 16 擋圈： D=38 , H=5 精品資料 第 22 頁,共 28 頁底 座 材 料 ： HT200 ； 厚 度 ： 10mm 斜度： K 1 10 精品資料 第 23 頁,共 28 頁底座尺寸： H1 = 210mm D6 D7 mm D8 mH2