螺旋千斤頂設(shè)計

PAGE第1頁共36頁課程設(shè)計題目螺旋千斤頂設(shè)計系別機械工程學(xué)院專業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化班級姓名學(xué)號指導(dǎo)教師日期2015．10.16設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目：螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計設(shè)計要求：設(shè)計一人力驅(qū)動的螺旋千斤頂，起重載荷F=1.5t=5000N,高度差100mm了解螺旋千斤頂?shù)墓ぷ髟?，掌握其設(shè)計方法；本型號剪式千斤頂?shù)倪x型布局、總體設(shè)計與結(jié)構(gòu)計算，實現(xiàn)頂起自鎖與下落功能；目錄摘要 3第一章起重機械的概述 4第二章千斤頂?shù)母攀?52.1千斤頂?shù)姆N類 52.2千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu) 72.3千斤頂?shù)墓ぷ髟?8第三章螺旋傳動的設(shè)計與計算 83.1螺旋傳動的應(yīng)用和類型 93.2螺旋傳動的結(jié)構(gòu)和用途 103.3螺旋傳動的計算 123.4螺旋傳動的設(shè)計和選材 143.5螺旋機構(gòu)耐磨性的計算 153.6螺母螺紋牙的計算 163.7螺桿強度和穩(wěn)定性的校核 173.7.1強度的校核 173.7.2穩(wěn)定性的校核 173.8自鎖性的校核 19第四章千斤頂?shù)脑O(shè)計 204.1螺桿的設(shè)計計算 204.1.1. 選擇材料 204.1.2. 確定螺桿直徑 214.1.3. 螺紋副自鎖性驗算： 214.1.4. 螺桿強度校核 224.2螺母的設(shè)計計算 234.2.1 選取螺母材料 234.2.2 確定螺母高度及螺紋工作圈數(shù)N 234.2.3 校核螺紋牙強度 24第五章千斤頂圖形的繪制 25第六章使用千斤頂?shù)淖⒁馐马?27參考文獻 31摘要千斤頂是一種起重高度小(小于1ｍ)的最簡單的起重設(shè)備。主要用于廠礦、交通運輸?shù)炔块T作為車輛修理及其它起重、支撐等工作。其結(jié)構(gòu)輕巧堅固、靈活可靠，一人即可攜帶和操作。千斤頂是用剛性頂舉件作為工作裝置，通過頂部托座或底部托爪在小行程內(nèi)頂升重物的輕小起重設(shè)備。螺旋千斤頂采用機械傳動，主要有螺桿、手柄、底座、螺套、旋轉(zhuǎn)桿、擋環(huán)、托杯的零部件組裝而成的。在本次設(shè)計過程中對螺旋傳動的計算和各零部件的設(shè)計與選材最為重要；并且重點運用了機械設(shè)計方面的知識，另外還運用了輔助繪圖工具AoutCAD、等。本文從螺旋千斤頂?shù)牧悴考脑O(shè)計與選材等多方面，闡述了它設(shè)計的全過程。尤其在工藝規(guī)程設(shè)計中，運用了大量的科學(xué)加工理論及計算公式，對它進行了精確地計算。由于螺旋千斤頂是一種小型的起重設(shè)備，體積小方便攜帶，造價成本低，所以在日常生活中被廣泛應(yīng)用。本設(shè)計既是產(chǎn)品開發(fā)周期中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，有貫穿于產(chǎn)品開發(fā)過程的始終。設(shè)計決定了實現(xiàn)產(chǎn)品功能和目標的方案，結(jié)構(gòu)和選材。制造方法以及產(chǎn)品運行，使用和維修方法?，F(xiàn)代機械產(chǎn)品的要求不對傳統(tǒng)機械產(chǎn)品高的多，因而在產(chǎn)品開發(fā)和改進過程中只有全面深入地運用現(xiàn)代設(shè)計理論，方法和技術(shù)才能滿足社會對現(xiàn)代機械產(chǎn)品愈來愈苛刻的要求，提高其市場競爭能力。關(guān)鍵詞：螺旋傳動，體積小，方便，成本低第一章起重機械的概述起重機械是現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)中實現(xiàn)生產(chǎn)過程機械化、自動化、減輕繁重體力勞動、提高勞動生產(chǎn)率的重要工具和設(shè)備。起重機是機械化作業(yè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是一些工業(yè)企業(yè)中主要的固定資產(chǎn)。對于工礦企業(yè)、港口碼頭、車站倉庫、建筑施工工地，以及海洋開發(fā)、宇宙航行等部門，起重機已成為主要的生產(chǎn)力要素，在生產(chǎn)中進行著高效的工作，構(gòu)成合理組織批量生產(chǎn)和機械化流水作業(yè)的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要標志之一。在某些關(guān)鍵崗位上增加一兩臺起重設(shè)備，勞動生產(chǎn)率就會成倍的增長。起重機械由運動機械、承載機構(gòu)、動力源和控制設(shè)備以及安全裝備、信號指示裝備等組成；是一種以間歇作業(yè)方式對物料進行起升，下降和水平移動的搬運機械。起重機械的作業(yè)通常帶有重復(fù)循環(huán)的性質(zhì)。一個完整的作業(yè)循環(huán)一般包括取物、起升、平移、下降、卸載，然后返回原處等環(huán)節(jié)。起重機械廣泛用于交通運輸業(yè)、建筑業(yè)、商業(yè)和農(nóng)業(yè)等國民經(jīng)濟各部門及人們?nèi)粘Ｉ钪?。在實際生產(chǎn)中，我們總是會遇到一些將重物如機床﹑笨重的箱子﹑井下的軌道等在沒有起吊設(shè)備的情況下移動或抬起的情況，僅靠工人操作是很難實現(xiàn)的，這時我們就需要用到千斤頂。千斤頂與我們的生活息息相關(guān)，在各行各業(yè)如建筑﹑鐵路﹑汽車維修等部門均得到廣泛的應(yīng)用，因此千斤頂技術(shù)的發(fā)展將直接或間接影響到這些部門的正常運轉(zhuǎn)和工作，而螺旋千斤頂又是千斤頂?shù)囊环N，螺旋千斤頂是由人力通過螺旋副傳動，其結(jié)構(gòu)緊湊，成本較低，使用攜帶較為方便；能長期支持重物，最大起重量已達100噸，應(yīng)用廣泛。通過研究螺旋千斤頂?shù)膬?nèi)部結(jié)構(gòu)，工作原理，使我們對千斤頂有進一步的了解，使我們更加科學(xué)合理的應(yīng)用千斤頂。第二章千斤頂?shù)母攀銮Ы镯斢纸信e重器、頂重機、頂升機等，是一種用比較小的力就能把重物頂升、下降或移位的簡單起重機具，也可用來校正設(shè)備安裝的偏差和構(gòu)件的變形等。千斤頂主要用于廠礦、交通運輸?shù)炔块T作為車輛修理及其它起重、支撐等工作。其結(jié)構(gòu)輕巧堅固、靈活可靠，一人即可攜帶和操作。千斤頂是用剛性頂舉件作為工作裝置，通過頂部托座或底部托爪在小行程內(nèi)頂升重物的輕小起重設(shè)備，千斤頂?shù)捻斏叨纫话銥?00mm，頂升速度一般為10-35mm/min，起重能力最大可達500t。2.1千斤頂?shù)姆N類千斤頂按其構(gòu)造及工作原理的不同，通常分為機械式和液壓式，機械式千斤頂又有齒條式與螺旋式兩種，其中螺旋式千斤頂和液壓式千斤頂較為常用。液壓式千斤頂結(jié)構(gòu)緊湊，工作平穩(wěn)，有自鎖作用，故使用廣泛。但液壓千斤頂傳動的缺點是：(1)液壓千斤頂系統(tǒng)中的漏油等因素，影響運動的平穩(wěn)性和正確性，使得液壓千斤頂傳動不能保證嚴格的傳動比。(2)液壓千斤頂傳動對油溫的變化比較敏感，溫度變化時，液體粘性變化，引起運動特性的變化，使得工作的穩(wěn)定性受到影響，所以它不宜在溫度變化很大的環(huán)境條件下工作。(3)為了減少泄漏，以及為了滿足某些性能上的要求，液壓元件的配合件制造精度要求較高，加工工藝較復(fù)雜。(4)液壓千斤頂傳動要求有單獨的能源，不像電源那樣使用方便。(5)液壓千斤頂系統(tǒng)發(fā)生故障不易檢查和排除。螺旋千斤頂?shù)闹鬏S外表用鉻處理可增加使用壽命；其高度低，適用于一般窄小空間之作業(yè)需求，楊程短，可多次的墊高使用，它是由人力通過螺旋副傳動，其結(jié)構(gòu)緊湊，成本較低，使用攜帶較為方便；能長期支持重物，最大起重量已達100噸，使用更為廣泛。液壓千斤頂主要由油室、油泵、儲油腔、活塞和搖把等組成，工作時，用千斤頂?shù)氖謩訐u把驅(qū)動油壓泵，將工作油壓入油室，推動活塞上升或下降，進而頂起或下落重物。在工程施工時，YQ型手動液壓千斤頂（或稱移溜千斤頂）是一種內(nèi)回液雙作用的液壓機構(gòu)。使用較多。這種千斤頂質(zhì)量輕，效率高，使用和搬運也比較方便，它又可以分為通用和專用兩類。專用液壓千斤頂使專用的張拉機具，在制作預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件時，對預(yù)應(yīng)力鋼筋施加張力。專用液壓千斤頂多為雙作用式。常用的有穿心式和錐錨式兩種。絕大時候使用穿心式。

穿心式千斤頂適用于張拉鋼筋束或鋼絲束，它主要由張拉缸、頂壓缸、頂壓活塞及彈簧等部分組成。它的特點是：沿拉伸機軸心有一穿心孔道，鋼筋(或鋼絲)穿入后由尾部的工具錨固。螺旋式千斤頂又分為：固定式螺旋式千斤頂、固定式LQ型螺旋千斤頂和移動式螺旋千斤頂三大類。（1）固定螺旋式千斤頂有普通式和棘輪式兩種，在作業(yè)時，未卸載之前不能作平面移動；（2）固定式LQ型螺旋千斤頂結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧，使用方便。它有棘輪組、大小錐齒輪、升降套筒、鋸齒形螺桿、主架等組成；當往復(fù)搬動手柄時，撐牙推動棘輪組間歇回轉(zhuǎn)，小錐齒輪帶動大錐齒輪，使鋸齒形螺桿旋轉(zhuǎn)，從而使升降套筒上升或下降。由于推力軸承轉(zhuǎn)動靈活，摩擦力小，因而操作靈敏，工作效率高。（3）移動式螺旋千斤頂是一種2.1螺旋千斤頂2.1螺旋千斤頂2.2千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)和技術(shù)規(guī)格油壓千斤頂按其結(jié)構(gòu)、用途分為如下兩種：①立式螺紋連接結(jié)構(gòu)的油壓千斤頂，其代號的表征字母為qyl。②立臥兩用油壓千斤頂，其代號的表征字母為qw。螺旋千斤頂按其結(jié)構(gòu)和使用場所分為：①普通型螺旋千斤頂，其代號的表征字母為ql。②普通高型螺旋千斤頂，其代號的表征字母為qlg。③普通低型螺旋千斤頂，其代號的表征字母為qld。④鉤式螺旋千斤頂,其代號的表征字母為qlg。⑤剪式螺旋千斤頂,其代號的表征字母為qlj。⑥自落式螺旋千斤頂,其代號的表征字母為qlz。2.3千斤頂?shù)墓ぷ髟砬Ы镯斢袡C械千斤頂和液壓千斤頂?shù)葞追N，原理各有不同。從原理上來說，液壓傳動所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是說，液體各處的壓強是一致的，這樣，在平衡的系統(tǒng)中，比較小的活塞上面施加的壓力比較小，而大的活塞上施加的壓力也比較大，這樣能夠保持液體的靜止。所以通過液體的傳遞，可以得到不同端上的不同的壓力，這樣就可以達到一個變換的目的。我們所常見到的液壓千斤頂就是利用了這個原理來達到力的傳遞。螺旋千斤頂是通過往復(fù)扳動手柄，拔爪即推動棘輪間隙回轉(zhuǎn)，小傘齒輪帶動大傘齒輪、使舉重螺桿旋轉(zhuǎn)，從而使升降套筒獲得起升或下降，而達到起重拉力的功能，它是由人力通過螺旋副傳動，其結(jié)構(gòu)緊湊，成本較低，使用攜帶較為方便；能長期支持重物，最大起重量已達100噸，使用更為廣泛。第三章螺旋傳動的設(shè)計與計算3.1螺旋傳動的應(yīng)用和類型螺旋傳動是利用螺桿（絲杠）和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，同時傳遞運動和動力。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)動均勻、準確、平穩(wěn)、易于自鎖等優(yōu)點，在工業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用。（1）按螺桿與螺母的相對運動方式，螺旋傳動可以有以下四種運動方式：①螺母固定不動，如圖(a)螺桿轉(zhuǎn)動并往復(fù)移動，這種結(jié)構(gòu)以固定螺母為主要支承，結(jié)構(gòu)簡單，但占據(jù)空間大。常用于螺旋壓力機、螺旋千斤頂?shù)?。②螺母轉(zhuǎn)動，如圖(b)螺桿做直線移動，螺桿應(yīng)設(shè)防轉(zhuǎn)機構(gòu)，螺母轉(zhuǎn)動要設(shè)置軸承均使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且螺桿行程占據(jù)尺寸故應(yīng)用較少。③螺母旋轉(zhuǎn)并沿直線移動，如圖(c)由于螺桿固定不動，因而二端支承結(jié)構(gòu)較簡單，但精度不高。有些鉆床工作臺采用了這種方式。④螺桿轉(zhuǎn)動，如圖(d)螺母做直線運動，這種運動方式占據(jù)空間尺寸小，適用于長行程螺桿。螺桿兩端的軸承和螺母防轉(zhuǎn)機構(gòu)使其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。車床絲杠、刀架移動機構(gòu)多采用這種運動方式。(a)(b)(c)(d)(c) (d)圖3.1運動方式本次設(shè)計的剪式千斤頂是運用了上圖（d）的運動方式。（2）按照用途不同，螺旋傳動分為三種類型。①傳力螺旋以傳遞動力為主，要求以較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向推力，一般為間歇性工作，工作速度較低，通常要求具有自鎖能力，下圖3.2螺旋壓力機均為傳力螺旋。②傳導(dǎo)螺旋以傳遞運動為主，這類螺旋常在較長的時間內(nèi)連續(xù)工作且工作速度較高，傳動精度要求較高，下圖3.3為機床進給機構(gòu)的螺旋。圖3.2螺旋壓力機圖3.2螺旋壓力機圖圖3.3傳導(dǎo)螺旋③調(diào)整螺旋用于調(diào)整并固定零件間的相對位置，一般不經(jīng)常轉(zhuǎn)動，要求能自鎖，有時也要求很高精度，如帶傳動張緊裝置、機床卡盤和精密儀表微調(diào)機構(gòu)的螺旋等。本次設(shè)計的剪式千斤頂就是運用了傳力螺旋這種傳動類型。3.2螺旋傳動的結(jié)構(gòu)和用途按照螺旋副摩擦性質(zhì)的不同，螺旋傳動又可分為滑動摩擦螺旋傳動（簡稱滑動螺旋）、滾動摩擦螺旋傳動（簡稱滾動螺旋）和靜壓滑動螺旋傳動（簡稱靜壓螺旋）。滾動螺旋也稱滾珠絲杠，其特點是摩擦阻力小，傳動效率高（90%以上）；運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，低速時不爬行，啟動時無抖動；螺旋副經(jīng)調(diào)整和預(yù)緊可實現(xiàn)高精度定位精度和重復(fù)定位精度；傳動具有可逆性，如果運用于禁止逆轉(zhuǎn)的場合，需要加設(shè)防逆轉(zhuǎn)機構(gòu)；不易摩擦，使用壽命長。缺點為結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難；抗沖擊能力差。應(yīng)用于精密和數(shù)控機床、測試機械、儀器的傳動和調(diào)整螺旋，車輛、飛機上的傳動螺旋。滾動螺旋傳動特點：傳動效率高，傳動精度高，起動阻力矩小，傳動靈活平穩(wěn)，工作壽命長。滾動螺旋傳動應(yīng)用于機床、汽車、拖拉機、航空軍工等制造業(yè)。滾動螺旋傳動按滾珠循環(huán)方式分為：內(nèi)循環(huán)：滾珠始終和螺桿接觸，兩個封閉循環(huán)回路有兩個反向器，三個封閉循環(huán)回路有三個反向器。特點：流動性好，效率高，經(jīng)向尺寸小。外循環(huán)：分離，工藝性好，分為螺旋式，插管式，擋珠式。靜壓螺旋傳動螺桿與螺母被油膜隔開，不直接接觸。具有摩擦阻力小，傳動效率高（達99%）；螺母的結(jié)構(gòu)復(fù)雜；運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象；傳動具有可逆性（不需要時應(yīng)加設(shè)防逆轉(zhuǎn)機構(gòu)）；反向時無空行程，定位精度高，軸向剛力大；磨損小，壽命長等優(yōu)點。其缺點為結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較難，需要一套壓力穩(wěn)定，供油系統(tǒng)要求高。應(yīng)用于精密機床的進給、分度機構(gòu)的傳動螺旋。滑動螺旋傳動又分為普通滑動螺旋傳動和靜壓螺旋傳動，且應(yīng)用較廣，其特點是結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，成本低;易于實現(xiàn)自鎖：運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。缺點在于當?shù)退倩蜻M行運動微調(diào)時可能出現(xiàn)爬行現(xiàn)象;摩擦阻力大，傳動效率低(一般為30%~50%);螺紋通常采用梯形螺紋和鋸齒形螺紋）有側(cè)向間隙，反向時有空行程；磨損較大。圖矩形螺紋圖矩形螺紋矩形螺紋牙型為正方形，牙型角其傳動效率較其他螺紋高，但牙跟強度弱，螺旋副磨損后，間隙難易修復(fù)和補償，傳動精度降低。圖梯形螺紋梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙型角。內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動。與矩形螺紋相比，傳動效率略低，但工藝性好，牙根強度高對中性好。如用剖分螺母，還可以調(diào)整間隙。圖梯形螺紋圖鋸齒型螺紋鋸齒型螺紋為不等腰梯形螺紋，工作面的牙側(cè)角為，非工作面的牙側(cè)角為。外螺紋旋合后，大徑處無間隙，便于對中。這種螺紋兼有矩形螺紋傳動效率高、梯形螺紋牙型根強度高的特點，但只能用于單向德螺紋連接或螺旋傳動中，如螺旋壓力機。圖鋸齒型螺紋此次剪式千斤頂?shù)脑O(shè)計采用梯形螺紋傳動。3.3螺旋傳動的計算在螺旋傳動中，結(jié)構(gòu)最簡單應(yīng)用最廣泛的是滑動螺旋，滑動螺旋副工作時，主要承受轉(zhuǎn)矩和軸向拉力（或壓力）的作用，由于螺桿和螺母的旋合螺紋間存在著較大的相對滑動，因此，其主要失效形式是螺紋牙破損?；瑒勇菪幕境叽缤ǔ８鶕?jù)耐磨條件確定。對于傳力螺旋還應(yīng)校核螺桿危險截面的強度；對于青銅或鑄鐵螺母以及承受重載的調(diào)整螺旋應(yīng)校核其自鎖性；對于精度傳動螺旋應(yīng)該校核螺桿的剛度；對于受壓螺桿，當其長徑比很大時，應(yīng)校核其穩(wěn)定性；對于高速長螺桿，應(yīng)校核其臨界轉(zhuǎn)速；要求自鎖時，多采用單線螺紋，要求高效時，多采用多線螺紋。（1）一般螺旋機構(gòu)的計算一般螺旋機構(gòu)當螺桿轉(zhuǎn)Ψ角（rad）時，螺母軸向移動的位移L（mm）為:L=SΨ/2π(機械原理第七版)(式3.1)則式中S為螺旋線導(dǎo)程（mm）。如果螺桿的轉(zhuǎn)速為n(r/min)時，則螺母移動速度v(mm/s)為:V=Sn/60(機械原理第七版)(式3.2)（2）差動螺旋機構(gòu)與復(fù)式螺旋機構(gòu)的計算1-機架2-螺桿3-螺母4-導(dǎo)向桿圖3.4差動螺旋機構(gòu)上圖的螺旋機構(gòu)中，螺桿1上有A、B兩段螺旋，A段螺旋導(dǎo)程為SA（mm），B段螺旋導(dǎo)程為SB（mm），兩者旋向相同，則當螺桿轉(zhuǎn)Ψ角（rad）時，螺母軸向移動的位移L（mm）為：L=（SA-SB）Ψ/2π(機械原理第七版)(式3.3)如果螺桿的轉(zhuǎn)速為n(r/min)時，則螺母移動速度v(mm/s)為：V=（SA-SB）n/60(機械原理第七版)(式3.4)由上式可知：當A、B兩螺旋的導(dǎo)程SA、SB接近時，螺母可得到微小位移，這種螺旋機構(gòu)稱為差動螺旋機構(gòu)（又稱微動螺旋機構(gòu)），常用于分度機構(gòu)、測微機構(gòu)等。如果兩螺旋的旋向相反，則螺母軸向移動的位移L為：L=（SA-SB）Ψ/2π(機械原理第七版)(式3.5)移動速度為：V＝（SA-SB）n/60(機械原理第七版)(式3.6)這種螺旋機構(gòu)稱為復(fù)式螺旋機構(gòu)，適合于快速靠近或離開的場合?；瑒勇菪齻鲃庸ぷ鲿r，螺桿和螺母主要承受轉(zhuǎn)矩和軸向載荷（拉力或壓力）的作用，同時在螺桿和螺母的旋合螺紋間有較大的相對滑動?；瑒勇菪齻鲃拥闹饕问绞锹菁y磨損。因此，通常根據(jù)螺旋副的耐磨性條件，計算螺桿中徑及螺母高度，并參照螺紋標準確定螺旋的主要參數(shù)和尺寸，然后再對可能發(fā)生的其他失效逐一進行校核。3.4螺旋傳動的設(shè)計和選材滑動螺旋的結(jié)構(gòu)包括螺桿、螺母的結(jié)構(gòu)形式及其固定和支承結(jié)構(gòu)形式。螺旋傳動的工作剛度與精度等和支承結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系，當螺桿短而粗且垂直布置時，如起重及加壓裝置的傳力螺旋，可以采用螺母本身作為支承的結(jié)構(gòu)。當螺桿細長且水平布置時，如機床的傳導(dǎo)螺旋（絲杠）等，應(yīng)在螺桿兩端或中間附加支承，以提高螺桿工作剛度。螺母結(jié)構(gòu)有整體螺母、組合螺母和剖分螺母等形式。整體螺母結(jié)構(gòu)簡單，但由磨損而產(chǎn)生的軸向間隙不能補償，只適合在精度要求較低的場合中使用。對于經(jīng)常雙向傳動的傳導(dǎo)螺旋，為了消除軸向間隙并補償旋合螺紋的磨損，通常采用組合螺母或剖分螺母結(jié)構(gòu)。利用螺釘可使斜塊將其兩側(cè)的螺母擠緊，減小螺紋副的間隙，提高傳動精度。傳動用螺桿的螺紋一般采用右旋結(jié)構(gòu)，只有在特殊情況下采用左旋螺紋。螺桿和螺母材料應(yīng)具有較高的耐磨性、足夠的強度和良好的工藝性。表3.1螺桿與螺母常用的材料螺紋副材料應(yīng)用場合螺桿Q235Q2754550輕載、低速傳動。材料不熱處理40Gr65Mn20GrMnTi重載、較高速。材料需經(jīng)熱處理，以提高耐磨性9Mn2VGrWMn38GrMoAl精密傳導(dǎo)螺旋傳動。材料需經(jīng)熱處理螺母ZcuSn10P1ZcuSn5Pb5Zn5一般傳動ZcuAL10Fe3ZcuZn25AL6Fe3Mn重載、低速傳動。尺寸較小或輕載高速傳動，螺母可采用鋼或鑄鐵制造，內(nèi)空澆鑄巴士合金或青銅3.5螺旋機構(gòu)耐磨性的計算磨損多發(fā)生在螺母，把螺紋牙展直后相當于一根懸臂梁。耐磨性的計算在于限制螺紋副的壓強P，其校核公式為：P＝=Fp/πd2hH≤[P](機械設(shè)計第四版)(式3.7)式中，F(xiàn)為軸向工作載荷（N）；A為螺紋工作表面投影到垂直于軸向力的平面上的面積（mm2）；d2為螺紋中徑(mm)；p為螺距(mm)；h為螺紋工作高度(mm)，矩形與梯形螺紋的工作高度h=0.5p,鋸齒形螺紋高度h=0.75p；z=H/p為螺紋工作圈數(shù)，H為螺紋高度(mm)，[p]為許用壓強(MPa)。為便于推導(dǎo)設(shè)計公式，令?=H/d2，代入整理后得螺紋中徑的設(shè)計公式為：d2≥(機械設(shè)計第四版)（式3.8）對矩形、梯形螺紋，h=0.5p，則：d2≥0.8(機械設(shè)計第四版)（式3.9）對鋸齒形螺紋，h=0.75p，則d2≥0.65(機械設(shè)計第四版)（式3.10）表3.2滑動螺旋傳動的許用壓強螺紋副材料滑動副速度/(m·min-1)許用壓強/MPa鋼對青銅低速<3.06~12>1518~2511~187~101~2鋼-耐磨鑄鐵6~126~8鋼-灰鑄鐵<2.46~1213~184~7鋼-鋼低速7.5~13淬火鋼-青銅6~1210~13注：?<2.5或人力驅(qū)動時，[p]可提高20%；螺母為剖分式時，[p]應(yīng)降低15%-20%。?值根據(jù)螺母的結(jié)構(gòu)選取。對于整體式螺母，磨損后間隙不能調(diào)整，通常用于輕載或精度要求低的場合，為使受力分布均勻，螺紋工作圈數(shù)不宜過多，宜取?=1.2～2.5；對于剖分式螺母或螺母兼作支承而受力較大，可取?=2.5～3.5；傳動精度高或要求壽命長時，允許?=4。根據(jù)公式計算出螺紋中徑d2后，按國家標準選取螺紋的公稱直徑d和螺距p。由于旋合各圈螺紋牙受力不均，故z不宜大于10。3.6螺母螺紋牙強度的計算螺紋牙多發(fā)生剪切與彎曲破壞。由于一般情況下螺母材料的強度比螺桿低，因此只需校核螺母螺紋牙的強度。假設(shè)載荷集中作用在螺紋中徑上，可將螺母螺紋牙視為大徑D處展開的懸臂梁，螺紋牙根部的彎曲強度校核公式為：=3Fh/πDb2z≤[](機械設(shè)計第四版)（式3.11）剪切強度校核公式為： τ=F/πDbz≤[τ](機械設(shè)計第四版)(式3.12)式中D為螺母螺紋的大徑(mm)；b為螺母螺紋牙底寬度(mm)；可由國家標準查得，也可取矩形螺紋b=0.5P，梯形螺紋b=0.634P，鋸齒形螺紋b=0.74P；[]、[τ]分別為螺母螺紋牙的許用彎曲應(yīng)力和許用切應(yīng)力(MPa)。表3.3滑動螺旋副材料的許用應(yīng)力項目許用應(yīng)力/MPa鋼制螺桿[σ]=σS/3~5σS為材料的屈服極限/MPa螺母材料許用彎曲應(yīng)力[σb]許用切應(yīng)力[τ]青銅40~6030~40耐磨鑄鐵50~6040鑄鐵45~5540鋼（1.0~1.2）[σ]0.6[σ]注：靜載荷許用應(yīng)力取大值。若螺桿與螺母的材料相同，由于螺桿螺紋的小徑d1小于螺母螺紋的大徑D，故應(yīng)校核螺桿螺紋牙的強度，這時公式中的D應(yīng)改為d1。3.7螺桿強度和穩(wěn)定性的校核3.7.1強度的校核螺桿受軸向力F及轉(zhuǎn)矩T的作用，危險截面上受拉（壓）應(yīng)力σ和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力τ。根據(jù)第四強度理論，螺桿危險截面的強度校核公式為：=(機械設(shè)計第四版)(式3.13)式中d1為螺桿螺紋的小徑（mm）；[σ]為螺桿材料的許用應(yīng)力（MPa），T為螺桿所受轉(zhuǎn)矩(N·m)T=；3.7.2穩(wěn)定性的校核對于長徑比大的受壓螺桿，當軸向力F超過某一臨界載荷FC時，螺桿可能會突然產(chǎn)生側(cè)向彎曲而喪失穩(wěn)定。因此，對細長螺紋應(yīng)進行穩(wěn)定性校核。螺桿的穩(wěn)定性條件為：(機械設(shè)計第四版)（式3.14）式中S為穩(wěn)定性安全系數(shù)，對于傳力螺旋取S=3.5～5；對于傳導(dǎo)螺旋取S=2.5～4；對于精密螺桿或水平螺桿取S>4。臨界載荷FC與螺桿的柔度γ及材料有關(guān)，根據(jù)Υ=的大小選用不同的公式計算。表3.4長度系數(shù)μ的選擇螺桿端部結(jié)構(gòu)μ兩端固定0.5一端固定，一端不完全固定0.6一端固定，一端自由（如千斤頂）2一端固定，一端鉸支（如壓力機）0.7兩端鉸支（如傳導(dǎo)螺桿）1注：用下列辦法確定螺桿端部的支撐情況：采用滑動支承時：lo為支承長度，do為支承孔直徑，lo/do<1.5鉸支；lo/do=1.5～3不完全固定；lo/do>3固定。采用滾動支承時：只有徑向約束時為鉸支；徑向和軸向都有約束為固定。當Υ≥85～90時，根據(jù)歐拉公式計算，即：（式3.15）當Υ<85～90時；對σb≥380MPa的碳素鋼（如Q235、Q275）Fc=(304/1.12Υ)（式3.16）當Υ<85～90時，對σb≥470MPa的優(yōu)質(zhì)碳素鋼（如355、45）Fc=(461/2.57Υ)（式3.17）當Υ<40時，無需進行穩(wěn)定性計算。式中:FC————臨界載荷（N）；E——螺桿材料的彈性模量（MPa），對于鋼E=2.06×105；I——危險截面的慣性矩（mm4），I=，d1為螺桿螺紋內(nèi)徑(mm)；μ——長度系數(shù)，與螺桿端部結(jié)構(gòu)有關(guān)；L——螺桿最大受力長度(mm)；i——螺桿危險截面的慣性半徑(mm)，i==。（式3.18）3.8自鎖性的校核對于要求自鎖的螺旋傳動，應(yīng)校核是否滿足自鎖條件，即：（式3.19）式中，fV為螺紋副的當量摩擦系數(shù)表3.5螺旋傳動螺旋副的當量摩擦系數(shù)fV（定期潤滑）螺旋副材料鋼和青銅鋼和耐磨鑄鐵鋼和鑄鐵鋼和鋼淬火鋼和青銅?ν0.08～0.100.10～0.120.12～0.150.11～0.170.06～0.08第四章千斤頂?shù)脑O(shè)計已知軸向載荷F=15000N,最大舉升高度100mm.方案圖如下所示。圖4.1千斤頂總裝圖4.1螺桿的設(shè)計計算選擇材料前面已做分析，此次設(shè)計選用梯形螺紋，基本牙型按GB/T5796.1-2005的規(guī)定?？紤]到千斤頂轉(zhuǎn)速較低，單個作用面受力不大，螺桿材料常用Q235，275，40，45，55等，此處螺桿選常用的45鋼。由手冊查σ=360Mpa；為了提高耐磨性，螺母選較軟的材料錫青銅為ZCuSn10P-1，由上表知鋼對青銅低速時，對人力驅(qū)動[p]可提高20%，即[p]=，[p]=25MPa，螺母為整體螺母由于磨損后不能調(diào)整間隙，可視受力比較均勻，螺紋工作圈數(shù)不宜過多，此處取。確定螺桿直徑按耐磨性條件確定螺桿中徑d2,求出d2后，按標準選取相應(yīng)的公稱直徑d2，螺距p及其他尺寸。根據(jù)規(guī)定對整體螺母，由于磨損后不能調(diào)整間隙，可視受力比較均勻，螺紋工作圈數(shù)不宜過多，故取，此處取。螺桿——螺母材料分別取為鋼——青銅，查表3.2滑動速度為低速，對人力驅(qū)動[p]可提高20%，即[p]=，[p]=25MPa，（摩擦系數(shù)起動時取大值，校核是為安全起見，應(yīng)以起動時為準。由f值0.08-0.1，應(yīng)取f=0.1,代入F=8660N梯形螺紋，h=05p,已知取，則計算d2則d2=10.53mm根據(jù)GB/T5796.3-,2005查得取標準d=16mm.取標準值p=2mmd1=13.875mm螺紋副自鎖性驗算：自鎖條件是式中：為螺紋中徑處升角；為當量摩擦系數(shù)。（，式中為螺紋工作面的牙形斜角）；為當量摩擦角（為保證自鎖，螺紋中徑處升角至少要比當量摩擦角小10.）查教材表得（取起動時計算用最大值）故，所以自鎖性可保證。螺桿強度校核受力較大的螺桿需進行強度計算。螺桿工作時承受軸向力F及轉(zhuǎn)矩T的作用。螺桿危險截面上既有壓縮應(yīng)力，又有切應(yīng)力。因此，校核螺桿強度時，應(yīng)根據(jù)第四強度理論求出螺桿危險截面的計算應(yīng)力，強度校核公式為：（式4.13）式中:F螺桿所受的軸向壓力，N；A螺桿危險截面的面積；,；螺桿螺紋段的抗扭截面系數(shù),；d1為螺桿螺紋的小徑（mm）；為螺桿材料的許用應(yīng)力（Mpa）；T為螺桿所受轉(zhuǎn)矩（N.mm）；其中扭矩T=10.36N.m式中：為螺紋中徑處螺紋升角；為當量摩擦角。查手冊GBT6991999.45鋼的，教材表5-13，如下表表5-13滑動螺旋副材料的許用應(yīng)力項目許用應(yīng)力/Mpa鋼制螺桿,為材料的屈服極限/Mpa螺母材料許用彎曲應(yīng)力許用切應(yīng)力青銅40-6030-40耐磨鑄鐵50-6040鑄鐵45-5540鋼（1.0-1.2）0.6注：靜載荷許用應(yīng)力取大值。安全系數(shù)3-5，取3。故有：=60.64≤所以得到強度校核滿足設(shè)計要求。4.2螺母的設(shè)計計算選取螺母材料螺母選較軟的材料錫青銅由上表3.1選取材料為ZCuSn10P-1。確定螺母高度及螺紋工作圈數(shù)U令：螺母高=20mm則：螺紋工作圈數(shù)z=H/P=20/2=10mm校核螺紋牙強度由上表查得青銅螺母螺紋牙許用彎曲應(yīng)力；許用剪切應(yīng)力；梯形螺紋螺紋牙根寬度b=0.65p=0.65x2=1.3mm；梯形螺紋螺紋牙工作高度h=0.5p=0.5x2=1mm。則：彎曲強度校核：σ=30.60Mpa≤[σ]。合格（式4.5）②剪切強度校核：τ=F/3.14zD4b2=10.20Mpa≤[τ]，合格（式4.6）式中：——螺母螺紋大徑，mm.Z——螺母螺紋工作圈數(shù)。4.6安裝要求銷釘壓入螺母和支座內(nèi)時，接觸面間的配合為過盈配合，壓入時用橡皮錘砸入。第五章螺旋千