螺旋千斤顶设计

0机械设计课程设计说明书题目：螺旋千斤顶设计说明书班级：姓名：11、设计题目螺旋千斤顶设计2、螺旋千斤顶总功能按螺旋传动原理，利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动。将回转运动转变为直线运动，并传递运动和动力。从而实现将一定重量的物体提升一定的高度的功能。3、设计任务与要求1.1任务1、千斤顶最大起重量为40KN2、工作行程L=160mm，单臂操作3、作出结构原理、结构简图4、绘制系统装配图和零件图5、编写设计说明书1.2要求1、设计螺杆要求校核耐磨性、自锁性；校核螺纹工作圈数、螺杆强度和稳定性2、设计螺母要求校核螺母螺纹牙强度23、底座和托杯要求满足一定的强度4、机构应具有良好的传力性能5、绘制系统装配图和零件图4、螺旋千斤顶的工作原理与结构原理图螺旋传动是利用螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的，它主要是用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力。螺旋传动的常用运动形式，主要有以下两种：螺杆转动，螺母运动和螺母固定，螺杆转动并移动，多用于螺旋起重器。而千斤顶的工作原理则是第二种螺母固定，螺杆转动并移动，其工作原理图如下：托杯图1螺旋千斤顶的工作原理和结构原理图紧固螺钉螺钉地面螺杆底座螺母手柄从图中可以看出，千斤顶的工作原理是：通过螺杆和螺母组成的3螺旋副来实现将物体有低处向高处的传送的，并使托杯中的物体做直线运动，从而实现我们的传动要求。其中，螺母固定，当手柄旋动的时候，螺杆通过与螺母的螺旋副的运动，螺纹之间产生自锁，是装有重物的托杯往上运动。从其工作原理中可以看出，这对螺杆与螺母螺纹的耐磨性、稳定性等要求较高，同时对底座及其他相应材料的强度也有一定的要求。其机构特点是简单易操作，便宜制造。5、螺旋千斤顶结构尺寸设计5.1螺杆的设计5.1.1材料选择可以供选择的材料有：35#，45#，40Cr。经分析，本设计中螺杆材料选用40Cr，因为材料经热处理，提高了其耐磨性，并有足够的强度，适用于载重较高的重要传动。5.1.2螺杆结构设计及计算1、螺旋传动选择：螺旋传动按其螺旋副的摩擦性质不同，分为滑动螺旋副，滚动螺旋副和静压螺旋副。滑动螺旋副结构简单，便于制造，易于自锁，所以螺旋千斤顶选择滑动螺旋副。2、滑动螺旋采用的螺纹类型有矩形、梯形和锯齿形。其中以梯形和锯齿形螺纹应用最广。本设计中千斤顶的螺纹选择梯形螺纹，并4为右旋的方式。因为其内外螺纹以锥面贴紧不易松动，对中性好，并牙根强度高，同时采用单线螺纹（1n）的自锁性也比较高。3、螺杆螺纹的设计及计算1)螺杆结构图和螺杆螺母的螺纹副配合图：螺杆的结构见图如图所示：图2螺杆机构简图螺杆和螺母的螺纹副配合如下图所示：图3螺杆和螺母的螺纹配合图2）根据选择的材料，查得相关的计算参数为：5经查书本表5-12中得螺旋副材料的参数：许用压强p的值：18～25aMp，取平均值得：21paMp摩擦系数f的值：0.08～0.10另对于整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，为使受力分布均匀，螺纹圈数不宜过多，故取：5.3~2.1/H2d，并取值为0.2；牙形角30。3）螺杆螺纹中径d2的设计假设作用于螺杆上的轴向力为NKNF4000040,螺纹中径为2d，螺纹螺距为p，螺母高度为H，单位均为mm，螺纹工作圈数PH，则，根据矩形和梯形的螺纹，p5.0h，则由公式：pFphFP8.0d2式中，代入以上参数可得，mm69.24d2。4）根据计算得的错误!未找到引用源。选择梯形螺纹及螺杆的尺寸螺纹规格：630rTLH公称直径：mm00.30d，螺距：6p，螺纹中径：mm00.27d2，螺纹小径：mm00.23d3，螺纹大径：mm00.314D。又知，工作行程le=160mm,同时，取b为mm10，l=l₁+le+2p=226mm，mm00.51lmm00.51d7.1332DD，，.122.1,18d6.0d43mmblmm。5）校核螺纹的耐磨性由螺纹工作面上的耐磨性条件及公式，p5.0h，得，6aaMpPMpMhHdFphudFAF2148.17p27227240000Pa22由上式可知，很螺纹强度足够且符合其耐磨性条件。6）确定螺纹圈数对于整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，为使受力分布均匀，螺纹圈数不宜过多，故由公式：9654upH（圈）7）螺纹升角计算及校核自锁条件前面设计时已经设计确定线程：1n，10.008.0f～，取其平均值为09.0，则，当量摩擦系数：104.0155.1ffv，并已知螺距：6p，所以，摩擦角：05.4tana2dnprc，当量摩擦角：94.5arctancosarctanvvvff，由此得：v满足螺旋副的自锁条件。4、螺杆强度校核有螺杆材料是r40C，由书上表5-13查得：asp67.26615753M～～根据螺旋副间的摩擦力矩为：12.94)94.505.4(tan22740000tan(22）vdFTN·m其中，F可看作是螺杆的螺纹处的预紧力。所以，螺杆所受的总的应力为：7aMpdTFdTFA68.115434d4312122122122由此可得，。所以设计的螺杆满足强度条件。5、螺杆的稳定性校核在正常情况下，螺杆承受的轴向力F必须小于临界载荷crF，单位均为N。则螺杆稳定性条件为：scrSFFSsc又临界载荷可按欧拉公式计算，即22sclEIF已知：mm200L，并可查得：aMEp1006.25，螺杆危险截面的惯性矩：64d41I，4mm，同时，2/dil1ssSAI，其中，s为螺旋杆的揉度。经计算得出：28.68S，则38.175464scFN，又螺杆的稳定性安全系数sS为：3.5～5.0，则：39.44000038.175464scFFSscsS由上式可知，本设计满足螺杆的稳定性设计。8图4螺母结构简图5.2螺母的设计5.2.1材料选择螺母的材料有:铸锡青铜和铸铝铁青铜两种供选择，经分析，本设计采用铸锡青铜材料。螺母的结构见图图4所示。5.2.2结构尺寸设计及计算1、查书上表5—13可得相应的一些已知参数根据其材料为青铜，则其许用应力：aabp4030p6040MM～，～，则其挤压许用应力为：app8456b4.1M～取其平均值为ap70M拉伸许用应力为：92.4928.32832.0b～apM取其平均值为ap1.41M。2、凸缘拉伸强度计算确定直径3D根据公式223d42.1DF得：mm86.48101.4114.310408.410308.4d636223FD9于是，凸缘的外直径为48.86mm3、凸缘环面挤压强度计算确定直径4D根据公式PDDF2324p4得：mmmmFDDP80.55107014.3104041086.4846362234由上式可确定螺母的环面直径。4、凸缘根部弯曲强度计算确定凸缘厚度a根据公式b2334a5.1DDDF，得：mmmmDDDFb80.7105086.4814.386.488.5510405.15.1a63334由此而确定了凸缘的厚度。5.3底座的设计5.3.1材料选择底座材料为灰铸铁100HT。底座的结构简图如图所示：10图5底座结构简图5.3.2底座结构尺寸设计及计算1、已知相应的一些参数及关系厚度b取15~12mm，取其平均值mmb14；斜度s取15/1~12/1，取其平均值14/1s；又已知地面挤压许用强度为ap10M。2、计算底座结构各值如图5中，14'2DD80.56mm,bDD2'2'180.84mm，baL'1mm80.21，HL'2mm54,bD3d3'3mm00.73，bL5.1'4mm21。根据斜度s确定一下各值：mm57.83mm86.4824314/12233'5DLSD，11mmLpL243102l'4'3，mmbL215.1'4又由于有地面挤压，则据公式：2'52'64DDF得：mm00.11042'52'6FDD5.4手柄的设计5.4.1材料选择可供选择的材料有3A,4A和5H,在本次设计中，选用材料3A。手柄的结构简图如下图所示：dd04L图6手柄结构见图（包含部分螺杆）5.4.2手柄的设计计算1、手柄长度的计算已知17.0·00.0f,kgp40~30,这里也取其平均值为35kg，则使用的力表现为NP350，设1T为：螺纹副摩擦力矩，2T为托杯与螺杆摩擦力矩，则：12mmNPTv29.832)94.505.4tan(2/27350)tan(2/d21同时，由公式：20203030231dDdDfPT34.1847mmN又有21TTPL得手柄长度为：PTTL/)(21mm00.5282、直径的计算由强度公式：3032dMWMb，得：00.353230bMdmm所以：1dd04mm=00.36mm。5.5托杯的设计5.5.1材料选择材料选择为铸钢450230ZG。托杯结构图如图所示：13图7托杯结构简图5.5.2结构尺寸设计及计算厚度：mm10，高度：mm44B，小端内半径：mm25.18mm25.0d38D小端半径：mm44mm427DD，mm75d5.29D参考文献·机械设计.西北工业大学机械原理及机械零件教研室.纪名刚.2006.5第五版·机械设计手册3.0（软件板）