浙江工业大学机械设计大作业

浙江工业大学机械设计螺旋千斤顶设计说明书班级：姓名：学号：目录1.设计要求……………………………………………………………………………12.螺杆设计与计算…………………………………………………………………12.1螺杆材料的选择…………………………………………………………………12.2螺杆螺纹类型的选择……………………………………………………………12.3确定螺杆直径……………………………………………………………………12.4自锁验算…………………………………………………………………………22.5螺杆强度计算……………………………………………………………………22.6稳定性计算………………………………………………………………………32.7螺杆结构………………………………………………………………………42.8轴端挡圈………………………………………………………………………53.螺母设计与计算……………………………………………………………………53.1螺母材料的选择…………………………………………………………………53.2确定螺母实际高度及螺纹实际工作圈数………………………………………53.3校核螺纹牙强度…………………………………………………………………53.4螺母凸缘根部弯曲强度计算……………………………………………………63.5螺母与底座孔配合………………………………………………………………74.托杯设计与计算……………………………………………………………………75.手柄设计与计算……………………………………………………………………85.1手柄材料…………………………………………………………………………85.2手柄长度………………………………………………………………………85.3手柄直径………………………………………………………………………96.底座设计与计算…………………………………………………………………91设计内容计算及说明结果1.设计要求2.螺杆的设计与计算2.1螺杆材料的选择2.2螺杆螺纹类型的选择2.3确定螺杆直径最大起重量F=33kN最大起重高度S=180mm由于千斤顶的的最大载荷F=33kN,低速运行，按表5-11【1】螺杆材料选45钢，并采用调质处理。按表5-1【1】，选梯形螺纹，牙型为等腰梯形，牙形角=30º。梯形螺纹的内、外螺纹以锥面贴紧，不易松动；工艺性好，牙根强度高，对中性好，所以选择梯形螺纹。千斤顶要求能自锁，因此采用单线螺纹。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P及其它尺寸。螺纹工作面上的耐磨性条件为phHπdFPhuπdFp22F(N):作用于螺杆的轴向力2d(mm):螺纹中径h(mm):螺纹工作高度P(mm):螺纹的螺距H(mm):螺母的高度[p](MPa):材料许用压强令=H/d2，且螺纹工作圈数：u=H/P，[p]πhFPd2对梯形螺纹，h=0.5P；螺杆材料为45钢单线梯形螺纹牙型角=30º22.4自锁性校核2.5螺杆强度计算pF.d802值选取：对于整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，为使受力分布比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故取=1.2～2.5；这里取=1.2。查表5-12【1】得滑动螺旋副材料的许用压力[p]为：18～25Mpa。当2.5时，[p]可提高20%，所以[p]为：21.6～30MPa；这里取[p]=22MPa。螺杆螺纹中径：mmd3.28222.1330008.02查表A2【2】（GB/T5796.2—1986、GB/T5796.3—1986）取：螺纹中径d2=29.00mm螺纹公称直径d=32.00mm螺纹小径d1=25.00mm螺纹螺距P=6mm自锁条件为:式中：螺纹升角=77.3296arctanarctan2dP当量摩擦角=arctg(f/cosβ)；摩擦系数f：0.08～0.10，取f=0.08；牙侧角152=cosarctanf=15cos08.0arctan73.4根据第四强度理论求出危险截面的计算应力ac，其强度条件为：d=32.00mmd1=25.00mmd2=29.00mmP=6mm=3.77º=4.73º满足自锁性条件v32.6稳定性计算][)4(31212dTFA22ca3τσ螺杆所受扭矩MPa4.78253.715124333000254222ca查表8-17【3】的45钢s=355MPa，由表按表5-13【1】得5~3sMPa3.1183355（载荷稳定时，许用应力取大值）ca，螺杆强度满足要求。对于长径比大的受压螺杆，当轴向压力F大于某一临界值时，螺杆就会突然发生侧向弯曲而丧失其稳定性。因此，螺杆承受的轴向力F（单位为N）必须小于临界载荷（单位为N）。则螺杆的稳定性条件为ssFFscrsc按欧拉公式计算：，临界载荷螺杆柔度螺杆的工作长度：：螺杆危险截面的惯性矩量：螺杆材料的拉压弹性模一端固定，一端自由螺杆的长度系数：crs14415406.8125255244255236325.165.11802)6.1~4.1(5.18.19174641006.2)(2FdlilmmHdPSlmmdIMPaEs螺杆强度满足要求mmNdFT3.71512229)73.477.3tan(330002tan2v42.7螺杆结构NlEI8.14988425528.191741006.225222crF5.4330008.149884FFscrsc0.5~5.3:，对于传力螺旋螺杆稳定性安全系数sS所以满足稳定性条件。螺杆上端用于支承托杯并在其中插装手柄，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+4mm。由后面的计算可知手柄的直径dp=25mm，所以dk=25+4=29mm58mm57.6321.8d7.113～1.9D][7.1629583300044222213pMPadDFpk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。d4=d1-0.4=24.6mm退刀槽的宽度可取为1.5P=9mm螺杆满足稳定性条件dk=29mmd4=24.6mm52.8轴端挡圈3.螺母设计与计算3.1选取螺母材料3.2确定螺母实际高度H及螺纹实际工作圈数u3.3校核螺纹牙强度①剪切强度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。为防止螺杆从螺母中滑出，在螺杆下端面应加上轴端挡圈：查表GB/T892-1986得螺杆底部轴端挡圈内径6.6mm，外径50mm，厚5mm；螺栓M6×20螺母材料除要有足够的强度外，还要求在与螺杆材料配合时摩擦系数小和耐磨。根据表5-11【1】，螺母材料选青铜。由螺杆的计算可知：螺母内螺纹中径D2=d2=29.00mm螺母内螺纹小径D1=26.00mm螺母内螺纹大径D=33.00mm螺母高度H=d2=34.8mm，螺纹工作圈数u=H/P=5.8，u应圆整，螺纹实际工作圈数u=6。螺母实际高度H=Pu=66=36mm螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹牙的强度。螺纹牙危险截面剪切强度条件为：buFDb（mm）：螺纹牙根部的厚度，对于梯形螺纹，b=0.65P（MPa）:螺母材料的许用切应力，查表5-13【1】为30～40Mpa，b为40～60MPa][a6.136665.03333000MP螺母满足剪切强度要求。螺母材料为青铜H=36mmu=6螺母满足剪切6②弯曲强度3.4螺母凸缘根部弯曲强度计算螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为：buDFl2b622293322DDl弯曲力臂MPab9.416665.03323300062螺母满足弯曲强度要求。螺母凸缘根部弯曲强度计算式：bbaDDDFaDDDFWM25562556)(5.16)(41D5=(1.6～1.8)D，D6=（1.3～1.4）D5，a=H/3D=33mm，取D5=1.7D=56mm，D6=1.3D5=73mm代入数据计算：][a2.33336565673330005.1b2MPb螺母凸缘根部弯曲强度满足要求。强度要求螺母满足弯曲强度要求73.5螺母与底座孔配合4.托杯的设计螺母压入底座上的孔内，属于过盈配合，为了安装简便，需在螺母下端和底座孔上端做出倒角。为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉，紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为6～12mm。紧定螺钉选：M6×20（GB/T71-1985）托杯材料选HT200。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，在托杯上表面制有切口的沟纹。为了防止托杯从螺杆端部脱落，在螺杆上端应装有挡板。当螺杆转动时，托杯和重物都不作相对转动。因此在起重时，托杯底部与螺杆和接触面间有相对滑动，为了避免过快磨损，一方面需要润滑，另一方面还需验算接触面间的压强。[p]为许用压强，取托杯和螺杆材料[p]中较小的一个，取[p]=22MPammDDmm544584192.19320.6=0.7)d~(0.6=D131211代入数据计算：托杯材料为HT2002212114FppDD85.手柄设计与计算5.1手柄材料5.2手柄长度LPpMPpa4.16195443300022托杯厚度为mm12~8，在此取10mm轴端挡圈外径D=28mm，内径d=5.5mm，高度h=4mm，螺栓M5×20托杯高度：手柄常用材料为Q215或Q235，该千斤顶选用Q215。扳动手柄的力矩：KTTLTTLKPP2121式中K为人垂直扳手柄的力取K=250NT1:螺旋副间的摩擦阻力矩：T2:托杯与轴端支承面的摩擦力矩：412112FfDDT12.015.0~12.0f，在此取数为钢与铸铁之间的摩擦系代入数据计算：mmNT72270412.03300054192所以mmLP575250722703.71512手柄材料为Q215mmDH561.56337.111~8.05）（托mmNdFT3.71512229)73.477.3tan(330002tan2v195.3手柄直径pd6.底座设计手柄计算长度Lp是螺杆中心到人手施力点的距离，考虑螺杆头部尺寸及工人握手距离，手柄实际长度还应加上150~50213D手柄的实际长度是：mmDLLP7007041002585751002'13][323'kkppdKLWMmmLKdkpp256.24120700250323233式中：K为手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q215Q235时，K=120MPa。手柄插入螺杆上端的孔中，为防止手柄从孔中滑出，在手柄端面应加上轴端挡圈，并用螺钉固定。因为手柄的精度要求不高，可选用：外径D=35mm，内径d=6.6mm，厚度h=5mm的轴端挡圈，螺栓M6×20底座材料常用HT200，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的拔模斜度，厚度在此取10mm，圆形倒角γ=5mm，R=8mm。取圆整PL'=700mmpd=25mm螺栓M6×20轴端挡圈D=35mmd=6.6mmh=5mm底座材料为HT200拔模斜度1:10底座厚度δ=10mm10mmDmmDFDmmHDDDD