螺旋千斤顶大作业

螺旋千斤顶作业任务书姓名于方津专业机制年级13班级5设计完成日期2015年10月11日指导教师一、题目：螺旋千斤顶原始数据:（请在指定的设计方案编号后划√）题目设计方案12345678910最大起重量F（kN）20253035404550556065最大起升高度H（mm）150160170180190200210220230240二、机构简图标注最小尺寸AA三、工作量1、总装配图一张；2、计算说明书一份。（注：将任务书置于计算说明书首页）四、参考资料螺旋千斤顶设计指导书机械设计大型作业编号08螺旋千斤顶设计说明书设计及说明结果螺旋千斤顶主要零件：螺杆、螺母、托杯、手柄和底座。设计的原始数据：最大起重量F=55KN、最大升起高度H=220mm。螺旋千斤顶的设计步骤如下：1.螺杆的设计与计算：（1）螺纹的牙型选用矩形螺纹，采用内径对中，配合选H8/h8，在计算强度时不考虑螺纹的径向间隙。（2）螺杆的材料选用45钢（3）螺杆的直径螺杆工作时，同时受压力和转矩的作用，因此它的计算可近似按紧螺栓连接的计算公式求出螺纹内径，即][3.141Fd其中：螺杆许用应力SS][查阅资料得：45号钢屈服极限σs=353MPa取安全系数S=3于是，[σ]=σSS=3533=118MPa螺纹内径满足：d1≥√4×1.3×55π×118=27.78mm螺距P=d14=27.784=6.94mm参考矩形螺纹标准，取P=6mm进而确定螺纹的工作高度32Phmm螺纹大径d=d1+P=33.78mm圆整后，取d=34mm因此，d1=d−P=28mm原始数据F=55KNH=220mm配合选H8/h8螺杆材料选45钢P=6mmh=3mmd=34mmd1=28mm(4)自锁验算：当量摩擦角2cosarctan'由于螺杆和螺母的材料分别取45钢和锡青铜，因此取0.10(0.08~0.10)又因为矩形螺纹牙顶角0所以，0.10'arctan5.7110cos2螺纹中径d2=d1+d2=31mm螺纹中径升角arctan2dnp=arctan6π×31=3.525°满足1'因此，满足自锁条件，自锁可靠。(5)螺杆结构：螺杆上端用于支撑托杯和在其中插装手柄，因此需加大直径，其结构见图1。图1手柄孔径kd根据手柄直径pd决定，0.5kpdd（后面给d2=31mm=3.525°满足自锁条件出）。为了便于切制螺纹，螺纹上端切有退刀槽，退刀槽的直径比1d小0.5mm，宽度为1.5P=1.56=9mm。所以退刀槽尺寸为：9×27.5螺杆下端切有倒角，以便于螺杆旋入螺母，倒角尺寸为2C。为了防止工作时螺杆从螺母中脱出，在螺杆下端安置了钢制挡圈，挡圈用螺钉固定在螺杆端部。挡圈直径为d=d+5=39mm挡圈厚度6~12mm取8mm螺钉直径为0.25d=8.5mm选取200068/TGB4510M开槽沉头螺钉。（6)强度校核:螺杆工作时承受轴向压力F和转矩T的联合作用，根据第四强度理论求出其危险截面的当量应力,令其满足][)2.0(3)4(323122122dTdFv其中，2tan(')2dTF=45×312×tan(3.525°+5.711°)=113.42（N∙m）所以，2223114()3()0.2vFTdd=√(4×55×103π×282×10−6)2+3×(113.420.2×283×10−9)2=99.90(MPa)[]=118MP因此，强度符合强度要求。2.螺母的设计与计算：（1）材料：锡青铜牌号：ZCuSn10Pb1（2）螺纹圈数：][2phdFZ其中螺纹中径d2=29mm，螺纹牙高度h=3mm，螺纹牙表面许用压强][p取25(18~25)MPaMPa。代入上式，得Z≥55×13π×31×3×25=7.52d=39mm挡圈厚度8mm挡圈螺钉：4510Mσγ=99.90MPa满足强度要求材料：锡青铜因此，取Z=8考虑到退刀槽的影响，实际螺纹圈数5.1'ZZ=9.5螺母高H`=Z`P=9.5×6=57mm（3）螺纹其它尺寸：见图2图2a=H`3=19mmD≥1.6d=1.6×34=54.4mm取D=55mmD1≥1.3D=1.3×55=71.5mm取1D72mm(4)螺母与底座的配合：螺母压入底座上的孔内，圆柱面配合采用8/7Hn。螺母下端和底座孔上端均加工出倒角，倒角尺寸为2C。同时安置紧定螺钉防止螺母转动，紧定螺钉选用GB/T65的开槽圆头螺钉。3.螺杆稳定性计算：螺杆稳定性条件为scrscSFFS式中，scS为螺杆稳定性计算安全因数；sS为螺杆稳定性安全因数（4~5.2sS）,crF为螺杆的临界载荷。先计算螺杆的长细比ilZ=8Z`=9.5H`=57mma=17mmD=55mm1D72mm紧定螺钉308M其中，长度系数2螺杆最大受压长度l=H+H`2+1.5d=299.5mm螺杆危险截面惯性半径i=d14=7所以，λ=2×3817=85.57对于85淬火钢Fcr=481+.2γ2∙πd124=481+.2×85.572×π×2824=119.93(KN)进而可得SSC=FcrF=119.9345=2.65由于螺杆稳定性安全因数sS=2.5~4所以螺杆稳定性合格。4.托杯的设计与计算：（1）材料：选用Q235碳钢,模锻制造。（2）托杯结构，见图3.取壁厚mm10托杯高（1.5~1.8d）,所以托杯高=1.6d=51.2mm取52mm直径D2=0.6d=0.6×34=20.4mm取D2=21mmD3=2.4d=2.4×34=81.6mm取D3=82mmScr=2.642D2=21mm螺杆稳定性合格材料：Q235碳钢mm10托杯高58mmD3=82mm图3为了使其与重物接触良好，防止重物滑动，在托杯上表面制出切口和沟纹。为了防止托杯从螺杆端部脱落，在螺杆上端应装置挡板，挡板尺寸3063，螺钉选用/57832000525GBTM开槽圆角头螺钉。直径2D的配合为11/11aH。当螺杆转动时，托杯和重物都不转动。因此，在起重时，托杯底部与螺杆的接触面间有相对滑动。为了避免过快磨损，一方面需要润滑，另一方面要限制接触面间的压力，取其许用压力为[]20(15~25)pMPaMPa由此可确定托杯直径224)(4DPFD=62.79(mm)取D4=63mm5.手柄的设计与计算:(1)材料：Q235碳钢(2)手柄长度pL：扳动手柄的转矩pKL必须克服螺纹副的螺纹力矩1M和螺杆与托杯间的摩擦力矩2M，即21MMKLp则KMMLp21式中，K为施加于手柄上的臂力(150~250)N，为满足大多数人的使用，设计中取K取200N。12tan()(2)MFd’=138.62(mN)FDDM)(25.0422=69.3(N∙m）式中，0.06(0.05~0.08)。D4=63mm材料：Q235碳钢所以，手柄计算长度满足KMMLp/)(21=1039.6mm考虑到螺杆头部尺寸及手握长度的影响，手柄实际长度为1005.04wDLLp=1171.1mmwL不应超过千斤顶的最小高度，所以将手柄实际长度改为352mm，另外加套筒，套筒长800mm。（3）手柄直径：3)][1.0(bppKLd式中，b][为材料的许用弯曲应力，对于Q235的手柄，MPab120][所以，dp≥√KLp/(0.1[σ]b)3=25.88mm取dp=25.88mm则螺杆孔径dk=dp+0.5=26.38mm（4）手柄结构：手柄插入螺杆上端的孔中，为防止手柄从孔中滑出，在手柄两端应加上挡环，并用螺钉固定，其结构见图4。图4固定螺钉选用200068/TGB208M开槽沉头螺钉。6.底座的设计与计算：（1）材料：HT100铸铁M1=138.62N∙mM2=69.3N∙mLw=1171.1mmdp=25.88mmdk=26.38mmD8=72mm（2）尺寸设计：见图5，取壁厚mm10，锥度按照5:1设计。各部分尺寸为：图5H1=H+20=240mmD5=D+6=55+6=61mmD6=61+245=109mmD7=√4Fπ[σ]p+D62=199.73mm式中，p][为底座下枕垫物的许用挤压应力。以下枕垫物为木材考虑，MPap5.2][。因为18DD所以，取7、千斤顶的效率：)(221TTFP＝（一般＜0.3）=0.2530.3因此，设计效率符合要求。H1=240mmD5=61mmD6=109mmD7=199.73mmD8=72mm材料：HT100铸铁mm10η=0.253效率符合要求