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1、机械设计-千斤顶-设计计算说 明书一、传动方案的确定螺旋千斤顶由螺杆、底座、螺母、手柄和托杯等组成。通过转动手柄使螺杆在固定的螺母中边旋转、边相对底座上升或下降，从而能把托杯上的重物举起或放落。装在螺杆头部的托杯应能自由转动，螺杆下端设置安全挡圈，以防止螺杆全部旋出。螺旋千斤顶应具有可靠的自锁性能。二、主要设计参数主要设计参数为A5,即最大起重重量F=26kN,最大起重高度L=160mm。三、确定螺纹牙型及螺纹基本尺寸3.1 螺纹牙型的选择梯形螺纹的工艺性好，牙根强度高，对中性好。所以选择梯形螺纹牙型。螺杆螺母材料选择钢一青铜。3.2 螺纹基本尺寸螺纹中径按螺母螺纹牙面的耐磨性计算，对于梯形螺
2、纹，h =0.5P ,则有d2 *0.8隔式中小值一般取1.22.5 ,此处取1.2,许用压力Ip】经查表得Ip=13 MPa。,选用梯F26父103则d2叼而=0.%.2父13父106 *033m = 33mm形螺纹取螺杆标准中径d2 =33 mm。牙型查表可得螺距P=6mm,牙顶间隙a =0.5mm。cC螺杆大径 d =d2 +0.5P =33 + 0.5x6 =36 mm。螺杆小径 d3 =d -2h3 = d -2(0.5p +ac )=29mm。螺母的标准中径D2=d2=33mm。螺母大径 D4 =d +2ac =36 +2x0.5 = 37mm。螺母小径 D； =d -P =36-
3、6 =30 mm。28d2 33 mmd 36mmd3 = 29 mmD2 33 mmD4 37 mmDi=3。mm四、螺杆的设计计算4.1 材料螺杆的常用材料为 Q235、Q275、35钢和45钢。此处考虑成本与耐磨性要求，选用经正火或淬火处理的45钢。螺杆选用45钢4.2 螺杆结构螺杆上端需用于支承托杯和插装手柄，故此处需要加大直径。其结构如图1所示，图中L为最大起重高度，H为螺母高度，手柄孔径dK的大小应根据手柄直径dp决定，一般取dK dp +0.5mm。由3.2结论知螺杆小径 d3=29mm,中径d2 =33 mm,螺距P=6mm,为了便于切制螺纹，应设退刀槽，退刀槽处的直径dc要比
4、螺纹小径d3/b 0.20.5mm,这里取0.5mm。则 dc =d3 0.5 =290.5 = 28.5 mm。退刀槽的宽度b2l.5P=1.5M6 = 9mm。故此处取b=9mm。为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应制有倒角，如图1(a)所示。或制成稍小于小径d3的短圆柱体，如图1(b)所示。dc =28.5 mmb9 mm:=3.3=arctanfcos :=arctan0.08,s光 4.7 。cos154.3 自锁性校核自锁性条件为- _ V螺纹升角 ar a arctan -nP = arctan 1 1 6 上 3.3二d 2二 33经查表，摩擦因数f取0.08,螺纹牙侧角P取15当
5、量摩擦由于影响摩擦因数f的因素很多，其值并不稳定，为保证螺旋起重器有可靠的自锁能力，可取中三久-1。由上述计算可得V =4.73.3 24.71：所以自锁性满足要求。4.4 强度校核螺杆工作时，扭矩产生剪应力，轴向力产生正应力，升至最高 位置时，载荷分布如图2所示。图2T = 60.3 103N mm螺杆所受扭矩T =F tan( +% )d2=26乂 103 乂 taM3.30+4.7)33 处60.3乂 103 N - m m。3 ；24x26x103n 292，危险剖面的强度Cca_316 60.3 103二 29345 MPa查表得45钢的屈服强度可取仃s=355 MPa,故螺杆材料的
6、需用许用应力1】=* = 355 = 71 MPa。按照第四强度理论，危险剖面 55的强度按aca b胶核。这里45MPa 71MPa0所以强度满足。ca=45 MP a/71 MP a4.5 稳定性校核螺杆危险界面惯性半径i =%=至=7.25 mm。由3.2知 44d =36mm,则螺杆头部高度取 B =1.5d =1.5父36 = 54mm,螺杆最 大工作长度 l = L+B+H = 160+54+54 = 241 mm,长度系数 N=2, 22l 2 241则柔度 =- 66 mm85mm,故i 7.25一一.2匚490二 d3Fcr21 0.00024490 二 292 =21 0.
7、0002 6624172.97 103=173kN一 F 173故FL = U3定6.6524 ,所以满足稳定性条件。F 26i 7.25mmd 36mmb 54mmi 241 mm66 mm五、螺母的设计计算5.1 材料螺母和螺杆旋合工作时，应具有较高的耐磨性和较低的摩擦因 数，通常选用螺母材料比螺杆材料硬度低。耐磨性较好的螺母材料 有：铸锡青铜 ZCuSnIOPbl、铸锡锌铅青铜 ZCuSn5Pb5Zn5和铸 铝铁青铜ZCuAl10Fe3;当低速、轻载或不经常使用时，也可选用 耐磨铸铁或铸铁。这里我们选用铸铝铁青铜，即ZCuAl10Fe3。Fcr 173 kN螺母选 用铸铝 铁青铜ZCuA
8、ll0Fe35.2 螺纹牙工作圈数z螺纹牙工作高度h=0.5P = 0.5x6 = 3mm,螺纹牙工作圈数h3 mmF 26 103z2.二电6.43。考虑到螺纹牙工作圈数二d2hP 二 33 3 13越多，载荷分布越不均匀，故螺纹牙工作圈数不宜大于10,故6.43 z 100取z = 7.5。考虑到螺纹杆退刀槽的影响，螺母螺纹牙实际圈数应取z = z+1.5=9。5.3螺母的结构尺寸螺母的结构如图3所示，螺母的高度H=zP = 9m6 = 54 mm；螺母外径D =1.8D4 =1.8x37 =66.6 mm ；螺母的凸缘外径D1 =1.4D =1.4父66.6 =93.24 mm ;螺母的
9、凸缘厚度H 54 .oaz =18 mm。33螺母装入底座孔内，配合选取瞑为防止螺母转动，设置紧定螺钉，其直径取M6。z-7.5 z = 9h 54mmD = 66.6 m mD1 -93.24 m m a18 mm5.4螺纹牙强度校核对于梯形螺纹，螺纹牙根部厚度b=0.65P=0.65x6 = 3.9mm；DDe 37 33弯曲力臂1=D4 5=373=2mm。螺纹牙根部的弯曲应力223Flz 二 D4b23 26 103 2275 .： ： 37 3.9之 11.76MPa ,查表得螺母材料的许用弯曲应力 kb】=40 MPa 0由于11.76 MPa 40 MPa,故螺纹牙根部抗弯强度满
10、足条件。螺纹牙根部的剪切应力FzD4b竺口0=7.65MPa ,查表得螺母的许用7.5 二 37 3.9b3.9 mmi 2mmb =11.76 MPa剪切应力3 =30 MPa。由于7.65MPa 30MPa,故螺纹牙根部抗剪强度满足条件。5.5螺母悬置部分强度和螺母凸缘强度校核螺母悬置部分横截面上的拉应力31.3F1.3 26 10仃=全14 MPa,查表行螺母材:二.2- 2 .22D -D4 66.6 -3744料 的许用 拉应力 卜=0.83卜=0.83父40 =33.2 MPa 0由 于14MPa M33.2MPa,故螺母悬置部分横截面上的抗拉强度满足条件。 螺母凸缘支承面上的挤压
11、应力4F71D； -D24 26 103二93.242 -66.627.77 MPa查表得螺7.65 MP a母材料的许用挤压应力 trp=1.5kb】=1.5黑40=60MPa。由于 p7.77MPa 60MPa,故螺母凸缘支承面上的挤压强度满足条件。螺母凸缘根部的弯曲应力1.5F D1 -D 1.5 26 1 03 93.24 - 66.6-2=215.33 MPa二 Da二 66.6 18 10”,查表得螺母材料的需用弯曲应力 kb】=40MPa。由于15.33MPa 40MPa,故螺母凸缘根部弯曲强度满足条件。 螺母凸缘根部的剪切应力4 MPap=7.77 MPab 15.33 MPa
12、-326 10Da 二 66.6 18士6.9 MPa,查表得Jr】=30MPa。由于6.9 MPa6.9MPa 30MPa,故螺母凸缘根部的剪切强度满足条件。六、托杯的设计计算托杯用以承托重物的，可选用铸铁、铸钢或 Q235,此处我们 选用Q235。具体结构如图4所示。为防止托杯与重物相对滑动， 托杯上表面应制有切口和沟纹。为防止托杯从螺杆端部脱落，螺杆 端部应装有挡圈。为防止接触面过快磨损，应校验接触面的压力，首先托杯的尺 寸 D7=D6 -2=1.7d 2 =1.7x362 =59.2 mm；D0 =0.6d +0.5=0.6x36+0.5 = 22.1 mm。接触面的压力p=4F二 D
13、72 -D024 26 103二 59.22 -22.12=:=10.98MPa托杯选用Q235AD7=59.2 m mD0=22.1mmp =10.98 MPa查表得许用压力Ip】=13MPa。由于10.98MPa Wl3MPa,所以接触面间的压力满足条件。七、手柄的设计计算7.1 材料手柄材料选用Q235A。7.2 手柄长度螺旋副的摩擦阻力距T| =FtanW +% )d2- = 26 x tan(3.3 + 4.7 )x33 60.3 kN - mm。螺杆端面与托杯之间的摩擦阻力矩1T2fF30 -D；D-Do1=0.08 26359.23 22.13T2 -1 -2、59.2 -22.
14、1：45.21kN mm手柄长度Lp =T1 T2Fp60.3 45.21_3150 10= 703.4 mm。手柄的计算长度Lp是螺杆中心至人手施力点间的距离。考虑到 p螺杆头部尺寸及手握的距离，手柄的实际长度应为D61.7dLp =Lp 6 50 =703.4 50 =784 mmp22为减小千斤顶的存放空间，一般取实际手柄长度Lp不大于千斤顶的高度。当举重量较大的时候，可在手柄上套一长套管，以增大 力臂达到省力的目的。7.3手柄直径把手柄看成一个悬臂梁，按抗弯强度设计，即dp3 -IpL0.11150 703.40号20.79 mm7.4手柄结构为防止手柄从螺杆中滑出，在手柄两端应设有挡
15、圈，如图 5所 示，并用螺钉固定或怫合。手柄材 料选用 Q235A3=60.3 kN mmT2 45.21 kNmmLp =703.4 mm L p =784 mmdD =20.79 p图5八、底座的设计计算8.1 材料底座材料常选用铸铁HT150、HT200,当起重量大时可选用铸 钢。此处我们选用HT150O8.2 底座结构底座铸件的厚度S不应小于810mm；为增加底座的稳定性，故需将外形制成1： 10的斜度，如图6所示，图中A底座选用HT150h175 m mH2=36 mmD8=71.6 m mD9 =106.6 mmD10=167 m m=23.5%H1 =L +15=160 +15
16、=175 mm；H2 =H -a =5418 =36 mm；D8 =D 5 =66.6 5=71.6 mm；c -八 H1-_ 175D9 = D8 +2父=71.6+2父=106.6mm；10104F 24 x 26x103 /D10 之 f-1 + D9 =J6+（106.6父10 ）定 167 mm;.P，2 10取 D10 =167 mm。九、螺旋起重器效率计算当螺旋转过一圈后，效率为FS26 6=3 : 0.235 = 23.5% 30%2 二 FpLp 2 二 150 703.4 10p p符合千斤顶的一般要求。十、设计小结经过紧张而辛苦的几周的课程设计结束了，看着自己的设计。 即高兴又担忧，高兴的是自己的设计终于完成了，担忧的是自己的 设计或许存在着一些不足之处。课程设计是我们专业课程知识综合 应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不可少 的过程。“千里之行始于足下”，这次课程设计，我深深体会到这句 千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地 迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基 础。十一、参考资料1傅燕鸣主编.机械设计课程设计手册.上海：上海科学技术出 版社，2013.29