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1、 . . . 目录第一章 设计题目及材料选择21.1设计要求21.2主要零件的常用材料21.3千斤顶结构示意图2第二章 螺杆的设计计算32.1螺杆材料级牙型选择32.2耐磨性计算32.3验算螺纹的自锁条件42.4螺杆强度校核42.5稳定性校核52.5螺杆其他结构设计6第三章 螺母的设计计算63.1确定螺母高度H及螺纹工作圈数u63.2校核螺纹牙强度73.3螺母的其他设计要求7第四章 托杯的设计与计算8第五章手柄设计与计算85.1手柄材料85.2手柄长度Lp85.3手柄直径dp95.4结构9第六章 底座设计10第一章 设计题目及材料选择1.1设计要求设计简单千斤顶的螺杆和螺母级其他结构的主要尺寸
2、。起重量为40000N,起重高度为200mm,材料自选.。传力螺旋传动要求以小的扭矩产生较大的轴向推力,一般为间歇性工作,每次的工作时间较短,工作速度也不高,通常有自锁能力,所以千斤顶设计采用此结构。1.2主要零件的常用材料螺杆:45# 钢,采用带有外螺纹的杆件螺母:青铜,带有螺纹的构件底座:灰铸铁 HT200 带1:10斜度手柄:2351.3千斤顶结构示意图图1:千斤顶示意图第二章 螺杆的设计计算2.1螺杆材料级牙型选择选用45钢,螺杆螺纹类型选择梯形螺纹。梯形螺纹牙型为等腰梯形,牙形角=300,梯形螺纹的外螺纹以锥面贴紧不易松动;它的基本牙形按GB5796.186的规定。2.2耐磨性计算滑
3、动螺旋的磨损与螺纹工作面上的压力、滑动速度、螺纹表面粗糙度以及润滑状态等因素有关。其中最主要的是螺纹工作面上的压力,压力越大螺旋副间越容易形成过度磨损。因此,滑动螺旋的耐磨性计算,主要是限制螺纹工作面上的压力p,使其小于材料的许用压力p。假设作用于螺杆的轴向力为(N),螺纹的承压面积(指螺纹工作表面投影到垂直于轴向力的平面上的面积)为A(),螺纹中径为小(),螺纹工作高度为H(),螺纹螺距为 P(),螺母高度为 D(),螺纹工件圈数为 uH/P 。则螺纹工作面上的耐磨性条件为:令,则代入上式得:对于梯形螺纹,则:式中,为材料得需用压力,单位为,取20,。代入计算得:根据梯形螺纹国家标准(579
4、686),以及螺杆稳定性的初步估算,选取以下参数的梯形螺纹:公称直径d=28螺距8;螺纹小径;1濮良贵.机械设计.高等教育出版社.2006.第97页2谭建荣.图学基础教程.高等教育出版社.1999.第323页由此:螺母高度查阅有关技术手册知螺杆退刀槽直径;退刀槽宽度螺纹工作圈数,满足设计要求。2.3验算螺纹的自锁条件千斤顶有自锁要求,自锁条件为:其中 式中:为螺纹升角;为摩擦系数;为牙侧角。取,代入计算得:有,故满足自锁条件2.4螺杆强度校核螺杆工作时承受轴向压力和扭矩T的作用。螺杆危险截面上既有压缩应力;又有切应力。根据第四强度理论求出危险截面的计算应力,其强度条件为:其中螺杆所受的扭矩,式
5、中:A 螺杆螺纹段的危险截面面积; (因为,故退刀槽处为危险面); 退刀槽直径,1郭爱莲.新编机械工程技术手册.经济日报出版社.1992.第92页,2濮良贵.机械设计.高等教育出版社.2006.第97页螺杆螺纹段的抗扭截面系数,螺杆材料的许用应力,强度校核:,因此满足强度要求。2.5稳定性校核对于长径比大的受压螺杆,当轴向压力大于某一临界值时,螺杆就会突然发生侧向弯曲而丧失其稳定性。因此,在正常情况下,螺杆承受的轴向力必须小于临界载荷,则螺杆的稳定性条件为 :式中:螺杆稳定性的计算安全系数; 螺杆稳定性安全系数,对于传力螺旋(如起重螺杆等),=3.55.0螺杆的临界载荷;1濮良贵.机械设计.高
6、等教育出版社.2006.第99页计算螺杆柔度:,此处,为螺杆的长度系数,设计时取2 为螺杆的工作长度,当螺杆一端以螺母支承时,则以螺母中部到另一端支点的距离,作为工作长度;为螺杆危险截面的惯性半径, ;图2:螺杆结构示意图所以,故应用欧拉公式计算临界载荷:式中:E螺杆材料的拉压弹性模量,; I螺杆危险截面的惯性矩,代入数据计算得:所以:,满足稳定性要求。2.5螺杆其他结构设计螺杆上端用于支承托杯10并在其中插装手柄7,因此需要加大直径。手柄孔径的大小根据手柄直径dp决定,dkdp十0.5mm。为了便于切制螺纹,螺纹上端设有退刀槽。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。
7、为了防止工作时螺杆从螺母中脱出,在螺杆下端必须安置钢制挡圈,挡圈用螺钉固定在螺杆端部。图2中各参数的具体设计数值为:;h=48;第三章 螺母的设计计算螺母材料一般可选用青铜,耐磨性较好。3.1确定螺母高度H及螺纹工作圈数u螺母高度H=d2(H应圆整为整数)螺纹工作圈数,考虑到螺纹圈数u越多,载荷分布越不均,故u不宜大于10,否则应改选螺母材料或加大d。3.2校核螺纹牙强度螺母的材料强度低于螺杆,故只校核螺母螺纹牙的强度。如图3所示,如果将一圈螺纹沿螺母的螺纹大径D处展开,则可看作宽度为D的悬臂梁。假设螺母每圈螺纹所承受的平均压力为,并作用在以螺纹中径为直径的圆周上,则螺纹牙危险截面aa的剪切强
8、度条件为 图3:螺母螺纹圈的受力分析螺纹牙危险截面aa的弯曲强度条件为式中:b螺纹牙根部的厚度, mm,对于梯形螺纹,b0.65P, P为螺纹螺距; 弯曲力臂;mm参看图3 , ; 螺母材料的许用切应力,MPa, 图4:螺母结构螺母材料的许用弯曲应力,MPa,其余符号意义同前。代入数据计算得: 满足设计要求:螺母的其它尺寸根据图中经验设计尺寸确定,具体尺寸数据如下:58;3.3螺母的其他设计要求螺母压入底座上的孔,圆柱接触面间的配合常采用配合。为了安装简便,需在螺母下端(图4)和底座孔上端(图6)做出倒角。为了更可靠地防止螺母转动,底座与螺母用紧钉螺钉固定,根据举重量选取紧定螺钉直径常为10。
9、第四章 托杯的设计与计算托杯用来承托重物,选用用Q235钢模锻制成,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。其经验设计结构尺寸见图5,具体设计计算尺寸如下:;;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,另一方面还需要验算接触面间的压力强度。p图5:托杯的结构式中:p许用压强,应取托杯与螺杆材料p的小者。校核:铸铁的许用压强p55a;故pp,满足压力强度要求。第五章手柄设计与计算5.1手柄材料选用Q235为材料5.2手柄长度L
10、p板动手柄的力矩 FLp=T1+T2 则 1濮良贵.机械设计.高等教育出版社.2006.第98页式中:加于手柄上一个工人的臂力,间歇工作时,约为150250N,工作时间较长时为100150N。T1螺旋副间的摩擦阻力矩T2托杯与轴端支承面的摩擦力矩由前面计算知T1; 取200, 则: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+(50150)mm。手柄的实际尺寸,手柄实际长度不应超过千斤顶,使用时在手柄上另加套管。5.3手柄直径dp把手柄看成一个悬臂梁按弯曲强度确定其直径dp,按弯曲强度条件,手柄弯曲应力 故dp式中:手柄材料许用弯曲应力,当手柄材料为Q215和Q235时,=120Mpa取;故5.4结构手柄插入螺杆上端的孔中,为防止手柄从孔中滑出,在手柄两端面应加上挡环,并用螺钉或铆合固定。第六章 底座设计底座材料常用铸铁(HT150及HT200)(图6),铸件的壁厚不应小于812mm,取为10,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110的斜度。图中 =+(1428)mm图6:底座设计示意图 D6=D3+(510)mmD7=D6+D8式中:p底座下枕垫物的许用挤压应力。具体数值为:;,取. . . .