千斤頂 <設(shè)計(jì)計(jì)算說明書> 學(xué)院 機(jī)電與能源工程分院 姓名 學(xué)號 班級 螺旋千斤頂設(shè)計(jì)過程 千斤頂一般由底座1，螺桿4、螺母5、托杯10，手柄7等零件所組成（見圖1―1）。螺桿在固定螺母中旋轉(zhuǎn)，并上下升降，把托杯上的重物舉起或放落。 設(shè)計(jì)時(shí)某些零件的主要尺寸是通過理論計(jì)算確定的，其它結(jié)構(gòu)尺寸則是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式或制造工藝決定的，必要時(shí)才進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。 設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)是：最大起重量F=20KN和最大提升高度H=150mm。 螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)步驟如下： 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算及說明 計(jì)算結(jié)果 1.螺桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算 1.1螺桿螺紋類型的選擇 1.2選取螺桿的材料 1.3確定螺桿直徑 螺紋有矩形、梯形與鋸齒形，千斤頂常用的是梯形螺紋。 梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙形角α=30，梯形螺紋的內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動(dòng)；它的基本牙形按GB/T5796.1—2005的規(guī)定。千斤頂?shù)淖枣i行能要好，所以用單線螺紋。 因此選用的螺桿螺紋是牙形角α=30的單線梯形螺紋。 螺桿材料常用Q235、Q275、40、45、55等。 在此選用的是55鋼。 按耐磨性條件確定螺桿中徑d2。求出d2后，按標(biāo)準(zhǔn)選取相應(yīng)公稱直徑d、螺距t及其它尺寸。 計(jì)算過程： 滑動(dòng)螺旋的耐磨性計(jì)算，主要是限制螺紋工作面上的壓力p，使其小于材料的許用壓力[p]。 F(KN):作用域螺桿的軸向力 A()螺紋承壓面積 （）螺紋的中徑 h（）螺紋的高度 P（）螺紋的螺距 H（）螺母的高度 由于，所以有； 對于等腰梯形螺紋，，有，一般取1.2~3.5,所以此處取2.5 因?yàn)榍Ы镯數(shù)穆輻U與螺母的相互運(yùn)動(dòng)是低速滑動(dòng)，所以兩者的材料均選為鋼，由查表可知，許用壓力[p]取為10MPa。 牙形角α=30的單線梯形螺紋 螺桿材料：55鋼 =2.5 [p]=10MPa 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算及說明 計(jì)算結(jié)果 1.4自鎖驗(yàn)算 螺桿螺紋中徑，根據(jù)求得的此螺紋中徑，查表GB/T5796.2—1986和表GB/T5796.3—1986有： 公稱直徑，螺距，螺桿小徑，螺桿中徑，螺母大徑，螺母小徑，螺母中徑，螺母高度，旋合圈數(shù)。 自鎖條件是y≤jv 式中：y為螺紋中徑處升角；rv為當(dāng)量摩擦角（當(dāng)量摩擦角rv=arctanmv，為保證自鎖，螺紋中徑處升角至少要比當(dāng)量摩擦角小1）。 :當(dāng)量摩擦系數(shù)；：摩擦系數(shù)；：牙側(cè)角，。 摩擦系數(shù)由查表可知，，由于千斤頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)速度是很低的，所以摩擦系數(shù)按起動(dòng)時(shí)區(qū)最大值0..17。 至少為，所以有，符合自鎖條件。 螺桿尺寸： P=8mm 螺母尺寸： 符合自鎖條件 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算及說明 計(jì)算結(jié)果 1.5結(jié)構(gòu)（見圖1―2） 螺桿上端用于支承托杯10并在其中插裝手柄7，因此需要加大直徑。手柄孔徑dk的大小根據(jù)手柄直徑dp決定，dk≥dp十0.5mm。由后面的計(jì)算可知手柄的直徑=25mm，所以。 為了便于切制螺紋，螺紋上端應(yīng)設(shè)有退刀槽。退刀槽的直徑d4應(yīng)比螺桿小徑d1約小0.2~0.5mm。。 退刀槽的寬度可取為1.5P=12mm。 為了便于螺桿旋入螺母，螺桿下端應(yīng)有倒角或制成稍小于d1的圓柱體。 為了防止工作時(shí)螺桿從螺母中脫出，在螺桿下端必須安置鋼制擋圈(GB/T891-1986)，擋圈用緊定螺釘(GB/T68-2000)固定在螺桿端部。 1.5P=12mm 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算及說明 計(jì)算結(jié)果 1.6螺桿強(qiáng)度計(jì)算 對受力較大的螺桿應(yīng)根據(jù)第四強(qiáng)度理論校核螺桿的強(qiáng)度。強(qiáng)度計(jì)算方法參閱教材公式(6.23)，其中扭矩，式中為螺紋中徑處升角，為當(dāng)量摩擦角。 對受力較大的螺桿應(yīng)根據(jù)第四強(qiáng)度理論交合螺桿強(qiáng)度： 或 F（N）螺桿所受的軸向壓；A（）：螺桿螺紋的危險(xiǎn)截面面積； （）：螺桿螺紋段的抗扭截面系數(shù)；（mm）螺桿螺紋小徑；T（）；[s](MPa)：螺桿材料的許用應(yīng)力，由前面可知螺桿的材料是55號鋼，查表得其屈服強(qiáng)度，所以其許用應(yīng)力，由于千斤頂?shù)妮d荷是穩(wěn)定的，許用應(yīng)力取最大值有。 計(jì)算： 則有： ，符合強(qiáng)度計(jì)算的條件。 ，符合強(qiáng)度計(jì)算的條件。 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算及說明 計(jì)算結(jié)果 1.7穩(wěn)定性計(jì)算 2. 螺母設(shè)計(jì)與計(jì)算 2.1選取螺母材料 細(xì)長的螺桿工作時(shí)受到較大的軸向壓力可能失穩(wěn)，為此應(yīng)按穩(wěn)定性條件驗(yàn)算螺桿的穩(wěn)定性。Fcr / F 2.5 ~ 4。螺桿的臨界載荷Fcr與柔度λs有關(guān)，λs=m l/i，m為螺桿的長度系數(shù)，與螺桿的端部結(jié)構(gòu)有關(guān)，l為舉起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取l＝H+5P+(1.4~1.6)d，i為螺桿危險(xiǎn)截面的慣性半徑，若危險(xiǎn)截面面積A=pd12/4，則(I為螺桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩)，當(dāng)螺桿的柔度λs＜40時(shí)，可以不必進(jìn)行穩(wěn)定性校核。計(jì)算時(shí)應(yīng)注意正確確定。 臨界載荷，E（MPa）：螺桿材料的拉壓彈性模量，;I（）：螺桿危險(xiǎn)截面的慣性矩，。 該千斤頂一螺母座位支承時(shí)，作不完全固定支承，另一端有徑向和軸向約束，為固定支承，所以端部職稱情況是一端固定，一端不完全固定。因此。 ； ， ，所以經(jīng)過計(jì)算螺桿穩(wěn)定。 螺母材料一般可選用青銅，對于尺寸較大的螺母可采用鋼或鑄鐵制造，其內(nèi)孔澆注青銅或巴氏合金。該千斤頂螺母材料采用45號鋼。 ，所以螺桿穩(wěn)定。 螺母材料：45鋼 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算及說明 計(jì)算結(jié)果 2.2確定螺母高度H及螺紋工作圈數(shù)u 2.3校核螺紋牙強(qiáng)度 螺母高度H=φd2，螺紋工作圈數(shù)，考慮退刀槽的影響，實(shí)際螺紋圈數(shù)u = u+1.5(u應(yīng)圓整)?？紤]到螺紋圈數(shù)u越多，載荷分布越不均，故u不宜大于10，否則應(yīng)改選螺母材料或加大d。螺母高度由下式計(jì)算：H= ut。 ，，實(shí)際螺紋圈數(shù)，實(shí)際螺母高度。 一般螺母的材料強(qiáng)度低于螺桿，故只校核螺母螺紋牙的強(qiáng)度。螺母的其它尺寸見圖1―3。必要時(shí)還應(yīng)對螺母外徑D3進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。 如圖有： 螺紋牙多發(fā)生剪切和擠壓破壞，一般螺母的材料強(qiáng)度 低于螺桿，股只需校核螺母的螺紋牙強(qiáng)度。 假設(shè)螺母每圈螺紋 所承受的平均壓力為，并作用 再螺紋中徑為直徑的圓周上，則螺紋牙危險(xiǎn)截面的剪切強(qiáng) 度條件為，螺紋牙危險(xiǎn)截面的彎曲強(qiáng)度 條件為。式中：b（mm）：螺紋牙根部 的厚度，對于梯形螺紋; l(mm):彎曲力臂，； （MPa）螺母材料的許用切應(yīng)力，螺母材料為45號鋼， 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算及說明 計(jì)算結(jié)果 查表可知：；（MPa）：螺母材料的許用彎曲應(yīng)力，查表可知：。 計(jì)算：，符合剪切強(qiáng)度條件； ，符合彎曲強(qiáng)度條件。 ，符合剪切強(qiáng)度條件。 ，符合彎曲強(qiáng)度條件。 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算及說明 計(jì)算結(jié)果 2.4螺母與底座孔配合 3. 托杯的設(shè)計(jì)與計(jì)算 螺母壓入底座上的孔內(nèi)，圓柱接觸面問的配合常采用或等配合。為了安裝簡便，需在螺母下端（圖1―3）和底座孔上端（圖1―7）做出倒角。為了更可靠地防止螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，還應(yīng)裝置緊定螺釘（圖1―1），緊定螺釘直徑常根據(jù)舉重量選取，一般為6～12mm。 緊定螺釘選擇的是（GB/T71—1985）. 托杯用來承托重物，可用鑄鋼鑄成，也可用Q235鋼模鍛制成，其結(jié)構(gòu)尺寸見圖1―4。為了使其與重物接觸良好和防止與重物之間出現(xiàn)相對滑動(dòng)，在托杯上表面制有切口的溝紋。為了防止托杯從螺桿端部脫落，在螺桿上端應(yīng)裝有擋板。 當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，托杯和重物都不作相對轉(zhuǎn)動(dòng)。因此在起重時(shí)，托杯底部與螺桿和接觸面間有相對滑動(dòng)，為了避免過快磨損，一方面需要潤滑，另一方面還需要驗(yàn)算接觸面間的壓力強(qiáng)度。 ≤[p] 如圖計(jì)算各尺寸： 厚度； [p]為許用壓強(qiáng)，取托杯和螺桿材料[p]中較小的一個(gè)，螺桿[p]=380MPa，托杯[p]=235MPa； 根據(jù)結(jié)構(gòu)， 所以進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算有： 滿足強(qiáng)度條件。 緊定螺釘： 托杯材料：Q235 螺桿：[p]=380MPa 托杯：[p]=235MPa ，滿足強(qiáng)度條件。 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算及說明 計(jì)算結(jié)果 4. 手柄設(shè)計(jì)與計(jì)算 4.1手柄材料 4.2手柄長度Lp 常用Q235和Q215。該千斤頂采用的是Q215。 板動(dòng)手柄的力矩：KLp=T1+T2，則式中：K——加于手柄上一個(gè)工人的臂力，間歇工作時(shí)， 約為150～250N，工作時(shí)間較長時(shí)為100～150N。 T1——螺旋副間的摩擦阻力矩， T2——托杯與軸端支承面的摩擦力矩， T2 = (D12+D11) f F/4。 手柄材料：Q215 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算及說明 計(jì)算結(jié)果 4.3手柄直徑dp T1——螺旋副間的摩擦阻力矩， T2——托杯與軸端支承面的摩擦力矩， T2 = (D12+D11) f F/4。 手柄計(jì)算長度Lp是螺桿中心到人手施力點(diǎn)的距離，考慮螺桿頭部尺寸及工人握手距離，手柄實(shí)際長度還應(yīng)加上+（50～150）mm。手柄實(shí)際長度不應(yīng)超過千斤頂，使用時(shí)可在手柄上另加套管。 手柄的實(shí)際長度是 把手柄看成一個(gè)懸臂梁，按彎曲強(qiáng)度確定手柄直徑dp，其強(qiáng)度條件為 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算及說明 計(jì)算結(jié)果 4.4結(jié)構(gòu) ≤[s]F 或?yàn)? dp≥ 式中：[s]F——手柄材料許用彎曲應(yīng)力，當(dāng)手柄材料為Q215和Q235時(shí)，[s]F=120Mpa。 計(jì)算： 所以手柄的直徑。 手柄插入螺桿上端的孔中，為防止手柄從孔中滑出，在手柄兩端面應(yīng)加上擋環(huán)（圖1―6），并用螺釘或鉚合固定。因?yàn)槭直木纫蟛桓撸鐖D計(jì)算選用的螺釘為（GB/T68-2000）,而擋環(huán)尺寸為D=38mm，厚H=5mm。 [s]F=120Mpa。 螺釘： 當(dāng)環(huán)尺寸：D=38mm，厚H=5mm。 計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算及說明 計(jì)算結(jié)果 5. 底座設(shè)計(jì) 底座材料常用鑄鐵（HT150及HT200）（圖1―7），鑄件的壁厚δ不應(yīng)小于8～12mm，為了增加底座的穩(wěn)定性，底部尺寸應(yīng)大些，因此將其外形制成1∶10的斜度。 圖中： （為底座下枕墊物的許用擠壓應(yīng)力。對于木材，取） 計(jì)算： 關(guān)于螺旋千斤頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等的補(bǔ)充說明： （1） 螺母與底座的配合常用或等； （2） 為防止螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)設(shè)緊定螺釘，直徑常取M6~M12，根據(jù)起重大小決定； （3） 為防止托杯脫落和螺桿旋出螺母，在螺桿上下兩端安裝安全擋圈； （4） 連接螺釘，擋圈，擋環(huán)的規(guī)格尺寸按結(jié)構(gòu)需要選取或設(shè)計(jì)； （5） 為減少摩擦、磨損及托杯工作時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)，螺旋副及托杯與螺桿的接觸面均需潤滑； （6） 裝配圖尺寸標(biāo)注應(yīng)包括特性尺寸（如最大起落高度）、安裝尺寸、外形尺寸（總廠、總寬、總高）和派和尺寸等； （7） 圖面應(yīng)注明技術(shù)特性及技術(shù)要求； （8） 圖紙規(guī)格應(yīng)符合之徒規(guī)定，繪圖要按國家標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)題欄和明細(xì)表的格式應(yīng)符合要求，詳見課程設(shè)計(jì)教材，或采用學(xué)生用標(biāo)題欄及明細(xì)表格式； （9） 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書應(yīng)在全部計(jì)算及圖紙完成后進(jìn)行整理編寫。 參考資料 [1]楊 玲.螺旋千斤頂作業(yè)指導(dǎo)書.西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院,2009. 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