螺旋千斤頂設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名陳嵩專業(yè)年級10級車輛工程設(shè)計題目：設(shè)計螺旋千斤頂設(shè)計條件：1、最大起重量F = 40 kN；2、最大升距H =190 mm。設(shè)計工作量：1、 繪制出總裝配圖一張，標(biāo)注有關(guān)尺寸，填寫標(biāo)題欄及零件明細表；2、 編寫設(shè)計計算說明書一份。指導(dǎo)教師簽名： 2012年 月螺旋千斤頂設(shè)計計算說明書院 系 工程技術(shù)學(xué)院 專業(yè)年級 2010級車輛工程 設(shè) 計 者 陳 嵩 指導(dǎo)教師 李華英 成 績 2012年 12月 13日螺旋千斤頂設(shè)計計算說明書目錄 1螺桿的設(shè)計與計算2 1.1螺桿螺紋類型的選擇 2 1.2選取螺桿材料 2 1.3確定螺桿直徑 2 1.4自鎖驗算 3 1.5結(jié)構(gòu) 3 1.6螺桿強度校核 5 1.7螺桿的穩(wěn)定性計算 6 2. 螺母設(shè)計與計算7 2.1選取螺母材料 7 2.2確定螺母高度 H及螺紋工作圈數(shù)u 7 2.3校核螺紋牙強度 8 2.4結(jié)構(gòu)要求 9 3. 托杯的設(shè)計與計算9 4. 手柄設(shè)計與計算 11 4.1手柄材料11 4.2手柄長度 Lp 11 4.3手柄直徑 dp 12 4.4結(jié)構(gòu)12 5. 底座設(shè)計 13設(shè)計與說明結(jié)果1 螺桿的設(shè)計與計算1.1 螺桿螺紋類型的選擇螺紋有矩形、梯形與鋸齒形，常用的是梯形螺紋。螺紋選用梯形螺紋。梯形螺紋牙型為等腰梯形，牙形角=30，梯形螺紋的內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動；它的基本牙形按GB/T5796.12005的規(guī)定。1.2 選取螺桿材料螺桿材料常用Q235、Q275、40、45、55等。選擇45鋼。1.3 確定螺桿直徑根據(jù)教材式（5-42)得對于梯形螺紋，h=0.5P，則對于整體螺母，由于磨損后不能調(diào)整間隙，為使受力分布比較均勻，螺紋工作圈數(shù)不宜過多，故取，此處取。因為千斤頂?shù)穆輻U和螺母的相對滑動速度為低速，查表5-12，取p=18MPa。故由課程設(shè)計手冊，查標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5796.2-2005與GB/T 5796.3-2005，得公稱直徑d=40mm螺距P=7mm內(nèi)螺紋大徑D=41mm外螺紋小徑d1=32mm內(nèi)螺紋小徑D1=33mm內(nèi)外螺紋中徑d2=D2=36.5mm1.4 自鎖驗算對傳力螺旋傳動來說，一般應(yīng)確保自鎖性要求，以避免事故。螺旋副的自鎖條件為式中：為螺紋升角；為當(dāng)量摩擦角；為螺旋副的當(dāng)量摩擦系數(shù)，為摩擦系數(shù)，為牙側(cè)角。根據(jù)材料和滑動速度查表5-12，取 ，對于牙型角的等腰梯形螺紋，其牙側(cè)角，則因為，所以自鎖性可以保證。1.5 結(jié)構(gòu)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，dkdp十0.5mm，由后計算可知dp=27mm，所以取dk=28mm。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0.20.5mm，取d4=d1-0.5=31.5mm。退刀槽的寬度可取為1.5p。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。如圖1-2，則有退刀槽寬度1.5P=10.5mmD13=(1.71.9)d=6876mm，取D13=70mm(1.41.6)d=5664mm，取1.5d即60mmH+H=190+56=246mm(H為后面計算得）螺釘外徑0.25d=10mm擋圈外徑d+(610)=4650mm 根據(jù)GB/T891-1986，選取擋圈GB/T891 B50，公稱直徑D=50mm，H=5mm根據(jù)GB/T68-2000，選取螺釘GB/T68 M616，螺紋規(guī)格d=M6，公稱長度l=16mm1.6 螺桿強度校核對受力較大的螺桿應(yīng)根據(jù)第四強度理論校核螺桿的強度。其強度條件為其中扭矩 式中：y為螺紋中徑處升角，rv為當(dāng)量摩擦角。因為45鋼的屈服強度，取安全系數(shù)S=4，故： 則 滿足強度條件。1.7 穩(wěn)定性計算細長的螺桿工作時受到較大的軸向壓力可能失穩(wěn)，為此應(yīng)按穩(wěn)定性條件驗算螺桿的穩(wěn)定性。式中：為螺桿穩(wěn)定性的計算安全系數(shù)；為螺桿穩(wěn)定性安全系數(shù)，對于傳導(dǎo)螺旋；為螺桿的臨界載荷，N。螺桿的臨界載荷與柔度s有關(guān)式中：為螺桿的長度系數(shù)，與螺桿的端部結(jié)構(gòu)有關(guān)；為舉起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似??；為螺桿危險截面的慣性半徑，若危險截面面積，則（I為螺桿危險截面的軸慣性矩）當(dāng)螺桿的柔度時，可以不必進行穩(wěn)定性校核。螺桿一端固定，一端自由，則長度系數(shù)，取則，所以需要進行穩(wěn)定性校核。臨界載荷可按歐拉公式計算，即式中：E為螺桿材料的拉壓彈性模量，。所以有所以，滿足穩(wěn)定性條件。2 螺母的設(shè)計與計算2.1 選取螺母材料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。這里選用螺母材料為ZCuSn10Pl。2.2 確定螺母高度H及螺紋工作圈數(shù)u螺母高度考慮到螺紋圈數(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。螺紋工作圈數(shù)考慮退刀槽的影響，實際螺紋圈數(shù)u = u+1.5(u應(yīng)圓整)。所以，u=u+1.5=6.26+1.5=7.76圓整得，u=8螺母高度H= uP=87mm=56mm2.3 校核螺紋牙強度一般螺母的材料強度低于螺桿，故只校核螺母螺紋牙的強度。螺母的其它尺寸見圖13。螺紋牙危險截面的剪切強度條件為 螺紋牙危險截面的彎曲強度條件為 式中：b為螺紋壓根部的厚度，mm，對于矩形螺紋，對于梯形螺紋，b=0.65P，P為螺紋螺距； 為彎曲力臂，mm，；為螺母材料的許用切應(yīng)力，MPa；為螺母材料的許用彎曲應(yīng)力，MPa。因為螺母材料為青銅，查表知其=3040MPa，=4060MPa，取=35MPa，=50MPa。 帶入校核公式： 滿足強度條件。2.4 結(jié)構(gòu)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，這里選擇配合。為了安裝簡便，需在螺母下端（圖13）和底座孔上端（圖17）做出倒角。為了更可靠地防止螺母轉(zhuǎn)動，還應(yīng)裝置緊定螺釘（圖11），緊定螺釘直徑常根據(jù)舉重量選取，一般為612mm。選用緊定螺釘GB/T 71 M625。3 托杯的設(shè)計與計算托杯用來承托重物，可用鑄鋼鑄成，也可用Q235鋼模鍛制成，此處選用Q235鋼。托杯的結(jié)構(gòu)尺寸見圖14。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，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。由圖14可得：托杯厚度，取杯底厚度為溝紋寬度溝紋深度托杯高度，取托杯高度為70mm擋圈選用GB/T892 B32，其公稱直徑D=32mm，H=5mm；擋圈用GB/T67 M616的開槽盤頭螺釘固定。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動時，托杯和重物都不作相對轉(zhuǎn)動。因此在起重時，托杯底部與螺桿和接觸面間有相對滑動，為了避免過快磨損，一方面需要潤滑，另一方面還需要驗算接觸面間的壓力強度。式中：p為許用壓強，應(yīng)取托杯與螺桿材料p的小者。查表得，Q235鋼的許用壓強p為225MPa，45鋼的許用壓強p為570MPa，故用托杯材料來進行壓力強度校核，即取p=225MPa。根據(jù)圖1-4，相關(guān)尺寸為所以滿足接觸面的壓力強度要求。為保證托杯可以轉(zhuǎn)動，螺桿頂端的擋圈與托杯底部留有間隙，間隙值為34mm，因承受力不大，故取值為3mm。4 手柄的設(shè)計與計算4.1 手柄材料常用Q235和Q215。這里選用Q235鋼。4.2 手柄長度Lp板動手柄的力矩：KLp=T1+T2 則式中：K為加于手柄上一個工人的臂力，間歇工作時，約為150250N，工作時間較長時為100150N。T1為螺旋副間的摩擦阻力矩， T2為托杯與軸端支承面的摩擦力矩， T2 = (D12+D11) f F/4。因一般情況下為間歇工作，工作時間較長的情況不多，故取K=200N。查設(shè)計手冊得，鋼鋼的摩擦因數(shù)，所以則手柄計算長度Lp是螺桿中心到人手施力點的距離，考慮螺桿頭部尺寸及工人握手距離，手柄實際長度還應(yīng)加上+（50150）mm。故取手柄長度。由于手柄實際長度不應(yīng)超過千斤頂，因此取，使用時可在手柄上另加套管。4.3 手柄長度dp把手柄看成一個懸臂梁，按彎曲強度確定手柄直徑dp，其強度條件為故 式中：sF為手柄材料許用彎曲應(yīng)力，當(dāng)手柄材料為Q235時，sF=120Mpa。 取。4.4 結(jié)構(gòu)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16），并用螺釘或鉚合固定。因手柄直徑，所以由GB/T891-1986，選取擋圈GB/T891 B35，其公稱直徑D=35mm，H=5mm；螺釘選用GB/T68 M616的開槽沉頭螺釘。5 底座設(shè)計底座材料常用鑄鐵（HT150及HT200）（圖17），此處選用HT200，鑄件的壁厚不應(yīng)小于812mm，選取15mm，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110的斜度。圖中式中：sp為底座下枕墊物的許用擠壓應(yīng)力。對于木材，取sp=22.5MPa。這里取2MPa。所以有同時取螺紋：梯形螺紋螺桿材料：45鋼d=40mmP=7mmD=41mmd1=32mmD1=33mmd2=36.5mmD2=36.5mmdk=28mmd4=31.5mm1.5P=10.5mmD13=70mm1.5d=60mmH+H=246mm擋圈：GB/T891 B50螺釘：GB/T68 M616T=113140.4Nmm 螺母材料：ZCuSn10Plu=8H=56mm配合：緊定螺釘：GB/T 71 M625托杯材料：Q235鋼杯底厚度：溝紋寬度：溝紋深度：托杯高度：70mm擋圈：GB/T892 B32螺釘：GB/T67 M616擋圈與托杯間隙：3mm手柄材料：Q235鋼擋圈：GB/T891 B35螺釘：GB/T68 M616底座材料：HT20014