螺旋千斤顶设计说明Word格式文档下载.docx
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2.1.7稳定性计算8
2.2螺母设计计算9
2.2.1选取螺母材料9
2.2.2确定螺母高度及工作圈数9
2.2.3校核螺纹牙强度9
2.2.4螺母与底座孔配合11
2.3托环的设计与计算11
2.3.1托杯材料的选择11
2.3.2结构设计11
2.3.3接触面强度校核12
2.4手柄的设计计算13
2.4.1手柄材料的选择13
2.4.2计算手柄长度13
2.4.3手柄直径的确定14
2.4.4结构14
2.5底座设计15
2.5.1选择底座材料15
2.5.2结构设计15
2.5.3底座设计计算15
3.关于螺旋千斤顶结构设计等的补充说明17
参考文献:
17
1设计任务书
设计螺旋千斤顶(参考下图a)
1.2原始数据
最大起重量F=50kN
最大升程H=210mm
1.3设计工作量
1.3.1绘制出总装配图一张(参考下图b),标注有关尺寸,填写标题栏及零件明细表。
1.3.2编写设计计算说明书一份(包括封面、目录、设计任务书、计算内容和设计步骤、
参考资料等)。
(a)(b)
计算及说明
结果
2.1螺杆的设计与计算
2.1.1螺杆螺纹类型的选择
选择梯形螺纹,牙型角α=30˚,梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动;
它的基本牙型按GB/T5796.1-2005的规定。
2.1.2选取螺杆材料
螺杆材料的选择螺杆材料常用的有Q235、Q275、40、45、55钢,由于是承受轻载荷,选择45钢,查手册表2-7得;
查表5-13取安全系数S=4,则;
螺母材料选用ZCuA19Mn2,查表确定需用压强[P]=15MPa.。
2.1.3确定螺杆直径
按耐磨性条件确定中径
计算过程:
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]。
由于,所以有;
对于等腰梯形螺纹,,有,一般取1.2~3.5,所以此处取2.5。
带入设计公式,得mm
按国家标准查手册表3-7和3-8选择公称直径和螺距为:
公称直径d=40mm
螺距P=7mm
螺杆小径=d-8=32mm
螺杆中径=d-3.5=36.5mm>
30.984mm
2.1.4自锁验算
自锁验算条件是
为螺纹中径处升角;
:
当量摩擦系数;
:
摩擦系数;
v为当量摩擦角:
牙侧角,3。
摩擦系数由查表5-12可知,,由于千斤顶的运动速度是很低的,所以摩擦系数按起动时取最大值0..10。
=arctan=3.6960
经验算,,满足自锁条件。
2.1.5结构设计
根据图1-2进行螺母的结构设计
(1)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dk的大小根据手柄直径dp决定,dk≥dp十0.5mm。
(2)为了便于切制螺纹,螺纹上端应设有退刀槽。
退刀槽的直径d4应比螺杆小径d1约小0.2~0.5mm。
退刀槽的宽度可取为1.5P,取d4=d1-0.5=31.5mm;
退刀槽宽度1.5P=10.5mm
(3)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。
(4)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(GB/T891-1986),挡圈用紧定螺钉(GB/T68-2000)固定在螺杆端部。
2.1.6螺杆强度计算
对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度,强度计算公式为:
或
其中扭矩(上式中为螺纹中径处升角,为当量摩擦角)
由已知:
F=50kN
T=Ftan(Ψ+φv)d2/2=50000*tan(3.6960+5.9110)*36.5/2=15445.25N•mm
A==1046.35mm2
则有:
≈47.89MPa<
2.1.7稳定性计算
细长螺杆工作时受到较大的轴向压力可能失稳,为此应按稳定性条件验算螺杆的稳定性。
螺杆的临界载荷与柔度有关
其中;
当螺杆的柔度λs<40时,可以不必进行稳定性校核。
该千斤顶一螺母座位支承时,作不完全固定支承,另一端有径向和轴向约束,为固定支承,所以端部职称情况是一端固定,一端不完全固定。
故取
l为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度,可近似取l=H+1.5P+(1.4~1.6)d,故按下式计算:
l=H+5P+1.5d=210+1.5*7+1.5*40mm=208.5mm
螺杆危险截面的惯性矩,=3.14*324/64mm
=51471.85mm4
则8mm
将以上数据代入柔度计算公式,得
2*208.5/8=52.125>40
故应进行稳定性校核。
螺杆选为淬火钢,当<
52.125时
由公式知:
临界载荷
=255332.76N
5.11﹥2.5~4.0=
所以经过计算螺杆稳定。
2.2螺母设计计算
2.2.1选取螺母材料
螺母材料一般可选用青铜,对于尺寸较大的螺母可采用钢或铸铁制造,其内孔浇注青铜或巴氏合金。
此题中选择螺母材料选为ZCuA19Mn2.
2.2.2确定螺母高度及工作圈数
螺母高度,螺纹工作圈数,考虑退刀槽的影响,实际螺纹圈数u=u+1.5(u应圆整)。
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。
螺母高度由下式计算:
H=ut
具体计算过程如下:
螺母高度:
H'=φd2=2.5*36.5mm=91.25mm
螺纹工作圈数:
u=H'/P=91.25/7mm=13.04mm
考虑退刀槽的影响,取实际工作圈数为
=u+1.5=13.04+1.5mm=14.54mm
应当圆整,又考虑到螺纹圈数u越多,载荷分布越不均,故u不宜大于15,故取
=15(圈)
H'=P=15*6mm=90mm
2.2.3校核螺纹牙强度
根据GB/T5796.3—2005得螺母基本尺寸如下:
螺母大径:
D=d+1=40+1mm=41mm
螺母小径:
D1=d-6=40-6mm=34mm
螺母中径:
D2==36.5mm
由图1—3得:
D3=(1.6~1.8)D=1.7*41mm=69.7mm
D4=(1.3~1.4)D3=1.35*69.7mm=94.095mm
=90/3mm=30mm
螺母的其它尺寸见图1―3,螺纹牙多发生剪切与弯曲破坏。
由于螺母的材料强度低于螺杆,故只需校核螺母螺纹牙的强度。
(1)剪切强度校核
假设螺母每圈螺纹所承受的平均压力为,并作用在螺纹中径为直径的圆周上,则螺纹牙危险截面的剪切强度条件为:
对于梯形螺纹,查表得:
b=0.65P=0.65*7mm=4.55mm则剪切强度为:
τ=5.69﹤
故满足剪切强度条件。
(2)弯曲条件校核
螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为;
弯曲力臂:
l=(41-34)/2=3.5mm
螺母材料的许用弯曲应力,查表得:
;
将数据带入弯曲强度条件公式,得:
σ=26.25MPa
经验算,符合弯曲强度条件。
图1—3
2.2.4螺母与底座孔配合
(1)采用配合;
(2)为了安装简便,需在螺母下端(图1―3)和底座孔上端(图1―7)做出倒角;
(3)为了更可靠地防止螺母转动,还应装置紧定螺钉,紧定螺钉选择的是(GB/T71—1985)。
2.3托环的设计与计算
2.3.1托杯材料的选择
选择托环材料为钢。
2.3.2结构设计
托杯用来承托重物,可用铸钢铸成,也可用Q235钢模锻制成,其结构尺寸见图1―4。
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。
2.3.3接触面强度校核
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。
由图1-4计算各尺寸:
厚度;
D11=(0.6~0.7)d=0.65*40mm=26mm
D10=2.5d=2.5*40mm=100mm
D13=1.8d=1.8*40mm=72mm
D12=D13-4mm=68mm
H=1.6d=64mm
图1—4
为避免工作时过度磨损,接触面间的压强应满足
将数据代入得:
P=16.13MPa
计算许用压强[p],取托杯和螺杆材料[p]中较小的一个:
螺杆[p]=88.75MPa,托杯[p]=235Mpa;
取[p]=88.75Mpa;
经验算:
,接触面压强满足要求,选材合理。
为了固定拖杯选择M6*20的螺钉,和挡圈D=40mm,H=5mm。
2.4手柄的设计计算
2.4.1手柄材料的选择
常用Q235和Q215。
本题中,该千斤顶手柄采用的材料是Q235
2.4.2计算手柄长度
扳动手柄的力矩:
,则
K——加于手柄上一个工人的臂力,间歇工作时,约为150~250N,工作时间较长时为100~150N。
本题中选择;
=50tan(3.6960+5.9110)*36.5/2N·
m
=154.45N•m
=(68+26)*0.1*50/4N•m=117.5N•m
=(154.45+117.5)*1000/200m=1359.75mm
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+(50~150)mm。
故手柄的实际长度是:
=1359.75+72/2+100mm=1495.75mm
为减小起重器的存放空间,一般手柄不得大于起重器的高度,可取,使用时加套筒。
手柄参考图1-5(见下页)
2.4.3手柄直径的确定
把手柄看成一个悬臂梁,按弯曲强度确定手柄直径dp,其强度条件为≤[]F
故得设计公式为
式中:
[]F——手柄材料许用弯曲应力,当手柄材料为Q215和Q235时,[]F=120Mpa。
dp29.21mm
取dp=32mm
则dk=dp+1mm=33mm
2.4.4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(图1―6),并用螺钉或铆合固定。
因为手柄的精度要求不高,如图计算选用的螺钉为(GB/T68-2000),挡圈尺寸D=45,H=6.
2.5底座设计
2.5.1选择底座材料
底座材料常用铸铁(HT150及HT200),此题中底座材料选为HT200;
2.5.2结构设计
铸件的壁厚δ不应小于8~12mm,此题中选择;
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1∶10的斜度。
2.5.3底座设计计算
由图1-7可得底座的相应尺寸:
H1=H+20mm=230mm
D6=D3+12mm=69.7mm+8mm=81.7mm
D7=D6+H1/5=(81.7+230/5)mm=127.7mm
=219.4mm
R=10mm
=10mm
h=1.3=13mm
=90mm-30m
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