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螺旋千斤顶毕业设计论文
第四章千斤顶的设计
已知轴向载荷F=15000N,最小高度271,最大高度为391mm,即最大举升高度391-271=120mm.方案图如下所示:
1—托杯2—手臂3—销4—手柄5—挡环6—螺套
7—螺杆8—螺钉9—底座
图4.1千斤顶剖视图
4.1螺杆的设计计算
4.1.1.选择材料
前面已做分析,此次设计选用梯形螺纹,基本牙型按GB/T5796.1-2005的规定。
考虑到千斤顶转速较低,单个作用面受力不大,螺杆材料常用Q235,275,40,45,55等,此处螺杆选常用的45钢。
由手册查σ=360Mpa;为了提高耐磨性,螺母选较软的材料锡青铜为ZCuSn10P-1,由上表知钢对青铜低速时,对人力驱动[p]可提高20%,即[p]=
,[p]=25MPa,螺母为整体螺母由于磨损后不能调整间隙,可视受力比较均匀,螺纹工作圈数不宜过多,故
,此处取
。
4.1.2.确定螺杆直径
按耐磨性条件确定螺杆中径d2,求出d2后,按标准选取相应的公称直径d2,螺距p及其他尺寸。
根据规定对整体螺母,由于磨损后不能调整间隙,可视受力比较均匀,螺纹工作圈数不宜过多,故取
,此处取
。
螺杆——螺母材料分别取为钢——青铜,查表3.2滑动速度为低速,对人力驱动[p]可提高20%,即[p]=
,[p]=25MPa,(摩擦系数起动时取大值,校核是为安全起见,应以起动时为准。
由f值0.08-0.1,应取f=0.1,代入F=40KN
梯形螺纹,h=05p,已知取
,则计算d2
(式4.1)
根据GB/T5796.3-,2005查得取标准
公称直径d=20mm
p取标准值p=4mm
小径D3=15.5mm
中径d2=D2=18mm
大径D4=20.5mm
牙顶和牙底宽=0.336p=1.344mm
4.1.3.螺纹副自锁性验算:
自锁条件是
式中:
为螺纹中径处升角;
为当量摩擦系数。
(
,式中
为螺纹工作面的牙形斜角);
为当量摩擦角(为保证自锁,螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小10.)
查教材表得
(取起动时计算用最大值)
故,
所以自锁性可保证。
4.1.4.螺杆强度校核
受力较大的螺杆需进行强度计算。
螺杆工作时承受轴向力F及转矩T的作用。
螺杆危险截面上既有压缩应力,又有切应力。
因此,校核螺杆强度时,应根据第四强度理论求出螺杆危险截面的计算应力
,强度校核公式为:
(式4.13)
式中:
F-------螺杆所受的轴向压力,N;
A-------螺杆危险截面的面积;
;
----螺杆螺纹段的抗扭截面系数,
;
d1--------为螺杆螺纹的小径(mm);
---为螺杆材料的许用应力(Mpa);
T------为螺杆所受转矩(N.mm);
其中扭矩
式中:
为螺纹中径处螺纹升角;
为当量摩擦角。
查手册GBT699---1999.45钢的
,
教材表5-13,如下表
表滑动螺旋副材料的许用应力
项目
许用应力/Mpa
钢制螺杆
为材料的屈服极限/Mpa
螺母
材料
许用弯曲应力
许用切应力
青铜
40-60
30-40
耐磨铸铁
50-60
40
铸铁
45-55
40
钢
(1.0-1.2)
0.6
注:
静载荷许用应力取大值。
安全系数3-5,取3。
故有:
所以得到强度校核满足设计要求。
4.1.5.螺杆稳定性校核
(1)计算柔度γ=
螺杆一端固定,一端自由,长度系数μ=2;螺杆最大受力长度L由起重高度
、螺母高H、铰支头高及螺杆轴向预留余量
决定,其中
。
因此,螺杆的工作长度
,螺杆危险截面惯性半径i=
。
γ=
=
>40(式4.24)
所以需要校核。
(2)计算临界载荷:
查手册表1-6,E取200GP。
I=
=
(式4.25)
因此:
FC=
(式4.26)
≥S=4
稳定性满足设计要求。
4.2螺母的设计计算
.2.1选取螺母材料
螺母选较软的材料锡青铜由上表3.1选取材料为ZCuSn10P-1。
.2.1确定螺母高度
及螺纹工作圈数U
螺母高
:
(式4.2)
螺纹工作圈数z:
(式4.3)
考虑到退刀槽的影响,实际螺纹圈数
=10.5(
应圆整)考虑到螺纹圈数越多载荷分布越不均匀,故u不宜取大,此次设计u取11。
所以螺母的实际高度
.2.1校核螺纹牙强度
由上表查得青铜螺母螺纹牙许用弯曲应力
;
许用剪切应力
;
梯形螺纹螺纹牙根宽度
mm;
梯形螺纹螺纹牙工作高度
。
则:
①弯曲强度校核:
合格(式4.5)
②剪切强度校核:
,合格(式4.6)
式中:
——螺母螺纹大径,mm.
Z——螺母螺纹工作圈数。
.2.1螺母外部尺寸计算
(1)计算确定D3
螺母悬置部分受拉伸和扭转联合作用,为计算简单,将F增大30%,按拉伸强度计算得:
σ=
≤[σ](式4.10)
式中,[σ]为螺母材料的许用拉伸应力,可取[σ]=0.83[σb],由上表取
[σb]=50Mpa,因此[σ]=0.83[σb]=41.5Mpa。
故
D3≥
(式4..11)
取D3=32mm
(2)确定D5和a
按经验公式D5=(1.3~1.4)D3及a=
可求:
D5=(1.3~1.4)×32=41.6-44.8mm取D1=44mm(式4.12)
a=
=
(式4.13)
(3)校核凸缘支承表面的挤压强度,强度条件为:
σp=
≤[σp](式4.14)
满足设计要求。
(4)校核凸缘根部弯曲强度:
σp=
=
(式4.15)
满足设计要求。
(5)校核凸缘根部剪切强度,强度条件为:
τ=
≤[τ](式4.16)
式中,螺母材料的许用切应力[τ]=35Mpa
故:
τ=
(式4.17)
满足设计要求。
4.3手柄设计计算
4.3.1拖杯与手柄的结构:
确定手柄长度,则手柄上的工作转矩为:
T=FHLH=T1+T2=
(式4.18)
式中:
T1、T2——分别为螺纹副摩擦力矩及拖杯与接触面摩擦力矩(N·mm);
fc————拖杯与支承面的摩擦系数,fc=0.15;
D0————托杯底座与支承面接触部分外径(mm),由经验公式
确定,取
mm;
d0————托杯底座与支承面接触部分内径(mm),取d0=16mm,FH为手作用在手柄上的力(N);
LH————手柄有效长度(mm)。
如一人连续工作,手作用力通常取FH=150~200N,取FH=200N;
因此,200LH=
(式4.19)
得:
LH=228.62mm取LH=230mm
4.3.2确定手柄直径dk
选手柄材料为45钢,σS=360MPa,
许用弯曲应力
=140~180Mpa,取[σb]=160Mpa。
手柄的弯曲强度条件为:
σb=
(式4.20)
因此,dK≥
取dK=12mm(式4.21)
4.4托杯的设计计算
托杯用来承托重物,可用铸钢铸成,也可用Q235钢模锻制成,取材料为Q235。
其结构尺寸见图。
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。
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。
式中:
[p]——许用压强,应取托杯与螺杆材料[p]的小者。
Q235:
[p]杯=225MPa;45钢:
[p]杆=570MPa取[p]杯。
D10=(2.4~2.5)d=2.45
20=49mm
D11=(0.6~0.8)d=0.7
20=14mm
D13=(1.7~1.9)d=1.8
20=36mm
D12=D13-(2~4)=36-4=32mm
h1=(1.5~1.8)d=1.8*20=36mm
故
满足设计要求
托杯厚度
=8~12mm,此处取
=10mm;杯底厚度为1.3
=13mm;沟纹宽度1.5
=10mm;
沟纹深度为
/2=5mm;托杯高度为1.8*d=1.8*20=36mm;
为保证托杯可以转动,螺杆顶端的垫片与托杯底部留有间隙,间隙值为3~4mm,因承受力不大,故取值为3mm。
4.5底座的设计
底座材料常用铸铁HT150及HT200,选用HT150。
铸件的壁厚δ不应小于8~12mm,取δ=15mm。
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。
底座结构及尺寸如图
S=(1.5~2)δ=1.5*15=22.5mm
D3=42mm
D5=D3+2δ=42+2*15+4=72mm
D6=D3=42mm
D7=D6+2*=52+=96mm
D8=1.35D7=1.35*96=130mm
4.6安装要求
螺母压入底座上的孔内,圆柱接触面间的配合常采用
或
等配合。
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。
为了更可靠地防止螺母转动,还应装置紧定螺钉(图1―1),紧定螺钉直径常根据举重量选取,一般为6~12mm。
2.4.1螺母的相关尺寸已得:
内螺纹小径D1=16mm
D3=1.5d=1.5×20=30mm
D4=1.4D3=1.4×30=42mm
H′=44mm;;
a==18mm
第五章螺旋千斤顶图形的绘制
要绘制螺旋千斤顶的装配图,首先应当选定绘图比例和图幅后布置视图,先确定各视图的位置,画出主要轴线、中心线及基准线。
然后开始画底图,按照“先主后次”的原则,沿装配轴线按装配关系依次画出底座→螺套→螺旋杆→绞杠→顶垫等零件。
底图完成后,检查加深图线,还要进行尺寸标注,编注零件序号,填写明细栏、标题栏等,完成全图。
同时要了解千斤顶的工作原理:
千斤顶是利用螺旋传动来顶举重物的一种起重或顶压工具,常用于汽车修理及机械安装中。
工作时,重物压于顶垫之上,将手炳穿入螺旋杆上部的孔中,旋动手炳,螺旋杆在螺套中靠螺纹做上、下移动,从而顶起或放下重物。
螺套镶在底座里,用螺钉定位,磨损后便于更换。
顶垫套在螺旋杆顶部,其球面形成传递承重之配合面,由螺钉锁定,使顶垫相对螺旋杆旋转而不脱落。
图4.1螺旋千斤顶的轴测图
因此由螺旋千斤顶的工作原理可知,千斤顶的装配主干线是螺旋杆,为了清楚的表达千斤顶的内外部装配结构,则绘制了千斤顶的全剖视图。
在主视图上,千斤顶的7个零件所处的位置及装配关系、各零件的主要形状均已表达清楚,只有螺旋杆上与绞杠配合的孔没有表达充分,故采用剖面图A—A表达清楚。
所以螺旋千斤顶的装配图如下:
图4.2螺旋千斤顶的装配图
第六章使用千斤顶的注意事项
1.无论哪种千斤顶都不准超负荷使用,以免发生人身或设备故障。
2.千斤顶使用前,应检查各零件是否灵活可靠,有无损坏,油液是否干净,油阀、活塞、皮碗是否完好。
3.千斤顶工作时,要放在平整坚实的地面上,并要在其下面垫枕木、木板或钢板来扩大受压面积,防止塌陷。
4.千斤顶安放位置要摆正,顶升时,用力要均匀;卸载时,要检查重物是否支撑牢固。
5.几台千斤顶同时作业时,要动作一致,保证同步顶升和降落。
6.螺旋千斤顶和齿条千斤顶,在任何环境下都可使用。
而液压千斤顶在高温和低温条件下不准使用。
7.螺旋千
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