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1、 螺旋千斤顶设计说明书 天津大学仁爱学院 机械设计制造及其自动化4班 李瑞琦 机械设计课程 《螺旋千斤顶》设计说明书 学生姓名 李瑞琦 学院名称 天津大学仁爱学院 专业 机械设计制造及其自动化 学号 6012201176 目录 一、设计目的………………………………1 二、 设计题目及数据………………………2 三、
2、计算内容及步骤………………………2 1、 螺杆的设计与计算………………………………2 2、 螺母的设计与计算………………………………5 3、 螺杆稳定性验算…………………………………6 4、 托杯的设计与计算………………………………6 5、 手柄设计与计算…………………………………8 6、 底座设计…………………………………………10 7、 千斤顶的效率……………………………………11 附：总装配图 机械设计 大型作业 编号 01 螺旋千斤顶作业任务书 姓名 杨楠 专业 机械设计制造及其自动化 年级 12级 班级
3、 4班 设计完成日期 2014 年 11月 1 日 指导教师 王喆 一、题目：螺旋千斤顶 原始数据: 题目 设计方案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 最大起重量F（KN） 20 25 30 35 40 45 50 55√ 60 65 最大起升高度H（mm） 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 二、机构简图 图1 三、工作量 1、总装配图一张； 2、计算说明书一份。 四、参考资料 螺旋千斤顶设计指导书 螺旋千斤顶设
4、计说明书 一、 设计目的 1、 熟悉螺旋千斤顶的工作原理和设计与计算的方法； 2、 运用所学的知识解决设计中所遇到的具体实际问题，培养学生独立工作能力，以及初步学会综合运用所学知识解决材料的选择、强度和刚度计算、制造与装配工艺等方面的问题； 3、 熟悉有关设计资料，学会查阅手册和运用国家标准。 二、题目及方案 1． 题目： 螺旋千斤顶 2． 设计方案： 最大起重量F（KN） 最大起重高度H（mm） 55 220 三、计算内容及步骤 计 算 及 说 明 结 果 1. 螺杆的设计与计算 1）螺纹牙形 螺纹的牙型有矩形、梯形、锯齿形和三角形，千斤顶常用矩形螺纹
5、为了获得必要的精度又便于加工，矩形螺纹常靠内径对中，其配合可选为H8/h8。螺纹的径向间隙很小，在强度计算时不予考虑。 2） 材料 螺杆的材料常用Q255、35、45钢等，螺杆材料用45钢。 3） 螺纹直径 螺杆工作时，同时受压力和转矩的作用，因此它的计算可近似按紧螺栓连接的计算公式求出螺纹内径，即 式中为螺杆许用压应力 由参考文献[1] 表16-3得= 查参考文献[2] 表3-14得σs=353 MPa;取安全系数s=4 ∴ 经验公式求得螺距 查参考文献[3] 附表4 选取P=8mm 则螺纹牙高度 故螺杆直径 则可知螺杆 中径 小径 4） 自锁
6、验算 理论上自锁条件为，式中为螺纹中径处升角；为当量摩擦角。由于影响的因素较多，其值不稳定，为自锁可靠，实际应满足的自锁条件为 式中为螺纹中径处升角；为当量摩擦角； 螺纹中径处升角 由参考文献[1] 查表16-2得=0.15；又 则 ， 符合自锁条件。 5） 结构 螺杆上端用于支承托杯和在其中插装手柄，因此需加大直径，结构见图2；手柄孔径根据手柄直径确定， 为了便于切制螺纹，螺杆上应有退刀槽，退刀槽的直径应比小约0.2~0.5mm，取退刀槽直径为；退刀槽的宽度取为1.5P=12mm； 为了便于螺杆旋入螺母，螺杆端部应有倒角或制出稍小
7、于的圆柱形凸台； 为了防止工作时螺杆从螺母中脱出，在螺杆的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。 图2 6） 螺杆的强度校核 螺杆的强度条件为： 即。 故螺杆满足强度条件 2. 螺母的设计与计算 1） 材料 参考文献[1]，选用螺母的材料为ZCuAl10Fe3Mn2； 2） 螺纹圈数和螺母高度 螺纹圈数Z和螺母高度H’ 螺母的螺纹圈数通常根据螺纹牙间压力条件求出，即 式中，为螺纹中径；h为螺纹牙高度；[p]为螺纹牙表面许用压力，由参考文献[1]表16-2取； 考虑到
8、退刀槽的影响，实际螺纹圈数为 Z’＝Z＋1.5=9.10+1.5=10.6 圆整取Z’=11 螺母高 3） 螺母的其他尺寸 螺母其它尺寸见图3。 其中； 取 ； 取 。 取 图3 4） 螺母与底座的配合 螺母压入底座上的孔内，圆柱面配合常采用H8/r7或H8/n7。这里选取H8/r7； 为了安装简便，应在螺母下端和底座孔上端加工出倒角； 为了防止螺母转动，还应安置紧定螺钉，其直径取M8. 3. 螺杆的稳定性验算 计算螺杆柔度时，螺杆最大受压长度l可按将重物举到最大起升高度后，托杯底面到螺母中部的高度计算，即； 查参考文献[1]表16-4，
9、 因为45号钢属于优质碳素结构钢，故不必校核其稳定性，满足稳定性要求 4. 托杯的设计与计算 托杯用来承托重物，可用铸钢铸成（ZG35或ZG45），也可用碳钢模锻制成（Q235），这里选取材料为Q235；其结构尺寸见图4。 图4 其中； 取 取 为了使其与重物接触良好，防止重物滑动，在托杯上表面制出切口和沟纹。为了防止托杯从螺杆端部脱落，在螺杆上端应装置挡板。直径的配合可取H11/a11。 当螺杆转动时，托杯和重物都不转动。因此，在起重时，托杯底部与螺杆的接触面间有相当滑动。为了避免过快磨损，一方面需要润滑，另一方面要限制接触面间的压力，
10、其许用压力可取为[P]=15~20MPa，由此可确定托杯直径为 取[P]=20MPa， 则 ∴选取 5. 手柄设计与计算 1） 材料 手柄的材料常用Q235和Q255；这里选用Q235。 2） 手柄长度 扳动手柄的转矩（图5）必须克服螺纹副的螺纹力矩和螺杆与托杯间的摩擦力矩，即 ，则 式中，K为施加于手柄上的臂力，间歇工作时约为150～250N。 在有润滑的条件下，摩擦系数＝0.05~0.08。 ∴取1200mm 手柄计算长度是螺杆中心到人手施力点的距离。考虑螺杆头部尺寸及手握长度，取手柄实际长度mm，但不应超过千斤顶的最小高度，当所需长度超过千
11、斤顶最小高度时，使用时可在手柄上另加套管。 ∴ 图5 3） 手柄直径 手柄直径 把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定直径，其强度条件为 则， 式中，为材料的许用弯曲应力，对于Q235和Q255的手柄， ＝120MPa。 ∴= 取 图6 4） 手柄结构 手柄插入螺杆上端的孔中，为防止手柄从孔中滑出，在手柄两端应加上挡环，并用螺钉或铆钉固定，其结构见图6。 6. 底座设计 底座常用铸铁（HT100或HT150），铸件的壁厚不应小于8
12、～10mm。为了增加底座的稳定性，底部尺寸应大些，因此，可按1：5的锥度设计，如图7所示。 图中 ； ； ;取 =88mm; 取=90mm; 式中，为底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取＝2～2.5MPa 图7 7、千斤顶的效率 （一般＜0.3） ∴ 矩形螺纹 配合：H8/h8 螺杆材料： 45钢 σs=353 MPa 螺距P=8mm; 螺纹牙高度h=4mm; 螺杆
13、直径d=40mm； 中径； 小径； 符合自锁条件 退刀槽 直径：31.84mm； 宽度：12mm 满足强度条件 螺母材料为: 青铜 D=68mm a=29mm; 圆柱面配合H8/r7 螺钉直径M8
14、 =324mm 满足稳定性 托杯材料为Q235 =1200mm =1297mm 参考文献 [1]陈东祥. 机械制图及CAD基础 [M]. 北京: 机械工业出版社,2004 [2]中国机械工程学会中国机械设计大典编委会.机械设计大典.西科学技术出版社 [3]张策. 机械原理与机械设计(第二版)[M]. 北京: 机械工业出版社 - 11 -
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