精品中职 机械基础（汽车专业）案例17 螺旋千斤顶的设计.docx

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1、螺旋千斤顶的设计千斤顶一般由底座、螺杆、螺母、托杯、手柄等零件所组成。螺杆在固定螺母中旋转，并上下升降，把托杯上的重物举起或放落。设计时某些零件的主要尺寸是通过理论计算确定的，其它结构尺寸则是根据经验公式或制造工艺决定的，必要时才进行强度验算。设计的原始数据是：最大起重量F=30(kN)和最大提升高度H=I70(mm)。计算及说明结果1、螺杆的设计与计算1.1、 螺杆螺纹类型的选择螺纹有矩形、梯形与锯齿形，常用的是梯形螺纹。梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角=30º,梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动；它的基本牙形按GB/T5796.12005的规定。根据螺旋千斤顶要较强的自锁性选择自

2、锁性较好的梯形螺纹。1.2、 螺杆材料的选取螺杆材料常用Q235、Q275、40钢、45钢、55钢等。螺杆承受重载，可初选螺杆的材料为45钢。最后根据强度条件来验证确定最终材料。1.3、 确定螺杆基本尺寸(1)螺杆公称直径d：估计螺杆公称直径为30mm左右，根据手册表3-7可知螺距p、螺母为整体式、磨损后间隙不能调整可得o根据为梯形螺纹h=0.5p由螺纹副材料为钢对青铜，滑动速度为低速，根据表6.5根据公式(6.20)d2=25.24mm,再根据手册的表3-7取标准公称直径d,并检验螺距P满足条件。再根据手册的表3-8查的：(2)螺杆中径d2=d-2.5(3)螺杆小径d1=d-5.5根据经验公

3、式可知(4)手柄孔径dk由手柄直径CIP决定，dkdp+O.5mm(5)螺纹退刀槽d4的直径比螺杆小径d1小约0.20.5mm(6)退刀槽宽度取1.5p(7)螺杆上支撑手柄的大径D13=18d(8)螺杆上支撑手柄的大径高度取15d(9)螺杆下端挡圈直径D=d+(6I0)mm再由设计手册的表5-3取标准件(10)下端挡圈厚度I1由表5-3取标准件5mm(11)螺杆下端与挡圈靠螺钉固定，螺钉孔直径为0.25C1(12)螺杆总长度为H1+H(13)螺杆上所有倒角根据手册表1-28可知(14)螺杆上超过支撑手柄大径的高度可取比托杯下端厚度厚34mm1.4、 自锁验算(1)根据表6.7,螺纹副材料为钢对

4、青铜(定期润滑)可知螺纹副的当量摩擦系数V(2)根据当量摩擦角定义可知v=arctanv(3)根据自锁条件V,且螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1,可得中径升角1.5、 螺杆强度计算(1)根据公式(2)由手册表2-7知螺杆材料45钢的屈服强度s(3)由表6.6可知螺杆许用应力6=65/4(4)根据第四强度理论参考公式(6.23)可知螺杆受的应力二，满足强度01.6、 稳定性计算(1)由手册表1-6查的螺杆材料弹性模量E(2)根据公式I=(3)螺杆为一端较支，一端移动，可知长度系数(4)根据经验可取举起重物后托杯底面到螺母中部的高度1=H+5p+1.5d(5)螺杆危险截面的惯性半径(6)根据公

5、式s=7可得螺杆柔度s=42.*40需要强度校核。(7)由公式(6.24)螺杆稳定临界载荷FCf=115.84kN根据稳定性条件凡rF=3.862.502、螺母设计与计算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。可初选材料为2CuA110Fe32.2、确定螺母基本参数(1)由经验公式H=d2初步确定螺母高度H(2)根据初步选定的螺母高度根据公式U=HP=7.65求得螺纹工作圈数，再考虑退刀槽的影响，实际螺纹圈数U=u+15=9.15最后对u圆整得u=9,满足圈数不大于10的要求。(3)根据求得的螺母实际圈数由式H=up求得螺母高

6、度(4)由于螺杆与螺母配合，可知螺母公称直径D由经验公式可知：(5)螺母下端外径D3=18D(6)螺母上端台阶外径D4=1.4D3(7)螺母上端台阶高度a=II/3(8)为了安装简便螺母上端和下端倒角均为45(9)螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面间的配合常采用(10)为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为612mm.2.3、校核螺纹牙强度螺纹牙剪切强度校核：(1)螺纹牙底宽度t1=0.634p(2)相旋合螺纹圈数Z=H/p(3)根据设计手册表3-8可知螺母螺纹大径d=d+0.5(4)根据表6.6可知螺母的许用剪切应力=3040N俗(5)由公式6.21螺纹

7、剪切强度=11.75Mpa螺纹牙弯曲强度校核：(1)根据表6.6可知螺纹的许用弯曲强度。b=4060Mpa(2)根据公式6.22螺纹弯曲强度Ob=27.8MPab螺纹副耐磨性校核：(1)根据表6.5可知螺纹副的许用压强P=1825Mpa(2)根据公式6.19螺纹副压强P=16.65MpaP3、托杯的设计与计算3.1、托杯材料与尺寸的确定(1)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。(2)根据经验托杯上圆壁厚度取IOmm(3)为了使托杯与重物接触良好和防止与重物之间出现相对滑动,在托杯上表面均匀的布置4个缺口其宽度取1.56,高度取2(4)托杯上表面圆直径D1

8、0=2.5d(5)托杯高度取1.5d(6)托杯下端圆直径D12应该比螺杆大端直径D13小24mm下端壁厚取1.36(7)下端开有螺杆通孔其直径DI1=(0.60.7)d(8)为了防止托杯从螺杆端部脱落，在螺杆上端应装有挡圈，并用螺钉连接，螺钉直径为(0.广0.2)d,挡圈根据设计手册表5-3和托杯下端直径选标准值3.2、强度验算当螺杆转动时，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。根据公式，再根据表6.5可查得许用压强回4、手柄的设计与计算3.1、手柄材料及基本尺寸的确定(1)手柄常用材

9、料Q235和Q215,选用Q235(2)加于手柄上一个工人的臂力K,间歇工作时，约为150250N,工作时间较长时为100150No(3)螺旋副间的摩擦阻力矩(4)根据手册查表1-10可知托杯与螺杆上表面摩擦因数f(5)托杯与轴端支承面的摩擦力矩72=(D12+D11)1774(6)根据扮动手柄时的力矩平衡方程Kp=71+72得。手柄计算长度功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/2+(50150)mm(7)材料为Q235时手柄材料许用弯曲应力F=120Mpao(8)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=WF可知dp2=

10、20.3mm(9)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，挡环直径应比手柄直径大(610)mm挡环厚度取(46)mm,根据手册表5-3选B型标准件。(10)挡圈与手柄用螺钉连接，根据手册表5-3知螺钉类型5、底座的设计与计算5.1、底座材料及基本尺寸的确定(1)底座材料常用铸铁(HTI50及HT200)选用HTI50(2)铸件的侧壁厚不应小于812mm,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。(3)底座厚度取1.3(4)从底座下端到螺纹通孔高度H1应比最大提升高度H高(1428)mm(5)螺纹通孔段高度为螺纹总高度H-螺纹台阶高度a(6)螺纹通孔内径D6应该比螺纹外径D3大(510)mm(7)底座下端孔内径D7=D6+H1/5(8)底座下枕垫物的许用挤压应力p,对于木材取p=22.5MPa(9)底座下端外径D8二(10)过渡处倒角半径根据手册表1-27可知