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千斤頂詳細(xì)設(shè)計

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千斤頂 詳細(xì) 設(shè)計
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千斤頂 <設(shè)計計算說明書> 學(xué)院 機(jī)電與能源工程分院 姓名 學(xué)號 班級 螺旋千斤頂設(shè)計過程 千斤頂一般由底座1,螺桿4、螺母5、托杯10,手柄7等零件所組成(見圖1―1)。螺桿在固定螺母中旋轉(zhuǎn),并上下升降,把托杯上的重物舉起或放落。 設(shè)計時某些零件的主要尺寸是通過理論計算確定的,其它結(jié)構(gòu)尺寸則是根據(jù)經(jīng)驗公式或制造工藝決定的,必要時才進(jìn)行強(qiáng)度驗算。 設(shè)計的原始數(shù)據(jù)是:最大起重量F=20KN和最大提升高度H=150mm。 螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計步驟如下: 計算項目 計算及說明 計算結(jié)果 1.螺桿的設(shè)計與計算 1.1螺桿螺紋類型的選擇 1.2選取螺桿的材料 1.3確定螺桿直徑 螺紋有矩形、梯形與鋸齒形,千斤頂常用的是梯形螺紋。 梯形螺紋牙型為等腰梯形,牙形角α=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/T5796.1—2005的規(guī)定。千斤頂?shù)淖枣i行能要好,所以用單線螺紋。 因此選用的螺桿螺紋是牙形角α=30的單線梯形螺紋。 螺桿材料常用Q235、Q275、40、45、55等。 在此選用的是55鋼。 按耐磨性條件確定螺桿中徑d2。求出d2后,按標(biāo)準(zhǔn)選取相應(yīng)公稱直徑d、螺距t及其它尺寸。 計算過程: 滑動螺旋的耐磨性計算,主要是限制螺紋工作面上的壓力p,使其小于材料的許用壓力[p]。 F(KN):作用域螺桿的軸向力 A()螺紋承壓面積 ()螺紋的中徑 h()螺紋的高度 P()螺紋的螺距 H()螺母的高度 由于,所以有; 對于等腰梯形螺紋,,有,一般取1.2~3.5,所以此處取2.5 因為千斤頂?shù)穆輻U與螺母的相互運(yùn)動是低速滑動,所以兩者的材料均選為鋼,由查表可知,許用壓力[p]取為10MPa。 牙形角α=30的單線梯形螺紋 螺桿材料:55鋼 =2.5 [p]=10MPa 計算項目 計算及說明 計算結(jié)果 1.4自鎖驗算 螺桿螺紋中徑,根據(jù)求得的此螺紋中徑,查表GB/T5796.2—1986和表GB/T5796.3—1986有: 公稱直徑,螺距,螺桿小徑,螺桿中徑,螺母大徑,螺母小徑,螺母中徑,螺母高度,旋合圈數(shù)。 自鎖條件是y≤jv 式中:y為螺紋中徑處升角;rv為當(dāng)量摩擦角(當(dāng)量摩擦角rv=arctanmv,為保證自鎖,螺紋中徑處升角至少要比當(dāng)量摩擦角小1)。 :當(dāng)量摩擦系數(shù);:摩擦系數(shù);:牙側(cè)角,。 摩擦系數(shù)由查表可知,,由于千斤頂?shù)倪\(yùn)動速度是很低的,所以摩擦系數(shù)按起動時區(qū)最大值0..17。 至少為,所以有,符合自鎖條件。 螺桿尺寸: P=8mm 螺母尺寸: 符合自鎖條件 計算項目 計算及說明 計算結(jié)果 1.5結(jié)構(gòu)(見圖1―2) 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,dk≥dp十0.5mm。由后面的計算可知手柄的直徑=25mm,所以。 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0.2~0.5mm。。 退刀槽的寬度可取為1.5P=12mm。 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。 1.5P=12mm 計算項目 計算及說明 計算結(jié)果 1.6螺桿強(qiáng)度計算 對受力較大的螺桿應(yīng)根據(jù)第四強(qiáng)度理論校核螺桿的強(qiáng)度。強(qiáng)度計算方法參閱教材公式(6.23),其中扭矩,式中為螺紋中徑處升角,為當(dāng)量摩擦角。 對受力較大的螺桿應(yīng)根據(jù)第四強(qiáng)度理論交合螺桿強(qiáng)度: 或 F(N)螺桿所受的軸向壓;A():螺桿螺紋的危險截面面積; ():螺桿螺紋段的抗扭截面系數(shù);(mm)螺桿螺紋小徑;T();[s](MPa):螺桿材料的許用應(yīng)力,由前面可知螺桿的材料是55號鋼,查表得其屈服強(qiáng)度,所以其許用應(yīng)力,由于千斤頂?shù)妮d荷是穩(wěn)定的,許用應(yīng)力取最大值有。 計算: 則有: ,符合強(qiáng)度計算的條件。 ,符合強(qiáng)度計算的條件。 計算項目 計算及說明 計算結(jié)果 1.7穩(wěn)定性計算 2. 螺母設(shè)計與計算 2.1選取螺母材料 細(xì)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。Fcr / F 2.5 ~ 4。螺桿的臨界載荷Fcr與柔度λs有關(guān),λs=m l/i,m為螺桿的長度系數(shù),與螺桿的端部結(jié)構(gòu)有關(guān),l為舉起重物后托杯底面到螺母中部的高度,可近似取l=H+5P+(1.4~1.6)d,i為螺桿危險截面的慣性半徑,若危險截面面積A=pd12/4,則(I為螺桿危險截面的軸慣性矩),當(dāng)螺桿的柔度λs<40時,可以不必進(jìn)行穩(wěn)定性校核。計算時應(yīng)注意正確確定。 臨界載荷,E(MPa):螺桿材料的拉壓彈性模量,;I():螺桿危險截面的慣性矩,。 該千斤頂一螺母座位支承時,作不完全固定支承,另一端有徑向和軸向約束,為固定支承,所以端部職稱情況是一端固定,一端不完全固定。因此。 ; , ,所以經(jīng)過計算螺桿穩(wěn)定。 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。該千斤頂螺母材料采用45號鋼。 ,所以螺桿穩(wěn)定。 螺母材料:45鋼 計算項目 計算及說明 計算結(jié)果 2.2確定螺母高度H及螺紋工作圈數(shù)u 2.3校核螺紋牙強(qiáng)度 螺母高度H=φd2,螺紋工作圈數(shù),考慮退刀槽的影響,實(shí)際螺紋圈數(shù)u = u+1.5(u應(yīng)圓整)。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。螺母高度由下式計算:H= ut。 ,,實(shí)際螺紋圈數(shù),實(shí)際螺母高度。 一般螺母的材料強(qiáng)度低于螺桿,故只校核螺母螺紋牙的強(qiáng)度。螺母的其它尺寸見圖1―3。必要時還應(yīng)對螺母外徑D3進(jìn)行強(qiáng)度驗算。 如圖有: 螺紋牙多發(fā)生剪切和擠壓破壞,一般螺母的材料強(qiáng)度 低于螺桿,股只需校核螺母的螺紋牙強(qiáng)度。 假設(shè)螺母每圈螺紋 所承受的平均壓力為,并作用 再螺紋中徑為直徑的圓周上,則螺紋牙危險截面的剪切強(qiáng) 度條件為,螺紋牙危險截面的彎曲強(qiáng)度 條件為。式中:b(mm):螺紋牙根部 的厚度,對于梯形螺紋; l(mm):彎曲力臂,; (MPa)螺母材料的許用切應(yīng)力,螺母材料為45號鋼, 計算項目 計算及說明 計算結(jié)果 查表可知:;(MPa):螺母材料的許用彎曲應(yīng)力,查表可知:。 計算:,符合剪切強(qiáng)度條件; ,符合彎曲強(qiáng)度條件。 ,符合剪切強(qiáng)度條件。 ,符合彎曲強(qiáng)度條件。 計算項目 計算及說明 計算結(jié)果 2.4螺母與底座孔配合 3. 托杯的設(shè)計與計算 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。為了安裝簡便,需在螺母下端(圖1―3)和底座孔上端(圖1―7)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1―1),緊定螺釘直徑常根據(jù)舉重量選取,一般為6~12mm。 緊定螺釘選擇的是(GB/T71—1985). 托杯用來承托重物,可用鑄鋼鑄成,也可用Q235鋼模鍛制成,其結(jié)構(gòu)尺寸見圖1―4。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。 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(qiáng)度。 ≤[p] 如圖計算各尺寸: 厚度; [p]為許用壓強(qiáng),取托杯和螺桿材料[p]中較小的一個,螺桿[p]=380MPa,托杯[p]=235MPa; 根據(jù)結(jié)構(gòu), 所以進(jìn)行強(qiáng)度計算有: 滿足強(qiáng)度條件。 緊定螺釘: 托杯材料:Q235 螺桿:[p]=380MPa 托杯:[p]=235MPa ,滿足強(qiáng)度條件。 計算項目 計算及說明 計算結(jié)果 4. 手柄設(shè)計與計算 4.1手柄材料 4.2手柄長度Lp 常用Q235和Q215。該千斤頂采用的是Q215。 板動手柄的力矩:KLp=T1+T2,則式中:K——加于手柄上一個工人的臂力,間歇工作時, 約為150~250N,工作時間較長時為100~150N。 T1——螺旋副間的摩擦阻力矩, T2——托杯與軸端支承面的摩擦力矩, T2 = (D12+D11) f F/4。 手柄材料:Q215 計算項目 計算及說明 計算結(jié)果 4.3手柄直徑dp T1——螺旋副間的摩擦阻力矩, T2——托杯與軸端支承面的摩擦力矩, T2 = (D12+D11) f F/4。 手柄計算長度Lp是螺桿中心到人手施力點(diǎn)的距離,考慮螺桿頭部尺寸及工人握手距離,手柄實(shí)際長度還應(yīng)加上+(50~150)mm。手柄實(shí)際長度不應(yīng)超過千斤頂,使用時可在手柄上另加套管。 手柄的實(shí)際長度是 把手柄看成一個懸臂梁,按彎曲強(qiáng)度確定手柄直徑dp,其強(qiáng)度條件為 計算項目 計算及說明 計算結(jié)果 4.4結(jié)構(gòu) ≤[s]F 或為 dp≥ 式中:[s]F——手柄材料許用彎曲應(yīng)力,當(dāng)手柄材料為Q215和Q235時,[s]F=120Mpa。 計算: 所以手柄的直徑。 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1―6),并用螺釘或鉚合固定。因為手柄的精度要求不高,如圖計算選用的螺釘為(GB/T68-2000),而擋環(huán)尺寸為D=38mm,厚H=5mm。 [s]F=120Mpa。 螺釘: 當(dāng)環(huán)尺寸:D=38mm,厚H=5mm。 計算項目 計算及說明 計算結(jié)果 5. 底座設(shè)計 底座材料常用鑄鐵(HT150及HT200)(圖1―7),鑄件的壁厚δ不應(yīng)小于8~12mm,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1∶10的斜度。 圖中: (為底座下枕墊物的許用擠壓應(yīng)力。對于木材,?。? 計算: 關(guān)于螺旋千斤頂結(jié)構(gòu)設(shè)計等的補(bǔ)充說明: (1) 螺母與底座的配合常用或等; (2) 為防止螺母轉(zhuǎn)動,應(yīng)設(shè)緊定螺釘,直徑常取M6~M12,根據(jù)起重大小決定; (3) 為防止托杯脫落和螺桿旋出螺母,在螺桿上下兩端安裝安全擋圈; (4) 連接螺釘,擋圈,擋環(huán)的規(guī)格尺寸按結(jié)構(gòu)需要選取或設(shè)計; (5) 為減少摩擦、磨損及托杯工作時不轉(zhuǎn)動,螺旋副及托杯與螺桿的接觸面均需潤滑; (6) 裝配圖尺寸標(biāo)注應(yīng)包括特性尺寸(如最大起落高度)、安裝尺寸、外形尺寸(總廠、總寬、總高)和派和尺寸等; (7) 圖面應(yīng)注明技術(shù)特性及技術(shù)要求; (8) 圖紙規(guī)格應(yīng)符合之徒規(guī)定,繪圖要按國家標(biāo)準(zhǔn),標(biāo)題欄和明細(xì)表的格式應(yīng)符合要求,詳見課程設(shè)計教材,或采用學(xué)生用標(biāo)題欄及明細(xì)表格式; (9) 設(shè)計計算說明書應(yīng)在全部計算及圖紙完成后進(jìn)行整理編寫。 參考資料 [1]楊 玲.螺旋千斤頂作業(yè)指導(dǎo)書.西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院,2009. [2]濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(第八版).高等教育出版社,2006. [3]郭愛蓮.新編機(jī)械工程技術(shù)手冊.經(jīng)濟(jì)日報出版社,1992. [4]邱宣懷.機(jī)械設(shè)計(第四版).高等教育出版社,1997. [5]吳宗澤,羅圣國.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊(第三版). 高等教育出版社,2006. [6]簡單千斤頂設(shè)計說明書.浙江大學(xué),2008. [7]大連理工大學(xué)工程畫教研室.機(jī)械制圖. 高等教育出版社,2003.8. - 18 -
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