螺旋起重器(千斤頂)設(shè)計(jì)任務(wù)書

1、螺旋起重器(千斤頂)設(shè)計(jì)任務(wù)書 題 目： 螺旋起重器的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 王欣 學(xué) 號(hào)： 12125736 指導(dǎo)教師： 傅燕鳴 專 業(yè)： 機(jī)械工程與自動(dòng)化 上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院設(shè)計(jì)期限：2014年9月18日 2014年10月16日螺旋起重器（千斤頂）設(shè)計(jì)任務(wù)書目錄設(shè)計(jì)目的1設(shè)計(jì)步驟及注意事項(xiàng)11.螺桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算21.1螺桿螺紋類型的選擇21.2選取螺桿的材料21.3確定螺桿直徑21.4自鎖驗(yàn)算31.5結(jié)構(gòu)31.6螺桿強(qiáng)度計(jì)算41.7穩(wěn)定性計(jì)算42.螺母的設(shè)計(jì)與計(jì)算52.1.選取螺母材料52.2.確定螺母高度及螺紋工作圈數(shù)52.3.校核螺紋牙強(qiáng)度52.4.螺母外徑的計(jì)算63.托杯的設(shè)計(jì)與

2、計(jì)算74.手柄的設(shè)計(jì)與計(jì)算84.1.手柄材料84.2.手柄長(zhǎng)度84.3.手柄直徑85.底座的設(shè)計(jì)及計(jì)算96.其他97.效率計(jì)算9設(shè)計(jì)過程及說明設(shè)計(jì)結(jié)果設(shè)計(jì)目的（1） 熟悉螺旋傳動(dòng)的工作原理，掌握螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)過程和方法，培養(yǎng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力，初步了解機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序。（2） 學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)獨(dú)立解決工程實(shí)際問題的能力。（3） 培養(yǎng)查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)及有關(guān)技術(shù)資料和正確使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、一般規(guī)范的能力，為課程設(shè)計(jì)及解決機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)際問題打下一定基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)步驟及注意事項(xiàng)圖 1 螺旋千斤頂1托杯； 2螺釘； 3手柄； 4檔環(huán)； 5螺母；6緊定螺釘； 7螺桿； 8底座； 9檔環(huán)設(shè)計(jì)過程及說明設(shè)計(jì)

3、結(jié)果如上圖所示，螺旋起重器（千斤頂）由螺桿、底座、螺母、手柄和托杯等組成。通過轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使螺桿在固定的螺母中邊旋轉(zhuǎn)、邊相對(duì)底座上升或下降，從而能把托杯上的重物舉起或放落。裝在螺桿頭部的托杯應(yīng)能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿下端設(shè)置安全擋圈，以防止螺桿全部旋出。螺桿千斤頂應(yīng)具有可靠的自鎖性能。在進(jìn)行螺旋起重器設(shè)計(jì)時(shí)，有些零件（如螺桿和螺母）的主要尺寸是通過理論計(jì)算確定的；有些零件的尺寸是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)需要和工藝條件決定的；還有一些零件是按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格選出的。后兩種情況，必要時(shí)要進(jìn)行相應(yīng)的強(qiáng)度校核。1.螺桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算1.1螺桿螺紋類型的選擇螺紋有矩形、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

4、，牙形角=30º，梯形螺紋的內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動(dòng)；它的基本牙形按GB/T5796.12005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=30º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Q275。1.2選取螺桿的材料螺紋中徑按螺母螺紋牙面的耐磨性計(jì)算，對(duì)于梯形螺紋或矩形螺紋，h=0.5P，則有0.8。式中，=1.5，螺母材料為鑄鋁青銅，故取=20MPa。對(duì)于梯形螺紋，可根據(jù)d2的計(jì)算值查表4-5及表4-6確定螺桿的標(biāo)準(zhǔn)中徑d2、大徑d、小徑d3，螺母的標(biāo)準(zhǔn)中經(jīng)D2（=d2）、大徑D4、小徑D1、以及螺距

5、P。1.3確定螺桿直徑螺桿螺紋中徑，根據(jù)求得的此螺紋中徑，查表GB/T5796.32005?。郝輻U的標(biāo)準(zhǔn)中徑，大徑，小徑。螺母的標(biāo)準(zhǔn)中徑，大徑，小徑。螺距。1.4自鎖驗(yàn)算自鎖條件是v式中：為螺紋中徑處升角；v為摩擦角（非矩形螺紋應(yīng)為當(dāng)量摩擦角v=tan-1fv，為保證自鎖，螺紋中徑處升角至少要比摩擦角小1°，即vl°。f取0.08。符合自鎖條件。1.5結(jié)構(gòu)螺桿上端用于支承托杯1并在其中插裝手柄3，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，dkdp十0.5mm。由后面的計(jì)算可知手柄的直徑dp=24mm，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

6、d4應(yīng)比螺桿小徑d1小。退刀槽的寬度可取為b=1.5P=9mm。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(shí)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。1.6螺桿強(qiáng)度計(jì)算螺桿工作時(shí)，扭矩產(chǎn)生剪應(yīng)力，軸向力產(chǎn)生正應(yīng)力。按第四強(qiáng)度理論，危險(xiǎn)剖面的強(qiáng)度按下式進(jìn)行校核：其中，F(xiàn)為螺桿所受的軸向壓力（N）；螺桿所受的扭矩（N·mm），式中為螺紋中徑處升角，為當(dāng)量摩擦角；為螺桿材料的許用應(yīng)力（MPa），由前面可知螺桿的材料是Q275，查表得其屈服強(qiáng)度，所以其許用應(yīng)力，由于千斤頂

7、的載荷是穩(wěn)定的，許用應(yīng)力取最大值有。計(jì)算：則有：，符合強(qiáng)度計(jì)算的條件。1.7穩(wěn)定性計(jì)算細(xì)長(zhǎng)的螺桿工作時(shí)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(yàn)算螺桿的穩(wěn)定性，計(jì)算時(shí)應(yīng)注意正確確定螺桿長(zhǎng)度系數(shù)。當(dāng)螺桿的柔度s40時(shí)，可以不必進(jìn)行穩(wěn)定性校核。長(zhǎng)度系數(shù)=2，螺桿危險(xiǎn)截面的慣性半徑，螺桿工作長(zhǎng)度，則柔度。因此螺桿<8590，為中柔度壓桿，其失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷按歐拉公式計(jì)算如下： 未淬火剛：淬火剛：且，滿足穩(wěn)定性要求2.螺母的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.1.選取螺母材料螺母材料選用ZCuAl10Fe3。2.2.確定螺母高度及螺紋工作圈數(shù)=1.5 H=1.532.5=48.75mm，取整數(shù)H=49mm，螺紋

8、工作圈數(shù)計(jì)算u=8.17。 2.3.校核螺紋牙強(qiáng)度螺紋牙多發(fā)生剪切和擠壓破壞，一般螺母的材料強(qiáng)度低于螺桿，故只需校核螺母螺紋的強(qiáng)度。 由螺紋牙危險(xiǎn)面的剪切強(qiáng)度條件為， 螺紋牙危險(xiǎn)截面的彎曲強(qiáng)度條件為 上式中，b為螺紋牙根部的厚度，對(duì)于梯形螺紋，b=0.65P，L為彎曲力臂，。2.4.螺母外徑的計(jì)算 螺母的外徑D，按螺母懸置部分抗拉強(qiáng)度計(jì)算，考慮螺旋副中摩擦轉(zhuǎn)矩的存在，將軸向載荷增大30%，則拉伸強(qiáng)度校核公式為 式中，為螺母材料的許用拉應(yīng)力，=0.83，為許用彎曲應(yīng)力，見表21-3。D為螺母外徑。解之求得D56.42mm，圓整之后取D=60mm。螺母凸緣支承面上的擠壓強(qiáng)度條件為式中，為螺母材料的

9、許用擠壓應(yīng)力，=1.51.7，為許用彎曲應(yīng)力，見表21-3。D1為螺母凸緣外徑。解之求得D175.89mm，所以近似取D1=76mm。螺母凸緣根部的彎曲強(qiáng)度條件為式中，a為螺母凸緣厚度。解之求的a15.23mm，所以近似取a=16mm。螺母凸緣根部的剪切強(qiáng)度條件為式中，為螺母材料的許用剪切應(yīng)力。由該公式計(jì)算得強(qiáng)度條件完全符合。3.托杯的設(shè)計(jì)與計(jì)算托杯用來承托重物，可用鑄鐵鑄成，也可用Q235鋼模鍛成，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，托杯和重物都不作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，在起重時(shí)托杯底部與螺桿和接觸面間有相對(duì)滑動(dòng)，為了避免過快磨損，一方面需要潤(rùn)滑，另一方面還需要驗(yàn)算接觸面間的壓力強(qiáng)度，托杯的主要尺寸按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算并圓整

10、。S=1.5P=9mm。托杯下端面的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足：4.手柄的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1.手柄材料常選用碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235或Q275。4.2.手柄長(zhǎng)度扳動(dòng)手柄的力矩應(yīng)與阻力矩平衡，即。式中，為扳動(dòng)手柄的里，通常取150200N之間；分別為螺旋副，螺桿端面與托杯之間的摩擦阻力矩，按下式計(jì)算 則考慮螺桿頭部直徑及手握的長(zhǎng)度，手柄的實(shí)際長(zhǎng)度為為了減少起重器的存放空間，一般取實(shí)際手柄長(zhǎng)度不大于起重器的高度，當(dāng)起重量較大時(shí)，可在手柄上套一長(zhǎng)套管以增大力臂，達(dá)到省力的目的。4.3.手柄直徑 手柄直徑按彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)，即 ，式中，為手柄材料的許用彎曲應(yīng)力，按計(jì)算， 取150MPa。5.底座的設(shè)計(jì)及計(jì)算底座材料選用HT150

11、，鑄鐵壁厚其主要尺寸根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式求得。H1=L+(1520)=220mmD8=D+(510)=65mmD9=D8+H1/5=109mm直徑由底面的擠壓強(qiáng)度確定：式中，為接觸面材料的許用擠壓應(yīng)力，木材為24MPa，取2MPa。6.其他1.螺母與底座的配合常用。2.為防止螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)設(shè)緊定螺釘。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.為了減少摩擦，磨損及托杯工作時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)，螺旋副及托杯與螺桿的接觸面均需潤(rùn)滑。7.效率計(jì)算符合效率條件至此，螺旋起重器（千斤頂）設(shè)計(jì)完成。牙形角=30º的單線梯形螺紋螺桿材料：Q275=1.5p=20MPa螺桿尺寸：螺母尺寸：P=6mm符合自鎖條件b=9mmT=105136.5N·mm，符合強(qiáng)度計(jì)算的條件i=7.25m