机械设计千斤顶设计.doc

机制081 胡凯雷 3080611009
5—11 设计简单千斤顶的螺纹和螺母的主要尺寸。起重量为20000N,起重高度为150mm,材料自选。
解:1.、螺杆的设计与计算
(1)选用材料。
螺杆材料选用45号钢, =300MPa。查表确定需用[p]=15MPa。
(2)确定螺纹牙型。
梯形螺纹的工艺性好,牙根强度高,对中性好,本设计采用梯形螺纹。
(3)按耐磨性计算初选螺纹的中径。
因选用梯形螺纹且螺母兼作支承,故取=2.5,根据教材式(5--43)得
mm
(4)按螺杆抗压强度初选螺纹的内径。
根据第四强度理论,其强度条件为
但对中小尺寸的螺杆,可认为,所以上式可简化为
式中,A为螺杆螺纹段的危险截面,A=;S为螺杆稳定性安全系数,对于传力螺纹,S=3.5—5.0;对于传导螺旋,S=2.5—4.0;对于精密螺杆或水平,S>4.本千斤顶取值S=5.故
mm
(5) 综合考虑,确定螺杆直径.
比较耐磨性计算和抗压强度计算的结果,可知本例螺杆直径的选定应以抗压强度计算的结果为准,按国家标准GB/T5796—1986选定螺杆尺寸参数:公称自径 d=24mm,螺纹外径;螺纹内径;螺纹中径;螺纹线数n=1,螺距P=5mm.
(6) 校核螺旋的自锁能力。
对传力螺纹传动来说,一般应确保自锁性要求,以避免事故.本螺旋的材料为钢,螺母的材料为青铜,钢对青铜的摩擦系数f=0.09(查<<机械设计手册>>).因梯形螺纹牙型角=,,所以
因,可以满足自锁要求.
注意:若自锁型不足,可增大螺杆直径或减小螺距进行调整.
(7) 螺纹牙的强度计算.
由于螺杆材料强度一般远大于螺母材料强度,因此只需要校核螺母螺纹的牙根强度.
(8)螺杆的稳定性计算.
当轴向压力大于某一临界值时,螺杆会发生测向弯曲,丧失稳定性.
取B=40mm, 则螺杆的工作长度
螺杆危险截面的惯性半径
螺杆的长度系数:按一端自由,一端固定考虑,取
螺杆的柔度:
因此本例螺杆40<<100,为中柔度压杆,其失稳时的临界载荷按欧拉公式计算得
所以满足稳定性要求.
2、螺母的设计与计算
(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,次选青铜。此螺母要兼作支撑,因选,所以
取为54mm.螺纹圈数计算:
螺纹圈数最好不要超过10圈,因此宜作调整.
一般手段是在不影响自锁性要求的前提下,可适当增大螺距P,而本螺杆直径的选定以抗压强度计算结果为准,耐磨性已相当富裕,所以可适当减低螺母高度.
现取螺母高度H=50mm,则螺纹圈数z=10,满足要求.
(2) 螺纹牙的强度计算.
根据教材表5—13,对于青铜螺母30—40MPa,这里取=30MPa,由教材式(5--50)得螺纹牙危险截面得剪切应力为
满足要求.
螺母螺纹根部一般不会弯曲折断,通过可以不进行弯曲强度校核.
(3)安装要求
螺母压入底座上的孔内,圆柱接触面问的配合常采用或等配合。为了安装简便,需在螺母下端和底座孔上端做出倒角。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6~12mm。
螺母的相关尺寸计算
查手册D=d+1=25mm
内螺纹小径D1=d-7=17mm
D3= (1.6~1.8)D
=1.7×25
D4= (1.3~1.4)D3
=1.3×43
H=54mm
a=H/3=54/3=18mm
3、托杯的设计与计算
托杯用来承托重物,可用铸钢铸成,也可用Q235钢模锻制成。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。
≤[p] (式1-1)
式中:[p]——许用压强,应取托杯与螺杆材料[p]的小者。
D10=(2.4~2.5)d
=2.4524
D11=(0.6~0.7)d=0.6524
D13=(1.7~1.9)d=1.824
D12=D13-(2~4)
故 ≤[]
=
4、手柄设计与计算
.1、手柄材料
常用Q235和Q215。
2、手柄长度Lp
板动手柄的力矩:
K·Lp=T1+T2
则 (式1-2)
式中:K——加于手柄上一个工人的臂力,间歇工作时,约为150~250N,工作时间较长时为100~150N。
T1——螺旋副间的摩擦阻力矩,
=20×103tan(5.32°+3.15°) ×
T2——托杯与轴端支承面的摩擦力矩,
T2 = (D12+D11) f F/4。 (f查手册取0.06)
=(40+16) ×0.06×20/4
则
=
手柄计算长度Lp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+(50~150)mm。手柄实际长度不应超过千斤顶,使用时可在手柄上另加套管。
因此,手柄实际长度=++55
3、手柄直径dp
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
≤[s]F (式1-3)
故 dp≥
≥=28.33mm
dp取30mm
式中:[s]F——手柄材料许用弯曲应力,
当手柄材料为Q215和Q235时,[s]F=120Mpa。
5. 底座设计
底座材料常用铸铁(HT150及HT200),铸件的壁厚δ不应小于8~12mm,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1―7
图中
H1= +(14~28)mm =150+20=170mm
H-a=54-18=36mm
D=d+1(查手册) =24+1
D6=D3+(5~10)mm =43+6
D7=D6+=49+
D8=
=
式中:[s]p——底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材,取[s]p=2~2.5MPa。
参考文献
[1]邱宣怀.机械设计[M].北京:高等教育出版社,1997.
[2]孙维连,魏凤兰.工程材料[M].北京:中国农业大学出版社,2006.
[3]于惠力.机械设计[M].科学出版社,2007.
[4]吴宗泽.机械设计课程设计手册[M].北京:高等教育出版社,2006
[5]濮良贵,机械设计第八版,高等教育出版社。