设计计算书_刘攀_2013010558教程.docx

螺旋千斤顶设计说明书 机械34班 刘攀 2013010558 设计需求 设计一螺旋千斤顶，需满足： 起重量：50kN，最大升距：300mm。 具体设计过程 滑动螺旋副设计 螺旋类型选择 螺旋起重器主要是传力机构，以较小的转矩产生较大的轴向力，并带有自锁性能，以实现对重物的起重要求。常用于传力或传动的螺纹类型有矩形螺纹和梯形螺纹，由于矩形螺纹的牙型精确制造困难，对中性差，压根强度差，磨损后无法补偿，牙型无标准等缺点，而梯形螺纹具有的牙型角，牙根强度高，加工工艺性好，对中性好，不易松动等优点，因此选择使用单头梯形螺纹。 螺杆、螺母材料选择 所需设计千斤顶最大载荷为，最大升程为，由此可知，螺旋副属于高载、低转速的类型，查教材表2-38，可选择螺杆材料为45钢，螺母材料为。 耐磨性计算以及尺寸选择 耐磨性校设计公式： 为螺杆中径，为最大载荷，为螺距，为高径比，为许用压力，为螺纹高度。 查教科书表2-39，钢-青铜组合，低速，选择许用压力， 摩擦系数。 初选高径比为，且对于梯形螺纹，有。 代入公式有： 选择公称直径：，螺距； 对应外螺纹中径，外螺纹小径，内螺纹中径，内螺纹小径。 图1 螺纹 自锁性验核 单头螺纹，线数，梯形螺纹牙型角。 则螺旋升角 当量摩擦角 由于，所以满足自锁性能要求。 计算螺母高度和旋合圈数 螺母高度，且，则有： 旋合圈数，圆整取，， 螺母高度为， 修正高径比。 强度计算 螺杆强度校核 螺杆强度校核公式： 梯形螺纹牙型角，当量摩擦角，螺纹升角。 螺杆所受转矩： 再代入校核公式有： 因螺杆材料钢，查机械设计手册，屈服强度， 许用应力查教科书表得：， 故，满足强度条件。 螺母螺纹牙强度校核 由上述计算得到，旋合圈数；对于梯形螺纹；大径。查表2-40，得到螺母许用弯曲应力，许用剪切应力。 则螺纹牙危险截面（根部）的剪切强度： 齿根的弯曲强度： 故螺母螺纹牙的剪切和弯曲强度条件都满足。 螺杆稳定性计算 千斤顶结构为一端固定，一段自由，所以长度系数，有效长度可取约，故可计算柔度，查表2-41得到临界压力的计算公式： 计算安全系数， 满足稳定性要求，即最大载荷下不会失稳。 计算传递效率 螺母设计 上述关于螺旋副的计算已经得到： 螺母公称直径，小径，中径， 旋合长度，旋合圈数。 图2 螺母 螺母外径及凸缘设计 失效形式：螺母悬置部分（非凸缘部分）截面积最小，为危险界面，可能受拉应力作用失效。故应满足的强度条件为： 为悬置部分外径。 螺母的材料为青铜，查教科书表2-40得，螺母的许用弯曲应力，带入上述公式： 故可取，凸缘部分外径，凸缘部分长度。 螺母强度校核 螺母材料为青铜，查表2-40得，螺母许用弯曲应力， 许用挤压应力，许用剪切应力 凸缘根部弯曲应力及强度条件 凸缘根部可近似看做悬臂梁，可能在弯矩作用下发生弯曲断裂失效。 故应满足： 代入相关数据： 满足要求。 凸缘支承面上的挤压应力及强度条件 凸缘支撑面可能受底座作用发生压溃失效，故应满足： 代入相关数据： 满足要求。 凸缘根部剪切应力及强度条件 凸缘根部可能发生剪切失效，故应满足： 代入相关数据： 满足要求。 托杯设计 图3 托杯 托杯材料选择H275。 托杯可能的失效形式为挤压破坏失效。托杯的危险截面为杯底，根据轴承尺寸选择杯底内径，外径。 灰铁的许用拉伸应力，而一般情况下许用挤压应力 故校核挤压强度： 满足要求。 底座设计 底座材料选择 底座材料选择H275。 挤压强度验核及尺寸选择 图4 底座下端 查教科书表2-40知灰铸铁的许用弯曲应力,且一般情况下。底座上端为横截面积最小处，即危险截面，参考对螺母凸缘接触面抗压强度计算，，故不会发生挤压失效。 设计最小壁厚为9mm，铸造斜度为1:6。 根据螺母及螺杆尺寸设计，取底座与螺母下端接触部分内径为，外径为，从而可计算得到底座最低端内径，外径。 底座下支撑面强度校核 底座设计的准则是保证螺旋起重器在工作载荷下，对承载木材的压应力不超过木材所能承受的许用压应力，即满足下式： 代入数据得： 满足设计要求。 手柄设计 手柄材料选择钢，查教科书表3-2，许用弯曲应力。 图5 手柄 手柄长度设计 由以上计算知螺旋副所受转矩，人手提供的弯矩应有，其中为人手提供的力，大小约为，为千斤顶轴线至手柄一端球心的距离。 故有： 可取，杆总长。 手柄截面直径设计 手柄受弯矩作用，可能发生弯曲断裂失效，故应满足下式： 手柄直径应满足： 故可取手柄直径。 轴承设计 轴承选择 为避免旋转手柄时对支撑物造成不必要的扭矩作用，可在托杯与手柄（螺杆）??间加一推力球轴承。该轴承需承受的最大静载为。 根据相关尺寸选择的推力球轴承，该轴承参数如下： 内径为，外径为，宽度为，基本额定静载荷 静载能力验核 螺旋千斤顶的工况为普通载荷且基本不旋转，查教科书表3-1