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螺旋千斤顶设计计算说明书.docxVIP

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PAGE PAGE 5 螺旋千斤顶设计计算说明书 精04 张为昭 2010010591 目录 基本结构和使用方法3 设计要求3 基本材料选择和尺寸计算3 螺纹材料和尺寸3 手柄材料和尺寸8 底座尺寸9 主要部件基本尺寸及材料9 创新性设计9 基本结构及使用方法 要求设计的螺旋千斤顶主要包括螺纹举升结构、手柄、外壳体、和托举部件几个部分,其基本结构如下图所示: 该螺旋千斤顶的使用方法是:将千斤顶平稳放在木质支承面上,调整千 斤顶托举部件到被托举重物合适的托举作用点,然后插入并双手或单手转动 手柄,即可将重物举起。 设计要求 最大起重量:; 最大升距:; 可以自锁; 千斤顶工作时,下支承面为木材,其许用挤压应力:; 操作时,人手最大可以提供的操作约为:。 基本部件材料选择及尺寸计算 螺纹材料和尺寸 考虑到螺旋千斤顶螺纹的传力特性选择的螺纹类型为梯形螺纹。 材料选择 千斤顶螺杆的工作场合是:经常运动,受力不太大,转速较低,故材料选用不热处理的45号钢。千斤顶螺母的工作场合是:低速、手动、不重要,故材料选用耐磨铸铁HT200。 螺杆尺寸设计 螺旋副受力如下图所示: 耐磨性设计 由上图螺旋副的受力分析可知,螺纹传动在旋合接触表面的工作压力为: 其中,轴向载荷:。螺纹高:,由选择螺纹的公称直径确定。 为了方便满足自锁性要求,采用单头螺旋,一般旋合圈数:。 为方便计算,设螺纹参数中间变量:高径比。 耐磨性的要求是: 其中为满足耐磨性条件时螺纹副的许用压力。对于钢-铸铁螺纹螺母材料,由于千斤顶的工作速度较低,可认为滑动速度不大于3m/s。千斤顶中螺母为整体结构,螺母磨损后不能调整,但螺母兼作支承作用,故设计时可先认为,则可取此时的许用压力为17MPa。 由螺旋副接触表面压力公式及耐磨性公式得到耐磨性设计公式: 对梯形螺纹,,代入上式求得: 查国标选梯形螺纹为公称直径d为Tr36,导程P为10mm,中径满足要求。代入高径比计算公式: 求得实际旋和圈数Z=7.75。 故暂定螺纹尺寸是公称直径d为Tr36,导程P为10mm,旋合 圈数Z=7.75。 强度设计 已知最大载荷为25kN,则在载荷最大时,螺杆受到扭矩: 其中螺纹中径:; 螺纹升角:; 当量摩擦角:; 当量摩擦系数:。 由于螺杆-螺母为钢-铸铁材料,考虑到千斤顶既有稳定自锁,又有上升运动过程,故取摩擦系数f=0.14。又由于采用梯形螺纹,故牙型角。 联立以上各式解得螺杆受到的最大扭矩: 已知小径:,则由第四强度理论,危险截面应力: 已知45号钢屈服强度为355MPa,载荷稳定故取许用当量应 力: 则有:,即已选定螺纹可以达到强度条件。 自锁性设计 千斤顶由于其用途,要求具有自锁功能。由于自锁是针对停止状态所说,故摩擦系数f可取较大值0.14,由强度设计中的计算结果,此时当量摩擦角:大于螺旋升角:,所以自锁性条件可以满足。 稳定性设计 稳定性条件: 由于千斤顶为传力螺旋,故取安全系数[S]=3.5。 由千斤顶结构,螺杆端部结构为一端固定,一自由式支承,长度 系数为2.0。要求最大升距为200mm,由装配图测量得到此 时从支承螺母中心到千斤顶顶部的等效长度L为325mm,螺杆的 柔度: 已知使用45号钢且不做热处理,则临界载荷: 故稳定性条件可以满足。 综上所述,螺杆选择Tr36,导程P=10mm即可满足设计条件。 螺母尺寸设计 由螺杆中的设计,将旋和圈数Z定为7.75。一般来说螺母只需校核螺纹牙即可,而且由于螺母材料为铸铁,强度小于螺杆材料,故只需要校核螺母螺纹牙的剪切强度、弯曲强度和抗挤压强度即可,螺杆上的螺纹牙强度则不用校核。螺母螺纹牙受力如下图所示: 剪切强度校核 剪切强度条件: 其中旋合圈数:Z为7.75; 螺纹公称直径:; 螺纹牙根部厚度:b=0.65P=6.5mm。 耐磨铸铁许用剪切应力取为:。 代入各项数据得上述剪切强度不等式成立,即剪切强度满足要求。 弯曲强度校核 弯曲强度条件: 其中牙高:h=5.5mm; 耐磨铸铁许用弯曲应力取为:。 代入各项数据得上述弯曲强度不等式成立,即弯曲强度满足要求。 抗挤压强度校核 由螺母螺纹牙受力图可得平均挤压应力: 已知螺母许用挤压应力:,显然满足 的抗挤压强度准则。 螺母外部尺寸设计 由基本结构图可以看到,螺母的外部形状可以看作是两个半径不同的同心圆柱连接在一起,这样设计的目的是保证螺母的定位。为了保证千斤顶的正常工作,需要设计这两个圆柱的尺寸以使其在工作中不会失效。 由前述计算已知的螺母尺寸为:H=ZP=77.5mm,圆整后高度H=78mm,内螺纹大径。设螺母外部形状:小圆柱外径为,大圆柱外径为

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