课程设计手驱动螺旋千斤顶.docx
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课程设计手驱动螺旋千斤顶
机械设计基础课程设计
——手动式螺旋千斤顶
专业:
农业机械化及其自动化
班级:
09农机一班
姓名:
__周少军__
学号:
___200940615127__
指导老师:
___杨文敏___
农业机械化及其自动化专业
完成时间:
2011年12月3日
目录
目录2
第一章千斤顶结构设计3
1·1结构设计的意义3
1·2千斤顶的结构3
1·2·1螺旋传动选择4
1·2·2螺纹类型选择4
千斤顶选择梯形螺纹、右旋,因为要求有自锁性所以选择单线螺纹以达到自锁要求。
5
第二章千斤顶各部件的设计计算6
2·1螺母、螺杆的材料选择及尺寸的选定与校核6
2·1·1螺母、螺杆的材料和许用应力6
2·1·2螺母、螺杆的尺寸设计与校核7
2·2底座的设计计算10
2·2·1底座材料的选定10
2·2·2底座尺寸确定:
11
2·3手柄的设计计算12
2·3·1手柄的材料选择:
12
2·4托杯的设计计算(图4-6示)13
2·4·1托杯的材料选择13
2·4·2托杯的尺寸确定13
2·5千斤顶的效率计算14
2·6千斤顶的其他附加码附件尺寸设定14
第三章装配图及相关零件图14
参考文献15
第一章千斤顶结构设计
1·1结构设计的意义
机械结构设计就是将抽象的工作原理变成技术图样的过程。
在此过程中要兼顾各种技术、经济和社会要求,并且应设计出尽可能多的可能性方案,从中优选或归纳出经济合理的方案。
结构设计是将抽象的工作原理具体化为某类或构件零部件的图样,然后进一步确定它们的加工工艺、材料、几何尺寸、公差等;寻找所选方案中的缺陷和薄弱环节,对照各种要求、限制,反复改进。
进行强度、刚度以及各种功能的指标验算;绘制装配图和零件图;编写计算说明书。
1·2千斤顶的结构
图1-1
如图1-1所示,手动螺旋千斤顶主要零件有:
1)螺母、2)螺杆、3)底座、4)手柄、5)托杯、等零件及其附件组成。
其中螺杆、螺母等主要尺寸要通过理论计算确定,其他尺寸可以由经验数据、结构需要和工艺要求来确定,必要时还需要经过相关验算。
千斤顶最大起重量是其最主要的性能指标之一。
千斤顶在工作过程中,传动螺纹副承受主要的工作载荷,螺纹副工作寿命决定千斤顶使用寿命,故传动螺纹副的设计最为关键,其设计与最大起重量、螺纹副材料、螺纹牙型以及螺纹头数等都有关系。
1·2·1螺旋传动选择
根据螺纹副摩擦性质不同,可分为滑动螺旋传动、滚动螺旋传动和静压螺旋传动。
(1)滑动螺旋传动的特点:
1)结构简单,加工方便,成本较低
2)易于自锁
3)传动平稳
4)摩擦阻力大,传动效率低(仅在0.3~0.6之间)
5)螺纹有侧向间隙,反向时有空行程,定位精度和轴向刚度较差。
6)磨损快
(2)滑动螺旋的应用举例:
金属切削机床的进给、分度机构的传动螺旋,摩擦压力机、千斤顶的传力螺旋。
所以螺旋千斤顶选择滑动螺旋副。
1·2·2螺纹类型选择
滑动螺纹副常采用梯形螺纹、锯齿形螺纹或矩形螺纹等。
梯形螺纹应用最广。
锯齿形螺纹主要用于单向受力。
矩形螺纹虽传动效率高,但加工比较困难,且强度较低,应用较少。
(1)梯形螺纹的特点:
牙型角α=30°,螺纹副的大径和小径处有相等的径向间隙。
牙根强度高,螺纹的工艺性好;内外螺纹一锥面贴合,对中性好,不易松动;采用整体式螺母。
(2)应用举例:
用于传力螺纹和传动螺旋如载重螺旋式起重机、千斤顶。
千斤顶选择梯形螺纹、右旋,因为要求有自锁性所以选择单线螺纹以达到自锁要求。
第二章千斤顶各部件的设计计算
2·1螺母、螺杆的材料选择及尺寸的选定与校核
2·1·1螺母、螺杆的材料和许用应力
(1)螺母的材料和许用应力(图4-1):
螺母材料可用铸造锡青铜,以ZCuSn10Pb1最耐磨,但价格较贵,主要用于高精度的传导螺旋。
重载低速的场合可选用强度高的铸造铝铁青铜,常用的材料ZCuAl10Fe3。
轻载低速时也可以选用耐磨铸铁。
螺母材料选ZCuAl10Fe3,带有内螺纹的构件。
查表10-14可得:
许用弯曲应力:
σbp=40~60MPa,取50MPa;
许用剪应力:
τp=30~40MPa,取35MPa。
千斤顶螺旋系手动低速,由表11-1-9查得许用压强:
Pp=18~25MPa,取20MPa。
(2)螺杆的材料和许用应力
由于滑动螺旋传动中的摩擦较严重,故要求螺旋传动材料的耐磨性能、抗弯性能都要好。
一般螺杆材料的选用原则如下:
1)高精度传动时多选碳素工具钢。
2)需要较高硬度,如50~56HRC时,可采用铬锰合金钢;当需要硬度为35~45HRC时可采用65Mn钢。
3)一般情况下可用45、50钢。
本设计中,螺杆材料选45钢,采用带有外螺纹的杆件,调制处理,σs=360MPa,可得:
螺杆的许用拉应力:
σp=
=120~72MPa,
手动可得:
σp=100MPa。
图4-1:
滑动螺旋传动设计
2·1·2螺母、螺杆的尺寸设计与校核
(1)按耐磨性计算螺纹中径(图4-2):
查表11-1-4中公式取ψ=1.7(ψ值按整体式螺母取1.2~2.5),
d2=0.8
=0.8
=30.67mm
由GB/T5796.3—2005(机械设计课程设计手册138页表6.1.7)可选d=34,P=6,d2=30.5,D4=32.5,d3=28.5,D1=29的梯形螺纹,中等精度。
螺旋副的标记为:
Tr32x3-7H/7e。
由此得出千斤顶的滑动螺旋传动各个尺寸为:
外螺纹大径d:
d=34mm
螺距P:
P=6mm
牙顶间隙ac:
ac=0.5mm
基本牙型高度H1:
H1=0.5P=0.5x6=3mm
外螺纹牙高h3:
h3=H1+ac=0.5P+ac=3+0.5=3.5mm
内螺纹牙高H4:
H4=H1+ac=0.5P+ac=3+0.5=3.5mm
牙顶高Z:
Z=0.25P=0.25x6=1.5mm
外螺纹中径d2:
d2=d-2Z=34-3=31mm
内螺纹中径D2:
D2=d-2Z=34-3=31mm
外螺纹小径d3:
d3=d-2h3=34-2x3=28mm
内螺纹小径D1:
D1=d-2H4=34-2x3=28mm
内螺纹大径D4:
D4=d+2ac=34+2x0.5=35mm
牙根部宽度b:
b=0.65P=0.65x6=3.9mm
螺母高度H:
H=ψd2=1.7x34=57.8mm,取H=58mm.
则螺纹圈数n:
n=H/P=58/6=9.67圈
图4-2螺母的尺寸图
(2)自锁性条件与检验:
由于系弹头螺纹,导程S=P=6mm,
故螺纹升角为:
λ=arctan
=arctan
=3º30´18´´
查表11-1-7得:
钢和青铜的摩擦因数ƒ=0.08~0.10,取0.09,
可得:
ρ′=arctan
=arctan
=5°19′23″
λ<ρ′,故自锁可靠。
(3)螺杆的强度检验:
查表11-1-3得知,驱动转矩Mt为:
Mt=Mt1+Mt2+Mt3=43748.227(N*mm)
所以带入表11-1-4公式(4)得:
σca=
=83.015N/mm2<σp
(4)螺母螺纹强度检验:
因螺母材料强度低于螺杆,故只验算螺母螺纹强度即可。
查表11-1-4得,牙根宽度:
b=0.65P=0.65x6=3.9mm,
基本牙型高:
H1=0.5P=0.5x6=3mm。
代入表11-1-4中的公式(7)及式(8)有:
则螺母的剪切强度:
τ=
=14.079N/mm2<τp。
τ<τp
螺母的弯曲强度:
σb=
=32.491N/mm2<σbp。
σb<σbp
(5)螺杆的稳定性验算(图4-3):
图4-3:
螺杆尺寸图
最大举升高度为300mm
由表11-1-4得,λ=
,(式中μ—长度系数,与螺杆端部有关,查表11-1-5,按一端固定一端自由的端部结构得:
μ=2。
i—螺杆危险截面的惯性半径,i=
)
所以:
λ=
=85.714
按表11-1-4中公式计算临界载荷:
Fc=(a-bλ)x
=171225.953N
(a,b—与材料有关的常数,见手册第1卷表1-1-128)
=
=3.42>2.5故稳定性条件满足。
2·2底座的设计计算
2·2·1底座材料的选定
(1)材料:
由于此千斤顶的承载力相对较小,考虑体积和成本要求,千斤顶其他部件的材料均采用铸铁(HT200)。
(2)斜度:
带1:
15的斜度
2·2·2底座尺寸确定:
如图4-4所示:
图4-4:
底座的尺寸图
已知外螺纹大径为d=34mm,
有:
D2=1.5d
D3=1.4D2
D4=1.4D5
δ=10mm
D5由结构确定(斜度为1:
15)
所以:
=
得:
D5=126mm
依次可得出:
D4=1.4D5=1.4x126=176mm
S=(1.5~2)δ=15~20,取S=16mm。
综合考虑各尺寸关系,取总的高度为374mm。
2·3手柄的设计计算
如图4-5所示:
图4-5手柄尺寸图
2·3·1手柄的材料选择:
手柄材料选择Q235
2·3·2手柄的尺寸确定(由于要满足一定的强度要求,)
千斤顶工作时,螺母所受的旋转力矩为T
T=50KN*tan(3º30´18´´+5°19′23″)*15.5mm=120.946Nm;
式中F螺母工作时所受的轴向载荷,N;
为螺纹升角,度;
当量摩擦角,度;
螺纹中径,mm;
手柄所受最大弯曲应力为
人所施力大概为200N。
=78.88Nm
式中:
T手柄所受的弯曲力矩,Nm;
圆柱形手柄的抗弯截面系数,
;
d手柄的直径,mm;
120.946Nm/200N=0.60473m取0.61m
拟定所选材料为Q235, 查机械设计手册得:
所以手柄的具体参数如下:
材料Q235长度L=610mm直径d=26mm。
2·4托杯的设计计算(图4-6示)
图4-6:
托杯尺寸图
2·4·1托杯的材料选择
托杯材料选择:
铸钢(ZG230-450)
2·4·2托杯的尺寸确定
关系式:
D=(1.6~1.8)d
D1=(0.6~0.8)d
h=(0.8~1)D
D=(1.6~1.8)x34=54.4~61.2取D=58mm
D1=(0.6~0.8)x34=20.4~27.2mm取D1=24mm
(1)托杯的高度h:
h=(0.8~1)x58取:
h=50mm
(2)托杯的内外径(含壁厚):
外径φ106厚度δ=10
2·5千斤顶的效率计算
由表11-1-4中式(16)并视托杯与螺杆顶部为滑动推力轴承,
效率为0.96时,
η=0.96x
=0.96x
=31.3%。
因系手动千斤顶,故螺杆的强度及横向振动不予验算。
2·6千斤顶的其他附加码附件尺寸设定
螺杆的退刀槽直径:
s=φ27
螺杆的退刀槽宽度:
b=5mm
螺杆膨大部分的尺寸:
有公式:
D=(1.6~1.8)d
h1=(1.8~2)d
得出:
D=(1.6~1.8)x34=54.4~61.2取D=58mm
h1=(1.8~2)x34=61.2~68取64mm
根据结构确定螺杆膨大部分的内孔为:
φ27
第三章装配图及相关零件图
参考文献
【1】机械设计:
濮良贵,纪名刚主编.高等教育出版社,2001
【2】机械原理(第七版):
孙恒陈作模葛文杰主编.高等教育出版社,2006
【3】机械设计实用手册(第二版):
吴宗泽主编.化学工业出版社,2003
【4】陈铁鸣主编.机械设计.第3版.哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社,2003
【5】王连明,宋宝玉主编.机械设计课程设计.修订版.哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社,2003
【6】成大先主编.机械设计手册.第一版.化学工业出版社,2000