机械设计千斤顶设计.docx

机械设计大作业
计算报告
班级: 机械91
姓名: 周斌
题目:设计螺旋千斤顶的结构形式和相关尺寸。
要求:最大起升重量=30kN,最大起升距离=180mm;满足耐磨性条件,强度条件,稳定性条件,自锁条件;具有功能实现的可能性、可靠性;具有加工、装配、操作的可能性和可靠性;具有经济性。(螺母许用挤压应力≈ )地面承压能力计算,确定下支承面尺寸(木材许用挤压应力=3MPa);人手的操作能力计算,确定手柄的直径和长度;(人手最大操作力≈200N)
一、螺旋传动副设计
螺旋传动的选材
由教材提供的常用材料表
材料牌号
热处理
应用场合
螺杆
Q235,Q275
不热处理
受力不大、转速低的次要传动或调整螺旋
45,50
正火、调质
受力较大,转速低的传力或传导螺旋
40Cr,65Mn
淬火或调质
重载、转速较高的重要传动
20CrMnTi
渗碳淬火
重载、转速较高的重要传动
CrWMn
淬火
尺寸稳定性好,用于精密传导螺旋传动
38CrMoAlA
渗氮
尺寸稳定性好,用于精密传导螺旋传动
螺母
ZCuSn10Pb1
重载、高速、高精度螺母
ZCuSn5Pb5Zn5
较高载荷、中等速度
ZCuAl10Fe3
重载、低速
耐磨铸铁
低速、手动、不重要的螺旋传动
千斤顶的运动属于重载、低速运动。那么,选择螺杆的材料为45钢,进行正火或调质处理,螺母的材料为ZCuAl10Fe3。
选定螺纹类型
根据题目可以确定为由于是载重的设计,那么选择工作状况为重载,低速,于是选择梯形螺纹(GB/T -2005)。
梯形螺纹的示意图:
3、耐磨性计算
由教材表2-39查得摩擦副的性质,在钢-青铜下的低速,,取为。而,其中摩擦系数在起动,即静摩擦的时候取较大值,在运动时取较小值。
对于梯形螺纹,由机械设计手册得知。取高径比。
根据耐磨性设计公式:
根据GB/T —2005,按照螺纹的第一系列的选取,并给下面的强度校核提供足够的安全的余量,并考虑到为了实现自锁需较大螺纹大径,取公称直径,螺距。
根据GB/T —2005,外螺纹小径,内外螺纹中径,内螺纹大径,内螺纹小径,螺纹高度。
螺旋的螺纹上升角: ,牙型角
取旋合圈数。
螺母高度
4、强度校核
(1)螺杆的强度校核
螺杆受到正压应力和扭转切应力同时作用,使用第四强度理论进行强度校核,其中可以看到,危险截面是小径截面:
螺杆的材料是45钢,σs=355MPa
由表2-40得,取。
当量摩擦角:
工作时候的转矩:
那么可以得到等效的应力:
因而是安全的。
(2)螺母螺纹牙的强度
螺纹牙的主要失效形式,为剪切和挤压,螺母的危险截面暂且选为外螺纹的小径平面。
首先计算剪切强度条件:
其中对于青铜来说,切应力
对于梯形螺纹。
下面代入数据:
另外还需计算挤压造成的弯曲应力
其中,
代入数据:
则螺纹牙的强度是满足使用要求的。
5、受压螺杆的稳定性校核
千斤顶的最大起升距离hmax=180mm;托杯的高度由后面设计给出,取为50mm,则进行稳定性计算的压杆长度:L=180mm+50mm=230mm
螺杆为一端固定,一端自由,取=
则由柔度公式
所以螺杆的临界载荷
稳定性计算安全系数: Sc=FcrF=≥S=~4
综上,满足稳定性的要求。
6、螺纹的自锁性验证
静摩擦时令
当量摩擦角
螺纹上升角:
可以看出,那么自锁性就得到了验证。
二、组成结构设计
1、推力轴承设计
在托杯下方与螺杆上方加入一个推力球轴承减小摩擦。
根据GB/T 301―1995选择内径的型号52205的推力球轴承,外径。
其额定静载荷,满足要求。
推力轴承结构如下图:
托杯设计
对托杯,材料选用Q235钢。则
。
由轴承相关计算得螺杆上面凸出的小头:。
那么保留一定加工时的不配合余量,可以得到,下端孔径
底面的大径的选择
取
这里,将壁厚取为。
对于托杯的上径,。取圆整后取
选定托杯的截面的倾角为,那么托杯高度,
圆整后取。
下面对于托杯的设计的强度进行验算:
挤压:
挤压应力是安全的。
2)下壁弯矩:
取的直径处的圆心角为的一段进行弯矩的分析,有:
也是安全的。
3、手柄套即螺杆上封头设计
外径以托杯底座为基准,考虑加工的倒角,取:
对于上面凸出的小头部分:
高度
对于螺杆的螺纹部分,长度为:
,而这里我们可以考虑的是加一些磨损的裕量,这个裕量可以是,与封头连接的部分的长度选为,,这样。
而封头的厚度,取为。
封头危险截面为手柄孔径所在的水平面,待手柄尺