課程設(shè)計(jì)螺旋千斤頂

1、遼寧信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院裝備制造系課程設(shè)計(jì)論文題目： 螺旋千斤頂 班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 目錄：論文題目第2頁(yè)正 文第3頁(yè)第 19 頁(yè)評(píng)語(yǔ)及成績(jī)第20頁(yè)論文題目：附 圖：結(jié) 果設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)人力驅(qū)動(dòng)的螺旋千斤頂，示意圖如下：一、千斤頂?shù)母攀銮Ы镯斒且环N起重高度小(小于1)的最簡(jiǎn)單的起重設(shè)備。它有機(jī)械式和液壓式兩種。機(jī)械式千斤頂又有齒條式與螺旋式兩種。千斤頂按工作原理分為：螺旋千斤頂、齒條千斤頂、油壓千斤頂。二、螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算1、螺旋傳動(dòng)的應(yīng)用和類(lèi)型螺旋傳動(dòng)是利用螺桿（絲杠）和螺母組成的螺旋副來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)要求的。它主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)動(dòng)均勻

2、、準(zhǔn)確、平穩(wěn)、易于自鎖等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用。（1）按螺桿與螺母的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式，螺旋傳動(dòng)可以有以下四種運(yùn)動(dòng)方式：螺母固定不動(dòng)，如圖螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并往復(fù)移動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)以固定螺母為主要支承，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但占據(jù)空間大。常用于螺旋壓力機(jī)、螺旋千斤頂?shù)?。螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖螺桿做直線移動(dòng)，螺桿應(yīng)設(shè)防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，螺母轉(zhuǎn)動(dòng)要設(shè)置軸承均使結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且螺桿行程占據(jù)尺寸故應(yīng)用較少。螺母旋轉(zhuǎn)并沿直線移動(dòng)，如圖由于螺桿固定不動(dòng)，因而二端支承結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但精度不高。有些鉆床工作臺(tái)采用了這種方式。螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖螺母做直線運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)方式占據(jù)空間尺寸小，適用于長(zhǎng)行程螺桿。螺桿兩端的軸承和螺母防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。車(chē)床絲杠、刀架移

3、動(dòng)機(jī)構(gòu)多采用這種運(yùn)動(dòng)方式。本次設(shè)計(jì)的螺旋千斤頂是運(yùn)用了上圖（a）的運(yùn)動(dòng)方式，即螺母固定不動(dòng)。（2）按照用途不同，螺旋傳動(dòng)分為三種類(lèi)型。傳力螺旋以傳遞動(dòng)力為主，要求以較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向推力，一般為間歇性工作，工作速度較低，通常要求具有自鎖能力。如圖：傳導(dǎo)螺旋以傳遞運(yùn)動(dòng)為主，這類(lèi)螺旋常在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)連續(xù)工作且工作速度較高，傳動(dòng)精度要求較高，如圖：調(diào)整螺旋用于調(diào)整并固定零件間的相對(duì)位置，一般不經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)，要求能自鎖，有時(shí)也要求很高精度，如帶傳動(dòng)張緊裝置、機(jī)床卡盤(pán)和精密儀表微調(diào)機(jī)構(gòu)的螺旋等。本次設(shè)計(jì)的螺旋千斤頂就是運(yùn)用了傳力螺旋這種傳動(dòng)類(lèi)型。2、螺旋傳動(dòng)的計(jì)算按照螺旋副摩擦性質(zhì)的不同，螺旋傳動(dòng)又可

4、分為滑動(dòng)摩擦螺旋傳動(dòng)（簡(jiǎn)稱滑動(dòng)螺旋）、滾動(dòng)摩擦螺旋傳動(dòng)（簡(jiǎn)稱滾動(dòng)螺旋）和靜壓滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)（簡(jiǎn)稱靜壓螺旋）。在螺旋傳動(dòng)中，結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單應(yīng)用最廣泛的是滑動(dòng)螺旋，滑動(dòng)螺旋副工作時(shí)，主要承受轉(zhuǎn)矩和軸向拉力（或壓力）的作用，由于螺桿和螺母的旋合螺紋間存在著較大的相對(duì)滑動(dòng)，因此，其主要失效形式是螺紋牙破損?；瑒?dòng)螺旋的基本尺寸通常根據(jù)耐磨條件確定。對(duì)于傳力螺旋還應(yīng)校核螺桿危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度；對(duì)于青銅或鑄鐵螺母以及承受重載的調(diào)整螺旋應(yīng)校核其自鎖性；對(duì)于精度傳動(dòng)螺旋應(yīng)該校核螺桿的剛度；對(duì)于受壓螺桿，當(dāng)其長(zhǎng)徑比很大時(shí)，應(yīng)校核其穩(wěn)定性；對(duì)于高速長(zhǎng)螺桿，應(yīng)校核其臨界轉(zhuǎn)速；要求自鎖時(shí)，多采用單線螺紋，要求高效時(shí)，多采用多線螺

5、紋。（1）一般螺旋機(jī)構(gòu)的計(jì)算一般螺旋機(jī)構(gòu)當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)角（rad）時(shí)，螺母軸向移動(dòng)的位移L（mm）為: L=S/2 （式3.1）則式中S為螺旋線導(dǎo)程（mm）。如果螺桿的轉(zhuǎn)速為n(r/min)時(shí)，則螺母移動(dòng)速度v(mm/s)為:V=Sn/60 （式3.2） （2）差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)與復(fù)式螺旋機(jī)構(gòu)的計(jì)算1-機(jī)架 2-螺桿 3-螺母 4-導(dǎo)向桿圖3.4 差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)上圖的螺旋機(jī)構(gòu)中，螺桿1上有A、B兩段螺旋，A段螺旋導(dǎo)程為SA（mm），B段螺旋導(dǎo)程為SB（mm），兩者旋向相同，則當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)角（rad）時(shí)，螺母軸向移動(dòng)的位移L（mm）為： L=（SA-SB）/2 （式3.3） 如果螺桿的轉(zhuǎn)速為n(r/min)時(shí)，則

6、螺母移動(dòng)速度v(mm/s)為： L=（SA-SB）n/60 （式3.4）由上式可知：當(dāng)A、B兩螺旋的導(dǎo)程SA、SB接近時(shí)，螺母可得到微小位移，這種螺旋機(jī)構(gòu)稱為差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)（又稱微動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)），常用于分度機(jī)構(gòu)、測(cè)微機(jī)構(gòu)等。如果兩螺旋的旋向相反，則螺母軸向移動(dòng)的位移L為：L=（SA-SB）/2 （式3.5）移動(dòng)速度為： V（SA-SB）n/60 （式3.6）這種螺旋機(jī)構(gòu)稱為復(fù)式螺旋機(jī)構(gòu)，適合于快速靠近或離開(kāi)的場(chǎng)合?；瑒?dòng)螺旋傳動(dòng)工作時(shí)，螺桿和螺母主要承受轉(zhuǎn)矩和軸向載荷（拉力或壓力）的作用，同時(shí)在螺桿和螺母的旋合螺紋間有較大的相對(duì)滑動(dòng)。滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的主要失效形式是螺紋磨損。因此，通常根據(jù)螺旋副的耐磨性

7、條件，計(jì)算螺桿中徑及螺母高度，并參照螺紋標(biāo)準(zhǔn)確定螺旋的主要參數(shù)和尺寸，然后再對(duì)可能發(fā)生的其他失效逐一進(jìn)行校核。3、螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和選材滑動(dòng)螺旋的結(jié)構(gòu)包括螺桿、螺母的結(jié)構(gòu)形式及其固定和支承結(jié)構(gòu)形式。螺旋傳動(dòng)的工作剛度與精度等和支承結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系，當(dāng)螺桿短而粗且垂直布置時(shí)，如起重及加壓裝置的傳力螺旋，可以采用螺母本身作為支承的結(jié)構(gòu)。當(dāng)螺桿細(xì)長(zhǎng)且水平布置時(shí)，如機(jī)床的傳導(dǎo)螺旋（絲杠）等，應(yīng)在螺桿兩端或中間附加支承，以提高螺桿工作剛度。螺母結(jié)構(gòu)有整體螺母、組合螺母和剖分螺母等形式。整體螺母結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由磨損而產(chǎn)生的軸向間隙不能補(bǔ)償，只適合在精度要求較低的場(chǎng)合中使用。對(duì)于經(jīng)常雙向傳動(dòng)的傳導(dǎo)螺旋，為了消除軸

8、向間隙并補(bǔ)償旋合螺紋的磨損，通常采用組合螺母或剖分螺母結(jié)構(gòu)。利用螺釘可使斜塊將其兩側(cè)的螺母擠緊，減小螺紋副的間隙，提高傳動(dòng)精度。傳動(dòng)用螺桿的螺紋一般采用右旋結(jié)構(gòu)，只有在特殊情況下采用左旋螺紋。螺桿和螺母材料應(yīng)具有較高的耐磨性、足夠的強(qiáng)度和良好的工藝性。表3.1 螺桿與螺母常用的材料螺紋副材料應(yīng)用場(chǎng)合螺桿Q235 Q275 45 50輕載、低速傳動(dòng)。材料不熱處理40Gr 65Mn 20GrMnTi重載、較高速。材料需經(jīng)熱處理，以提高耐磨性9Mn2V GrWMn 38GrMoAl精密傳導(dǎo)螺旋傳動(dòng)。材料需經(jīng)熱處理螺母ZcuSn10P1 ZcuSn5Pb5Zn5一般傳動(dòng)ZcuAL10Fe3 ZcuZn

9、25AL6Fe3Mn重載、低速傳動(dòng)。尺寸較小或輕載高速傳動(dòng)，螺母可采用鋼或鑄鐵制造，內(nèi)空澆鑄巴士合金或青銅4、螺旋機(jī)構(gòu)耐磨性的計(jì)算耐磨性計(jì)算尚無(wú)完善的計(jì)算方法，目前是通過(guò)限制螺紋副接觸面上的壓強(qiáng)作為計(jì)算條件，其校核公式為：PP （式3.7）式中，F(xiàn)為軸向工作載荷（N）；A為螺紋工作表面投影到垂直于軸向力的平面上的面積（mm²）；d2為螺紋中徑(mm)；P為螺距(mm)；h為螺紋工作高度(mm)，矩形與梯形螺紋的工作高度h=0.5P,鋸齒形螺紋高度h=0.75P；z=H/P為螺紋工作圈數(shù)，H為螺紋高度(mm)，p為許用壓強(qiáng)(MPa)。表3.2 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的許用壓強(qiáng)螺紋副材料滑動(dòng)副速度

10、/(m·min-1)許用壓強(qiáng)/MPa鋼對(duì)青銅低速<3.0612>151825111871012鋼-耐磨鑄鐵61268鋼-灰鑄鐵<2.4612131847鋼-鋼低速7.513 淬火鋼-青銅6121013注：ø<2.5或人力驅(qū)動(dòng)時(shí)，p可提高20%；螺母為剖分式時(shí)，p應(yīng)降低15%-20%。為便于推導(dǎo)設(shè)計(jì)公式，令ø =H/d2，代入整理后得螺紋中徑的設(shè)計(jì)公式為：d2 （式3.8）對(duì)矩形、梯形螺紋，h=0.5P，則：d20.8 （式3.9）對(duì)鋸齒形螺紋，h=0.75P，則 d20.65 （式3.10）ø值根據(jù)螺母的結(jié)構(gòu)選取。對(duì)于整體式螺母，

11、磨損后間隙不能調(diào)整，通常用于輕載或精度要求低的場(chǎng)合，為使受力分布均勻，螺紋工作圈數(shù)不宜過(guò)多，宜取ø=1.22.5；對(duì)于剖分式螺母或螺母兼作支承而受力較大，可取ø=2.53.5；傳動(dòng)精度高或要求壽命長(zhǎng)時(shí)，允許ø=4。根據(jù)公式計(jì)算出螺紋中徑d2后，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選取螺紋的公稱直徑d和螺距P。由于旋合各圈螺紋牙受力不均，故z不宜大于10。5、螺母螺紋牙的強(qiáng)度計(jì)算螺紋牙多發(fā)生剪切與彎曲破壞。由于一般情況下螺母材料的強(qiáng)度比螺桿低，因此只需校核螺母螺紋牙的強(qiáng)度。假設(shè)載荷集中作用在螺紋中徑上，可將螺母螺紋牙視為大徑D處展開(kāi)的懸臂梁，螺紋牙根部的彎曲強(qiáng)度校核公式為：= 3Fh/Db&

12、#178;z （式3.11）剪切強(qiáng)度校核公式為： =F/zDb （式3.12）式中D為螺母螺紋的大徑(mm)；b為螺母螺紋牙根部寬度(mm)；可由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)查得，也可取矩形螺紋b=0.5P，梯形螺紋b=0.65P，鋸齒形螺紋b=0.74P； 、分別為螺母螺紋牙的許用彎曲應(yīng)力和許用切應(yīng)力(MPa)。表3.3 滑動(dòng)螺旋副材料的許用應(yīng)力項(xiàng) 目許用應(yīng)力/ Mpa鋼制螺桿=S/35 S為材料的屈服極限/ MPa螺 母材料許用彎曲應(yīng)力b許用切應(yīng)力青銅40603040耐磨鑄鐵506040鑄鐵455540鋼（1.01.2）0.6注：靜載荷許用應(yīng)力取大值。若螺桿與螺母的材料相同，由于螺桿螺紋的小徑d1小于螺母螺紋

13、的大徑D，故應(yīng)校核螺桿螺紋牙的強(qiáng)度，這時(shí)公式中的D應(yīng)改為d1。6、螺桿強(qiáng)度校核螺桿受軸向力F及轉(zhuǎn)矩T的作用，危險(xiǎn)截面上受拉（壓）應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。根據(jù)第四強(qiáng)度理論，螺桿危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度校核公式為 式13式中，d1為螺桿螺紋的小徑（mm）；為螺桿材料的許用應(yīng)力（MPa），見(jiàn)表1.8；T為螺桿所受轉(zhuǎn)矩(N·m)；由式T=Ftan(+)。7、螺桿穩(wěn)定性校核對(duì)于長(zhǎng)徑比大的受壓螺桿，當(dāng)軸向力F超過(guò)某一臨界載荷FC時(shí)，螺桿可能會(huì)突然產(chǎn)生側(cè)向彎曲而喪失穩(wěn)定。因此，對(duì)細(xì)長(zhǎng)螺紋應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性校核。螺桿的穩(wěn)定性條件為 式14式中，S為穩(wěn)定性安全系數(shù)，對(duì)于傳力螺旋取S=3.55；對(duì)于傳導(dǎo)螺旋取S=2.54；對(duì)

14、于精密螺桿或水平螺桿取S>4。臨界載荷FC與螺桿的柔度及材料有關(guān)，根據(jù)=的大小選用不同的公式計(jì)算。當(dāng)8590時(shí)，根據(jù)歐拉公式計(jì)算，即 式15式中，F(xiàn)C為臨界載荷（N）；E為螺桿材料的彈性模量（MPa），對(duì)于鋼E=2.06×105；I為危險(xiǎn)截面的慣性矩（mm4），I=，d1為螺桿螺紋內(nèi)徑(mm)；為長(zhǎng)度系數(shù)，與螺桿端部結(jié)構(gòu)有關(guān)，見(jiàn)表1.9；L為螺桿最大受力長(zhǎng)度(mm)；i為螺桿危險(xiǎn)截面的慣性半徑(mm)，I=。表1.9 長(zhǎng)度系數(shù)螺桿端部結(jié)構(gòu)兩端固定0.5一端固定，一端不完全固定0.6一端固定，一端自由（如千斤頂）2一端固定，一端鉸支（如壓力機(jī)）0.7兩端鉸支（如傳導(dǎo)螺桿）1注：用

15、下列辦法確定螺桿端部的支撐情況：采用滑動(dòng)支承時(shí)：lo為支承長(zhǎng)度，do為支承孔直徑，lo/do<1.5鉸支；lo/do=1.53不完全固定；lo/do>3固定。采用滾動(dòng)支承時(shí)：只有徑向約束時(shí)為鉸支；徑向和軸向都有約束為固定。當(dāng)<8590時(shí)；對(duì)b380MPa的碳素鋼（如Q235、Q275）Fc=(304-1.12) 式16當(dāng)<8590時(shí)，對(duì)b470MPa的優(yōu)質(zhì)碳素鋼（如355、45）Fc=(461-2.57) 式17 當(dāng)<40時(shí)，無(wú)需進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。8、自鎖性校核對(duì)于要求自鎖的螺旋傳動(dòng)，應(yīng)校核是否滿足自鎖條件，即 式18式中，為螺紋副的當(dāng)量摩擦系數(shù)，見(jiàn)表1.10表1.

16、10 螺旋傳動(dòng)螺旋副的當(dāng)量摩擦系數(shù)（定期潤(rùn)滑）螺旋副材料鋼和青銅鋼和耐磨鑄鐵鋼和鑄鐵鋼和鋼淬火鋼和青銅0.080.100.100.120.120.150.110.170.060.08三、千斤頂?shù)墓ぷ髟砗驮O(shè)計(jì)1、千斤頂?shù)墓ぷ髟砬Ы镯斢袡C(jī)械千斤頂和液壓千斤頂?shù)葞追N，原理各有不同。從原理上來(lái)說(shuō)，液壓傳動(dòng)所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是說(shuō)，液體各處的壓強(qiáng)是一致的，這樣，在平衡的系統(tǒng)中，比較小的活塞上面施加的壓力比較小，而大的活塞上施加的壓力也比較大，這樣能夠保持液體的靜止。所以通過(guò)液體的傳遞，可以得到不同端上的不同的壓力，這樣就可以達(dá)到一個(gè)變換的目的。我們所常見(jiàn)到的液壓千斤頂就是利用了這個(gè)

17、原理來(lái)達(dá)到力的傳遞。螺旋千斤頂是通過(guò)往復(fù)扳動(dòng)手柄，拔爪即推動(dòng)棘輪間隙回轉(zhuǎn)，小傘齒輪帶動(dòng)大傘齒輪、使舉重螺桿旋轉(zhuǎn)，從而使升降套筒獲得起升或下降，而達(dá)到起重拉力的功能，但不如液壓千斤頂簡(jiǎn)易。 2、千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)設(shè)計(jì)螺旋千斤頂，已知軸向載荷F=10000N，起重高度為l=124mm，方案圖3.1所示。圖3.1千斤頂結(jié)構(gòu)圖1. 選擇材料由表1.2選材料為45鋼，由手冊(cè)查=355Mpa；螺母材料錫青銅為ZCuSn10P1，由表1.3查得p=11Mpa；取單頭右旋梯形螺紋，=30º，=15º，螺母為整體螺母。2. 耐磨性計(jì)算(1) 取=2(2) 計(jì)算d2d20.8=0.8×=1

18、7.06由計(jì)算出的d2查手冊(cè)確定螺紋的標(biāo)準(zhǔn)值為 d=24 mm、D=24.5 mm d1=18.5 mm，D1=19 mm d2（D2）=21.5 P=5 mm(3) 計(jì)算螺母高HH=d2=2×21.5=43mm(4) 計(jì)算旋合圈數(shù)z z=8.6<10(5) 校核螺紋副自鎖性=arctan=4.23º由表1.5查得fv=0.01,v=arctan0.10=5.71º,v,滿足自鎖條件。1） 螺母螺紋牙強(qiáng)度校核由表1.4查得青銅螺母螺紋牙許用彎曲應(yīng)力=4060Mpa、許用剪切應(yīng)力=3040Mpa；梯形螺紋的螺紋牙根寬度b=0.65P=0.65×5=3

19、.25mm；梯形螺紋的螺紋牙工作高度h=0.5P=0.5×5=2.5mm。(1) 彎曲強(qiáng)度校核=10.72 合格(2) 剪切強(qiáng)度校核=4.65 合格2） 螺桿強(qiáng)度校核(1) 由表1.4查得螺桿許用應(yīng)力=71Mpa(2) 螺桿所受轉(zhuǎn)矩T=Ftan(+)=10000× tan(4.23º+5.71º)=18955N·mm(3) ca=40.13 合格3. 螺母外部尺寸計(jì)算a) 計(jì)算D3螺母懸置部分受拉伸和扭轉(zhuǎn)聯(lián)合作用，為計(jì)算簡(jiǎn)單，將F增大30%，按拉伸強(qiáng)度計(jì)算得= 式中，為螺母材料的許用拉伸應(yīng)力，可取=0.83b，由表1.4取b=50Mpa，因此=0.83b=41.5Mpa。故 D3=31.5mm取D3=35 mmb) 確定D0和a按經(jīng)驗(yàn)公式D0=（1.31.4）D3及a=確定。D0=（1.31.4）×35=45.549mm 取D0=48 mma=14.3 取a=15 mmc) 校核凸緣支承表面的擠壓強(qiáng)度，強(qiáng)度條件為p=p 合格d) 校核凸緣根部彎曲強(qiáng)度p=7.88 Mpab=50 Mpa 合格e) 校核凸緣根部剪切強(qiáng)度，強(qiáng)度條件為=式中，螺母材料的許用切應(yīng)力=35Mpa 故 =6 Mpa 合格4. 手柄設(shè)計(jì)計(jì)算拖杯與手柄的結(jié)構(gòu)a) 確定手柄長(zhǎng)度手柄上的工作轉(zhuǎn)矩為T(mén)=FHLH=T1+T