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1、螺旋千斤頂作業(yè)指導(dǎo)書
一、作業(yè)目的
1. 熟悉螺旋千斤頂?shù)墓ぷ髟?,設(shè)計(jì)與計(jì)算的方法;
2. 運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)解決設(shè)計(jì)中所遇到的具體實(shí)際問題,培養(yǎng)獨(dú)立工作能力,以及初步學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),解決材料的選擇,強(qiáng)度計(jì)算和剛度計(jì)算,制造工藝與裝配工藝等方面的問題;
3. 熟悉有關(guān)設(shè)計(jì)資料,學(xué)會(huì)查閱手冊(cè)和運(yùn)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
二、螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)
千斤頂一般由底座1,螺桿4、螺母5、托杯10,手柄7等零件所組成(見圖1―1)。螺桿在固定螺母中旋轉(zhuǎn),并上下升降,把托杯上的重物舉起或放落。
設(shè)計(jì)時(shí)某些零件的主要尺寸是通過理論計(jì)算確定的,其它結(jié)構(gòu)尺寸則是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式或制造工藝決定的,必要時(shí)才進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)
2、算。
設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)是:最大起重量F(kN)40 000N和最大提升高度H(mm)200mm。
螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)步驟如下:
1. 螺桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算
(1)螺桿螺紋類型的選擇
螺紋有矩形、梯形與鋸齒形,常用的是梯形螺紋。
梯形螺紋牙型為等腰梯形,牙形角α=30,梯形螺紋的內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動(dòng);它的基本牙形按GB/T5796.1—2005的規(guī)定。
(2)選取螺桿材料
螺桿材料常用Q235、Q275、40、45、55等。
(3)確定螺桿直徑
按耐磨性條件確定螺桿中徑d2。求出d2后,按標(biāo)準(zhǔn)選取相應(yīng)公稱直徑d、螺距t及其它尺寸。
(4)自鎖驗(yàn)算
自鎖條件是y≤rv
式中
3、:y為螺紋中徑處升角;rv為當(dāng)量摩擦角(當(dāng)量摩擦角rv=arctanmv,為保證自鎖,螺紋中徑處升角至少要比當(dāng)量摩擦角小1。
(5)結(jié)構(gòu)(見圖1―2)
螺桿上端用于支承托杯10并在其中插裝手柄7,
因此需要加大直徑。手柄孔徑dk的大小根據(jù)手柄直徑
dp決定,dk≥dp十0.5mm。為了便于切制螺紋,螺紋
上端應(yīng)設(shè)有退刀槽。退刀槽的直徑d4應(yīng)比螺桿小徑
d1約小0.2~0.5mm。退刀槽的寬度可取為1.5t。為了
便于螺桿旋入螺母,螺桿下端應(yīng)有倒角或制成稍小于
d1的圓柱體。為了防止工作時(shí)螺桿從螺母中脫出,在
螺桿下端必須安置鋼制擋圈(GB/T891-1986),擋圈
4、用
緊定螺釘(GB/T68-2000)固定在螺桿端部。
(6)螺桿強(qiáng)度計(jì)算
對(duì)受力較大的螺桿應(yīng)根據(jù)第四強(qiáng)度理論校核螺桿
的強(qiáng)度。強(qiáng)度計(jì)算方法參閱教材公式(6.23),其中扭矩
式中:y為螺紋中徑處升角,rv為當(dāng)量摩擦角。
(7)穩(wěn)定性計(jì)算
細(xì)長(zhǎng)的螺桿工作時(shí)受到較大的軸向壓力可能失穩(wěn),
為此應(yīng)按穩(wěn)定性條件驗(yàn)算螺桿的穩(wěn)定性。
Fcr / F 2.5 ~ 4
螺桿的臨界載荷Fcr與柔度λs有關(guān),λs=m l/i,
m為螺桿的長(zhǎng)度系數(shù),與螺桿的端部結(jié)構(gòu)有關(guān),l為舉
起重物后托杯底面到螺母中部的高度,可近似取
l=H+5t+(1.4~1.6)d,i為螺桿危險(xiǎn)截面的慣性
5、半徑,
若危險(xiǎn)截面面積A=pd12/4,則
(I為螺桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩)
當(dāng)螺桿的柔度λs<40時(shí),可以不必進(jìn)行穩(wěn)定性校核。計(jì)算時(shí)應(yīng)注意正確確定。
2. 螺母設(shè)計(jì)與計(jì)算
(1)選取螺母材料
螺母材料一般可選用青銅,對(duì)于尺寸較大的螺母可采用鋼或鑄鐵制造,其內(nèi)孔澆注青銅或巴氏合金。
(2)確定螺母高度H及螺紋工作圈數(shù)u
螺母高度H=φd2,螺紋工作圈數(shù),考慮退刀槽的影響,實(shí)際螺紋圈數(shù)u = u+1.5(u應(yīng)圓整)??紤]到螺紋圈數(shù)u越多,載荷分布越不均,故u不宜大于10,否則應(yīng)改選螺母材料或加大d。螺母高度由下式計(jì)算:H= ut。
(3)校核螺紋牙強(qiáng)度
一般螺母的材料強(qiáng)度低于螺
6、桿,故只校核螺母螺紋牙的強(qiáng)度。螺母的其它尺寸見圖1―3。必要時(shí)還應(yīng)對(duì)螺母外徑D3進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。
(4)螺母壓入底座上的孔內(nèi),圓柱接觸面問的配合常采用或等配合。為了安裝簡(jiǎn)便,需在螺母下端(圖1―3)和底座孔上端(圖1―7)做出倒角。為了更可靠地防止螺母轉(zhuǎn)動(dòng),還應(yīng)裝置緊定螺釘(圖1―1),緊定螺釘直徑常根據(jù)舉重量選取,一般為6~12mm。
3. 托杯的設(shè)計(jì)與計(jì)算
托杯用來(lái)承托重物,可用鑄鋼鑄成,也可用Q235鋼模鍛制成,其結(jié)構(gòu)尺寸見圖1―4。為了使其與重物接觸良好和防止與重物之間出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng),在托杯上表面制有切口的溝紋。為了防止托杯
7、從螺桿端部脫落,在螺桿上端應(yīng)裝有擋板。
當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),托杯和重物都不作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。因此在起重時(shí),托杯底部與螺桿和接觸面間有相對(duì)滑動(dòng),為了避免過快磨損,一方面需要潤(rùn)滑,另一方面還需要驗(yàn)算接觸面間的壓力強(qiáng)度。
≤[p] (式1-1)
式中:[p]——許用壓強(qiáng),應(yīng)取托杯與螺桿材料[p]的小者。
4. 手柄設(shè)計(jì)與計(jì)算
(1)手柄材料
常用Q235和Q215。
(2)手柄長(zhǎng)度Lp
板動(dòng)手柄的力矩:KLp=T1+T2 則
(式1-2)
式中:K——加于手柄上一個(gè)工人的臂力,間歇工作時(shí),約為150~250N,工作時(shí)間較
8、長(zhǎng)時(shí)為100~150N。
T1——螺旋副間的摩擦阻力矩,
T2——托杯與軸端支承面的摩擦力矩,
T2 = (D12+D11) f F/4。
手柄計(jì)算長(zhǎng)度Lp是螺桿中心到人手施力點(diǎn)的距離,考慮螺桿頭部尺寸及工人握手距離,手柄實(shí)際長(zhǎng)度還應(yīng)加上+(50~150)mm。手柄實(shí)際長(zhǎng)度不應(yīng)超過千斤頂,使用時(shí)可在手柄上另加套管。
(3)手柄直徑dp
把手柄看成一個(gè)懸臂梁,按彎曲強(qiáng)度確定手柄直徑dp,其強(qiáng)度條件為
≤[s]F (式1-3)
故 dp≥
9、 (式1-4)
式中:[s]F——手柄材料許用彎曲應(yīng)力,當(dāng)手柄材料為Q215和Q235時(shí),[s]F=120Mpa。
(4)結(jié)構(gòu)
手柄插入螺桿上端的孔中,為防止手柄從孔中滑出,在手柄兩端面應(yīng)加上擋環(huán)(圖1―6),并用螺釘或鉚合固定。
5. 底座設(shè)計(jì)
底座材料常用鑄鐵(HT150及HT200)(圖1―7),鑄件的壁厚δ不應(yīng)小于8~12mm,為了增加底座的穩(wěn)定性,底部尺寸應(yīng)大些,因此將其外形制成1∶10的斜度。
圖中 H1=H+(14~28)mm
D6=D3+(5~10)mm
D7=D6+
D8=
式中:[s]p——底座
10、下枕墊物的許用擠壓應(yīng)力。對(duì)于木材,取[s]p=2~2.5MPa。
三、設(shè)計(jì)要求
1. 總裝配圖一張
設(shè)計(jì)前應(yīng)仔細(xì)閱讀作業(yè)指導(dǎo)書,了解圖中各零件的結(jié)構(gòu)、作用和各零件間的相互關(guān)系。作圖時(shí)應(yīng)先畫主要部分,并從中心線開始,由上到下,由內(nèi)到外地進(jìn)行。線型粗細(xì)、尺寸標(biāo)準(zhǔn)和字體,都應(yīng)符合制圖規(guī)定。
裝配圖應(yīng)注的尺寸包括:總體尺寸(長(zhǎng)、寬、高)、安裝尺寸、工作性能尺寸及配合尺寸,配合尺寸應(yīng)標(biāo)出配合公差。
零件明細(xì)表的內(nèi)容包括:件號(hào)、名稱(包括主要規(guī)格尺寸)、數(shù)量、材料(注出牌號(hào))和備注(對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)注明該標(biāo)準(zhǔn)的代號(hào))。
2. 設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份
說(shuō)明書的內(nèi)容包括:目錄、設(shè)計(jì)任務(wù)書,計(jì)算內(nèi)容和設(shè)計(jì)步驟,說(shuō)明書的字跡要清楚整潔,計(jì)算準(zhǔn)確,步驟分明,計(jì)算過程要列出公式,代入數(shù)字并寫出結(jié)果,而中間的數(shù)字演算不必書寫。
設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書書寫格式
計(jì) 算 及 說(shuō) 明
結(jié) 果
1
1.1
1.1.1
(1)
約25mm