下面是范文網(wǎng)小編整理的教學(xué)設(shè)計(jì)螺旋共4篇 螺旋式編排教學(xué),以供參考。

教學(xué)設(shè)計(jì)螺旋共1
螺旋千斤頂設(shè)計(jì)方案
班級(jí) A05機(jī)械(2) 姓名 金煊 學(xué)號(hào) 0 指導(dǎo)老師 章海
目錄
一
千斤頂設(shè)計(jì)任務(wù)分析 ...............................................................................................................3
千斤頂載荷Q及起重高度L ............................................................................................3 螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)及材料 .....................................................錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。 千斤頂組成 .......................................................................................................................3 二
千斤頂總體示意圖 ...................................................................................................................4 三
各部件參數(shù)設(shè)定及強(qiáng)度校核 ...................................................................................................5
螺母材料、尺寸的選定及校核 .......................................................................................5
螺母材料及尺寸的基本參數(shù) ...............................................................................5 螺紋牙的強(qiáng)度校核 ...............................................................................................5 螺紋自鎖性校核 ...................................................................................................7 螺母其他尺寸設(shè)定 ...............................................................................................6 螺母凸緣強(qiáng)度校核 ...............................................................................................6 螺桿材料、尺寸的設(shè)定及強(qiáng)度校核 .............................................................................7
螺桿材料選取及強(qiáng)度計(jì)算 ...................................................................................7 螺桿穩(wěn)定性校核 ...................................................................................................8 底座及機(jī)架材料的選定及校核 .....................................................................................9
底座及機(jī)架基本參數(shù)與結(jié)構(gòu)的設(shè)定 ...................................................................9 底座內(nèi)外徑的設(shè)定 ...............................................................................................9 托杯的材料及尺寸的設(shè)定 ...........................................................................................10 材料及尺寸的設(shè)定 ..............................................................................................10 強(qiáng)度校核 ..............................................................................................................10 手柄材料及尺寸的設(shè)定 ...............................................................................................11 手柄材料及長(zhǎng)度的選定 .....................................................................................11 手柄直徑的選定 .................................................................................................12 其他保險(xiǎn)零件的選定 ...................................................................................................12 螺桿及手柄處擋圈及螺桿上端螺釘選取 ..........................................................12 底座與螺母間緊定螺釘?shù)眠x取 .........................................................................12 四
設(shè)計(jì)結(jié)果(主要參數(shù)列表) .................................................................................................13 五
參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................14
一
千斤頂設(shè)計(jì)任務(wù)分析
千斤頂載荷Q和重高度L 已知條件:最大載荷Q=KG
起重高度L=180mm 手動(dòng)
分析已知可得:(1)Q=60KN (2)因?yàn)樵O(shè)計(jì)的千斤頂是手動(dòng),故對(duì)螺紋的精度要求不高??梢圆捎?級(jí)梯形螺紋。
(3)可選用45鋼作為千斤頂材料,調(diào)質(zhì)HB=217~255,α=315(課本P362表15-1) (4)千斤頂?shù)慕M成:A)螺紋B)螺母:為青銅或球墨鑄鐵C)底座:HT180灰鑄鐵E)手柄D)其他保險(xiǎn)圈,螺釘?shù)?/p>
材料選擇
因?yàn)樵O(shè)計(jì)的千斤頂是手動(dòng)的,故對(duì)螺紋的精度要求不是很高。因此采用9級(jí)梯形螺紋,材料為45鋼。
千斤頂組成
A 螺母、B 螺桿、C 拖杯、D 底座(機(jī)架)、E 手柄、F 其他保險(xiǎn)零件(墊圈、螺釘?shù)龋?
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二
千斤頂總體示意圖
托杯手柄螺母底座螺桿
三
各部件參數(shù)設(shè)定及強(qiáng)度校核
螺母材料、尺寸的選定及校核
螺母材料及尺寸的基本參數(shù)
螺母材料:鑄鋁青銅(ZCuAl9FeNi4Mn2)。材料耐磨性好,強(qiáng)度高,適用于低速重載的傳動(dòng)。
查表5-12得材料 [P]=18-25MPa 取[P]=20MPa 。 對(duì)于整體螺母,由于磨損后不能調(diào)整間隙,為使受力比較均勻,螺紋工作圈數(shù)不宜過(guò)多,故取f=~ ,取f=2。
Q60?103?? 。 由式5-43,對(duì)于梯形螺紋,中徑d2??[p]2?20?10查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè),選取Tr32′6螺紋 基本參數(shù)(mm):P?6,d?34,小徑d0,28.?10,31.中徑d?,35..大徑D?D?1
螺紋牙的強(qiáng)度校核
螺母高度H??d2?2??62mm 工作圈數(shù)u?H/p?2?/6?10 計(jì)算螺紋根部彎曲強(qiáng)度校核公式由式5-49:
6Ql?[?b]
?Db2uD-D2=2 其中對(duì)于梯形螺紋b==?6=,l=2?b?代入得:?b?6Ql6?600?2?? 2?3?32?Dbu??35?10?(?10)?9查表5-13:[sb]=40-60MPa 。 故合適。 計(jì)算螺紋根部剪切校核由式5-48:
Q60?103???Dbu???35?10-3??10-3?9=
查表5-13:[t]=30-40MPa 。 故合適。
螺母其他尺寸設(shè)定
凸緣尺寸的設(shè)定 :由抗壓強(qiáng)度求凸緣外徑 ?Qca?????????
D2243?D??由表5-13得:[sb]=4-0M60Pa,則[s]=[b=][?]?4M0Pa。 代入得:D3=55-59mm 。取D3?58mm。
A?H/3?68/3mm 取a=20mm 。
D4?(?)D3??取D4?80mm。
螺母結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):螺母凸緣強(qiáng)度校核
凸緣與底座接觸表面的擠壓強(qiáng)度:
,8取
?p?Q?4?60?103(D42?D32)??7542?572??10?6??[?p] 故合格。
其中?p??????b??60?102MPa。 凸緣根部的彎曲強(qiáng)度:
3?3MQ(D4?D3)/460?10??80?58??10?6?b?????[?b],故合格。
W?D3a2/6??80?10?3?202?10?6?4其中[sb]=40-60MPa。
凸緣根部被剪斷的情況較少發(fā)生,故強(qiáng)度計(jì)算從略。
螺桿材料、尺寸的設(shè)定及強(qiáng)度校核
螺紋自鎖性校核
?螺紋的自鎖條件需滿足???v?1?2
??查表5-12得:f= 梯形螺母b=j/2=15? 故?v?arctanf?? cos?又tan?? P6?? 得???.λ<?v 故自鎖,安全。 ?d2?? 螺桿材料選取及強(qiáng)度計(jì)算
螺桿材料:45#鋼 調(diào)質(zhì) 。
查表15-1:?s?355MPa,?b?640MPa , 據(jù)表5-13: [?]??s3~5?70?120MPa ,
校核螺桿強(qiáng)度,根據(jù)第四強(qiáng)度理論求出危險(xiǎn)截面計(jì)算應(yīng)力?ca,
?ca??2?3?2?[?]; 其中??Q?4代入數(shù)據(jù)s= , t= 。
226得:?ca??3??10? ,故不太安全。 d12 ,??T/W,T?Qtan(???v)d2p3d1 。
,W=216
改進(jìn)方法:1 選用40CrNi調(diào)質(zhì)鋼 ;2 增大螺桿尺寸。 選用改進(jìn)方法1 采用40CrNi調(diào)質(zhì)鋼 ,
由表15-1: 毛坯尺寸
=147-245MPa,安全。 3~ 螺桿穩(wěn)定性校核
查表5-14: 螺桿的長(zhǎng)度系數(shù)m在一端固定,一端自由時(shí)為m= 。
i???? A44螺桿工作長(zhǎng)度:
l?H/2?l2?l3?l4?68/2?180??34???34?370mm,
螺桿的柔度: ?s??l/i 代入得:?s?2?370?
查經(jīng)驗(yàn)公式直線公式的系數(shù)得: a=461,b=, 代入數(shù)據(jù)得:Qsc?(461??)?由螺桿的穩(wěn)定性條件Ssc??4282? 。
???Ss Q70其中對(duì)于傳力螺旋 Ss=~ 。符合螺桿穩(wěn)定性條件。 螺桿兩斷各鉆M10的螺孔,用于安裝擋圈。
螺桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):
底座及機(jī)架材料的選定及校核
底座及機(jī)架基本參數(shù)與結(jié)構(gòu)的設(shè)定
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè),工程材料選用金屬材料性能與特性,用HT150-HT200灰鑄鐵都可,適用于重載低速等情況??估瓘?qiáng)度180MPa,抗彎強(qiáng)度240MPa 。
機(jī)架厚度與斜度:厚可取 ??8?10mm ,取??10mm。 斜率可取k=111- ,取k= 。
. 底座內(nèi)外徑的設(shè)定
底座內(nèi)徑 D5?2?k???L??10~15????D3 ,L=起重高度180;
??1??180??10~15????58?97mm ,可取D5?97mm ???10Q底座外徑D6通過(guò)擠壓強(qiáng)度求出: ?p????P?
?D62?D524計(jì)算得:D5?2???由表5-6得到,當(dāng)接觸表面為混凝土?xí)r?p?2~3MPa,取?p?,
4Q4?60?1032?D5??982?10?6?192mm 求得:D6?6???10????p??機(jī)架總高:H??(D5?D3)/2?螺母下沿(69-26mm)+(10~20mm),取H??機(jī)架及底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):
托杯的材料及尺寸的設(shè)定
材料及尺寸的設(shè)定
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè),托杯可選用的材料有Q235,Q275或35#,45#或鑄鐵均可。選用Q235鋼,毛坯£100mm, ?s?225MPa 。
111-,取k= 。
壁厚??8~10mm,取??10mm,斜率k=D7??1mm??34?1?21mm,
D0?d3?(2~4)mm??(2~4)mm?50mm,
托杯高度h?(1~)d3?66mm,
托杯開(kāi)口寬度D8?(2~)d3???d?120mm。
強(qiáng)度校核
對(duì)托杯下底面尺寸d0進(jìn)行強(qiáng)度校核:
?p?Q?4(d02?D72)????p?? 查表5-6,鋼對(duì)鋼???p?????s???225?180MPa, 代入數(shù)據(jù)算得:?p?60?4(502?212)?109?????p??。故強(qiáng)度合格。
托杯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):
手柄材料及尺寸的設(shè)定
手柄材料及長(zhǎng)度的選定
手柄材料可用Q235,Q275或45#,35#調(diào)質(zhì)鋼均可?,F(xiàn)取用Q235鋼。
手柄長(zhǎng)度的選定:
擰緊力矩T等于螺旋副間摩擦力矩T1和托杯與螺桿上端支撐面的摩擦阻力矩T2之和,
T?T1?T2?Qd2tan(???v)?fcQrf?FNL?, 2其中fc為接合面的摩擦系數(shù),查表5-5得:fc=~,取fc= ,
rf為支撐面的摩擦半徑 rf?d4?d020?50?? , 44人力FN一般可以取150~250N,考慮到持久耐力性取FN=150N, 計(jì)算得到手柄有效長(zhǎng)度L????100?44????100??/150?。
2??手柄實(shí)際長(zhǎng)度可取L??=L?+d3/2+?50~100?mm?130?28?90?250mm。 手柄一端鉆M10的螺孔,用于安裝擋圈。
手柄直徑的選定
FNL??sM由彎曲強(qiáng)度計(jì)算 ?b? ??????bW?dK3/~2得:[sb]==113~150MPa 取[sb]=130MPa
~23整理計(jì)算得 :dK?
32FNL????b??332?150?130?10?3?41mm 取dK=41mm。 6??130? 其他保險(xiǎn)零件的選定
螺桿及手柄處擋圈及螺桿上端螺釘選取
手柄一端可自由拆卸,故只用一個(gè)擋圈。直徑d?dk?(5~10)?41?(5~10)mm,螺釘可取M6~M10。現(xiàn)取M10。
螺桿上端擋圈d?d4?(5~10)mm?20?(5~10)mm, 螺桿下端擋圈d??d?(5~10)mm?34?(5~10)mm。 其中螺桿兩端螺釘都取M10。
底座與螺母間緊定螺釘?shù)眠x取
底座與螺母間緊定螺釘可以選取M8。適用于被緊定零件的表面硬度較低或不經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合。
四
設(shè)計(jì)結(jié)果(主要參數(shù)列表)
一
螺母
材料:鑄鋁青銅(ZCuAl9FeNi4Mn2), Tr42′7 螺紋基本參數(shù)(mm):P?6,d?34,小徑d0,28.?10,31.中徑d?,35..大徑D?D?1 ,
下斷尺寸D3?58mm,凸緣a?20mm, 上斷尺寸D4?80mm。
二 螺桿
螺桿材料:40Cr調(diào)質(zhì)鋼及以上強(qiáng)度鋼,如20CrNi, 40CrNi等, 螺桿尺寸(mm):l1?H?68,l2?L?180,l15,?0,l?14l?3845l6?357,d35,?20,d4?40,d550?d0?
三
底座
底座材料:用HT150-HT200灰鑄鐵都可, 尺寸:厚度d=10mm,斜率k=1, 10底座內(nèi)徑D5?97mm,底座外徑D6?192mm, 機(jī)架總高:H??250mm。 四
托杯
壁厚d=10mm ,斜率k=1, 10下端尺寸:D7=24mm ,d0?50mm , 托杯高度h?55mm, 托杯開(kāi)口寬度D8?120mm。
五 手柄
手柄材料可用Q235,Q275或45#,35#調(diào)質(zhì)鋼均可, 手柄實(shí)際長(zhǎng)度可取L???250mm,手柄直徑dK=41mm。 六
其他保險(xiǎn)零件
手柄擋圈:直徑d?41?(5~10)mm,螺釘取M10。
螺桿上端擋圈d?20?(5~10)mm,螺桿下端擋圈d??34?(5~10)mm, 其中螺桿兩端螺釘都取M10。
底座與螺母間緊定螺釘可以選取M8。
五
參考文獻(xiàn)
[1] 機(jī)械設(shè)計(jì)第八版 濮良責(zé) 紀(jì)名剛 高等教育出版社。 [2] 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)圖冊(cè) 龔桂義 高等教育出版社。 [3] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 電子版
教學(xué)設(shè)計(jì)螺旋共2
螺旋千斤頂設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)
精04 張為昭
目錄
一、基本結(jié)構(gòu)和使用方法-----------3
二、設(shè)計(jì)要求---------------------3
三、基本材料選擇和尺寸計(jì)算-------3
(一)螺紋材料和尺寸---------3
(二)手柄材料和尺寸---------8
(三)底座尺寸---------------9
四、主要部件基本尺寸及材料-------9
五、創(chuàng)新性設(shè)計(jì)-------------------9
2
一、基本結(jié)構(gòu)及使用方法
要求設(shè)計(jì)的螺旋千斤頂主要包括螺紋舉升結(jié)構(gòu)、手柄、外殼體、和托舉部件幾個(gè)部分,其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示:
AA
該螺旋千斤頂?shù)氖褂梅椒ㄊ牵簩⑶Ы镯斊椒€(wěn)放在木質(zhì)支承面上,調(diào)整千 斤頂托舉部件到被托舉重物合適的托舉作用點(diǎn),然后插入并雙手或單手轉(zhuǎn)動(dòng) 手柄,即可將重物舉起。
二、設(shè)計(jì)要求
(1) 最大起重量:Fmax?25kN; (2) 最大升距:hmax?200mm; (3) 可以自鎖;
(4) 千斤頂工作時(shí),下支承面為木材,其許用擠壓應(yīng)力:[?p]?3MPa; (5) 操作時(shí),人手最大可以提供的操作約為:200N。
三、基本部件材料選擇及尺寸計(jì)算
(一)螺紋材料和尺寸
考慮到螺旋千斤頂螺紋的傳力特性選擇的螺紋類型為梯形螺紋。 (1) 材料選擇
千斤頂螺桿的工作場(chǎng)合是:經(jīng)常運(yùn)動(dòng),受力不太大,轉(zhuǎn)速較低,故材料選用不熱處理的45號(hào)鋼。千斤頂螺母的工作場(chǎng)合是:低速、手動(dòng)、不重要,故材料選用耐磨鑄鐵HT200。 (2) 螺桿尺寸設(shè)計(jì)
螺旋副受力如下圖所示:
1、耐磨性設(shè)計(jì)
由上圖螺旋副的受力分析可知,螺紋傳動(dòng)在旋合接觸表面的工作壓力為:
p?FPF ??d2hHZ?d2h其中,軸向載荷:F=25kN。螺紋高:h,由選擇螺紋的公稱直徑確定。
為了方便滿足自鎖性要求,采用單頭螺旋,一般旋合圈數(shù):Z?10。
為方便計(jì)算,設(shè)螺紋參數(shù)中間變量:高徑比??耐磨性的要求是:
p?[p]
H。 d2其中[p]為滿足耐磨性條件時(shí)螺紋副的許用壓力。對(duì)于鋼-鑄鐵螺紋螺母材料,由于千斤頂?shù)墓ぷ魉俣容^低,可認(rèn)為滑動(dòng)速度不大于3m/s。千斤頂中螺母為整體結(jié)構(gòu),螺母磨損后不能調(diào)整,但螺母兼作支承作用,故設(shè)計(jì)時(shí)可先認(rèn)為 f=,則可取此時(shí)的許用壓力[p]為17MPa。
由螺旋副接觸表面壓力公式及耐磨性公式得到耐磨性設(shè)計(jì)公式:
D2?FP ?h?[p]對(duì)梯形螺紋,
H?,代入上式求得: Pd23
查國(guó)標(biāo)選梯形螺紋為公稱直徑d為T(mén)r36,導(dǎo)程P為10mm,中徑d2=31mm滿足要求。代入高徑比計(jì)算公式:
F=HZP== d2d2求得實(shí)際旋和圈數(shù)Z=。
故暫定螺紋尺寸是公稱直徑d為T(mén)r36,導(dǎo)程P為10mm,旋合 圈數(shù)Z=。
2、強(qiáng)度設(shè)計(jì)
已知最大載荷為25kN,則在載荷最大時(shí),螺桿受到扭矩:
DTmax=Fmax2tan(g+rn)
2其中螺紋中徑:d2=31mm; 螺紋升角:g=arctannP?°; pd2當(dāng)量摩擦角:rn=arctanfn; 當(dāng)量摩擦系數(shù):fn=fcosa。
2由于螺桿-螺母為鋼-鑄鐵材料,考慮到千斤頂既有穩(wěn)定自鎖,又有上升運(yùn)動(dòng)過(guò)程,故取摩擦系數(shù)f=。又由于采用梯形螺紋,故牙型角a=30°。
聯(lián)立以上各式解得螺桿受到的最大扭矩:
Tmax?×m
已知小徑:d1=25mm,則由第四強(qiáng)度理論,危險(xiǎn)截面應(yīng)力:
sca=(4Fmax2Tmax2)+3()? 已知45號(hào)鋼屈服強(qiáng)度為355MPa,載荷穩(wěn)定故取許用當(dāng)量應(yīng)
力:
[s]=4=
則有:sca
3、自鎖性設(shè)計(jì)
千斤頂由于其用途,要求具有自鎖功能。由于自鎖是針對(duì)停止?fàn)顟B(tài)所說(shuō),故摩擦系數(shù)f可取較大值,由強(qiáng)度設(shè)計(jì)中的計(jì)算結(jié)果,此時(shí)當(dāng)量摩擦角:rn?°大于螺旋升角:g=arctan
nP?°,所以自鎖性條件可以滿足。 pd25
4、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)
穩(wěn)定性條件:
sc=Fcr3[S] Fmax由于千斤頂為傳力螺旋,故取安全系數(shù)[S]=。
由千斤頂結(jié)構(gòu),螺桿端部結(jié)構(gòu)為一端固定,一自由式支承,長(zhǎng)度 系數(shù)m為。要求最大升距hmax為200mm,由裝配圖測(cè)量得到此 時(shí)從支承螺母中心到千斤頂頂部的等效長(zhǎng)度L為325mm,螺桿的 柔度:
??4?L?104 d1已知使用45號(hào)鋼且不做熱處理,則臨界載荷:
?2EIa?2E?d12Fcr??? (?L)2(?L)264Sc??故穩(wěn)定性條件可以滿足。
綜上所述,螺桿選擇Tr36,導(dǎo)程P=10mm即可滿足設(shè)計(jì)條件。
(3) 螺母尺寸設(shè)計(jì)
由螺桿中的設(shè)計(jì),將旋和圈數(shù)Z定為。一般來(lái)說(shuō)螺母只需校核螺紋牙即可,而且由于螺母材料為鑄鐵,強(qiáng)度小于螺桿材料,故只需要校核螺母螺紋牙的剪切強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和抗擠壓強(qiáng)度即可,螺桿上的螺紋牙強(qiáng)度則不用校核。螺母螺紋牙受力如下圖所示:
1、剪切強(qiáng)度校核
剪切強(qiáng)度條件:
T=Fmax£[t] Zpdb其中旋合圈數(shù):Z為; 螺紋公稱直徑:d=36mm; 螺紋牙根部厚度:b==。 耐磨鑄鐵許用剪切應(yīng)力取為:[t]=40MPa。
代入各項(xiàng)數(shù)據(jù)得上述剪切強(qiáng)度不等式成立,即剪切強(qiáng)度滿足要求。
2、彎曲強(qiáng)度校核
彎曲強(qiáng)度條件:
sb=其中牙高:h=;
3Fmaxh£[sb] 2Zpdb耐磨鑄鐵許用彎曲應(yīng)力取為:[sb]=50MPa。
代入各項(xiàng)數(shù)據(jù)得上述彎曲強(qiáng)度不等式成立,即彎曲強(qiáng)度滿足要求。
3、抗擠壓強(qiáng)度校核
由螺母螺紋牙受力圖可得平均擠壓應(yīng)力:
A2=Fmax? sp=aZpd2hZpd2h/cos2Fmax/cos 已知螺母許用擠壓應(yīng)力:[sp]?[sb]=75MPa,顯然滿足
sp
4、螺母外部尺寸設(shè)計(jì)
由基本結(jié)構(gòu)圖可以看到,螺母的外部形狀可以看作是兩個(gè)半徑不同的同心圓柱連接在一起,這樣設(shè)計(jì)的目的是保證螺母的定位。為了保證千斤頂?shù)恼9ぷ鳎枰O(shè)計(jì)這兩個(gè)圓柱的尺寸以使其在工作中不會(huì)失效。
由前述計(jì)算已知的螺母尺寸為:H=ZP=,圓整后高度H=78mm,內(nèi)螺紋大徑D4=37mm。設(shè)螺母外部形狀:小圓柱外徑為D1=60mm,大圓柱外徑為D2及小圓柱的高度為H1未知待求。
為防止大圓柱與千斤頂殼體的接觸面被壓壞,需要滿足:
Fmax
sp=£[s]p2p(D2-D12)/4
對(duì)耐磨鑄鐵HT200,許用的抗壓應(yīng)力[sp]=設(shè)計(jì)大圓柱外徑為:
=100MPa,最后 3D2?80mm
為了防止大圓柱突出部分被剪斷,需要滿足:
T=Fmax£[t]
pD1(H-H1)對(duì)耐磨鑄鐵許用剪切應(yīng)力為40MPa,最后設(shè)計(jì)小圓柱高度為:
H1=60mm
7 綜上所述,螺旋千斤頂?shù)穆菁y選為公稱直徑d為T(mén)r36,導(dǎo)程P=10mm。此
時(shí)螺母高度H=78mm,螺母外部小圓柱外徑60mm,高60mm,大圓柱外徑80mm。 小圓柱表面與外殼體之間有基軸制配合關(guān)系,故選其公差帶為h7。查標(biāo)準(zhǔn) 得:所選螺紋配合為中等旋合長(zhǎng)度。由于千斤頂為中等精度機(jī)械設(shè)備,故查 標(biāo)準(zhǔn)得內(nèi)螺紋公差帶為6H,外螺紋公差帶為6g。螺母外部小圓柱裝配時(shí)對(duì) 精度要求不高,圓柱度公差取為9。螺母外部小圓柱與內(nèi)部螺孔需要有一定 同軸度以保證千斤頂工作正常,但形位度要求不高,取同軸度公差為9。螺 母外部小圓柱軸線與大圓柱和外殼體的接觸面還有垂直度的要求,也取公差 為9。整個(gè)螺母接觸面都較重要,表面粗糙度Ra值選為,未接觸面Ra 可選為以降低加工成本。
(二)手柄材料及尺寸 (1) 材料選擇
綜合考慮成本和強(qiáng)度,手柄的材料選用普通未經(jīng)熱處理的45號(hào)鋼。 (2) 長(zhǎng)度設(shè)計(jì)
由螺桿的強(qiáng)度設(shè)計(jì)可知,手柄需要提供最大的扭矩,則 手柄的有效作用長(zhǎng)度應(yīng)為:
TL=max?488mm
200N在實(shí)際設(shè)計(jì)中,由于手柄還要滿足插入螺桿上部接頭的要求,同時(shí)考慮 到千斤頂本身運(yùn)動(dòng)部件具有摩擦力,因此實(shí)際設(shè)計(jì)長(zhǎng)度還要在此長(zhǎng)度上 加上一部分,最終應(yīng)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為520mm。 (3) 直徑設(shè)計(jì)
手柄在操作時(shí)會(huì)受到剪力和彎矩的作用,最大操作力為200N,最大扭矩為,則力的分布圖如下所示:
剪力圖
彎矩圖
可見(jiàn),危險(xiǎn)截面在手柄與螺桿接頭處。
8 手柄的材料選為未經(jīng)熱處理的45號(hào)鋼,設(shè)計(jì)手柄直徑為D,則危險(xiǎn)截面最大剪應(yīng)力:
4200N t=23pD/4 危險(xiǎn)截面最大彎曲正應(yīng)力:
×m s=由第四強(qiáng)度理論,要使手柄正常工作,需要滿足條件:
sca=s2+3t2£[s]
當(dāng)安全系數(shù)為2時(shí),許用應(yīng)力[s]=600MPa=300MPa,代入第
s2 四強(qiáng)度理論計(jì)算式,并聯(lián)立剪應(yīng)力、切應(yīng)力計(jì)算公式,求得手柄直徑:
D=15mm 綜上所述,手柄長(zhǎng)520mm,直徑15mm。
(三)底座尺寸
千斤頂使用時(shí)的下支承面為木材,許用擠壓應(yīng)力為3MPa,則由抗擊壓強(qiáng)度準(zhǔn)則:
Fsp=max£[sp]=3MPa
s=其中S為下支承面尺寸,解上述不等式,得S38334mm2,為滿足易于組
sb裝及各方向受力均勻的要求,選擇下支承面為環(huán)形結(jié)構(gòu),內(nèi)徑尺寸為100mm可以滿足準(zhǔn)則要求,綜合考慮到千斤頂本身具有的重量、體積和使用時(shí)的穩(wěn)定性,將外徑尺寸設(shè)計(jì)為180mm。
綜上所述,下支承面設(shè)計(jì)為環(huán)形,內(nèi)徑100mm,外徑180mm。
四、主要部件基本尺寸及材料
(1) 螺桿螺紋:Tr36′10-6g,45號(hào)鋼;
(2) 螺母螺紋:Tr36′10-6H,HT200耐磨鑄鐵; (3) 手柄:長(zhǎng)度500mm,直徑15mm,45號(hào)鋼;
(4) 底座:外徑180mm,內(nèi)徑100mm,HT200灰鑄鐵。
五、創(chuàng)新性設(shè)計(jì)
(1) 手柄加上橡膠手柄球而非普通塑料手柄球,既節(jié)約成本,又易于拆卸,減少千斤頂存放的體積;
(2) 為了攜帶方便,給千斤頂外殼加上把手; (3) 為提高外殼強(qiáng)度,給外殼加上肋板;
(4) 為了使用過(guò)程中省力,在托舉部分和旋轉(zhuǎn)的螺桿間加入推力軸承,并在相關(guān)旋轉(zhuǎn)部件處涂潤(rùn)滑油以減小使用阻力; (5) 為了增強(qiáng)千斤頂對(duì)托舉點(diǎn)形狀的適應(yīng)能力,將托舉部件頂部由杯狀改成平頂,同時(shí)為了減小對(duì)被托舉物的損害,給托件部分加上橡膠保護(hù)套;
9 (6) 在千斤頂?shù)撞吭O(shè)計(jì)成密封用的橡膠蓋,使千斤頂在存放時(shí),螺旋運(yùn)動(dòng)部件免受灰塵侵?jǐn)_。
教學(xué)設(shè)計(jì)螺旋共3
一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)
設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)裝置。
工作條件:帶式輸送機(jī)連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn),工作平穩(wěn)無(wú)過(guò)載,空載起動(dòng),輸送帶速度允許誤差±5% ;兩班制工作(每班按8小時(shí)計(jì)算),使用期限10年,小批量生產(chǎn)。
具體的設(shè)計(jì)任務(wù)包括: (1)傳動(dòng)方案的分析和擬定;
(2)電動(dòng)機(jī)的選擇,傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算; (3)傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)(帶傳動(dòng)、單級(jí)齒輪傳動(dòng));
(4)軸和軸承組合設(shè)計(jì)(軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),軸承組合設(shè)計(jì),低速軸彎、扭組合強(qiáng)度校核,低速軸上軸承壽命計(jì)算);
(5)鍵的選擇及強(qiáng)度校核(低速軸上鍵的校核); (6)聯(lián)軸器的選擇; (7)減速器的潤(rùn)滑與密封;
(8)減速器裝配草圖俯視圖設(shè)計(jì)(箱體、附件設(shè)計(jì)等);
二、傳動(dòng)方案的擬定及電動(dòng)機(jī)的選擇
已知條件:運(yùn)輸帶的有效拉力 F=3000N,傳送帶的速度為 v=2m/s,滾筒直徑為 D=300mm。連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn),工作平穩(wěn)無(wú)過(guò)載。
1、傳動(dòng)方案的擬定
采用V帶傳動(dòng)及單級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)。 (1)、類型:采用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī) (2)、容量選取:工作機(jī)有效功率:
pw=FV/1000=3000 2/1000=6KW 設(shè) :V型帶效率
:滾動(dòng)軸承效率
:閉式齒輪傳動(dòng)(設(shè)齒輪精度為8級(jí))效率
:彈性聯(lián)軸器效率
:卷筒軸效率
?6: 滾筒效率
查表得
?2=
?3= ?4= ?5= ?6=
傳動(dòng)裝置總效率為:
?總= ?1 ? 2^2 ?3 ?4 ?5 ?6
=×^2××××= 電動(dòng)機(jī)所需功率為:
pd=FV/1000×= 查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》附錄二, 選取電動(dòng)機(jī)的額定功率 Pe= (3)、確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 滾筒轉(zhuǎn)速為:
=60×1000V/πD
=60×1000×2/π×300=/min 因帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比2-4為宜,齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比3-5為宜,則 最大適宜傳動(dòng)比為
最小適宜傳動(dòng)比為
則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍為:
nd=i =×(6~20)=~2548 r/min 可選的同步轉(zhuǎn)速有
1000r/min 1500r/min 3000r/min 三種,三種方案的總傳動(dòng)比分別為: i =
i =
= 考慮到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速越高,價(jià)格越低,尺寸越小,結(jié)構(gòu)更緊湊,故選用同步轉(zhuǎn)速為 的電動(dòng)機(jī)。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》附錄二,得此電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為 Y132M-4。 電動(dòng)機(jī)型號(hào):Y132M-4 額定功率 : 滿載轉(zhuǎn)速 :1440 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 : 最大轉(zhuǎn)矩 :
由電動(dòng)機(jī)具體尺寸參數(shù) ,得 中心高: 132mm 外型尺寸 : 515*(270/2+210)315 底腳安裝尺寸 :216 178 地腳螺孔直徑 :12 軸外伸尺寸 :38 80 裝鍵部位尺寸 :10 33 38
2、計(jì)算傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比并分配傳動(dòng)比 (1)、總傳動(dòng)比: i總= (2)、分配傳動(dòng)比:取帶傳動(dòng)比
i帶=,則減速器傳動(dòng)比
i齒=/=4。
三、傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
1、各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算
nⅠ= /i帶=1440/= r/min
nⅡ=nⅠ/i齒=/= r/min
滾筒n筒=nⅡ= r/min
2、各軸輸入功率計(jì)算
pⅠ= Pd ?帶=×= PⅡ=PⅠ?2=×096= kw
3、各軸輸入轉(zhuǎn)矩計(jì)算
Td=9550×Pd/nⅠ=9550×/1440= TⅠ=9550×PⅠ/nⅠ= 9550×/= TⅡ=9550×PⅡ/nⅡ=9550×/=
四、傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算
(一)、V帶及帶輪的設(shè)計(jì)
已知條件:電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 Y132M-4 中心高132mm,電動(dòng)機(jī)的輸出功率為 。滿載轉(zhuǎn)速為 1440r/min。每天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為16小時(shí)(八小時(shí)每班,兩班制),I軸轉(zhuǎn)速為 r/min 齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)比:
i=nⅠ/nⅡ=4 (1)、確定計(jì)算功率 每天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為16小時(shí)的帶式輸送機(jī)的工況系數(shù) =。則
= Pe=×=9 kw (2)、
選擇V帶型號(hào)
查表知選A型帶
并考慮結(jié)構(gòu)緊湊性等因素,初選用窄V帶SPA型。 (3)、確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 和
i、初選小帶輪直徑
一般取 ,并取標(biāo)準(zhǔn)值。查表取小帶輪直徑為125m m。機(jī)中心高為 H=132mm,由 ,故滿足要求。 II、驗(yàn)算帶速
V=пd1n1/60×1000=×125×1440/60×1000
=/s 一般應(yīng)使 ,故符合要求。 III、計(jì)算大帶輪直徑
要求傳動(dòng)比較精確,考慮滑動(dòng)率 ,取 =
有 =(1- )i帶 =()×125×= 取標(biāo)準(zhǔn)值
=350mm 則傳動(dòng)比 i= 對(duì)減速器的傳動(dòng)比進(jìn)行修正,得減速器的傳動(dòng)比 i=4 從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速為 n2=/min IV、確定中心距和帶長(zhǎng)
【1】 由式
,可 得 mm≤a≤950 mm 取初步中心距 =750mm (需使 a》700) 【2】 初算帶長(zhǎng)
Dm=(D1+D2)/2= mm Δ=(D2-D1)/2= L= +2a+Δ /2=2402mm 選取相近的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度 Ld=2500mm 【3】 確定中心距
實(shí)際中心距
A≈ +(Ld-L) /2=750+(2500-2402)/2 =800mm
V、驗(yàn)算小輪包角
【1】計(jì)算單根V帶的許用功率
由SPA帶的 =125mm, n=1440r/min
i帶=
得
=
又根據(jù)SPA帶
Δ =
又由 Ld=2500mm 查表,長(zhǎng)度系數(shù)
=180°-Δ×60°/a=°
同時(shí)由
=°得包角系數(shù) Ka= 【2】、計(jì)算帶的根數(shù)z Z=Pc/(P0+ΔP0)Kl Ka= 取z=5 SPA帶推薦槽數(shù)為1-6,故符合要求。 VI、確定初拉力
單位長(zhǎng)度質(zhì)量 q=/m 單根帶適宜拉力為:= VII、計(jì)算壓軸力
壓軸力為:
FQ=2z sin( a1/2)= VIII、張緊裝置
此處的傳動(dòng)近似為水平的傳動(dòng),故可用調(diào)節(jié)中心距的方案張緊。
VIIII、帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
已知大帶輪的直徑da2=350mm,小帶輪的直徑為 da1=125mm。對(duì)于小帶輪,由于其與電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)軸直接相連,故轉(zhuǎn)速較高,宜采用鑄鋼材料,
又因其直徑小,故用實(shí)心結(jié)構(gòu)。
對(duì)于大帶輪,由于其轉(zhuǎn)速不甚高,可采用鑄鐵材料,牌號(hào)一般為HT150或HT200,
又因其直徑大,故用腹板式結(jié)構(gòu)。
(二)、齒輪設(shè)計(jì)
已知條件:已知輸入功率P1= ,轉(zhuǎn)速為 n1= r/min,齒數(shù)比 u=4,單向運(yùn)轉(zhuǎn),載荷平穩(wěn),每天工作時(shí)間為16小時(shí),預(yù)計(jì)壽命為10年。 (1)、選定齒輪類型、材料、熱處理方式及精度等級(jí) A、采用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
B、帶式輸送機(jī)為一般機(jī)械,速度不高,選用8級(jí)精度。
C、查表
小齒輪材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,平均齒面硬度為250HBS。
大齒輪材料為45鋼,正火處理,平均齒面硬度為200 HBS。 (2)、初步計(jì)算齒輪參數(shù)
因?yàn)槭情]式齒面齒輪傳動(dòng),故先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì),按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。
小齒輪分度圓的直徑為
A、Ad==85 B、計(jì)算齒輪轉(zhuǎn)矩
TⅠ=9550×PⅠ/nⅠ= 9550×/= Nm C、取齒寬系數(shù)
齒數(shù)比為u=4 D、取 ,則大齒輪的齒數(shù): =84 E、接觸疲勞極限
[σH]lim =610MPa, [σH]lim =500MPa 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
n1=60××10×300×16=×10
n2=N1/u=×10
查圖得接觸疲勞壽命極限系數(shù)為 =1, = 取安全系數(shù)SH=1 則接觸應(yīng)力:
[σ ] =[σ ]lim1ZN1/SH=610×1/1=610MPa [σ ] =[σ ]lim2ZN2/SH=550MPa 取
[σ ]=550 MPa
則
=85
>=66mm
取d1=70mm (3)、確定傳動(dòng)尺寸
1、計(jì)算圓周速度
V=pd1n1/60*1000=/s
2、計(jì)算載荷系數(shù) 查表得使用系數(shù)
由 v= ,8級(jí)精度,查圖得動(dòng)載系數(shù)
查表得齒間載荷分配系數(shù)
查表得齒向載荷分布系數(shù) (非對(duì)稱布置,軸剛性?。?得
3、確定模數(shù): m=d1/z1=70/21=,取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)為 .5
4、計(jì)算中心距:
A=m(z1+z2)/2=
圓整為a=185mm
5、精算分度圓直徑
D1=mz1=×21= d2=mz2=×84=294mm
6、計(jì)算齒寬
B1= d1=×=80mm 取 b2=80mm,
B1=85mm
7、計(jì)算兩齒輪的齒頂圓直徑、齒根圓直徑
小齒輪: 齒頂圓直徑:
Da1=m(z1+ha*)=×(21+1)=77mm 齒根圓直徑:
Df1=m(z1-2ha*-2c)=×(21-2×1-2×)= 大齒輪: 齒頂圓直徑: da2= 齒根圓直徑: df2= (4)、校核齒根彎曲強(qiáng)度 由
式中各參數(shù)的含義
1、的值同前
2、查表齒形系數(shù)
Ya1= Ya2=
應(yīng)力校核系數(shù)
Ysa1= Ysa2=
4、許用彎曲應(yīng)力
查圖6-15(d)、(c)的彎曲疲勞強(qiáng)度系數(shù)為
=1
查圖得彎曲疲勞壽命系數(shù)
,取安全系數(shù) ,故有KFN1= KFN2= 滿足齒根彎曲強(qiáng)度。 (5)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
小齒輪的分度圓直徑為 ,故可采用實(shí)心結(jié)構(gòu) 大齒輪的分度圓直徑為 ,故應(yīng)采用腹板式結(jié)構(gòu) (6)、速度誤差計(jì)算
經(jīng)過(guò)帶輪和齒輪設(shè)計(jì)后, 滾筒的實(shí)際轉(zhuǎn)速n= /i= =/min 滾筒理論要求轉(zhuǎn)速為 /min 則誤差為
故符合要求。
五、軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
(一)、低速軸的設(shè)計(jì)校核 低速軸的設(shè)計(jì)
已知:輸出軸功率為
=,輸出軸轉(zhuǎn)矩為
=,輸出軸轉(zhuǎn)速為
=/min,壽命為10年。 齒輪參數(shù): z1=21, z2=84,m=,
1、選擇軸的材料
該軸無(wú)特殊要求,因而選用調(diào)質(zhì)處理的45鋼,查得
2、求輸入軸的功率,轉(zhuǎn)速及扭矩
已求得 ,PI= , TI=, nI= /min
3、初步估算最小軸徑 最小軸徑
當(dāng)選取軸的材料為45鋼,C取110
=
輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑 。
考慮到軸上開(kāi)有鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的影響,軸徑需增大5%。
D=(1+5%)= 則d=45mm 為使所選直徑 與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng),故需同時(shí)選擇聯(lián)軸器。
聯(lián)軸器的扭矩 ,查表得 ,又TII=,則有 Tc=kT= = 理論上該聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩。 從《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》 查得采用 型彈性套柱聯(lián)軸器。 該聯(lián)軸器所傳遞的公稱轉(zhuǎn)矩
取與該軸配合的半聯(lián)軸器孔徑為 d=50mm,故軸徑為d1=45mm 半聯(lián)軸器長(zhǎng) ,與軸配合部分長(zhǎng)度 L1=84mm。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 裝聯(lián)軸器軸段I-II:
=45mm,因半聯(lián)軸器與軸配合部分的長(zhǎng)度為 ,為保證軸端擋板壓緊聯(lián)軸器,而不會(huì)壓在軸的端面上,故 略小于 ,取 =81mm。 (2)、裝左軸承端蓋軸段II-III: 聯(lián)軸器右端用軸肩定位,取 =50mm,
軸段II-III的長(zhǎng)度由軸承端蓋的寬度及其固定螺釘?shù)姆秶ú鹧b空間而定),可取 =45mm.(3)、裝左軸承軸段III-VI:
由于圓柱斜齒輪沒(méi)有軸向力及 =55,初選深溝球軸承,型號(hào)為6211,其尺寸為 D×d×B=100×55×21,故 =55。
軸段III-VI的長(zhǎng)度由滾動(dòng)軸承的寬度B=21mm,軸承與箱體內(nèi)壁的距離s=5~10(取 =10),箱體內(nèi)壁與齒輪距離a=10~20mm(一般取 )以及大齒輪輪轂與裝配軸段的長(zhǎng)度差(此處取4)等尺寸決定: L3=B+s+a+4=21+10+14+4=49mm 取L3=49mm。
(4)、裝齒輪軸段IV-V:
考慮齒輪裝拆方便,應(yīng)使d4>d3=55mm, 軸段IV-V的長(zhǎng)度由齒輪輪轂寬度 =80mm決定,取 =77mm。 (5)、軸環(huán)段V-VI:
考慮齒輪右端用軸環(huán)進(jìn)行軸向定位,取d5=70mm。
軸環(huán)寬度一般為軸肩高度的倍,即
==10mm。 (6)、自由段VI-VII:
考慮右軸承用軸肩定位,由6211軸承查得軸肩處安裝尺寸為da=64mm,取d6=60mm。
軸段VI-VII的長(zhǎng)度由軸承距箱體內(nèi)壁距離 ,軸環(huán)距箱體內(nèi)壁距離 決定,則 =19mm。
(7)、右軸承安裝段VII-VIII:
選用6211型軸承,d7=55mm,軸段VII-VIII的長(zhǎng)度由滾動(dòng)軸承寬度B=21mm和軸承與箱體內(nèi)壁距離決定,取 。 軸總長(zhǎng)為312mm。
3軸上零件的定位
齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均用平鍵連接。
按 =45mm,由手冊(cè)查得平鍵剖面 ,鍵槽用鍵槽銑刀加工,長(zhǎng)為70mm。
半聯(lián)軸器與軸的配合代號(hào)為
同理由 =60mm,選用平鍵為10×8×70,為保證良好的對(duì)中性,齒輪輪轂與軸的配合代號(hào)為 ,滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是靠過(guò)盈配合來(lái)保證的,此處選 。 4考慮軸的結(jié)構(gòu)工藝性
軸端倒角取 .為便于加工,齒輪、半聯(lián)軸器處的鍵槽分布在同一母線上。
5、軸的強(qiáng)度驗(yàn)算
先作出軸的受力計(jì)算簡(jiǎn)圖,如圖所示,取集中載荷作用在齒輪的中點(diǎn), 并找出圓錐滾子軸承的支反力作用點(diǎn)。由表查得代號(hào)為6211軸承 ,B=21mm。則
l1=+45+21/2=97mm L2=49+77/2-21/2=77mm L3=77/2+10+19+31-21/2=88mm (1)、計(jì)算齒輪上的作用力
輸出軸大齒輪的分度圓直徑為 d2=294mm,
則圓周力
徑向力
軸向力
Fa=Ft tan =Ft tan 0°=0 (2)、計(jì)算軸承的支反力
【1】、水平面上支反力 R =Ft L3/(L2+L3)=
r =FtL2/(L2+L3)=
【2】、垂直面上支反力
【3】、畫(huà)彎矩圖
截面C處的彎矩 a、水平面上的彎矩
B、垂直面上的彎矩
C、合成彎矩M
D、扭矩 T=T =Nmm
e、畫(huà)計(jì)算彎矩
因單向運(yùn)轉(zhuǎn),視扭矩為脈動(dòng)循環(huán), ,則截面B、C處的當(dāng)量彎矩為
=Nmm f、按彎扭組合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度可見(jiàn)截面C的當(dāng)量彎矩最大,故校核該截面的強(qiáng)度
查表得 ,因 ,故安全。
A截面直徑最小,故校核其強(qiáng)度
查表得 ,因 ,故安全。 g、判斷危險(xiǎn)截面
剖面A、B、II、III只受扭矩,雖有鍵槽、軸肩及過(guò)渡配合等所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度,但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕地確定的,所以剖面A、B、II、III均無(wú)需校核。
從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看,剖面IV和V處過(guò)盈配合所引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重;從受載的情況看,剖面C處 最大。剖面V的應(yīng)力集中的影響和剖面IV的相近,但剖面V不受扭矩作用,同時(shí)軸徑也比較大,故不必作強(qiáng)度校核。剖面C上雖然 最大,但應(yīng)力集中不大(過(guò)盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端),而且這里軸的直徑最大,故剖面C也不必校核。剖面VI顯然更不必校核,又由于鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)比過(guò)盈配合的小,因而該軸只須校核IV既可。
(二)、高速軸的設(shè)計(jì)校核 高速軸的設(shè)計(jì)
已知:輸入軸功率為PⅠ= kw ,輸入軸轉(zhuǎn)矩為T(mén)Ⅰ= ,輸入軸轉(zhuǎn)速為nⅠ= r/min,壽命為10年。 齒輪參數(shù): z1=21,z2=84,m=, 。
1、選擇軸的材料
該軸無(wú)特殊要求,因而選用調(diào)質(zhì)處理的45鋼,由表查得
1、求輸出軸的功率 ,轉(zhuǎn)速 及扭矩 。 已求得
= r/min = = 初步估算最小軸徑 最小軸徑 d min=
由表可知,當(dāng)選取軸的材料為45鋼,C取110
D min= mm
此最小直徑顯然是安裝大帶輪處軸的直徑 。
考慮到軸上開(kāi)有鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的影響,軸徑需增大5%。
則 d min= =,取 =28 mm
2、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(1)、裝帶輪軸段I-II:
=28 mm,軸段I-II的長(zhǎng)度根據(jù)大帶輪的輪轂寬度B決定,已知 =60mm,為保證軸端擋板壓緊帶輪,而不會(huì)壓在軸的端面上,故 略小于 ,故取 =57mm。 (2)、裝左軸承端蓋軸段II-III:
聯(lián)軸器右端用軸肩定位,取 ,軸段II-III的長(zhǎng)度由軸承端蓋的寬度及其固定螺釘?shù)姆秶ú鹧b空間而定),可取
(3)、裝左軸承軸段III-IV:
由于圓柱直齒輪無(wú)軸向力及
,初選深溝球軸承,型號(hào)6207,其尺寸為 , 。 軸段III-VI的長(zhǎng)度由滾動(dòng)軸承的寬度,滾動(dòng)軸承與箱體內(nèi)壁距離 ,等尺寸決定: 。 (4)、間隙處IV-V:
高速軸小齒輪右緣與箱體內(nèi)壁的距離 。 取 ,
(5)、裝齒輪軸段V-VI:
考慮齒輪裝拆方便,應(yīng)使 ,取 ,軸段V-VI的長(zhǎng)度由齒輪輪轂寬度B=80mm決定,取 。
(6)、軸段VI-VII:
與軸段IV-V同。 。 (7)、右軸承安裝段VII-VIII:
選用6207型軸承,
B=17mm ,軸VII-VIII的長(zhǎng)度取
軸總長(zhǎng)為263mm。
3、軸上零件的定位
小齒輪、帶輪與軸的周向定位均用平鍵連接。
按 =28mm,由手冊(cè)查得平鍵剖面 ,鍵槽用鍵槽銑刀加工,長(zhǎng)為45mm。
帶輪與軸的配合代號(hào)為 。同理由
,選用平鍵為 ,為保證良好的對(duì)中性,齒輪輪轂與軸的配合代號(hào)為 ,滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是靠過(guò)盈配合來(lái)保證的,此處選 。
4、考慮軸的結(jié)構(gòu)工藝性 軸端倒角取 。
為便于加工,齒輪、帶輪處的鍵槽分布在同一母線上。
7、軸的強(qiáng)度驗(yàn)算
先作出軸的受力計(jì)算簡(jiǎn)圖,如圖所示,取集中載荷作用在齒輪的中點(diǎn),并找出圓錐滾子軸承的支反力作用點(diǎn)。查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》得代號(hào)為6207的深溝球軸承 a=17mm,則 L1=57/2+50+17/2=87mm L2=17/2+12+10+80/2= L3=17/2+12+10+80/2= (1)、計(jì)算齒輪上的作用力
輸出軸小齒輪的分度圓直徑為
D1=mz1= 21=
則圓周力
徑向力
軸向力
Fa=0 (2)、計(jì)算軸承的支反力
【1】、水平面上支反力
rHA=FtL3/(L2+L3)=1/2Ft=
rHB=FtL2/(L2+L3)= 1/2Ft=
【2】、垂直面上支反力
rVA=3220N
rVB= =347N
【3】、截面C處的彎矩
1、水平面上的彎矩
2、垂直面上的彎矩
3、
合成彎矩M
4、扭矩
T= TⅠ=
5、計(jì)算彎矩
因單向運(yùn)轉(zhuǎn),視扭矩為脈動(dòng)循環(huán), ,則截面C、A、D處的當(dāng)量彎矩為
6、按彎扭組合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
可見(jiàn)截面A的當(dāng)量彎矩最大,故校核該截面的強(qiáng)度
查表得 ,因 ,故安全。
截面D的直徑最小,故校核該截面的強(qiáng)度
因 ,故安全。
5、判斷危險(xiǎn)截面
剖面A、B、II、III只受扭矩,雖有鍵槽、軸肩及過(guò)渡配合等所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度,但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕地確定的,所以剖面A、B、II、III均無(wú)需校核。
從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看,剖面IV和V處過(guò)盈配合所引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重;從受載的情況看,剖面C處 最大。剖面V的應(yīng)力集中的影響和剖面IV的相近,但剖面V不受扭矩作用,同時(shí)軸徑也比較大,故不必作強(qiáng)度校核。剖面C上雖然 最大,但應(yīng)力集中不大(過(guò)盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端),而且這里軸的直徑最大,故剖面C也不必校核。剖面VI顯然更不必校核,又由于鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)比過(guò)盈配合的小,因而該軸只須校核IV既可。
六、鍵連接的校核計(jì)算
鍵連接設(shè)計(jì)
i、帶輪與輸入軸間鍵連接設(shè)計(jì)
軸徑
,輪轂長(zhǎng)度為 ,查手冊(cè),選用A型平鍵,其尺寸為 。 現(xiàn)校核其強(qiáng)度:
, ,
。
查手冊(cè)得 ,因?yàn)?,故滿足要求。 II、小齒輪與輸入軸間鍵連接設(shè)計(jì)
軸徑 d=50mm,輪轂長(zhǎng)度為 ,查手冊(cè),選用A型平鍵,其尺寸為 .現(xiàn)校核其強(qiáng)度: TI=Nmm, , 。
查手冊(cè)得 ,因?yàn)?,故滿足要求。 鍵連接設(shè)計(jì)
iII、大齒輪與輸出軸間鍵連接設(shè)計(jì)
軸徑d=60mm,輪轂長(zhǎng)度為 ,查手冊(cè),選用A型平鍵,其尺寸為
現(xiàn)校核其強(qiáng)度:
TII= Nm, , 。
查手冊(cè)得 ,因?yàn)?,故滿足要求。 IV、半聯(lián)軸器與輸出軸間鍵連接設(shè)計(jì)
軸徑 ,半聯(lián)軸器的長(zhǎng)度為 ,查手冊(cè),選用A型平鍵,其尺寸為 .現(xiàn)校核其強(qiáng)度:
, , 。
查手冊(cè)得 ,因?yàn)?,故滿足要求。
七、滾動(dòng)軸承的選擇及壽命計(jì)算
滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)及低速軸上軸承的壽命計(jì)算 已知條件:
采用的軸承為深溝球軸承。
一、滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)
1、滾動(dòng)軸承的支承結(jié)構(gòu)
輸出軸和輸入軸上的兩軸承跨距為H1=155mm,H2=150mm ,都小于350mm。且工作狀態(tài)溫度不甚高,故采用兩端固定式支承結(jié)構(gòu)。
2、滾動(dòng)軸承的軸向固定
軸承內(nèi)圈在軸上的定位以軸肩固定一端位置,另一端用彈性擋圈固定。 軸承外圈在座孔中的軸向位置采用軸承蓋固定。
3、滾動(dòng)軸承的配合
軸承內(nèi)圈與軸的配合采用基孔制,采用過(guò)盈配合,為 。 軸承外圈與座孔的配合采用基軸制。
4、滾動(dòng)軸承的裝拆
裝拆軸承的作用力應(yīng)加在緊配合套圈端面上,不允許通過(guò)滾動(dòng)體傳遞裝拆壓力。
裝入時(shí)可用軟錘直接打入,拆卸時(shí)借助于壓力機(jī)或其他拆卸工具。
5、滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑
對(duì)于輸出軸承,內(nèi)徑為d=55mm,轉(zhuǎn)速為n= ,則
,查表可知其潤(rùn)滑的方式可為潤(rùn)滑脂、油浴潤(rùn)滑、滴油潤(rùn)滑、循環(huán)油潤(rùn)滑以及噴霧潤(rùn)滑等。
同理,對(duì)于輸入軸承,內(nèi)徑為35,轉(zhuǎn)速為 r/min ,查表可知其潤(rùn)滑的方式可為潤(rùn)滑脂、油 浴潤(rùn)滑、滴油潤(rùn)滑、循環(huán)油潤(rùn)滑以及噴霧潤(rùn)滑等
6、滾動(dòng)軸承的密封
對(duì)于輸出軸承,其接觸處軸的圓周速度
故可采用圈密封。
二、低速軸上軸承壽命的計(jì)算 已知條件: 1軸承 ,
2軸承
軸上的軸向載荷為0徑向載荷為
查表得 ,則軸承軸向分力 Fs1=Fr1/2Y=567N Fs2=Fr2/2Y=496N
易知此時(shí)
Fs1 > Fs2 則軸承2的軸向載荷
軸承1軸向載荷為 .且低速軸的轉(zhuǎn)速為 預(yù)計(jì)壽命
=16 h I、計(jì)算軸承1壽命
6、確定 值
查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》表,得6207基本動(dòng)荷 ,基本額定靜載荷 。
7、確定e值
對(duì)于深溝球軸承,則可得 e=
8、計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P 由
9、計(jì)算軸承壽命 由 = 查可得 ,取 ;查表可得 (常溫下工作);6207軸承為深溝球軸承,壽命指數(shù)為 ,則
> 故滿足要求。 II、計(jì)算軸承2壽命
1、確定 值
查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)》,得6211型軸承基本額定動(dòng)載荷 ,基本額定靜載荷 。
2、確定e值
對(duì)于深溝球軸承6200取,則可得e=
4、計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P 由
由表10-5查得 ,則 P=Fr2=1687N
5、計(jì)算軸承壽命 由
查表10-7,可得 ,取 ;查表10-6可得 (常溫下工作);深溝球軸承軸承,壽命指數(shù)為
,則
> ,故滿足要求。
八、聯(lián)軸器的選擇
與低速軸軸端相連的半聯(lián)軸器為彈性套柱銷聯(lián)軸器,型號(hào)為 ,其公稱轉(zhuǎn)矩為 ,而計(jì)算轉(zhuǎn)矩值為:
,故其強(qiáng)度滿足要求。
九、箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
箱體采用灰鑄鐵鑄造而成,采用剖分式結(jié)構(gòu),由箱座和箱蓋兩部分組 成,取軸的中心線所在平面為剖分面。 箱體的強(qiáng)度、剛度保證
在軸承座孔處設(shè)置加強(qiáng)肋,做在箱體外部。外輪廓為長(zhǎng)方形。 機(jī)體內(nèi)零件的密封、潤(rùn)滑 低速軸上齒輪的圓周速度為:
由于速度較小,故采用油池浸油潤(rùn)滑,浸油深度為:
高速軸上的小齒輪采用濺油輪來(lái)潤(rùn)滑,利用濺油輪將油濺入齒輪嚙合處進(jìn)行潤(rùn)滑。
3、機(jī)體結(jié)構(gòu)有良好的工藝性.鑄件壁厚為8mm,圓角半徑為R=5。機(jī)體外型簡(jiǎn)單,拔模方便.4.
對(duì)附件設(shè)計(jì)
A 視孔蓋和窺視孔
在機(jī)蓋頂部開(kāi)有窺視孔,能看到傳動(dòng)零件嚙合區(qū)的位置,并有足夠的空間,以便于能伸入進(jìn)行操作,窺視孔有蓋板,機(jī)體上開(kāi)窺視孔與凸緣一塊,便于機(jī)械加工出支承蓋板的表面并用墊片加強(qiáng)密封,蓋板用鑄鐵制成,用M8螺釘緊固。 B 油螺塞:
放油孔位于油池最底處,并安排在減速器不與其他部件靠近的一側(cè),以便放油,放油孔用螺塞堵住,因此油孔處的機(jī)體外壁應(yīng)凸起一塊,由機(jī)械加工成螺塞頭部的支承面,并加封油圈加以密封。
C 油標(biāo):
油標(biāo)位在便于觀察減速器油面及油面穩(wěn)定之處。 油尺安置的部位不能太低,以防油進(jìn)入油尺座孔而溢出.D 通氣孔:
由于減速器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),機(jī)體內(nèi)溫度升高,氣壓增大,為便于排氣,在機(jī)蓋頂部的窺視孔改上安裝通氣器,以便達(dá)到體內(nèi)為壓力平衡.E 定位銷:
為保證剖分式機(jī)體的軸承座孔的加工及裝配精度,在機(jī)體聯(lián)結(jié)凸緣的長(zhǎng)度方向各安裝一圓錐定位銷,以提高定位精度.F 吊鉤:
在機(jī)蓋上直接鑄出吊鉤和吊環(huán),用以起吊或搬運(yùn)較重的物體.
總結(jié):機(jī)箱尺寸
名稱 符號(hào) 結(jié)構(gòu)尺寸/mm 箱座壁厚
8 箱蓋壁厚
8 箱座凸緣厚度
12 箱蓋凸緣厚度
12 箱底座凸緣厚度
20 箱座上的肋厚
7 箱蓋上的肋厚
7 軸承旁凸臺(tái)的高度
39 軸承旁凸臺(tái)的半徑
23 軸承蓋的外徑
140/112 地 腳 螺 釘 直徑
M16 數(shù)目
4 通孔直徑
20 沉頭座直徑
32 底座凸緣尺寸
22 20 連 接 螺
栓 軸承旁連接螺栓直徑
M12 箱座的連接螺栓直徑
M8 連接螺栓直徑
M18 通孔直徑
9 沉頭座直徑
26 凸緣尺寸
15 12
定位銷直徑
6 軸承蓋螺釘直徑
M8A 視孔蓋螺釘直徑
M6 吊環(huán)螺釘直徑
M8 箱體內(nèi)壁至軸承座端面距離
55 大齒輪頂圓與箱體內(nèi)壁的距離
12 齒輪端面與箱體內(nèi)壁的距離
15
十、潤(rùn)滑與密封 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑
由于軸承周向速度為,所以宜開(kāi)設(shè)油溝、飛濺潤(rùn)滑。 潤(rùn)滑油的選擇
齒輪與軸承用同種潤(rùn)滑油較為便利,考慮到該裝置用于小型設(shè)備,選用GB443-89全損耗系統(tǒng)用油L-AN15潤(rùn)滑油。 密封方法的選取
選用凸緣式端蓋易于調(diào)整,采用悶蓋安裝骨架式旋轉(zhuǎn)軸唇型密封圈實(shí)現(xiàn)密封。密封圈型號(hào)按所裝配軸的直徑確定為軸承蓋結(jié)構(gòu)尺寸按用其定位的軸承的外徑?jīng)Q定 十
一、設(shè)計(jì)小結(jié)
十
二、參考資料
1《畫(huà)法幾何及工程制圖
第六版》朱輝、陳大復(fù)等編
上??茖W(xué)技術(shù)出版社
2、《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》 陳立德主編
高等教育出版社
3、《機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算手冊(cè)
第一版》王三民主編
化學(xué)工業(yè)出版社
4、《機(jī)械設(shè)計(jì)
第四版》邱宣懷主編
高等教育出版社
我的設(shè)計(jì)作業(yè)F=3000N V=2m/s D=300mm
教學(xué)設(shè)計(jì)螺旋共4
螺旋千斤頂
設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)
院
系
專業(yè)年級(jí)
設(shè) 計(jì) 者
指導(dǎo)教師
成
績(jī)
2010年11月1日
-
設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)
設(shè)計(jì)題目:螺旋千斤頂
千斤頂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖:
設(shè)計(jì)條件:
1、最大起重量F = 40kN;
2、最大升距H =200mm;
3、低速。
設(shè)計(jì)工作量:
繪制出總裝配圖一張,標(biāo)注有關(guān)尺寸,填寫(xiě)標(biāo)題欄及零件明細(xì)表; 編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)一份。
- 3
表2-1 而作為傳動(dòng)類螺紋的主要有矩形、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=30o,梯形螺紋的內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松動(dòng)。故本實(shí)驗(yàn)選梯形螺紋,它的基本牙形按GB/—2005的規(guī)定。
三、零件尺寸的計(jì)算
、螺桿
、螺桿直徑及螺紋的計(jì)算
按耐磨性條件確定螺桿中徑d2。求出d2后,按標(biāo)準(zhǔn)查表選取相應(yīng)公稱直徑d、螺距p及其它尺寸。
螺桿直徑:
D2?對(duì)于矩形和梯形螺紋,h=,則:
FP
?h?[p]- 56
i?Id1?A4
i為螺桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩:I??d1464,mm4
當(dāng)螺桿的柔度?s<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。
、螺桿柔度
(1)計(jì)算螺桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩I和i ?27?10?3I==6464i?Id327?10=?4A4?3?d34??4=?104mm4
= (2)求起重物后托杯底面到螺母中部的高度l l=H+5p+(~)d
=200+5×6+×34=281mm 查表得?=(一端固定,一端自由),E=200GPa。 將以上數(shù)據(jù)代入臨界載荷條件,得:
?2EI?2?200?109??10?83Fcr???162?10N 2?32(?l)(2?281?10)所以,Scr?Fcr162??Ss= =、螺母
、螺母設(shè)計(jì)與計(jì)算
根據(jù)課本中的說(shuō)明,螺紋的高度H??d2。上文中已經(jīng)說(shuō)明,?=,d2=31mm,所以H=44mm。而螺紋工作圈數(shù)n=符合這一要求的。 H?,取8圈。需要說(shuō)明的是,螺紋的工作圈數(shù)不宜超過(guò)10圈,8圈顯然是、螺母螺紋牙的強(qiáng)度計(jì)算
螺紋牙多發(fā)生剪切和擠壓破壞,一般螺母的材料強(qiáng)度低于螺桿,故只需校核螺母螺紋牙的強(qiáng)度。
如圖所示,如果將一圈螺紋沿螺母的螺紋大徑D處展開(kāi),則可看作寬度為πD的懸臂梁。假設(shè)螺母每圈螺紋所承受的平均壓力為
F,并作用在以螺紋中u徑D2為直徑的圓周上,則螺紋牙危險(xiǎn)截面a-a的剪切強(qiáng)度條件為
??F?[?] ?Dbu螺紋危險(xiǎn)截面a-a的彎曲強(qiáng)度條件為
?? 6Fl?[?b] 2?Dbu40?103? 經(jīng)計(jì)算,????35?10?3??6?10?3?86?40?103??10?3??? ?3?32??35?10?(?6?10)?8又經(jīng)查表得[?]=35MPa,[?]=50MPa,對(duì)比可知均滿足強(qiáng)度要求。
、安裝要求
螺母壓入底座上的孔內(nèi),圓柱接觸面問(wèn)的配合常采用
H8H或8等配合。為了安裝簡(jiǎn)便,r7n7需在螺母下端和底座孔上端做出倒角。為了更可靠地防止螺母轉(zhuǎn)動(dòng),還應(yīng)裝置緊定螺釘,緊定螺釘直徑常根據(jù)舉重量選取,一般為6~12mm。 螺母的相關(guān)尺寸計(jì)算 查手冊(cè)D=d+1=35mm 內(nèi)螺紋小徑D1=d-7=28mm D3= (~)D
=×35= D4= (~)D3 =×= H=44mm
- 910底座結(jié)構(gòu)及尺寸如圖 .
圖中
H1=H+(14~28)mm =200+20=220mm H-a== D=d+1(查手冊(cè)) =34+1=35
D6=D3+(5~10)mm =61+6=67mm D7=D6+D8=
220H1=67+=121mm 554F2?D7 π[?]p4?40?10
3=?1112= ?2?取10mm,則S=?×(~2)=20mm
式中:[?]p——底座下枕墊物的許用擠壓應(yīng)力。對(duì)于木材,取[?]p=2~。
參考文獻(xiàn):
[1]濮良貴、紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,2006.[2]馬蘭.機(jī)械制圖[M]。北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.[3] 孫恒.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,2006.
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