多功能破障工具的研制

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1、第3期機(jī)電技術(shù)51多功能破障工具的研制戴曉光(湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北孝感432000)摘要：設(shè)計(jì)了一種用于地震中破障的多功能工具。介紹了該裝置的工作原理、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算以及主要零部件的設(shè)計(jì)。該多功能破障工具可以在地震發(fā)生時(shí)，實(shí)現(xiàn)千斤頂和液壓剪的功能，起到抗震救災(zāi)的作用。關(guān)鍵詞：地震救援；破障；多功能工具中圖分類號：TU62TH21文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-4801(2012)03-051-03地震發(fā)生時(shí)，樓房倒塌嚴(yán)重，無數(shù)生命被困，道路、橋梁被毀，大型、重型工具無法進(jìn)入，給救援工作帶來很大的麻煩。由此，利用螺旋傳動(dòng)的原理，在普通螺旋千

2、斤頂?shù)幕A(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了一種小型多功能破障工具，該工具在發(fā)生地震的時(shí)候，可以實(shí)現(xiàn)以下功能：1)可以實(shí)現(xiàn)千斤頂?shù)墓δ?，把地震中垮塌的預(yù)制板或其它重物頂起，救出被困人員。2）可以實(shí)現(xiàn)切割機(jī)或者液壓剪的功能，剪斷地震發(fā)生時(shí)預(yù)制板中裸露出來的鋼筋。圖3多功能破障工具的結(jié)構(gòu)1.手柄；2.U形支架；3.螺桿；4.承重螺母；5.著力桿1多功能破障工具的工作原理3螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算救援人員使手柄轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺桿和螺母發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母的徑向轉(zhuǎn)動(dòng)被Ｕ形支架控制，不能考慮到梯形螺紋內(nèi)外螺紋以錐面貼緊不易松旋轉(zhuǎn)，只能在U形支架的滑道中上下滑動(dòng)，螺母動(dòng)，傳動(dòng)效率高，工藝性好，牙根強(qiáng)度高，

3、對中上安裝的著力桿或者剪刀就可以頂起重物或者剪性好，比其它螺紋更耐磨，適用于較大傳力等場斷鋼筋。起重原理如圖1所示，剪切原理如圖2合，選用梯形螺紋傳動(dòng)。所示。3.1材料的選擇由參考文獻(xiàn)[3]，將螺桿和螺母材料均選為40Cr(調(diào)質(zhì))，HBS=280。3.2螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算主要是限制螺紋工作面上的壓力p，使其小于材料的許用壓力[p]。假設(shè)作用于螺桿的軸向力為Q(N)，螺紋的承2壓面積為A(mm)，螺紋中徑為d2(mm)，螺紋工圖1起重原理圖圖2剪切原理圖作高度為H(mm)，螺紋螺距為P(mm)，螺母高度2多功能破障工具的結(jié)構(gòu)組成為D(mm)，螺紋工作圈數(shù)為u＝H

4、/P。則螺紋工作面上的耐磨性條件為該裝置主要由Ｕ形支架、螺桿、承重螺母、QQQ著力桿、剪刀、剪刀桿（刀柄）、手柄等組成。其pp??????MPa(1)Ad??22hudhH結(jié)構(gòu)如圖3所示。為方便救援人員攜帶，將所有上式可作為校核計(jì)算用。為了導(dǎo)出設(shè)計(jì)計(jì)算的工具都裝在一個(gè)工具箱中。式，令?=H/d2，則H=?d2，，代入式(1)作者簡介：戴曉光(1973－)，男，副教授，工學(xué)碩士，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造。52機(jī)電技術(shù)2012年6月整理后可得o??4.2QPd2?(2)f??hp?????arctancos?對于梯形螺紋，h?0.5p，則由參考文獻(xiàn)[4]，查得:

5、滑動(dòng)螺旋副的摩擦系數(shù)f=(0.11+0.17)/2=0.14QPd2?0.8(3)由參考文獻(xiàn)[3]，查得：???po??15螺紋工作高度Hd??2fo????arctan8.2式中：??p為材料的許用壓力，MPa；?值一般取cos?oo1.2～3.5。根據(jù)公式算得螺紋中徑d2后，應(yīng)按國??4.2＜???8.2故能實(shí)現(xiàn)自鎖家標(biāo)準(zhǔn)選取相應(yīng)的公稱直徑d及螺距P，螺紋工4主要零部件的設(shè)計(jì)作圈數(shù)不宜超過10圈。4.1螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算1)螺紋尺寸的確定根據(jù)上面計(jì)算的結(jié)果d=24，取安全系數(shù)為1.5，則d=36，由參考文獻(xiàn)[1]，查得：d1=29，d2=33，p=6螺桿螺紋

6、的剖切圖如5所示：圖4螺旋副受力圖螺紋幾何參數(shù)確定后、對于有自鎖性要求的螺旋副，還應(yīng)校核螺旋副是否滿足自鎖條件，即圖5螺桿螺紋剖切圖f2)螺桿各部分尺寸的確定????vvarctg?arctgfcos?如圖6所示，由結(jié)構(gòu)要求確定螺桿各部分的式中：?為螺紋升角；fv為螺旋副的當(dāng)量摩擦系尺寸。數(shù)；f為摩擦系數(shù)。①計(jì)算公稱直徑Qm????g200010N20000N由參考文獻(xiàn)[4]，查得:?=（1.2+2.5）/2=1.85由參考文獻(xiàn)[2]，查得:??pmin=18×（1+20%）圖6螺桿各部分尺寸=21.6[P]max=25×（1+20%）=30??p取中間值：

7、??p=(21.6+30)/2=25.84.2U形支架的設(shè)計(jì)代入式(3)得：d2≥20.47軸承的厚度為14mm，軸承端蓋的厚度為11由參考文獻(xiàn)[3]，查得:d1=18.5d2=21.5mm，則上橫梁的厚度為：14+11=25mm。設(shè)計(jì)起d=24P=5重距離為450mm，考慮承重螺母的高度，可計(jì)算驗(yàn)算：Hd?????221.51.8539.775出U形支架的總長度為L=450+30+24=504mm，Z??H39.7755??7.99510滿足條件蓋的外徑為76mm，則上橫梁的寬度尺寸應(yīng)比76Pmm大，取上橫梁的寬度為82mm，下橫梁不需②驗(yàn)算自鎖：要安裝軸

8、承端蓋，則可以適當(dāng)?shù)臏p少其尺寸，則p5取寬度為55m