哈工大机械设计千斤顶大作业
哈尔滨工业大学机械课程设计计算说明书题目： 设计螺旋起重器院系： 机电工程学院 班号： 姓名： 日期： 2022 年 10 月 5 日机械设计课程设计说明书设计题目：设计螺纹起重机设计者： 班号:设计数据及要求：起重量： F=30kN；起重高度： H=180mm, 手动驱动； 工作环境：自然环境简图如下：题目:设计螺旋起重器(千斤顶)设计要求：起重量F=30kN, 最大起重高度H=180mm,手动驱动。说明螺旋起重器的构造见图,其组成零件有托杯，螺钉，手柄，挡圈，螺母，紧定螺钉，螺杆，底座。螺母用紧定螺钉固定在底座上。转动手柄时，螺杆即转动并上下运动；托杯直接顶住重物，不随螺杆转动；挡圈防止螺杆由螺母中全部脱出。对这一装置主要的要求是:保证各零件有足够的强度、耐磨性、能自锁、稳定性合格等。对于螺钉， 挡环等零件， 属于标准件， 可以依据要求， 选取适当的型号。 其他尺寸可以由阅历数据、构造需要和工艺要求来确定，必要时还需要经过 相关验算。名目一、选择螺杆、螺母的材料 5二、螺杆强度计算及螺纹参数确定 5三、耐磨性校核5四、螺纹牙的强度校核6五、自锁条件校核7六、手柄设计 8七、螺杆的稳定性校核 9八、螺母外径及凸缘设计10九、底座设计 11十、各局部尺寸及参数11十一、参考资料12一选择螺杆、螺母的材料螺杆：滑动螺旋传动中的摩擦较严峻，要求螺旋传动材料要有较好的的耐磨性能和抗弯 性能。一般状况下可用45、50钢。本设计中，螺杆材料选45钢，调质处理。螺纹类型：梯形螺纹。螺母：千斤顶属于低速重载的状况，且螺母与螺杆之间存在滑动磨损，故螺母承受强度 高、耐磨、摩擦系数小的铸铝青铜 ZCuAl10Fe3。二螺杆强度计算及螺纹参数确定螺杆承受 45 号调制钢，查找材料力学表 4-1，查得抗拉强度： b=600MPa ， s=360 MPa。梯形螺纹校核条件：41.25 Fd1 式中： d1 螺杆螺纹的小径， mm 螺杆材料的需用应力,MPaF 螺杆材料所受的轴向载荷， 30KN据机械设计教材表8.12，= s4 90MPa =s，取3 541.2530KN =23.0mm 90MPad 1查参考文献表11-5,选择公称直径d=32mm，中径d2=d-3=29mm，外螺纹小径 d1=d-7=25mm，螺 距P=6mm三耐磨性校核螺母选用铸造铝青铜ZCuAl10Fe3，传动螺纹选用梯形螺纹，滑动螺旋副为钢 铝青铜， 查找文献表8-11，得P=1825MPa，由于人力驱动， p可提高约20%，那么p=21.630MPa。 取p=25MPa。耐磨性条件为：p FP p s d hH2式中：F轴向载荷， 30KNd2螺纹中径， 29mmp许用压强， 25MPaP螺距, 6mmh螺纹的工作高度，梯形螺纹，那么此时h=0.5P=3mmH螺母旋合高度， mm代入数据得：FPH d h p 26.3mm2z H 10由于 P ，所以Z=6,那么H=48mm，满足耐磨性要求。四螺纹牙的强度校核螺母螺纹牙根部的剪切强度条件为F Q Z db式中：FQ 轴向载荷， 30KN；d 螺母螺纹大径， 32mm；Z 螺纹旋合圈数， Z=8；b 螺纹牙根部厚度，梯形螺纹b 0.65p 0.65 6 mm 3.90 mm ； 螺母材料的许用切应力。查表8-12，许用切应力 30 40 MPa代入数据计算得b 32 8 3.902 32 3.90 8 30000 MPa 9.6MPa arctan P 3.7682 d2 arctanf 5.14280明显 ，满足剪切强度条件。螺纹牙根部的弯曲强度条件为b dzb2 b 3Fh 式中：FQ 轴向载荷， 30KN；h 螺纹牙工作高度， h 0.5P 3mmdZb螺母螺纹大径， 32mm；螺纹旋合圈数， Z 8螺纹牙根部厚度， b 0.65p 0.65 6 mm 3.90 mm b 螺母材料的许用弯曲应力。查表 8-12, b 40 60 MPa代入数据计算得 MPa 22.1MPa3 30000 3 明显 b b ，满足螺纹牙强度要求。五自锁条件校核螺纹自锁条件为： 式中: 为螺纹升角 当量摩擦角P 螺纹导程, 6mmd 2 螺纹中径, 29mmf当量摩擦系数,查表8.13，取f=0.09代入数据计算得 arctan npd2 arctan 1 629 3.7682 arctanf 5.14280明显 , 满足自锁性条件。六手柄设计加在手柄上的力需要抑制螺纹副之间相对转动的阻力矩和托杯支承面间的摩擦力矩。 设F为加在手柄上的力， L为手柄长度。取F=200 N，那么FL T T1 2式中：T1 螺纹副摩擦力矩， N mm ；T2 托杯支承面间的摩擦力矩，其中螺纹副摩擦力矩。N mmT F tan( ”) d21 Q 2式中：Q 轴向载荷， 30KN；F arctan np arctan 1 6 3.7682 螺纹升角， d2 29 ； ” 螺纹副当量摩擦角， arctanf 5.14280d2 螺纹中径， 29mm。代入数据计算得：29T 30000 tan(3.7682 5.14280 ) 68205N mm1 2另外，托杯支承面间的摩擦力矩T fF 11 D (2 4)3 (D 2)3 2 3 Q D (2 4)2 (D 2)21D=(1.61.8)d=51.257.6，取D=55mmD1=(0.60.8)d=19.225.6，取D1=24mm托杯选铸铁，手柄选Q215,由表8.13得托杯支承面间摩擦系数f=0.12，那么：T fF 1 70416N mm1 D (2 4)3 (D 2)32 3 Q D (2 4)2 (D 2)21所以，T T 68205 70416F 200L 1 2 mm 693.1 mm取L 250 mm ，套筒加长500 mm 。对于手柄直径：FLd 3手柄 0.1 b s手柄材料的许用弯曲应力 b 1.5 2其中 s 205 MPa ，那么取 b 110MPa 。代入数据，计算得 23.3mm200 693.1d 3手柄 0.1110d 25 mm所以，取手柄直径 手柄 。七.螺杆的稳定性校核螺杆的柔度值 li 4ld1340 d 2 340 252式中： 长度系数，对千斤顶，可看作一端固定、一端自由，取 2 ；d 1 螺纹小径， 25mm；l 螺杆的最大工作长度，取螺母中部到另一端支点间的距离，那么l 200 H螺母 h l2 1 退刀槽H ZP 8 6 mm 48 mm螺母l l 9mm退刀槽 指螺杆与手柄座相接处的尺寸，查手册知， 退刀槽 。由构造尺寸阅历公式：1 手柄 ，取 1h (1.8 2)d 45 50 mm h 48 mm那么l (180 24 48 9)mm 261 mm代入数据计算得：4l 4 2 261d 253 83.52 90对于45钢，当 90 时：F 1 92140N c 1 0.000132 4 1 0.0001383.522 4F 92140c 3.07 2.5 F 30000明显，满足稳定性要求。
