哈工大机械设计大作业螺旋千斤顶.doc

目 录一、设计题目-----------------------------------------------------------------------------------------------------2二、螺母、螺杆选材-------------------------------------------------------------------------------------------2三、螺杆、螺母设计计算3.1 耐磨性计算-----------------------------------------------------------------------------------------------23.2 螺杆强度校核--------------------------------------------------------------------------------------------33.3 螺纹牙强度校核-----------------------------------------------------------------------------------------33.4 螺纹副自锁条件校核----------------------------------------------------------------------------------43.5 螺杆稳定性校核-----------------------------------------------------------------------------------------4四、螺母外径及凸缘设计------------------------------------------------------------------------------------5五、手柄设计----------------------------------------------------------------------------------------------------5六、底座设计----------------------------------------------------------------------------------------------------6七、其余各局部尺寸及参数---------------------------------------------------------------------------------7八、参考资料-----------------------------------------------------------------------------------------------------8一、 设计题目螺旋起重器〔千斤顶〕条件：起重量FQ=40KN，最大起重高度H=200mm。

二、 螺杆、螺母选材本千斤顶设计采用梯形螺纹螺旋传动由于螺杆承受载荷较大，而且是小截面，应选用45#钢，调质处理查参考文献[2]得σs=355MPa,查机械设计表5.9得,取[σ]=110MPa; σb=600MPa由于千斤顶属于低速重载的情况，且螺母与螺杆之间存在滑动磨损，故螺母采用强度高、耐磨、摩擦系数小的铸铝青铜ZCuAl10Fe3，查表5.9得螺母材料的许用切应力,取=35MPa；许用弯曲应力[σb]=40~60MPa, 取[σb]=50MPa托盘和底座均采用铸铁材料三、 螺杆、螺母设计计算3.1 耐磨性计算由耐磨性条件公式：对于梯形螺纹，有h=0.5p,那么耐磨性条件转化为： 式中 ——螺纹中径，mm;F——螺旋的轴向载荷，N；H——螺母旋合高度，mm; ——引入系数，=H/;[p]——材料的许用压强，MPa;查机械设计表5.8，得[p]=18~25MPa，取[p]=20MPa，对于整体式螺母，，取=2.0，那么有查参考文献[4]表H.5,试取公称直径d=32mm,螺距p=6mm,中径d2=29mm,小径d1=25mm,内螺纹大径D4=33mm。

那么螺母高度，螺纹圈数，α=2β=30°3.2 螺杆强度校核千斤顶螺杆危险截面受轴向力F和扭转力矩T1的作用，这里的扭转力矩是螺纹副的摩擦转矩T1根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度条件为 对于梯形螺纹该式可化为 式中 ——螺杆螺纹的小径(mm)； ——螺杆材料的许用应力(MPa); F—— 螺杆所受的轴向载荷(N)； T1——螺杆所受转矩(N·mm),代入数据，而选择d1=25mm,满足螺杆强度要求3.3 螺纹牙强度校核因为螺母材料强度低于螺杆 ，所以螺纹牙的剪切和弯曲破坏大多发生在螺母上，故可只校核螺母螺纹牙强度螺母螺纹牙根部剪切强度条件为： 式中 F——轴向载荷(N)； D4——螺母螺纹大径(mm); Z——螺纹旋合圈数； b——螺纹牙根部厚度(mm)，对于梯形螺纹b=0.65p代入数据计算 即螺母满足剪切强度要求螺母螺纹牙根部的弯曲强度条件为： 式中 l——弯曲力臂，； 其它参数同上。

代入数据计算 即螺母螺纹牙满足弯曲强度要求3.4 螺纹副自锁条件校核由螺纹副自锁条件： 式中 ——螺纹螺旋升角〔°〕，——当量摩擦角(°); ——螺纹线数，n=1; ——螺纹导程(mm); ——螺纹中径(mm);——当量摩擦系数,查机械设计表5.10，得=0.08~0.10,取=0.09;代入数据 因为≤，所以满足螺纹副自锁条件要求3.5 螺杆的稳定性校核 千斤顶的最大上升高度H=200mm.那么螺杆的最大工作长度 式中 ——螺母高度(mm)，=58mm;符号参见参考文献[1]图3.1；——螺杆与手柄座相接处额尺寸，查手册知，=10.5mm 假设手柄直径为d1=26mm,由尺寸经验公式h1=(1.8~2)d1=46.8~54mm取h1=50mm,那么 L=200+29+50+10.5=289.5mm那么螺杆的柔度 式中 ——长度系数，对本千斤顶，看做一端固定、一端自有，那么可取=2； d1——螺纹小径，d1=25mm。

i——螺杆危险截面的惯性半径(mm),,其中A为危险截面的面积(mm2)代入数据计算 对于45#调制钢，此时螺杆稳定的临界载荷Fc为： 式中 E——螺杆材料的弹性模量，对于钢 E=2.07×105MPa； I——螺杆危险截面的轴惯性矩(mm4),；代入数据计算 那么，由压杆稳定条件 故螺杆满足稳定性要求四、 螺母外径及凸缘设计根据经验公式，螺母外径D2≈1.5d=1.5×32=48mm; 螺母凸缘外径D3≈1.4D2=1.4×48=67.2mm; 螺母凸缘厚b=(0.2~0.3)H=(0.2~0.3)×58=11.6~17.4mm，取b=15mm五、 手柄设计加在手柄上的力需要克服螺纹副之间的摩擦阻力矩T1和托杯支撑面间的摩擦力矩T2设加在手柄上的力F1=300N，手柄长度为L1，那么有F1 L1 = T1 + T2对于T1和T2，有90929.3N·mm公式中的符号见参考书[1]图3.2和图3.3。

根据经验公式，mm,取D=55mm; mm，取D1=25mm托杯材料选择铸铁，手柄选择Q235，摩擦因数f=0.12,那么 ≈那么手柄长度，取=200mm,加套筒长500mm设手柄所受最大弯曲应力为σ，查参考文献[2]表10.1,，查参考文献[3],得，那么=112.5~150MPa,取=125MPa那么手柄直径d1应满足 ，转化为： 取手柄直径d1=26mm六、 底座设计螺杆下落至底面，再留20~30mm的空间，底座铸造起模斜度1:10，壁厚由经验公式，S=(1.5~2)=12~16mm,取S=16mm各符号见参考书[1]图3.2和图3.3D5由结构设计确定，D5=128mmD4=1.4D5=1.4*128=179.2mm结构确定后校核下底面的挤压应力： MPa有结果可知，千斤顶在最大载荷下，可以在木材上使用底面材料选择铸铁HT100，查表得铸铁件壁厚为10~20mm时，， 显然，，下外表强度满足设计要求上外表校核：，查参考文献[4]表B.4，得[σb]=195MPa, <[σb]故上外表满足强度要求七、 其余各局部尺寸及参数〔符号见参考书[1]图3.2和图3.3〕，取=76mm；，取D=55mm；，取=24mm;，取=55mm；，取=50mm；，取=18mm；，取=6mm；，取=6mm；，取=6mm。

固定托盘用的挡圈内径8mm，外径26mm，厚5mm；螺钉螺杆底部挡圈内径8mm，外径34mm，厚5mm；螺钉 紧定螺钉 GB/T71-1985 M8×20其余铸造圆角，取R=2mm底座高度为284mm，装配后千斤顶的升降范围为414~614mm螺旋起重器〔千斤顶〕装配图见A3图纸八、参考资料[1]张丰，宋宝玉. 机械设计大作业指导书.北京：高等教育出版社，2021.10[2]宋宝玉.机械设计课程设计指导书.北京：高等教育出版社，2006[3]王黎钦，陈铁鸣.机械设计.5版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2021.1[4]于慧力，张春宜.机械设计课程设计.北京：科学出版社，2007[5]刘莹，吴宗泽.机械设计教程.2版.北京：机械工业出版社，2007.9[6]金铃，刘玉光，李立群.画法几何及机械制图.哈尔滨：黑龙江人民出版社，2003.7 。