哈工大机械设计大作业螺旋传动设计(千斤顶).doc

哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）Harbin Institute of Technology机械设计大作业说明书大作业名称： 机械设计大作业 设计题目： 螺旋传动设计 班 级： 设 计 者： 学 号： 指导教师： 宋宝玉 设计时间： 20141003 哈尔滨工业大学目 录1设计题目-32螺母、螺杆选材-33耐磨性计算-34螺杆强度校核-35螺纹牙强度校核-46螺纹副自锁条件校核-57螺杆稳定性校核-58螺母外径及凸缘设计-69手柄设计-610底座设计-711各部分尺寸及参数-712参考资料-81、设计题目螺旋起重器（千斤顶）已知条件：3.1.2起重量=40KN，最大起重高度H=200mm。2、 螺杆、螺母选材螺杆选用45钢调质。查参考文献2表10.2得=355MPa,=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，故螺母采用强度高且耐磨的铝青铜ZCuAl10Fe3。托盘和底座均采用铸铁材料。3、 耐磨性计算查参考文献1表8.11得p=1825MPa。取p=22MPa。按耐磨性条件选择螺纹中径，起重器需要螺纹有较高的承载能力，螺纹根部强度较高，所以选用梯形螺纹。查参考文献1得，取 =2。由梯形螺纹耐磨性条件公式： 式中螺纹中径，mm;F螺旋的轴向载荷，N； p材料的许用压强，MPa; 引入系数，=H/; H螺母旋合高度，mm;代入数值后有。查参考文献2表11.4，取公称直径d=32mm，螺距p=6mm，中径d2=29mm，小径d4=25mm，内螺纹大径D4=33mm，内螺纹小径D1=26mm。则螺母高度H=*=2*29=58mm，螺纹圈数z=H/P=9.7，=2=30。4、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T的作用，这里的扭转力矩是螺纹副的摩擦转矩T。根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度条件为：1 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)； T螺杆所受转矩(Nmm), 。 螺纹升角（）查参考文献1表8.13得钢对青铜的当量摩擦因数=0.080.10,取=0.09。则=arctan=5.143=arctan=arctan=3.7679将已知数据带入公式得T=40000tan(3.7679+5.143)30/2=94074Nmm=97.27MPa查参考文献1表8.12得螺杆的许用应力=，而=355MPa，则=71118MPa,取=100MPa97.27MPa=。即，螺杆满足强度条件。5、螺母螺纹牙强度校核 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。查参考文献1表8.12得螺母材料的许用切应力,取=35MPa；许用弯曲应力b=4060MPa, 取b=50MPa。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，z取10； b螺纹牙根部厚度(mm)，对于梯形螺纹b=0.65P=3.9mm。代入数据计算：MPa 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，l=2mm 其它参数同上。代入数据计算：MPab即螺母螺纹牙满足弯曲强度要求。6、螺纹副自锁条件校核由螺纹副自锁条件其中=arctan 螺纹升角，=arctan=arctan=3.768当量摩擦因数，取=0.09。当量摩擦角（）带入数据计算得=arctan=arctan0.09=5.143；所以满足螺纹副自锁条件。7、螺杆的稳定性校核千斤顶的最大上升高度200mm，则螺杆的最大工作长度L为式中 螺母高度(mm)，=58mm;=（1.82）；螺杆与手柄座相接处尺寸，查手册知，=9mm。假设手柄直径为d1=30mm，由尺寸经验公式h1=(1.82)d1=5460mm取h1=54mm，则： L=200+29+54+9=292mm则螺杆的柔度： 长度系数，对本千斤顶，看做一端固定、一端自有，则取=2； d4螺纹小径，d4=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： （）代入数据计算得：N那么，由压杆稳定条件故螺杆满足稳定性要求。8、螺母外径及凸缘设计根据经验公式，螺母外径D21.5d=1.532=48mm，取D2=50mm; 螺母凸缘外径D31.4D2=1.450=70mm; 螺母凸缘厚b=(0.20.3)H=(0.20.3)58=11.617.4mm，取b=15mm。9、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L，则有F1 L = T1 + T2。对于T1和T2，有T1=40000tan(3.768+5.143)30/2=94074Nmm公式中的符号见参考书3。根据经验公式，D=（1.61.8）d=（1.61.8）32=51.257.6mm，取D=55mm;D1=（0.60.8）d=（0.60.8）32=19.225.6mm；取D1=24mm;托杯材料选择铸铁，手柄选择Q235，取摩擦因数f=0.12,则那么手柄长度，L=637.1mm，取L=300mm,加套筒长400mm。设手柄所受最大弯曲应力为，则=112.5150MPa,取=125MPa。则手柄直径d1应满足转化为 =24.97mm;取手柄直径d1=25mm。10、底座设计螺杆下落至底面，再留10mm左右的空间，底座铸造起模斜度1:10，壁厚。由经验公式，S=(1.52)=1520mm,取S=20mm。各符号见参考书3。D5由结构设计确定，D5=120mm；D4=1.4D5=1.4*120=168mm。结构确定后校核下底面的挤压应力： =底面材料选择铸铁HT100，查参考资料2表10.3得铸铁， 。显然，底面强度满足设计要求。11、各部分尺寸及参数（符号见参考资料3）mm，取=70mmmm，取D=55mmmm，取D1=24mm=50mm，=70mm，=168mm，=120mm=10mmmm，取h=50mm=mm，取=45mm=mm，取=15mm=25mmmm，取=6mm;，取=7mm；，取=7mm。d=32mm，=29mm，=25mmH=58mm，b=15mm，P=6mm，S=20mm固定托盘用的挡圈内径8mm，外径32mm，厚5mm；螺钉。螺杆底部挡圈内径8mm，外径50mm，厚5mm；螺钉 。紧定螺钉 GB/T71-1985