机械毕业设计63千斤顶机械设计说明书

- 1 - 机械设计计算说明书 题目：设计螺旋起重器（千斤顶） 班号 ： 0408109 姓名 ： cxxxxx 学号 ： 1040810921 专业 ： 机械设计制造及其自动化 学院 ： 机电工程学院 2006.10.8 - 2 - 机械设计作业任务书 题目：设计螺旋起重器（千斤顶） 一设计要求： 螺旋起重器是一种简单的起重装置，用手推动手柄即可起升重物。它一般由底座、螺杆、螺母、托杯、手柄、扳手等零件组成。 已知数据： 起重量 Q=50kN 最大起重高度 H=150mm 手柄上的作用力 F =300N 千斤 顶的受力分析简图如下所示： - 3 - 二工作量 1设计计算说明书一份，主要包括起重器各部分尺寸的计算，强度、自锁性、稳定性校核等。 2装配图一张，画出起重器的全部结构，标注必要的尺寸与零件编号，填写标题栏与明细表。 一、选材 考虑到千斤顶的工作要求，螺杆的材料应该有一定的强度要求，故选用 45#钢。螺母的材料除了要有足够的强度外，还要求与螺杆配合时摩擦系数小、耐磨，根据千斤顶工作时符合重载低速的工作条件，故选用强度较高的铸铝青铜（ ZCuAl10Fe3）作为螺母的制造 材料。 二、相关参数计算 螺旋千斤顶工作时螺旋部分要克服很大的轴向载荷，而且传力过程具有间歇性，每次工作时间短，速度也不高，但轴向力很大，通常需要自锁，而且因工作时间短，不要求高效率。根据以上分析，传力螺旋选为梯形螺纹。螺旋工作时，螺杆承受轴向载荷和转矩，螺杆和螺母的螺纹承受挤压、弯曲和剪切应力。具体计算过程如下所示： 1、螺杆强度计算 由第四强度理论，螺杆危险截面的强度条件为： = )16(3)4( 2311221 dTdF 式中 d1 螺杆螺纹小径， mm； 螺杆材料的许用应力， MPa； F 螺杆所受轴向力， N； T1 螺杆所受转矩， N mm， T1=Ftan( )22d； F = Q = 50kN 对于传力螺旋，因所受轴向力大、速度低，梯形螺纹，可将上 式整理化简为25.141 Fd 可由螺栓性能等级表及普通螺栓紧连接许用应力和安全系数表查得。 - 4 - 当螺栓公称直径为 M16 30 时，有 =ss，其中 S=35 ， 当螺栓机械性能等级取 5.8 时，有 s=355MPa 故取 S=5，则 =ss= 71 MPa。 所以，25.141 Fd =33.49mm 查阅梯形螺纹基本尺寸、极限尺寸及偏差表可选定如下尺寸系列： 小径 d1=35mm 中径 d2=38.5mm 公称直径 d =42mm 大径 d=43mm 螺距 p=7mm 2、耐磨性计算 螺纹耐磨条件为： Ps= 22PhHdFPhZd FAF 式中 p 许用压强 , MPa; P 螺距， mm; H 螺纹旋合高度， mm; h 螺纹工作高度， mm; d2 螺纹中径， mm。 对于梯形螺纹， h=0.5P , 所以 d8.02 PF其中 为引用系数，且2dH 所以可得到 ;H 0.64F/d2P P 可查阅滑动螺旋传动的许用压强表得 P=1825MPa ，令 P=18MPa 由于人力驱动，所以 P=18 1.2=21.6Mpa (因为 Z=H/P) 代入数据，可得到 Z 5.5 取 Z=9，则 H 螺母 =ZP=63mm 由于旋合各圈受力不均，应使螺纹旋合圈数 10Z 所以，满足耐磨性条件。 - 5 - 三、螺纹牙强度计算 1、由于螺母材料强度低于螺杆，故螺纹牙的剪切和弯曲破坏大多发生在螺母上，可将螺母螺纹牙展开为一个悬臂梁，则螺纹牙的根部剪切强度校核计算式为： bzdF 式中 螺母材料的许用切应力， MPa , 且可查螺杆和螺母的许用应力表得 MPa4030 d 螺母螺纹大径， mm，查 表可得 d=43mm； b 螺纹牙根部厚， mm,且对于梯形螺纹有： b=0.65p; Z 螺纹旋和圈数，且 Z=6 所以 56.13106765.0104314.3 105065.0 33 3 M PapZd FbZd F 2、弯曲强度计算式为： bb zbdFhbdhZF36222 式中 h 螺纹牙的工作高度， mm，且对梯形螺纹有 h=0.5p ； b 螺母材料的许用弯曲应力， MPa, 查阅螺杆和螺母的许用应力表可得： b=4060MPa 。 所以 bb M P azbdFhbdhZF3.31)10765.0(6104314.31065.0105033622333322 故满足剪切和弯曲强度条件。 - 6 - 四 .自锁条件校核 根据 螺旋传动螺纹副的当量摩擦系数 表，当螺杆和螺母材料为钢对青铜时， 31.35.387a r c t a na r c t a n2 dnp 当量摩擦系数为 10.008.0 f ，安全起见，取 08.0f ， 则 31.358.408.0a r c t a na r c t a n f 所以，满足自锁条件。 五、 螺杆稳定性计算 对于细长受压螺杆，当轴向压力大于某一临界值时螺杆会发生横向弯曲而失效，其稳定性条件式为： 45.2FFc 式中 Fc 保持螺杆稳定的临界载荷。 对螺杆分析有： 螺杆长度 L=H+h1+h 退刀槽 +H 螺母 /2， 式中 H 螺杆工作高度， mm,且 H=150mm H 螺母 螺母高度， mm， H 螺母 =42mm h 退刀槽 =4mm h1=(1.8-2.0)d1 ，可取为 64mm 代入数据 ，则 L=249.5mm 14d lil 当螺杆为一端固定一段自由时， =2.0 ，所以 03.5735 5.2490.2441 d li l 由 85 可得 kNdFc 49.2854)03.570 0 0 2.01( 3514.349040 0 0 2.01 490 22212 所以 71.550 49.285 FFc，符合 45.2FFc的稳定性要求。 - 7 - 六 .手柄设计 扳动手柄时要克服螺纹副的摩擦力矩 T 其中 T=Ftan( )22d Nm445.1332 105.38)58.431.3t a n (105033 取定扳动扳手时力大小为 F=300N，则手柄工作长度为 mFTl 448.0300 445.133. 对手柄的弯曲应力进行校核计算： 式中 d 手柄直径， mm； b 手柄的许用弯曲应力， MPa,且25.1 sb 手柄材料选用 45#钢，查阅材料力学性能表，有 MPas 355，令 S=2， 则 M P asb 5.17723552 取 d=22mm,则 bb M P adFl 22.971.0 3 满足条件所以，手柄长度 L=0.448m 满足要求 七 .底座设计 令 ,10mm 则 mmS 15105.15.1 mmDSDD )17()101(2 556 ， 54 4.1 DD 令 D5=142mm,则 mmDD 125171421756 mmDD 8.1981424.14.164 则底面的挤压应力为 MP aDD FAFp 66.210)1258.198(14.3 10504)( 4 622 32624 当选取底面材料为混凝土时有许用挤压应力 MPap 32 由pp 可知，底面设计满足强度条件。 - 8 - 八 .其他参数设计 1、螺钉与挡圈选择：为防止螺杆全部从螺母中旋出去，螺杆底部必须有一个挡圈，并用螺钉加以固定，挡圈外径 d4（ d4 ） d）取为 48mm，其厚度取为 6 mm ,螺钉公称直径选为 M8，螺杆顶部螺钉作同样选择。 2、紧定螺钉选择： 用紧定螺钉将螺母固定以防止螺母随螺杆转动，取紧定螺钉直径为 M8。 3、所有（包括托杯）零件的参数 : 螺杆： d=42mm d1=35mm d2=38.5mm P=7mm H=63mm Z=9 手柄： L=448mm d =22mm 底座： =10mm s=15mm D4=198.8mm D5=142mm D6=125mm 托杯： DT=（ 2.0 2.5） d=92mm t=6mm 1=10mm a=8mm D1=(0.6 0.8)d=28mm h2=(0.6 0.8)D1=18mm D=(1.6 1.8)d=68mm h=(0.8 1)D=55mm h1=64mm D2 1.5d=62mm D3 1.4D2=86mm b=(0.2 0.3)H=16mm - 9 - 九、设计总结 在本次螺旋传动系统（千斤顶）的 设计过程中，分别涉及到材料的选择、强度的计算与校核、稳定性的计算与校核、耐磨性及自锁条件的相关分析等多个方面的知识。通过大量的翻阅教材和有关资料，我们不仅了解了机械系统设计的一般流程和具体注意问题，也对机构的运动及强度等情况的分析有了深刻的认识与了解，同时也锻炼了我们用理论知识来解决实际问题的能力。这不但是我们课程设计大作业顺利完成的必由之路，而且为我们日后的学习和工作打下了坚实的基础。 当然，我们在设计过程中也遇到一些前所未有的问题，诸如各种表格的灵活运用与分析，各个零件 参数的反复选取与多次校核等，这些 问题都是我们以前的些许经验所难能解决的。通过这次课程设计，我们汲取了许多宝贵的经验和教训，学会了更多的思考和设计方法，同时，我们的设计思维也有了开拓与进展。 最后，由于这次设计涉及到千斤顶系统的方方面面，这为我们培养细致入微的考虑问题、分析问题的习惯做好了铺垫，也