哈工大机械设计大作业千斤顶解析

1、螺旋起重器（千斤顶）设计说明书Harbin Institute of Technology机械设计大作业（二）课程名称：机械设计设计题目：螺旋传动设计院 系：机电学院班 级：设 计 者：学 号：哈尔滨工业大学螺旋起重器（千斤顶）设计说明书目录一、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、其余各部分尺寸及参数7八、参考资料7螺旋起重器（千斤顶）设计说明书设计题目螺旋起重器（千斤顶）已知条件：起重量

2、 FQ=50KN，最大起重高度 H=150mm。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，故选用 45#钢，调质处理。查参考文献 2得 s=355MPa,b=600MP。a s查参考文献 3表 8.12 得 ,取=110MPa;35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.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：Ps FFp d2 h Hp对于梯形螺纹，有h=0.5p, 那么耐磨性条件转化为：d2 0.8Fp式中

3、d2 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/d2 ;p 材料的许用压强， MPa; 查参考文献 3表 8.11，得 p=1825MPa，取 p=23MPa，对于整体式螺母，1.2 2.5，取 =1.7，那么有 d2 0.8 50KN 28.6mm 。查参考文献 221.7* 23MPa表 11.3，11.4,试取公称直径 d=36mm,螺距 p=6mm, 中径 d2=33mm,小径 d1=29mm,内螺纹大径 D4=37mm。那么螺母高度 Hd2 1.7* 33 56.1mm，螺纹圈数56.1 9.35 。6螺旋起重器(千斤顶)设计说明书3.2

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 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( 4F2 ) 2 3(16T31) d1d1对于梯形螺纹该式可化为4*1.25 Fd11 式中d1 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 (Nmm),T1 F tan( ) d2 24*1.25* 50KN代入数据， d126.90mm1 * 110MPa而选择 d1=29mm,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

5、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3表 8.12 得螺母材料的许用切应力 30 40MP a, 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：Fz D4b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5000011.79MPa 9.35* *37*0.65* 6 即螺母满足剪切强度要求。螺旋起重器(千斤顶)设计说明书螺母螺纹牙根部的弯曲强度条件为：3Fhb 2 bz D4b2式中 h螺纹牙的工作高度， l D4 d

6、2 37 33 2mm ；22 其它参数同上。代入数据计算18.15 MPa b3* 50000* 229.35* *37*(0.65* 6)2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：, ar c t fan式中螺纹螺旋升角() ，arctand2 当量摩擦角 (); n 螺纹线数， n=1; p 螺纹导程 (mm);d2 螺纹中径 (mm);f 当量摩擦系数 ,查查参考文献 3表 8.13，得 f =0.080.10,取 f =0.09;1*6 代入数据 arctan 1*6 3.31*33 arctan 0.09 5.14因为 ，所以满足螺纹副自锁条件要

7、求。3.5 螺杆的稳定性校核 千斤顶的最大上升高度 H=150mm.则螺杆的最大工作长度L 150 H2螺母 h1 l退刀槽式中H螺母 螺母高度 (mm)， H螺母 =56mm;螺旋起重器(千斤顶)设计说明书h1 符号参见参考文献 1 图 3.1；l退刀槽 螺杆与手柄座相接处额尺寸， 查手册知， l退刀槽 =10.5mm。 假设手柄直径为 d手 =26mm,由尺寸经验公式 h1=(1.82)d1=46.854mm 取 h1=50mm,则L=150+28+50+10.5=238.5mm则螺杆的柔度 L 4 Lid1式中 长度系数，对本千斤顶，看做一端固定、一端自有，则可取=2；d1螺纹小径， d

8、1=29mm。i螺杆危险截面的惯性半径 (mm),iAI d41 ,其中 A 为危险4* 2* 238.565.79 90 29对于 45#调制钢，此时螺杆稳定的临界载荷 Fc为：3 4 0d12截面的面积 (mm2)。 代入数据计算Fc1 2 1 4 3 7.41N2c 4(1 0.0 0 0 123)那么，由压杆稳定条件Fc 143712.4 2.87 2.5F 50000 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 36=54mm;螺母凸缘外径 D3 1.4D2=1.4 54=76mm; 螺母凸缘厚 b=(0.20.3)H=(0.20.3)

9、 56=11.216.8mm，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，则有 F1 L1 = T1 +T2。对 于 T1 和 T2，有T1 F tan()d2 50000 * tan(3.31 5.14)* 29 107705.2Nmm22螺旋起重器（千斤顶）设计说明书T fF D (2 4)3 (D1 2)3T2 3 D (2 4)2 (D1 2)2根据经验公式，D (1.61.8)d 57.664.8 mm取, D=60mm;D1 （0.60.8）d 21.6 28.8

10、 mm，取 D1=25mm。 托杯材料选择铸铁，手柄选择 Q235，摩擦因数 f=0.12, 则33fF D (2 4)3 (D1 2)3223 D (2 4)2 (D1 2)2330.14* 50000 * 583 2733*582 272155345.1N mm那么手柄长度 L1 T1F1T2 107705.2300155345.1 876.8mm ，取 L1=300mm,加套筒 长 600mm 。设手柄所受最大弯曲应力为，查参考文献1，得 s 225MPa ，b s ，则 b =112.5150MPa取, b =125MPa。 1.5 2则手柄直径 d1 应满足d FL 3 300* (

11、107705.2 155345.1)d 0.1 b 0.1*12527.6mm取手柄直径 d 手 =28mm。六、 底座设计螺杆下落至底面，再留 2030mm 的空间，底座铸造起模斜度 1:10，壁厚 10mm。由经验公式， S=（1.52） =1520mm,取 S=16mm。各符号见参考书 1 图 3.2 和图 3.3 。D5 由结构设计确定， D5=128mm。D4=1.4D5=1.4*128=179.2mm。 结构确定后校核下底面的挤压应力：F22 (D42 D52)45000022 (179.22 1282) 44.05 MPa底面材料选择铸铁 HT100，查表得铸铁件壁厚为 1020

12、mm 时， b 100MPa ， p (0.4 0.5) b (0.4 0.5)* 100 (40 50)MPa 。显然， p p ，满足设计要求。螺旋起重器（千斤顶）设计说明书七、 其余各部分尺寸及参数 (符号见参考书 1 图 3.2 和图 3.3 )DT (2.0 2.5)d (2.0 2.5)* 36 72 90mm，取 DT =80mm；D (1.61.8)d (1.61.8)* 36 57.6 64.8mm，取 D=60mm；D1 (0.6 0.8)d (0.6 0.8) * 36 21.6 28.8mm，取 D1 =24mm;h (0.81)D (0.81)* 60 48 60mm

13、 ，取 h =48mm；h1 (1.8 2)d1 (1.8 2)* 29 52.2 58mm，取 h1=50mm；h2 (0.6 0.8)D1 (0.6 0.8) * 24 14.4 19.2mm，取h2 =15mm；d3 ( 0.25 0.3)D1 (0.25 0.3) * 24 6 7.2mm，取 d3 =6mm；a 6 8mm，取 a =6mm；t 6 8mm ，取t =6mm。固 定 托 盘 用 的 挡 圈 内 径 6mm ， 外 径 30mm ， 厚 5mm ； 螺 钉 GB/T5783 - 2000A M6 10 。螺 杆 底 部 挡 圈 内 径 6mm ， 外 径 40mm ， 厚 5mm ； 螺 钉 GB/T5783 - 2000A M6 10 。紧定螺钉 GB