机械设计螺旋千斤顶说明书

1、哈尔滨工业大学机械设计作业设计计算说明书题目一螺旋起重器（千斤顶） 系别机电学院班号 09XXXX姓名XXX日期一2011/9/16哈尔滨工业大学机械设计作业任务书题目螺旋起重器（千斤顶）设计原始数据：已知条件：螺旋起重器起重量;最大起重高度。设计要求：1.绘制装配图一张，画出起重器的全部结构，按照比例装配图要求 标注尺寸、序号及填写明细栏、标题栏、编写技术要求。2撰写设计说明书一份，主要包括起重器各部分尺寸的计算，对螺杆 和螺母螺纹牙强度、螺纹副自锁性、螺杆的稳定性的校核等。目录一、设计题目 二、螺母、螺杆选材三、螺杆、螺母设计计算 耐磨性计算 螺杆强度校核 螺纹牙强度校核 螺纹副自锁条件校

2、核螺杆稳定性校核 四、螺母外径及凸缘设计 五、手柄设计六、底座设计七、其余各部分尺寸及参数 八、参考文献 一、设计题目螺旋起重器（千斤顶）已知条件：起重量 Fq=40KN,最大起重高度H=200mm。二、螺杆、螺母、托盘及底座选材工作特点：螺旋千斤顶一般为间歇性工作，每次工作时间较短、速度 也不高、但是轴向力很大、需要自锁，但不追求高效率。1螺杆选材：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，需要足够的强度，且为小截面，故选用45#钢，调质处理。查参考文献2得c s=355MPa, c b=600MPa。查机械设计课本表得 s，取c =110MPa。352:螺母选材：千斤顶属于

3、低速重载的情况，且螺母材料除要求有足 够的强度外，还要求与螺杆材料配副后摩擦因数小和耐磨损，故螺母 采用强度高、耐磨、摩擦系数小的铸造青铜 ZCuAI10Fe3查表得螺母材料的许用切应力3040MPa,取=35MPa；许用弯曲应力cb=4060MPa故取c b=50MPa。3:托盘和底座选材：托盘和底座均采用铸铁材料。三、螺杆、螺母设计计算耐磨性计算由耐磨性条件公式（限制螺纹工作表面的压强，按螺母材料计算）：PsF P d2 h Hp对于梯形螺纹，有h=,那么耐磨性条件转化为:d2 0.8； I式中 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

4、许用压强，MPa;查机械设计表，得p=1825MPa,取p=20MPa,对于整体式螺母,40KN1.2 2.5,取 二，那么有 d208 25.3mm。综合 2.0* 20MPa查课程设计指导书表,试取公称直径d=32mm,螺距p=6mm,中径d2=29mm,外螺纹小径di=25mm,内螺纹大径D4=33mm。螺母高度H d22.0* 29 58mm,螺纹圈数 z H 589.7，且f 二|满P 6足要求。a =2 p =30°。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。根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度 条件为对于起重螺旋

5、，因所受轴向力大，速度低，需要根据螺杆强度确定螺 杆螺纹小径，故对于梯形螺纹该式可化为d14*1.25 F 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（N mm）,T,F tan（代入数据，d1 J4*1.25*40KN 24.06mmY *110MPa而选择d1 =25mm,满足螺杆强度要求。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：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

6、度(mm)，对于梯形螺纹b=代入数据计算4000010.64MPa9.3* 33*0.65*6即螺母满足剪切强度要求。螺纹牙根部的弯曲强度条件为：F hz 2D4b263Fhz D4b2b式中：h螺纹牙的工作咼度(对于梯形螺纹 h3mm)；其它参数同上。代入数据计算24.55MPa b3*40000*39.3* 33* (0.65* 6)2b =50MP即螺母螺纹牙满足弯曲强度要求。螺纹副自锁条件校核由螺纹副自锁条件：arcta n f'式中螺纹螺旋升角(°),arcta n-螺纹副的当量摩擦角(° ); n螺纹线数，n=1;p螺纹导程(mm);d2螺纹中径(mm)

7、;螺纹副的当量摩擦系数，查机械设计表，得f'=.取 f'=;代入数据arcta n1*63.77* 29arcta nO .095.14因为 <',所以满足螺纹副自锁条件要求螺杆的稳定性校核千斤顶的计算长度取为当螺杆升到最高位置时由其顶端承力截面至 螺母高度中点的距离。端部支撑情况可视为一端固定，一端自由。 受压螺杆的稳定性条件式为：FcF -千斤顶的最大上升高度H=200m m则螺杆的最大工作长度L 200H螺母2式中 H螺母螺母高度(mm)， H螺母=ZP=*6=;h1符号参见参考文献1图;l退刀槽 -螺杆与手柄座相接处额尺寸，查手册知，l退刀槽=。假设手柄直

8、径为 d1=25mm,由尺寸经验公式h1=2)d1=4550mm取 h1=50mm,则 L=200+50+=则螺杆的柔度L 4 Li d1式中：长度系数， 端固疋、 端自由的=2；d1 螺纹小径，d1=25mm。i螺杆危险截面的惯性半径(mm),i 頁 号，其中A为危险截面的面积(mm2)代入数据计算4* 2* 289.52592.6490属于大柔度杆,El对于45#调制钢，此时螺杆稳定的临界载荷 Fc为:式中：L螺杆的最大工作长度，mm。E螺杆材料的弹性模量，对于钢 E=X105MPa；Fc(L)2I螺杆危险截面的轴惯性矩(mm4),l代入数据计算Fc2.07 1054* 254(2*289

9、.5)264148782.9N那么，由压杆稳定条件FcF3.72400002.5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 =x 32=48mm; 螺母凸缘外径Ds = x 48=;螺母凸缘厚b=H=x =,取b=15mm。五、手柄设计加在手柄上的力需要克服螺纹副之间相对转动的摩擦阻力矩T1和托杯支撑面间的摩擦力矩 T2。设加在手柄上的力F1=250N,手柄长度为L1,则有 F1 L1 = Ti +T2。对于 T1 和 T2,有T1 F tan(')琴 40000* tan(3.77 5.14) *詈 mmfFD(24)3Q2)3T 2223D(24)2(D

10、12)2公式中的符号见参考书1 图和图。根据经验公式，D (1.61.8)d(1.61.8) 3251.2 57.6mm,取D=55mm;D1(0.6 0.8)d(0.6 0.8) 3219.2 26.6 mm，取 D1=25mm。托杯材料选择铸铁，手柄选择Q215,摩擦因数f=，则T fF D (24)3 (D1 2)33 D (24)2 (D1 2)2330.12*40000532799380 N mm * 3532272那么手柄长度L1T2F190929.3 99380300634.4mm，取L(=200mm,加套筒长 500mm。设手柄所受最大弯曲应力为查参考文献2表，s 205MPa

11、 ,查教材可知,得皑，则 b=取 b=11°MPa。则手柄直径di应满足di250 634.43'0.1 11024.34mm取手柄直径d1=26mm。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， 厚度为10mm。由经验公式，S=2) =1216mm,取S=16mm。各符号见参考书1图和图。D5由结构设计确定，D5=128mm。D4=*128=。结构确定后校核下底面的挤压应力：F2 2 -(D4D5)43.24MPa40000(179.221282)4底面材料选择铸铁HT100,查表得铸铁件壁厚为1020mm时,b 100MPa， p(0.4

12、 0.5) b (0.4 0.5) * 100(40 50)MPa。显然，p p，下表面强度满足设计要求。上表面校核：b1 F F4 *40000 223.03MPa，A -(D32 D22)*(6722 482)4查参考文献4表，得(T b=195MPa, b1c b。故上表面也满足强度要求。七、其余各部分尺寸及参数(符号见参考书1图和图)Dt(2.0 2.5)d (2.0 2.5) *32 64 80mm，取 DT =76mm；D (1.61.8)d(1.6 1.8)* 3251.2 57.6mm，取 D=55mm；D1 (0.6 0.8)d (0.6 0.8) * 32 19.2 25.

13、6mm，取 D1 =24mm;h1 (1.8 2)d1 (1.8 2) * 26 46.8 52mm，取 hi=50mm；h2(0.60.8)D1(0.6 0.8)* 24 14.4 19.2mm，取 h2=18mm；d3(0.25 0.3) D1(0.25 0.3)* 246 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 9mm，外径26mm,厚5mm;螺栓GB/T5783 - 2000A M8 X10。螺杆底部挡圈内径7mm，外径34mm，厚5mm；螺栓GB/T5783-2000A M6 X16。紧定螺钉 GB/T71-1985 M6 X 16。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