机械设计大作业千斤顶

1、哈尔滨工业大学机械设计大作业设计计算说明书题目： 系别： 班号： 姓名： 学号： 日期： 哈尔滨工业大学机械设计作业任务书设计题目：螺旋起重器是一种简单的起重装置，用手推动手柄即可提升重物。它一般由底座、螺杆、螺母、托杯、手柄、或扳手等零件所组成。已知数据：起重量：40kN 最大起重高度：200mm。 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-23.3 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

2、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表10.2得s=355MPa, b=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。托盘和底座均采用铸铁材料。三、 螺杆、螺母设计计算3.1 耐磨性计算螺杆选用45钢，螺母选用铸造铝青铜ZCuAl10Fe3，有参考文献1表5.8，查得p=1825MPa，从表5.8的注释中可以查得，人力

3、驱动时p值可增大20%，则p=21.630MPa，取p=25MPa。按耐磨性条件设计螺纹中径d2，选用梯形螺纹，,对于整体式螺母，取=2.0 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;代入数据，那么有d20.8 = 0.8 = 22.6mm。查参考文献3表11.5,试取公称直径d=32mm,螺距p=3mm,中径d2=30.5mm,小径d1=28.5mm,内螺纹大径D4=28.5。 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

4、条件为 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(Nmm)。查阅参考文献1表5.10得钢对青铜的当量摩擦系数f=0.080.10，取f=0.09，螺纹副当量摩擦角=arctanf=arctan0.09=5.1427=40000*tan(2.0637+5.1427)*15.25=75210(Nmm)查参考文献15.9可以查得螺杆材料的许用应力=，=355MPa, =71118MPa，取=95MPa。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

5、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，Z取10； b螺纹牙根部厚度(mm)，对于梯形螺纹b=0.65p。代入数据计算由参考文献1表8.12可以查得螺杆材料的许用剪切应力，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。代入数据计算由参考文献1表5.9，可以查得螺母材料的许用弯曲应力，取b=50MPa。根据计算可知 ，螺母螺纹牙满足强度条件。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；

6、 螺纹螺距(mm)； 螺纹中径(mm)；当量摩擦系数，由参考文献1表8.13可知，得=0.080.10，取=0.09；代入数据由计算可知 ，螺纹副满足自锁条件要求。3.5 螺杆的稳定性校核 千斤顶的最大上升高度H=200mm.则螺杆的最大工作长度 式中 螺母高度(mm)，=ZP=10*3mm=30mm螺杆与手柄座相接处尺寸，查手册知，=9mm。 假设手柄直径为d1=20mm,由尺寸经验公式h1=(1.82)d1=3640mm取h1=38mm,则 L=200+15+38+9=248mm则螺杆的柔度 式中 长度系数，对本千斤顶，看做一端固定、一端自有，则可取=2； d1螺纹小径，d1=28mm。

7、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； 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2.5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D21.5d=1.532=48mm; 螺母凸缘外径D31.4D2=1.448=67.2mm;取D3=70mm 螺母凸缘厚b=(0.20.3)H=(0.20.3)30=69mm，取b=8mm。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

8、的力F1=300N，手柄长度为L1，则有F1 L1 = T1 + T2。对于T1和T2，有=40000*tan(2.0637+5.1427)*15.25=75210Nmm根据经验公式，D=（1.61.8）*32mm=51.257.6mm，取D=52mmD=（0.60.8）*32mm=19.225.6mm，取D=24mm托杯材料选择铸铁，手柄选择Q215，摩擦因数f=0.12,则 那么手柄长度，取=200mm,加套筒长400mm。设手柄所受最大弯曲应力为，查参考文献2表10.1,，查参考文献2,得，则=102.5137MPa,取=110MPa。则手柄直径d1应满足 ，转化为： 取手柄直径d1=2

9、6mm。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。由经验公式，S=(1.52)=1216mm,取S=16mm。D5由结构设计确定，D5=110mm。D4=1.4D5=1.4*110=154mm结构确定后校核下底面的挤压应力： =40000*4/3.14*(15421042)=4.38MPa底面材料选择铸铁HT100，查表得铸铁件壁厚为2.520mm，。显然，底面强度满足设计要求。七、 其余各部分尺寸及参数。，取=70mm；，取D=52mm；，取=24mm;D2 =1.5d = 1.5*32mm = 48mm；D3=1.4D2= 1.4*48mm = 67.2mm，取D3 = 70mm；，取=48mm；h1=(1.82)d1=3640mm取h1=38mm；，取=16mm；，取=6mm；，取=8mm；，取=8mm。固定托盘用的挡圈内径8mm，外径38mm，厚5mm；螺钉GB/T5783-2000A M8螺杆底部挡圈内径8mm，外径38mm，厚5mm；螺钉 。紧定螺钉 GB/T71-1985 M820。其余铸造圆角，取R=4mm。底座高度为240mm螺旋起重器（千斤顶）装配图见A2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，2009.102宋宝玉.机械设计课程设计指导书.北京：