机械设计作业

1、螺旋千斤顶设计计算说明书院 系 工程技术学院 专业年级 2012级设 计 者 贺锦峰 学 号 222012322220144指导教师 李丽老师 成 绩 2014年10月20日螺旋千斤顶设计任务书学生姓名贺锦峰专业年级2012级车辆2班设计题目：设计螺旋千斤顶设计条件：1、最大起重量F =45kN；2、最大升距H =200mm。设计工作量：绘制出总装配图一张，标注有关尺寸，填写标题栏及零件明细表；编写设计计算说明书一份。指导教师签名： 年 月 日一、螺杆的设计与计算1、螺杆螺纹类型的选择螺纹有矩形、梯形与锯齿形，常用的是梯形螺纹。梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角=30º，梯形螺纹的内外螺

2、纹以锥面贴紧不易松动。故选梯形螺纹，它的基本牙形按GB/T5796.12005的规定。2、选取螺杆材料螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。本次选用45钢。3、确定螺杆直径按耐磨性条件确定螺杆中径d2。求出d2后，按标准选取相应公称直径d、螺距p及其它尺寸。d2根据国家规定=1.22.5，取=1.8（梯形螺纹）；h=0.5p；查教材表5-12，p取25Mpa，又由于=1.8<2.5,则P可提高20%，所以P=(1+20%)×25=30MPa。故，d2=23.1查机械设计手册，d取28mm则p=5mm， d1=22.5mmd2=25.5mm4、自锁验算自锁条件是yr

3、v，式中：y为螺纹中径处升角；rv为当量摩擦角（当量摩擦角rv=arctanmv，但为保证自锁，螺纹中径处升角至少要比当量摩擦角小1°。查教材表5-12，f取0.09y =arctan(n p /p d2)=arctan 1x5/3.14xd2 =3.5732°rv=arctan（f/cos）=arctan 0.1/cos(30°/2)=5.91°故，y<rv-1°满足自锁条件5、结构如下图（1-2）:螺杆上端用于支承托杯10并在其中插装手柄7，因此需要加大直径。手柄孔径dk的大小根据手柄直径dp决定，dkdp十0.5mm。为了便于切制螺

4、纹，螺纹上端应设有退刀槽。退刀槽的直径d4应比螺杆小径d1约小0.20.5mm。退刀槽的宽度可取为1.5t。为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应有倒角或制成稍小于d1的圆柱体。为了防止工作时螺杆从螺母中脱出，在螺杆下端必须安置钢制挡圈(GB/T891-1986)，挡圈用紧定螺钉(GB/T68-2000)固定在螺杆端部。其中：1.5t=1.5p=7.5mm d4=28-0.4=27.6mm D13=(1.71.9)d=1.7×28=47.6mm(1.41.6)d=1.5×28mm=42mm0.25d=0.25×28mm=7mmd+(610)=d+8=36mm6、螺杆强度

5、计算对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度。强度计算方法参阅教材公式(5-47)，sca=s其中扭矩=45×103×tan(3.5732°+5.91°) ×25.5/2 N·mm =33557.8N·mm式中：y为螺纹中径处升角，rv为当量摩擦角。A=d²/4=3.14×22.5²/4=490.87查手册表2-7，45钢，=355MPas=101.42MPa故，sca=sca=90.80MPas=101.42MPa满足强度条件7、稳定性计算细长的螺杆工作时受到较大的轴向压力可能失稳，为

6、此应按稳定性条件验算螺杆的稳定性。Fcr / F³ 2.5 4螺杆的临界载荷Fcr与柔度s有关，s=ml/i，m为螺杆的长度系数，与螺杆的端部结构有关，l为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取lH+5t+(1.41.6)d，i为螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积A=pd12/4，则(I为螺杆危险截面的轴惯性矩)当螺杆的柔度s40时，可以不必进行稳定性校核。计算时应注意正确确定。计算柔度（1）计算螺杆危险截面的轴惯性矩I和iI=12574.18=5.625mm（2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度ll200(3)计算柔度查教材表5-14，取2(一端固定，一端自由)s=ml

7、/i=84.736>40，所以需要进行稳定性校核。计算稳定性（1）计算临界载荷Fcr查教材公式5-51，E=2.06×105MPaFcr=159619.6N(2) 稳定性计算=3.54³ 3.5 5满足稳定性条件二、螺母设计与计算1、选取螺母材料螺母材料一般可选用青铜，对于尺寸较大的螺母可采用钢或铸铁制造，其内孔浇注青铜或巴氏合金。2、确定螺母高度H¢及螺纹工作圈数u螺母高度H=d2=1.8×25.5=45.9螺纹工作圈数，(u¢应圆整，取9)。考虑到螺纹圈数u越多，载荷分布越不均，故u不宜大于10，否则应改选螺母材料或加大d。3、校核螺

8、纹牙强度一般螺母的材料强度低于螺杆，故只校核螺母螺纹牙的强度。螺母的其它尺寸见图13。必要时还应对螺母外径D3进行强度验算。D=d+0.5=28.5D3=1.6D=46.5D4=1.3D=59.28a=H/3=15满足强度条件4、 结构要求螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面问的配合常采用或等配合。为了安装简便，需在螺母下端（图13）和底座孔上端（图17）做出倒角。为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉（图11），紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为612mm。D10=(2.42.5)d=2.4x28=67.2mmD11=(0.60.7）d=0.6x28=16.8mmD13=(1.71.9)d

9、=1.7x28=47.6mmD12= D13-(24)=47.6-3=44.6mm 三、托杯的设计与计算托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用Q235钢模锻制成，其结构尺寸见图14。为了使其与重物接触良好和防止与重物之间出现相对滑动，在托杯上表面制有切口的沟纹。为了防止托杯从螺杆端部脱落，在螺杆上端应装有挡板。当螺杆转动时，托杯和重物都不作相对转动。因此在起重时，托杯底部与螺杆和接触面间有相对滑动，为了避免过快磨损，一方面需要润滑，另一方面还需要验算接触面间的压力强度。 p（式1-1）式中：p许用压强，应取托杯与螺杆材料p的小者。p取23.6Mpa故 =33.58Mpa<23.6Mpa四

10、、手柄设计与计算1、手柄材料常用Q235和Q215。选235钢。2、手柄长度Lp板动手柄的力矩：K·Lp=T1+T2则（式1-2）式中：K加于手柄上一个工人的臂力，间歇工作时，约为150250N，工作时间较长时为100150N。T1螺旋副间的摩擦阻力矩，T1=45×103×tan(3.5732°+5.91°) ×25.5/2 N·mm =N·mmT2托杯与轴端支承面的摩擦力矩，T2 = (D12+D11) fF/4。 (查教材表5-5摩擦因数f=0.09) =（44.6+16.8）×45×103

11、/4 =69075N·mm则 (K取200) =(+69075)/200=513mm手柄计算长度Lp是螺杆中心到人手施力点的距离，考虑螺杆头部尺寸及工人握手距离，手柄实际长度还应加上+（50150）mm。手柄实际长度不应超过千斤顶，使用时可在手柄上另加套管。因此，手柄实际长度=+47.6/2+100=513+23.8+100=637mm3、手柄直径dp把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径dp，其强度条件为 sF（式1-3）故dp=20.5mm dp 取24mm式中：sF手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q215和Q235时，sF=120Mpa。4、 结构手柄插入螺杆上端的孔中，为防止手柄从孔中滑出，在手柄两端面应加上挡环（图16），并用螺钉或铆合固定。图中尺寸：dp =6mmdp+(610)= dp+8=24+8=32mm 取整为325 底座设计底座材料常用铸铁（HT150及HT200），铸件的壁厚不应小于812mm，为了增加底座的稳定性，底部尺寸应大些，因此将