机械设计相关作业

目录

二、螺母、螺杆选材--------------------------------------------------------2

三、螺杆、螺母设计盘算

耐磨性盘算-----------------------------------------------------------2

螺杆强度校核---------------------------------------------------------3

螺纹牙强度校核-------------------------------------------------------3

螺纹副自锁条件校核-.................................................4

螺杆稳定性校核.......................................................4

卜«MM»«»___«»«»«BaBaBaBaaaBaaa>aaaaaaa»・aaaa.《»«M»«M»a»«M»————«»«B«»aBaaa>a>a>a>aa.aB・__・_______a»aB^^

七、其余各部门尺寸及参数-7

八、参考资料--------------------------------------------------------------8

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

本千斤顶设计接纳梯形螺纹螺旋传动。由于螺杆蒙受载荷较大，并且是小截

面，故选用45#钢，调质处置惩罚。查参考文献⑵得。s=355MPa,查机器设计表

5.9得取［。］=110\IPa;ob=600MPa<.

3〜5

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

接纳强度高、耐磨、摩擦系数小的铸铝青铜ZCuAU0Fe3,查表5.9得螺母质料

的许用切应力团=30〜40MPa,取团=35MPa；许用弯曲应力［。J=40、60MPa,

取［0b］=50MPa<,

托盘和底座均接纳铸铁质料。

三、螺杆、螺母设计盘算

耐磨性盘算

由耐磨性条件公式:

Ps=l=T7^-[p]

对付梯形螺纹，有，那么耐磨性条件转化为:

式中4——螺纹中径，mm;

F——螺旋的轴向载荷，N；

H------螺母旋合高度，mm;

甲----引入系数，〃=H/4；

[p]——质料的许用压强，MPa;

查机器设计表5.8,得[p]=18~25Mpa,取机=20MPa,对付整体式螺母,

40KN

”=1.2~2.5,取”=2.0,那么有出20.8,五粽%■=25.3如%。查参考文献[4]

表H.5,试取公称直径d=32mm,螺距p=6mm,中径d?=29mm,小径di=25mm,内螺纹

大径D4=33mm。那么螺母高度2.0*29=58〃?〃？，螺纹圈数

—=—=9.7,a=20=30°。

P6

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T,的作用，这里的扭转力矩是

螺纹副的摩擦转矩3。凭据第四强度理论，螺杆危险截面的强度条件为

对付梯形螺纹该式可化为

式中4——螺杆螺纹的小径(mm)；

[b]——螺杆质料的许用应力(MPa);

F——螺杆所受的轴向载荷(N)：

Ti-----螺杆所受转矩(N•mm),7；=/tan(歹+“)与。

加入特用」、[4*1.25*40KN

代入数据，d,>I---------------------=24.06/〃加

N乃*110MR?

而选择d】=25mm,满足螺杆强度要求。

螺纹牙强度校核

因为螺母质料强度低于螺杆，所以螺纹牙的剪切和弯曲破坏大多产生在螺

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：

F

z通b

式中F——轴向载荷(N)；

D4-----螺母螺纹大径(mm);

Z一一螺纹旋合圈数；

b——螺纹牙根部厚度(mm),对付梯形螺纹p。

代入数据盘算

40000

=10.64^67<[r]

-93*^*33*0.65*6

即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:

3FI>]

z血片一，

式中一一弯曲力臂，：号二里尹心如

其它参数同上。

代入数据盘算

3*40000*2

=\6.13MPa<[(y]

9.3*乃*33*(0.65*6-h

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：

(p<p\p'=arctanf'

式中(p----螺纹螺旋升角(°),(p=arctan—

p一一当量摩擦角(°);

n——螺纹线数，n=l;

p---螺纹导程(mm);

d2---螺纹中径(mm);

./-——当量摩擦系数，查机器设计表0,得/,取/=0.09;

1*6

代入数据(p=arctan--------=3.77°

4*29

p'=arctanCL09=5.14°

因为eWp,所以满足螺纹副自锁条件要求。

3.5螺杆的稳定性校核

千斤顶的最大上升高度H=200mm.则螺杆的最大事情长度

八200+婚+%+京州

式中H哪母---螺母高度(mm),〃螺母=58mm;

%标记拜见参考文献⑴图3.1；

/退刀恰一一螺杆与手柄座相接处额尺寸，查手册知，/退“梢=mm。

假设手柄直径为di=26mm,由尺寸经验公式hi=(1.8~2)di=~54mm取

hi=50mm,则

L=200+29+50+=289.5mm

则螺杆的柔度力=匹=华

式中〃一一长度系数，对本千斤顶，看做一端牢固、一端自有，则可取

4=2：

di------螺纹小径，di=25mm。

螺杆危险截面的惯性半径(mm),/•==彳,其中A为危险

截面的面积(mm?)。

代入数据盘算

2=1^^=92.64>90

25

对付45#调制钢，此时螺杆稳定的临界载荷Fc为：

式中E-----螺杆质料的弹性模量，对付钢XIOMPa；

I一螺杆危险截面的轴惯性矩喻),「篙;

代入数据盘算

*2,O7xlQ54*254

=148782.9.¥

一（2*289.5）264

那么，由压杆稳定条件

F148782.9

t=3.72>2.5

~F~40000

故螺杆满足稳定性要求。

四、螺母外径及凸缘设计

凭据经验公式，螺母外径D2^X32=48nun;

螺母凸缘外径D3^2=1.4X48=67.2mm;

螺母凸缘厚b=(0.2~0.3)H=(0.2~0.3)Xm,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「和托杯支撑面间的摩

擦力矩。设加在手柄上的力尸手柄长度为，则有对

12F300N,L=T,+T2O

付T和丁2,有

7\=Ftan(v/+P*)^-=40000*tan(3.77+5.14)*y=・mm

T二仟［。-(2-4)］3_(2+2)3

2-3［O-(2〜4)『-(2+2)2

公式中的标记见参考书［1］图3.2和图3.3。

凭据经验公式，Q=(1.6〜1.8)d=(1.6~1.8)x32=51.2~57.6mm,取D=55mm;

D}=(0.6〜0.8)1=(0.6〜0.8)x32=19.2~26.6mm,取D1=25mmo

托杯质料选择铸铁，手柄选择Q235,摩擦因数，则

庄屹一(2〜4)]：-屹+2)：。2*4。。。。*5』-27：=99380N•.

3[£>-(2-4)]2-(D)+2)23532-272

那么手柄长度4==陋琮产戮=634.4加加，取4=200mm,加套筒长

500mmo

设手柄所受最大弯曲应力为。，查参考文献⑵表10.1,巴=225"为,查参考

文献⑶，得口/二—则[b[=112.5~150MPa,取⑸]=125MPa。

1.5~2

则手柄直径由应满足O=ZL1Z1=32("],转化为：

Wz孙3

4N护辞=俨*(9。詈£380)=24.9,加

取手柄直径di=26mmc

六、底座设计

螺杆下落至底面，再留20~30mm的空间，底座铸造起模斜度1:10,壁厚

6=10〃皿。由经验公式，S=(1.5~2)(S=12~16mm，取S=16mm。各标记见参考书［1］

图3.2和图3.3。

Ds由结构设计确定，D5=128mmo

D45=1.4*12mo

结构确定后校核下底面的挤压应力：

尸40000

=3.24MPa

^(179.22-1282)

有结果可知，千斤顶在最大载荷下，可以在木材上使用。底面质料选择铸铁

HT100,查表得铸铁件壁厚为10~20mm时，q2100M尸〃，

[o-J=(0.4〜0.5)/=(0.4〜0.5)*100=(40〜50)MPa。

显然，，下外貌强度满足设计要求。

4*40000

上外貌校核：前r_____r23.Q3MPa,查参

2

“J(D/-D2)乃*(67.22-482)

考文献⑷表B4,得［。b］=195MPa,。州＜［。小

故上外貌满足强度要求。

七、其余各部门尺寸及参数(标记见参考书⑴图3.2和图)

DT=(2.0〜2.5)"=(2.0〜2.5)*32=64〜80〃〃〃，取DT=76mm；

。=(1.6〜1.8)d=(1.6-1.8)*32=51.2-57.6mm,取D=55mm：

D,=(0.6〜0.8)，=(0.6〜0.8)*32=19.2-25.6mm,取Dx=24mm;

h=(0.8-1)D=(0.8-1)*55=44-55mm,取h=55mm；

h}=(1.8〜2)4=(1.