哈工大机械设计大作业2——螺旋起重器

1螺旋起重器设计一、螺旋起重器（千斤顶）简介螺旋起重器是一种简单的起重装置，用手推动手柄即可升起重物。它一般由底座、螺杆、螺母、托杯、手柄或扳手等零件所组成。二、螺旋起重器（千斤顶）结构与功能螺旋起重器结构示意图如右图所示。零件1为托杯，当千斤顶承受重载时，由1直接托住重物。螺母5与螺杆7组成螺旋副，同时，螺母5又与底座8固定联接，当转动手柄4时，托杯便会随着螺杆而上下移动，从而将重物托起。紧定螺钉6主要是为了提高了联接可靠性。三、设计题目设计起重量F=50000Ｎ，最大起重高度Ｈ=150mm的螺旋起重器（千斤顶）。四、题目解答1.选择螺杆、螺母材料螺杆采用45钢调质，由参考文献[2]表10.2查得抗拉强度σb=600Mpa，σs=355Mpa。由于速度较低，螺母材料用铝青铜ZCuAll0Fe3。2.耐磨性计算按耐磨性性条件设计螺纹中径d2，对于梯形螺纹，8.02d][ψpF螺杆选用45钢，螺母用铝青铜ZCuAll0Fe3，由参考文献[3]表5.8查得p18~25MPa，从表5.8注释中可以查得，人力驱动可提高约20%，则p21.6~30MPa，取p25MPa。由参考文献[3]查得，对于整体式螺母系数=1.2~1.5，取=2。则代入数据，得8.02d][ψpF8.0=25.3mm2式中：F──螺杆所受轴向载荷，N；2d──螺纹中径，mm；[p]─—螺旋副材料的许用压力，MPa。查参考文献[4]表11.5取公称直径d=32mm,螺距P=3mm,中径2d=30.5mm,小径d3（d1）=28.5mm,内螺纹大径D4=32.5mm。3.螺杆强度校核螺杆危险截面的强度条件为：σe=≤[σe]式中：F──螺杆所受轴向载荷，F=50000N；d3（d1）──螺纹小径，mmd3（d1）=28.5mm；T1──螺纹副摩擦力矩，T1=Ftan(+’),为螺纹升角，=arctan=arctan=1.7942；[σe]——螺杆材料的许用应力，MPa查参考文献[1]表5.10.得钢对青铜的当量摩擦因数f’=0.08~0.10,取f’=0.09，螺纹副当量摩擦角’=arctanf’=arctan0.09=5.1428。把已知的值代入T1的计算公式中，则得T1=50000=92771Nmmσe==86.02Mpa由参考文献[3]表5.9可以查得螺杆材料的许用应力[σ]=,s=355Mpa,[]=71~118Mpa，取[]=95Mpa。显然，σe[]，螺杆满足强度条件。4.螺母螺纹牙的强度校核螺母螺纹牙根部的剪切强度为：3≤[]式中：F──螺杆所受轴向载荷，N,F=50000N；D4──螺母螺纹大径，mm,D4=32.5mm；Z──螺纹旋合圈数，Z取10；b──螺纹牙根部厚度，梯形螺纹b=0.65P=0.65mm=1.95mm代入数值计算得=Mpa=25.13Mpa查参考文献[3]表5.9螺母材料的许用剪应力[]=30~40Mpa，显然，[]。满足剪切强度条件。螺母螺纹牙根部的弯曲强度条件为：σb=≤[σb]式中：l──弯曲力臂，l==mm=1mm。其他参数同上。代入数值计算得σb=Mpa=38.66Mpa[σb]查参考文献[1]表5.9得螺母材料的许用弯曲应力[σb]=40~60Mpa。取[σb]=50Mpa。显然，σb[σb]，即满足螺纹牙强度条件。5．自锁条件校核因ψ=1.7942，’=5.1427，因此ψ’满足自锁条件。6.螺杆的稳定性校核螺杆的柔度值4λ==式中：l──螺杆的最大工作长度，取螺母中部到另一端支点间的距离，则l=150++h1+l退刀槽。l退刀槽指螺杆与手柄座相接触处的尺寸，查手册知l退刀槽=9mmH螺母=ZP=10=30mm假设手柄直径为d1=20mm,由结构尺寸经验公式h1=(1.8~2)d=36~40mm,取h1=38mm，则l=150+15+38+9=212mm──长度系数，对千斤顶，可看作一端固定、一端自由，取=2；d1──螺纹小径，mm,d1=28.5mm；代入以上数值得λ==59.5对于45钢正火，当λ90时：Fc===148462N则==2.9692.5因此，满足稳定性要求。7.螺母外径及凸缘设计螺纹外径D21.5d=1.532mm=48mm。螺纹凸缘外径D31.4D2mm=67.2mm,取D3=68mm。螺纹凸缘厚b=(0.2~0.3)H=(0.2~0.3)30mm=6~9mm，取b=8mm。8.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阻力矩和托杯支撑面间的摩擦力矩。设F’为加在手柄上的力，取F’=300N，L为手柄长度，则F’L=T1+T25式中：T1──螺旋副螺纹牙间的摩擦力矩，Nmm，T1=92771Nmm；T2──螺杆与托杯底面间的摩擦力矩，Nmm；T2=fFD=(1.6~1.8)d=(1.6~1.8)。D1=(0.6~0.8)d=(0.6~0.8)F──螺杆所受轴向载荷，NL──手柄的长度，mm。托杯选铸铁，手柄选Q215，摩擦因数f＝0.12，代入计算得T2=≈117360N·mmL==mm=700.44mm取L=200mm，加套筒长500mm。手柄直径d手柄查教材可得：[b]=，查参考文献[2]表10.1，对于45钢，s=205Mpa则[b]=102.5~136.7MPa,取[b]=110MPa。代入数值计算得d手柄mm=26.73mm取手柄直径d=28mm。9.底座设计螺杆下落到地面，再留20~30mm的空间，底座铸造起模斜度1:10，厚度为10mm。D5有结构设计确定，D5=103mm。D4=1.4D5=1.4103=144.2mm，取D5=144mm。6结构确定后校核地面的挤压应力：p===6.29MPa底面材料选择铸铁HT100，由参考文献[2]表10.3可知，当铸件壁厚=30~50mm时，b80MPa,[p]=(0.4~0.5)显然，p[p]，满足设计要求。10.绘制螺旋起重器（千斤顶）装配图（见2号图纸）参考文献[1]张锋，宋宝玉.机械设计大作业指导书.北京：高等教育出版社，2009.[2]宋宝玉.机械设计课程设计指导书.北京：高等教育出版社，2006[3]王黎钦，陈铁鸣.机械设计.4版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2008.[4]机械设计课程设计手册