48哈工大机械设计大作业千斤顶

HarbinInstituteofTechnology机械设计大作业课程名称：机械设计设计题目：螺旋起重器设计院系：能源科学与工程学院班级：1302403班设计者：刘远华学号：1130240333哈尔滨工业大学目录一设计题目...........................................................................................................................1二螺杆、螺母选材...............................................................................................................1三螺纹传动设计...................................................................................................................13.1耐磨性计算................................................................................................................13.2螺杆强度校核............................................................................................................23.3螺母螺纹牙强度校核................................................................................................23.4螺纹副自锁条件校核................................................................................................33.5螺杆的稳定性校核....................................................................................................43.6螺母外径及凸缘设计................................................................................................5四其他零件设计...................................................................................................................64.1手柄设计....................................................................................................................64.2底座设计....................................................................................................................74.3托杯设计（符号见参考书[3]）...............................................................................84.4其他尺寸计算............................................................................................................8五设计示意图.......................................................................................................................9六参考资料.........................................................................................................................101一设计题目螺旋起重器（千斤顶）已知条件：起重量FQ=50KN，最大起重高度H=150mm。二螺杆、螺母选材千斤顶螺旋滑动速度低，但是载荷较大，故采用钢对青铜的螺杆与螺母。千斤顶螺杆对齿牙强度要求较高，采用梯形螺纹螺旋传动，选用45钢。千斤顶螺母采用强度高、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。三螺纹传动设计3.1耐磨性计算由于螺杆采用45钢，螺母采用铸铝青铜ZCu𝐴𝑙10𝐹𝑒3查参考文献[1]得[p]=18-25MPa。人力驱动[p]值可增大20%，则[p]=21.6-30MPa。取[p]=24MPa。按耐磨性条件选择螺纹中径d2，选用梯形螺纹。由参考文献[1]查得对于整体式螺母系数5.2~2.1，取=1.5。由耐磨性条件公式：2500000.80.829.8[]1.524QFdmmmmp式中:d2——螺纹中径，mm；FQ——螺旋的轴向载荷，N；H——螺母旋合高度，mm；——引入系数，=H/d；[p]——材料的许用压强，MPa。查参考文献[1]，取公称直径d=36mm，螺距p=3mm，中径d2=34.5mm，小径d3=32.5mm，内螺纹大径D4=36.5mm。23.2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条件为:𝜎𝑒=√(4𝐹𝑄𝜋𝑑32)2+3(16𝑇1𝜋𝑑33)2≤[𝜎]式中：3d——螺杆螺纹的小径，mm；[]——螺杆材料的许用应力，MPa；FQ——螺杆所受的轴向载荷(N)；𝑇1——螺纹副摩擦力矩，N·mm；2)'tan(21dFTQ，为螺纹升角，ψ=arctannpπd2=arctan1×3π×34.5=1.5855°。由参考文献[2]查得钢对青铜的当量摩擦因数'f=0.08~0.10,取'f=0.09。代入数据计算得到：''arctanarctan0.095.1427f。把数据带入公式中可得：𝑇1=30000×34.52tan(1.5855°+5.1427°)N·mm=61059N·mm𝜎𝑒=√(4×50000𝜋×32.52)2+3(16×61059𝜋×32.53)2𝑀𝑃𝑎=62.28𝑀𝑃𝑎[]3~5s，355sMpa，[]71~118Mpa，取[σ]=100MPa。𝜎𝑒[𝜎]螺杆满足强度条件。3.3螺母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。查参考文献[1]得螺母材料的许用切应力MPa40~30][,取][=38MPa；许用弯曲应力[σb]=40~60MPa,取[σb]=50MPa螺母螺纹牙根部剪切强度条件为：3][4bDZFQ式中：FQ——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：5000022.36[]100.36.5653MPa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：][324bQbbDZlF式中l——弯曲力臂，l=D4−d22=36.5−34.52=1其它参数同上。代入数据计算：2350000134.40[]1036.5(0.653)bbMPa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：ρ′式中：——螺纹螺旋升角我，°，2arctannpd；'——当量摩擦角，°；n——螺纹线数，n=1；p——螺纹导程，mm；42d——螺纹中径(mm)；'f——当量摩擦系数,查机械设计表5.10，得'f=0.08~0.10,取'f=0.09。代入数据得：ρ′=arctan0.09=5.1427°=arctan1×3π×34.5=1.5855°得到：ρ′满足自锁条件。3.5螺杆的稳定性校核螺杆的柔度值34llid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1150h2Hll螺母退刀槽；其中：螺母H——螺母高度(mm)，30HZPmm螺母；退刀槽l——螺杆与手柄座相接处的尺寸，查手册知，退刀槽l=9mm。假设手柄直径为d手柄=20mm,由尺寸经验公式1h1.8~2d(1.8~2)2036~40mmmm手柄取h1=37mm,则l=150+15+37+9mm=211mm——长度系数，对本千斤顶，看作一端固定、一端自有，则可取=2；d3——螺纹小径，mm。带入数值得34422115232.5ld对于45调制钢，当90时，螺杆稳定的临界载荷cF为：52232234034032.5=208685N10.00013410.00013524cdF那么，由压杆稳定条件2086954.22.540000cFNFN因此，满足稳定性条件。3.6螺母外径及凸缘设计根据经验公式，螺母外径D2≈1.5d=1.5×36=54mm；螺母凸缘外径D3≈1.4D2=1.4×54=75.6mm，取D3=76mm；螺母凸缘厚b=(0.2-0.3)H=(0.2-0.3)×30=6-9mm，取b=8mm。6四其他零件设计4.1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。取加在手柄上的力F=300N，手柄长度为L，则有FL=T1+T2。对于T1和T2，有161059mmTN3312221[(2~4)](2)13[(2~4)](2)QDDTfFDD公式中的符号见参考书[3]。根据经验公式，(1.6~1.8)(1.6~1.8)3657.6~64.8Ddmm,取D=60mm;1(0.6~0.8)(0.6~0.8)3621.6~28.8Ddmm,取D1=26mm。托杯材料选择铸铁，手柄选择Q215，摩擦因数f=0.12,则代入数据得：T2=0.12×500003×(60−3)³−(26+2)³(60−3)²−(26+2)²=132447N·mm那么手柄长度L=T1+T2F1=61059+132447300𝑚𝑚=645𝑚𝑚取L=200mm,加套筒长500mm。手柄直径3Fl0.1bd手柄，查参考文献[2]得：2~5.1sb，查参考文献[1]得205sMPa，[]102.5~136.7bMPa，取[]120bMPa带入计算得330064525.30.1120dmmmm手柄取28dmm手柄74.2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，壳厚mm10。D5由结构设计确定，D5=125mm；D4=1.4D5=1.4×1125=175mm。结构确定后校核下底面的挤压应力：σp=𝐹𝑄π4(D42−𝐷52)=50000π4×(1542−1102)=3.43𝑀𝑃𝑎底面材料选择铸铁HT100，查表得铸铁件壁厚为10~20mm时，MPab