(整理)机械设计大作业千斤顶

精品文档精品文档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：精品文档精品文档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。精品文档精品文档目录一、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精品文档精品文档一、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σs=355MPa,σb=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]=18~25MPa，从表5.8的注释中可以查得，人力驱动时[p]值可增大20%，则[p]=21.6~30MPa，取[p]=25MPa。按耐磨性条件设计螺纹中径d2，选用梯形螺纹，20.8[]Fdp,对于整体式螺母，5.2~2.1，取=2.020.8[]Fdp式中：2d——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/2d;[p]——材料的许用压强，MPa;代入数据，那么有d2≥0.8=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条件为][)16(3)4(311221dTdF精品文档精品文档式中:1d——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(N·mm)。查阅参考文献[1]表5.10得钢对青铜的当量摩擦系数f=0.08~0.10，取f=0.09，螺纹副当量摩擦角=arctanf=arctan0.09=5.14272)'tan(21dFT=40000*tan(2.0637+5.1427)*15.25=75210(Nmm)查参考文献[1]5.9可以查得螺杆材料的许用应力[]=，=355MPa,[]=71~118MPa，取[]=95MPa。MPa95][MPa9.68)5.28*75210*16(3)5.28*40000*4(2322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，故可只校核螺母螺纹牙强度。螺母螺纹牙根部剪切强度条件为：][4bDzF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：][324bbbDzFl式中：l—弯曲力臂，；其它参数同上。代入数据计算精品文档精品文档由参考文献[1]表5.9，可以查得螺母材料的许用弯曲应力，取[σb]=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(°)；n——螺纹线数，n=1；p——螺纹螺距(mm)；2d——螺纹中径(mm)；——当量摩擦系数，由参考文献[1]表8.13可知，得=0.08~0.10，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1150h2HLl螺母退刀槽式中螺母H——螺母高度(mm)，螺母H=ZP=10*3mm=30mm退刀槽l——螺杆与手柄座相接处尺寸，查手册知，退刀槽l=9mm。假设手柄直径为d1=20mm,由尺寸经验公式h1=(1.8~2)d1=36~40mm取h1=38mm,则L=200+15+38+9=248mm精品文档精品文档则螺杆的柔度14dLiL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。i——螺杆危险截面的惯性半径(mm),41dAIi,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：21234010.000134cdF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),6441dI；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D2≈1.5d=1.5×32=48mm;螺母凸缘外径D3≈1.4D2=1.4×48=67.2mm;取D3=70mm螺母凸缘厚b=(0.2~0.3)H=(0.2~0.3)×30=6~9mm，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。设加在手柄上的力F1=300N，手柄长度为L1，则有F1L1=T1+T2。对于T1和T2，有2)'tan(21dFT=40000*tan(2.0637+5.1427)*15.25=75210N·mm精品文档精品文档2123132)2()]4~2([)2()]4~2([3DDDDfFT根据经验公式，D=（1.6~1.8）*32mm=51.2~57.6mm，取D=52mmD=（0.6~0.8）*32mm=19.2~25.6mm，取D=24mm托杯材料选择铸铁，手柄选择Q215，摩擦因数f=0.12,则2123132)2()]4~2([)2()]4~2([3DDDDfFT≈那么手柄长度，取1L=200mm,加套筒长400mm。设手柄所受最大弯曲应力为σ，查参考文献[2]表10.1,MPas205，查参考文献[2],得2~5.1sb，则b=102.5~137MPa,取b=110MPa。则手柄直径d1应满足bzdTTWTT312121)(32，转化为：≥取手柄直径d1=26mm。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mm8。由经验公式，S=(1.5~2)=12~16mm,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：p=40000*4/3.14*(154^2—104^2)=4.38MPa底面材料选择铸铁HT100，查表得铸铁件壁厚为2.5~20mm，MPab130，MPabp)65~52(130*)5.0~4.0()5.0~4.0(][。显然，][pp，底面强度满足设计要求。七、其余各部分尺寸及参数精品文档精品文档mm)80~64(32*)5.2~0.2(b)5.2~0.2(Dt。，取TD=70mm；mm)6.57~2.51(32*)8.1~6.1(d)8.1~6.1(D，取D=52mm；mm)6.25~2.19(32*)8.1~6.1(d)8.0~6.0(D1，取1D=24mm;D2=1.5d=1.5*32mm=48mm；D3=1.4D2=1.4*48mm=67.2mm，取D3=70mm；mm)52~6.41(52*)1~8.0(D)1~8.0(h，取h=48mm；h1=(1.8~2)d1=36~40mm取h1=38mm；mmDh2.19~4.1424*)8.0~6.0()8.0~6.0(12，取2h=16mm；mmDd2.7~624*)3.0~25.0()3.0~25.0(13，取3d=6mm；mma8~6，取a=8mm；mmt8~6，取t=8mm。固定托盘用的挡圈内径8mm，外径38mm，厚5mm；螺钉GB/T5783-2000AM8螺杆底部挡圈内径8mm，外径38mm，厚5mm；螺钉16×M82000A-GB/T5783。紧定螺钉GB/T71-1985M8×20。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，2009.10[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.5版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社