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机械设计大作业 便携式螺纹千斤顶设计计算说明书 （班级：车辆工程141 姓名：王俊 学号：1608140120 ） 1.设计任务书 1.1 螺旋千斤顶的原理：千斤顶的工作原理是:通过螺杆和螺母组成的螺旋副来实现将物体由低处向高处的传送的，并使托杯中的物体做直线运动，从而实现我们的传动要求。其中，螺母固定，当手柄旋动的时候，螺杆通过与螺母的螺旋副的运动，螺纹之间产生自锁，使装有重物的托杯往上运动。 1.2 原始数据 最大起重量： F = 35 kN 最大升程 ： H = 200 mm 2.计算内容和设计步骤 2.1螺杆的设计与计算 2.1.1 螺杆螺纹类型的选择 选择梯形螺纹螺旋传动，右旋，牙型角=30,因为梯形螺纹的牙根强度高，易于对中，易于制造，内外螺纹以锥面贴紧不易松动；它的基本牙型按GB/T5796.1-2005的规定。 2.1.2选取螺杆材料 因为螺杆承受的载荷较大，而且是小截面，故选择45#钢。 2.1.3确定螺杆直径 按耐磨性条件确定中径d2 对于梯形螺纹，h=0.5p,由耐磨性条件可转化为： d2³0.8F/fp d2:螺纹中径，mm; F：螺旋的轴向载荷，N; :引入系数；p:材料的许用压强，Mpa; 对于整体式螺母，为使受力分布匀称,螺纹工作圈数不宜过多，宜取F=1.22.5; 此处取 F=1.5,许用压力P=20Mpa 从滑动螺旋传动的许用压强表中查得： 人力驱动时，P可提高20% 故P=20´(1+2000)=24Mpa 带入设计公式，得 d2³24.9mm 按国家标准选择公称直径和螺距为： D=d=30mmd2=d-3=27mm d1=d-7=23mmP=6mm2.1.4自锁验算 自锁验算条件是y£rv rv=arctan(f/cosb)=arctan0.08/cos15o =4.73o()(np/pd2)y=arctan=arctan(6/30p) =3.64°y£rv 且螺纹中径处升角满意比当量摩擦角小1°，符合自锁条件。 2.1.5结构设计 依据图1-2进行螺母的结构设计 （1）螺杆上端用于支承托杯10并在其中插装手柄7，因此须要加大直径。手柄孔径dk的大小依据手柄直径dp确定，dkdp十0.5mm。 （2）为了便于切制螺纹，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1.5P，取d4=d1-0.5=34mm。 （3）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。 （4）为了防止工作时螺杆从螺母中脱出，在螺杆下端必需安置钢制挡圈(GB/T891-1986)，挡圈用紧定螺钉(GB/T68-2000)固定在螺杆端部。 2.1.6螺杆强度计算 螺杆受力较大，应依据第四强度理论校核螺杆的强度 强度计算公式为： sca=s2+3t2=(F/A)2+3(T/W)£s2 其中T为扭矩 T=Ftan(rv+y)´d2/2 查表可得ss=360MPa s=ss/3=120MPa 已知F = 35 kN ，又 T=Ftan(rv+y)´d2/2=79.82N×mA=1/4pd12=572.56mm2W=1/16pd13=3864.7mm3代入校核公式，得 sca=101.2MPa sca£s 满意强度要求。 2.1.7稳定性计算 瘦长螺杆工作时受到较大的轴向压力可能失稳，为此应按稳定性条件验算螺杆的稳定性。 Fcr/F³2.54 螺杆的临界载荷Fcr与柔度ls有关 其中ls=ml/i 取m=2 l=H+5t+1.5d=(200+5´1+1.5´30)mm=250mmi=I/A=1/4d1=23/4mm=5.75mm 其中I为螺杆危急截面的轴惯性矩。 将以上数据代入柔度计算公式，得 ls=2´250¸5.75=87.0³40 需进行稳定性校核。 实际应力的计算公式为 Fcr=p2EI/(ml) 2其中I=pd1464=13736.66mm4 E=2.06´105MPa 将上述数据代入公式得 Fcr=202326.15kN Fcr/F³2.54 螺杆满意稳定性要求 2.2螺母设计计算 2.2.1选取螺母材料 螺母采纳强度高、耐磨、摩擦系数小的铸铝青铜 2.2.2确定螺母高度H'及工作圈数u' H'=fd2=1.5´27=40.5mm u=H'/t=40.5¸6=6.75mm 因为考虑退刀槽的影响，取实际工作圈数为： u'=u+1.5=6.75+1.5=8.25mm m'应当圆整，又考虑到螺纹圈数u越多，载荷分布越不均，故u不宜大于10，故取 m'=9 H'=u'×t=9´6=54mm 2.2.3校核螺纹牙强度 螺母的其它尺寸见图13，螺纹牙多发生剪切与弯曲破坏。由于螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹牙的强度。 （1）剪切强度校核 已知D=d=30mm D2=d2=27mm 剪切强度条件为： t=Ft pDbm查表得：t=3040MPa，b=0.65P=0.65´6mm=3.9mm 则剪切强度为： t=35000=10.58MPa p´30´3.9´9t<t 符合剪切强度条件； （2）弯曲条件校核 弯曲强度条件为： s=6Fl£sb 2pDbm查表得sb=4060MPa，l=（D-D2）/2=(30-27)/2=1.5mm 则弯曲强度为 s=6´35000´1.5=24.42Mpa s£sb，符合弯曲强度条件。 2p´30´3.9´9 2.2.4协作 （1）采纳H8协作。 r7（2）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。 （3）为了更牢靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉，查表选择紧定螺钉GB/T71-1985 M6´12。 2.3托环的设计与计算 2.3.1托杯材料的选择 选择托环材料为Q235钢。 2.3.2结构设计 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，应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。 2.3.3接触面强度校核 查表得Q235钢的许用压强为P=225MPa 为避开工作时过度磨损，接触面间的压强应满意 P=Fp(D122-D112)4£P 依据图1-4，取相关尺寸为： D11=0.6d=0.6´30mm=18mmD10=2.5d=2.5´30mm=75mmD13=1.8d=1.8´30mm=54mmD12=D13-4mm=50mmP= 35=20.5MPa£P 22p(50-18)4接触面压强满意要求，选材合理。 2.4手柄的设计计算 2.4.1手柄材料的选择 选择手柄材料为Q235钢 2.4.2计算手柄长度Lp 扳动手柄的力矩：K×Lp=T1+T2，则 Lp=T1+T2 K取K=200N 又 T1=Ftan(y+rv)×T2=(D12+D11)fF/4=(50+18)´0.083´35/4=49.39N×mLP=d22=68.49N×m T1+T268.49+49.39=m=0.589m=589mm K200手柄实际长度为： Lp=589+54+100=716mm 2由于手柄长度不超过千斤顶，因此取Lp=350mm，运用时在手柄上另加套筒。 2.4.3手柄直径dp的确定 把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径Dp，强度条件为 sF=KLp0.1d3p£sF 得设计公式为 dp³3KLp0.1sF 已知sF=120MPa dp³3200´1111mm=22.9mm 0.1´120取dp=25mm 2.4.4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，并用螺钉固定，选择开槽沉头螺钉GB/T67 M8´16 2.5底座设计 2.5.1选择底座材料 选择底座材料为HT200，其sp=2MPa 2.5.2结构设计 由图1-7可得底座的相应尺寸： H1=(H+20)mm=(200+20)mm=220mmD6=(D3+8)mm=(58+8)mm=66mmD7=D6+D8=4FH15=(66+D72=220)mm=110mm54´50+1102mm=102mm2p psp取d=10mm，则有 H'-（1.52）d=(54-18)mm=36mm 机械设计大作业 机械设计大作业轴设计 机械设计大作业千斤顶 机械设计大作业千斤顶 机械创新设计大作业 机械设计基础作业答案(三) 机械设计 机械设计 机械设计 机械设计 本文来源：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！第10页 共10页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页
