机械设计 螺旋传动设计(千斤顶).doc
机械设计（基础）课程设计计算说明书设计题目： 螺旋传动设计 螺旋起重器（千斤顶）学 院： 机电工程及自动化学院 专 业： 机械工程与自动化 学 号： 设计者： 袁 悦 组 员： 郭丽琴、闫赟、袁悦 指导老师： 邓 召 义 完成日期：2013-10-30计算及说明主要结果一、 设计题目 螺旋起重器（千斤顶）已知条件：起重量F=44KN，最大起重高度L=200mm。二、确定螺纹牙型及螺纹基本尺寸1）、螺纹牙型的选择滑动螺旋的牙型可以采用梯形螺纹、矩形螺纹和锯齿形螺纹；螺旋传动常采用梯形螺纹和矩形螺纹。梯形螺纹的工艺性好，牙根强度高，对中性好，矩形螺纹效率高，但其牙根强度低，加工精度低，目前已经逐渐被梯形螺纹所取代。2）、螺纹基本尺寸的选择螺纹中径按螺母螺纹牙面得耐磨性计算，对于梯形螺纹，h=0.5P,则有，中径：27.97mm式中：对于梯形螺纹，查表4-5，选取P=6mm；查表4-6，得：螺杆标准中径，小径，大径；螺母标准中径，小径，大径。三、螺杆的设计计算1）、材料螺杆常用的材料为Q235、Q275、35钢和45钢。对于重要传动，要求较高耐磨性，需进行热处理，可选用40Cr或65Mn。此处选用45钢。故s=355MPa，查表21-3得，取=115MPa; b=600MPa。2）、螺杆结构螺杆上端需用支撑托杯和插装手柄，故此处应加大直径，其结构如图1所示。图中L为最大起重，H为螺母高度，手柄孔径的大小应根据手柄直径决定，一般取。为了便于切制螺纹，应设退刀槽，退刀槽处的直径要比螺纹小径小0.20.5mm。退刀槽的宽度。为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应制有倒角，如 图a所示。3）、自锁性校核 自锁条件为： 式中：螺纹升角，； 当量摩擦角，； 螺纹牙侧角, ;摩擦因数，取； 螺纹副的当量摩擦因数。由于影响摩擦因数的因素有很多，其值不稳定，为保证千斤顶有可靠的自锁能力，可取则2.08 图1F=44KNL=200mm梯形螺纹P=6mm45钢s=355MPa=115MPa; b=600MPan=2.08计算及说明主要结果4）、强度校核螺杆时，扭矩产生剪应力，轴向力产生正应力，升至最高位置时，载荷分布如下图所示。按第四强度理论，危险剖面的强度按下式进行校核 对于梯形螺纹该式可化为：式中 F螺杆所受的轴向压力（N）； 螺纹小径（mm）； T螺杆所受扭矩（N·mm），； 螺杆材料的许用应力（MPa）， 代入数据，；而选择=25mm满足螺杆强度要求。5）、稳定性校核细长的螺杆升至最高位置时，可视为直径为的下端固定、上端自由的压杆，为防止失稳，应按下式校核其稳定性： 临界轴向载荷与螺杆的材料、柔度有关，其中柔度计算公式为： 式中 螺杆的最大工作长度，按螺杆升至最高位置时托杯底面到螺母中部的高度计算，暂取； 长度系数，千斤顶可看作一端固定、一端自由，故取； i 螺杆危险截面的惯性半径，代入数据，此时，计算及说明主要结果满足稳定性校核条件。四、螺母的设计计算 1）、材料螺母和螺杆旋合工作时，应有较高的耐磨性和较低的摩擦系数，通常选用螺母材料比螺杆材料硬度低。当低速时，可采用耐磨铸铁、铸铁。此处选择HT500。故，选取【p】=18MPa2）、螺纹牙工作圈数z螺纹牙的工作圈数z可按耐磨性计算获得，即 式中 h螺纹牙工作高度，对于梯形螺纹，。代入数据，由于退刀槽影响，取实际圈数。3）、螺母的结构尺寸螺母的结构如图2所示。螺母的高度；螺母外径；螺母的凸缘外径螺母凸缘厚度=20.8 图2螺母装入底座孔内，配合采用。为防止螺母转动，设置紧定螺钉，直径取M6。4）、螺纹牙强度校核螺纹牙根部抗弯强度条件为稳定性计算及说明主要结果螺纹牙根部抗剪强度条件为式中 b螺纹牙根部的厚度，b=0.65P； 弯曲力臂，； z螺杆和螺纹的旋合圈数； 螺母材料的许用弯曲用力； 螺母材料的许用剪切用力。查表21-3，取，。代入数据故螺纹材料满足螺纹牙强度校核。5）、螺母悬置部分强度和螺母凸缘强度校核螺母下端悬置，承受拉力（其大小为起重量F）；螺母凸缘支承面会发生挤压破坏。螺母悬置部分横截面上的抗拉强度条件为 式中 螺母材料的许用拉应力，； D螺母外径。代入数据，螺母凸缘支承面上的挤压强度条件为 式中 螺母材料的许用挤压应力， 螺母凸缘外径。代入数据，螺母凸缘根部的弯曲强度条件为 主要结果式中 螺母凸缘厚度，=20.8。代入数据，螺母凸缘根部的剪切强度条件为 式中 螺母材料的许用应力。代入数据，故螺母材料满足悬置部分和凸缘的强度校核。五、托杯的设计计算托杯是用来承托重物的，选用Q235，具体结构如图3所示。为了防止托杯与重物之间产生相对滑动，在托杯上表面只有切口和沟纹。为了防止托杯从螺杆端部脱落，螺杆上端应装有挡圈。当螺杆转动时，托杯和被起重物均不转动。因此在举重时，托杯底部和螺杆的接触面间有相对滑动。为防止接触面间过快地磨损，需要校核接触面间的压力，即 式中 许用压力； 托杯的结构尺寸。 图3查表21-2，取=18MPa，。带入数据，P=15.9MPa算及说明主要结果故接触面间的压力满足校核条件。六、 手柄的设计计算1）、材料手柄的材料选用碳素结构钢Q235。2） 、手柄长度由分析可知，扳动手柄的力矩应与阻力矩平衡，即，则 式中 扳动手柄的力，取； 螺旋副的摩擦阻力矩； 螺杆端面与托杯之间的摩擦阻力矩。 式中 托杯与螺杆支承面间的摩擦因数。查表21-2，取，带入数据， 由于过长，为了便于存放，所以实际手柄长度可取300mm，当举重量较大时，可在手柄上套一长套管以达到省力的目的。3） 、手柄直径把手柄看成一个悬臂梁，按抗弯强度设计，即 式中 手柄材料的许用弯曲应力，。带入数据，算及说明主要结果4）手柄结构为防止手柄从螺杆中滑出，在手柄两端应设有挡圈，并用螺钉固定。七、 底座的设计计算1）、材料底座材料选用铸铁HT200，故。2） 、底座结构底座铸件的厚度不应小于810mm，为增加底座的稳定性，故需将外形制成1：10的斜度，如图4所示，图中， 直径由地面挤压强度确定 式中 接触面材料的许用挤压应力。记地面为混凝土C20 ,查表21 -4取=2 带入数据， 八、 千斤顶的效率计算当螺旋转过一圈后，输入功，此时举升重物所做的功，故 式中 S螺纹的导程。带入数据，九、装配工作图D10 =mm
