哈工大机械设计大作业螺旋传动设计(千斤顶).pdf

哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）H Ha ar rb bi in n I In ns st ti it tu ut te e o of f T Te ec ch hn no ol lo og gy y机机械械设设计计大大作作业业说说明明书书大作业名称：机械设计大作业设计题目：螺旋传动设计班级：设 计 者：学号：指导教师：设计时间：20141003哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）目目录录1 1 设计题目设计题目-3-32 2 螺母、螺杆选材螺母、螺杆选材-3-33 3 耐磨性计算耐磨性计算-3-34 4 螺杆强度校核螺杆强度校核-3-35 5 螺纹牙强度校核螺纹牙强度校核-4-46 6 螺纹副自锁条件校核螺纹副自锁条件校核-5-57 7 螺杆稳定性校核螺杆稳定性校核-5-58 8 螺母外径及凸缘设计螺母外径及凸缘设计-6-69 9 手柄设计手柄设计-6-61010 底座设计底座设计-7-71111 各部分尺寸及参数各部分尺寸及参数-7-71212 参考资料参考资料-8-8哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）1 1、设计题目、设计题目螺旋起重器（千斤顶）已知条件：3.1.2 起重量FQ=40KN，最大起重高度 H=200mm。2 2、螺杆、螺母选材、螺杆、螺母选材螺杆选用 45 钢调质。查参考文献2表 10.2 得s=355MPa,b=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，故螺母采用强度高且耐磨的铝青铜 ZCuAl10Fe3。托盘和底座均采用铸铁材料。3 3、耐磨性计算、耐磨性计算查参考文献1表 8.11 得p=1825MPa。取p=22MPa。按耐磨性条件选择螺纹中径，起重器需要螺纹有较高的承载能力，螺纹根部强度较高，所以选用梯形螺纹。查参考文献1得1.2 2.5，取=2。由梯形螺纹耐磨性条件公式：d2 0.8式中Fpd2螺纹中径，mm;F螺旋的轴向载荷，N；p材料的许用压强，MPa;引入系数，=H/d2;H螺母旋合高度，mm;代入数值后有d2 0.840000 24.12mm。查参考文献2表 11.4，取公称直2*22径d=32mm，螺距p=6mm，中径d2=29mm，小径d4=25mm，内螺纹大径D4=33mm，内螺纹小径 D1=26mm。则螺母高度 H=*d2=2*29=58mm，螺纹圈数 z=H/P=9.7，=2=30。4 4、螺杆强度校核、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 T 的作用，这里的扭转力矩是螺纹副的摩擦转矩 T。根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度条件为：1哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）(4F216T)3()23d4d4式中d4 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)；T 螺杆所受转矩(Nmm),dT F tan()2。2螺纹升角（）查参考文献1表 8.13 得钢对青铜的当量摩擦因数f=0.080.10,取f=0.09。则=arctanf=5.143=arctan16nP=arctan=3.767929d2将已知数据带入公式得T=40000tan(3.7679+5.143)30/2=94074Nmm=(44000021694.0742)3()=97.27MPa0.02520.0253，而s=355MPa，则3 5=71118MPa,取=100MPa97.27MPa=。即，螺杆满足强度条件。查参考文献1表 8.12 得螺杆的许用应力=s5 5、螺母螺纹牙强度校核、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表 8.12 得螺母材料的许用切应力 30 40MPa,取=35MPa；许用弯曲应力b=4060MPa,取b=50MPa。螺母螺纹牙根部剪切强度条件为：FzD4b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=3.9mm。2哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）代入数据计算：40000 9.89MPa10333.9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：b式中l弯曲力臂，l=其它参数同上。代入数据计算：340000215.22MPab10333.92即螺母螺纹牙满足弯曲强度要求。3Flb2zD4bD4d2=2mm2b6 6、螺纹副自锁条件校核、螺纹副自锁条件校核由螺纹副自锁条件其中=arctanf螺纹升角，=arctan16nP=arctan=3.76829d2f当量摩擦因数，取f=0.09。当量摩擦角（）带入数据计算得=arctanf=arctan0.09=5.143；所以满足螺纹副自锁条件。7 7、螺杆的稳定性校核、螺杆的稳定性校核千斤顶的最大上升高度 200mm，则螺杆的最大工作长度 L 为3哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）L 200H螺母h1l退刀槽2式中H螺母螺母高度(mm)，H螺母=58mm;h1=（1.82）d1；l退刀槽螺杆与手柄座相接处尺寸，查手册知，l退刀槽=9mm。假设手柄直径为d1=30mm，由尺寸经验公式h1=(1.82)d1=5460mm 取h1=54mm，则：L=200+29+54+9=292mm则螺杆的柔度：Li4Ld4长度系数，对本千斤顶，看做一端固定、一端自有，则取=2；d4螺纹小径，d4=25mm。i螺杆危险截面的惯性半径(mm),i Id4其中 A 为危险截面A4，的面积(mm2)。代入数据计算：42292 93.4425对于 45#调制钢，此时螺杆稳定的临界载荷 Fc 为：2Ed44Fc（90）(l)264代入数据计算得：Fc114860N那么，由压杆稳定条件Fc 2.87 2.5F故螺杆满足稳定性要求。8 8、螺母外径及凸缘设计、螺母外径及凸缘设计根据经验公式，螺母外径 D21.5d=1.532=48mm，取 D2=50mm;螺母凸缘外径 D31.4D2=1.450=70mm;螺母凸缘厚 b=(0.20.3)H=(0.20.3)58=11.617.4mm，取 b=15mm。4哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）9 9、手柄设计、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 L，则有 F1 L=T1+T2。对于T1和 T2，有T1=40000tan(3.768+5.143)30/2=94074NmmfF D(2 4)3(D12)3T23D(2 4)2(D12)2公式中的符号见参考书3。根据经验公式，D=（1.61.8）d=（1.61.8）32=51.257.6mm，取D=55mm;D1=（0.60.8）d=（0.60.8）32=19.225.6mm；取 D1=24mm;托杯材料选择铸铁，手柄选择 Q235，取摩擦因数 f=0.12,则fF(D3)3(D12)3T297067N m3(D3)2(D12)2那么手柄长度，L=T1T2=637.1mm，取 L=300mm,加套筒长 400mm。F1设 手 柄 所 受 最 大 弯 曲 应 力 为 ，s 225MPa，bs1.5 2，则b=112.5150MPa,取b=125MPa。则手柄直径 d1应满足T1T232(T1T2)b3Wzd1转化为d1332(T1T2)b=24.97mm;取手柄直径 d1=25mm。1010、底座设计、底座设计螺杆下落至底面，再留 10mm 左右的空间，底座铸造起模斜度 1:10，壁厚由经验公式，S=(1.52)=1520mm,取 S=20mm。各符号见参考书3。10mm。D5由结构设计确定，D5=120mm；D4=1.4D5=1.4*120=168mm。结构确定后校核下底面的挤压应力：F40000p=3.68MPa2(D4 D52)(16821202)44底面材料选择铸铁 HT100，查参考资料2表 10.3 得铸铁b100MPa，5哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）p (0.4 0.5)b(0.4 0.5)*100 (40 50)MPa。显然，pp，底面强度满足设计要求。1111、各部分尺寸及参数、各部分尺寸及参数（符号见参考资料3）DT(2.0 2.5)d (2.0 2.5)32 64 80mm，取DT=70mmD (1.6 1.8)d (1.6 1.8)32 51.2 57.6mm，取 D=55mmD1(0.6 0.8)d (0.6 0.8)32 19.2 25.6mm，取 D1=24mmD2=50mm，D3=70mm，D4=168mm，D5=120mm1=10mmh (0.8 1)D (0.8 1)55 44 55mm，取 h=50mmh1=(1.8 2)d1=45 50mm，取h1=45mmh2=(0.6 0.8)D1=14.4 19.2mm，取h2=15mmd1=25mmd3(0.25 0.3)D1(0.25 0.3)24 6 7.2mm，取d3=6mm;a 6 8mm，取a=7mm；t 6 8mm，取t=7mm。d=32mm，d2=29mm，d4=25mmH=58mm，b=15mm，P=6mm，S=20mm固定托盘用的挡圈内径 8mm，外径 32mm，厚 5mm；螺钉GB/T5783-2000A M616。螺杆底部挡圈内径 8mm，外径 50mm，厚 5mm；螺钉GB/T5783-2000A M620。紧定螺钉 GB/T71-1985M620。其余铸造圆角，取 R=4mm。螺旋起重器（千斤顶）装配图见 A2 图纸。1212、参考资料、参考资料6哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）1宋宝玉，王黎钦.机械设计.北京：高等教育出版社，20102宋宝玉.机械设计课程设计指导书.北京：高等教育出版社，20063张锋，宋宝玉.机械设计大作业指导书.北京：高等教育出版社，20097