机械设计大作业——千斤顶.pdf

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1、螺旋起重器（千斤顶）设计说明书目目录录一、设计题目一、设计题目-2-2二、螺母、螺杆选材二、螺母、螺杆选材-2-2三、螺杆、螺母设计计算三、螺杆、螺母设计计算3.1 耐磨性计算-2 23.2 螺杆强度校核-3 33.3 螺纹牙强度校核-3 33.4 螺纹副自锁条件校核-4 43.5 螺杆稳定性校核-4 4四、螺母外径及凸缘设计四、螺母外径及凸缘设计-5-5五、手柄设计五、手柄设计-5-5六、底座设计六、底座设计-6-6七、其余各部分尺寸及参数七、其余各部分尺寸及参数-7-7八、参考资料八、参考资料-8-81螺旋起重器（千斤顶）设计说明书一、一、设计题目设计题目螺旋起重器（千斤顶）已知条件：起重

2、量 FQ=40KN，最大起重高度 H=200mm。二、二、螺杆、螺母选材螺杆、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得s=355MPa,查机械设计表 5.9s得,取=110MPa;b=600MPa。3 5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，查表 5.9 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。托盘和底座均采用铸铁材料。三、三、螺杆、螺母设计计算螺杆、螺母设

3、计计算3.13.1耐磨性计算耐磨性计算由耐磨性条件公式：Ps FF ppAd2hH对于梯形螺纹，有 h=0.5p,那么耐磨性条件转化为：d2 0.8式中d2螺纹中径，mm;F螺旋的轴向载荷，N；H螺母旋合高度，mm;Fp引入系数，=H/d2;p材料的许用压强，MPa;查机械设计表5.8，得p=1825MPa，取p=20MPa，对于整体式螺母，1.2 2.5，取=2.0，那么有d2 0.840KN 25.3mm。查参考文献42.0*20MPa表 H.5,试取公称直径 d=32mm,螺距 p=6mm,中径 d2=29mm,小径 d1=25mm,内螺纹大 径 D4=33mm。那 么 螺 母 高 度H

4、 d2 2.0*29 58mm，螺 纹 圈 数z H58 9.7，=2=30。p62螺旋起重器（千斤顶）设计说明书3.23.2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 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(4Fd1)23(216T1d13)对于梯形螺纹该式可化为d14*1.25F式中d1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)；d2。2T1螺杆所受转矩(Nmm),T1 F tan()4*1.25*40KN 24.06mm*110MPa代入数据，d1而选择 d1=25mm

5、,满足螺杆强度要求。3.33.3螺纹牙强度校核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：FzD4b式中F轴向载荷(N)；D4螺母螺纹大径(mm);Z螺纹旋合圈数；b螺纹牙根部厚度(mm)，对于梯形螺纹 b=0.65p。代入数据计算4000010.64MPa 9.3*33*0.65*6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：b3Flb2zD4b式中l弯曲力臂，l D4 d233 29 2mm；223螺旋起重器（千斤顶）设计说明书其它参数同上。代入数据计算b3*40000*216.73

6、MPa b9.3*33*(0.65*6)2即螺母螺纹牙满足弯曲强度要求。3.43.4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：,arctan f 式中螺纹螺旋升角（），arctannpd2当量摩擦角();n螺纹线数，n=1;p螺纹导程(mm);d2螺纹中径(mm);f当量摩擦系数,查机械设计表5.10，得f=0.080.10,取f=0.09;代入数据 arctan1*6 3.77*29 arctan0.09 5.14因为，所以满足螺纹副自锁条件要求。3.53.5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 H=200mm.则螺杆的最大工作长度L 200H螺母2 h1l退刀槽

7、式中H螺母螺母高度(mm)，H螺母=58mm;h1符号参见参考文献1图 3.1；l退刀槽螺杆与手柄座相接处额尺寸，查手册知，l退刀槽=10.5mm。假设手柄直径为 d1=26mm,由尺寸经验公式 h1=(1.82)d1=46.854mm 取4螺旋起重器（千斤顶）设计说明书h1=50mm,则L=200+29+50+10.5=289.5mm则螺杆的柔度Li4Ld1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=25mm。i螺杆危险截面的惯性半径(mm),i 截面的面积(mm2)。代入数据计算dI1,其中 A 为危险A44*2*289.5 92.64 9025对于

8、45#调制钢，此时螺杆稳定的临界载荷 Fc 为：2EIFc(L)2式中 E螺杆材料的弹性模量，对于钢 E=2.07105MPa；I螺杆危险截面的轴惯性矩(mm),I 代入数据计算Fc4d1464；2*2.07105(2*289.5)24*254148782.9N64那么，由压杆稳定条件Fc148782.9 3.72 2.5F40000故螺杆满足稳定性要求。四、四、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;螺母凸缘外径 D31.4D2=1.448=67.2mm;螺母凸缘厚 b=(0.20.3)H=(0.20.3)58=11.617.4mm，取

9、b=15mm。五、五、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 L1，则有 F1 L1=T1+T2。对5螺旋起重器（千斤顶）设计说明书于 T1和 T2，有T1 F tan()d229 40000*tan(3.77 5.14)*90929.3Nmm22fF D(2 4)3(D1 2)3T23D(2 4)2(D1 2)2公式中的符号见参考书1图 3.2 和图 3.3。根据经验公式，D (1.61.8)d (1.61.8)32 51.2 57.6mm,取 D=55mm;D1(0.6 0.8)d (0

10、.6 0.8)32 19.2 26.6mm，取 D1=25mm。托杯材料选择铸铁，手柄选择 Q235，摩擦因数 f=0.12,则0.12*40000533 273fF D(2 4)3(D1 2)3*2 99380N mmT2222353 273D(2 4)(D1 2)那么手柄长度L1500mm。T1T290929.399380 634.4mm，取L1=200mm,加套筒长F1300设手柄所受最大弯曲应力为，查参考文献2表 10.1,s 225MPa，查参考文献3,得bs1.5 2，则b=112.5150MPa,取b=125MPa。则手柄直径 d1应满足T1T232(T1T2)b，转化为：3Wz

11、d1d1332(T1T2)b332*(90929.399380)24.9mm*125取手柄直径 d1=26mm。六、六、底座设计底座设计螺杆下落至底面，再留 2030mm 的空间，底座铸造起模斜度 1:10，壁厚由经验公式，S=(1.52)=1216mm,取 S=16mm。各符号见参考书110mm。图 3.2 和图 3.3。D5由结构设计确定，D5=128mm。D4=1.4D5=1.4*128=179.2mm。结构确定后校核下底面的挤压应力：F40000p 3.24MPa22(D4 D5)(179.221282)446螺旋起重器（千斤顶）设计说明书有结果可知，千斤顶在最大载荷下，可以在木材上使

12、用。底面材料选择铸铁HT100，查 表 得 铸 铁 件 壁 厚 为1020mm时，b100MPa，p (0.4 0.5)b(0.4 0.5)*100 (40 50)MPa。显然，p p，下表面强度满足设计要求。上表面校核：b1FF4*40000 23.03MPa，查参A22*(67.22 482)(D3 D2)4考文献4表 B.4，得b=195MPa,b1b。故上表面满足强度要求。七、其余各部分尺寸及参数（符号见参考书1图 3.2 和图 3.3）DT(2.0 2.5)d (2.0 2.5)*32 64 80mm，取DT=76mm；D (1.6 1.8)d (1.6 1.8)*32 51.2 5

13、7.6mm，取 D=55mm；D1(0.6 0.8)d (0.6 0.8)*32 19.2 25.6mm，取D1=24mm;h (0.8 1)D (0.8 1)*55 44 55mm，取h=55mm；h1(1.8 2)d1(1.8 2)*26 46.8 52mm，取h1=50mm；h2(0.6 0.8)D1(0.6 0.8)*24 14.4 19.2mm，取h2=18mm；d3(0.25 0.3)D1(0.25 0.3)*24 6 7.2mm，取d3=6mm；a 6 8mm，取a=6mm；t 6 8mm，取t=6mm。固 定 托 盘 用 的 挡 圈 内 径8mm，外 径26mm，厚5mm；螺

14、钉GB/T5783-2000AM810。螺 杆 底 部 挡 圈 内 径8mm，外 径34mm，厚5mm；螺 钉GB/T5783-2000A M816。紧定螺钉 GB/T71-1985M820。其余铸造圆角，取 R=2mm。底座高度为 284mm，装配后千斤顶的升降范围为 414614mm。螺旋起重器（千斤顶）装配图见 A3 图纸。7螺旋起重器（千斤顶）设计说明书八、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，2009.102宋宝玉.机械设计课程设计指导书.北京：高等教育出版社，20063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，2010.14于慧力，张春宜.机械设计课程设计.北京：科学出版社，20075刘莹，吴宗泽.机械设计教程.2 版.北京：机械工业出版社，2007.96金铃，刘玉光，李立群.画法几何及机械制图.哈尔滨：黑龙江人民出版社，2003.78