哈工大机械设计大作业二说明书完美版

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y机械设计大作业说明书设计题目：螺旋起重器（千斤顶）院系：机电学院班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：2015.10.03~2015.10.07目录1设计题目-------------------------------------------------------------------------------------------------------3 2螺母、螺杆选材----------------------------------------------------------------------------------------------3 3耐磨性计算-----------------------------------------------------------------------------------------------------3 4螺杆强度校核-------------------------------------------------------------------------------------------------3 5螺纹牙强度校核----------------------------------------------------------------------------------------------4 6螺纹副自锁条件校核---------------------------------------------------------------------------------------5 7螺杆稳定性校核----------------------------------------------------------------------------------------------5 8螺母外径及凸缘设计---------------------------------------------------------------------------------------6 9手柄设计--------------------------------------------------------------------------------------------------------6 10底座设计-------------------------------------------------------------------------------------------------------7 11其余各部分尺寸及参数-----------------------------------------------------------------------------------7 12参考文献-------------------------------------------------------------------------------------------------------81、设计题目螺旋起重器（千斤顶）已知条件：起重量F =30 KN ，最大起重高度H =180 mm 。

2、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。

3、耐磨性计算查参考文献[1]表 5.8得[p ]=18~25MPa 。

人力驱动[p ]值可增大20%，则[p ]=21.6~30 MPa 。

取[p ]=25MPa 。

按耐磨性条件选择螺纹中径，选用梯形螺纹。

由参考文献[1]查得5.2~2.1=ψ，取 ψ=2.0。

由耐磨性条件公式：2d ≥ 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;ψ——引入系数，ψ=H /d ;[p ]——材料的许用压强，MPa;代入数值后有[]mm 19.6mm 252300008.08.0=⨯=≥p F d 2ψ。

查参考文献[3]表11.5，试取公称直径d =28 mm ，螺距P =3 mm ，中径d 2=26.5 mm ，小径3d =24.5 mm ，内螺纹大径4D =28.5 mm 。

4、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 1的作用，这里的扭转力矩是螺纹副的摩擦转矩T 1。

根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度条件为：][)16(3)4(331223σππσ≤+=d T d F式中 3d ——螺杆螺纹的小径(mm)；[]σ——螺杆材料的许用应力(MPa);F ——螺杆所受的轴向载荷(N)；T 1——螺杆所受转矩(N ·mm),2)'tan(21d F T ρψ+=ψ为螺纹升角，︒=⨯⨯==0637.25.26π31arctan πarctan2d np ψ；由参考文献[1]5.10查得钢对青铜的当量摩擦因数'f =0.08~0.10,取'f =0.09，螺纹副当量摩擦角p '=︒=='1427.509.0arctan arctan f 。

代入数据计算得到：1T =mm N 50261)1427.50637.2tan(25.2630000∙=︒+︒⨯σ=MPa 4.7024.5π5026116324.5π3000042322=⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯由参考文献[1]表5.9可以查到螺杆材料的许用应力[σ]=3s σ~5sσ,s σ=355 MPa, [σ]=71~118 MPa,取[σ]=95 MPa 。

显然σ<[σ]，螺杆满足强度条件。

5、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。

螺母螺纹牙根部剪切强度条件为：][Z 4τπτ≤=bD F式中 F ——轴向载荷(N)； D 4——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)，梯形螺纹b =0.65P =0.65×3 mm=1.95 mm 。

代入数据计算：1.9528.5π1030000⨯⨯⨯=τ=17.2 MPa查阅参考文献[1]表5.9螺母材料的许用剪应力[τ]=30~40 MPa,显然τ<[τ]。

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：][324b b bD z Flσπσ≤=式中 l ——弯曲力臂，mm 1mm 25.265.28224=-=-=d D l 。

其它参数同上。

代入数据计算：MPa 26.435MPa 1.9528.5π1013000032=⨯⨯⨯⨯=b σ 查参考文献[1]表5.9得螺母材料的许用弯曲应力[b σ]=40~60 MPa 。

显然b σ<[b σ],即满足螺纹牙的强度条件。

6、螺纹副自锁条件校核因,1427.5,0637.2︒='︒=p ψ因此 p '<ψ满足自锁条件。

7、螺杆的稳定性校核千斤顶的最大上升高度H =180mm ，则螺杆的最大工作长度退刀槽螺母l h H l +++=12180式中 螺母H ——螺母高度(mm)，螺母H =ZP =10×3 mm=30mm退刀槽l ——螺杆与手柄座相接处的尺寸，查手册知，退刀槽l =9 mm 。

假设手柄直径为手柄d =20mm ,由尺寸经验公式h 1=(1.8~2)手柄d =36~40 mm 取h 1=38 mm ,则：l =(180+15+38+9) mm=242 mm则螺杆的柔度： 14d lilμμλ==式中μ——长度系数，对本千斤顶，可看作一端固定、一端自由，则可取μ=2； d 1——螺纹小径，d 1=24.5 mm 。

i ——螺杆危险截面的惯性半径(mm),41d A Ii ==,其中A 为危险截面的面积(mm 2)。

代入数据计算：795.242422441=⨯⨯==d l μλ对于45#调制钢，当90<λ时，螺杆稳定的临界载荷Fc 为：21234010.000134c d F πλ=+代入数据计算：88471424.5π7900013.0134022=⨯⨯+=c F N 5.295.23000088471>==F F c 故螺杆满足稳定性要求。

8、螺母外径及凸缘设计根据经验公式，螺母外径D 2≈1.5d=1.5×28=42 mm;螺母凸缘外径D 3≈1.4D 2=1.4×42=58.8 mm ，取D 3=60 mm ；螺母凸缘厚b =(0.2~0.3)H =(0.2~0.3)×30=6~9 mm ，取b =8 mm 。

9、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T 1和托杯支撑面间的摩擦力矩T 2。

设加在手柄上的力F =200N ，手柄长度为L ，则有FL = T 1 +T 2。

对于T 1和T 2，有mm N 502611∙=T2123132)2()]4~2([)2()]4~2([3+--+--⋅=D D D D fF T Q 公式中的符号见参考文献[4]。

根据经验公式，D=(1.6~1.8)d =(1.6~1.8)×28 mm=44.8~50.4 mm ,取D =50mm ； 1D =(0.6~0.8)d=(0.6~0.8)×28 mm=16.8~22.4 mm ，取1D =20 mm 。

托杯材料选择铸铁，手柄选择Q215，摩擦因数f=0.12,则mm N 64817)220()]4~2(50[)220()]4~2(50[3000012.03122332∙≈+--+--⨯⨯⨯=T mm 575.4mm 200648175026121=+=+=F T T L 取L =200mm,加套筒长400mm 。

手柄直径3][1.0b FLd σ≥手柄，查教材可得：2~5.1][s b σσ=，参考文献[2]表10.1,MPa 205=s σ，则[]2~5.1sb σσ=，则[]b σ=102.5~136.7MPa,取[]b σ=110MPa 。

则手柄直径手柄d 应满足mm 21.87mm 1101.04.575200][1.033=⨯⨯=≥b FL d σ手柄取手柄直径手柄d =24mm 。