哈工大机械设计大作业一千斤顶
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Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学
机械设计作业设计计算说明书
题目：设计螺旋起重器（千斤顶）
系别：
班号：
姓名：
日期：
Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学
机械设计作业任务书
题目：设计螺旋起重器
设计原始数据：题号3.1.1
起重量Fq=30 kN
最大起重高度H=180mm
一 选择螺杆、螺母的材料
螺杆采用45#调制钢，由参考文献[2]表10.2查得抗拉强度b 600 MPa σ=，s 355 MPa σ=。 螺母材料用铝黄铜ZCuAl10Fe3。
二 耐磨性计算
螺杆选用45# 钢，螺母选用铸造铝黄铜ZCuAl10Fe3，由参考文献[1]表 5.8 查得[]p =18~25MPa
从表 5.8 的注释中可以查得，人力驱动时[]p 值可以加大20%，则[]p =21.6~30MPa 取[]25MPa p = 。
按耐磨性条件设计螺纹中径2d ，选用梯形螺纹，则
2d ≥
由参考文献[1]查得，对于整体式螺母系数2ψ==1.2—2.5，取2ψ=。 则
式中：Q F －－－－－轴向载荷，N ；
2d －－－－－螺纹中径，mm ；
[]p －－－－－许用压强，MPa ；
查参考文献[2]表11.5取公称直径28d =mm ，螺距3P =mm ，中径226.5d =mm ，小径
324.5d =mm ，内螺纹大径428.5D =mm 。
三 螺杆强度校核
螺杆危险截面的强度条件为：
219.6d mm ≥==
e []σσ=≤ (2) 式中：Q F －－－－－轴向载荷，N ；
3d －－－－－螺纹小径，mm ；
1T －－－－－螺纹副摩擦力矩，2
1tan(')
2Q d T F ψρ=+
(3)
ψ为螺纹升角，ψ=arctan np
πd 2
=arctan 1×3
π×26.5=2.0637°；
[]σ－－－－－螺杆材料的许用应力，MPa 。
查参考文献[1]表5.10得钢对青铜的当量摩擦因数'0.08~0.10f =，螺纹副当量摩擦角
'arctan 'arctan 0.08~arctan 0.10 4.5739~5.7106f ρ===，取' 5.7106ρ=（由表5.10的注释知，大值用于启动时，人力驱动属于间歇式，故应取用大值）。把数据代入(3)式中，得
把数据代入(2)式中，得
由参考文献[1]表5.9可以查得螺杆材料的许用应力
s []4σ
σ=
（4）
其中s 355 MPa σ=，则
[]88.75a MP σ=
显然，e []σσ<，螺杆满足强度条件。
四 螺母螺牙强度校核
螺母螺纹牙根部的剪切强度条件为
4[]Q F Z D b
ττπ=
≤ （5）
式中：Q F －－－－－轴向载荷，N ；
4D －－－－－螺母螺纹大径，mm ；
126.5
30000tan(2.0637 5.1427)502612T N mm
=⨯︒+︒=
•70.4e MPa
σ==
Z －－－－－螺纹旋合圈数，取10Z =；
b －－－－－螺纹牙根部厚度，梯形螺纹0.650.65 3 mm 1.95 mm b p ==⨯=；
[]τ－－－－－螺母材料的许用切应力。
代入数据计算得
查参考文献[1]表5.9螺母材料的许用切应力[]30~40 MPa τ=，显然[]ττ<。 螺纹牙根部的弯曲强度条件为
b b 2
43[]Q F l
D Zb σσπ=
≤
（6）
式中：Q F －－－－－轴向载荷，N ；
l －－－－－弯曲力臂，
；
4D －－－－－螺母螺纹大径，mm ；
Z －－－－－螺纹旋合圈数，取10Z =；
b －－－－－螺纹牙根部厚度，mm ；
b []σ－－－－－螺母材料的许用弯曲应力。
数据代入式（6）得
查参考文献[1]表5.9螺母材料的许用切应力b []40~60 MPa σ=。 显然b b []σσ<，即满足螺纹牙的强度条件。
五 自锁条件校核
因螺纹升角 2.0637ψ=︒，螺纹副当量摩擦角' 5.1427ρ=︒
'ψρ<
所以满足自锁条件。
六 螺母外径及凸缘设计
30000
17.21028.519.5MPa MPa
τπ=
=⨯⨯⨯4228.526.5
122D d l mm mm --=
==2
3300001
26.4351028.5 1.95b MPa MPa σπ⨯⨯=
=⨯⨯
由经验公式知，
螺纹外径2 1.5 1.52mm 42mm D d ≈=⨯=
螺纹凸缘外径3231.4 1.44258.8,D 60mm D D mm mm ≈=⨯==取。 螺纹凸缘厚b=(0.2～0.3)H=(0.2～0.3)×30=6～9mm ，取b=8mm 。
七 手柄设计
加在手柄上的力需要克服螺纹副之间相对转动的阻力矩和托杯支承面间的摩擦力矩。 设F 为加在手柄上的力，L 为手柄长度，则
12FL T T =+
（7）
式中：1T －－－－－螺纹副摩擦力矩，N mm ⋅；
2T －－－－－托杯支承面间的摩擦力矩，N mm ⋅。
其中 1T =59971N mm ⋅，
331222
1[(2~4)](2)1
3[(2~4)](2)
Q
D D T fF D D --+=--+ （8）
式中：f －－－－－托杯支承面间摩擦因数；
Q F －－－－－轴向载荷，N ；
(2~4)D -、1D 见下图。