毕业设计。螺旋千斤顶。全部过程及图纸

机械设计作业任务书

题目： 螺旋起重器（千斤顶）

设计原始数据:

起重量Q=40KN,最大起重高度H=200mm 。

1.结构分析

人工摇动手柄，手柄带动螺杆转动，螺母固定在基座上，螺杆通过螺旋传动上下运动。托杯位于螺杆上方，与螺杆相连但不随着螺杆转动，托杯直接重物。上挡圈防止托杯脱落，下挡圈防止螺杆由螺母脱落。

为了满足以上工作要求，螺杆和螺母以及整体结构必须保证具有足够的强度、耐磨性，能自锁，稳定性合格。

2.选择材料和许用应力

千斤顶采用梯形螺纹螺旋传动。

螺杆则采用45﹟钢，调质处理；查机械设计手册表得σs=360 MPa 查机械设计表

5.9得 [σ]=σs/（3~5） 手动可取[σ]=100MPa

由于螺母与螺杆存在滑动磨损，故采用强度高、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为[τ] =35 MPa 许用弯曲应力为 [σ]b =50 MPa

紧定螺钉、六角螺母均采用标准件。

3.耐磨性计算

螺纹耐磨性条件：

2[]Fp Ps p d hH

π=≤ 梯形螺纹，h=0.5p,则

2d ≥式中

2d 螺纹中径，mm;

F 为螺旋的轴向载荷，N ；

H 为螺母旋合高度，mm;

ψ 为引入系数，H/2d ; [p]为材料的许用压强，MPa;

注： 查机械设计手册可得：ψ=1.8,h=0.5p,[p]=20MPa;

2d ≥=26.7mm

查机械设计课程设计 表11.5

由GB/T5796.3-1986得：取 d=34mm ，2d =31mm,1d =27mm,P=6mm;

螺母高度H 1=ψd 2=1.8*31mm=55.8mm 螺纹圈数z= H 1/ P=55.8/6=9.3圈 230αβ︒==

4.螺杆强度校核

梯形螺纹校核条件：

1d ≥

式中：

1d 螺杆螺纹的小径，mm ；

[]σ螺杆材料的许用应力,MPa; F 螺杆材料所受的轴向载荷，N ；

1d ≥=25.2mm 校核通过；

5.螺纹牙强度校核

'[]***F d b z

ττπ=< '23[]b b Fh d zb σσπ=

=

式中

τ 螺纹牙根所受的剪切力应力,MPa;

b σ螺纹牙根所受的弯曲应力,MPa;

F 螺纹牙所受的轴向载荷,N;

'd 螺母螺纹大直径,mm;

z 螺纹旋合圈数;

b 螺纹牙根厚,梯形螺纹b=0.65p=3.9mm,h=0.5p=3mm;

h 螺纹牙的工作高度,mm; []τ螺母材料的许用剪切应力,MPa;

b σ螺母材料的许用剪切应力,MPa; ;

4010.0[] =35 MPa *35mm*3.9mm*9.3

KN MPa ττπ=

=< 23*40*3mm 23.1[]b=50 MPa *35*9.3*3.9mm b KN MPa σσπ==<（）

所以螺纹牙强度满足要求。 6.螺纹自锁性校核

根据:

'ψρ≤, ''arctan()f ρ=

式中: ψ 为螺纹升角,度;

'ρ 当量摩擦角,度; n 螺纹线数;

p 螺纹导程,mm;

2d 螺纹中径,mm;

'f 当量摩擦系数,查机械设计表5.10得了0.09;

1*6arctan() 3.53*31ψπ︒== 'arctan(0.09) 5.14ρ︒==

所以 'ψρ≤,满足自锁性条件。

7.螺杆稳定性校核

千斤顶上升的最大限度高度为H=200mm ；

L=200+H/2+50+h 退刀槽 =200+56/2+47+5=280mm

14L d μλ=

式中

λ 螺杆的柔度；

μ 螺杆长度系数；

L 工作最大长度，mm; 1d 螺杆螺纹的中径，mm;

查机械设计表5.11得：μ=2.0

4*2.0*28080.08528

λ==≤ 所以 212*490*10.00024

c d F πλ=+ 式中 c F 螺杆稳定的临界载荷，N ；

2

2490*27*12310.0002*80.04

c F KN π==+ c F 123kN 3.075F 40kN

==≥2.5~4 所以，螺杆符合稳定性要求。

8.螺母外径及凸缘设计

根据经验公式设计如下尺寸:

对凸缘所受剪切应力和挤压应力校核：

2

4028.3[]*56*8F KN MPa A mm ττπ===≤; 222

4*4034.4[]*(5235)p p F KN MPa A mm σσπ===<-; 式中 []τ 螺母材料的许用剪切应力,MPa;

s σ 螺母材料的屈服极限，MPa ；

查机械设计课程设计，P108 GB/T1176-1987 得

[]τ=35MPa, s σ=180MPa,[]p σ=0.8s σ=144MPa 。

所以螺母具体参数如上图所示。 9.手柄设计

千斤顶工作时，螺母所受的旋转力矩为T

'2*tan()*2

d T F ψρ=+ 式中

F 螺母工作时所受的轴向载荷，N ； ψ 为螺纹升角,度;

'ρ 当量摩擦角,度;

2d 螺纹中径，mm;

T=40KN*tan(3.527°+4.574°)*15.5mm=88.75Nm; 手柄所受最大弯曲应力为max σ,人所施力大概为200N 。

max 3

32

z T T d W σπ==

式中： T 手柄所受的弯曲力矩，Nm;

z W 圆柱形手柄的抗弯截面系数，3cm ;

d 手柄的直径，mm; max 33

88.7557.89*2532

Nm MPa mm σπ==, L=88.75Nm/200N=0.44375m 取0.45m

拟定所选材料为Q235, 查机械设计手机得:max []225b MPa σσ=

所以手柄的具体参数如下：

材料 Q235 长度 L=450mm 直径 d=25mm 。

10.底座设计

上表面校核 b122214*4040.3*(6352)F KN MPa A mm

σπ===- 下表面校核 b222224*40 2.7*(183120)F KN MPa A mm σπ=

==-

选定底座材料为HT200

查机械设计课程设计表P104 GB/T9439-1988 得b σ=195MPa

所以上下两表面均满足挤压要求。 显然底座稳定性无需校核。

11.参考文献

1 陈铁鸣主编.机械设计.第3版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003

2 王连明，宋宝玉主编.机械设计课程设计.修订版. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003