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]=错误!未指定书签。

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=
< '2
3[]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=
=<
2
3*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*6
arctan(
) 3.53*31
ψπ︒==
'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
1
4L
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*280
80.08528
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 b2222
24*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
3 成大先主编.机械设计手册.第一版.化学工业出版社，2000。