机械设计大作业 - 千斤顶(1)

螺旋起重器(千斤顶)设计说明书

目 录

一、设计题目-----------------------------------------------------------------------------------------------------2 二、螺母、螺杆选材

-----------------------------------------------------------------------------------------------------2 三、螺杆、螺母设计计算 3.1 耐磨性计算

--------------------------------------------------------------------------------------------------2 3.2 螺杆强度校核

-------------------------------------------------------------------------------------------------3 3.3 螺纹牙强度校核

------------------------------------------------------------------------------------------------3 3.4 螺纹副自锁条件校核

-----------------------------------------------------------------------------------------------4 3.5 螺杆稳定性校核

-----------------------------------------------------------------------------------------------4 四、螺母外径及凸缘设计

-------------------------------------------------------------------------------------------------5

五、手柄设计-------------------------------------------------------------------------------------------------5 六、底座设计------------------------------------------------------------------------------------------------6 七、其余各部分尺寸及参数

------------------------------------------------------------------------------------------------7 八、参考资料

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一、 设计题目

螺旋起重器(千斤顶)

已知条件:起重量FQ=50KN,最大起重高度H=150mm。

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螺旋起重器(千斤顶)设计说明书

二、 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σs=355MPa,查机械设计表5.9

?s得[?]?,取[σ]=110MPa; σb=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[σb]=40~60MPa, 取[σb]=50MPa。

托盘和底座均采用铸铁材料。

三、 螺杆、螺母设计计算

3.1 耐磨性计算

由耐磨性条件公式:

Ps?FF?p??[p] A??d2?h?H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;

F ?[p]? ——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]=18~25MPa,取[p]=20MPa,对于整体式螺母,

??1.2~2.5,取?=2.0,那么有d2?0.850KN查参考文献[4]?28.3mm。

2.0*20MPa表H.5,试取公称直径d=36mm,螺距p=6mm,中径d2=33mm,小径d1=29mm,内螺纹大径D4=38mm。那么螺母高度H???d2?2.0*33?66mm,螺纹圈数

z?H66??11,α=2β=30°。 p63.2 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

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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

??(4F?d12)?3(216T1?d13)?[?]

对于梯形螺纹该式可化为 d1?4*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。 2???') T1——螺杆所受转矩(N·mm),T1?Ftan(4*1.25*50KN?26.90mm

?*110MPa代入数据,d1?而选择d1=29mm,满足螺杆强度要求。 3.3 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:

??F?[?] z?D4b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

50000?10.24MPa?[?]

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:

?? ?b?3Fl?[?b]

z?D4b2式中 l——弯曲力臂,l? 其它参数同上。 代入数据计算

D4?d233?29??2mm; 223

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?b?3*50000*2?15.02MPa?[?b] 211*?*38*(0.65*6)即螺母螺纹牙满足弯曲强度要求。 3.4 螺纹副自锁条件校核

由螺纹副自锁条件:

f'n ???',?'?arcta

式中 ?——螺纹螺旋升角(°),??arctannp ?d2?'——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'=0.06~0.10,取

f'=0.08;

代入数据 ??arctan1*6?3.31? ?*33 ?'?arctan0.08?4.57?

因为?≤?',所以满足螺纹副自锁条件要求。 3.5 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?200?H螺母2?h1?l退刀槽

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=(1.8~2)d1=46.8~54mm取

h1=50mm,则

L=200+33+50+10.5=293.5mm

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则螺杆的柔度 ???Li?4?L d1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

4*2*293.5?80.97?90

29对于45#调制钢,此时螺杆稳定的临界载荷Fc为:

dI?1,其中A为危险A4 ??340?d1 Fc??121248.4N 24(1?0.00013?)那么,由压杆稳定条件

Fc121248.4??3.03?2.5 F400002故螺杆满足稳定性要求。

四、 螺母外径及凸缘设计

根据经验公式,螺母外径D2≈1.5d=1.5×36=54mm;

螺母凸缘外径D3≈1.4D2=1.4×54=75.6mm;

螺母凸缘厚b=(0.2~0.3)H=(0.2~0.3)×66=13.2~19.8mm,取

b=15mm。

五、 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=250N,手柄长度为L1,则有F1 L1 = T1 + T2。对于T1和T2,有

T1?Ftan(???')d229?50000*tan(3.77?5.14)*?113661.6N·mm 22fF[D?(2~4)]3?(D1?2)3 T2??3[D?(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?(1.6~1.8)d?57.6~64.8mm,取D=60mm;

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