机械设计大作业千斤顶

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 系别：机械设计制造及其自动化

班号：

学号：

姓名：

日期：

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 12参考资料-------------------------------------------------------------------------------------------------------8

1、设计题目

螺旋起重器（千斤顶） 已知条件：起重量F=50KN，最大起重高度H=150mm。

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[1]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[2]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ψ=1. 2~2. 5，取 ψ=2.0。

由耐磨性条件公式：

d 2≥

——螺纹中径，mm; F ——螺旋的轴向载荷，N ； H ——螺母旋合高度，mm; 式中 ψ——引入系数，ψ=H/ ; [p]——材料的许用压强，MPa; =25.3mm 。查参考文献[1]，试取公称直代入数值后有d 2≥径d=36mm，螺距p=6mm，中径d2=33mm，小径d1=29mm，内螺纹大径D4=37mm。

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：

σ=(

16T 14F 2) +3() ≤[σ] 23πd 1πd 1式中 d 1—— 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)；

d 2。 2T 1—— 螺杆所受转矩(N·mm), T 1=F tan(ψ+ρ' )

由参考文献[1]查得钢对青铜的当量摩擦因数f ' =0.08~0.10, 取f ' =0.09。代入数据计算得到：

由T 1=F tan(ψ+ρ' ) 16T 124F d 2) 得T 1=122561N·mm ，代入公式σ=(2) 2+3(32πd 1πd 1得σ=87.7MPa。查表可得， 得，取，显然符合条件。

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。查参考文献[1]得螺母材料的许用切应力

[τ]=30~40MPa , 取[τ]=35MPa；许用弯曲应力[σb ]=40~60MPa, 取[σb ]=50MPa。螺母螺纹牙根部剪切强度条件为：

τ=F ≤[τ] Z πD 4b

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)，对于梯形螺纹b=0.65p。 代入数据计算：

50000τ==11.03MPa ≤[τ] 10*π*37*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：

σb =3Fl ≤[σb ] z πD 4b 2

式中 l ——弯曲力臂，

其它参数同上。

代入数据计算：

σb =3*50000*3.5=29.70MPa ≤[σb ] 10*π*37*(0.65*6)2

即螺母螺纹牙满足弯曲强度要求。

6、螺纹副自锁条件校核

由螺纹副自锁条件：

又： 得到： 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=150mm，则螺杆的最大工作长度

H 螺母L =150++h 1+l 退刀槽 2

式中 H 螺母——螺母高度(mm)，H 螺母=60mm;

h 1=56~60mm，取h 1=56mm；

l 退刀槽——螺杆与手柄座相接处尺寸，查手册知，l 退刀槽=7.5mm。

假设手柄直径为d 1=30mm, 由尺寸经验公式h 1=(1.8~2)d1=54~60mm取h 1=56mm, 则：

L=150+30+56+7.5=243.5mm

则螺杆的柔度： λ=μL

i =4μL d 1

式中μ——长度系数，对本千斤顶，看做一端固定、一端自有，则可取μ=2； d 1——螺纹小径，d 1=29mm。

i ——螺杆危险截面的惯性半径(mm),i =d I =1, 其中A 为危险截面的面A 4

积(mm2) 。

代入数据计算：

对于45#调制钢，此时螺杆稳定的临界载荷Fc 为：

πd 12340F c = 21+0.00013λ4

代入数据计算：

那么，由压杆稳定条件

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=1.5×36=54mm;

螺母凸缘外径D 3≈1.4D2=1.4×54=75.6mm，取D 3=75mm；

螺母凸缘厚b=(0.2~0.3)H=(0.2~0.3)×60=12~18mm，取b=15mm。

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 1=300N，手柄长度为L ，则有F 1 L = T1 +T2。对于T 1和T 2，有

d 33T 1=F tan(ψ+ρ') 2=50000*tan(3.31+5.14)*=122561N ·mm 22

fF [D -(2~4)]3-(D 1+2) 3

T 2=⋅223[D -(2~4)]-(D 1+2)

公式中的符号见参考书[3]。

根据经验公式，D =(1.6~1.8)d =(1.6~1.8)⨯36=57.6~64.8mm, 取D=60mm; D 1=(0.6~0.8) d =(0.6~0.8) ⨯36=21.6~28.8mm ，取D 1=25mm。

托杯材料选择铸铁，手柄选择Q215，摩擦因数f=0.12,则

fF [D -(2~4)]3-(D 1+2) 3

T 2=⋅3[D -(2~4)]2-(D 1+2) 2

代入数据得：

那么手柄长度，取L =200mm,加套筒长700mm 。

设手柄所受最大弯曲应力为σ，查参考文献[2],σs =225MPa ，查参考文献[3],得[σb ]=σs

1. 5~2，则[σb ]=112.5~150MPa,取[σb ]=125MPa。

则手柄直径d 11应满足

取手柄直径d 11=30mm。

10、底座设计

螺杆下落至底面，再留10mm 左右的空间，底座铸造起模斜度1:10，壁厚δ=10mm 。由经验公式，S=(1.5~2)δ=15~20mm,取S=20mm。各符号见参考书[3]。

D 5由结构设计确定，D 5=120mm；D 4=1.4D5=1.4*120=168mm。

结构确定后校核下底面的挤压应力：

σb ≥100MPa ，底面材料选择铸铁HT100，查表得铸铁件壁厚为10~20mm时，

[σp ]=(0. 4~0. 5) σb =(0. 4~0. 5) *100=(40~50) MPa 。

显然，σp

11、其余各部分尺寸及参数（符号见参考书[3]）

D T =(2.0~2.5) d =(2.0~2.5)*36=72~90mm ，取D T =80mm；

D =(1.6~1.8)d =(1.6~1.8)*36=57.6~64.8mm ，取D=60mm；

D 1=(0.6~0.8) d =(0.6~0.8)*36=21.6~28.8mm ，取D 1=24mm;

D 2=1.5d =1.5*36=54mm ，取D 2=54mm;

D 3=1.4D 2=1.4*54=76.5mm ，取D 3=75mm;

δ1=δ=10mm

h =(0.8~1) D =(0.8~1)*60=48~60mm ，取h =50mm；

；

d 3=(0. 25~0. 3) D 1=(0. 25~0. 3) *24=6~7. 2mm ，取d 3=6mm；

a ≈6~8mm ，取a =6mm；

t ≈6~8mm ，取t =6mm。

固定托盘用的挡圈内径8mm ，外径32mm ，厚5mm ；螺钉

GB/T5783-2000A M8×16。

螺杆底部挡圈内径8mm ，外径50mm ，厚5mm ；螺钉

GB/T5783-2000A M8×20。

紧定螺钉 GB/T71-1985 M6×20。

其余铸造圆角，取R=4mm。

螺旋起重器（千斤顶）装配图见A2图纸。

12、参考资料

[1]王连明，宋宝玉. 机械设计课程设计. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2010

[2]宋宝玉，王黎钦. 机械设计. 北京：高等教育出版社，2010

[3]张锋，宋宝玉. 机械设计大作业指导书. 北京：高等教育出版社，2009