机械设计大作业——千斤顶

螺旋起重器（千斤顶）设计说明书1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-----------------------------------------------------------------------------------------------23.2螺杆强度校核--------------------------------------------------------------------------------------------33.3螺纹牙强度校核-----------------------------------------------------------------------------------------33.4螺纹副自锁条件校核----------------------------------------------------------------------------------43.5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-----------------------------------------------------------------------------------------------------8螺旋起重器（千斤顶）设计说明书2一、设计题目螺旋起重器（千斤顶）已知条件：起重量FQ=40KN，最大起重高度H=200mm。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得5~3][s,取[σ]=110MPa;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，查表5.9得螺母材料的许用切应力MPa40~30][,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：][2pHhdpFAFPs对于梯形螺纹，有h=0.5p,那么耐磨性条件转化为：20.8[]Fdp式中2d——螺纹中径，mm;F——螺旋的轴向载荷，N；H——螺母旋合高度，mm;——引入系数，=H/2d;[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，5.2~2.1，取=2.0，那么有mmMPaKNd3.2520*0.2408.02。查参考文献[4]表H.5,试取公称直径d=32mm,螺距p=6mm,中径d2=29mm,小径d1=25mm,内螺纹大径D4=33mm。那么螺母高度mmdH5829*0.22，螺纹圈数7.9658pHz，α=2β=30°。螺旋起重器（千斤顶）设计说明书33.2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][)16(3)4(311221dTdF对于梯形螺纹该式可化为14*1.25[]Fd式中1d——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)；T1——螺杆所受转矩(N·mm),2)'tan(21dFT。代入数据，mmMPaKNd06.24110*40*25.1*41而选择d1=25mm,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：][4bDzF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][64.106*65.0*33**3.940000MPa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：][324bbbDzFl式中l——弯曲力臂，mmdDl222933224；螺旋起重器（千斤顶）设计说明书4其它参数同上。代入数据计算][73.16)6*65.0(*33**3.92*40000*32bbMPa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：'arctan','f式中——螺纹螺旋升角（°），2arctandnp'——当量摩擦角(°);n——螺纹线数，n=1;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'f=0.08~0.10,取'f=0.09;代入数据77.329*6*1arctan14.509.0arctan'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退刀槽螺母lHL1h2200式中螺母H——螺母高度(mm)，螺母H=58mm;1h符号参见参考文献[1]图3.1；退刀槽l——螺杆与手柄座相接处额尺寸，查手册知，退刀槽l=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取螺旋起重器（千斤顶）设计说明书5h1=50mm,则L=200+29+50+10.5=289.5mm则螺杆的柔度14dLiL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),41dAIi,其中A为危险截面的面积(mm2)。代入数据计算9064.92255.289*2*4对于45#调制钢，此时螺杆稳定的临界载荷Fc为：22)(LEIFc式中E——螺杆材料的弹性模量，对于钢E=2.07×105MPa；I——螺杆危险截面的轴惯性矩(mm4),6441dI；代入数据计算NFc9.1487826425*4)5.289*2(1007.2*4252那么，由压杆稳定条件5.272.3400009.148782FFc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=1.5×32=48mm;螺母凸缘外径D3≈1.4D2=1.4×48=67.2mm;螺母凸缘厚b=(0.2~0.3)H=(0.2~0.3)×58=11.6~17.4mm，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=300N，手柄长度为L1，则有F1L1=T1+T2。对螺旋起重器（千斤顶）设计说明书6于T1和T2，有229*)14.577.3tan(*400002)'tan(21dFT90929.3N·mm2123132)2()]4~2([)2()]4~2([3DDDDfFT公式中的符号见参考书[1]图3.2和图3.3。根据经验公式，(1.6~1.8)(1.6~1.8)3251.2~57.6Ddmm,取D=55mm;1(0.6~0.8)(0.6~0.8)3219.2~26.6Ddmm，取D1=25mm。托杯材料选择铸铁，手柄选择Q235，摩擦因数f=0.12,则2123132)2()]4~2([)2()]4~2([3DDDDfFT≈mmN9938027532753*340000*12.02233那么手柄长度mmFTTL4.634300993803.909291211，取1L=200mm,加套筒长500mm。设手柄所受最大弯曲应力为σ，查参考文献[2]表10.1,MPas225，查参考文献[3],得2~5.1sb，则b=112.5~150MPa,取b=125MPa。则手柄直径d1应满足bzdTTWTT312121)(32，转化为：mmTTdb9.24125*)993803.90929(*32)(3233211取手柄直径d1=26mm。六、底座设计螺杆下落至底面，再留20~30mm的空间，底座铸造起模斜度1:10，壁厚mm10。由经验公式，S=(1.5~2)=12~16mm,取S=16mm。各符号见参考书[1]图3.2和图3.3。D5由结构设计确定，D5=128mm。D4=1.4D5=1.4*128=179.2mm。结构确定后校核下底面的挤压应力：24.3)1282.179(440000)(4222524DDFpMPa螺旋起重器（千斤顶）设计说明书7有结果可知，千斤顶在最大载荷下，可以在木材上使用。底面材料选择铸铁HT100，查表得铸铁件壁厚为10~20mm时，MPab100，MPabp)50~40(100*)5.0~4.0()5.0~4.0(][。显然，][pp，下表面强度满足设计要求。上表面校核：MPaDDFAFb03.23)482.67(*40000*4)(42222231，查参考文献[4]表B.4，得[σb]=195MPa,1b[σb]。故上表面满足强度要求。七、其余各部分尺寸及参数（符号见参考书[1]图3.2和图3.3）mmdDT80~6432*)5.2~0.2()5.2~0.2(，取TD=76mm；mmdD6.57~2.5132*)8.1~6.1()8.1~6.1(，取D=55mm；mmdD6.25~2.1932*)8.0~6.0()8.0~6.0(1，取1D=24mm;mmDh55~4455*)1~8.0()1~8.0(，取h=55mm；mmdh52~8.4626*)2~8.1()2~8.1(11，取1h=50mm；mmDh2.19~4.1424*)8.0~6.0()8.0~6.0(12，取2h=18mm；mmDd2.7~624*)3.0~25.0()3.0~25.0(13，取3d=6mm；mma