机械设计千斤顶大作业.doc

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.17M 资料格式：doc 举报版权申诉

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哈尔滨工业大学

机械设计作业任务书

1.结构分析

2.选择材料和许用应力

3.耐磨性计算

4.螺杆强度校核

5.螺纹牙强度校核

6.螺纹自锁性校核

7.螺杆稳定性校核

8.螺母外径及凸缘设计

9.手柄设计

10.底座设计

11.参考文献

哈尔滨工业大学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

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：梯形螺纹，h=0.5p,则 P s  F p 2 d hH  [ p ] d 2  0.8 F [ p ] 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;  为引入系数，H/ 2d ; [p]为材料的许用压强，MPa; 查机械设计手册可得：=1.8,h=0.5p,[p]=20MPa; 注： d 2  0.8 40 1.8*20 KN MPa =26.7mm 2

查机械设计课程设计表 11.5 由 GB/T5796.3-1986 得：取 d=34mm， 2d =31mm, 螺母高度 H1=d2=1.8*31mm=55.8mm 螺纹圈数 z= H1/ P=55.8/6=9.3 圈 1d =27mm,P=6mm; 30    2   4.螺杆强度校核梯形螺纹校核条件： d 1  F 4*1.25 ]  [ 式中： 1d 螺杆螺纹的小径，mm； ] 螺杆材料的许用应力,MPa; [ F 螺杆材料所受的轴向载荷，N； 4*1.25*40  KN MPa *100 =25.2mm 校核通过； d 1  5.螺纹牙强度校核   式中 F ' * * b z  [ ]  * d  3 Fh ' d zb   b   [ ]  b 2  螺纹牙根所受的剪切力应力,MPa; b 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; [ ] 螺母材料的许用剪切应力,MPa; 3

b 螺母材料的许用剪切应力,MPa; ;    b   40 KN *35mm*3.9mm*9.3 3*40 *3mm KN *35*9.3* 3.9mm （   10.0 MPa  [ ] =35 MPa   23.1 MPa  [  ]b=50 MPa 2 ）所以螺纹牙强度满足要求。 6.螺纹自锁性校核根据: '  , '   arctan( ' )f 式中:  为螺纹升角,度; ' n p 2d 'f   当量摩擦角,度; 螺纹线数; 螺纹导程,mm; 螺纹中径,mm; 当量摩擦系数,查机械设计表 5.10 得了 0.09; arctan( ) 3.53   1*6 *31  '   arctan(0.09) 5.14   所以 '  ,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  4 L  d 1 式中  螺杆的柔度；  螺杆长度系数； L 工作最大长度，mm; 4

1d 螺杆螺纹的中径，mm; 查机械设计表 5.11 得：=2.0 所以式中  F c  4*2.0*280 28 490 1 0.0002  2   80.0 85  * 2 * d  1 4 cF 螺杆稳定的临界载荷，N； cF  490 1 0.0002*80.0  2 2 *  *27 4  123 KN cF F  123kN 3.075 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：   F A   40 KN *56*8 mm  28.3 MPa  [ ]  ; 2 5

 p  F A  4*40  KN 2 35 ) 2  *(52  34.4 MPa  [  p ] ; 2 mm 式中 [ ] 螺母材料的许用剪切应力,MPa; s 螺母材料的屈服极限，MPa；查机械设计课程设计，P108 GB/T1176-1987 得 [ ] =35MPa, ]p =0.8 s =144MPa。 s =180MPa,[ 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  T F *tan(  '   )* d 2 2 式中螺母工作时所受的轴向载荷，N； F  为螺纹升角,度; ' 2d 当量摩擦角,度; 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 ,人所施力大概为 200N。式中：  max  T W z  T 3 d  32 T 手柄所受的弯曲力矩，Nm; zW 圆柱形手柄的抗弯截面系数， 3cm ; d 手柄的直径，mm;  max  Nm mm 88.75 3 *25  32 3  57.89 MPa , 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   [   ] b 225 MPa 所以手柄的具体参数如下：材料 Q235 长度 L=450mm 直径 d=25mm 。 6

10.底座设计上表面校核下表面校核  b1  F A 1  4*40  KN 2 52 ) 2  *(63  40.3 MPa 2 mm  b2  F A 2  4*40  KN 2 120 ) 2  *(183  2.7 MPa 2 mm 选定底座材料为 HT200 查机械设计课程设计表 P104 GB/T9439-1988 得 b =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 7

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