1、哈尔滨工业大学机械设计作业设计计算说明书题目 螺旋起重器（千斤顶） 系别 机电工程学院 班号 0908103 姓名 孟子航 学号 1090810314 日期 2011 年 9 月 13 日 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：表 3.1 螺旋起重器的示意图及已知数据题号 起重器 /QFkN最大起重高度 /Hm3.1.1 30 1803.1.2 40 2003.1.3 50 1500F设计要求：（1） 绘制装配图一张，画出起重器的全比结构，按照比例装配图要求标注尺寸、序号及填写明细栏、标题栏、编写技术要求。（2） 撰写设计说明书一份，主要包括起重器各部分尺寸的
2、计算，对螺杆和螺母螺纹牙强度、螺纹副自锁性、螺杆的稳定性的校核等。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、参考资料-8一、 设计题目螺旋起重器（千斤顶）已知条件：3.1.2 起重量 ，最大起重高度 。40QFKN20Hm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表 10.5 得 ，60bMpa。35
3、sMpa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 （考虑速度低）103ZCuAFe托盘和底座均采用铸铁材料。三、 螺杆、螺母设计计算3.1 耐磨性计算螺杆选用 45 钢，螺母选用铸造铝青铜 ，由参考文献1查表 5.8103ZCuAFe得螺母材料的 ,从 5.8 的注释中可以查得，人力驱动时P 的值MPap2518可加大 20%，则 p=21.630Mpa,取p=25Mpa。按耐磨性条件设计螺纹中径 ，2选用梯形螺纹，则 。由参考文献1查得，对于整体式螺母系数20.Fdp，取 。则1.252400.8.2.65dmp式中 F轴向载荷
4、，N ；螺纹中径，mm;2dp材料的许用压强，MPa;H螺母旋合高度，mm;引入系数Hd查参考文献3表 11.3 取公称直径 d=32mm，螺距 P=6mm,中径d2=29mm,小径 d3(d1)=25mm,内螺纹大径 D4=33mm。那么螺母高度，螺纹圈数 ，mH58290.2 7.9658pHz。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 的作用，这里的扭转力矩是1T螺纹副的摩擦转矩 。根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度条件为1T2213346()()Qed式中 螺杆所受的轴向载荷，N；QF螺杆螺纹的小径，mm；3d螺杆材料的许用应力，MPa;螺杆所受转矩，Nmm；
5、 ， 为螺纹升1T 2)tan(1dFTQ角， ；216arctnarct3.792pd查找参考文献1表 5.10 得对青铜的当量摩擦因数 ，取0.8.1f，螺纹副当量摩擦角 。把已知的值0.9f arctnrta.95427f带入 的计算公式中，则得1T12940tan(3.765.1427)9036T Nm230().e Mpa由参考文献1表 5.9 可以查得螺杆的材料许用应力， ， ，取 。35s3sMpa718pa10pa显然， ，螺杆满足强度条件。e3.3 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
6、切强度条件为：4bDZFQ式中 轴向载荷，N；QFD4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=0.656mm=3.9mm。代入数据计算409.13.65MPa查参考文献1表 5.9 螺母材料的许用剪应力 ，显然 。304螺母螺纹牙根部的弯曲强度条件为：324bQbDZlF式中： 弯曲力臂， ；l 429dl m其它参数同上。代入数据计算234015.01(.6)b MPa查参考文献1表 5.9 得螺母材料许用弯曲应力 。显然，406bMpa，即螺母螺纹牙满足弯曲强度要求。b3.4 螺纹副自锁条件校核由螺纹副自锁条件arctn,f式
7、中 螺纹螺旋升角（） ，2tdp当量摩擦角();螺纹线数，n=1;n螺纹导程(mm);p螺纹中径(mm);2d当量摩擦系数,查机械设计表 5.10，得 =0.080.10,取f f=0.09;f代入数据 16arctn3.792450.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 lHL1h20式中 螺母高度(mm)， ；螺 母H60ZPm螺 母符号参见参考文献1图 3.1；1h螺杆与手柄座相接处额尺寸，查手册知， =9mm。退 刀 槽l 退 刀 槽l假设手柄直径为 d1=24mm,由尺寸经验公式 h1
8、=(1.82)d1=43.248mm 取h1=48mm,则L=(200+30+48+9)=287mm则螺杆的柔度 14dLi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，d 1=25mm。i螺杆危险截面的惯性半径(mm), ,其中 A 为危险41dIi截面的面积(mm 2)。代入数据计算48791.05对于 45#调制钢，此时螺杆稳定的临界载荷 Fc 为：421()6cdEFNL那么，由压杆稳定条件892.7.540c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 D21.5d=1.532=48mm;螺母凸缘外径 D31.4D 2=1.44
9、8=67.2mm;故 D3=67mm；螺母凸缘厚 b=(0.20.3)H=(0.20.3)60=1218mm，取b=16mm。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=200N，手柄长度为 L1，则有 F1 L1 = T1 + T2。对于 T1和 T2，有90936Nmm2 29tan()40*tan(3.7695.4)*dF21232 )()(DfFT公式中的符号见参考书1图 3.2 和图 3.3。根据经验公式， mm,取 D=55mm;(1.68)(.68)35.7.6Ddmm，取1(0.68)(0.68)321
10、9.5.6DdD1=20mm。托杯材料选择铸铁，手柄选择 Q215，摩擦因数 f=0.12,则93665N.mm212332 )()4(3fFT那么手柄长度 ，取 =300mm,加套筒长1290659Lm1L700mm。设手柄所受最大弯曲应力为 ，查参考文献2表 10.1, ，查参MPas25考文献3,得 ，则 =102.5136.7MPa,取 =110MPa。25.1sbb b则手柄直径 d1 应满足 ，转化为：bzdTWT31221)(12331()*(9065).8b m取手柄直径 d1=26mm。六、 底座设计螺杆下落至底面，再留 2030mm 的空间，底座铸造起模斜度 1:10，壁厚
11、。由经验公式，S=(1.52) =1216mm,取 S=16mm。各符号见参考书m101图 3.2 和图 3.3。D5 由结构设计确定，D 5=113mm。D4=1.4D5=1.4*113=158mm。结构确定后校核下底面的挤压应力：MPa2245404.18()(183)pFD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 1020mm 时， ，MPab0。bp )54(10*)5.4()5.04( 显然， ，下表面强度满足设计要求。p上表面校核： ，查参考1 2234*03.1(678)()4bFMPaAD文献4 表 B.4，得 b=195MPa, b。1故上表面满足强度要求。七、参考资料1张丰，宋宝玉. 机械设计大作业指导书. 北京：高等教育出版社，2009.102宋宝玉.机械设计课程设计指导书. 北京：高等教育出版社，20063王黎钦，陈铁鸣.机械设计.5 版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2010.14于慧力，张春宜.机械设计课程设计. 北京：科学出版社，20075刘莹，吴宗泽.机械设计教程.2 版.北京：机械工业出版社，2007.96金铃，刘玉光，李立群.画法几何及机械制图. 哈尔滨：黑龙江人民出版社，2003.7
