机械设计相关作业.doc

机械设计相关作业-作者：-日期： 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s=355MPa,查机械设计表5.9得,取=110MPa; b=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,取=35MPa；许用弯曲应力b=4060MPa, 取b=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：对于梯形螺纹，有h=0.5p,那么耐磨性条件转化为： 式中 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/;p材料的许用压强，MPa;查机械设计表5.8，得p=1825MPa，取p=20MPa，对于整体式螺母，取=2.0，那么有。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，螺纹圈数，=2=30。3.2 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 对于梯形螺纹该式可化为 式中 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(Nmm),。代入数据，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： 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 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： 式中 l弯曲力臂，； 其它参数同上。代入数据计算 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： 式中 螺纹螺旋升角（），当量摩擦角(); 螺纹线数，n=1; 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=0.080.10,取=0.09;代入数据 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 式中 螺母高度(mm)，=58mm;符号参见参考文献1图3.1；螺杆与手柄座相接处额尺寸，查手册知，=10.5mm。 假设手柄直径为d1=26mm,由尺寸经验公式h1=(1.82)d1=46.854mm取h1=50mm,则 L=200+29+50+10.5=289.5mm则螺杆的柔度 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),其中A为危险截面的面积(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： 式中 E螺杆材料的弹性模量，对于钢 E=2.07105MPa； I螺杆危险截面的轴惯性矩(mm4),；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。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D31.4D2=1.448=67.2mm; 螺母凸缘厚b=(0.20.3)H=(0.20.3)58=11.617.4mm，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F1 L1 = T1 + T2。对于T1和T2，有90929.3Nmm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; 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 那么手柄长度，取=200mm,加套筒长500mm。设手柄所受最大弯曲应力为，查参考文献2表10.1,，查参考文献3,得，则=112.5150MPa,取=125MPa。则手柄直径d1应满足 ，转化为： 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。由经验公式，S=(1.52)=1216mm,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： MPa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，。 显然，下表面强度满足设计要求。上表面校核：，查参考文献4表B.4，得b=195MPa, b。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），取=76mm；，取D=55mm；，取=24mm;，取=55mm；，取=50mm；，取=18mm；，取=6mm；，取=6mm；，取=6mm。固定托盘用的挡圈内径8mm，外径26mm，厚5mm；螺钉。螺杆底部挡圈内径8mm，外径34mm，厚5mm；螺钉 。紧定螺钉 GB/T71-1985 M820。其余铸造圆角，取R=2mm。底座高度为284mm，装配后千斤顶的升降范围为414614mm。螺旋起重器（千斤顶）装配图见A3图纸。八、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