机械设计大作业最终

1、便携式螺纹千斤顶设计计算说明书（班级：车辆工程 141 姓名：王俊 学号： 1608140120 ）1. 设计任务书1.1 螺旋千斤顶的原理：千斤顶的工作原理是 : 通过螺杆和螺母组成 的螺旋副来实现将物体由低处向高处的传送的， 并使托杯中的物体做 直线运动，从而实现我们的传动要求。其中，螺母固定，当手柄旋动 的时候，螺杆通过与螺母的螺旋副的运动，螺纹之间产生自锁，使装 有重物的托杯往上运动 。1.2 原始数据最大起重量： F = 35 kN最大升程 ： H = 200 mm2. 计算内容和设计步骤2.1 螺杆的设计与计算2.1.1 螺杆螺纹类型的选择 选择梯形螺纹螺旋传动，右旋，牙型角 =3

2、0?, 因为梯形螺纹的 牙根强度高，易于对中，易于制造，内外螺纹以锥面贴紧不易松动； 它的基本牙型按 GB/T5796.1-2005 的规定。2.1.2 选取螺杆材料 因为螺杆承受的载荷较大，而且是小截面，故选择 45#钢。2.1.3 确定螺杆直径按耐磨性条件确定中径 d2对于梯形螺纹， h=0.5p, 由耐磨性条件可转化为：d2 0.8 F / p d2:螺纹中径， mm; F：螺旋的轴向载荷， N;: 引入系数； p: 材料的许用压强， Mpa;对于整体式螺母， 为使受力分布均匀 , 螺纹工作圈数不宜过多， 宜取1.2 2.5;此处取1.5 , 许用压力 P 20Mpa从滑动螺旋传动的许用

3、压强表中查得： 人力驱动时， P 可提高 20%故 P 20 1 20 00 24Mpa 带入设计公式，得d 2 24. 9mm按国家标准选择公称直径和螺距为：D d 30mmd 2 d 3 27mmd1 d 7 23mmP 6mm2.1.4 自锁验算自锁验算条件是 vv arctan f /cosarctan 0.08 / cos15o4.73oarctan np / d2 ar ctan 6/30 3.64v且螺纹中径处升角满足比当量摩擦角小 1°，符合自锁条件2.1.5 结构设计 根据图 1-2 进行螺母的结构设计（1）螺杆上端用于支承托杯 10 并在其中插装手柄 7，因此需要

4、加大 直径。手柄孔径 dk的大小根据手柄直径 dp决定，dkdp十 0.5mm。（2）为了便于切制螺纹，螺纹上端应设有退刀槽。退刀槽的直径d4应比螺杆小径 d1 约小 0.20.5mm。退刀槽的宽度可取为 1.5P ，取 d4 d1 0.5 34mm 。（3）为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应有倒角或制成稍小于d1 的圆柱体。（4）为了防止工作时螺杆从螺母中脱出，在螺杆下端必须安置钢制 挡圈（GB/T891-1986） ，挡圈用紧定螺钉 （GB/T68-2000） 固定在螺杆端 部。2.1.6 螺杆强度计算 螺杆受力较大，应根据第四强度理论校核螺杆的强度强度计算公式为：ca 2 3 2F / A

5、 2 3T /W 2 其中 T 为扭矩T F tan vd2 /2查表可得 s 360MPas /3 120MPa已知 F = 35 kN ，又T F tan vd2 / 2 79. 82N mA 1 / 4 d12 572. 56mm2W 1/ 16 d13 3864. 7mm3 代入校核公式，得ca 101.2MPaca 满足强度要求。2.1.7 稳定性计算 细长螺杆工作时受到较大的轴向压力可能失稳， 为此应按稳定性 条件验算螺杆的稳定性。Fcr / F 2.5 4螺杆的临界载荷 Fcr 与柔度 s有关其中 s l / i 取2l H 5t 1. 5d ( 200 5 1 1. 5 30)

6、mm 250mmi I / A 1 / 4d1 23 / 4mm 5. 75mm 其中 I 为螺杆危险截面的轴惯性矩。 将以上数据代入柔度计算公式，得s 2 250 5. 75 87. 0 40需进行稳定性校核。实际应力的计算公式为Fcr 2 EI / l 2其中 Id113736. 66mm4E 2.06 105M Pa将上述数据代入公式得Fcr 202326.15kNFcr / F 2.5 4螺杆满足稳定性要求2.2 螺母设计计算2.2.1 选取螺母材料 螺母采用强度高、耐磨、摩擦系数小的铸铝青铜2.2.2 确定螺母高度 H '及工作圈数 u' H'd 2 1. 5

7、 27 40. 5mmu H' / t 40. 5 6 6. 75mm 因为考虑退刀槽的影响，取实际工作圈数为： u' u 1. 5 6. 75 1. 5 8. 25mm'应当圆整，又考虑到螺纹圈数 u越多，载荷分布越不均，故 u 不宜 大于 10，故取'9H' u' t 9 6 54mm2.2.3 校核螺纹牙强度螺母的其它尺寸见图 13，螺纹牙多发生剪切与弯曲破坏。由于螺 母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹牙的强度。（1）剪切强度校核已知 D d 30mm D2 d 2 27mm剪切强度条件为：Db 查表得： 30 40MPa ， b 0

8、.65P 0.65 6mm 3.9mm则剪切强度为：3500030 3. 9 910. 58MPa符合剪切强度条件；2）弯曲条件校核弯曲强度条件为：6Fl2Db2 b查表得 b 4060MPa，l (D D2)/ 2 (30 27) / 2 1.5mm 则弯曲强度为24. 42Mpa b ，符合弯曲强度条件。6 35000 1.5230 3. 92 92.2.4 配合（1）采用 H 8 配合。r7（ 2）为了安装简便， 需在螺母下端 （图 1 3）和底座孔上端 （图 1 7）做出倒角。（3）为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉，查表选择紧 定螺钉 GB/T71 1985 M 6 12。2

9、.3 托环的设计与计算2.3.1 托杯材料的选择 选择托环材料为 Q235 钢。2.3.2 结构设计结构尺寸见图 14。 为了使其与重物接触良好和防止与重物之间出现相对滑动， 应在 托杯上表面制有切口的沟纹。 为了防止托杯从螺杆端部脱落， 在螺杆 上端应装有挡板。2.3.3 接触面强度校核查表得 Q235钢的许用压强为 P 225MPa为避免工作时过度磨损，接触面间的压强应满足F22 ( D12 D11 )根据图 1-4 ，取相关尺寸为：D110. 6d0. 630mm18mmD102. 5d2. 530mm75mmD131. 8d1. 830mm54mmD12D134mm50mm35P 2

10、220. 5MPa P(502 182 )接触面压强满足要求，选材合理2.4 手柄的设计计算2.4.1 手柄材料的选择选择手柄材料为 Q235钢2.4.2 计算手柄长度 Lp扳动手柄的力矩：K Lp T1 T2 ，则Lp取 K 200Nd又 T1 F tan( v ) d268. 49N m12T2 ( D12 D11 )fF / 4(50 18) 0. 083 35 / 4 49. 39N mLPT1 T2K68.49 49.39200m0.589m 589mm手柄实际长度为：54589 100 716mm2由于手柄长度不超过千斤顶，因此取 Lp 350mm ，使用时在手柄上另加套筒。2.4.3 手柄直径 d p 的确定把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径D p ，强度条件为KLp0.1d 3p得设计公式为dpKLp0.1 F 已知 F 120 MPadp3 200 11113 mm 22. 9mm0. 1 120取dp25mm2.4.4 结构 手柄插入螺杆上端的孔中， 为防止手柄从孔中滑出， 在手柄两端面应 加上挡环，并用螺钉固定，选择开槽沉头螺钉 GB/T67 M 8 16 2.5 底座设计2.5.1 选择底座材料选择底座材料为 HT 200，其 p 2MPa2.5.