千斤顶设计计算说明书

1、哈尔滨工业大学机械设计作业设计计算说明书题目：设计螺旋起重器（千斤顶）系别：91号：姓名：日期:2014.10.12哈尔滨工业大学机械设计作业任务书题目：设计螺旋起重器设计原始数据：起重量：Fq=30KN最大起重高度：H=180mm1 .选择螺杆、螺母的材料32 .耐磨性计算33 .螺杆强度校核44 .螺母螺纹牙的强度校核45 .自锁条件校核56 .螺杆的稳定性校核57 .螺母外径及凸缘设计68 .手柄设计69 .底座设计710 .其他零件设计811 .绘制螺旋起重器（千斤顶）装配图831 .选择螺杆、螺母的材料考虑到螺杆承受重载，需要有足够的强度，因此选用45钢，需要调质处理。由参考文献3表

2、102查得45钢的抗拉强度ob=600MPa,屈服强度os=355MPao螺母是在重载低速的工况下使用的，并且要求与螺杆材料配合时的摩擦系数小、耐磨，因此，螺母的材料选择铸造铝青铜ZCuAI10Fe3o2 .耐磨性计算螺杆选用45钢，螺母选用铸造铝青铜ZCuAI10Fe3,由参考文献1表5.8查得，钢对青铜的许用压强p=1825Mpa,由表5.8注释查得，人力驱动时，p值可提高约20%,即p=21.630MPa,取p=25MPa。由参考文献1表5.8查得，对于整体式螺母，系数昨1.22.5，取2.5。按照耐磨性条件设计螺杆螺纹中径CL,选用梯形螺纹，则螺纹的耐磨性条件为FqPudohH<

3、p计算螺纹中径cb时，引入系数帽耳以消去H,得FqP对于梯形螺纹，h=0.5p,则匚cC30000d2A8fq=0.8=19.6mmp.225以上三式中，Fq一螺旋的轴向载荷，N;p螺距，mm；d2螺纹中径，mm；h一螺纹工作高度，mm；H一螺母旋合高度，mm；ps一螺纹工作面上的压强，MPa；p一许用压强，MPa。根据螺纹中径d2的取值范围，由文献3表11.5查得，取螺杆的公称直径d=32mm,螺距p=6mm,中径d2=29mm,小径&=25mm,内螺纹大径D4=33mm。说明：此处如果选择螺杆的公称直径d=24mm,螺距p=3mm,中径d2=22.5mm,小径ch=20.5mm,内

4、螺纹大径D4=24.5mm,螺杆的强度校核不满足要求。3 .螺杆强度校核螺杆的断面承受轴向载荷Fq和螺纹副摩擦转矩。根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度理论为a+3黑<aJ匹式中：Fq轴向载荷，N;ch一螺纹小径，mm；Ti一螺纹副摩擦力矩,N-mm,Ti=FQtanp)生a一螺杆材料强度的许用应力，MPa, a=%3 512查参考文献1表5.10,钢对青铜的当量摩擦系数f=0.080.1Q取f=0.09,则螺纹副当量摩擦角p=arctanf=arctanQ.09=5.1427onp1X6书为螺纹升角，farctan=arctan=3.7679nd2兀7兄29把已知的数据带入Ti的计算公

5、式中，则得29Ti=30000tan(3.7679+5.1427°)=68201Nmm16 682012=72.2MPa二 25代入强度计算公式，则0=牝一。2fI兀X25J由参考文献1表5.9可以查得螺杆材料的许用应力a=os=355MPa,q|=71-118MPa,取q|=95MPao显然，a籽a,螺杆满足强度条件。4 ,螺母螺纹牙的强度校核由系数pH可求得螺母的旋合高度爪以d2=2>29=58mmd2螺母螺纹牙根部的剪切强度条件为T=FQ<口T二ZD4b式中：Fq轴向载荷，N;D4一螺母螺纹大径，mm；Z一螺纹旋合H 58 数,Z=9.7,取 Z=10;P6b一螺纹

6、牙根部厚度，对于梯形螺纹，b=0.65p=0.656=3.9mm代入数值计算得T30000=7.4MPaTTvChnwOOwOc查参考文献1表5.9得螺母材料的许用剪切应力T=30-40MPa,显然，TTO螺纹牙根部的弯曲强度条件为式中：|一弯曲力臂，1=3八=邑兰=2口口；22Fq轴向载荷，N;D4一螺母螺纹大径，mm；Z一螺纹旋合圈数，Z=h=58=9.7,取Z=10;P6'b一螺纹牙根部厚度，对于梯形螺纹，b=0.65p=0.656=3.9mm代入数值计算得6=3 30000 22=11.4MPa查参考文献1表5.9得螺母材料的许用弯曲应力O=4060Mpa。显然，。珥由上述计算

7、分析可知，螺母螺纹牙满足强度条件。5 .自锁条件校核，由沪3.7679°p=5.1427°得因此，满足自锁性条件。6 .螺杆的稳定性校核迄54Fq式中：Fc一螺杆稳定的临界载荷，N；Fq一螺杆所受轴向载荷，N°螺杆的柔度值为di式中：I一螺杆的最大工作长度，mmo当螺杆升到最高位置时，取其顶端承受载荷的截面到螺母高度中点的距离作为最大工作高度，则80+h螺母+h手柄座+1退刀槽查参考文献3表11.25得，I退刀槽=7.5mm。手柄直径d手柄=24mm(将在手柄设计中给出这一尺寸的计算)，由结构尺寸经验公式得h手柄座二(1.82)d手柄=43.248mm取h手柄座二

8、44mm。代入数值计算得1=180+29+44+7.5=260.5mmp一长度系数，对于千斤顶，可看作一端固定，一端自由，故取P=2代入以上数值计算得_42260.5<启=83.3625对于45钢调质(淬火+高温回火)，当H85时，有22=100648.8 N490二dAi_490n252.1Q10.0002410.000283.364于是有Fc100648.830000=3.35 迄 5因此，螺杆满足稳定性条件。7 .螺母外径及凸缘设计螺母外径由结构尺寸经验公式得D2勺.5d=1.5乌2=48mm螺母凸缘外径由结构尺寸经验公式得D3勺.4D2=1.448=67mm螺母凸缘厚度由结构尺寸

9、经验公式得b=(0.20.3)H=(0.20.3)58=11.6-17.4mm取b=14mmo8 .手柄设计加在手柄上的力需要克服螺纹副之间相对转动的阻力矩和托杯支撑面之间的摩擦力矩。设F为加在手柄上的力，取F=200N,L为手柄长度，则FL=Ti+T2式中：一螺纹副之间相对转动的阻力矩，N-mm；T2一托杯支撑面之间的阻力矩，Nmm。由前述计算可得Ti=68201N mmT2=1fFQA234FDi2,3D24D,22式中：D一手柄座直径，mm,由结构尺寸经验公式得D=(1.61.8)d=(1.61.8)32=51.257.6mm取D=52mm；Di一螺柱与托杯连接处直径，mm,由结构尺寸经

10、验公式得Di=(0.60.8)d=(0.60.8)32=19.225.6mm取Di=22mm。托杯选用铸铁，手柄选用Q215,摩擦因数f=0.12,则a52-4-222T2=0.1230000=67200Nmm3于是有TiT26820167200=P77mmF200取L=200mm,加套筒长500mm。手柄直径查教材可知任=s,查参考文献3可知，（Ts=205MPa则1.5-2（5=102.5-136.7MPa,MZc5=110MPao代入数值计算得,苦20o677d手柄户0=23.1mm0.V110取手柄直径d手柄=24mmo9 .底座设计螺杆下落到最低点，再留1030mm空间，底座铸造拔模

11、斜度度1:10,厚选择8mm。D5由结构设计确定，则D5=128mmo由结构尺寸经验公式得D4=1.4D5=1.4X28=179mm结构确定后，校核底面的挤压应力/=2.4MPa（二D42.D52179曲底面材料选用400,查参考文献3表10.3得，当铸件壁厚S=2.5-1052-4-222时,Ob羽30MPa,op=(0.4-0.5)ob=(O.4-O,5)130=5265Mpa。显然，Op珂O,满足设计要求。10 .其他零件设计螺杆顶部和底部的挡圈及螺钉尺寸设计螺杆底部必须有一个挡圈，并用螺钉加以固定，以防止螺杆全部从螺母中旋出。托杯在相应的位置也要设置挡圈，以防止托杯与螺杆脱离。挡圈的直

12、径略大于螺杆外径，所以，顶部挡圈直径取为26mm,底部挡圈直径取为36mm。根据结构尺寸经验公式得螺钉大径为d3=(02503)Di=(02504)22=5.58.8mm取其直径为M8,根据GB/T57832000确定其他尺寸。紧定螺钉尺寸设计对于螺母与底座分开的结构，为了防止螺母随螺母转动，必须用紧定螺钉加以固定，紧定螺钉的直径取为M6,根据GB/T711985确定其他尺寸。托杯尺寸设计托杯直径根据结构尺寸设计经验公式得DT=(2.02.5)d=(2.02.5)32=6480mm取DT=70mmo托杯高度根据结构尺寸设计经验公式得h=(0.8-1)D=(0.8-1)52=41.652mm取h=42mm。托杯顶部开槽的槽深和槽宽根据经验公式得a=68mmt=68mm取a=8mm,t=8m