哈工大-机械设计大作业-螺旋千斤顶

设计题目螺旋起重器〔千斤顶〕条件：起重量FQ=40KN，最大起重高度H=200mm。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，应选用45#钢，调质处理。查参考文献[2]得σs=355MPa,查机械设计表5.9得,取[σ]=110MPa;σb=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[σb]=40~60MPa,取[σb]=50MPa。托盘和底座均采用铸铁材料。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]=18~25MPa，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，α=2β=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(N·mm),。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=0.08~0.10,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.那么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=(1.8~2)d1=46.8~54mm取h1=50mm,那么L=200+29+50+10.5=289.5mm那么螺杆的柔度式中——长度系数，对本千斤顶，看做一端固定、一端自有，那么可取=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=2.07×105MPa；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。螺母外径及凸缘设计根据经验公式，螺母外径D2≈1.5d=1.5×32=48mm;螺母凸缘外径D3≈1.4D2=1.4×48=67.2mm;螺母凸缘厚b=(0.2~0.3)H=(0.2~0.3)×58=11.6~17.4mm，取b=15mm。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，那么有F1L1=T1+T2。对于T1和T2，有90929.3N·mm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,那么≈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σ，查参考文献[2]表10.1,，查参考文献[3],得，那么=112.5~150MPa,取=125MPa。那么手柄直径d1应满足，转化为：取手柄直径d1=26mm。底座设计螺杆下落至底面，再留20~30mm的空间，底座铸造起模斜度1:10，壁厚。由经验公式，S=(1.5~2)=12~16mm,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10~20mm时，，。显然，，下外表强度满足设计要求。上外表校核：，查参考文献[4]表B.4，得[σb]=195MPa,<[σb]。故上外表满足强度要求。其余各局部尺寸及参数〔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26