螺旋千斤顶机械设计大作业(福大).doc

螺旋千斤顶
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题目： 螺旋千斤顶的设计与计算

机械 系 机制 专业 2011级（3）班

设计者：吴胜 021*******

指导教师：陈亮

完成日期：2013.10.10
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目录

一、 目的 …………………………3

二、 题目及方案 …………………3

三、 受力简图 ……………………4

四、 计算内容 ……………………4

五、程序.......................9

六、参考文献 ……………………12

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一、目的：
1、熟悉螺旋千斤顶的工作原理与设计方法；

2、初步学会综合、运用所学过的知识，解决实际问题，培养独立工作能力；

3、熟悉有关设计资料，学会查手册。

二、 题目及方案：

设计一个螺旋千斤顶，要求满足以下原始数据：

最大起重量F（KN）
52
最大起重高度H’（mm）
220
手柄施加力Fp（N）
200

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三、受力简图：

Lp：手柄有效长度；
T：施于手柄的力矩；
T1：克服螺纹副中的摩擦力矩；
T2：克服托杯与支承面间的摩擦力矩。
四、计算内容：
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计算及说明
结论
1．选择螺杆和螺母的材料
螺杆：45
螺母：ZCuA19Fe4Ni4Mn2（铝青铜）
2．螺杆的设计计算
(1) 选择螺杆的牙型（梯形）
(2) 按强度计算螺杆的小径d1
，s=3～5，=355MPa，s=3，则118.3MPa
d1≥1.25=1.25×=26.2mm
取=29mm，则d=36mm，内螺纹大径D=37mm，螺纹中径=33mm，螺距P=6mm。

(3) 验算自锁性
；其中,
由表5-12得f=0.08～0.10，取f=0.09
则有，
螺纹升角，满足自锁条件。
螺杆小径:
=29mm
螺杆大径:
d=36mm
螺杆中径:
d2=33mm
螺纹大径:
D=37mm
螺距:
P=6mm

螺纹升角
小于

满足自锁条件。
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(4) 验算螺杆的稳定性
稳定条件：Fcr /F≥3.5～5
其中,临界载荷，
千斤顶一端固定，一端自由，则，
，
由；，取中间值1.9，
，取整得
H可由螺母的设计计算得出。
则可算出螺杆长度：
=56+220+H/2=301mm，
则有==367.5KN,
所以>5，满足要求。

3．螺母的设计计算
(1) 根据耐磨性定出螺母的高度H
H≥
梯形螺纹工作高度h=0.5p=0.5×6mm=3.0mm
由《机械设计》表5-12得钢-青铜滑动螺旋副低速下的许用压力[p]=18～25MPa,取[p]=20MPa，

满足稳定性条件

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==0.050m=50.0mm.取H=50mm
旋合圈数u=H/P=50/6=8.33<10.满足条件。
校核φ＝H/d2=50/33=1.52.在1.2～2.5之间，满足条件。

(2) 校核螺纹牙的剪切强度
剪切强度，弯曲强度
螺母大径D=37mm
螺纹牙根厚度b=0.634p=0.634×6mm=3.804mm.取b=4mm
螺纹工作高度h=0.5P=0.5×6mm=3.0mm ,
则剪切强度:
==13.43MPa<[]=30～40MPa
弯曲强度：
=<[]=40～60MPa
螺纹牙满足强度要求。

4．手柄的设计计算：
(1)选择材料 选用Q235材料

螺母高度
H=50mm

旋合圈数
u=8.33<10
φ=1.52在1.2~2.5之间

剪切强度
13.43MPa
< []

弯曲强度

< []

螺纹牙满足强度要求
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(2)计算手柄的总长度L
，其中：，===N·mm，,f=0.12～0.15，取f=0.14,=D-(1~2)mm，
D=（1.6~1.8）d,取D=1.7d=1.7×36=61.2mm，取整为D=62mm，则=60mm,，,，
取整得=26mm，则=28mm，

=1485mm
手柄总长=1485+72/2=1521mm
（3） 计算手柄的直径dp
把手柄看成是悬臂梁，然后按弯曲强度计算直径dp
dp=，其中=150MPa
则：
dp==27.27mm，取整dp=28mm
5．计算传动总效率η
η===0.1673
五、程序
include<stdio.h>
#include<math.h>
#define PI 3.1415926
float A[17][5]={ {15.5,20,20.5,18,4},{16.5,22,22.5,19.5,5},{18.5,24,24.5,21.5,5},{20.5,26,26.5,23.5,5},
{22.5,28,28.5,25.5,5},{23,30,31,27,6},{25,32,33,29,6},{27,34,35,31,6},
{29,36,37,33,6},{30,38,39,34.5,7},{32,40,41,36.5,7},{34,42,43,38.5,7},
{36,44,45,40.5,7},{39,48,49,44,8},{41,50,51,46,8},{43,52,53,48,8},{45,55,56,50.5,9}};
double F,H1,Fp;
double d1,d,D,d2,P;
double H2,u,Fcr,jq,wq,Lp,L,dp,xl;
double st,mct=5.14;
void part1(int i);
void part2(int i);
void show(int i);
void main()
{

int i=0,j=0;
printf("螺纹参数数组已输入\n");
printf("输入原始数据 F (KN):");
scanf("%lf",&F);
printf("输入原始数据 H`(mm):");
scanf("%lf",&H1);
printf("输入原始数据 Fp(N):");
scanf("%lf",&Fp);
double temp = F/101000;
d1=1.25*1000*sqrt(temp);
part1(i);
}
void part1(int i)
{
if(d1<=A[i][0])
{
d1=A[i][0];d=A[i][1];D=A[i][2];d2=A[i][3];P=A[i][4];
double temp = PI * d2;
temp = P / temp;
st=atan(temp)*double(180)/PI;
if(st<=mct)
part2(i);
else
part1(++i);
}
else
part1(++i);
}
void part2(int i)
{
//计算螺母高度H,u及有关尺寸公式
H2=F*1000*P/(PI*d2*0.5*P*24);
H2=int(H2+0.5);
u=H2/P;
//计算Fcr
double temp = 2*(1.9*d1+H1+H2/2);
Fcr=PI*PI*2.06*pow(10,5)*PI*pow(d1,4)/(64*pow(temp,2)); //8.93*10^4
//剪切强度jq,弯曲强度wq
temp=0.634*P;
jq=F/(PI*D*temp*u);
wq=3*F*0.5*P/(PI*D*u*pow(temp,2));
//计算手柄长度L
double T1,T2;
double D0,d0;
D0=1.7*d-1;
d0=0.7*d+1;
temp=(pow(D0,3)-pow(d0,3))/(pow(D0,2)-pow(d0,2));
T1=F*d2/2*tan((st+mct)/double(180)*PI);
T2=0.13*F*temp/3;
Lp=(T1+T2)/Fp;
L=int(Lp*1000+D/2+0.5);
//计算手柄直径dp
temp=Fp*Lp*1000/(0.1*150);
dp=pow(temp,1.0/3);
if((Fcr/(F*1000))<3.5)
part1(++i);
else
{
//计算总效率 xl
xl =F*P/(2*PI*(T1+T2));
//输出
show(i);
}
}
void show(int i)
{
int j;
for(j=0;j<5;j++)
printf("%.1f mm ",A[i][j]);
printf("\nΨ = %.2lf \nΦv = %.2lf \nFcr = %.2lfN \nH = %.2lfmm \nu = %.2lf\n",st,mct,Fcr,H2,u);
printf("Fcr/F = %.2lf \nτ = %.2lfMPa \nφb = %.2lfMPa \nL = %0.2lfmm dp = %.2lfmm \nη = %.2lf%% \n",Fcr/(F*1000),jq*1000,wq*1000,L,dp,xl*100);
}
程序输入数据，其结果如下：

程序运行结果与笔算结果比较：，产生原因为笔算过程考虑了便于加工等因素，进行了取整、圆整等。

手柄总长
L=1521mm

手柄直径
dp=28mm

传动效率
η=0.1673
参考文献
[1] 濮良贵, 纪名刚. 《机械设计》.8版. 北京 高等教育出版社，2006.
[2] 吴宗泽，罗圣国. 《机械设计课程设计手册》.3版. 北京： 高等教育出版社，2006.
[3] 潘沛霖，陈秀，严国良等.《机械设计课程设计图册》.3版. 北京： 高等教育出版社，1989.

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