哈工大机械设计大作业螺旋千斤顶.doc

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-----------------------------------------------------------2
3.2 螺杆强度校核--------------------------------------------------------------------------------------------3
3.3 螺纹牙强度校核-----------------------------------------------------------------------------------------3
3.4 螺纹副自锁条件校核----------------------------------------4
3.5 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。
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]=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.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=(1.8~2)d1=46.8~54mm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=2.07×105MPa；
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。
四、 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。
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
90929.3N·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,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σ，查参考文献[2]表10.1,，查参考文献[3],得，则=112.5~150MPa,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[σb]=195MPa, <[σb]。
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 M8×20。
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414~614mm。
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，2009.10
[2]宋宝玉.机械设计课程设计指导书.北京：高等教育出版社，2006
[3]王黎钦，陈铁鸣.机械设计.5版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2010.1
[4]于慧力，张春宜.机械设计课程设计.北京：科学出版社，2007
[5]刘莹，吴宗泽.机械设计教程.2版.北京：机械工业出版社，2007.9
[6]金铃，刘玉光，李立群.画法几何及机械制图.哈尔滨：黑龙江人民出版社，2003.7