千斤顶设计说明书
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哈尔滨工业大学
机械设计大作业设计说明书
题目: 设计螺旋起重器
院系: 机电工程学院
班号: 1008101
姓名: 吕明睿
日期: 2012-10-04
题目: 螺旋起重器(千斤顶)设计
螺旋起重器的示意图及已知数据
题目 起重量FQ/kN 最大起重高度H/mm
3.1.1 30 180
1. 选择螺杆、螺母的材料
螺杆采用Q235碳素结构钢,由《机械设计课程设计指导书》表10.1查得抗拉强度
b375~460MPa,s
225 MPa(16
螺母材料也采用Q235碳素结构钢。
2. 螺杆强度计算
螺杆采用Q235碳素结构钢,螺母也采用Q235碳素结构钢。由《机械设计》表 5.9 查得
[]MPa3~5s
取225[]MPa4=56.25 。
根据螺杆强度条件设计螺纹小径1d,选用梯形螺纹,则
1
41.2541.253000029.14[]3.1456.25QFdmm
式中:QF——轴向载荷,N;
1
d
——螺纹中径,mm;
[]
——螺杆材料许用应力,MPa;
查《机械设计课程设计指导书》表11.3取公称直径38dmm,螺距8Pmm,中径234dmm,
小径130dmm,内螺纹大径439Dmm,。
Q
F
F
3. 耐磨性校核
螺纹的耐磨性强度条件为
2
[]sFpppdhH
对于梯形螺纹,工作高度0.54hpmm==,对于整体式螺母1.2~2.5,取2,则
2
1.673457Hdmmy==?
,此时螺纹旋合圈数满足圈数要求
577.125108H
Zp===?
查《机械设计》表 5.8,[]7.5~13pMPa,取[]10pMPa,
2
300008.26[]3.140.0340.50.068sFp
pMpapdhH
耐磨性校核满足强度要求。
4. 螺母螺纹牙的强度校核
螺母螺纹牙根部的剪切强度条件为
1
[]QFZdb
(5)
式中:QF--轴向载荷,N;
4
D
--螺母螺纹大径,mm;
Z
--螺纹旋合圈数,取7.2Z;
b
--螺纹牙根部厚度,梯形螺纹0.650.658 mm5.2 mmbp;
[]
--螺母材料的许用切应力。
代入数据计算得
30000
8.57.23.14305.2MPaMPa
由于螺母和螺杆材料相同,因为螺杆螺纹小径1d小于螺母螺纹大径4D,所以校核螺杆螺纹牙强度。
查《机械设计》表5.9螺杆材料的许用切应力[]0.6[] =0.656.25=33.75MPa,显然[]。
螺纹牙根部的弯曲强度条件为
bb
2
1
3[]QFh
dZb
(6)
式中:QF--轴向载荷,N;
h
--弯曲力臂,mm;
4
D
--螺母螺纹大径,mm;
Z
--螺纹旋合圈数,取7.2Z;
b
--螺纹牙根部厚度,mm;
b
[]
--螺母材料的许用弯曲应力。
数据代入式(6)得
b
2
330000419.63.14307.25.2MPaMPa
查《机械设计》表5.9螺母材料的许用切应力b[](1~1.2)[]56.25~67.5MPa。
显然bb[],即满足螺纹牙的强度条件。
5. 自锁条件校核
因螺纹升角4.39,螺纹副当量摩擦角'6.2
'
所以满足自锁条件。
6. 螺杆的稳定性校核
螺杆的柔度值
1
4llidmp
l==
式中:l——螺杆的最大工作长度,取螺母中部到另一端支点间的距离,则
螺母
退刀槽1
1802Hlhl=+++
。查手册知退刀槽=9mml,螺母=57mmH,假设手柄直径
手柄20dmm=,由结构尺寸经验公式手柄1(1.8~2)54~60hdmm==,取1
56hmm=
,则
(18028569)273lmmmm=+++=
m
——长度系数,对于千斤顶,可以看作一端固定, 一端自由,取2,m=
代入以上数值得
1
44227372.930ldml创
===
对于Q235碳素钢,当90l<时:
2
2
1
22
3403403.1430
1424410.0001310.0001372.9cdFKNpl´===
++?
142
4.73430cFF==>
因此满足稳定性要求。
7. 螺母外径及凸缘设计
由经验公式知,
螺纹外径21.51.538mm57mmDd
螺纹凸缘外径3231.41.45779.8,D80mmDDmmmm取。
螺纹凸缘厚b=H57mm11.417.1mmb12mm(0.20.3)=(0.20.3),取。
8. 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承面间的摩擦力矩。
设F为加在手柄上的力,L为手柄长度,则
12
FLTT
(7)
式中:1T-----螺纹副摩擦力矩,Nmm;
2
T
-----托杯支承面间的摩擦力矩,Nmm。
其中159971NmmT,
33
1
2221[(2~4)](2)13[(2~4)](2)Q
DDTfFDD
(8)
式中:f-----托杯支承面间摩擦因数;
Q
F
-----轴向载荷,N;
(2~4)D
、1D见下图。
(1.6~1.8)(1.6~1.8)38 mm=(60.8~68.4) mm 66mmDd,取
。
1
(0.6~0.8)(0.6~0.8)38 mm(22.8~30.4) mm30mmDd,取
。
(0.8~1)(0.8~1)66 mm(52.8~66)mm54mmhD,取
。
21
(0.6~0.8)(0.6~0.8)30 mm(18~24)mm20mmhD,取
。
T
(2.0~2.5)(2.0~2.5)38 mm(76~95)mm 0mmDd,取9
。
1
10 mm
,6 mma,10 mmt。
Q2350.12f托杯铸铁,手柄,摩擦因数
33
1
2221[(2~4)](2)13[(2~4)](2)Q
DDTfFDD
得288534 NmmT。
设200 NF,则125997188534mm742.5 mm200TTLF,取270 mmL,加套筒长
500 mm
。
手柄直径
3
0.1[]
b
FL
d
手柄
(9)
手柄材料的许用弯曲应力
s
[]1.5~2b
其中s225 MPa,则[]110MPab。
数据代入,得
3
200742.523.8mm0.1110d
手柄
取手柄直径30 mmd手柄。
9. 底座设计
螺杆下落到底面,再留20~30 mm空间,底座铸造起模斜度为1:10,厚度为10 mm。
5D由结构设计确定,5
120 mmD
。
45
1.41.4120 mm168 mmDD
,取4180D
校核底面的挤压应力:
4
P
2222
5
30000
2.12 MPa()(180126)44QFDD
底面材料选择铸铁HT100,查参考文献[2]表10.3得铸件壁厚S=(1.5~2)15~20 mm时,
b100 MPa,Pb
[](0.4~0.5)(0.4~0.5)100 MPa(40~50)MPa
。
显然,PP[],满足设计要求。
参考文献:
[1] 陈铁鸣.机械设计。哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,
[2] 王连明,宋宝玉.机械设计课程设计. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社
[3] 张 锋.宋宝玉.机械设计大作业指导书. 哈尔滨:高等教育出版社