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1、哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）哈尔滨工业大学机械设计作业设计计算说明书题目：设计螺旋起重器系别：机械设计制造及其自动化班号：姓名：日期：哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）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：螺旋起重器是一种简单的起重装置，用手推动手柄即可提升重物。它一般由底座、螺杆、螺母、托杯、手柄、或扳手等零件所组成。已知数据：起重量：50kN 最大起重高度：150mm。哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）目目录录一、设计题目一、设计题目-2-2二、螺母、螺杆选材二、螺母、螺杆选材-2-2三、螺杆、螺母设计计算三、螺杆、螺母设计计算3.1 耐磨性计算-2
2、 23.2 螺杆强度校核-3 33.3 螺纹牙强度校核-3 33.4 螺纹副自锁条件校核-4 43.5 螺杆稳定性校核-4 4四、螺母外径及凸缘设计四、螺母外径及凸缘设计-5-5五、手柄设计五、手柄设计-5-5六、底座设计六、底座设计-6-6七、其余各部分尺寸及参数七、其余各部分尺寸及参数-7-7八、参考资料八、参考资料-8-8哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）一、一、设计题目设计题目螺旋起重器（千斤顶）已知条件：起重量 FQ=50KN，最大起重高度 H=150mm。二、二、螺杆、螺母选材螺杆、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
3、质处理。查参考文献3 表 10.2得s=355MPa,b=600MPa。查参考文献1s表 5.9得,取=110MPa;b=600MPa。3 5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，查参考文献1表 5.9 得螺母材料的许用切应力 30 40MPa,取=35MPa；许用弯曲应力b=4060MPa,取b=50MPa。托盘和底座均采用铸铁材料。三、三、螺杆、螺母设计计算螺杆、螺母设计计算3.13.1耐磨性计算耐磨性计算由耐磨性条件公式：PsFFppAd2h H对于梯形螺纹，有 h=0.5p,那么耐磨性条件转化为：d
4、20.8式中d2螺纹中径，mm;F螺旋的轴向载荷，N；H 螺母旋合高度，mm;Fp引入系数，=H/d2;p 材料的许用压强，MPa;查机械设计表 5.8，得p=1825MPa，人力驱动p 值可增大 20%，则p=1825MPa。取 p=25MPa，对 于 整 体 式 螺 母，1.2 2.5，取=2.0，那 么 有d20.850KN25.3 mm。查参考文献4 表 H.5,试取公称直径=36mm,螺距 p=6mm,2.0*25MPa中径 d2=33mm,小径 d1=29mm,内螺纹大径 D4=37。3.23.2螺杆强度校核螺杆强度校核哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）千斤顶螺杆危险截面受轴向力
5、 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(4Fd12)3(216T1d13)对于梯形螺纹该式可化为d14*1.25F式中d1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)；d2。2T1螺杆所受转矩(Nmm),T1 F tan()4*1.25*50 KN 26.90mm*110MPa代入数据，d1而选择 d1=29mm,满足螺杆强度要求。3.33.3螺纹牙强度校核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
6、强度条件为：FzD4b式中F轴向载荷(N)；D4螺母螺纹大径(mm);Z螺纹旋合圈数，Z 取 10；b螺纹牙根部厚度(mm)，对于梯形螺纹 b=0.65p。代入数据计算5000011.03MPa 10*37*0.65*6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：b式中l弯曲力臂，l 其它参数同上。代入数据计算b3*50000*3.5 29.70MPa b10*37*(0.65*6)23FlbzD4b2D4d23730 3.5mm；22哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）即螺母螺纹牙满足弯曲强度要求。3.43.4螺纹副自锁条件校核螺纹副自锁条件校核由螺纹副自锁条件：,arctan
7、f式中螺纹螺旋升角（），arctannpd2当量摩擦角();n螺纹线数，n=1;p螺纹导程(mm);d2螺纹中径(mm);f当量摩擦系数,查机械设计表 5.10，得f=0.080.10,取f=0.09;代入数据arctan1*63.31*33 arctan 0.095.14因为，所以满足螺纹副自锁条件要求。3.53.5螺杆的稳定性校核螺杆的稳定性校核千斤顶的最大上升高度 H=150mm.则螺杆的最大工作长度L150H螺母h1l退刀槽2式中H螺母螺母高度(mm)，H螺母=60mm;h1符号参见参考文献1 图 3.1；l退刀槽螺杆与手柄座相接处尺寸，查手册知，l退刀槽=18mm。假设手柄直径为 d
8、1=26mm,由尺寸经验公式 h1=(1.82)d1=46.854mm 取 h1=50mm,则L=150+30+50+18=248mm则螺杆的柔度Li4 Ld1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=29mm。哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）i螺杆危险截面的惯性半径(mm),i 积(mm2)。代入数据计算dI1,其中 A 为危险截面的面A44*2*248 68.41 9029对于 45#调制钢，此时螺杆稳定的临界载荷 Fc 为：d12340Fc210.000134式中 E螺杆材料的弹性模量，对于钢 E=2.07105MPa；I螺杆危险截面的轴惯性矩
9、(mm4),I 代入数据计算340*292139628NFc10.00013*68.4124d1464；那么，由压杆稳定条件Fc139628 2.79 2.5F50000故螺杆满足稳定性要求。四、四、螺母外径及凸缘设计螺母外径及凸缘设计根据经验公式，螺母外径 D21.5d=1.536=54mm;螺母凸缘外径 D31.4D2=1.454=75.6mm;螺母凸缘厚 b=(0.20.3)H=(0.20.3)60=1218mm，取 b=15mm。五、五、手柄设计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=250N，手柄长度为 L1，则有
10、 F1 L1=T1+T2。对于 T1和 T2，有d33T1 F tan()2 50000*tan(3.31 5.14)*122561Nmm22fF D(2 4)3(D1 2)3T23D(2 4)2(D1 2)2公式中的符号见参考书1图 3.2 和图 3.3。根据经验公式，D (1.61.8)d (1.61.8)36 57.6 64.8mm,取 D=60mm;D1(0.6 0.8)d (0.6 0.8)36 21.6 28.8mm，取 D1=24mm。托杯材料选择铸铁，手柄选择 Q215，摩擦因数 f=0.12,则0.12*50000563273fF D(2 4)3(D1 2)3*2129566
11、N mmT2222356 273D(2 4)(D1 2)哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）那么手柄长度L1T1T21295661225611008mm，取L1=300mm,加套筒长 800mm。F1250设手柄所受最大弯曲应力为，查参考文献2表 10.1,s 225MPa，查参考文献3,得bs1.5 2，则b=112.5150MPa,取b=125MPa。则手柄直径 d1应满足32(T1T2)T1T232(T1T2)b，转化为：3Wzd1d13b332*(129566 122561)27.4mm*125取手柄直径 d1=28mm。六、六、底座设计底座设计螺杆下落至底面，再留 2030mm 的空
12、间，底座铸造起模斜度 1:10，壁厚10mm。由经验公式，S=(1.52)=1216mm,取 S=16mm。各符号见参考书1图 3.1 和图 3.2。D5由结构设计确定，D5=128mm。D4=1.4D5=1.4*128=179.2mm，取 D4=180结构确定后校核下底面的挤压应力：F50000p 3.97MPa2222(D4 D5)(180 128)44底面材料选择铸铁 HT100，查表得铸铁件壁厚为 1020mm 时，b100MPa，p (0.4 0.5)b(0.4 0.5)*100 (40 50)MPa。显然，p p，底面强度满足设计要求。七、其余各部分尺寸及参数其余各部分尺寸及参数（
13、符号见参考书1图 3.2 和图 3.3）DT(2.0 2.5)d (2.0 2.5)*36 72 90mm，取DT=80mm；D (1.61.8)d (1.61.8)*36 57.6 64.8mm，取 D=60mm；D1(0.6 0.8)d (0.6 0.8)*36 21.6 28.8mm，取D1=24mm;D21.5d 1.5*36 54mm，取D2=54mm;D31.4D21.4*54 76.5mm，取D3=76.5mm;110mm哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文）h (0.8 1)D (0.8 1)*60 48 60mm，取h=56mm；h1(1.8 2)d1(1.8 2)*28 50
14、.4 56mm，取h1=54mm；h2(0.6 0.8)D1(0.6 0.8)*24 14.4 19.2mm，取h2=18mm；d3(0.25 0.3)D1(0.25 0.3)*24 6 7.2mm，取d3=6mm；a 6 8mm，取a=8mm；t 6 8mm，取t=8mm。固定托盘用的挡圈内径 8mm，外径38mm，厚5mm；螺钉GB/T5783-2000A M8?16。螺杆底部挡圈内径 8mm，外径 38mm，厚 5mm；螺钉GB/T5783-2000A M816。紧定螺钉 GB/T71-1985M820。其余铸造圆角，取 R=4mm。底座高度为 240mm螺旋起重器（千斤顶）装配图见 A2 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，2009.102宋宝玉.机械设计课程设计指导书.北京：高等教育出版社，20063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，2010.14于慧力，张春宜.机械设计课程设计.北京：科学出版社，20075刘莹，吴宗泽.机械设计教程.2 版.北京：机械工业出版社，2007.96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