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1、.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（千斤顶）系别：班号：姓名：日期：2014.10.12 .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：起重量：FQ=30KN 最大起重高度：H=180mm .设计作业任务书题目设计螺旋起重器设计原始数据起重量最大起重高度目录选择螺杆螺母的材料耐磨性计算螺杆强度校核螺母螺纹牙的强度校核自锁条件校核螺杆的稳定性校核螺母外径及凸缘设计手柄设计底座设计其他零件设计绘调质处理由参考文献表查得钢的抗拉强度屈服强度螺母是在重载低速的工况下使用的并且要求与螺杆材料配合时的摩擦系数小耐磨因此螺母的材料选择铸造铝青铜耐
2、磨性计算螺杆选用钢螺母选用铸造铝青铜由参考文献表查得钢对青设计螺杆螺纹中径选用梯形螺纹则螺纹的耐磨性条件为时引入系数以消去得计算螺纹中径对于梯形螺纹则以上三式中螺旋的轴向载荷螺距螺纹中径螺纹工作高度螺母旋合高度螺纹工作面上的压强许用压强根螺纹中径的取值范围由文.目 录 1.选择螺杆、螺母的材料 3 2.耐磨性计算 3 3.螺杆强度校核 4 4.螺母螺纹牙的强度校核 4 5.自锁条件校核 5 6.螺杆的稳定性校核 5 7.螺母外径及凸缘设计 6 8.手柄设计 6 9.底座设计 7 10.其他零件设计 8 11.绘制螺旋起重器（千斤顶）装配图 8 12.参考文献 8 .设计作业任务书题目设计螺旋起
3、重器设计原始数据起重量最大起重高度目录选择螺杆螺母的材料耐磨性计算螺杆强度校核螺母螺纹牙的强度校核自锁条件校核螺杆的稳定性校核螺母外径及凸缘设计手柄设计底座设计其他零件设计绘调质处理由参考文献表查得钢的抗拉强度屈服强度螺母是在重载低速的工况下使用的并且要求与螺杆材料配合时的摩擦系数小耐磨因此螺母的材料选择铸造铝青铜耐磨性计算螺杆选用钢螺母选用铸造铝青铜由参考文献表查得钢对青设计螺杆螺纹中径选用梯形螺纹则螺纹的耐磨性条件为时引入系数以消去得计算螺纹中径对于梯形螺纹则以上三式中螺旋的轴向载荷螺距螺纹中径螺纹工作高度螺母旋合高度螺纹工作面上的压强许用压强根螺纹中径的取值范围由文.1.选择螺杆、螺母的
4、材料 考虑到螺杆承受重载，需要有足够的强度，因此选用45 钢，需要调质 处理。由参考文献 3 表 10.2 查得 45 钢的抗拉强度 =600MPa，屈服强度 b s=355MPa。螺母是在重载低速的工况下使用的，并且要求与螺杆材料配合时的摩擦系数小、耐磨，因此，螺母的材料选择铸造铝青铜 ZCuAl10Fe3。2.耐磨性计算 螺杆选用 45 钢，螺母选用铸造铝青铜 ZCuAl10Fe3，由参考文献 1 表 5.8 查得，钢对青铜的许用压强 p=1825MPa，由表 5.8 注释查得，人力驱动时，p 值可提高约 20%，即p=21.630MPa,取p=25MPa。由参考文献 1 表 5.8 查得
5、，对于整体式螺母，系数=1.22.5，取=2.5。按照耐磨性条件设计螺杆螺纹中径 d2，选用梯形螺纹，则螺纹的耐磨性条件为 ps FQ p p=d2 hH 计算螺纹中径 d2 时，引入系数=H 以消去 H，得 d2 d20.8 FQ p h p 对于梯形螺纹，h=0.5p，则 d20.8 FQ=0.8 30000 p=19.6mm 2 25 以上三式中，FQ螺旋的轴向载荷，N；p 螺距，mm；d2螺纹中径，mm；h 螺纹工作高度，mm；H螺母旋合高度，mm；ps螺纹工作面上的压强，MPa；p许用压强，MPa。根据螺纹中径 d2 的取值范围，由文献 3 表 11.5 查得，取螺杆的公称直 径 d
6、=32mm，螺距 p=6mm，中径 d2=29mm，小径 d1=25mm，内螺纹大径 D4=33mm。说明：此处如果选择螺杆的公称直径 d=24mm，螺距 p=3mm，中径 d2=22.5mm，小径 d1=20.5mm，内螺纹大径 D4=24.5mm，螺杆的强度校核不 满足要求。.设计作业任务书题目设计螺旋起重器设计原始数据起重量最大起重高度目录选择螺杆螺母的材料耐磨性计算螺杆强度校核螺母螺纹牙的强度校核自锁条件校核螺杆的稳定性校核螺母外径及凸缘设计手柄设计底座设计其他零件设计绘调质处理由参考文献表查得钢的抗拉强度屈服强度螺母是在重载低速的工况下使用的并且要求与螺杆材料配合时的摩擦系数小耐磨因
7、此螺母的材料选择铸造铝青铜耐磨性计算螺杆选用钢螺母选用铸造铝青铜由参考文献表查得钢对青设计螺杆螺纹中径选用梯形螺纹则螺纹的耐磨性条件为时引入系数以消去得计算螺纹中径对于梯形螺纹则以上三式中螺旋的轴向载荷螺距螺纹中径螺纹工作高度螺母旋合高度螺纹工作面上的压强许用压强根螺纹中径的取值范围由文.3.螺杆强度校核 螺杆的断面承受轴向载荷 FQ 和螺纹副摩擦转矩 T1。根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度理论为 2 2 4FQ 16T1 =2 3 3 d1 d1 式中：FQ轴向载荷，N；d1 螺纹小径，mm；T1 螺纹副摩擦力矩，N mm，T1=FQtan(+）d2 ；2 螺杆材料强度的许用应力，MPa
8、，=s 。3 5 查参考文献 1 表 5.10，钢对青铜的当量摩擦系数 取 f=0.080.10,f=0.09，则螺纹副当量摩擦角 =arctan f=arctan0.09=5.1427。为螺纹升角，=arctan np=arctan 1 6 =3.7679。d 2 29 把已知的数据带入 T1 的计算公式中，则得 T1=30000 29 tan(3.7679+5.1427)=68201N mm 2 代入强度计算公式，则 4 2 16 68201 2 30000=72.2MPa=252 3 253 由参考文献 1 表 5.9 可以查得螺杆材料的许用应力=s，3 5 s=355MPa，=7111
9、8MPa,取 =95MPa。显然，螺杆满足强度条件。4.螺母螺纹牙的强度校核 由系数=H 可求得螺母的旋合高度 H=d2 。d2 =2 29=58mm 螺母螺纹牙根部的剪切强度条件为 =FQ ZD4 b 式中：FQ轴向载荷，N；D4 螺母螺纹大径，mm；H 58=9.7，取 Z=10；Z螺纹旋合圈数，Z=p 6 设计作业任务书题目设计螺旋起重器设计原始数据起重量最大起重高度目录选择螺杆螺母的材料耐磨性计算螺杆强度校核螺母螺纹牙的强度校核自锁条件校核螺杆的稳定性校核螺母外径及凸缘设计手柄设计底座设计其他零件设计绘调质处理由参考文献表查得钢的抗拉强度屈服强度螺母是在重载低速的工况下使用的并且要求与
10、螺杆材料配合时的摩擦系数小耐磨因此螺母的材料选择铸造铝青铜耐磨性计算螺杆选用钢螺母选用铸造铝青铜由参考文献表查得钢对青设计螺杆螺纹中径选用梯形螺纹则螺纹的耐磨性条件为时引入系数以消去得计算螺纹中径对于梯形螺纹则以上三式中螺旋的轴向载荷螺距螺纹中径螺纹工作高度螺母旋合高度螺纹工作面上的压强许用压强根螺纹中径的取值范围由文.设计作业任务书题目设计螺旋起重器设计原始数据起重量最大起重高度目录选择螺杆螺母的材料耐磨性计算螺杆强度校核螺母螺纹牙的强度校核自锁条件校核螺杆的稳定性校核螺母外径及凸缘设计手柄设计底座设计其他零件设计绘调质处理由参考文献表查得钢的抗拉强度屈服强度螺母是在重载低速的工况下使用的并
11、且要求与螺杆材料配合时的摩擦系数小耐磨因此螺母的材料选择铸造铝青铜耐磨性计算螺杆选用钢螺母选用铸造铝青铜由参考文献表查得钢对青设计螺杆螺纹中径选用梯形螺纹则螺纹的耐磨性条件为时引入系数以消去得计算螺纹中径对于梯形螺纹则以上三式中螺旋的轴向载荷螺距螺纹中径螺纹工作高度螺母旋合高度螺纹工作面上的压强许用压强根螺纹中径的取值范围由文.b螺纹牙根部厚度，对于梯形螺纹，b=0.65p=0.65 6=3.9mm。代入数值计算得 30000=7.4MPa 10 33 3.9 查参考文献 1 表 5.9 得螺母材料的许用剪切应力=3040MPa，显然，。螺纹牙根部的弯曲强度条件为 =3FQ l b b ZD4
12、 b2 式中：l 弯曲力臂，l=D 4 d 2=33 29；2 2=2mm FQ轴向载荷，N；D4 螺母螺纹大径，mm；Z螺纹旋合圈数，Z=H=58=9.7，取 Z=10；p 6 b螺纹牙根部厚度，对于梯形螺纹，b=0.65p=0.65 6=3.9mm。代入数值计算得 b=3 30000 2 2=11.4MPa 10 33 3.9 查参考文献 1 表 5.9 得螺母材料的许用弯曲应力 b=4060MPa。显然，bb，由上述计算分析可知，螺母螺纹牙满足强度条件。5.自锁条件校核 由=3.7679，=5.1427，得 因此，满足自锁性条件。6.螺杆的稳定性校核 受压螺杆的稳定性条件为 Fc 2.5
13、4 FQ 式中：Fc 螺杆稳定的临界载荷，N；FQ 螺杆所受轴向载荷，N。螺杆的柔度值为 4 l=式中：l 螺杆的最大工作长度，mm。当螺杆升到最高位置时，取其顶端承受载荷的截面到螺母高度中点的距离作为最大工作高度，则 .设计作业任务书题目设计螺旋起重器设计原始数据起重量最大起重高度目录选择螺杆螺母的材料耐磨性计算螺杆强度校核螺母螺纹牙的强度校核自锁条件校核螺杆的稳定性校核螺母外径及凸缘设计手柄设计底座设计其他零件设计绘调质处理由参考文献表查得钢的抗拉强度屈服强度螺母是在重载低速的工况下使用的并且要求与螺杆材料配合时的摩擦系数小耐磨因此螺母的材料选择铸造铝青铜耐磨性计算螺杆选用钢螺母选用铸造铝
14、青铜由参考文献表查得钢对青设计螺杆螺纹中径选用梯形螺纹则螺纹的耐磨性条件为时引入系数以消去得计算螺纹中径对于梯形螺纹则以上三式中螺旋的轴向载荷螺距螺纹中径螺纹工作高度螺母旋合高度螺纹工作面上的压强许用压强根螺纹中径的取值范围由文.l=180+H 螺母 +h 手柄座+l 退刀槽 2 查参考文献 3 表 11.25 得，l 退刀槽=7.5mm。手柄直径 d 手柄=24mm(将在手柄设 计中给出这一尺寸的计算），由结构尺寸经验公式得 h 手柄座=（1.82）d 手柄=43.248mm 取 h 手柄座=44mm。代入数值计算得 l=180+29+44+7.5=260.5mm 长度系数，对于千斤顶，可看
15、作一端固定，一端自由，故取=2。代入以上数值计算得 =4 2 260.5=83.36 25 对于 45 钢调质（淬火+高温回火），当 85 时，有 490 d1 2 490 252 Fc =100648.8 N 1 0.0002 2 4 1 0.0002 83.362 4=于是有 Fc =100648.8=3.352.5 FQ 30000 因此，螺杆满足稳定性条件。7.螺母外径及凸缘设计 螺母外径由结构尺寸经验公式得 D2 1.5d=1.5 32=48mm 螺母凸缘外径由结构尺寸经验公式得 D3 1.4D2=1.4 48=67mm 螺母凸缘厚度由结构尺寸经验公式得 b=(0.20.3)H=(0
16、.20.3)58=11.617.4mm 取 b=14mm。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撑面之间的摩擦力矩。设 F 为加在手柄上的力，取 F=200N，L 为手柄长度，则 FL=T1+T2 式中：T1 螺纹副之间相对转动的阻力矩，N mm；T2 托杯支撑面之间的阻力矩，Nmm。由前述计算可得 T1=68201N mm .设计作业任务书题目设计螺旋起重器设计原始数据起重量最大起重高度目录选择螺杆螺母的材料耐磨性计算螺杆强度校核螺母螺纹牙的强度校核自锁条件校核螺杆的稳定性校核螺母外径及凸缘设计手柄设计底座设计其他零件设计绘调质处理由参考文献表查得钢的抗拉强度
17、屈服强度螺母是在重载低速的工况下使用的并且要求与螺杆材料配合时的摩擦系数小耐磨因此螺母的材料选择铸造铝青铜耐磨性计算螺杆选用钢螺母选用铸造铝青铜由参考文献表查得钢对青设计螺杆螺纹中径选用梯形螺纹则螺纹的耐磨性条件为时引入系数以消去得计算螺纹中径对于梯形螺纹则以上三式中螺旋的轴向载荷螺距螺纹中径螺纹工作高度螺母旋合高度螺纹工作面上的压强许用压强根螺纹中径的取值范围由文.1 D 24 T2=fFQ 3 D 24 3 D1 2 2 D1 2 3 2 式中：D手柄座直径，mm，由结构尺寸经验公式得 D=(1.61.8)d=(1.61.8)32=51.257.6mm 取 D=52mm；D1 螺柱与托杯连
18、接处直径，mm，由结构尺寸经验公式得 D1=(0.60.8)d=(0.60.8)32=19.225.6mm 取 D1=22mm。托杯选用铸铁，手柄选用 Q215，摩擦因数 f=0.12，则 T2=1 0.12 30000 52 4 3 52 4 于是有 3 22 2 3 2 22 2 2 =67200N mm L=T1 T2 =68201 67200 677mm F 200 取 L=200mm，加套筒长 500mm。手柄直径 FL d 手柄 3 0.1 b b s s=205MPa,则 查教材可知 =，查参考文献 3 可知，1.5 2 b=102.5136.7MPa，取 b=110MPa。代入
19、数值计算得 d 手柄 3 200 677=23.1mm 0.1 110 取手柄直径 d 手柄=24mm。9.底座设计 螺杆下落到最低点，再留 1030mm 空间，底座铸造拔模斜度 1:10，厚度选择 8mm。D5 由结构设计确定，则 D5=128mm。由结构尺寸经验公式得 D4=1.4D5=1.4 128=179mm 结构确定后，校核底面的挤压应力 FQ =30000=2.4MPa p=D 4 2 D 5 2 1792 1282 4 4 底面材料选用 HT100，查参考文献 3 表 10.3 得，当铸件壁厚 =2.510 .设计作业任务书题目设计螺旋起重器设计原始数据起重量最大起重高度目录选择
20、螺杆螺母的材料耐磨性计算螺杆强度校核螺母螺纹牙的强度校核自锁条件校核螺杆的稳定性校核螺母外径及凸缘设计手柄设计底座设计其他零件设计绘调质处理由参考文献表查得钢的抗拉强度屈服强度螺母是在重载低速的工况下使用的并且要求与螺杆材料配合时的摩擦系数小耐磨因此螺母的材料选择铸造铝青铜耐磨性计算螺杆选用钢螺母选用铸造铝青铜由参考文献表查得钢对青设计螺杆螺纹中径选用梯形螺纹则螺纹的耐磨性条件为时引入系数以消去得计算螺纹中径对于梯形螺纹则以上三式中螺旋的轴向载荷螺距螺纹中径螺纹工作高度螺母旋合高度螺纹工作面上的压强许用压强根螺纹中径的取值范围由文.时，b130MPa，p=(0.40.5)b=(0.40.5)1
21、30=5265MPa。显然，pp，满足设计要求。10.其他零件设计 螺杆顶部和底部的挡圈及螺钉尺寸设计 螺杆底部必须有一个挡圈，并用螺钉加以固定，以防止螺杆全部从螺母中旋出。托杯在相应的位置也要设置挡圈，以防止托杯与螺杆脱离。挡圈的直径略大于螺杆外径，所以，顶部挡圈直径取为 26mm，底部挡圈直径取为 36mm。根据结构尺寸经验公式得螺钉大径为 d3=(0.250.3)D1=(0.250.4)22=5.58.8mm 取其直径为 M8，根据 GB/T 5783 2000 确定其他尺寸。紧定螺钉尺寸设计 对于螺母与底座分开的结构，为了防止螺母随螺母转动，必须用紧定螺 钉加以固定，紧定螺钉的直径取为
22、 M6，根据 GB/T71 1985 确定其他尺寸。托杯尺寸设计 托杯直径根据结构尺寸设计经验公式得 DT=(2.02.5)d=(2.02.5)32=6480mm 取 DT=70mm。托杯高度根据结构尺寸设计经验公式得 h=(0.81)D=(0.81)52=41.652mm 取 h=42mm。托杯顶部开槽的槽深和槽宽根据经验公式得 a=68mm t=68mm 取 a=8mm，t=8mm。倒角、铸造圆角及拔模斜度设计所有加工表面需要倒角。拔模斜度取为 1:10。铸造圆角 R=2mm。11.绘制螺旋起重器（千斤顶）装配图见附 A2 图纸。参考文献 1 王黎钦，陈铁鸣.机械设计.4 版.哈尔滨：哈尔
23、滨工业大学出版社，2008.2 张锋，宋宝玉.机械设计大作业指导书 .北京：高等教育出版社，2009.3 王连明，宋宝玉.机械设计课程设计.4 版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2010.设计作业任务书题目设计螺旋起重器设计原始数据起重量最大起重高度目录选择螺杆螺母的材料耐磨性计算螺杆强度校核螺母螺纹牙的强度校核自锁条件校核螺杆的稳定性校核螺母外径及凸缘设计手柄设计底座设计其他零件设计绘调质处理由参考文献表查得钢的抗拉强度屈服强度螺母是在重载低速的工况下使用的并且要求与螺杆材料配合时的摩擦系数小耐磨因此螺母的材料选择铸造铝青铜耐磨性计算螺杆选用钢螺母选用铸造铝青铜由参考文献表查得钢对青设计螺杆螺纹中径选用梯形螺纹则螺纹的耐磨性条件为时引入系数以消去得计算螺纹中径对于梯形螺纹则以上三式中螺旋的轴向载荷螺距螺纹中径螺纹工作高度螺母旋合高度螺纹工作面上的压强许用压强根螺纹中径的取值范围由文