毕业设计。螺旋千斤顶。全部过程及图纸
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机械设计作业任务书
题目: 螺旋起重器(千斤顶)
设计原始数据:
起重量Q=40KN,最大起重高度H=200mm 。
1.结构分析
人工摇动手柄,手柄带动螺杆转动,螺母固定在基座上,螺杆通过螺旋传动上下运动。托杯位于螺杆上方,与螺杆相连但不随着螺杆转动,托杯直接重物。上挡圈防止托杯脱落,下挡圈防止螺杆由螺母脱落。
为了满足以上工作要求,螺杆和螺母以及整体结构必须保证具有足够的强度、耐磨性,能自锁,稳定性合格。
2.选择材料和许用应力
千斤顶采用梯形螺纹螺旋传动。
螺杆则采用45﹟钢,调质处理;查机械设计手册表得σs=360 MPa 查机械设计表
5.9得 [σ]=σs/(3~5) 手动可取[σ]=100MPa
由于螺母与螺杆存在滑动磨损,故采用强度高、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为[τ] =35 MPa 许用弯曲应力为 [σ]b =50 MPa
紧定螺钉、六角螺母均采用标准件。
3.耐磨性计算
螺纹耐磨性条件:
2[]Fp Ps p d hH
π=≤ 梯形螺纹,h=0.5p,则
2d ≥式中
2d 螺纹中径,mm;
F 为螺旋的轴向载荷,N ;
H 为螺母旋合高度,mm;
ψ 为引入系数,H/2d ; [p]为材料的许用压强,MPa;
注: 查机械设计手册可得:ψ=1.8,h=0.5p,[p]=20MPa;
2d ≥=26.7mm
查机械设计课程设计 表11.5
由GB/T5796.3-1986得:取 d=34mm ,2d =31mm,1d =27mm,P=6mm;
螺母高度H 1=ψd 2=1.8*31mm=55.8mm 螺纹圈数z= H 1/ P=55.8/6=9.3圈 230αβ︒==
4.螺杆强度校核
梯形螺纹校核条件:
1d ≥
式中:
1d 螺杆螺纹的小径,mm ;
[]σ螺杆材料的许用应力,MPa; F 螺杆材料所受的轴向载荷,N ;
1d ≥=25.2mm 校核通过;
5.螺纹牙强度校核
'[]***F d b z
ττπ=< '23[]b b Fh d zb σσπ=
=
式中
τ 螺纹牙根所受的剪切力应力,MPa;
b σ螺纹牙根所受的弯曲应力,MPa;
F 螺纹牙所受的轴向载荷,N;
'd 螺母螺纹大直径,mm;
z 螺纹旋合圈数;
b 螺纹牙根厚,梯形螺纹b=0.65p=3.9mm,h=0.5p=3mm;
h 螺纹牙的工作高度,mm; []τ螺母材料的许用剪切应力,MPa;
b σ螺母材料的许用剪切应力,MPa; ;
4010.0[] =35 MPa *35mm*3.9mm*9.3
KN MPa ττπ=
=< 23*40*3mm 23.1[]b=50 MPa *35*9.3*3.9mm b KN MPa σσπ==<()
所以螺纹牙强度满足要求。 6.螺纹自锁性校核
根据:
'ψρ≤, ''arctan()f ρ=
式中: ψ 为螺纹升角,度;
'ρ 当量摩擦角,度; n 螺纹线数;
p 螺纹导程,mm;
2d 螺纹中径,mm;
'f 当量摩擦系数,查机械设计表5.10得了0.09;
1*6arctan() 3.53*31ψπ︒== 'arctan(0.09) 5.14ρ︒==
所以 'ψρ≤,满足自锁性条件。
7.螺杆稳定性校核
千斤顶上升的最大限度高度为H=200mm ;
L=200+H/2+50+h 退刀槽 =200+56/2+47+5=280mm
14L d μλ=
式中
λ 螺杆的柔度;
μ 螺杆长度系数;
L 工作最大长度,mm; 1d 螺杆螺纹的中径,mm;
查机械设计表5.11得:μ=2.0
4*2.0*28080.08528
λ==≤ 所以 212*490*10.00024
c d F πλ=+ 式中 c F 螺杆稳定的临界载荷,N ;
2
2490*27*12310.0002*80.04
c F KN π==+ c F 123kN 3.075F 40kN
==≥2.5~4 所以,螺杆符合稳定性要求。
8.螺母外径及凸缘设计
根据经验公式设计如下尺寸:
对凸缘所受剪切应力和挤压应力校核:
2
4028.3[]*56*8F KN MPa A mm ττπ===≤; 222
4*4034.4[]*(5235)p p F KN MPa A mm σσπ===<-; 式中 []τ 螺母材料的许用剪切应力,MPa;
s σ 螺母材料的屈服极限,MPa ;
查机械设计课程设计,P108 GB/T1176-1987 得
[]τ=35MPa, s σ=180MPa,[]p σ=0.8s σ=144MPa 。
所以螺母具体参数如上图所示。
9.手柄设计 千斤顶工作时,螺母所受的旋转力矩为T
'2*tan()*2
d T F ψρ=+ 式中
F 螺母工作时所受的轴向载荷,N ; ψ 为螺纹升角,度;
'ρ 当量摩擦角,度;
2d 螺纹中径,mm;
T=40KN*tan(3.527°+4.574°)*15.5mm=88.75Nm; 手柄所受最大弯曲应力为max σ,人所施力大概为200N 。
max 3
32
z T T d W σπ==
式中: T 手柄所受的弯曲力矩,Nm;
z W 圆柱形手柄的抗弯截面系数,3cm ;
d 手柄的直径,mm; max 33
88.7557.89*2532
Nm MPa mm σπ==, L=88.75Nm/200N=0.44375m 取0.45m
拟定所选材料为Q235, 查机械设计手机得:max []225b MPa σσ=
所以手柄的具体参数如下:
材料 Q235 长度 L=450mm 直径 d=25mm 。
10.底座设计
上表面校核 b122214*4040.3*(6352)F KN MPa A mm
σπ===- 下表面校核 b222224*40 2.7*(183120)F KN MPa A mm σπ=
==-
选定底座材料为HT200
查机械设计课程设计表P104 GB/T9439-1988 得b σ=195MPa
所以上下两表面均满足挤压要求。 显然底座稳定性无需校核。
11.参考文献
1 铁鸣主编.机械设计.第3版.:工业大学,2003
2 王连明,宋宝玉主编.机械设计课程设计.修订版. :工业大学,200
3 3 成大先主编.机械设计手册.第一版.化学工业,2000