机械设计教程大作业螺旋千斤顶设计方案..docx

机械设计教程大作业——螺旋千斤顶设计一、要求条件根据最大起升重量选择材料和螺纹尺寸，要求满足耐磨性条件、强度条件、稳定性条件和自锁条件。确定全部结构形式和尺寸，绘制装配图和螺母零件图。设计计算部分包括螺旋传动的材料选择，螺纹牙型的选择，工作能力计算和自锁性计算，其它结构的工作能力计算（螺母许用挤压应力≈1.5 ）；地面承压能力计算，确定下支承面尺寸(木材许用挤压应力 =3MPa)；人手的操作能力计算，确定手柄的直径和长度（人手最大操作力≈200N）。根据学号尾数为3，对应的最大起升重量为Fmax=50kN，最大升距为hmax=300mm。二、设计及计算螺杆的设计及计算1.1、螺杆螺纹类型选择螺纹根据牙形，分为普通螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹。其中，本题选择梯形螺纹，右旋单线，截面为等腰梯形，牙型角α=30o，内外螺纹以锥面贴紧不易松动，基本牙型按照GB/T5796.2-2005规定。1.2、选材由于螺旋千斤顶受力较大，转速较低且为传力螺旋，由教材P98表2-38，选择45或50钢正火。本设计采用45钢。1.3、确定螺杆直径由耐磨性及设计公式d2≥依国家规定，，考虑到螺母为整体结构，取。又由于梯形螺纹，h。由于为重载低速场合，螺母取ZCuAl10Fe3材料，则螺杆螺母为钢-青铜材料，[p]=18~25Mpa。由于[p]=28Mpa，取f=0.09。代入数据，如下计算得到d2≥ = 0.8==34.82mm。查询GB/T5796.2-2005，取d2=36.5mm，d=40mm，P=7mm，D4=41mm，d3=32mm（即以下计算中的d1），D1=33mm。故满足要求。另外，螺杆上部与托杯相连接处有一退刀槽，其直径d0应比螺杆小径d1小0.2~0.5mm，圆整为d0=31mm，槽宽取1.5d=10.5mm。1.4、强度校核由于已经计算出d2=36.5mm，则强度校核所需数据如下：查教材P64表2-19，选用45钢正火处理时，，由表2-40知，许用应力[]=，取，所以故该尺寸满足设计要求。1.5、稳定性校核 长径比较大的受压螺杆，工作中可能出现失稳，其稳定性需满足 对于传力螺旋，[S]=3.5~5。螺杆上升到最高位置时，视为上端固定下端自由，长度系数由于螺母螺纹高度由经验公式托杯支撑架高度B=1.5d=60mm，则螺杆的最大工作长度为，因此需要进行稳定性计算。（其中，H由螺母的相关计算可知圆整为49mm）。 螺杆危险截面惯性矩为碳钢的弹性模量E=206Gpa，则可计算有因此满足稳定性条件，设计合理。1.6、自锁性校核所以满足自锁性，满足设计要求。螺母的设计及计算2.1、选材 由于螺旋千斤顶工作属于重载低速场合，故由P98表2-38选择青铜材料ZCuAl10Fe3。2.2、螺母高度 因此满足要求，将之圆整Z=7，H=49mm。2.3、外径D的设计 由拉伸强度公式来确定螺母外径D，外径D的设计应按照悬置部分的抗拉强度计算，假定悬置部分受全部载荷F，F 应扩大30%。考虑螺纹牙上摩擦扭矩对螺母的作用，则螺母悬置部分横剖面上最大拉应力及强度条件为 其中，[]=1.5[]，取[]=40Mpa，则[]=60Mpa。代入数据，则有 圆整为D=55mm。上缘凸出部分宽度由经验公式为D1=1.2D=66mm。上缘高度a=H/3=16.3mm，圆整为17mm。2.4、强度校核 查表2-40，青铜螺母的[]=40~60Mpa，[]=30~40Mpa。螺纹大径d=D3=41mm，螺纹牙根部厚度b=0.65P（对于梯形螺纹）。 又由公式齿根强度=弯曲应力及强度条件满足要求。凸缘支撑面上的挤压应力及强度条件满足要求。2.5、耐磨性条件 说明耐磨性满足要求。托杯设计及计算托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用Q235钢模锻制成，其结构尺寸如下图。为使其与重物接触良好和防止与重物之间出现相对滑动，在托杯上表面制有滚花。为了防止托杯从螺杆端部脱落，在螺杆上端应装有挡板。当螺杆转动时，托杯和重物都不作相对转动。因此在起重时，托杯底部与螺杆和接触面间有相对滑动，为了避免过快磨损，一方面需要润滑，另一方面还需要验算接触面间的压力强度。 式中：[p]为许用压强，应取托杯与螺杆材料[p]的小者。[p]取22Mpa。图中杯厚δ取10mm，具体尺寸计算：支撑架高度B=1.5d=60mm托杯高度为h1=（1.5~1.8）d=60mm托杯上部外径D10=(2.4~2.5)d=2.540=100mm连接轴颈D11=(0.6~0.7）d=0.6540=26mm支撑架直径D13=(1.7~1.9)d=1.840=72mm托杯底部外径D12= D13-(2~4)=72-3=69mm托杯底部内径Dh=D11+(2~3)=26+2=28mm故即，满足要求。手柄尺寸及计算4.1、选材