哈工大机械设计大作业螺旋传动设计千斤顶

哈尔滨工业大学大作业说明书

Harbin Institute of Technology

机械设计大作业说明书

大作业名称： 螺旋传动设计 设计题目：设计螺旋起重器（千斤顶） 班 级： 1215102 设 计 者： 张紫薇 学 号： 1121510208 指导教师： 张锋 设计时间： 2014年10月6日

哈尔滨工业大学

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目录

一、设

计

任

务

书……………………………………………………………………………………………1 二、各部分尺寸计算及校核

1、选

择

螺

杆

、

螺

母

的

材

料………………………………………………………………………………2 2

、

耐

磨

性

计

算………………………………………………………………………………………………2

3

、

螺

杆

各

部

分

尺

寸

计

算…………………………………………………………………………………2

4

、

螺

杆

强

度

校

核……………………………………………………………………………………………2

5

、

螺

母

螺

纹

牙

强

度

计

算…………………………………………………………………………………3

6

、

螺

纹

副

自

锁

条

件

校

核…………………………………………………………………………………4

7、手

柄

设

计…………………………………………………………………………………………………4 8

、

螺

杆

的

稳

定

性

校

核……………………………………………………………………………………5

9、螺

母外经及凸缘设

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计…………………………………………………………………………………6 10、底

座

设

计………………………………………………………………………………………………6 11

、

其

他

零

件

相

关

尺

寸……………………………………………………………………………………7

三、参考文

献………………………………………………………………………………………………8

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一、设计任务书

设计螺旋起重器，简图如下

1、螺旋起重器已知数据： 起重量FQ=30kN， 最大起重高度Ho=180mm（题号3.1.1）。 2、设计要求：

(1) 绘制装配图一张，画出起重器的全部结构，按照装配图要求标注尺寸、序号及填写明细栏、标题栏，编写技术要求。

(2) 对起重器各部分尺寸进行计算，对螺杆和螺母螺纹牙强度、螺纹副自锁性、螺杆的稳定性进行校核。

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二、各部分尺寸计算及校核

1、选择螺杆、螺母的材料

螺杆采用45号钢，由参考文献[3]查得抗拉强度?b?600MPa，?s?355MPa。 螺母材料用铝青铜ZCuAl10Fe3（考虑速度低）。 2、耐磨性计算

根据螺纹的耐磨性条件 ps?螺纹，h=0.5p，因此得

HFP??p?，引进系数??以消去H，并且对于梯形

d2?d2hHF30?103d2?0.8?0.8?23.4mm

??p?1.6?22式中d2——螺杆螺纹中径，mm；

F——螺杆所受轴向力，即起重量，kN；

?——根据螺母结构选定，对于整体式螺母取?=1.2~2.5，此处取?=1.6；

?p?——滑动螺旋副材料的许用压强，根据参考文献[2]中表8.11，当螺杆和螺母副材

料分别是钢和青铜且低速滑动时，许用压强?p?=18~25，此处取?p?=22 。

3、螺杆各部分尺寸计算

按照耐磨性计算求出d2=23.4mm，根据参考文献[3]中表11.3，选取适当的公称直径d=28mm，以及相应的螺距P=5mm。则螺纹牙的工作高度h=0.5P=2.5mm。

再根据参考文献[3]表11.4，当螺距P=5mm时，外螺纹小径即螺杆小径

d1=d-5.5=22.5mm；内外螺纹中径D2=d2=d-2.5=25.5mm。因此

H??d2?1.6?25.5?40.8mm。

螺纹旋合圈数Z?4、螺杆强度校核

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H40.8??8.16?10。 p5

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螺杆断面承受轴向力F和转矩T的作用，其中F=30kN。 螺杆所受转矩 T?Ftan(????)d2 2其中 ?——螺纹升角，??arctanP。

?d2

??——当量摩擦角，???arctanf?。

将?与??代入转矩公式得

T?Ftan(arctanPd?arctanf?)2?d22525.5?30?103?tan(arctan?arctan0.10)??62347.5N?mm25.5?2

式中 f?——螺纹副的当量摩擦系数，根据参考文献[2]中表8.13，钢与青铜间当量摩擦系数界限为0.08~0.10，此处取f?=0.10。

根据第四强度理论，螺杆危险截面的强度条件为

?4F??16T? ??????3??d2???d3???????1??1?式中 ???——螺杆许用应力。根据参考文献[2]中表8.12，钢材许用应力?????s?3~5?，

此处取?????s3。其中屈服极限?s可由机参考文献[3]中表10.2查得45号

钢?s=355MPa，则????118.3MPa。

22由已有数据得

?4F??16T???????3??d2???d3??118.3MPa??1??1??89.578MPa?????118.3MPa经验证，螺杆强度合格。 5、螺母螺纹牙强度计算

螺母螺纹牙根部的剪切强度为

22?4?30?103??16?62347.5??????3???22.52???22.5????22

F30?103????12.86MPa????

?dbz??28?3.25?8.16

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螺纹牙根部的弯曲强度为

3Fh3?30?103?2.5?b???29.68MPa????b

?dzb2??28?8.16?3.252式中 d——螺母螺纹大径，mm；

h——螺纹牙工作高度，mm；

b——螺纹牙根部厚，梯形螺纹的b?0.65P，mm；

???、???b——许用切应力，根据参考文献[2]中表8.12，青铜的许用应力范围为

???b=40~60，???=30~40。

经验证，螺纹牙强度合格。 6、螺纹副自锁条件校核

对于有自锁要求的螺旋，要满足条件????。

在螺杆强度校核过程中，已得??arctanP?arctan5?3.57；

?d2??25.5

???arctanf??arctan0.10?5.71；

因此螺纹副自锁条件合格。 7、手柄设计

加在手柄上的力分为螺纹副之间相对转动的阻力矩T1和托杯支承面间的摩擦力矩T2。设加在手柄上的力F手?300N，手柄长度为L，则FL?T1?T2。有

T1?62347.5N?mm

?D?2???D1?2??1?0.12?30?103??50.4?2???22.4?2??67894N 1T2?fFQ3?D?2?2??D1?2?23?50.4?2?2??22.4?2?23333其中D?1.8d?50.4mm，D1?0.8d?22.4mm ；

摩擦因数取 f =0.12。

L?

T1?T262347.5?67894??434.14mm，取L?200mm，加套筒长300mm。 F300- 4 -

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选择45号钢为手柄材料，其受弯曲应力为

?b??D332M????b Wz式中 Wz?；

M=T=62347.5N?mm； ???b?因此 D?3?s1.5?355?236.7MPa。 1.532?T1?T2?????b?3??17.77mm。 32??62347.5?67894??236.7则选取d手柄=18mm。 8、螺杆的稳定性校核

对于细长的受压螺杆，当轴向压力F大于某一临界值时，螺杆会发生横向弯曲而失去稳定。受压螺杆的稳定性条件式为

Fc?2.5 F式中Fc为螺杆稳定的临界载荷。

临界载荷与螺杆材料及长径比（柔度）??l为螺杆最大工作长度，对于起重器来说，

l?Ho?H螺母40.8?2d手柄?l退刀槽?180??36?6.5?242.9mm 22?li?4?l有关。 d1其中l退刀槽可由参考文献[3]中表11.20根据螺距P=5查得l退刀槽=6.5；

d手柄=18mm，则固定手柄的孔的最外部直径h1?2d手柄?36mm。

由以上结果可求得 ???li?4?l4?2.0?242.9??86.36 d122.5式中 ?——长度系数，端部支承情况可视为一端固定，一端自由。根据参考文献[2]中

表8.14查得，??2.0。

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i——螺杆危险面的惯性半径，i?Id1?，其中A为危险截面的面积，mm。 A4选用淬火钢，则当??85时，临界载荷

?2EI?2?2.07?105?12580.56Fc???108.907kN 22??l?64??2.0?242.9?则有

Fc108.907kN??3.63?2.5，因此螺杆稳定性合格。 F30kN式中I——螺杆危险截面的轴惯性矩，I??d1464???22.5464?12580.56mm4；

E——螺杆材料的弹性模量，对于钢E?2.07?105MPa。 9、螺母外经及凸缘设计

螺纹外径D2?1.5d?1.5?28?42mm 螺纹凸缘外径D3?1.4D2?1.4?42?58.8mm 螺纹凸缘厚b母?0.25H?0.25?40.8?10.2mm 10、底座设计

螺杆下落到底面，再留20~30mm空间，底座铸造起模斜度1:10。 厚度??10mm，S?2??20mm。

D5由结构设计确定，D5=110mm。

D4?1.4D5?1.4?110?154mm。 校核底面挤压应力：

?P?FQ??D424?D52??30000??15442?1102??3.29MPa

底面材料选择铸铁HT100，查参考文献[3]中表10.3得?b?100MPa，

?????0.4~0.5??pb?40~50MPa。

显然?p

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11、其他零件相关尺寸

螺杆：D?1.8d?50.4mm D1?0.8d?22.4mm h2?0.8D1?17.92mm 托杯：DT?2.5d?70mm ?1?10mm H杯?D?50.4mm a?t?8mm 螺栓：d3?0.25D1?5.376mm

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三、参考文献

[1] 张锋, 宋宝玉. 机械设计大作业指导书[M]. 北京: 高等教育出版社, 2009. [2] 宋宝玉, 王黎钦. 机械设计[M]. 北京: 高等教育出版社, 2010. [3] 宋宝玉. 机械设计课程设计指导书[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2hj8.html