哈工大-機械設計大作業(yè)-螺旋千斤頂

設計題目螺旋起重器〔千斤頂〕條件：起重量FQ=40KN，最大起重高度H=200mm。螺桿、螺母選材本千斤頂設計采用梯形螺紋螺旋傳動。由于螺桿承受載荷較大，而且是小截面，應選用45#鋼，調質處理。查參考文獻[2]得σs=355MPa,查機械設計表5.9得,取[σ]=110MPa;σb=600MPa。由于千斤頂屬于低速重載的情況，且螺母與螺桿之間存在滑動磨損，故螺母采用強度高、耐磨、摩擦系數(shù)小的鑄鋁青銅ZCuAl10Fe3，查表5.9得螺母材料的許用切應力,取=35MPa；許用彎曲應力[σb]=40~60MPa,取[σb]=50MPa。托盤和底座均采用鑄鐵材料。螺桿、螺母設計計算3.1耐磨性計算由耐磨性條件公式：對于梯形螺紋，有h=0.5p,那么耐磨性條件轉化為：式中——螺紋中徑，mm;F——螺旋的軸向載荷，N；H——螺母旋合高度，mm;——引入系數(shù)，=H/;[p]——材料的許用壓強，MPa;查機械設計表5.8，得[p]=18~25MPa，取[p]=20MPa，對于整體式螺母，，取=2.0，那么有。查參考文獻[4]表H.5,試取公稱直徑d=32mm,螺距p=6mm,中徑d2=29mm,小徑d1=25mm,內螺紋大徑D4=33mm。那么螺母高度，螺紋圈數(shù)，α=2β=30°。3.2螺桿強度校核千斤頂螺桿危險截面受軸向力F和扭轉力矩T1的作用，這里的扭轉力矩是螺紋副的摩擦轉矩T1。根據(jù)第四強度理論，螺桿危險截面的強度條件為對于梯形螺紋該式可化為式中——螺桿螺紋的小徑(mm)；——螺桿材料的許用應力(MPa); F——螺桿所受的軸向載荷(N)；T1——螺桿所受轉矩(N·mm),。代入數(shù)據(jù)，而選擇d1=25mm,滿足螺桿強度要求。3.3螺紋牙強度校核因為螺母材料強度低于螺桿，所以螺紋牙的剪切和彎曲破壞大多發(fā)生在螺母上，故可只校核螺母螺紋牙強度。螺母螺紋牙根部剪切強度條件為：式中F——軸向載荷(N)；D4——螺母螺紋大徑(mm);Z——螺紋旋合圈數(shù)；b——螺紋牙根部厚度(mm)，對于梯形螺紋b=0.65p。代入數(shù)據(jù)計算即螺母滿足剪切強度要求。螺母螺紋牙根部的彎曲強度條件為：式中l(wèi)——彎曲力臂，；其它參數(shù)同上。代入數(shù)據(jù)計算即螺母螺紋牙滿足彎曲強度要求。3.4螺紋副自鎖條件校核由螺紋副自鎖條件：式中——螺紋螺旋升角〔°〕，——當量摩擦角(°);——螺紋線數(shù)，n=1;——螺紋導程(mm);——螺紋中徑(mm);——當量摩擦系數(shù),查機械設計表5.10，得=0.08~0.10,取=0.09;代入數(shù)據(jù)因為≤，所以滿足螺紋副自鎖條件要求。3.5螺桿的穩(wěn)定性校核千斤頂?shù)淖畲笊仙叨菻=200mm.那么螺桿的最大工作長度式中——螺母高度(mm)，=58mm;符號參見參考文獻[1]圖3.1；——螺桿與手柄座相接處額尺寸，查手冊知，=10.5mm。假設手柄直徑為d1=26mm,由尺寸經(jīng)驗公式h1=(1.8~2)d1=46.8~54mm取h1=50mm,那么L=200+29+50+10.5=289.5mm那么螺桿的柔度式中——長度系數(shù)，對本千斤頂，看做一端固定、一端自有，那么可取=2；d1——螺紋小徑，d1=25mm。i——螺桿危險截面的慣性半徑(mm),,其中A為危險截面的面積(mm2)。代入數(shù)據(jù)計算對于45#調制鋼，此時螺桿穩(wěn)定的臨界載荷Fc為：式中E——螺桿材料的彈性模量，對于鋼E=2.07×105MPa；I——螺桿危險截面的軸慣性矩(mm4),；代入數(shù)據(jù)計算那么，由壓桿穩(wěn)定條件故螺桿滿足穩(wěn)定性要求。螺母外徑及凸緣設計根據(jù)經(jīng)驗公式，螺母外徑D2≈1.5d=1.5×32=48mm;螺母凸緣外徑D3≈1.4D2=1.4×48=67.2mm;螺母凸緣厚b=(0.2~0.3)H=(0.2~0.3)×58=11.6~17.4mm，取b=15mm。手柄設計加在手柄上的力需要克服螺紋副之間的摩擦阻力矩T1和托杯支撐面間的摩擦力矩T2。設加在手柄上的力F1=300N，手柄長度為L1，那么有F1L1=T1+T2。對于T1和T2，有90929.3N·mm公式中的符號見參考書[1]圖3.2和圖3.3。根據(jù)經(jīng)驗公式，mm,取D=55mm;mm，取D1=25mm。托杯材料選擇鑄鐵，手柄選擇Q235，摩擦因數(shù)f=0.12,那么≈那么手柄長度，取=200mm,加套筒長500mm。設手柄所受最大彎曲應力為σ，查參考文獻[2]表10.1,，查參考文獻[3],得，那么=112.5~150MPa,取=125MPa。那么手柄直徑d1應滿足，轉化為：取手柄直徑d1=26mm。底座設計螺桿下落至底面，再留20~30mm的空間，底座鑄造起模斜度1:10，壁厚。由經(jīng)驗公式，S=(1.5~2)=12~16mm,取S=16mm。各符號見參考書[1]圖3.2和圖3.3。D5由結構設計確定，D5=128mm。D4=1.4D5=1.4*128=179.2mm。結構確定后校核下底面的擠壓應力：MPa有結果可知，千斤頂在最大載荷下，可以在木材上使用。底面材料選擇鑄鐵HT100，查表得鑄鐵件壁厚為10~20mm時，，。顯然，，下外表強度滿足設計要求。上外表校核：，查參考文獻[4]表B.4，得[σb]=195MPa,<[σb]。故上外表滿足強度要求。其余各局部尺寸及參數(shù)〔符號見參考書[1]圖3.2和圖3.3〕，取=76mm；，取D=55mm；，取=24mm;，取=55mm；，取=50mm；，取=18mm；，取=6mm；，取=6mm；，取=6mm。固定托盤用的擋圈內徑8mm，外徑26