機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)63千斤頂機(jī)械設(shè)計(jì)說明書

- 1 - 機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 題目：設(shè)計(jì)螺旋起重器（千斤頂） 班號(hào) ： 0408109 姓名 ： cxxxxx 學(xué)號(hào) ： 1040810921 專業(yè) ： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)院 ： 機(jī)電工程學(xué)院 2006.10.8 - 2 - 機(jī)械設(shè)計(jì)作業(yè)任務(wù)書 題目：設(shè)計(jì)螺旋起重器（千斤頂） 一設(shè)計(jì)要求： 螺旋起重器是一種簡單的起重裝置，用手推動(dòng)手柄即可起升重物。它一般由底座、螺桿、螺母、托杯、手柄、扳手等零件組成。 已知數(shù)據(jù)： 起重量 Q=50kN 最大起重高度 H=150mm 手柄上的作用力 F =300N 千斤 頂?shù)氖芰Ψ治龊唸D如下所示： - 3 - 二工作量 1設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份，主要包括起重器各部分尺寸的計(jì)算，強(qiáng)度、自鎖性、穩(wěn)定性校核等。 2裝配圖一張，畫出起重器的全部結(jié)構(gòu)，標(biāo)注必要的尺寸與零件編號(hào)，填寫標(biāo)題欄與明細(xì)表。 一、選材 考慮到千斤頂?shù)墓ぷ饕螅輻U的材料應(yīng)該有一定的強(qiáng)度要求，故選用 45#鋼。螺母的材料除了要有足夠的強(qiáng)度外，還要求與螺桿配合時(shí)摩擦系數(shù)小、耐磨，根據(jù)千斤頂工作時(shí)符合重載低速的工作條件，故選用強(qiáng)度較高的鑄鋁青銅（ ZCuAl10Fe3）作為螺母的制造 材料。 二、相關(guān)參數(shù)計(jì)算 螺旋千斤頂工作時(shí)螺旋部分要克服很大的軸向載荷，而且傳力過程具有間歇性，每次工作時(shí)間短，速度也不高，但軸向力很大，通常需要自鎖，而且因工作時(shí)間短，不要求高效率。根據(jù)以上分析，傳力螺旋選為梯形螺紋。螺旋工作時(shí)，螺桿承受軸向載荷和轉(zhuǎn)矩，螺桿和螺母的螺紋承受擠壓、彎曲和剪切應(yīng)力。具體計(jì)算過程如下所示： 1、螺桿強(qiáng)度計(jì)算 由第四強(qiáng)度理論，螺桿危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度條件為： = )16(3)4( 2311221 dTdF 式中 d1 螺桿螺紋小徑， mm； 螺桿材料的許用應(yīng)力， MPa； F 螺桿所受軸向力， N； T1 螺桿所受轉(zhuǎn)矩， N mm， T1=Ftan( )22d； F = Q = 50kN 對于傳力螺旋，因所受軸向力大、速度低，梯形螺紋，可將上 式整理化簡為25.141 Fd 可由螺栓性能等級(jí)表及普通螺栓緊連接許用應(yīng)力和安全系數(shù)表查得。 - 4 - 當(dāng)螺栓公稱直徑為 M16 30 時(shí)，有 =ss，其中 S=35 ， 當(dāng)螺栓機(jī)械性能等級(jí)取 5.8 時(shí)，有 s=355MPa 故取 S=5，則 =ss= 71 MPa。 所以，25.141 Fd =33.49mm 查閱梯形螺紋基本尺寸、極限尺寸及偏差表可選定如下尺寸系列： 小徑 d1=35mm 中徑 d2=38.5mm 公稱直徑 d =42mm 大徑 d=43mm 螺距 p=7mm 2、耐磨性計(jì)算 螺紋耐磨條件為： Ps= 22PhHdFPhZd FAF 式中 p 許用壓強(qiáng) , MPa; P 螺距， mm; H 螺紋旋合高度， mm; h 螺紋工作高度， mm; d2 螺紋中徑， mm。 對于梯形螺紋， h=0.5P , 所以 d8.02 PF其中 為引用系數(shù)，且2dH 所以可得到 ;H 0.64F/d2P P 可查閱滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的許用壓強(qiáng)表得 P=1825MPa ，令 P=18MPa 由于人力驅(qū)動(dòng)，所以 P=18 1.2=21.6Mpa (因?yàn)?Z=H/P) 代入數(shù)據(jù)，可得到 Z 5.5 取 Z=9，則 H 螺母 =ZP=63mm 由于旋合各圈受力不均，應(yīng)使螺紋旋合圈數(shù) 10Z 所以，滿足耐磨性條件。 - 5 - 三、螺紋牙強(qiáng)度計(jì)算 1、由于螺母材料強(qiáng)度低于螺桿，故螺紋牙的剪切和彎曲破壞大多發(fā)生在螺母上，可將螺母螺紋牙展開為一個(gè)懸臂梁，則螺紋牙的根部剪切強(qiáng)度校核計(jì)算式為： bzdF 式中 螺母材料的許用切應(yīng)力， MPa , 且可查螺桿和螺母的許用應(yīng)力表得 MPa4030 d 螺母螺紋大徑， mm，查 表可得 d=43mm； b 螺紋牙根部厚， mm,且對于梯形螺紋有： b=0.65p; Z 螺紋旋和圈數(shù)，且 Z=6 所以 56.13106765.0104314.3 105065.0 33 3 M PapZd FbZd F 2、彎曲強(qiáng)度計(jì)算式為： bb zbdFhbdhZF36222 式中 h 螺紋牙的工作高度， mm，且對梯形螺紋有 h=0.5p ； b 螺母材料的許用彎曲應(yīng)力， MPa, 查閱螺桿和螺母的許用應(yīng)力表可得： b=4060MPa 。 所以 bb M P azbdFhbdhZF3.31)10765.0(6104314.31065.0105033622333322 故滿足剪切和彎曲強(qiáng)度條件。 - 6 - 四 .自鎖條件校核 根據(jù) 螺旋傳動(dòng)螺紋副的當(dāng)量摩擦系數(shù) 表，當(dāng)螺桿和螺母材料為鋼對青銅時(shí)， 31.35.387a r c t a na r c t a n2 dnp 當(dāng)量摩擦系數(shù)為 10.008.0 f ，安全起見，取 08.0f ， 則 31.358.408.0a r c t a na r c t a n f 所以，滿足自鎖條件。 五、 螺桿穩(wěn)定性計(jì)算 對于細(xì)長受壓螺桿，當(dāng)軸向壓力大于某一臨界值時(shí)螺桿會(huì)發(fā)生橫向彎曲而失效，其穩(wěn)定性條件式為： 45.2FFc 式中 Fc 保持螺桿穩(wěn)定的臨界載荷。 對螺桿分析有： 螺桿長度 L=H+h1+h 退刀槽 +H 螺母 /2， 式中 H 螺桿工作高度， mm,且 H=150mm H 螺母 螺母高度， mm， H 螺母 =42mm h 退刀槽 =4mm h1=(1.8-2.0)d1 ，可取為 64mm 代入數(shù)據(jù) ，則 L=249.5mm 14d lil 當(dāng)螺桿為一端固定一段自由時(shí)， =2.0 ，所以 03.5735 5.2490.2441 d li l 由 85 可得 kNdFc 49.2854)03.570 0 0 2.01( 3514.349040 0 0 2.01 490 22212 所以 71.550 49.285 FFc，符合 45.2FFc的穩(wěn)定性要求。 - 7 - 六 .手柄設(shè)計(jì) 扳動(dòng)手柄時(shí)要克服螺紋副的摩擦力矩 T 其中 T=Ftan( )22d Nm445.1332 105.38)58.431.3t a n (105033 取定扳動(dòng)扳手時(shí)力大小為 F=300N，則手柄工作長度為 mFTl 448.0300 445.133. 對手柄的彎曲應(yīng)力進(jìn)行校核計(jì)算： 式中 d 手柄直徑， mm； b 手柄的許用彎曲應(yīng)力， MPa,且25.1 sb 手柄材料選用 45#鋼，查閱材料力學(xué)性能表，有 MPas 355，令 S=2， 則 M P asb 5.17723552 取 d=22mm,則 bb M P adFl 22.971.0 3 滿足條件所以，手柄長度 L=0.448m 滿足要求 七 .底座設(shè)計(jì) 令 ,10mm 則 mmS 15105.15.1 mmDSDD )17()101(2 556 ， 54 4.1 DD 令 D5=142mm,則 mmDD 125171421756 mmDD 8.1981424.14.164 則底面的擠壓應(yīng)力為 MP aDD FAFp 66.210)1258.198(14.3 10504)( 4 622 32624 當(dāng)選取底面材料為混凝土?xí)r有許用擠壓應(yīng)力 MPap 32 由pp 可知，底面設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度條件。 - 8 - 八 .其他參數(shù)設(shè)計(jì) 1、螺釘與擋圈選擇：為防止螺桿全部從螺母中旋出去，螺桿底部必須有一個(gè)擋圈，并用螺釘加以固定，擋圈外徑 d4（ d4 ） d）取為 48mm，其厚度取為 6 mm ,螺釘公稱直徑選為 M8，螺桿頂部螺釘作同樣選擇。 2、緊定螺釘選擇： 用緊定螺釘將螺母固定以防止螺母隨螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，取緊定螺釘直徑為 M8。 3、所有（包括托杯）零件的參數(shù) : 螺桿： d=42mm d1=35mm d2=38.5mm P=7mm H=63mm Z=9 手柄： L=448mm d =22mm 底座： =10mm s=15mm D4=198.8mm D5=142mm D6=125mm 托杯： DT=（ 2.0 2.5） d=92mm t=6mm 1=10mm a=8mm D1=(0.6 0.8)d=28mm h2=(0.6 0.8)D1=18mm D=(1.6 1.8)d=68mm h=(0.8 1)D=55mm h1=64mm D2 1.5d=62mm D3 1.4D2=86mm b=(0.2 0.3)H=16mm - 9 - 九、設(shè)計(jì)總結(jié) 在本次螺旋傳動(dòng)系統(tǒng)（千斤頂）的 設(shè)計(jì)過程中，分別涉及到材料的選擇、強(qiáng)度的計(jì)算與校核、穩(wěn)定性的計(jì)算與校核、耐磨性及自鎖條件的相關(guān)分析等多個(gè)方面的知識(shí)。通過大量的翻閱教材和有關(guān)資料，我們不僅了解了機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般流程和具體注意問題，也對機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及強(qiáng)度等情況的分析有了深刻的認(rèn)識(shí)與了解，同時(shí)也鍛煉了我們用理論知識(shí)來解決實(shí)際問題的能力。這不但是我們課程設(shè)計(jì)大作業(yè)順利完成的必由之路，而且為我們?nèi)蘸蟮膶W(xué)習(xí)和工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 當(dāng)然，我們在設(shè)計(jì)過程中也遇到一些前所未有的問題，諸如各種表格的靈活運(yùn)用與分析，各個(gè)零件 參數(shù)的反復(fù)選取與多次校核等，這些 問題都是我們以前的些許經(jīng)驗(yàn)所難能解決的。通過這次課程設(shè)計(jì)，我們汲取了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，學(xué)會(huì)了更多的思考和設(shè)計(jì)方法，同時(shí)，我們的設(shè)計(jì)思維也有了開拓與進(jìn)展。 最后，由于這次設(shè)計(jì)涉及到千斤頂系統(tǒng)的方方面面，這為我們培養(yǎng)細(xì)致入微的考慮問題、分析問題的習(xí)慣做好了鋪墊，也