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1、精密机械设计基础大作业 班级：工院九系11级 学号：PB11009xxx 姓名：xxx 设计题目：螺旋千斤顶 日期：2014/4/8 2 目录 一 设计题目2 二 螺旋千斤顶的设计过程3 1 螺旋副的设计 3 1.1 选择牙型 3 1.2 选择螺杆与螺母材料 3 1.3 确定螺杆直径和螺母高度 3 1.4 自锁性校核及效率计算 4 1.5 螺杆及螺纹强度校核 5 1.5.1 螺杆的强度计算 5 1.5.2 螺纹的强度计算 5 1.6 螺杆的稳定性校核 6 1.7 螺旋副其他尺寸确定 7 1.7.1 螺杆相关尺寸确定 7 1.7.2 螺母相关尺寸确定 8 2 手柄设计及校核9 3 托杯的设计及校
2、核9 4 底座的设计及校核10 5 相关配合的选择11 三 参考资料11 3 一、设计题目 、目的 1.培养学生综合应用所学基础理论课和专业课程知识， 初步掌握机械装置的一 般设计方法和步骤，培养学生的设计计算能力。 2.通过设计，让学生熟悉国家标准、图册、手册及有关规范，培养学生独立分 析问题和解决问题的能力。 、题目 螺旋千斤顶 最大起重量：Qmax10kN， 最大升距：Hmax200mm 、设计内容 1.设计计算说明书一份(10页，3000字)。 2.装配图一张(1号)，主要零件图。 （螺杆、螺母、支座等） 3.选择螺旋材料，设计螺旋尺寸， 校核螺旋自锁条件、强度和稳定性。 4.选择螺母
3、材料， 设计螺纹圈数和螺母其它部分尺寸。 5.确定手柄的截面尺寸和长度。 6.要求运动轻便灵活。图一 7.设计其它部分的结构和尺寸。 、设计要求： 1.装配图 a.视图符合国家标准，装配关系正确，结构布置合理，能满足设计要求。 b.正确标注装配尺寸及轮廓尺寸，主要配合尺寸要标注配合精度。 c.列出零件明细表及标题栏，提出必要的装配技术要求。 2.零件图 a.零件图表达完整合理，比例合适，尺寸形状与装配图一致。 b.尺寸标注完整合理， 标注粗糙度、 尺寸公差、 材料、 热处理和技术要求等。 3.写出设计计算说明书(16开纸10页3000字左右)应包括: a.设计任务和设计原始数据； b.结构方案
4、的分析和选择(结构,牙形,材料,强度,失效,安装,工艺,标准化 等)； c.设计计算应参考有关资料按步骤进行，写明计算公式，代入原始数据， 写 出结果和单位。计算公式和设计参数标明来源1,2.。 d.列出参考资料1,2.。 4 二、螺旋千斤顶的设计过程 1.螺旋副的设计 1.1 选择牙型 千斤顶为传力螺旋传动，故应采用梯形螺纹，牙型角=30 1.2 选择螺杆与螺母材料 为使螺杆具有较高的性能以及螺母有较好的耐磨性 ，螺杆采用45钢，调制 处理MPa S 360,又由表可得MPa s 72120 53 360 53 ，手动可取 MPa100。螺母材料选ZCuAl10Fe3。由表得MPa bp 6
5、040，取MPa50； MPa p 4030，取MPa35。千斤顶系手动低速，由表得MPaP2518，取 MPa20。 1.3 确定螺杆直径和螺母高度 按耐磨性条件确定螺杆中径d2，并按标准值选取相应的公称直径d、螺距t、 螺母高度H等其他尺寸。 计算过程： 因为磨损的速度与螺纹工作表面压强的大小有直接关系， 所以为了提高螺旋 运动的寿命，必须限制螺纹工作表面的压强，使其小于等于许用压强p，即 2 p hHd PF A F p aa 式中p螺纹工作表面实际平均压强 p许用压强 Fa轴向载荷 d2螺纹中径 P螺纹的螺距 H螺母的高度 h螺纹工作高度，对于梯形螺纹h=0.5P。令 2 dH，由于对
6、于整体式螺 母，=1.22.5，这里取2。 则上式可以写成 8 . 0 2 p F ph PF d aa 5 计算得mmmd 7 . 12127 . 0 2 查机械制图附表国标GB/T5796.2-2005、GB/T5796.3-2005， 取中径d2=16mm，公称直径d=18mm，螺距P=4mm，螺杆小径d1=13.5mm,螺母大 径D4=18.5mm，螺母小径D1=14mm。 刀槽宽度4b=1.5p=1.5=6mm， 螺母高度mmdH32162 2 ，旋合圈数108 P H n，符合螺纹间载 荷实际分布的要求。 使用原式进行验算 43.12 2 pMPa hHd PF p a 符合许用应
7、力要求 1.4 自锁性校核及效率计算 对于传力螺距，为避免螺旋副因摩擦力过大而转动不灵活，应进行效率的计 算，以便确定原动机的功率和螺旋副的自锁条件。 由工程力学可知，当螺旋受轴向载荷 a F 的作用时，欲使螺旋运动所需要的 驱动力矩为 )tan( 2 2 va d FT 当转动螺母一转时，所需输入功为 )tan(2 21va FdTW 此时，推动负载所做的有用功为 tan 21aha FdPFW 故螺旋传动的效率为 )tan( tan 2 1 v W W 驱动力矩T去除后，其传动效率变为 tan )tan( 2 1v W W 故螺旋自锁条件为 v 6 由于为单头螺纹，导程S=P=4mm，故螺
8、纹升角为 55 . 4 arctan 2 d S 由表，钢对青铜10 . 0 08 . 0 f，这里取09 . 0 f，计算得 32 . 5 cos arctan f 显然 v ，符合自锁条件。 由以上结果，可以计算得到： 螺旋运动所需要的驱动力矩mmNT13919 螺旋传动的传动效率为% 7 . 45 1.5螺杆及螺纹强度校核 1.5.1 螺杆的强度计算 螺杆的强度可按第四强度理论进行验算，其计算公式为 ) 2 . 0 (3) 4 ( 2 3 1 2 2 1 d T d F 式中 1 d螺杆螺纹小径 a F轴向载荷 T转矩 可计算得MPaMPa10033.85) 5 . 132 . 0 13
9、919 (3) 5 . 13 100004 ( 2 3 2 2 符合强度计算条件 1.5.2 螺纹的强度计算 由于螺杆材料强度一般比螺母材料强度高，因此只需验算螺母螺纹强度。 螺母螺纹强度可按下列公式验算 剪切强度 dbn Fa 弯曲强度 3 2 b a b nDb hF 式中b螺纹根部宽度，对于梯形螺纹b=0.65P； h螺纹高度； 7 可求出 Mpa Dbn Fa 27 . 8 8465 . 0 5 . 1814 . 3 100000 Mpa nDb hFa b 01.19 8)465 . 0 ( 5 . 1814 . 3 21000033 22 故, bb ，螺母螺纹符合剪切和弯曲强度条
10、件。 1.6 螺杆的稳定性校核 受轴向压力的螺杆，当轴向压力较大，且螺杆长度与直径的比值较大时， 螺 杆可能失去稳定而产生侧向弯曲，因此，应对螺杆进行稳定性验算。根据工程力 学，螺杆失稳时的临界轴向载荷为 2 2 )( L EI F a ac 式中L螺杆的最大工作长度，一般取为螺杆支承间的距离； a I螺杆截面的截面惯性矩，在梯形螺纹的稳定性验算中，按螺纹中 径计算，即 64 2 d Ia E螺杆材料的弹性模量； 长度系数，与螺杆的支承情况有关。 为方便计算 将上式化简为 2 2 2 L d mFac m螺杆支承系数， 2 3 64 E m 对于一端固定，一端自由的螺杆，取 2 /1028 4
11、 mmNm 又由表得，千斤顶螺杆上部安装手柄手柄处的高mmdh36 4 . 32)0 . 28 . 1 ( 1 ， 取mm36，螺杆的最大工作长度L应为最大起重高加 1 h，故mmhHL236 1max 故可得kNFac 5 . 329238161028 244 F a ac S F F S45 . 233 所以螺杆符合稳定性要求。 8 图二 千斤顶基本结构 1.7螺旋副其他尺寸确定 1.7.1 螺杆相关尺寸确定 图三 螺杆基本形状 9 退刀槽宽度mmpb65 . 1 1 螺纹部分总长度mmHHL232 max 膨大部分宽度mmdD 4 . 32 8 . 28)8 . 16 . 1 (，取mm
12、D30。 膨大部分高度mmdh36 4 . 32)28 . 1 ( 1 ，取mmh35 1 。 与托杯配合部分mmdD 4 . 14 8 . 10)8 . 06 . 0( 1 ，取mmD12 1 顶部伸出部分，取mmh10 2 为了防止托杯从螺杆中脱落，在螺杆两端应安置钢制挡圈，设计挡圈尺寸 mmD22mmH5。 挡圈用开槽盘头螺钉(GB/T67-2000)124M固定在螺杆顶 部。 1.7.2螺母相关尺寸确定 图四 螺母基本形状 根据机械设计手册，可得以下设计参数 螺母直径mmdD275 . 1 2 螺母外缘直径mmDD 8 . 374 . 1 23 ，取mmD40 3 螺母外援厚度mmHb
13、6 . 94 . 6)3 . 02 . 0(，取mmb7 为确保螺母与底座的周向固定，使用开槽锥端紧定螺钉（GB/T 73）124M 来进行固定。 10 2.手柄设计及校核 图五 手柄基本形状 手柄通常采用Q235，Q215。本千斤顶拟采用Q235作为手柄材料。 千斤顶工作时，mmNT13919。设人所施力大概为100N。取总长L=200mm 即可实现T的大小。 手柄工作时主要受弯曲应力的影响。根据材料力学知识，有 32 W 3 z max d TT 。 取手柄直径mmd15，计算求得MPa42 max 查机械手册第一卷，可得Q235MPa225 b ，满足强度需求。 设计时为了防止手柄从手柄
14、孔中滑脱，在一端设计固结的如图所示的球头， 为使比例保持协调，取球头mmR20。另一端用螺钉或铆合固定。因为手柄的 精度要求不高，如图计算选用的螺钉为（GB/T68-2000）124M,而挡环尺寸为 D=22mm，厚H=5mm。 3.托杯的设计及校核 图六 托杯基本形状 查机械设计手册，根据经验公式，有 壁厚：10mm8，取mm8。 杯高：mm3042D10.8h，取30mm。 11 螺孔部分mmD12 1 由于托杯底表面压强校核： 22 1 1 () 4 F pp DD 计算得：MPaMPap100 7 . 49满足强度要求。 4.底座的设计及校核 图七 底座基本形状 底座一般选用灰口铸铁铸造而成，故选用HT200作为底座材料，底座外形制 成1：10的锥度。 根据机械手册经验公式 壁厚10mm8，取0mm1。 底板厚度mm201525
