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1、机制机制 081 胡凯雷胡凯雷 3080611009511 设计简单千斤顶的螺纹和螺母的主要尺寸。起重量为 20000N，起重高度为 150mm，材料自选。解：1.、螺杆的设计与计算、螺杆的设计与计算（1）选用材料。）选用材料。螺杆材料选用 45 号钢， =300MPa。查表确定需用p=15MPa。s（2）确定螺纹牙型。）确定螺纹牙型。梯形螺纹的工艺性好，牙根强度高，对中性好，本设计采用梯形螺纹。（3）按耐磨性计算初选螺纹的中径。）按耐磨性计算初选螺纹的中径。因选用梯形螺纹且螺母兼作支承,故取 =2.5,根据教材式(5-43)得mm 2200000.818.52.5 15000000Fdp(4
2、)按螺杆抗压强度初选螺纹的内径。按螺杆抗压强度初选螺纹的内径。根据第四强度理论,其强度条件为223 ca但对中小尺寸的螺杆,可认为,所以上式可简化为0.5221.331.3 s caQ AS式中,A 为螺杆螺纹段的危险截面,A=;S 为螺杆稳定性2 14dmm安全系数,对于传力螺纹,S=3.55.0；对于传导螺旋,S=2.54.0;对于精密螺杆或水平,S4.本千斤顶取值 S=5.故mm14 1.34 1.3 5 2000023.53.14 300sSQd (5) 综合考虑综合考虑,确定螺杆直径确定螺杆直径.比较耐磨性计算和抗压强度计算的结果,可知本例螺杆直径的选定应以抗压强度计算的结果为准,按
3、国家标准 GB/T57961986 选定螺杆尺寸参数:公称自径 d=24mm,螺纹外径;螺纹内径124.5dmm;螺纹中径;螺纹线数 n=1,螺距 P=5mm.218.5dmm021.5dmm(6) 校核螺旋的自锁能力校核螺旋的自锁能力。对传力螺纹传动来说,一般应确保自锁性要求,以避免事故.本螺旋的材料为钢,螺母的材料为青铜,钢对青铜的摩擦系数 f=0.09(查).因梯形螺纹牙型角=,所以30o152o27arctanarctan3 93.14 40.5nP do0.09arctanarctanarctan519coscos15vvffo o因,可以满足自锁要求.v注意:若自锁型不足,可增大螺
4、杆直径或减小螺距进行调整.(7) 螺纹牙的强度计算螺纹牙的强度计算.由于螺杆材料强度一般远大于螺母材料强度,因此只需要校核螺母螺纹的牙根强度.(8)螺杆的稳定性计算螺杆的稳定性计算.当轴向压力大于某一临界值时,螺杆会发生测向弯曲,丧失稳定性.取 B=40mm, 则螺杆的工作长度15040252152HlLBmm螺杆危险截面的惯性半径118.54.644dimm螺杆的长度系数:按一端自由,一端固定考虑,取2螺杆的柔度: 2 21593.484.6sl i因此本例螺杆 40100,为中柔度压杆,其失稳时的临界载荷s按欧拉公式计算得 2342223.142.06 103.14 18.5 64613.
5、29 2 215cEIQKN l 所以满足稳定性要求.2、螺母的设计与计算、螺母的设计与计算 (1)(1)选取螺母材料选取螺母材料螺母材料一般可选用青铜，对于尺寸较大的螺母可采用钢或铸铁制造，其内孔浇注青铜或巴氏合金,次选青铜。此螺母要兼作支撑，因选,所以2.522.5 21.553.8Hdmm取为 54mm.螺纹圈数计算: 5410.85HzP螺纹圈数最好不要超过 10 圈,因此宜作调整.一般手段是在不影响自锁性要求的前提下,可适当增大螺距 P,而本螺杆直径的选定以抗压强度计算结果为准,耐磨性已相当富裕,所以可适当减低螺母高度.现取螺母高度 H=50mm,则螺纹圈数 z=10,满足要求.61
6、3.2930.663.55.020c cQSQ(2) 螺纹牙的强度计算螺纹牙的强度计算.根据教材表 513,对于青铜螺母3040MPa，这里取 =30MPa，由教材式(5-50)得螺纹牙危险截面得剪切应力为 200008.03.14 24.5 0.65 5 10FMPaDbu 满足要求.螺母螺纹根部一般不会弯曲折断,通过可以不进行弯曲强度校核.（3）安装要求）安装要求螺母压入底座上的孔内，圆柱接触面问的配合常采用或等配合。为了安78 rH78 nH装简便，需在螺母下端和底座孔上端做出倒角。为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉，紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为 612mm。螺母的相关尺
7、寸计算 查手册 D=d+1=25mm内螺纹小径 D1=d-7=17mmD3= (1.61.8)D=1.725D4= (1.31.4)D3=1.343H=54mma=H/3=54/3=18mm3 3、托杯的设计与计算托杯的设计与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。为了使其与重物接触良好和防止与重物之间出现相对滑动，在托杯上表面制有切口的沟纹。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。p （式 1-1
8、）4)DD(2 112 12Fp式中：p许用压强，应取托杯与螺杆材料p的小者。D10=(2.42.5)d=2.45 24D11=(0.60.7）d=0.65 24D13=(1.71.9)d=1.8 24D12=D13-(24)故 4)DD(2 112 12Fpp= 2220000 3.14 0.0400.01644 4、手柄设计与计算、手柄设计与计算.1.1、手柄材料、手柄材料常用 Q235 和 Q215。2 2、手柄长度、手柄长度L Lp p板动手柄的力矩：KLp=T1+T2 则 （式KTTL21 p1-2）式中：K加于手柄上一个工人的臂力，间歇工作时，约为150250N，工作时间较长时为
9、100150N。T1螺旋副间的摩擦阻力矩，=20103tan(5.32+3.15) 318.5102T2托杯与轴端支承面的摩擦力矩， T2 = (D12+D11) f F/4。 (f查手册取0.06)=(40+16) 0.0620/4则 KTTL21 p= 27.55 16.8 230手柄计算长度 Lp是螺杆中心到人手施力点的距离，考虑螺杆头部尺寸及工人握手距离，手柄实际长度还应加上+（50150）2D13mm。手柄实际长度不应超过千斤顶，使用时可在手柄上另加套管。因此，手柄实际长度=+55 pLpL2723 3、手柄直径、手柄直径 d dp p把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径 d
10、p，其强度。2)tan(2 1dFTv条件为F （式 1-3）3 pp Fd1 . 0KL故 dp 3Fp 1 . 0KL=28.33mm36101201 . 0186. 1230 dp取 30mm式中：F手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为 Q215 和 Q235 时，F=120Mpa。5.5. 底座设计底座设计底座材料常用铸铁（HT150 及 HT200） ，铸件的壁厚 不应小于812mm，为了增加底座的稳定性，底部尺寸应大些，因此将其外形制成 110的斜度。底座结构及尺寸如图 17图中 H1= +（1428）mm =150+20=170mm0HH-a=54-18=36mmD=d+1(查手册) =24+1D6=D3+（510）mm =43+6D7=D6+=49+ 51H170 5D8=2 7 pD4F=24 20000833.14 2式中：p底座下枕垫物的许用挤压应力。对于木材，取p=22.5MPa。参考文献1邱宣怀.机械设计M.北京:高等教育出版社,1997.2孙维连,魏凤兰.工程材料M.北京:中国农业大学出版社,2006.3于惠力.机械设计M.科学出版社,2007.4吴宗泽.机械设计课程设计手册M.北京:高等教育出版社,20065濮良贵，机械设计第八版，高等教育出版社。
