哈尔滨工业大学螺旋起重器(千斤顶)设计说明书

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哈尔滨工业大学机械设计作业任务书

题目:螺旋起重器; 原始数据:起重Q=40KN,最大起重高度H=200mm。

杆上方，与螺杆相连但不随着螺杆转动，托杯直接重物。上挡圈防止托杯脱落，下挡圈防止螺杆由螺母脱落。为了满足以上工作要求，螺杆和螺母以及整体结构必须保证具有足够的强度、耐磨性，能自锁，稳定性合格。

2.选择材料和许用应力：千斤顶采用梯形螺纹螺旋传动。

螺杆则采用45﹟钢，调质处理；查机械设计手册表得σs=360 MPa 查机械设计表5.9得 [σ]=错误！未指定书签。σs/（3~5） 手动可取[σ]=100Mpa；由于螺母与螺杆存在滑动磨损，故采用强度高、耐磨、摩擦系数小的铸铝青铜ZCuAl10Fe3；查表5.9得螺母材料的许用切应力为[τ] =35 MPa 许用弯曲应力为

[σ]b=50 Mpa；紧定螺钉、六角螺母均采用标准件。

Ps Fp [p]；梯形螺纹，h=0.5p,

则d2 d2hH

式中:d2螺纹中径，mm; F为螺旋的轴向载荷，N；H为螺母旋合高度，mm;

为引入系数，H/d2; [p]为材料的许用压强，MPa;

注：查机械设计手册可得：

=1.8,h=0.5p,[p]=20MPa;d2

查机械设计课程设计 表11.5; =26.7mm

由GB/T5796.3-1986得：取 d=34mm，d2=31mm,d1=27mm,P=6mm;

螺母高度H1= d2=1.8*31mm=55.8mm 螺纹圈数z= H1/ P=55.8/6=9.3圈

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梯形螺纹校核条件

：d1 式中：d1螺杆螺纹的小径，mm；[ ]螺杆材料的许用应力,MPa;F 螺杆材料所受的轴向载荷，N；

d1 校核通过；

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5.螺纹牙强度校核 F3Fh [ ] [ ]b ; 'b'2 *d*b*z dzb

式中: 螺纹牙根所受的剪切力应力,MPa; b螺纹牙根所受的弯曲应力,MPa;

F 螺纹牙所受的轴向载荷,N;d 螺母螺纹大直径,mm;z 螺纹旋合圈数; '

b 螺纹牙根厚,梯形螺纹b=0.65p=3.9mm,h=0.5p=3mm;h 螺纹牙的工作高度,mm;

[ ]螺母材料的许用剪切应力,MPa; b螺母材料的许用剪切应力,MPa; 40KN 10.0MPa [ ] =35 MPa *35mm*3.9mm*9.3

3*40KN*3mm b 23.1MPa [ ]b=50 MPa;所以螺纹牙强度满足要求。 2 *35*9.3*（3.9mm）;

6.螺纹自锁性校核

根据: ', ' arctan(f')

'式中: 为螺纹升角,度; 当量摩擦角,度;n 螺纹线数;

径,mm;p 螺纹导程,mm; d2 螺纹中f' 当量摩擦系数,查机械设计表5.10得了0.09;

1*6) 3.53 *31 arctan(

' arctan(0.09) 5.14 所以 ',满足自锁性条件。

7.螺杆稳定性校核

千斤顶上升的最大限度高度为H=200mm；

L=200+H/2+50+h退刀槽 =200+56/2+47+5=280mm

4 L d1

式中 螺杆的柔度； 螺杆长度系数；L 工作最大长度，mm;d1 螺杆螺纹的中径，mm; 查机械设计表5.11得： =2.0

4*2.0*280 80.0 85所以 28

式中 *d12490Fc *1 0.0002 24 Fc 螺杆稳定的临界载荷，N；

Fc123kN490 *272

3.075≥2.5~4 Fc * 123KN ;2F40kN1 0.0002*80.04

所以，螺杆符合稳定性要求。

8.螺母外径及凸缘设计

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根据经验公式设计如下尺寸: （图略）

对凸缘所受剪切应力和挤压应力校核：

F4*40KNF40KN 28.3MPa [ ]; 34.4MPa [ p]; pA *56*8mm2A *(522 352)mm2

[ ] 螺母材料的许用剪切应力,MPa; s 螺母材料的屈服极限，MPa； 式中

查机设课程设计P108 GB/T1176-1987得[ ]=35MPa,

所以螺母具体参数如上图所示。

千斤顶工作时，螺母所受的旋转力矩为T s=180MPa,[ p]=0.8 s=144MPa。

T F*tan( ')*d2

2

' ;式中F 螺母工作时所受的轴向载荷，N； 为螺纹升角,度; 当量摩擦角,度;d2 螺纹中径，mm;

T=40KN*tan(3.527°+4.574°)*15.5mm=88.75Nm;

手柄所受最大弯曲应力为 max,人所施力大概为200N。 max TT Wz d3

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3 式中：T 手柄所受的弯曲力矩，Nm;Wz 圆柱形手柄的抗弯截面系数，cm;d 手柄的直径，mm;

max 88.75Nm 57.89MPa;L=88.75Nm/200N=0.44375m取0.45m; *253mm3

32

拟定所选材料为Q235, 查机械设计手机得: max [ ]b 225MPa;所以手柄的具体参数如下：材料

Q235 长度 L=450mm 直径 d=25mm 。

上表面校核 b1 F4*40KN 40.3MPa 222A1 *(63 52)mm

F4*40KN 2.7MPa A2 *(1832 1202)mm2下表面校核 b2

选定底座材料为HT200； 查机械设计课程设计表P104 GB/T9439-1988 得 b=195Mpa； 所以上下两表面均满足挤压要求。 显然底座稳定性无需校核。

11.参考文献1 陈铁鸣主编.机械设计.第3版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003

2 王连明，宋宝玉主编.机械设计课程设计.修订版. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003 3 成大先主编.机械设计手册.第一版.化学工业出版社，2000