第一篇：機械設計大作業——千斤頂

機械設計大作業

螺旋起重器設計說明書

一、設計題目（3.1.3）

螺旋起重器（千斤頂）

已知條件：起重量FQ=50KN，最大起重高度H=150mm。

二、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，故選用45#鋼，調質處理。查參考文獻[2]表10.2得σs=355MPa,[?]??s3~5,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、摩擦系數小的鑄鋁青銅ZCuAl10Fe3(考慮速度低)，查表得螺母材料的許用切應力[?]?30~40MPa,取[?]=35MPa；許用彎曲應力

[σb]=40~60MPa, 取[σb]=50MPa。

托杯和底座均采用鑄鐵材料。

三、螺桿、螺母設計計算

3.1 耐磨性計算

由耐磨性條件公式：

Ps?FA?F?p??d2?h?H?[p]

對于梯形螺紋，有h=0.5p,那么耐磨性條件轉化為： d2?0.8式中

d2——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，?=H/d2;

F?[p] [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d2?0.8??1.2~2.5，50KN2.0*20MPa?28.3mm。查參考文獻[4]表H.5,試取公稱直徑d=36mm,螺距p=6mm,中徑d2=33mm,小徑d1=29mm,內螺紋大徑D4=37mm。那么螺母高度H???d2?2.0*33?66mm，螺紋圈數

z?Hp?666?11，按要求取10，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。根據第四強度理論，螺桿危險截面的強度條件為

??(4F?d12)?3(216T1?d13)?[?]

對于梯形螺紋該式可化為 d1?4*1.25F?[?] 式中

d1——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)；

d2

2T1——螺桿所受轉矩(N·mm),T1?Ftan(???')4*1.25*50KN。

代入數據，d1??*110MPa?26.90mm

而選擇d1=29mm,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：

??Fz?D4b?[?]

式中

F——軸向載荷(N)；

D4——螺母螺紋大徑(mm);

Z——螺紋旋合圈數；

b——螺紋牙根部厚度(mm)，對于梯形螺紋b=0.65p。

代入數據計算

??5000010*?*37*0.65*6?11.03MPa?[?]

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：

?b?

3Flz?D4b2?[?b]

式中

l——彎曲力臂，l?代入數據計算

?b?D4?d12?37?292?4mm；

3*50000*210*?*37*(0.65*6)2?16.97MPa?[?b]

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：

???',?'?arctafn'

式中

?——螺紋螺旋升角（°），??arctan'?——當量摩擦角(°);

np?d2

n——螺紋線數，n=1;p

——螺紋導程(mm);

d2——螺紋中徑(mm);f'——當量摩擦系數,查機械設計表5.10，得f'=0.08~0.10,取

f'=0.09;

1*6代入數據 ??arctan?*29?3.77?

?'?arctan0.09?5.14?

因為?≤?'，所以滿足螺紋副自鎖條件要求。3.5螺桿的穩定性校核

千斤頂的最大上升高度H=150mm.則螺桿的最大工作長度

L?150?H螺母2?h1?l退刀槽

式中

H螺母——螺母高度(mm)，H螺母=66mm;l退刀槽——螺桿與手柄座相接處額尺寸，查手冊知，l退刀槽=10.5mm。

假設手柄直徑為d1=28mm,由尺寸經驗公式h1=(1.8~2)d1=50.4~56mm取

h1=52mm,則

L=150+33+52+10.5=250.5mm 則螺桿的柔度

???Li?4?Ld1

式中

?——長度系數，對本千斤頂，看做一端固定、一端自有，則可取

?=2；

d1——螺紋小徑，d1=29mm。

i——螺桿危險截面的慣性半徑(mm),i?截面的面積(mm2)。

代入數據計算

??4*2*250.529?69.10

IA?d14,其中A為危險對于45#調制鋼，此時螺桿穩定的臨界載荷Fc為：

Fc???3401?0.00013*69.12?2944?138565.6N

那么，由壓桿穩定條件

FcF?138565.650000?2.77?2.5

故螺桿滿足穩定性要求。

四、螺母外徑及凸緣設計

根據經驗公式，螺母外徑D2≈1.5d=1.5×36=54mm;螺母凸緣外徑D3≈1.4D2=1.4×54=75.6mm;螺母凸緣厚b=(0.2~0.3)H=(0.2~0.3)×66=13.2~19.8mm，取b=15mm。

五、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=250N，手柄長度為L1，則有F1 L1 = T1 + T2。對于T1和T2，有

T1?Ftan(???')d22?50000*tan(3.77?5.14)*33232?129339.1N·mm

T2?fF3?[D?(2~4)]?(D1?2)[D?(2~4)]?(D1?2)23

根據經驗公式，D?（1.6~1.8）d?(1.6~1.8)?36?57.6~64.8mm,取D=60mm;D1（取D1=25mm。0.6~0.8）d?(0.6~0.8)?36?21.6~28.8mm，?托杯材料選擇鑄鐵，手柄選擇Q235，摩擦因數f=0.12,則

T2?fF3?[D?(2~4)]?(D1?2)[D?(2~4)]?(D1?2)2332≈

0.12*500003*57?2757?272332?131357.1N?mm

那么手柄長度L1?筒長700mm。T1?T2F1?129339.1?131357.1250?1042.8mm，取L1=400mm,加套設手柄所受最大彎曲應力為σ，查參考文獻[2]表10.1,?s?225MPa，查參考文獻[3],得??b???s1.5~2，則??b?=112.5~150MPa,取??b?=125MPa。

T1?T2Wz32(T1?T2)???b?，轉化為： 則手柄直徑d1應滿足 ??32(T1?T2)??d1d1?3???b??332*(129339.1?131357.1)?*125?27.7mm

取手柄直徑d1=28mm。

六、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??10mm。由經驗公式，S=(1.5~2)?=12~16mm,取S=16mm。

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：

?p?F?4?250000(D4?D5)2?4?4.052MPa

(179.2?128)2底面材料選擇鑄鐵HT100，查表得鑄鐵件壁厚為10~20mm時，?b?100MPa，[?p]?(0.4~0.5)?b?(0.4~0.5)*100?(40~50)MPa。

顯然，?p?[?p]，下

FA?F上表面校核：?b1??4?24*50000(D3?D2)2?*(75.6?54)22?22.74MPa，查表

得[σb]=195MPa, ?b1<[σb]。

故上表面滿足強度要求。為方便，取D4=180mm。

七、其余各部分尺寸及參數

DT?(2.0~2.5)d?(2.0~2.5)*36?72~90mm，取DT=76mm；

D?(1.6~1.8)d?(1.6~1.8)*36?57.6~64.8mm，取D=60mm；

D1?(0.6~0.8)d?(0.6~0.8)*36?21.6~28.8mm，取D1=24mm;h?(0.8~1)D?(0.8~1)*60?48~60mm，取h=55mm；

h1?(1.8~2)d1?(1.8~2)*28?50.4~56mm，取h1=54mm； h2?(0.6~0.8)D1?(0.6~0.8)*24?14.4~19.2mm，取h2=18mm；

d3?(0.25~0.3)D1?(0.25~0.3)*24?6~7.2mma?6~8mm，取d3=6mm；，取a=6mm；

t?6~8mm，取t=6mm。

固定托盤用的擋圈內徑8mm，外徑26mm，厚5mm；螺釘GB/T5783-2000A M8×16。

螺桿底部擋圈內徑8mm，外徑42mm，厚5mm；螺釘 GB/T5783-2000A M8×16。

緊定螺釘 GB/T71-1985 M8×20。其余鑄造圓角，取R=2mm。

底座高度為205mm，裝配后千斤頂的升降范圍為360~510mm。

八、參考資料

[1]張鋒，宋寶玉.機械設計大作業指導書.北京：高等教育出版社，2009.10 [2]宋寶玉.機械設計課程設計指導書.北京：高等教育出版社，2006 [3]王黎欽，陳鐵鳴.機械設計.5版.哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2010.1

第二篇：機械設計大作業——千斤頂

螺旋起重器（千斤頂）設計說明書

目錄

一、設計題目--------2

二、螺母、螺桿選材-----------------------------2

三、螺桿、螺母設計計算

3.1 耐磨性計算--2 3.2 螺桿強度校核------------------------------3 3.3 螺紋牙強度校核---------------------------3 3.4 螺紋副自鎖條件校核--------------------4 3.5 螺桿穩定性校核---------------------------4

四、螺母外徑及凸緣設計----------------------5

五、手柄設計-------5

六、底座設計-------6

七、其余各部分尺寸及參數-------------------7

八、參考資料--------8

螺旋起重器（千斤頂）設計說明書

一、設計題目

螺旋起重器（千斤頂）

已知條件：起重量FQ=40KN，最大起重高度H=200mm。

二、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，故選用45#鋼，調質處理。查參考文獻[2]得σs=355MPa,查機械設計表5.9得[?]??s3~5,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、摩擦系數小的鑄鋁青銅ZCuAl10Fe3，查表5.9得螺母材料的許用切應力[?]?30~40MPa,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。

三、螺桿、螺母設計計算

3.1 耐磨性計算

由耐磨性條件公式：

Ps?FA?F?p??d2?h?H?[p]

對于梯形螺紋，有h=0.5p,那么耐磨性條件轉化為： d2?0.8式中

d2——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，?=H/d2;

F?[p] [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d2?0.8??1.2~2.5，40KN2.0*20MPa?25.3mm。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H???d2?2.0*29?58mm，螺紋圈數z?Hp?586?9.7，α=2β=30°。

螺旋起重器（千斤頂）設計說明書

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。根據第四強度理論，螺桿危險截面的強度條件為

??(4F?d12)?3(216T1?d13)?[?]

對于梯形螺紋該式可化為 d1?4*1.25F?[?] 式中

d1——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)；

d2

2T1——螺桿所受轉矩(N·mm),T1?Ftan(???')4*1.25*40KN。

代入數據，d1??*110MPa?24.06mm

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：

??Fz?D4b?[?]

式中

F——軸向載荷(N)；

D4——螺母螺紋大徑(mm);

Z——螺紋旋合圈數；

b——螺紋牙根部厚度(mm)，對于梯形螺紋b=0.65p。

代入數據計算

??400009.3*?*33*0.65*6?10.64MPa?[?]

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：

?b?3Flz?D4b2?[?b]

式中

l——彎曲力臂，l?

D4?d223

?33?292?2mm；

螺旋起重器（千斤頂）設計說明書

其它參數同上。代入數據計算

?b?3*40000*29.3*?*33*(0.65*6)2?16.73MPa?[?b]

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：

???',?'?arctafn'

式中

?——螺紋螺旋升角（°），??arctan'?——當量摩擦角(°);

np?d2

n——螺紋線數，n=1;

p——螺紋導程(mm);

d2——螺紋中徑(mm);f'——當量摩擦系數,查機械設計表5.10，得f'=0.08~0.10,取

f'=0.09;

1*6代入數據 ??arctan?*29?3.77?

?'?arctan0.09?5.14?

因為?≤?'，所以滿足螺紋副自鎖條件要求。3.5螺桿的穩定性校核

千斤頂的最大上升高度H=200mm.則螺桿的最大工作長度

L?200?H螺母2?h1?l退刀槽

式中

H螺母——螺母高度(mm)，H螺母=58mm;h1符號參見參考文獻[1]圖3.1；

l退刀槽——螺桿與手柄座相接處額尺寸，查手冊知，l退刀槽=10.5mm。

假設手柄直徑為d1=26mm,由尺寸經驗公式h1=(1.8~2)d1=46.8~54mm取

螺旋起重器（千斤頂）設計說明書

h1=50mm,則

L=200+29+50+10.5=289.5mm 則螺桿的柔度

???Li?4?Ld1

式中

?——長度系數，對本千斤頂，看做一端固定、一端自有，則可取

?=2；

d1——螺紋小徑，d1=25mm。

i——螺桿危險截面的慣性半徑(mm),i?截面的面積(mm2)。

代入數據計算

??4*2*289.525?92.64?90IA?d14,其中A為危險

對于45#調制鋼，此時螺桿穩定的臨界載荷Fc為：

Fc??EI(?L)22

5式中 E——螺桿材料的彈性模量，對于鋼 E=2.07×10MPa； I——螺桿危險截面的軸慣性矩(mm),I?代入數據計算 Fc??2

4?d1644；

*2.07?1025(2*289.5)?4*25644?148782.9N

那么，由壓桿穩定條件

FcF?148782.940000?3.72?2.5

故螺桿滿足穩定性要求。

四、螺母外徑及凸緣設計

根據經驗公式，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。

五、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，則有F1 L1 = T1 + T2。對

螺旋起重器（千斤頂）設計說明書

于T1和T2，有

T1?Ftan(???')d22?40000*tan(3.77?5.14)*329232?90929.3N·mm

T2?fF3?[D?(2~4)]?(D1?2)[D?(2~4)]?(D1?2)2

公式中的符號見參考書[1]圖3.2和圖3.3。

根據經驗公式，D?(1.6~1.8)d?(1.6~1.8)?32?51.2~57.6mm,取D=55mm;D1?(0.6~0.8)d?(0.6~0.8)?32?19.2~26.6mm，取D1=25mm。

托杯材料選擇鑄鐵，手柄選擇Q235，摩擦因數f=0.12,則

T2?fF3?[D?(2~4)]?(D1?2)[D?(2~4)]?(D1?2)2332≈

0.12*400003*53?2753?272332?99380N?mm

那么手柄長度L1?500mm。T1?T2F1?90929.3?99380300?634.4mm，取L1=200mm,加套筒長設手柄所受最大彎曲應力為σ，查參考文獻[2]表10.1,?s?225MPa，查參考文獻[3],得??b???s1.5~2，則??b?=112.5~150MPa,取??b?=125MPa。

T1?T2Wz32(T1?T2)???b?，轉化為： 則手柄直徑d1應滿足 ??32(T1?T2)??d1d1?3???b??332*(90929.3?99380)?*125?24.9mm

取手柄直徑d1=26mm。

六、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??10mm。由經驗公式，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：

?p?F?4?240000(D4?D5)2?4?3.242MPa

(179.2?128)6

螺旋起重器（千斤頂）設計說明書

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，?b?10M0Pa，[?p]?(0.4~0.5)?b?(0.4~0.5)*100?(40~50)MPa

顯然，?p?[?p]，下表面強度滿足設計要求。

FA?F上表面校核：?b1??4?24*40000(D3?D2)2?*(67.2?48)22?23.03MPa，查參考文獻[4]表B.4，得[σb]=195MPa, ?b1<[σb]。

故上表面滿足強度要求。

七、其余各部分尺寸及參數（符號見參考書[1]圖3.2和圖3.3）

DT?(2.0~2.5)d?(2.0~2.5)*32?64~80mm，取DT=76mm；

D?(1.6~1.8)d?(1.6~1.8)*32?51.2~57.6mm，取D=55mm；

D1?(0.6~0.8)d?(0.6~0.8)*32?19.2~25.6mm，取D1=24mm;h?(0.8~1)D?(0.8~1)*55?44~55mm，取h=55mm；

h1?(1.8~2)d1?(1.8~2)*26?46.8~52mm，取h1=50mm； h2?(0.6~0.8)D1?(0.6~0.8)*24?14.4~19.2mm，取h2=18mm；

d3?(0.25~0.3)D1?(0.25~0.3)*24?6~7.2mma?6~8mm，取d3=6mm；，取a=6mm；

t?6~8mm，取t=6mm。

固定托盤用的擋圈內徑8mm，外徑26mm，厚5mm；螺釘GB/T5783-2000A M8×10。

螺桿底部擋圈內徑8mm，外徑34mm，厚5mm；螺釘 GB/T5783-2000A M8×16。

緊定螺釘 GB/T71-1985 M8×20。其余鑄造圓角，取R=2mm。

底座高度為284mm，裝配后千斤頂的升降范圍為414~614mm。螺旋起重器（千斤頂）裝配圖見A3圖紙。

螺旋起重器（千斤頂）設計說明書

八、參考資料

[1]張豐，宋寶玉.機械設計大作業指導書.北京：高等教育出版社，2009.10 [2]宋寶玉.機械設計課程設計指導書.北京：高等教育出版社，2006 [3]王黎欽，陳鐵鳴.機械設計.5版.哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2010.1 [4]于慧力，張春宜.機械設計課程設計.北京：科學出版社，2007 [5]劉瑩，吳宗澤.機械設計教程.2版.北京：機械工業出版社，2007.9 [6]金鈴，劉玉光，李立群.畫法幾何及機械制圖.哈爾濱：黑龍江人民出版社，2003.7

第三篇：機械設計大作業最終

便攜式螺紋千斤頂設計計算說明書

（班級：車輛工程141 姓名：王俊 學號：1608140120）1.設計任務書

1.1 螺旋千斤頂的原理：千斤頂的工作原理是:通過螺桿和螺母組成的螺旋副來實現將物體由低處向高處的傳送的，并使托杯中的物體做直線運動，從而實現我們的傳動要求。其中，螺母固定，當手柄旋動的時候，螺桿通過與螺母的螺旋副的運動，螺紋之間產生自鎖，使裝有重物的托杯往上運動。1.2 原始數據

最大起重量： F = 35 kN

最大升程 ： H = 200 mm 2.計算內容和設計步驟

2.1螺桿的設計與計算 2.1.1 螺桿螺紋類型的選擇

選擇梯形螺紋螺旋傳動，右旋，牙型角α=30?,因為梯形螺紋的牙根強度高，易于對中，易于制造，內外螺紋以錐面貼緊不易松動；它的基本牙型按GB/T5796.1-2005的規定。2.1.2選取螺桿材料

因為螺桿承受的載荷較大，而且是小截面，故選擇45#鋼。2.1.3確定螺桿直徑 按耐磨性條件確定中徑d2

對于梯形螺紋，h=0.5p,由耐磨性條件可轉化為： d2?0.8F/?[p]

d2:螺紋中徑，mm;F：螺旋的軸向載荷，N;Φ:引入系數；[p]:材料的許用壓強，Mpa;對于整體式螺母，為使受力分布均勻,螺紋工作圈數不宜過多，宜取??1.2～2.5;此處取 ??1.5,許用壓力P?20Mpa 從滑動螺旋傳動的許用壓強表中查得： 人力驅動時，?P?可提高20% 故?P??20??1?2000??24Mpa 帶入設計公式，得

d2?24.9mm

按國家標準選擇公稱直徑和螺距為：

D?d?30mmd2?d?3?27mm

d1?d?7?23mmP?6mm2.1.4自鎖驗算

自鎖驗算條件是???v

?v?arctan?f/cos???arctan0.08/cos15o ?4.73o???np/?d2???arctan?arctan?6/30??

?3.64????v

且螺紋中徑處升角滿足比當量摩擦角小1°，符合自鎖條件。2.1.5結構設計

根據圖1-2進行螺母的結構設計

（1）螺桿上端用于支承托杯10并在其中插裝手柄7，因此需要加大直徑。手柄孔徑dk的大小根據手柄直徑dp決定，dk≥dp十0.5mm。（2）為了便于切制螺紋，螺紋上端應設有退刀槽。退刀槽的直徑d4應比螺桿小徑d1約小0.2~0.5mm。退刀槽的寬度可取為1.5P，取d4?d1?0.5?34mm。

（3）為了便于螺桿旋入螺母，螺桿下端應有倒角或制成稍小于d1的圓柱體。

（4）為了防止工作時螺桿從螺母中脫出，在螺桿下端必須安置鋼制擋圈(GB/T891-1986)，擋圈用緊定螺釘(GB/T68-2000)固定在螺桿端部。

2.1.6螺桿強度計算

螺桿受力較大，應根據第四強度理論校核螺桿的強度

強度計算公式為：

?ca??2?3?2??F/A?2?3?T/W?????2

其中T為扭矩

T?Ftan??v????d2/2

查表可得?s?360MPa

??????s/3?120MPa

已知F = 35 kN，又 T?Ftan??v????d2/2?79.82N?mA?1/4?d12?572.56mm2W?1/16?d13?3864.7mm3代入校核公式，得

?ca?101.2MPa

?ca????

滿足強度要求。2.1.7穩定性計算

細長螺桿工作時受到較大的軸向壓力可能失穩，為此應按穩定性條件驗算螺桿的穩定性。

Fcr/F?2.5~4

螺桿的臨界載荷Fcr與柔度?s有關 其中?s??l/i 取??2

l?H?5t?1.5d?(200?5?1?1.5?30)mm?250mmi?I/A?1/4d1?23/4mm?5.75mm

其中I為螺桿危險截面的軸慣性矩。將以上數據代入柔度計算公式，得

?s?2?250?5.75?87.0?40

需進行穩定性校核。實際應力的計算公式為

Fcr??2EI/??l? 2其中I??d1464?13736.66mm4 E?2.06?105MPa 將上述數據代入公式得

Fcr?202326.15kN Fcr/F?2.5~4

螺桿滿足穩定性要求 2.2螺母設計計算 2.2.1選取螺母材料

螺母采用強度高、耐磨、摩擦系數小的鑄鋁青銅 2.2.2確定螺母高度H'及工作圈數u'

H'??d2?1.5?27?40.5mm

u?H'/t?40.5?6?6.75mm

因為考慮退刀槽的影響，取實際工作圈數為：

u'?u?1.5?6.75?1.5?8.25mm

?'應當圓整，又考慮到螺紋圈數u越多，載荷分布越不均，故u不宜大于10，故取

?'?9

H'?u'?t?9?6?54mm

2.2.3校核螺紋牙強度

螺母的其它尺寸見圖1―3，螺紋牙多發生剪切與彎曲破壞。由于螺母的材料強度低于螺桿，故只需校核螺母螺紋牙的強度。（1）剪切強度校核

已知D?d?30mm D2?d2?27mm 剪切強度條件為： ??F≤[?] ?Db?查表得：[?]?30~40MPa，b?0.65P?0.65?6mm?3.9mm 則剪切強度為：

??35000?10.58MPa

??30?3.9?9??[?]

符合剪切強度條件；（2）彎曲條件校核

彎曲強度條件為：

??6Fl?[?b] 2?Db?查表得[?b]?40~60MPa，l?（D?D2）/2?(30?27)/2?1.5mm 則彎曲強度為

??6?35000?1.5?24.42Mpa ??[?b]，符合彎曲強度條件。2??30?3.9?9

2.2.4配合（1）采用H8配合。r7（2）為了安裝簡便，需在螺母下端（圖1―3）和底座孔上端（圖1―7）做出倒角。

（3）為了更可靠地防止螺母轉動，還應裝置緊定螺釘，查表選擇緊定螺釘GB/T71?1985 M6?12。2.3托環的設計與計算

2.3.1托杯材料的選擇

選擇托環材料為Q235鋼。2.3.2結構設計

結構尺寸見圖1―4。

為了使其與重物接觸良好和防止與重物之間出現相對滑動，應在托杯上表面制有切口的溝紋。為了防止托杯從螺桿端部脫落，在螺桿上端應裝有擋板。2.3.3接觸面強度校核

查表得Q235鋼的許用壓強為?P??225MPa 為避免工作時過度磨損，接觸面間的壓強應滿足

P?F?(D122?D112)4??P?

根據圖1-4，取相關尺寸為：

D11?0.6d?0.6?30mm?18mmD10?2.5d?2.5?30mm?75mmD13?1.8d?1.8?30mm?54mmD12?D13?4mm?50mm?P?

35?20.5MPa??P? 22?(50?18)4接觸面壓強滿足要求，選材合理。2.4手柄的設計計算 2.4.1手柄材料的選擇

選擇手柄材料為Q235鋼 2.4.2計算手柄長度Lp 扳動手柄的力矩：K?Lp?T1?T2，則

Lp?T1?T2 K取K?200N

又 T1?Ftan(???v)?T2?(D12?D11)fF/4?(50?18)?0.083?35/4?49.39N?m?LP?d22?68.49N?m

T1?T268.49?49.39?m?0.589m?589mm K200手柄實際長度為：

Lp?589?54?100?716mm 2由于手柄長度不超過千斤頂，因此取Lp?350mm，使用時在手柄上另加套筒。

2.4.3手柄直徑dp的確定

把手柄看成一個懸臂梁，按彎曲強度確定手柄直徑Dp，強度條件為

?F?KLp0.1d3p?[?F]

得設計公式為 dp?3KLp0.1[?F]

已知[?F]?120MPa

?dp?3200?1111mm?22.9mm

0.1?120取dp?25mm 2.4.4結構

手柄插入螺桿上端的孔中，為防止手柄從孔中滑出，在手柄兩端面應加上擋環，并用螺釘固定，選擇開槽沉頭螺釘GB/T67 M8?16 2.5底座設計 2.5.1選擇底座材料

選擇底座材料為HT200，其???p?2MPa 2.5.2結構設計 由圖1-7可得底座的相應尺寸：

H1?(H?20)mm?(200?20)mm?220mmD6?(D3?8)mm?(58?8)mm?66mmD7?D6?D8?4FH15?(66??D72?220)mm?110mm54?50?1102mm?102mm2?

????p取??10mm，則有

H'?（1.5~2）??(54?18)mm?36mm

第四篇：2013年機械設計大作業軸設計

湖 北 民 族 學 院

HUBEI MINZU UNIVERSITY 大作業設計說明書

課程名稱： 機 械 設 計 設計題目：

設計攪拌機用單級斜齒圓柱

齒輪減速器中的低速軸

院

系：

理 學 院

專業班級：

機械電子工程0211411班

設 計 者：

學

號：

設計時間： 2013年12月20日

目錄(宋體，三號，加粗，居中)

1、設計任務書 …………………………………………………………1

2、……………………………………………………………

3、軸結構設計 …………………………………………………

3.1軸向固定方式 ……………………………………………………… 3.2選擇滾動軸承類型 ……………………………………………………… 3.3鍵連接設計 ………………………………………………… 3.4階梯軸各部分直徑確定…………………………………………………… 3.5階梯軸各部段長度及跨距的確定 ………………………………………

4、軸的受力分析 ……………………………………………………………

4.1畫軸的受力簡圖 ……………………………………………………… 4.2計算支反力 ……………………………………………………… 4.3畫彎矩圖 ……………………………………………………… 4.4畫扭矩圖 ………………………………………………………

5、校核軸的彎扭合成強度……………………………………………………

6、軸的安全系數校核計算………………………………………………

7、參考文獻……………………………………………

注：其余小四，宋體。自己按照所需標題編號，排整齊。

設計任務書

1.已知條件

某攪拌機用單級斜齒圓柱減速器簡圖如上所示。已知：電動機額定功率P=4kW，轉速n1=750r/min，低速軸轉速n2=130r/min，大齒輪節圓直徑d2=300mm，寬度B2=90mm，輪齒螺旋角β=12°，法向壓力角αn=20°。

2．設計任務

設計攪拌機用單級斜齒圓柱減速器中的高速級/低速軸（包括選擇兩端的軸承及外伸端的聯軸器）。

要求：（1）完成軸的全部結構設計；

（2）根據彎扭合成理論驗算軸的強度；（3）精確校核軸的危險截面是否安全。

第五篇：千斤頂課程設計

千斤頂課程設計

A08機械（2）龐健松 080401227 螺旋千斤頂主要零件：螺桿、螺母、托杯、手柄和底座。

設計的原始數據：最大起重F=45KN、最大升起高度H=250mm。

螺旋起重器的結構見圖,螺桿7和螺母6是它的主要零件。螺母6用緊定螺釘5固定在底座8上。轉動手柄4時，螺桿即轉動并上下運動。托杯1直接頂住重物，不隨螺桿轉動。

安全板3防止托杯脫落，安全板9防止螺桿由螺母中全部脫出。

對這一裝置的主要要求是:保證各零件有足夠的強度、耐磨性、能自鎖、穩定性合格等。

一、螺桿的設計與計算

1.螺紋的牙型

選用矩形螺紋，采用內徑對中，配合選H8/h8，在計算強度時不考慮螺紋的徑向間隙。

2.3.螺桿的材料

選用C45

螺桿直徑

螺桿工作時，同時受壓力與扭矩的作用，因此它的計算可近似按緊螺紋栓聯接的計算公式估算出螺紋內徑，即：

d1?5.2F????

查式中螺桿的屈服極限?s=255MPa，取安全因數n=2，得許用壓應力???=127.5MPa，取整數???=130MPa。

將上述數據帶入得螺桿的直徑為d1?0.02764m，取d=30mm。

1千斤頂課程設計

A08機械（2）龐健松 080401227 根據經驗公式p?d14，得P=7.5mm。

p參考梯形螺紋標準，螺紋牙型高h=，得h=3.75mm。

2d圓整為整數后，取d1?d?p=38-7.5=30.5mm。

4.自鎖驗算

在考慮眾多因素后，實際應滿足的自鎖條件為：

?????1

由tan??np/(?d2)

n=1，p=7.5mm，d2=得tan?=0.07373

當量摩擦角??=arctan ?，在有潤滑油情況下?=0.1，得???1=4.574 驗證結束，左邊小于右邊，達到自鎖條件。

2?d1?h2=32.375mm 5.結構

手柄孔徑dK根據手柄直徑dp決定，dk?dp?0.5mm。根據后面手柄部分的計算得到dp=26mm，所以dk=26.5mm。退刀槽的直徑比d1小，取值為28mm。退刀槽的寬度取為1.5P=11.25mm。

6.螺桿的強度校核

對C45進行壓應力校核，C45許用彎曲應力??? b=120MPa，從后面的計算中得到數值，如下公式：

22?4F??T????b???3??d2??0.2d3???102MPa，符合該壓力下的強度要求。

1??2??7.螺桿穩定性驗算

計算螺桿柔度時，螺桿最大受壓長度l可按將重物舉到最大起升高度后，托杯底面到螺母中部的高度計算，即：

d

l?H?H?/2?1.5

式中d為大徑，d=34mm，得l=200+56.25/2+1.5X34=279mm 千斤頂課程設計

A08機械（2）龐健松 080401227 由穩定性驗算公式Fcr??2EIl2

查機械手冊得C45的彈性模量E=200GPa，?22d?d1，得I=1.192?10?5m4 由慣性矩公式I=64??式中Fcr為滿足條件的軸向壓力

將上述數據帶入公式得，Fcr=2.456?105KN,滿足條件，裝置穩定

二、螺母的設計與計算

1.2.材料

螺母的材料選擇 鑄錫青銅56.25mm 螺紋圈數Z與高度H?，螺母的圈數通常是根據螺紋牙間強度條件求出，即：

Z?F

?d2h?p?式中：螺紋中徑d2=32.375mm，螺紋牙高度h=3.75mm 螺紋牙的強度計算

螺紋牙危險截面的抗剪強度條件為：??F?????98MPa，得Z?1.7 ?d1bZ6Fl???b??400MPa，2?d1bZ螺紋牙危險截面的抗彎強度條件為：?b?得Z?0.12

對于矩形螺紋b=0.5P，在條件Z?10的條件下，取Z=6。考慮到退刀槽的影響，實際螺紋圈數為：Z??Z?1.5=7.5 所以得到螺母的高度：H??Z?P=56.25mm。

3.螺母其他尺寸（如圖）： 千斤頂課程設計

A08機械（2）龐健松 080401227

4.螺母與底座的配合

螺母壓入底座上的孔內，圓柱面的配合采用H8/n7，為了方便安裝，應在螺母下端和底座孔上端制出倒角，緊固螺釘的直徑取M8。

三、手柄設計與計算

1.2.材料

選用A5 手柄長度Lp

扳動手柄的轉矩KLP必須克服螺紋副的螺紋力矩M1和螺桿與托杯間的摩擦力矩M2，即：

LP?M1?M2 K

KLp?M1?M

2式中K為一個工人加于手柄上的臂力，間歇工作時約為150~250N，這里取K=250N。

dM1?F?tg???????2

M2??D4?D2??F

24在加潤滑油的情況下，摩擦系數?=0.06 千斤頂課程設計

A08機械（2）龐健松 080401227 將以上的數據帶入公式得Lp?0.71014m 手柄計算Lp是螺桿中心到人手施力點的距離。考慮桿頭尺寸及人手握的長度，手柄的實際長度還應該加上為820mm。

D2?100mm,最終得到千斤頂的手柄需要的長度23.手柄直徑dp

把手柄看成一個懸臂梁，按彎曲強度確定直徑dp，其強度條件為：

dp?3KL

0.1???b式中???b為材料的許用彎曲應力，對于A5手柄，???b=120MPa。代入數據計算得dp?25.8mm，取dp=26mm。

4.結構

手柄插入螺桿上端的孔中，為防止手柄從孔中滑出，在手柄兩端應加上擋環（如圖），并用螺釘或鉚釘固定。

四、底座設計

底座這里選用HT100，鑄件壁厚選用?=10mm。為了增加底座的穩定性，底部尺寸應大些，因此，可按照1：5的錐度設計。

圖中：

D7?4F????p2?D6

式中???p為底座下枕墊物的許用應力。對于木材，取???p=2MPa。

將以上數據帶入公式得D7=232.53mm，最終取D7=240mm。千斤頂課程設計

A08機械（2）龐健松 080401227 1D8?D5?H1?2???95mm

5五、托杯的設計與計算

杯用來承托重物，此次計算選用ZG230-450，尺寸如圖所示，為了使其與重物接觸良好，防止重物滑動，在托杯表面制出切口和溝紋。直徑D2的配合取H11/a11。

托杯的許用壓強可取為?P??18MPa，由此可確定托杯直徑D4，即：

D4?取D24F2 ?D2??P?=0.6?34.25=20.55mm，得D4?68.1mm，取D4=70mm