機械設計課程設計(千斤頂)

1、<p>　　一、課程設計（論文）的內容</p><p>　　通過用PROE和AotuCAD軟件對螺旋千斤頂進行創(chuàng)意設計，然后通過零件裝配來檢查設計的合理性，最后設計出人力驅動的螺旋千斤頂。</p><p>　　二、課程設計（論文）的要求與數(shù)據(jù)</p><p>　?。?）設計一套千斤頂，要求能依靠人力驅動。</p><p>　?。?）

2、了解千斤頂?shù)墓ぷ髟?，掌握其設計方法；</p><p>　?。?）設備零件軸測圖、裝配圖、三維效果圖</p><p>　　（4）設計并計算整套千斤頂</p><p>　　三、課程設計（論文）應完成的工作</p><p>　　1、產品零件裝配圖、零件三維效果圖、零件軸測圖、零件剖視圖</p><p>　　3、課程設計說明

3、書 </p><p>　　3、上交電子版和紙質版</p><p>　　四、課程設計（論文）進程安排</p><p>　　五、應收集的資料及主要參考文獻</p><p>　　[1]濮良貴 紀明剛.機械設計.西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室，高等教育出版 社,2006.5</p&

4、gt;<p>　　[2]西北工業(yè)大學工程制圖教研室，畫法幾何及機械制圖 陜西科學技術出版社；，1999.2</p><p>　　[3]成大先.機械設計手冊-連接與緊固.化學工業(yè)出版社,2004.1</p><p>　　[4]孫恒 陳作模 葛文杰.機械原理. 西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室.高等教育出 版社。2006.5</p><p>　　

5、發(fā)出任務書日期： 年 月 日 指導教師簽名：</p><p>　　計劃完成日期： 年 月 日 教學單位責任人簽章：</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要5</b></p><p>　　1、千斤頂?shù)墓?/p>

6、作原理5</p><p>　　2、千斤頂?shù)脑O計6</p><p>　　2.1 螺旋傳動的選擇6</p><p>　　2.2 選擇材料7</p><p>　　2.3 耐磨性計算8</p><p>　　2.4 螺母螺紋牙強度校核9</p><p>　　2.5 螺母外部尺寸計算10<

7、;/p><p>　　2.6 螺桿強度校核11</p><p>　　2.7 螺桿穩(wěn)定性校核12</p><p>　　2.8 手柄設計計算14</p><p>　　2.9 自鎖性校核14</p><p>　　3、螺旋千斤頂圖形的繪制15</p><p>　　3.1 千斤頂?shù)妮S測圖：15<

8、;/p><p>　　3.2 千斤頂?shù)钠室晥D16</p><p>　　3.3 千斤頂?shù)腜ro/e裝配截圖16</p><p>　　3.4 千斤頂零件的三維效果圖17</p><p><b>　　參考文獻17</b></p><p><b>　　摘 要</b></p&

9、gt;<p>　　機械設計在國民經濟發(fā)展中起著重要作用，機械工業(yè)擔負著國民經濟部門提供各種先進，價格低廉，使用安全可靠，造型美觀的技術裝備的任務，在國家現(xiàn)代化建設中舉足輕重。機械產品的市場競技能力主要取決于產品的質量，而產品的質量又取決于產品的設計。</p><p>　　千斤頂是一種簡單的起重設備。主要用于廠礦、交通運輸?shù)炔块T作為汽車維修以及其他起重，支撐等工作。其結構輕巧堅固、靈活可靠，一人即可攜

10、帶和操作。螺旋千斤頂采用機械傳動，主要有螺桿、手柄、底座、螺母、手柄、頂帽的零部件組裝而成。</p><p>　　本文從螺旋千斤頂?shù)牧悴考脑O計與選材等多方面，闡述了它設計的全過程。運用了大量科學加工理論及技術公式，對它進行了精確的計算。由于螺旋千斤頂是一種小型的起重設備，體積小，方便攜帶，造價成本低，所以在日常生活中被廣泛應用。本設計結合現(xiàn)代設計理念，方法和技術，提高其市場競爭能力。</p>&l

11、t;p>　　關鍵詞：螺旋千斤頂，螺旋傳動，體積小，成本低</p><p>　　1、千斤頂?shù)墓ぷ髟?lt;/p><p>　　千斤頂有機械千斤頂和液壓千斤頂?shù)葞追N，原理各有不同。從原理上來說，液壓傳動所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是說，液體各處的壓強是一致的，這樣，在平衡的系統(tǒng)中，比較小的活塞上面施加的壓力比較小，而大的活塞上施加的壓力也比較大，這樣能夠保持液體的靜止。所以通過液體

12、的傳遞，可以得到不同端上的不同的壓力，這樣就可以達到一個變換的目的。我們所常見到的液壓千斤頂就是利用了這個原理來達到力的傳遞。螺旋千斤頂是通過往復扳動手柄，拔爪即推動棘輪間隙回轉，小傘齒輪帶動大傘齒輪、使舉重螺桿旋轉，從而使升降套筒獲得起升或下降，而達到起重拉力的功能，但不如液壓千斤頂簡易。</p><p><b>　　2、千斤頂?shù)脑O計</b></p><p>　　設

13、計螺旋千斤頂，已知軸向載荷F=10000N，起重高度為l=124mm，方案圖3.1所示。</p><p><b>　　圖為千斤頂結構圖</b></p><p>　　2.1 螺旋傳動的選擇</p><p>　　螺旋傳動是利用螺桿（絲杠）和螺母組成的螺旋副來實現(xiàn)傳動要求的。它主要用于將回轉運動轉變?yōu)橹本€運動，同時傳遞運動和動力。它具有結構緊湊、轉動

14、均勻、準確、平穩(wěn)、易于自鎖等優(yōu)點，在工業(yè)中獲得了廣泛應用。</p><p>　　本次設計的螺旋千斤頂是運用了下圖的運動方式，即螺母固定不動。</p><p><b>　　螺母固定不動，如圖</b></p><p>　　螺桿轉動并往復移動，這種結構以固定螺母為主要支承，結構簡單，但占據(jù)空間大。常用于螺旋壓力機、螺旋千斤頂?shù)取?lt;/p>

15、<p>　　本次設計的螺旋千斤頂運用了傳力螺旋這種傳動類型。</p><p>　　傳力螺旋以傳遞動力為主，要求以較小的轉矩產生較大的軸向推力，一般為間歇性工作，工作速度較低，通常要求具有自鎖能力。如圖：</p><p><b>　　2.2 選擇材料</b></p><p>　　滑動螺旋的結構包括螺桿、螺母的結構形式及其固定和支承結構

16、形式。螺旋傳動的工作剛度與精度等和支承結構有直接關系，當螺桿短而粗且垂直布置時，如起重及加壓裝置的傳力螺旋，可以采用螺母本身作為支承的結構。當螺桿細長且水平布置時，如機床的傳導螺旋（絲杠）等，應在螺桿兩端或中間附加支承，以提高螺桿工作剛度。</p><p>　　螺母結構有整體螺母、組合螺母和剖分螺母等形式。整體螺母結構簡單，但由磨損而產生的軸向間隙不能補償，只適合在精度要求較低的場合中使用。對于經常雙向傳動的傳導

17、螺旋，為了消除軸向間隙并補償旋合螺紋的磨損，通常采用組合螺母或剖分螺母結構。利用螺釘可使斜塊將其兩側的螺母擠緊，減小螺紋副的間隙，提高傳動精度。</p><p>　　傳動用螺桿的螺紋一般采用右旋結構，只有在特殊情況下采用左旋螺紋。</p><p>　　螺桿和螺母材料應具有較高的耐磨性、足夠的強度和良好的工藝性。</p><p>　　表1.1 螺桿與螺母常用的材料&

18、lt;/p><p>　　由表1.1選材料為45鋼，由手冊查σ=355Mpa；螺母材料錫青銅為ZCuSn10P1，由表1.3查得[p]=11Mpa；取單頭右旋梯形螺紋，α=30º，β=15º，螺母為整體螺母。</p><p><b>　　2.3 耐磨性計算</b></p><p>　　耐磨性計算尚無完善的計算方法，目前是通過限制螺

19、紋副接觸面上的壓強ｐ作為計算條件，其校核公式為：</p><p>　　P＝≤[P] （式3.7）</p><p>　　式中，F(xiàn)為軸向工作載荷（N）；A為螺紋工作表面投影到垂直于軸向力的平面上的面積（mm²）；d2為螺紋中徑(mm)；P為螺距(mm)；h為螺紋工作高度(mm)，矩形與梯形螺紋的工作高度h=0.5P,鋸齒形螺紋高度h=0

20、.75P；z=H/P為螺紋工作圈數(shù)，H為螺紋高度(mm)，[p]為許用壓強(MPa)。</p><p>　　表1.2 滑動螺旋傳動的許用壓強。</p><p>　　為便于推導設計公式，令ø =H/d2，代入整理后得螺紋中徑的設計公式為：</p><p>　　d2≥ （式3.8）</p><p>

21、;　　對矩形、梯形螺紋，h=0.5P，則：</p><p>　　d2≥0.8 （式3.9）</p><p>　　對鋸齒形螺紋，h=0.75P，則</p><p>　　d2≥0.65 （式3.10）</p><p>　　ø值根據(jù)螺母的結構選取。對于整體式螺母，磨

22、損后間隙不能調整，通常用于輕載或精度要求低的場合，為使受力分布均勻，螺紋工作圈數(shù)不宜過多，宜取ø=1.2～2.5；對于剖分式螺母或螺母兼作支承而受力較大，可取ø=2.5～3.5；傳動精度高或要求壽命長時，允許ø=4。</p><p>　　根據(jù)公式計算出螺紋中徑d2后，按國家標準選取螺紋的公稱直徑d和螺距P。由于旋合各圈螺紋牙受力不均，故z不宜大于10。</p><

23、p><b>　　(1) 取Ф=2</b></p><p><b>　　(2) 計算d2</b></p><p>　　d2≥0.8=0.8×=17.06</p><p>　　由計算出的d2查手冊確定螺紋的標準值為</p><p>　　d=24 mm、D=24.5 mm</p>

24、;<p>　　d1=18.5 mm，D1=19 mm</p><p>　　d2（D2）=21.5</p><p><b>　　P=5 mm</b></p><p>　　(3) 計算螺母高H</p><p>　　H=Фd2=2×21.5=43mm</p><p>　　(4)

25、計算旋合圈數(shù)z</p><p>　　z===8.6<10</p><p>　　(5) 校核螺紋副自鎖性</p><p>　　λ=arctan===4.23º</p><p>　　由表1.2查得fv=0.01,ρv=arctan0.10=5.71º,λ≤ρv,滿足自鎖條件。</p><p>　　

26、2.4 螺母螺紋牙強度校核</p><p>　　螺紋牙多發(fā)生剪切與彎曲破壞。由于一般情況下螺母材料的強度比螺桿低，因此只需校核螺母螺紋牙的強度。假設載荷集中作用在螺紋中徑上，可將螺母螺紋牙視為大徑D處展開的懸臂梁，螺紋牙根部的彎曲強度校核公式為：</p><p>　　= 3Fh/πDb²z≤[] （式3.11）</p><p

27、>　　剪切強度校核公式為：</p><p>　　τ=F/zπDb≤[τ] （式3.12）</p><p>　　式中D為螺母螺紋的大徑(mm)；b為螺母螺紋牙根部寬度(mm)；可由國家標準查得，也可取矩形螺紋b=0.5P，梯形螺紋b=0.65P，鋸齒形螺紋b=0.74P；[] 、[τ]分別為螺母螺紋牙的許用彎曲應力和許用切應力(MPa)。&

28、lt;/p><p>　　表1.3 滑動螺旋副材料的許用應力</p><p>　　若螺桿與螺母的材料相同，由于螺桿螺紋的小徑d1小于螺母螺紋的大徑D，故應校核螺桿螺紋牙的強度，這時公式中的D應改為d1。</p><p>　　由表1.3查得青銅螺母螺紋牙許用彎曲應力[σь]=40～60Mpa、許用剪切應力[τ]=30～40Mpa；梯形螺紋的螺紋牙根寬度b=0.65P=0.

29、65×5=3.25mm；梯形螺紋的螺紋牙工作高度h=0.5P=0.5×5=2.5mm。</p><p>　　(1) 彎曲強度校核</p><p>　　σь===10.72≤[σь] 合格</p><p>　　(2) 剪切強度校核</p><p>　　τ===4.65≤[τ] 合格</p>

30、;<p>　　2.5 螺母外部尺寸計算</p><p><b>　　(1) 計算D3</b></p><p>　　螺母懸置部分受拉伸和扭轉聯(lián)合作用，為計算簡單，將F增大30%，按拉伸強度計算得</p><p><b>　　σ=≤[σ] </b></p><p>　　式中，[σ]為螺母

31、材料的許用拉伸應力，可取[σ]=0.83[σb]，由表1.4取[σb]=50Mpa，因此[σ]=0.83[σb]=41.5Mpa。故</p><p>　　D3≥==31.5mm</p><p><b>　　取D3=35 mm</b></p><p>　　(2) 確定D0和a</p><p>　　按經驗公式D0=（1.3～

32、1.4）D3及a=確定。</p><p>　　D0=（1.3～1.4）×35=45.5～49mm 取D0=48 mm</p><p>　　a===14.3 取a=15 mm</p><p>　　(3) 校核凸緣支承表面的擠壓強度，強度條件為</p><p>　　σp=≤[σp] 合格</p>&

33、lt;p>　　(4) 校核凸緣根部彎曲強度</p><p>　　σp===7.88 Mpa≤[σb]=50 Mpa 合格</p><p>　　(5) 校核凸緣根部剪切強度，強度條件為</p><p><b>　　τ=≤[τ]</b></p><p>　　式中，螺母材料的許用切應力[τ]=35Mpa</p&g

34、t;<p>　　故 τ==6 Mpa≤[τ] 合格</p><p>　　2.6 螺桿強度校核</p><p>　　螺桿受軸向力F及轉矩T的作用，危險截面上受拉（壓）應力σ和扭轉切應力τ。根據(jù)第四強度理論，τ螺桿危險截面的強度校核公式為</p><p><b>　　式13</b></p><

35、;p>　　式中，d1為螺桿螺紋的小徑（mm）；[σ]為螺桿材料的許用應力（MPa），見表1.3；T為螺桿所受轉矩(N·m)；由式T=Ftan(λ+ρν)。</p><p>　　(1) 由表1.4查得螺桿許用應力[σ]===71Mpa</p><p>　　(2) 螺桿所受轉矩T=Ftan(λ+ρν)=10000× </p><p>　　tan

36、(4.23º+5.71º)=18955N·mm</p><p><b>　　(3) </b></p><p>　　σca====40.13≤[σ] 合格</p><p>　　2.7 螺桿穩(wěn)定性校核</p><p>　　對于長徑比大的受壓螺桿，當軸向力F超過某一臨界載荷FC時，螺桿

37、可能會突然產生側向彎曲而喪失穩(wěn)定。因此，對細長螺紋應進行穩(wěn)定性校核。螺桿的穩(wěn)定性條件為</p><p><b>　　式14</b></p><p>　　式中，S為穩(wěn)定性安全系數(shù)，對于傳力螺旋取S=3.5～5；對于傳導螺旋取S=2.5～4；對于精密螺桿或水平螺桿取S>4。</p><p>　　臨界載荷FC與螺桿的柔度γ及材料有關，根據(jù)γ=的

38、大小選用不同的公式計算。</p><p>　　當γ≥85～90時，根據(jù)歐拉公式計算，即</p><p><b>　　式15</b></p><p>　　式中，F(xiàn)C為臨界載荷（N）；E為螺桿材料的彈性模量（MPa），對于鋼E=2.06×105；I為危險截面的慣性矩（mm4），I=，d1為螺桿螺紋內徑(mm)；μ為長度系數(shù)，與螺桿端部結構

39、有關，見表1.4；L為螺桿最大受力長度(mm)；i為螺桿危險截面的慣性半徑(mm)，I==。</p><p>　　表1.4 長度系數(shù)μ</p><p>　　當γ<85～90時；對σb≥380MPa的碳素鋼（如Q235、Q275）</p><p>　　Fc=(304-1.12γ) 式16</p>&

40、lt;p>　　當γ<85～90時，對σb≥470MPa的優(yōu)質碳素鋼（如355、45）</p><p>　　Fc=(461-2.57γ) 式17 </p><p>　　當γ<40時，無需進行穩(wěn)定性計算。</p><p>　　(1) 計算柔度γ=</p><p>　　螺桿一端固定

41、，一端自由，長度系數(shù)μ=2；螺桿最大受力長度L由起重高度l、螺母高H、鉸支頭高h1及螺桿軸向預留余量△決定，因L=l+H+h1+△=124+43+36+12=215mm；螺桿危險截面慣性半徑i==4.625mm 。</p><p><b>　　γ===92.97</b></p><p>　　(2) 計算臨界載荷</p><p>　　I===57

42、49.9mm4</p><p>　　因為γ=92.97≥85～90，因此FC===63161.13N</p><p>　　=6.3≥S=4 合格</p><p>　　2.8 手柄設計計算</p><p><b>　　拖杯與手柄的結構</b></p><p>　　(1) 確定手柄長度</

43、p><p><b>　　手柄上的工作轉矩為</b></p><p>　　T=FHLH=T1+T2=</p><p>　　式中，T1、T2分別為螺紋副摩擦力矩及拖杯與接觸面摩擦力矩（N·mm）；fc=0.15為拖杯與支承面的摩擦系數(shù)；D0為托杯底座與支承面接觸部分外徑（mm），由經驗公式D0=（1.6～1.8）d確定，取D0=45mm；d0

44、為托杯底座與支承面接觸部分內徑（mm），取d0=18mm,FH為手作用在手柄上的力（N）,如一人連續(xù)工作，手作用力通常取FH=150～200N,取FH=180N；LH為手柄有效長度（mm）。</p><p>　　故 180 LH= </p><p>　　得 LH=246 mm 取LH=350 mm</p><p>　　(2) 確

45、定手柄直徑dk</p><p>　　選手柄材料為45鋼，σS=355MPa,許用彎曲應力=237～178 Mpa，取[σb]=200 Mpa。</p><p>　　手柄的彎曲強度條件為</p><p><b>　　σb=</b></p><p>　　因此，dK≥=147.75mm, dK =20mm。</p>

46、<p><b>　　托杯其他部分尺寸為</b></p><p>　　托杯高h=(0.8～1)Do=36～45mm 取h=36 mm</p><p>　　鉸支頭高h1=(1.8～2) dK =36～40mm 取h1=36mm</p><p><b>　　2.9 自鎖性校核</b><

47、/p><p>　　對于要求自鎖的螺旋傳動，應校核是否滿足自鎖條件，即</p><p><b>　　式18</b></p><p>　　式中，?ν為螺紋副的當量摩擦系數(shù)，見表1.10</p><p>　　表1.5 螺旋傳動螺旋副的當量摩擦系數(shù)?ν（定期潤滑）</p><p>　　3、螺旋千斤頂圖形的繪

48、制</p><p>　　3.1 千斤頂?shù)妮S測圖：</p><p>　　3.2 千斤頂?shù)钠室晥D</p><p>　　3.3 千斤頂?shù)腜ro/e裝配截圖</p><p><b>　　裝配圖</b></p><p>　　3.4 千斤頂零件的三維效果圖</p><p><b&

49、gt;　　螺套</b></p><p><b>　　螺旋桿</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]濮良貴 紀明剛.機械設計.西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室，高等教育出版社,2006.5</p><p>　　[2]西北工業(yè)大學工程制圖教研室，

50、畫法幾何及機械制圖 陜西科學技術出版社；，1999.2</p><p>　　[3]成大先.機械設計手冊-連接與緊固.化學工業(yè)出版社,2004.1</p><p>　　[4]孫恒 陳作模 葛文杰.機械原理. 西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室.高等教育出版社。2006.5</p><p><b>　?。ㄖ辽?篇）</b></p>