机械设计课程设计之千斤顶的设计.doc

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1、一、课程设计（论文）的内容 通过用PROE和AotuCAD软件对螺旋千斤顶进行创意设计，然后通过零件装配来检查设计的合理性，最后设计出人力驱动的螺旋千斤顶。二、课程设计（论文）的要求与数据（1）设计一套千斤顶，要求能依靠人力驱动。（2）了解千斤顶的工作原理，掌握其设计方法；（3）设备零件轴测图、装配图、三维效果图（4）设计并计算整套千斤顶三、课程设计（论文）应完成的工作1、产品零件装配图、零件三维效果图、零件轴测图、零件剖视图3、课程设计说明书 3、上交电子版和纸质版四、课程设计（论文）进程安排序号设计（论文）各阶段内容地点起止日期1准备相关资料图书馆5-55-102制定设计方案宿舍5-115

2、-203利用PROE和AotuCAD软件绘制相关图纸宿舍5-215-304撰写产品设计说明书宿舍6-16-6上交课程设计1-1056-7五、应收集的资料及主要参考文献1濮良贵 纪明刚.机械设计.西北工业大学机械原理及机械零件教研室，高等教育出版 社,2006.52西北工业大学工程制图教研室，画法几何及机械制图 陕西科学技术出版社；，1999.23成大先.机械设计手册-连接与紧固.化学工业出版社,2004.14孙恒 陈作模 葛文杰.机械原理. 西北工业大学机械原理及机械零件教研室.高等教育出 版社。2006.5发出任务书日期： 年 月 日 指导教师签名：计划完成日期： 年 月 日 教学单位责任人

3、签章：目 录摘 要51、千斤顶的工作原理52、千斤顶的设计62.1 螺旋传动的选择62.2 选择材料72.3 耐磨性计算82.4 螺母螺纹牙强度校核92.5 螺母外部尺寸计算102.6 螺杆强度校核112.7 螺杆稳定性校核122.8 手柄设计计算142.9 自锁性校核143、螺旋千斤顶图形的绘制153.1 千斤顶的轴测图：153.2 千斤顶的剖视图163.3 千斤顶的Pro/e装配截图163.4 千斤顶零件的三维效果图17参考文献17摘 要机械设计在国民经济发展中起着重要作用，机械工业担负着国民经济部门提供各种先进，价格低廉，使用安全可靠，造型美观的技术装备的任务，在国家现代化建设中举足轻重

4、。机械产品的市场竞技能力主要取决于产品的质量，而产品的质量又取决于产品的设计。千斤顶是一种简单的起重设备。主要用于厂矿、交通运输等部门作为汽车维修以及其他起重，支撑等工作。其结构轻巧坚固、灵活可靠，一人即可携带和操作。螺旋千斤顶采用机械传动，主要有螺杆、手柄、底座、螺母、手柄、顶帽的零部件组装而成。本文从螺旋千斤顶的零部件的设计与选材等多方面，阐述了它设计的全过程。运用了大量科学加工理论及技术公式，对它进行了精确的计算。由于螺旋千斤顶是一种小型的起重设备，体积小，方便携带，造价成本低，所以在日常生活中被广泛应用。本设计结合现代设计理念，方法和技术，提高其市场竞争能力。关键词：螺旋千斤顶，螺旋传

5、动，体积小，成本低1、千斤顶的工作原理 千斤顶有机械千斤顶和液压千斤顶等几种，原理各有不同。从原理上来说，液压传动所基于的最基本的原理就是帕斯卡原理，就是说，液体各处的压强是一致的，这样，在平衡的系统中，比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，可以得到不同端上的不同的压力，这样就可以达到一个变换的目的。我们所常见到的液压千斤顶就是利用了这个原理来达到力的传递。螺旋千斤顶是通过往复扳动手柄，拔爪即推动棘轮间隙回转，小伞齿轮带动大伞齿轮、使举重螺杆旋转，从而使升降套筒获得起升或下降，而达到起重拉力的功能，但不如液压千斤顶简易。2

6、、千斤顶的设计设计螺旋千斤顶，已知轴向载荷F=10000N，起重高度为l=124mm，方案图3.1所示。 图为千斤顶结构图2.1 螺旋传动的选择螺旋传动是利用螺杆（丝杠）和螺母组成的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力。它具有结构紧凑、转动均匀、准确、平稳、易于自锁等优点，在工业中获得了广泛应用。本次设计的螺旋千斤顶是运用了下图的运动方式，即螺母固定不动。螺母固定不动，如图 螺杆转动并往复移动，这种结构以固定螺母为主要支承，结构简单，但占据空间大。常用于螺旋压力机、螺旋千斤顶等。本次设计的螺旋千斤顶运用了传力螺旋这种传动类型。传力螺旋以传递动力为主，要

7、求以较小的转矩产生较大的轴向推力，一般为间歇性工作，工作速度较低，通常要求具有自锁能力。如图： 2.2 选择材料滑动螺旋的结构包括螺杆、螺母的结构形式及其固定和支承结构形式。螺旋传动的工作刚度与精度等和支承结构有直接关系，当螺杆短而粗且垂直布置时，如起重及加压装置的传力螺旋，可以采用螺母本身作为支承的结构。当螺杆细长且水平布置时，如机床的传导螺旋（丝杠）等，应在螺杆两端或中间附加支承，以提高螺杆工作刚度。螺母结构有整体螺母、组合螺母和剖分螺母等形式。整体螺母结构简单，但由磨损而产生的轴向间隙不能补偿，只适合在精度要求较低的场合中使用。对于经常双向传动的传导螺旋，为了消除轴向间隙并补偿旋合螺纹的

8、磨损，通常采用组合螺母或剖分螺母结构。利用螺钉可使斜块将其两侧的螺母挤紧，减小螺纹副的间隙，提高传动精度。传动用螺杆的螺纹一般采用右旋结构，只有在特殊情况下采用左旋螺纹。螺杆和螺母材料应具有较高的耐磨性、足够的强度和良好的工艺性。表1.1 螺杆与螺母常用的材料螺纹副材料应用场合螺杆Q235 Q275 45 50轻载、低速传动。材料不热处理40Gr 65Mn 20GrMnTi重载、较高速。材料需经热处理，以提高耐磨性9Mn2V GrWMn 38GrMoAl精密传导螺旋传动。材料需经热处理螺母ZcuSn10P1 ZcuSn5Pb5Zn5一般传动ZcuAL10Fe3 ZcuZn25AL6Fe3Mn重

9、载、低速传动。尺寸较小或轻载高速传动，螺母可采用钢或铸铁制造，内空浇铸巴士合金或青铜由表1.1选材料为45钢，由手册查=355Mpa；螺母材料锡青铜为ZCuSn10P1，由表1.3查得p=11Mpa；取单头右旋梯形螺纹，=30，=15，螺母为整体螺母。2.3 耐磨性计算耐磨性计算尚无完善的计算方法，目前是通过限制螺纹副接触面上的压强作为计算条件，其校核公式为：PP （式3.7）式中，F为轴向工作载荷（N）；A为螺纹工作表面投影到垂直于轴向力的平面上的面积（mm）；d2为螺纹中径(mm)；P为螺距(mm)；h为螺纹工作高度(mm)，矩形与梯形螺纹的工作高度h=0.5P,锯齿形螺纹高度h=0.75

10、P；z=H/P为螺纹工作圈数，H为螺纹高度(mm)，p为许用压强(MPa)。 表1.2 滑动螺旋传动的许用压强。螺纹副材料滑动副速度/(mmin-1)许用压强/MPa钢对青铜低速151825111871012钢-耐磨铸铁61268钢-灰铸铁2.4612131847钢-钢低速7.513淬火钢-青铜6121013注：2.5或人力驱动时，p可提高20%；螺母为剖分式时，p应降低15%-20%。为便于推导设计公式，令 =H/d2，代入整理后得螺纹中径的设计公式为：d2 （式3.8）对矩形、梯形螺纹，h=0.5P，则：d20.8 （式3.9）对锯齿形螺纹，h=0.75P，则 d20.65 （式3.10）

11、值根据螺母的结构选取。对于整体式螺母，磨损后间隙不能调整，通常用于轻载或精度要求低的场合，为使受力分布均匀，螺纹工作圈数不宜过多，宜取=1.22.5；对于剖分式螺母或螺母兼作支承而受力较大，可取=2.53.5；传动精度高或要求寿命长时，允许=4。根据公式计算出螺纹中径d2后，按国家标准选取螺纹的公称直径d和螺距P。由于旋合各圈螺纹牙受力不均，故z不宜大于10。(1) 取=2(2) 计算d2d20.8=0.8=17.06由计算出的d2查手册确定螺纹的标准值为 d=24 mm、D=24.5 mm d1=18.5 mm，D1=19 mm d2（D2）=21.5 P=5 mm(3) 计算螺母高H H=

12、d2=221.5=43mm(4) 计算旋合圈数z z=8.64。临界载荷FC与螺杆的柔度及材料有关，根据=的大小选用不同的公式计算。当8590时，根据欧拉公式计算，即 式15式中，FC为临界载荷（N）；E为螺杆材料的弹性模量（MPa），对于钢E=2.06105；I为危险截面的惯性矩（mm4），I=，d1为螺杆螺纹内径(mm)；为长度系数，与螺杆端部结构有关，见表1.4；L为螺杆最大受力长度(mm)；i为螺杆危险截面的惯性半径(mm)，I=。表1.4 长度系数螺杆端部结构两端固定0.5一端固定，一端不完全固定0.6一端固定，一端自由（如千斤顶）2一端固定，一端铰支（如压力机）0.7两端铰支（如传

13、导螺杆）1注：用下列办法确定螺杆端部的支撑情况：采用滑动支承时：lo为支承长度，do为支承孔直径，lo/do3固定。采用滚动支承时：只有径向约束时为铰支；径向和轴向都有约束为固定。 当8590时；对b380MPa的碳素钢（如Q235、Q275）Fc=(304-1.12) 式16 当8590时，对b470MPa的优质碳素钢（如355、45）Fc=(461-2.57) 式17 当40时，无需进行稳定性计算。 (1) 计算柔度=螺杆一端固定，一端自由，长度系数=2；螺杆最大受力长度L由起重高度l、螺母高H、铰支头高h1及螺杆轴向预留余量决定，因L=l+H+h1+=124+43+36+12=215mm

14、；螺杆危险截面惯性半径i=4.625mm 。 =92.97 (2) 计算临界载荷I=5749.9mm4因为=92.978590，因此FC=63161.13N =6.3S=4 合格2.8 手柄设计计算拖杯与手柄的结构(1) 确定手柄长度手柄上的工作转矩为T=FHLH=T1+T2=式中，T1、T2分别为螺纹副摩擦力矩及拖杯与接触面摩擦力矩（Nmm）；fc=0.15为拖杯与支承面的摩擦系数；D0为托杯底座与支承面接触部分外径（mm），由经验公式D0=（1.61.8）d确定，取D0=45mm；d0为托杯底座与支承面接触部分内径（mm），取d0=18mm,FH为手作用在手柄上的力（N）,如一人连续工作，

15、手作用力通常取FH=150200N,取FH=180N；LH为手柄有效长度（mm）。故 180 LH= 得 LH=246 mm 取LH=350 mm(2) 确定手柄直径dk选手柄材料为45钢，S=355MPa,许用弯曲应力=237178 Mpa，取b=200 Mpa。手柄的弯曲强度条件为b=因此，dK=147.75mm, dK =20mm。托杯其他部分尺寸为托杯高h=(0.81)Do=3645mm 取h=36 mm铰支头高h1=(1.82) dK =3640mm 取h1=36mm2.9 自锁性校核对于要求自锁的螺旋传动，应校核是否满足自锁条件，即 式18式中，为螺纹副的当量摩擦系数，见表1.10

16、表1.5 螺旋传动螺旋副的当量摩擦系数（定期润滑）螺旋副材料钢和青铜钢和耐磨铸铁钢和铸铁钢和钢淬火钢和青铜0.080.100.100.120.120.150.110.170.060.083、螺旋千斤顶图形的绘制3.1 千斤顶的轴测图：3.2 千斤顶的剖视图3.3 千斤顶的Pro/e装配截图装配图3.4 千斤顶零件的三维效果图螺套螺旋杆参考文献1濮良贵 纪明刚.机械设计.西北工业大学机械原理及机械零件教研室，高等教育出版社,2006.52西北工业大学工程制图教研室，画法几何及机械制图 陕西科学技术出版社；，1999.23成大先.机械设计手册-连接与紧固.化学工业出版社,2004.14孙恒 陈作模

17、 葛文杰.机械原理. 西北工业大学机械原理及机械零件教研室.高等教育出版社。2006.5（至少5篇）心得体会通过本次课程设计，使自己对所学的各门课程进一步加深了理解，对于各方面知识之间的联系有了实际的体会。同时也深深感到自己初步掌握的知识与实际需要还有很大的距离，在今后还需要继续学习和实践。在做课程设计时，让我知道自己专业知识的缺乏与不扎实、不牢固性，也让我意识到自己还有很多地方需要加强的。在设计时，也难免会遇到一些难以解决的凝难问题,但通过老师的耐心指导和同学之间的相互交流与讨论，使我很顺利地克服了这些。从而从中也学到了许多,使自身在各方面的能力都有了很大的提高和完善，各方面在能力都得到了很

18、好的煅炼。这次设计出的结果与自己所想的有一定差距，但我想至少是自己动手了，并且通过这次设计，使自己更明白自己在这方面的欠缺和不足之处，懂得要从头到尾自己设计出一样东西是多么的不容易。因此，我想在剩下的时间里，我会针对自己专业方面欠缺知识进行提高，拓宽。作为一次练习，确实给我们带来了很大的收获，设计涉及到机械、电气等多方面的内容，通过设计计算、认证、画图，提高了我对机械结构设计、控制系统设计及步进电动机的选用等方面的认识和应用能力。总之，本次设计让我受益非浅，各方面的能力得到了一定的提高。 学生签名：赖宝玉（亲笔签名）2012年6月6日教师评语 年 月 日成绩及签名 指导教师签名： 年 月 日