螺旋千斤顶设计大作业文档格式.docx

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1．螺杆的设计与计算………………………………………………………………2

1.1螺杆螺纹类型的选择………………………………………………………2

1.2选取螺杆材料………………………………………………………………2

1.3确定螺杆直径………………………………………………………………2

1.4自锁验算……………………………………………………………………3

1.5结构…………………………………………………………………………3

1.6螺杆强度校核………………………………………………………………5

1.7螺杆的稳定性计算…………………………………………………………6

2.螺母设计与计算…………………………………………………………………7

2.1选取螺母材料………………………………………………………………7

2.2确定螺母高度H'

及螺纹工作圈数u………………………………………7

2.3校核螺纹牙强度……………………………………………………………8

2.4结构要求……………………………………………………………………9

3.托杯的设计与计算………………………………………………………………9

4.手柄设计与计算………………………………………………………………11

4.1手柄材料……………………………………………………………………11

4.2手柄长度Lp………………………………………………………………11

4.3手柄直径dp………………………………………………………………12

4.4结构…………………………………………………………………………12

5.底座设计………………………………………………………………………13

设计与说明

结果

1螺杆的设计与计算

1.1螺杆螺纹类型的选择

螺纹有矩形、梯形与锯齿形，常用的是梯形螺纹。

螺纹选用梯形螺纹。

梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角α=30º

，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动；

它的基本牙形按GB/T5796.1—2005的规定。

1.2选取螺杆材料

螺杆材料常用Q235、Q275、40、45、55等。

选择45钢。

1.3确定螺杆直径

根据教材式（5-42）得

对于梯形螺纹，h=0.5P，则

对于整体螺母，由于磨损后不能调整间隙，为使受力分布比较均匀，螺纹工作圈数不宜过多，故取，此处取。

因为千斤顶的螺杆和螺母的相对滑动速度为低速，查表5-12，取[p]=18MPa。

故

由课程设计手册，查标准GB/T5796.2-2005与GB/T5796.3-2005，得

公称直径d=40mm

螺距P=7mm

内螺纹大径D=41mm

外螺纹小径d1=32mm

内螺纹小径D1=33mm

内外螺纹中径d2=D2=36.5mm

1.4自锁验算

对传力螺旋传动来说，一般应确保自锁性要求，以避免事故。

螺旋副的自锁条件为

式中：

为螺纹升角；

为当量摩擦角；

为螺旋副的当量摩擦系数，为摩擦系数，为牙侧角。

根据材料和滑动速度查表5-12，取，对于牙型角的等腰梯形螺纹，其牙侧角，则

因为，所以自锁性可以保证。

1.5结构

螺杆上端用于支承托杯10并在其中插装手柄7，因此需要加大直径。

手柄孔径dk的大小根据手柄直径dp决定，dk≥dp十0.5mm，由后计算可知dp=27mm，所以取dk=28mm。

为了便于切制螺纹，螺纹上端应设有退刀槽。

退刀槽的直径d4应比螺杆小径d1约小0.2~0.5mm，取d4=d1-0.5=31.5mm。

退刀槽的宽度可取为1.5p。

为了便于螺杆旋入螺母，螺杆下端应有倒角或制成稍小于d1的圆柱体。

为了防止工作时螺杆从螺母中脱出，在螺杆下端必须安置钢制挡圈（GB/T891-1986），挡圈用紧定螺钉（GB/T68-2000）固定在螺杆端部。

如图1-2，则有

退刀槽宽度1.5P=10.5mm

D13=（1.7~1.9）d=68~76mm，取D13=70mm

（1.4~1.6）d=56~64mm，取1.5d即60mm

H+H'

=190+56=246mm（H'

为后面计算得）

螺钉外径0.25d=10mm

挡圈外径d+（6~10）=46~50mm

根据GB/T891-1986，选取挡圈GB/T891B50，

公称直径D=50mm，H=5mm

根据GB/T68-2000，选取螺钉GB/T68M6×

16，

螺纹规格d=M6，公称长度l=16mm

1.6螺杆强度校核

对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度。

其强度条件为

其中扭矩

ψ为螺纹中径处升角，ρv为当量摩擦角。

因为45钢的屈服强度，取安全系数S=4，故：

则

满足强度条件。

1.7稳定性计算

细长的螺杆工作时受到较大的轴向压力可能失稳，为此应按稳定性条件验算螺杆的稳定性。

为螺杆稳定性的计算安全系数；

为螺杆稳定性安全系数，对于传导螺旋；

为螺杆的临界载荷，N。

螺杆的临界载荷与柔度s有关

为螺杆的长度系数，与螺杆的端部结构有关；

为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取；

为螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积，则

（I为螺杆危险截面的轴惯性矩）

当螺杆的柔度时，可以不必进行稳定性校核。

螺杆一端固定，一端自由，则长度系数

，取

则，

所以需要进行稳定性校核。

临界载荷可按欧拉公式计算，即

E为螺杆材料的拉压弹性模量，。

所以有

所以，满足稳定性条件。

2螺母的设计与计算

2.1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。

这里选用螺母材料为ZCuSn10Pl。

2.2确定螺母高度H'

及螺纹工作圈数u

螺母高度

考虑到螺纹圈数u越多，载荷分布越不均，故u不宜大于10，否则应改选螺母材料或加大d。

螺纹工作圈数

考虑退刀槽的影响，实际螺纹圈数u'

=u+1.5（u'

应圆整）。

所以，u'

=u+1.5=6.26+1.5=7.76

圆整得，u'

=8

螺母高度H'

=u'

P=8×

7mm=56mm

2.3校核螺纹牙强度

一般螺母的材料强度低于螺杆，故只校核螺母螺纹牙的强度。

螺母的其它尺寸见图1―3。

螺纹牙危险截面的剪切强度条件为

螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为

b为螺纹压根部的厚度，mm，对于矩形螺纹，对于梯形螺纹，b=0.65P，P为螺纹螺距；

为弯曲力臂，mm，；

为螺母材料的许用切应力，MPa；

为螺母材料的许用弯曲应力，MPa。

因为螺母材料为青铜，查表知其=30~40MPa，=40~60MPa，取=35MPa，=50MPa。

带入校核公式：

满足强度条件。

2.4结构

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，这里选择配合。

为了安装简便，需在螺母下端（图1―3）和底座孔上端（图1―7）做出倒角。

为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉（图1―1），紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为6～12mm。

选用紧定螺钉GB/T71M6×

25。

3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，此处选用Q235钢。

托杯的结构尺寸见图1―4。

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。

由图1—4可得：

托杯厚度，取

杯底厚度为

沟纹宽度

沟纹深度

托杯高度，取托杯高度为70mm

挡圈选用GB/T892B32，其公称直径D=32mm，H=5mm；

挡圈用GB/T67M6×

16的开槽盘头螺钉固定。

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]为许用压强，应取托杯与螺杆材料[p]的小者。

查表得，Q235钢的许用压强[p]为225MPa，45钢的许用压强[p]为570MPa，故用托杯材料来进行压力强度校核，即取[p]=225MPa。

根据图1-4，相关尺寸为

所以

满足接触面的压力强度要求。

为保证托杯可以转动，螺杆顶端的挡圈与托杯底部留有间隙，间隙值为3~4mm，因承受力不大，故取值为3mm。

4手柄的设计与计算

4.1手柄材料

常用Q235和Q215。

这里选用Q235钢。

4.2手柄长度Lp

板动手柄的力矩：

K·

Lp=T1+T2则

K为加于手柄上一个工人的臂力，间歇工作时，约为150～250N，工作时间较长时为100～150N。

T1为螺旋副间的摩擦阻力矩，

T2为托杯与轴端支承面的摩擦力矩，

T2=（D12+D11）fF/4。

因一般情况下为间歇工作，工作时间较长的情况不多，故取K=200N。

查设计手册得，钢—钢的摩擦因数，所以

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+（50～150）mm。

取手柄长度。

由于手柄实际长度不应超过千斤顶，因此取，使用时可在手柄上另加套管。

4.3手柄长度dp

把手柄看成一个悬臂梁，按弯曲强度确定手柄直径dp，其强度条件为

故

[σ]F为手柄材料许用弯曲应力，当手柄材料为Q235时，[σ]F=120Mpa。

取。

4.4结构

手柄插入螺杆上端的孔中，为防止手柄从孔中滑出，在手柄两端面应加上挡环（图1―6），并用螺钉或铆合固定。

因手柄直径，所以由GB/T891-1986，选取挡圈GB/T891B35，其公称直径D=35mm，H=5mm；

螺钉选用GB/T68M6×

16的开槽沉头螺钉。

5底座设计

底座材料常用铸铁（HT150及HT200）（图1―7），此处选用HT200，铸件的壁厚δ不应小于8～12mm，δ选取15mm，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1∶10的斜度。

图中

[σ]p为底座下枕垫物的许用挤压应力。

对于木材，取[σ]p=2~2.5MPa。

这里取2MPa。

同时取

螺纹：

梯形螺纹

螺杆材料：

45钢

d=40mm

P=7mm

D=41mm

d1=32mm

D1=33mm

d2=36.5mm

D2=36.5mm

dk=28mm

d4=31.5mm

1.5P=10.5mm

D13=70mm

1.5d=60mm

=246mm

挡圈：

GB/T891B50

螺钉：

GB/T68M6×

16

T=113140.4

N·

mm

螺母材料：

ZCuSn10Pl

u'