螺旋千斤顶课程设计文档格式.docx

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设计任务书

设计题目:

千斤顶结构简图:

设计条件:

1、最大起重量F=40kN;

2、最大升距H=200mm;

3、低速。

设计工作量:

绘制出总装配图一张，标注有关尺寸，填写标题栏及零件明细表;

编写设计计算说明书一份。

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一、千斤顶材料的选择

千斤顶属于传力螺旋传动，这种螺旋传动类型主要是承受很大的轴向力，为间歇性工作方式，每次的工作时间较短，工作的速度也不高，而且要求有自锁能力。

千斤顶的组成零件有托杯，螺钉，手柄，挡环，螺母，紧定螺钉，螺杆，底座，挡环。

对于螺钉，挡环等零件，属于标准件，可以根据要求，选取适当的型号。

而对于托杯，手柄，螺母，螺杆，底座，需要进行具体的设计。

1.1、托杯、底座和手柄材料的选择

对于托杯和底座，我们可以看出，在工作的时候，需要承受较大的压应力，所以，在材料选择时，我们应该选取强度较高的材料。

根据材料的一般性质，强度随着含碳量的增加而提高。

所以，底座材料我们可以选择HT150。

该零件可以经过锻造正火处理，已达到强度要求。

而托杯材料，我们选择Q235。

手柄材料的选择，常用材料Q235。

1.2、螺母和螺杆材料的选择

表1-2

上表即是螺母和螺杆常用的几种材料。

根据实验的要求可知，该千斤顶受力不大，转速较低，而且主要承受的是压应力。

所以由表1-2，我们选择45#钢作为螺杆的材料。

而对于螺母，需要较高的强度和耐磨性。

所以由表1-2，我们选择ZCuSn5Pb5Zn5（铸锡青铜）作为螺母的材料。

二、螺纹类型的确定

2.1、螺纹的选择

螺纹的种类有很多，见表2-1

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表2-1

而作为传动类螺纹的主要有矩形、梯形与锯齿形，常用的是梯形螺纹。

º

梯形螺纹牙型为等腰梯形，牙形角α=30，梯形螺纹的内外螺纹以锥面贴紧不易松动。

故本实验选梯形螺纹，它的基本牙形按GB/T5796.1—2005的规定。

三、零件尺寸的计算

3.1、螺杆

3.1.1、螺杆直径及螺纹的计算

按耐磨性条件确定螺杆中径d。

求出d后，按标准查表选取相应公称直径d、螺距p22

及其它尺寸。

螺杆直径:

FPd,2,h,[p]

对于矩形和梯形螺纹，h=0.5P,则:

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Fd0.8,2,[p][p]为材料的许用压力，单位为MPa，具体数据见书中表5-12。

对于本体，进过查表，我们选择

[p]=20MPa.

的取值一般在1.2~3.5，根据传动精度，载荷大小和使用寿命的不同而选取不同的值。

对于本题，,

我们选择=1.4。

将数据代入上式，得:

3F40，10d,0.8,0.8m,30.2mm26,[p]1.4，20，10

d查表得公称直径:

d=34mm，则螺距p=6mm，中径=31.00mm，小径=27.00mm。

d32由配合关系可以得到螺母的基本尺寸:

小径=28.00mm，中径==31.00mm，大径=35.00mm。

DDdD1242

3.1.2、自锁性的验证

螺纹的几何参数确定后，对于像千斤顶这种有自锁性要求的螺旋副，还应该校核螺旋副是否满足自

锁性条件，即:

f,,,,arctan,arctanfvv,cos

p,其中,arctan，查表得f,0.09,d

代入公式后，即是验证:

0.9,tan,cos,

P0.90.96;

,0.062,,3.547,,0.902其中=，，，tan,,,d，31,cos0.998显然，满足自锁性要求。

3.1.3、螺杆强度的验证

对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度。

强度计算方法参阅教材公

式（5-47），

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22,,,,4FT,,,,，?

[,]23,,,,,d0.2d,,,,33

d0.0932其中T=F，f，,40，10，,361Nv;

2cos3.547

查手册，45钢，,=355MPas

,355ssd[,]===MPa，F=40KN，=27.00mm，代入上式，33~433

得:

2233,,,,4，40，103.60，10,,,,,，=106.3MPa,,3233,,,,,，（27.00，10）0.2，（27.00，10）,,,,

355=118.7MPa3

D图中，=（1.7~1.9）×

d=61.00mm13

（1.4~1.6）×

d=45.00mm

3.1.4、螺杆稳定性的验证

对于长径比大的受压螺杆，当轴向压力F大于某一临界值时，螺杆就会突然发生侧向弯曲而丧失其

F稳定性。

因此，在正常情况下，螺杆承受的轴向力F（单位为N）必须小于临界载荷（单位为N）。

cr则螺杆的稳定性条件为:

FcrS,,ScrsF

SSS上式中为螺杆稳定性安全系数，对于传力螺旋如千斤顶，=3.5~5.0;

本实验中我们取=4.0。

sssSF称为螺杆稳定性的计算安全系数。

为螺杆的临界载荷:

crcr

2,EIF,cr2（,l）

l,F,,螺杆的临界载荷与柔度有关，=，,为螺杆的长度系数，与螺杆的端,scrssi

部结构有关，l为举起重物后托杯底面到螺母中部的高度，可近似取l,H+5t+（1.4~1.6）d，

2i为螺杆危险截面的惯性半径，若危险截面面积A=,d/4，则1

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dI1i,,4A

4d,41I为螺杆危险截面的轴惯性矩:

I,,mm64

当螺杆的柔度,40时，可以不必进行稳定性校核。

计算时应注意正确确定。

s

3.1.5、螺杆柔度

（1）计算螺杆危险截面的轴惯性矩I和i

44,3,d3.14，，，27，10443I===2.6，10mm6464

32710，dI3==6.75mmi,,44A

（2）求起重物后托杯底面到螺母中部的高度l

l,H+5p+（1.4~1.6）d

=200+5×

6+1.5×

34=281mm

查表得=2.00（一端固定，一端自由），E=200GPa。

将以上数据代入临界载荷条件，得:

229,8EI，200，10，2.6，10,,3F,,,162，10Ncr2,32（l）（2，281，10）,

162Fcr,,4.6S,S所以，==4.0crsF40

3.2、螺母3.2.1、螺母设计与计算

H根据课本中的说明，螺纹的高度H,,d。

上文中已经说明，=1.4，d=31mm，所以=44mm。

22

H,而螺纹工作圈数n=7.2，取8圈。

需要说明的是，螺纹的工作圈数不宜超过10圈，8圈显然是P

符合这一要求的。

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3.2.2、螺母螺纹牙的强度计算螺纹牙多发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹牙的强度。

如图所示，如果将一圈螺纹沿螺母的螺纹大径D处展开，则可看作宽度为πD的悬臂梁。

假设螺母每

F圈螺纹所承受的平均压力为，并作用在以螺纹中u

径为直径的圆周上，则螺纹牙危险截面a-a的剪D2

切强度条件为

F,,,[,]Dbu,

螺纹危险截面a-a的弯曲强度条件为

Fl6,,,[,]b2Dbu,

340，10,经计算，,,11.95MPa,3,3,，35，10，0.634，6，10，8

3,36，40，10，1.5，10,,,26.9MPa,3,32,，35，10，（0.65，6，10），8

又经查表得[]=35MPa，[]=50MPa，对比可知均满足强度要求。

,

3.2.3、安装要求

HH88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。

为了安装简便，rn77

需在螺母下端和底座孔上端做出倒角。

为了更可靠地防止螺母转动，还应装置紧定螺钉，

紧定螺钉直径常根据举重量选取，一般为6,12mm。

2.4.1螺母的相关尺寸计算查手册D=d+1=35mm

内螺纹小径D=d-7=28mm1

D3=（1.6~1.8）D

=1.7×

35=59.5mm

D4=（1.3~1.4）D3

=1.3×

59.5=77.35mm

H=44mm

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a=H/3=44/3=14.5mm

3.3、托杯的尺寸计算

托杯用来承托重物，可用铸钢铸成，也可用Q235钢模锻制成，其结构尺寸见图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。

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。

Fp?

[p]（式1-1）,22,,（DD）1211

4

式中:

[p]——许用压强，应取托杯与螺杆材料[p]的小者。

D=（2.6~3.0）d10

=3.034=100.00mm，

D=（0.6~0.7）d=0.6534=22.1mm11

D=（1.7~1.9）d=1.834=61mm，13

D=D13-3=58mm12

（1.5~1.8）d=40.00mm

Fppp,故?

[]（[]>

23Mpa）22,,（DD）1211

34010，=，满足要求。

223.14（0.0640.024）,

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3.4、手柄3.4.1、手柄的设计与计算

千斤顶在工作时，需要在手柄上作用一定的外力，以使螺纹旋转，以推动托杯上重物的升高。

手柄在受力时，相当于悬臂梁收单一径向轴端的外力的情况，需要同时校核手柄的剪切应力与轴向

应力，即

fdF，L,，F，v2外,

4F,[],,2,d3,

3,d,FL，p外,,[],其中，W,，为手柄的抗扭截面系数。

32W,

前文已经确定，手柄的材料选择Q235。

于是，查表得[]=170MPa,=100MPa.,[,]

将已知数据代入上式，并根据千斤顶本身的工作性质确定

d手柄的长度L=1000mm，直径=30mmp

3.4.2、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。

1d图中尺寸:

=7mmp3

d，d，（6~8）=8=28mmpp

3.5、底座设计

底座材料常用铸铁HT150及HT200，我们

选择HT150。

铸件的壁厚δ不应小于8,12mm，

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。

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底座结构及尺寸如图

.

图中

H=H+（14,28）mm=200+20=220mm1

H-a=44-14.5=29.5mm

D=d+1（查手册）=34+1=35

D=D+（5,10）mm=61+6=67mm63

H2201D=D+=67+=121mm7655

4F2D=，D87,π[]p

34，40，102，111==194.0mm3.14，2

取10mm，则S=×

（1.5~2）=20mm,,

[,]——底座下枕垫物的许用挤压应力。

对于木材，取[,]=2~2.5MPa。

pp

参考文献:

[1]濮良贵、纪名刚.机械设计[M].北京:

高等教育出版社,2006.[2]马兰.机械制图[M]。

北京:

机械工业出版社，2007.[3]孙恒.机械设计[M].北京:

高等教育出版社,2006.

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