课程设计手驱动螺旋千斤顶.docx

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课程设计手驱动螺旋千斤顶

机械设计基础课程设计

——手动式螺旋千斤顶

专业：

农业机械化及其自动化

班级：

09农机一班

姓名：

__周少军__

学号：

___200940615127__

指导老师：

___杨文敏___

农业机械化及其自动化专业

完成时间：

2011年12月3日

目录

目录2

第一章千斤顶结构设计3

1·1结构设计的意义3

1·2千斤顶的结构3

1·2·1螺旋传动选择4

1·2·2螺纹类型选择4

千斤顶选择梯形螺纹、右旋，因为要求有自锁性所以选择单线螺纹以达到自锁要求。

5

第二章千斤顶各部件的设计计算6

2·1螺母、螺杆的材料选择及尺寸的选定与校核6

2·1·1螺母、螺杆的材料和许用应力6

2·1·2螺母、螺杆的尺寸设计与校核7

2·2底座的设计计算10

2·2·1底座材料的选定10

2·2·2底座尺寸确定：

11

2·3手柄的设计计算12

2·3·1手柄的材料选择：

12

2·4托杯的设计计算（图4-6示）13

2·4·1托杯的材料选择13

2·4·2托杯的尺寸确定13

2·5千斤顶的效率计算14

2·6千斤顶的其他附加码附件尺寸设定14

第三章装配图及相关零件图14

参考文献15

第一章千斤顶结构设计

1·1结构设计的意义

机械结构设计就是将抽象的工作原理变成技术图样的过程。

在此过程中要兼顾各种技术、经济和社会要求，并且应设计出尽可能多的可能性方案，从中优选或归纳出经济合理的方案。

结构设计是将抽象的工作原理具体化为某类或构件零部件的图样，然后进一步确定它们的加工工艺、材料、几何尺寸、公差等；寻找所选方案中的缺陷和薄弱环节，对照各种要求、限制，反复改进。

进行强度、刚度以及各种功能的指标验算；绘制装配图和零件图；编写计算说明书。

1·2千斤顶的结构

图1-1

如图1-1所示，手动螺旋千斤顶主要零件有：

1）螺母、2）螺杆、3）底座、4）手柄、5）托杯、等零件及其附件组成。

其中螺杆、螺母等主要尺寸要通过理论计算确定，其他尺寸可以由经验数据、结构需要和工艺要求来确定，必要时还需要经过相关验算。

千斤顶最大起重量是其最主要的性能指标之一。

千斤顶在工作过程中，传动螺纹副承受主要的工作载荷，螺纹副工作寿命决定千斤顶使用寿命，故传动螺纹副的设计最为关键，其设计与最大起重量、螺纹副材料、螺纹牙型以及螺纹头数等都有关系。

1·2·1螺旋传动选择

根据螺纹副摩擦性质不同，可分为滑动螺旋传动、滚动螺旋传动和静压螺旋传动。

（1）滑动螺旋传动的特点：

1）结构简单，加工方便，成本较低

2）易于自锁

3）传动平稳

4）摩擦阻力大，传动效率低（仅在0.3~0.6之间）

5）螺纹有侧向间隙，反向时有空行程，定位精度和轴向刚度较差。

6）磨损快

（2）滑动螺旋的应用举例：

金属切削机床的进给、分度机构的传动螺旋，摩擦压力机、千斤顶的传力螺旋。

所以螺旋千斤顶选择滑动螺旋副。

1·2·2螺纹类型选择

滑动螺纹副常采用梯形螺纹、锯齿形螺纹或矩形螺纹等。

梯形螺纹应用最广。

锯齿形螺纹主要用于单向受力。

矩形螺纹虽传动效率高，但加工比较困难，且强度较低，应用较少。

（1）梯形螺纹的特点：

牙型角α=30°，螺纹副的大径和小径处有相等的径向间隙。

牙根强度高，螺纹的工艺性好；内外螺纹一锥面贴合，对中性好，不易松动；采用整体式螺母。

（2）应用举例：

用于传力螺纹和传动螺旋如载重螺旋式起重机、千斤顶。

千斤顶选择梯形螺纹、右旋，因为要求有自锁性所以选择单线螺纹以达到自锁要求。

第二章千斤顶各部件的设计计算

2·1螺母、螺杆的材料选择及尺寸的选定与校核

2·1·1螺母、螺杆的材料和许用应力

（1）螺母的材料和许用应力（图4-1）：

螺母材料可用铸造锡青铜，以ZCuSn10Pb1最耐磨，但价格较贵，主要用于高精度的传导螺旋。

重载低速的场合可选用强度高的铸造铝铁青铜，常用的材料ZCuAl10Fe3。

轻载低速时也可以选用耐磨铸铁。

螺母材料选ZCuAl10Fe3，带有内螺纹的构件。

查表10-14可得：

许用弯曲应力：

σbp=40~60MPa，取50MPa；

许用剪应力：

τp=30~40MPa，取35MPa。

千斤顶螺旋系手动低速，由表11-1-9查得许用压强：

Pp=18~25MPa，取20MPa。

（2）螺杆的材料和许用应力

由于滑动螺旋传动中的摩擦较严重，故要求螺旋传动材料的耐磨性能、抗弯性能都要好。

一般螺杆材料的选用原则如下：

1）高精度传动时多选碳素工具钢。

2）需要较高硬度，如50~56HRC时，可采用铬锰合金钢；当需要硬度为35~45HRC时可采用65Mn钢。

3）一般情况下可用45、50钢。

本设计中，螺杆材料选45钢，采用带有外螺纹的杆件，调制处理，σs=360MPa，可得：

螺杆的许用拉应力：

σp=

=120~72MPa，

手动可得：

σp=100MPa。

图4-1：

滑动螺旋传动设计

2·1·2螺母、螺杆的尺寸设计与校核

（1）按耐磨性计算螺纹中径（图4-2）：

查表11-1-4中公式取ψ=1.7（ψ值按整体式螺母取1.2~2.5），

d2=0.8

=0.8

=30.67mm

由GB/T5796.3—2005（机械设计课程设计手册138页表6.1.7）可选d=34,P=6,d2=30.5,D4=32.5,d3=28.5,D1=29的梯形螺纹，中等精度。

螺旋副的标记为：

Tr32x3-7H/7e。

由此得出千斤顶的滑动螺旋传动各个尺寸为：

外螺纹大径d：

d=34mm

螺距P:

P=6mm

牙顶间隙ac：

ac=0.5mm

基本牙型高度H1：

H1=0.5P=0.5x6=3mm

外螺纹牙高h3:

h3=H1+ac=0.5P+ac=3+0.5=3.5mm

内螺纹牙高H4：

H4=H1+ac=0.5P+ac=3+0.5=3.5mm

牙顶高Z：

Z=0.25P=0.25x6=1.5mm

外螺纹中径d2：

d2=d-2Z=34-3=31mm

内螺纹中径D2:

D2=d-2Z=34-3=31mm

外螺纹小径d3：

d3=d-2h3=34-2x3=28mm

内螺纹小径D1：

D1=d-2H4=34-2x3=28mm

内螺纹大径D4：

D4=d+2ac=34+2x0.5=35mm

牙根部宽度b：

b=0.65P=0.65x6=3.9mm

螺母高度H:

H=ψd2=1.7x34=57.8mm,取H=58mm.

则螺纹圈数n:

n=H/P=58/6=9.67圈

图4-2螺母的尺寸图

（2）自锁性条件与检验：

由于系弹头螺纹，导程S=P=6mm,

故螺纹升角为：

λ=arctan

=arctan

=3º30´18´´

查表11-1-7得：

钢和青铜的摩擦因数ƒ=0.08~0.10,取0.09，

可得：

ρ′=arctan

=arctan

=5°19′23″

λ<ρ′，故自锁可靠。

（3）螺杆的强度检验：

查表11-1-3得知，驱动转矩Mt为：

Mt=Mt1+Mt2+Mt3=43748.227（N*mm）

所以带入表11-1-4公式（4）得：

σca=

=83.015N/mm2<σp

（4）螺母螺纹强度检验：

因螺母材料强度低于螺杆，故只验算螺母螺纹强度即可。

查表11-1-4得，牙根宽度：

b=0.65P=0.65x6=3.9mm,

基本牙型高：

H1=0.5P=0.5x6=3mm。

代入表11-1-4中的公式（7）及式（8）有：

则螺母的剪切强度：

τ=

=14.079N/mm2<τp。

τ<τp

螺母的弯曲强度：

σb=

=32.491N/mm2<σbp。

σb<σbp

（5）螺杆的稳定性验算（图4-3）：

图4-3：

螺杆尺寸图

最大举升高度为300mm

由表11-1-4得，λ=

，（式中μ—长度系数，与螺杆端部有关，查表11-1-5，按一端固定一端自由的端部结构得：

μ=2。

i—螺杆危险截面的惯性半径，i=

）

所以：

λ=

=85.714

按表11-1-4中公式计算临界载荷：

Fc=（a-bλ）x

=171225.953N

（a,b—与材料有关的常数，见手册第1卷表1-1-128）

=

=3.42>2.5故稳定性条件满足。

2·2底座的设计计算

2·2·1底座材料的选定

（1）材料：

由于此千斤顶的承载力相对较小，考虑体积和成本要求，千斤顶其他部件的材料均采用铸铁（HT200）。

（2）斜度：

带1：

15的斜度

2·2·2底座尺寸确定：

如图4-4所示：

图4-4：

底座的尺寸图

已知外螺纹大径为d=34mm,

有：

D2=1.5d

D3=1.4D2

D4=1.4D5

δ=10mm

D5由结构确定（斜度为1：

15）

所以：

=

得：

D5=126mm

依次可得出：

D4=1.4D5=1.4x126=176mm

S=（1.5~2）δ=15~20，取S=16mm。

综合考虑各尺寸关系，取总的高度为374mm。

2·3手柄的设计计算

如图4-5所示：

图4-5手柄尺寸图

2·3·1手柄的材料选择：

手柄材料选择Q235

2·3·2手柄的尺寸确定（由于要满足一定的强度要求，）

千斤顶工作时，螺母所受的旋转力矩为T

T=50KN*tan（3º30´18´´+5°19′23″）*15.5mm=120.946Nm;

式中F螺母工作时所受的轴向载荷，N；

为螺纹升角,度;

当量摩擦角,度;

螺纹中径，mm;

手柄所受最大弯曲应力为

人所施力大概为200N。

=78.88Nm

式中：

T手柄所受的弯曲力矩，Nm;

圆柱形手柄的抗弯截面系数，

;

d手柄的直径，mm;

120.946Nm/200N=0.60473m取0.61m

拟定所选材料为Q235, 查机械设计手册得:

所以手柄的具体参数如下：

材料Q235长度L=610mm直径d=26mm。

2·4托杯的设计计算（图4-6示）

图4-6：

托杯尺寸图

2·4·1托杯的材料选择

托杯材料选择：

铸钢（ZG230-450）

2·4·2托杯的尺寸确定

关系式：

D=（1.6~1.8）d

D1=（0.6~0.8）d

h=（0.8~1）D

D=（1.6~1.8）x34=54.4~61.2取D=58mm

D1=（0.6~0.8）x34=20.4~27.2mm取D1=24mm

（1）托杯的高度h：

h=（0.8~1）x58取：

h=50mm

（2）托杯的内外径（含壁厚）:

外径φ106厚度δ=10

2·5千斤顶的效率计算

由表11-1-4中式（16）并视托杯与螺杆顶部为滑动推力轴承，

效率为0.96时，

η=0.96x

=0.96x

=31.3％。

因系手动千斤顶，故螺杆的强度及横向振动不予验算。

2·6千斤顶的其他附加码附件尺寸设定

螺杆的退刀槽直径:

s=φ27

螺杆的退刀槽宽度：

b=5mm

螺杆膨大部分的尺寸：

有公式：

D=（1.6~1.8）d

h1=（1.8~2）d

得出：

D=（1.6~1.8）x34=54.4~61.2取D=58mm

h1=（1.8~2）x34=61.2~68取64mm

根据结构确定螺杆膨大部分的内孔为：

φ27

第三章装配图及相关零件图

参考文献

【1】机械设计：

濮良贵，纪名刚主编.高等教育出版社，2001

【2】机械原理（第七版）：

孙恒陈作模葛文杰主编.高等教育出版社，2006

【3】机械设计实用手册（第二版）：

吴宗泽主编.化学工业出版社，2003

【4】陈铁鸣主编.机械设计.第3版.哈尔滨：

哈尔滨工业大学出版社，2003

【5】王连明，宋宝玉主编.机械设计课程设计.修订版.哈尔滨：

哈尔滨工业大学出版社，2003

【6】成大先主编.机械设计手册.第一版.化学工业出版社，2000